[发明专利]一种可用于特种工况下的平面测量系统

说明书

一种可用于特种工况下的平面测量系统，涉及测量技术领域。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；其特征在于：所述高倍放大显微镜采用反射式显微镜或参量非线性式显微镜。本发明提供了反射式和参量非线性式显微镜构型的平面测量系统，不仅可以发挥原平面测量系统的优势，而且可以更加有效地满足特种工况，例如大型或超大型以及高速超精密机械设备的测量需求。

技术领域

本发明涉及大型或超大型机械设备、高速超精密机械设备等特种工况下的测量技术领域，具体为一种可用于特种工况下的平面测量系统。

背景技术

一种不限量程的高精度二维平面位移测量系统（专利号：201811479156.7）公开了一种为精密和超精密机械设备提供一种高精度的平面位置位移测量手段的方案。用于线性位移测量时，可同时给出测量平面内直线度误差和Abbe误差的高精度测量值。因此，该测量系统不仅为精密和超精密的机械设备提供了一种实时的位置位移反馈补偿手段，而且使采用了该测量系统的精密和超精密机械设备能够在线地更新机械设备的三维体误差补偿系数。

为了在纳米级的精度上维持一定的信噪比。上述高精度二维平面位移测量系统采用的是荧光式或透射式的显微镜构型，虽然以这两种显微镜构型为基础的平面测量系统可以适用于大多数的精密和超精密机械设备，但是，当被运用在大型或超大型机械设备时，这种高精度二维平面位移测量系统的显微镜构型存在着一些明显的不足之处，而使其不限量程的优势无法在大型或超大型机械设备的运用中得到充分发挥。相较于常规的机械设备，大型或超大型的机械设备运动部件的位移范围要大得多，同时，为了维持在一个较高的加工效率水平，运动部件的位移速率也会保持在一个尽可能高的范围之内，因此，就对装配于其中的位置位移测量系统的量程和最高可支持速率都提出了比较严格的要求。而上述高精度二维平面位移测量系统的二种显微镜构型，荧光式的方案由于受荧光发光效率和发光弛豫时间的限制，无法应用到移动速度较高的机械设备之中，透射式方案的每个点光源片本身都需要配有LED照明，在大尺度的二维平面上铺设需要LED照明的点光源片不仅造价较高而且会涉及繁琐的LED照明线路的铺设，更进一步地，这些点光源还要满足时间同步的条件并需要连接到装配在运动部件侧的微处理器上。通常情况下与大位移范围相匹配，大型或超大型机械设备为了保持在一个合理的位移精度位移范围比上，因此对位移精度的要求并不高，一般在数个微米或数十个微米范围之内，尺寸大于一般常规显微镜的分辨率。所以，在大型或超大型机械设备的位置位移测量中，可以使用分辨率相对较低、但结构更加简单的反射式显微镜来构造上述高精度二维平面位移测量系统。

另外，对于高速超精密的机械设备，这类机械设备不仅对位置位移的测量精度有极高的要求，而且自身运行的速度也非常地高。但是，受限于可达的精度范围，透射式显微镜构型以及上述反射式显微镜构型无法运用在超精密的机械设备之中；而能够提供极高精度的荧光式显微镜构型，受限于荧光发光过程中的发光效率、稳定性不足以及发光弛豫时间较长无法应用于高速的机械设备中。所以，以上这些显微镜构型的二维平面位移测量系统都无法很好地应用在高速超精密的机械设备之中。而参量非线性式显微镜可以使用非线性纳米粒子作为点光源，发光过程为瞬态过程，且不存在背景光的干扰，可以克服以上显微镜构型的不足，因此，以参量非线性显微镜为构型的二维平面位移测量系统可以很好地满足高速超精密机械设备的测量需求。

发明内容