本发明涉及工件台动态性能检测领域，是一种基于激光图形化曝光光刻，检测工件台动态性能的方法。
背景技术：
工件台因其精度高、速度快、承载大、行程长、寿命长等特点，而被广泛用于科学研究、精密检测、精密制造，3d打印等领域，以及实现真空、无菌、辐射等复杂环境下的位移控制。
工件台需要满足各项要求，因此工件台的检测至关重要。工件台由两个直线电机(x轴与y轴)正交组合而成，当前对于工件台的动态性能检测方法复杂，检测项目较为单一，使用不便。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服了上述现有技术的不足，将工件台的动态性能静态化表征。提供了一种工件台动态性能检测方法。
为达到上述目的，本发明的步骤如下：
一种工件台动态性能检测方法，包括以下步骤：
a)在石英片上沉积一层图形化材料作为测试片；
b)将测试片放置于工件台上，通过调焦机构将蓝光聚焦到测试片的表面；
c)控制蓝光激光器，将蓝光激光器调制频率到f；
d)同步控制工件台与蓝光激光器，完成工件台动态特性的速度、加速度、直线度、最小步距、往复运动特性、垂直度检测及重复定位精度检测。
e)检测工件台速度，设置工件台x轴或y轴速度为v、加速度为0、工件台x轴或y轴运动距离l、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动。通过测量刻写线段距离l1，计算工件台x轴或y轴速度
为提高精度通过测量多段线段距离l2、l3、…、ln，计算工件台x轴或y轴速度
f)检测工件台加速度，设置工件台x轴或y轴初速度为0、工件台x轴或y轴末速度为va1、工件台x轴或y轴加速度a、工件台x轴或y轴运动距离h、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动。通过测量加速段刻写线段间距h1、…、hm…，hn计算工件台x轴或y轴加速度
g)检测工件台直线度，设置工件台x轴或y轴速度为vg，工件台运动距离lg，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动。通过图像处理运用最小二乘法将刻写线段拟合，进而得出最大正偏差和最大负偏差。
h)检测工件台x轴或y轴最小步距，设置工件台x轴或y轴速度为vh、加速度为0、工件台x轴或y轴运动最小步距、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动。通过测量刻写线段距离s，计算工件台x轴或y轴最小步距
i)检测工件台往复运动特性，设置工件台x轴或y轴速度为vi、加速度为0、工件台x轴或y轴运动距离li、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴往复运动。通过测量往复刻写线段线宽y11、y22。工件台往复运动特性k1，公式如下：
j)工件台垂直度检测，工件台x轴和y轴速度为vj、加速度为0、工件台x轴和y轴运动距离lj、激光器频率为f，同时控制激光器刻写与工件台x轴运动，然后同时控制激光器刻写与工件台y轴运动，通过测量刻写线x1、x2的角度θ，计算工件台垂直度θ1，公式如下：
θ1＝θ(7)
工件台定位精度检测，设置工件台x轴和y轴速度为vk、加速度为0。将工件台x轴y轴复位，设工件台当前坐标位置为a(0,0)。将工件台x轴移动距离α、工件台y轴移动距离β,此时工件台所在位置为b1(α,β)，当工件台停止运动时、控制激光器在b1(α,β)位置打点。将工件台x轴移动距离k1α、工件台y轴移动距离k2β，k1、k2为任意不为零的常数,此时工件台所在位置坐标为c((k1 1)α,(k2 1)β),然后将工件台x轴移动距离-k1α、工件台y轴移动距离-k2β，此时工件台所在位置为b2(α1,β1)，当工件台停止运动时、控制激光器在b2(α1,β1)位置打点。改变k1、k2常数的大小，重复上述操作，控制激光器在b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)位置打点。通过测量b1(α,β)、b2(α1,β1)、b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)n个位置偏差，计算工件台重复定位精度
为了获得更高精度的检测，可对图形化后的测试片进行选择性湿法刻蚀，形成具有微纳结构的图形层，采用光学显微镜与原子力显微镜表征微纳刻写线段的结构。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1)采用测试片检测工件台的动态性能，将动态特性静态化表征，方便测量；
2)由于图形化材料具有灵敏的光热阈值效应，热敏特性显著，因此工件台检测精度高、检测灵敏度高；
3)采用激光图形化技术，可以检测工件台的多种动态特性，检测范围广。
附图说明
图1本发明基于激光图形化的工件台动态性能检测装置示意图；
图2本发明用于速度检测的刻写线段示意图；
图3本发明用于加速度检测的刻写线段示意图；
图4本发明用于直线度检测的刻写线段示意图；
图5本发明用于最小步距检测的刻写线段示意图；
图6本发明用于往复运动特性检测的刻写线段示意图；
图7本发明用于垂直度检测的刻写线段示意图；
图8本发明用于重复定位精度检测的刻写线段示意图；
图9湿法刻蚀后，微纳结构的图形层；
图中：1-测试片二维图，2-测试片三维图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，工件台动态性能检测装置，包括蓝光激光刻写模块1、照明与成像模块2、计算机3、反射镜4、透蓝反红二向色镜片5、反红蓝透白光二向色分光平片6、刻写物镜7、红光激光测距模块8、反射镜9、调焦机构10、压电陶瓷11、测试片12、工件台13、控制器14。蓝光激光刻写模块1发出蓝光刻写光经反射镜4、透蓝反红二向色镜片5、反红蓝透白光二向色分光平片6、反射镜9、进入刻写物镜7，通过调焦机构10将蓝光聚焦到的测试片12表面，进行刻写。红光激光测距模块8与控制器14构成自动跟踪系统保持蓝光焦点始终聚焦到测试片12的表面，照明与成像模块2完成测试片12的表面的照明与成像。控制器14控制蓝光激光刻写模块1、压电陶瓷11。计算机3与照明成与像模块2、工件台13、控制器14实时通信。
一种工件台动态性能检测方法，包括以下步骤：
a)在石英片上沉积一层图形化材料作为测试片12；
b)将测试片12放置于待测工件台13上，通过调焦机构10将蓝光聚焦到测试片12的表面；
c)控制蓝光激光刻写模块1，将蓝光激光器调制频率到f；
d)同步控制待测工件台13与蓝光激光器，完成工件台动态特性的速度、加速度、直线度、最小步距、往复运动特性、垂直度检测及重复定位精度检测；
e)检测工件台速度，如图2所示，以工件台x轴为例，设置工件台x轴速度为v、加速度为0、工件台运动距离l、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台运动，通过测量刻写线段距离l1，计算工件台x轴速度
为提高精度通过测量多段线段距离l2、l3、…、ln，计算工件台x轴速度
f)检测工件台加速度，如图3所示，以工件台x轴为例，设置工件台x轴初速度为0、工件台x轴末速度为va1、工件台x轴加速度a、工件台x轴运动距离h、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴运动，通过测量加速段刻写线段间距h1、…、hm…，hn计算工件台x轴速度
g)检测工件台直线度，如图4所示，以工件台x轴为例，设置工件台x轴速度为vg，工件台x轴运动距离lg，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴运动，通过图像处理运用最小二乘法将刻写线段拟合，进而得出上偏差σ上和下偏差σ下，工件台直线度，公式如下：
σ＝σ上 σ下(5)
h)检测工件台最小步距，如图5所示，以工件台x轴为例，设置工件台x轴速度为vh、加速度为0、工件台x轴运动最小步距、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴运动。通过测量刻写线段距离s，计算工件台x轴最小步距
i)检测工件台往复运动特性，以工件台x轴为例，设置工件台x轴速度为vi、加速度为0、工件台x轴运动距离li、激光器频率为f，然后同时控制激光器刻写与工件台x轴往复运动。通过测量往复刻写线段线宽、工件台x轴往复运动特性，公式如下：
j)检测工件台垂直度检测，如图7所示，设置工件台x轴和y轴速度为vj、加速度为0、工件台运动距离lj、激光器频率为f，同时控制激光器刻写与工件x轴运动，然后同时控制激光器刻写与工件台y轴运动，通过测量刻写线l的角度θ，计算工件台垂直度θ1；
θ1＝θ(8)
k)检测工件台定位精度检测，如图8所示，设置工件台x轴和y轴速度为vk、加速度为0。将工件台x轴和y轴复位，设工件台当前坐标位置为a(0,0)。将工件台x轴移动距离α、工件台y轴移动距离β,此时工件台所在位置为b1(α,β)，当工件台停止运动时、控制激光器在b1(α,β)位置打点。将工件台x轴移动距离k1α、工件台y轴移动距离k2β，k1、k2为任意不为零的常数,此时工件台所在位置坐标为c((k1 1)α,(k2 1)β),然后将工件台x轴移动距离-k1α、工件台y轴移动距离-k2β，此时工件台所在位置为b2(α1,β1)，当工件台停止运动时、控制激光器在b2(α1,β1)位置打点。改变k1、k2常数的大小，重复上述操作，控制激光器在b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)位置打点。通过测量b1(α,β)、b2(α1,β1)、b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)n个位置偏差，计算工件台重复定位精度
为了获得更高精度的检测，可对图形化后的测试片12，进行选择性湿法刻蚀，形成具有微纳结构的图形层，如图9所示，采用原子力显微镜结构表征微纳刻写线段的结构。
l)观察测量刻写线段，本例中激光器频率f＝100hz，工件台速度测量，通过测量刻写线段距离得到l1＝0.051mm、l2＝0.050mm、l3＝0.049mm、l4＝0.048mm，工件台速度的均值4.95mm/s，方差0.0125；工件台加速度测量，通过测量加速段刻写线段间距得到h1＝0.05mm、h2＝0.15mm、h3＝0.25mm、h4＝0.35mm，工件台加速度为1000mm2/s；工件台直线度，通过图像处理运用最小二乘法将刻写线段拟合，得到工件台直线度σ＝0.001mm；检测工件台最小步距，通过测量刻写线段距离s＝5um，计算工件台最小步距
1.一种工件台动态性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在石英片上沉积一层激光图形化材料作为测试片(12)；
b)将测试片(12)放置于待测工件台(13)上，并在该测试片(12)上刻写测试图形，完成对工件台(13)动态特性的速度、加速度、直线度、最小步距、往复运动特性、垂直度检测及重复定位检测；
c)对光刻后的测试片(12)，进行选择性湿法刻蚀，形成具有微纳图形结构的图形层，并采用光学显微镜与原子力显微镜表征微纳刻写线段的结构。
2.根据权利要求1所述的工件台动态特性的速度检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的速度检测，具体是：
设置工件台x轴或y轴速度为v、加速度为0、工件台运动距离l、激光器频率f；
同时控制激光器刻写与工件台运动，通过测量刻写线段距离l1，计算工件台x轴或y轴速度
通过测量多段线段距离l2、l3、…、ln，计算工件台速度
计算工件台速度的均值
3.根据权利要求1所述的工件台动态特性的加速度检测方法，其特征在于所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的加速度检测，具体是：
设置工件台x轴或y轴初速度为0、工件台末速度为va1、工件台加速度a、工件台运动距离h、激光器频率f；
同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动，通过测量加速段刻写线段间距h1、…、hm…，hn计算工件台x轴或y轴加速度
4.根据权利要求1所述的工件台动态特性的直线度检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的直线度检测，具体是：
设置工件台x轴或y轴速度为vg，工件台运动距离lg；
同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动，通过图像处理运用最小二乘法将刻写线段拟合，进而得出上偏差和下偏差。
5.根据权利要求1所述的工件台x轴或y轴动态特性的最小步距检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的最小步距检测，具体是：
设置工件台x轴或y轴速度为vh、加速度为0、工件台x轴或y轴运动最小步距、激光器频率f；
同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴运动。通过测量刻写线段距离s，计算工件台x轴或y轴最小步距
6.根据权利要求1所述的工件台x轴或y轴动态特性的往复运动特性检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的往复运动特性检测，具体是：
设置工件台x轴或y轴速度为vi、加速度为0、工件台x轴或y轴运动距离li、激光器频率为f；
同时控制激光器刻写与工件台x轴或y轴往复运动，通过测量往复刻写线段线宽y11、y22，计算工件台x轴或y轴往复运动特性k1，公式如下：
7.根据权利要求1所述的工件台动态特性的垂直度检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的垂直度检测，具体是：
设置工件台x轴和y轴速度为vj、加速度为0、工件台x轴和y运动距离lj、激光器频率为f；
同时控制激光器刻写与工件台在x轴上运动，然后同时控制激光器刻写与工件台在y轴上运动，通过测量刻写线l的角度θ，计算工件台x轴和y垂直度θ1，θ1＝θ。
8.根据权利要求1所述的工件台动态特性的重复定位精度检测方法，其特征在于，所述b)中通过刻写测试图形完成动态特性的重复定位精度检测中，具体是：
设置工件台x轴和y轴速度为vk、加速度为0；
将工件台复位，设工件台当前坐标位置为a(0,0)；
将工件台x轴移动距离α、工件台y轴移动距离β，工件台所在位置为b1(α,β)，当工件台停止运动时、控制激光器在b1(α,β)位置打点；
将工件台x轴移动距离k1α、工件台y轴移动距离k2β，k1、k2为任意不为零的常数,此时工件台所在位置坐标为c((k1 1)α,(k2 1)β),然后将工件台x轴移动距离-k1α、工件台y轴移动距离-k2β，此时工件台所在位置为b2(α1,β1)，当工件台停止运动时、控制激光器在b2(α1,β1)位置打点；
改变常数k1、k2的大小，重复上述操作，控制激光器在b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)位置打点。通过测量b1(α,β)、b2(α1,β1)、b3(α2,β2)、…、bn-1(αn-1,βn-1)位置偏差，计算工件台重复定位精度
