[发明专利]基于二维光栅的多自由度位移测量系统

权利要求书

1.基于二维光栅的多自由度位移测量系统，用于测量固定部件与运动部件之间的位移，其特征在于，包括读数模块以及二维光栅，所述读数模块与所述二维光栅分别设置在固定部件和运动部件上；所述读数模块包括用于测量X方向位移的X向位移传感器单元、用于测量Y方向位移的Y向位移传感器单元以及用于测量固定部件与运动部件之间Z向位移的距离传感器；所述X向位移传感器单元包括两组第一位移传感器，两组所述第一位移传感器沿第一方向排列；所述Y向位移传感器单元包括两组第二位移传感器，两组所述第二位移传感器沿第二方向排列；所述第一方向和所述第二方向相互垂直，所述距离传感器位于两组第一位移传感器的连线以及两组第二位移传感器的连线的相交处；所述二维光栅用于X向位移传感器单元和Y向位移传感器单元的测量基础以及所述距离传感器的测量光线的反射面。

2.根据权利要求1所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，两组所述第一位移传感器与所述距离传感器之间的距离相同，记为d1；两组所述第二位移传感器与所述距离传感器之间的距离相同，记为d2；其中，d1等于d2或者d1不等于d2。

3.根据权利要求1所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述读数模块包括读数壳体，所述X向位移传感器单元、所述Y向位移传感单元以及所述距离传感器均设置在所述读数壳体的下表面，所述读数模块通过所述读数壳体固定安装在运动部件或固定部件上。

4.根据权利要求3所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述读数模块还包括信息处理单元，所述信息处理单元与所述X向位移传感器单元、所述Y向位移传感器单元和所述距离传感器连接。

5.根据权利要求4所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述信息处理单元包括传感器细分模组、X向位移精度补偿模组、Y向位移精度补偿模组、旋转角度计算模组以及数据接口模组；所述传感器细分模组将X向位移传感器单元、所述Y向位移传感器单元以及所述距离传感器传输来的信号分别转换为对应的数字脉冲信号，并将对应的数字脉冲信号分别传送至所述X向精度补偿模组和所述Y向精度补偿模组；所述X向精度补偿模组和所述Y向精度补偿模组输出标准的数字脉冲信号后经所述数据接口模组输出；所述传感器细分模组与所述旋转角度计算模组连接，将X向位移传感器单元、所述Y向位移传感器单元传输来的信号传输来的信号转换后输入至所述旋转角度计算模组，所述旋转角度计算模块经旋转角度计算后经所述数据接口模组输出。

6.根据权利要求5所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述信息处理单元为包含FPGA芯片、高速AD转换芯片以及ARM处理器的集成芯片。

7.根据权利要求4所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述信息处理单元设置在所述读数壳体内或者通过电缆与所述X向位移传感器单元、所述Y向位移传感单元以及所述距离传感器连接。

8.根据权利要求1所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述二维光栅包括光栅片，所述光栅片包括光栅基片以及设置在所述光栅基片上的反射膜层，所述光栅基片的材质为玻璃、不锈钢、铜、铝合金或者零膨胀材料；所述反射膜层为凹凸不平的凹槽结构或者凸起结构。

9.根据权利要求8所述的基于二维光栅的多自由度位移测量系统，其特征在于，所述二维光栅还包括安装平台，所述安装平台中心开设有安装凹槽，所述光栅片通过所述安装夹具固定设置在所述安装凹槽内。