[发明专利]一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统

说明书

一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统，涉及精密或超精密机械设备中的高精度位移位置测量反馈部件的设备领域。包括计算机、二维平面、安装在机械设备运动部件内的速度计、高倍放大光显微镜，二维平面与运动部件的运动位移平面平行，高倍放大显微镜的镜头垂直朝向二维平面，二维平面上铺设有一层随机分布的点光源，计算机分别与高倍放大显微镜和速度计连接。本发明提供的测量方案具有高达数个纳米的位移测量精度，可同时对运动平面上的两个移动方向进行高精度的位移测量，且不存在反馈脉冲丢失的问题。结合高精度的微量进给技术条件下，可以为实现用低精度机械设备来生产高精度的机械设备或工件提供了一个可行的途径。

技术领域

本发明涉及精密或超精密机械设备中的高精度位移位置测量反馈部件的设备领域，具体为一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统。

背景技术

机械工业作为国民经济的基础，其技术装备的水平直接影响国家经济各部门的经济效益和生产技术水平，甚至国家安全。因此，发展机械制造工业，升级高端装备在国民经济生产中显得尤其为重要。

而在机械设备，尤其是在精密和超精密机械设备中，因位移位置测量反馈部件保证了设备的精度，所以位移位置测量反馈部件采用的高精度测量系统的改进升级以及新品类的研发是高端装备制造的关键环节之一。

目前，在机械制造设备的高精度位移位置测量反馈部件中，常用到的测量技术有机械、光学、光栅、感应式等。但以上这些测量工具都或多或少存在一定的缺陷。例如、激光干涉仪的整个系统较为复杂，且需要实时地进行空气参数补偿；光栅尺的制造工艺较为复杂且受温度影响较大；电容式测微仪的量程只在微米级别。

发明内容

本发明的目的是提供一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统，基于能够提供高达数个纳米测量精度的单分子荧光显微镜超分辨率定位技术，然后利用计算机对测量系统拍摄到的随机分布的点光源的图像进行分析，从而提取出机械设备运动部件的高精度二维平面位移数据，精度可达纳米级别。

实现上述目的的技术方案是：一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统，作为机械设备的位置位移测量反馈部件，用于对机械设备上的运动部件的位移量进行测量，其特征在于：包括计算机、固定在机械设备上的二维平面、安装在机械设备运动部件内的速度计、高倍放大显微镜，二维平面与运动部件的运动位移平面平行，高倍放大显微镜的镜头垂直朝向二维平面，且与二维平面内保持在聚焦距离，二维平面上铺设有一层随机分布的点光源，计算机分别与高倍放大显微镜和速度计连接；

所述高倍放大显微镜用于拍摄二维平面上的点光源分布图片、并且所拍摄的相邻两幅图片之间有重合区域；速度计用于记录运动部件在各个时间点的速度；计算机用于接收高倍放大显微镜所拍摄到的图像以及速度计测得的数据，从而提取出机械设备运动部件的平面位移量。

进一步地，所述高倍放大显微镜为高倍放大荧光显微镜，所述点光源为荧光点光源。

进一步地，所述荧光点光源是通过将浓度在pM范围内的高量子产率荧光分子或量子点溶液均匀覆盖在二维平面上。

进一步地，所述高倍放大显微镜为高倍放大透射式显微镜，所述点光源为透射式点光源。

进一步地，所述高倍放大显微镜为一种双相机单帧多次曝光高倍放大透射式显微镜，所述点光源为透射式点光源。

进一步地，透射式点光源包括由下向上依次叠放在二维平面上的LED灯片、玻璃夹层、金属膜以及玻璃薄片，金属膜上随机分布有多个纳米孔用于透光从而形成透射式点光源，每个纳米孔周围的纳米孔的分布形式均不相同。