CN117091514A - 双层浮动读数头的光栅位移测量装置、方法、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光栅测量领域，具体涉及一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置、方法、介质及设备。在基板工作面的两个第一侧边上设置第一测量光栅组，以及对称设置在第一基准线两侧且靠近所述通光件设置的第二测量光栅组，在同侧设置的第一测量光栅与第二测量光栅之间设有读数部件，每一读数部件用于采集第一测量光栅的第一位置信息以及第二测量光栅的第二位置信息，本技术方案利用两个读数部件输出的多路位置信息，结合位移求解算法，可以对参考物体沿X、Y、Z方向的平动位移量（X、Y、Z）以及绕X、Y、Z轴的偏转、俯仰、回转角度量（Rx、Ry、Rz）进行高速、高精度检测获得对应的位置参数，具备单自由度至六自由度的测量能力。

Description

双层浮动读数头的光栅位移测量装置、方法、介质及设备

技术领域

本发明涉及光栅测量领域，具体涉及一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置、方法、介质及设备。

背景技术

目前大行程高精度六自由度（X、Y、Z、Rx、Ry、Rz）测量技术主要包括激光干涉测量法和光栅干涉测量法。其中，激光干涉测量法的测量基准为激光波长，其缺点是对空气折射率较为敏感、外界环境条件要求严格，在短行程下易获得高精度，但随着测量行程的逐渐增大，温度、湿度和气压等测量环境的微小变化都将严重影响测量结果的准确性，米级以上行程的测量误差甚至高达几百纳米。而光栅干涉测量法的测量基准为光栅栅距，光栅基底可选用零膨胀材料，此时外界环境对其影响甚微，其测量精度几乎不受行程增大的影响，不需要严格进行恒温、恒压、恒湿等环境控制。鉴于以上优势，光栅干涉六自由度测量设备在高档数控机床、航空航天领域有迫切的应用需求。

现有激光干涉六自由度测量系统采用多干涉仪组合的形式开展位移测量，由于单个激光干涉仪的体积较大，所以整体六自由度测量系统的体积无法缩小，因此激光干涉六自由度测量系统无法应用于体积大小受限的工程设备中。

现有光栅干涉六自由度测量装置技术路线可以分为以下两类：基于耦合冗余量测量；基于多读数头协同传感测量。对于基于耦合冗余量测量路线而言：利用三个及以上数目的测量读数头之间位移信息的冗余解算得到六自由度测量数值，这种方案由于耦合测量需要解算六自由度数值之间的高阶非线性方程组，造成计算速度缓慢，无法应用于需要进行快速测量的场景之下。对于基于多读数头协同传感测量路线而言：多个读数头在位移测量过程中会不可避免的造成误差积累，虽然位移解算速度很快，但是进行长行程位移测量过程中误差积累量激增，导致测量结果与实际值差异较大，无法用于实际生产指导。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置、方法、介质及设备，解决了现有的光栅测量装置无法用于长行程的光栅测量的问题。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置，包括基板、通光件、第一测量光栅组、第二测量光栅组、读数部件组以及控制单元，基板具有一基板工作面，基板工作面设置在基板的顶部，基板工作面具有相对设置的至少两个第一侧边以及相对设置的至少两个第二侧边，第一侧边和第二侧边相邻设置，至少两个第一侧边沿第一方向延伸，至少两个第二侧边沿第二方向延伸，第一方向与第二方向垂直，记基板工作面沿第一方向延伸的中心线为第一基准线，记基板工作面沿第二方向延伸的中心线为第二基准线；

通光件上具有朝向基板工作面的中心点设置的通光孔；第一测量光栅组包括两个第一测量光栅，两个第一测量光栅设置在基板工作面上，且对称设置在第一基准线的两侧，每一第一测量光栅靠近第一侧边设置，第一测量光栅与第一侧边平行；第二测量光栅组包括两个第二测量光栅，两个第二测量光栅设置在基板工作面的上方，且对称设置在第一基准线的两侧，第二测量光栅的沿第二方向延伸的中心线与第二基准线重合，通光件设置在两个第二测量光栅之间，一个第二测量光栅与一个第一测量光栅同侧设置；

读数部件组包括至少两个读数部件，每一读数部件设置在位于同侧的第一测量光栅与第二测量光栅之间，每一读数部件用于采集第一测量光栅的第一位置信息以及第二测量光栅的第二位置信息；控制单元与读数部件组电连接，用于根据第一位置信息生成第一位置参数，以及根据第二位置信息生成第二位置参数，再根据第一位置参数以及第二位置参数计算得到基板工作面的第三位置参数。

在一些实施例中，读数部件包括：至少一个第一子读数头，第一子读数头用于测量第一预设方向上的位移；至少一个第二子读数头，第二子读数头用于测量第二预设方向上的位移；至少一个第三子读数头，第三子读数头用于测量第三预设方向上的位移；至少一个第四子读数头，第四子读数头用于测量第四预设方向上的位移。

在一些实施例中，读数部件包括相对设置的第一测量面以及第二测量面，第一测量面朝向第一测量光栅设置，第二测量面朝向第二测量光栅设置；第一测量面上设有至少一个第一子读数头以及至少一个第四子读数头；第二测量面上设有至少一个第一子读数头、第二子读数头以及第三子读数头。

在一些实施例中，第一子读数头的数量为四个，两个第一子读数头设置在第一测量面上，两个第一子读数头设置在第二测量面上。

在一些实施例中，第一测量面上的两个第一子读数头以及一个第四子读数头按照第一预设方式分布；第二测量面上的两个第一子读数头、一个第二子读数头以及一个第三子读数头按照第二预设方式分布。

在第二方面，本发明还提供一种双层浮动读数头的光栅位移测量方法，适用于第一方面所述的光栅位移测量装置，记读数部件组中的两个读数部件为第一读数部件以及第二读数部件，记第一读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第一参考位置信息组，记第一读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第一参考位置参数组，记第二读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第二参考位置信息组，记第二读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第二参考位置参数组，方法包括：

获取第一参考位置信息组，根据第一参考位置信息组计算得出第一参考位置参数组；

获取第二参考位置信息组，根据第二参考位置信息组计算得出第二参考位置参数组；

根据第一参考位置参数组以及第二参考位置参数组计算得到基板工作面的第三位置参数。

在第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现在第二方面所述的方法。

在第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机程序指令，其中，所述一条或多条计算机程序指令被所述处理器执行以实现在第二方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

在基板工作面的两个第一侧边上设置第一测量光栅组，以及对称设置在第一基准线两侧且靠近所述通光件设置的第二测量光栅组，在同侧设置的第一测量光栅与第二测量光栅之间设有读数部件，每一读数部件用于采集第一测量光栅的第一位置信息以及第二测量光栅的第二位置信息，控制单元根据第一位置信息生成第一位置参数，以及根据第二位置信息生成第二位置参数，再根据第一位置参数以及第二位置参数计算得到基板工作面的第三位置参数。本技术方案利用两个读数部件输出的多路位置信息，结合位移求解算法，可以对参考物体沿X、Y、Z方向的平动位移量（X、Y、Z）以及绕X、Y、Z轴的偏转、俯仰、回转角度量（Rx、Ry、Rz）进行高速、高精度检测获得对应的位置参数，进一步求解得出基板工作面的第三位置参数，具备单自由度至六自由度的测量能力。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的双层浮动读数头的光栅位移测量装置第一示意图；

图2是根据本发明实施例提供的读数部件的第一示意图；

图3是根据本发明实施例提供的读数部件的第二示意图；

图4是根据本发明实施例提供的双层浮动读数头的光栅位移测量装置第二示意图；

图5是根据本发明实施例提供的读数部件的第三示意图。

附图标记：

A1、第一浮动读数头；A2、第二浮动读数头；B1、第一二维光栅；B2、第二二维光栅；C1、第三二维光栅；C2、第四二维光栅；G、基板；T、通光孔；A1-1、第一子测量读数头；A1-2、第二子测量读数头；A1-3、第三子测量读数头；A1-4、第四子测量读数头；A1-5、第五子测量读数头；A1-6、第六子测量读数头；A1-7、第七子测量读数头；A2-1、第八子测量读数头；A2-2、第九子测量读数头；A2-3、第十子测量读数头；A2-4、第十一子测量读数头；A2-5、第十二子测量读数头；A2-6、第十三子测量读数头；A2-7、第十四子测量读数头。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

请参阅图1至图3，在第一方面，本实施例提供了一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置，包括基板G、通光件、第一测量光栅组、第二测量光栅组、读数部件组以及控制单元，基板G具有一基板G工作面，基板G工作面设置在基板G的顶部，基板G工作面具有相对设置的至少两个第一侧边以及相对设置的至少两个第二侧边，第一侧边和第二侧边相邻设置，至少两个第一侧边沿第一方向延伸，至少两个第二侧边沿第二方向延伸，第一方向与第二方向垂直，记基板G工作面沿第一方向延伸的中心线为第一基准线，记基板G工作面沿第二方向延伸的中心线为第二基准线；

通光件上具有朝向基板G工作面的中心点设置的通光孔T；第一测量光栅组包括两个第一测量光栅，两个第一测量光栅设置在基板G工作面上，且对称设置在第一基准线的两侧，每一第一测量光栅靠近第一侧边设置，第一测量光栅与第一侧边平行；第二测量光栅组包括两个第二测量光栅，两个第二测量光栅设置在基板G工作面的上方，且对称设置在第一基准线的两侧，第二测量光栅的沿第二方向延伸的中心线与第二基准线重合，通光件设置在两个第二测量光栅之间，一个第二测量光栅与一个第一测量光栅同侧设置；

读数部件组包括至少两个读数部件，每一读数部件设置在位于同侧的第一测量光栅与第二测量光栅之间，每一读数部件用于采集第一测量光栅的第一位置信息以及第二测量光栅的第二位置信息；控制单元与读数部件组电连接，用于根据第一位置信息生成第一位置参数，以及根据第二位置信息生成第二位置参数，再根据第一位置参数以及第二位置参数计算得到基板G工作面的第三位置参数。

需要说明的是，为便于区分，结合图1，将第一测量光栅组中的两个第一测量光栅记为第一二维光栅B1以及第二二维光栅B2；将第二测量光栅组中的两个第二测量光栅记为第三二维光栅C1以及第四二维光栅C2，将读数部件组中的其中一个读数部件记为第一浮动读数头A1，另一个读数部件记为第二浮动读数头A2，下文表述以此为准。

本实施例中，基板G的运动包括在水平面上的扫描运动以及竖直面上的步进运动，需要注意的是，每一扫描运动或步进运动均需要读数部件组与第一测量光栅组、第二测量光栅组进行协同测量，为便于区分，将单个读数部件所测量的第一测量光栅的位移信息记为第一位置信息，将单个读数部件所测量的第二测量光栅的位移信息记为第二位置信息，对应求解的位置参数为第一位置参数以及第二位置参数。

后文出现的与上述表述相关的语句均以此为释义。

关于第一基准线以及第二基准线应这样理解：以基板G的中心点为基准点，穿过基板G中心点并与第一侧边平行的为第一基准线，穿过基板G中心点并与第二侧边平行的为第二基准线。本实施例中，基板G上可以盛放待测位移的物体，或者，可以将基板G及其上的光栅、读数头等部件共同集成在待测位移的物体上，便于对待测位移的物体进行位移跟踪。优选的，基板G为方形或矩形板件，在基板G的顶部具有基板G工作面，基板G工作面为用于测量的参考面，也即，基板G工作面的位移测量结果指代为当前基板G所在的待测位移的物体的位移测量结果。

在本实施例中，通光件上设有通光孔T，通光件的形状可以是圆管状、方管状，优选的，通光件为矩形管状结构，便于第三二维光栅C1以及第四二维光栅C2的安装。通光孔T用于通入光源，具体的，通光孔内的光是经过投影物镜调制后的照射在基板工作面上用于曝光的光束。

需要说明的是，第一浮动读数头A1与第二浮动读数头A2的结构均相同，区别在于其相对于基板G的位置不同，第一浮动读数头A1设置在其中一个第一测量光栅与第二测量光栅之间，如图1所示，第二浮动读数头A2设置在另一个第一测量光栅与第二测量光栅之间。

关于第一位置信息、第二位置信息、第一位置参数以及第二位置参数之间的换算关系详见后文表述。

本实施例利用两个读数部件输出的多路位置信息，结合位移求解算法，可以对参考物体沿X、Y、Z方向的平动位移量（X、Y、Z）以及绕X、Y、Z轴的偏转、俯仰、回转角度量（Rx、Ry、Rz）进行高速、高精度检测获得对应的位置参数，进一步求解得出基板G工作面的第三位置参数，具备单自由度至六自由度的测量能力。

请参阅图2与图3，在一些实施例中，读数部件包括：至少一个第一子读数头，第一子读数头用于测量第一预设方向上的位移；至少一个第二子读数头，第二子读数头用于测量第二预设方向上的位移；至少一个第三子读数头，第三子读数头用于测量第三预设方向上的位移；至少一个第四子读数头，第四子读数头用于测量第四预设方向上的位移。

本实施例中，第一预设方向、第二预设方向、第三预设方向、第四预设方向、第五预设方向以及第六预设方向为笛卡尔空间坐标系中某一个方向或某几个方向复合形成的没有矢量意义的方向。

为便于后续说明与区分，本实施例结合图2与图3，设第一预设方向指代z方向，第二预设方向指代x方向，第三预设方向指代xyz方向，第四预设方向指代xy方向。

为便于区分，将后文所涉及的第一子读数头、第二子读数头、第三子读数头以及第四子读数头进行编号，第一子读数头包括：在第一浮动读数头A1上的第一子测量读数头A1-1、第四子测量读数头A1-4、第五子测量读数头A1-5以及第七子测量读数头A1-7，以及在第二浮动读数头A2上的第八子测量读数头A2-1、第十一子测量读数头A2-4、第十二子测量读数头A2-5以及第十四子测量读数头A2-7；第二子读数头包括：在第一浮动读数头A1上的第二子测量读数头A1-2，以及第二浮动读数头A2上的第九子测量读数头A2-2；第三子读数头包括：在第一浮动读数头A1上的第三子测量读数头A1-3，以及第二浮动读数头A2上的第十子测量读数头A2-3；第四子读数头包括：在第一浮动读数头A1上的第六子测量读数头A1-6，以及第二浮动读数头A2上的第十三子测量读数头A2-6。

本实施例中，第一子读数头、第二子读数头、第三子读数头以及第四子读数头相互独立，互不干扰，通过对不同的子读数头进行协同测量，即可采集多个不同的位移，从而求解计算得出对应的位置参数。

请参阅图1至图3，在一些实施例中，读数部件包括相对设置的第一测量面以及第二测量面，第一测量面朝向第一测量光栅设置，第二测量面朝向第二测量光栅设置；第一测量面上设有至少一个第一子读数头以及至少一个第四子读数头；第二测量面上设有至少一个第一子读数头、第二子读数头以及第三子读数头。

需要说明的是，将朝向第一测量光栅的一面记为第一测量面，结合图1中读数部件的设置位置可知，第一测量光栅设置在基板G工作面的边缘，第二测量光栅设置在基板G工作面的上方，因此，为便于理解，将第一测量面记为下层区域，第二测量面记为上层区域，后文关于上层、下层的定义以此为准。

此处应注意的是，第一测量面上的子读数头的种类与数量以及第二测量面上的子读数头的种类与数量与其实际所需要测量换算的参数相关联，具体可见后文表述。

请参阅图2与图3，在一些实施例中，第一子读数头的数量为四个，两个第一子读数头设置在第一测量面上，两个第一子读数头设置在第二测量面上。

请参阅图2与图3，在一些实施例中，第一测量面上的两个第一子读数头以及一个第四子读数头按照第一预设方式分布；第二测量面上的两个第一子读数头、一个第二子读数头以及一个第三子读数头按照第二预设方式分布。

需要说明的是，以第一浮动读数头A1为例，本实施例所示第一预设方式也即图2与图3所示，在下层区域（即第一测量面）中，第五子测量读数头A1-5与第七子测量读数头A1-7之间设置有第六子测量读数头A1-6，并且三者并列设置在第一测量面的中心线处；第二预设方式也即图2与图3所示，在上层区域（即第二测量面）中，第一子测量读数头A1-1、第二子测量读数头A1-2以及第三子测量读数头A1-3并列设置在同一侧，并与第四子测量读数头A1-4相对设置，第四子测量读数头A1-4的设置位置与第三子测量读数头A1-3对应。这一方式便于后续对第一浮动读数头A1的具体位置信息进行求解计算，第二浮动读数头A2的分布与第一浮动读数头A1的分布相同。

值得注意的是，上层区域中第三子测量读数头A1-3与第四子测量读数头A1-4间距为L，第一子测量读数头A1-1与第三子测量读数头A1-3间距为D。下层子测量读数头区域中第五子测量读数头A1-5与第七子测量读数头A1-7间距为H。

请参阅图4，在第二方面，本实施例还提供一种双层浮动读数头的光栅位移测量方法，适用于第一方面所述的光栅位移测量装置，记读数部件组中的两个读数部件为第一读数部件以及第二读数部件，记第一读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第一参考位置信息组，记第一读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第一参考位置参数组，记第二读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第二参考位置信息组，记第二读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第二参考位置参数组，方法包括：

获取第一参考位置信息组，根据第一参考位置信息组计算得出第一参考位置参数组；

获取第二参考位置信息组，根据第二参考位置信息组计算得出第二参考位置参数组；

根据第一参考位置参数组以及第二参考位置参数组计算得到基板工作面的第三位置参数。

本实施例中，第一读数部件也即第一浮动读数头A1，第一读数部件的第一位置信息也即第一浮动读数头A1的第一测量面的测量信息，第一读数部件的第二位置信息也即第一浮动读数头A1的第二测量面的测量信息，第二读数部件也即第二浮动读数头A2，第二读数部件的第一位置信息也即第二浮动读数头A2的第一测量面的测量信息，第二读数部件的第二位置信息也即第二浮动读数头A2的第二测量面的测量信息。为避免误解，建议结合标号对后续相关计算进行区分。第一浮动读数头A1与第二浮动读数头A2下层区域的子测量读数头的几何参考中心水平间距为K。

本实施例所示根据第一参考位置信息组、第二参考位置信息组计算得出第一参考位置参数、第二位置参数，从而得出第三位置参数具体过程如下：

首先，以第一浮动读数头A1的上层区域的子测量读数头为例，当光栅以速度沿着X轴正方向移动A1ax，设入射光频率为/>、真空中波数/>，初相位/>=0，光栅栅距为/>，+1级衍射光频率变化通过公式（1）表示，公式（1）如下：

(1)；

所以，光栅在X轴方向位移引起的X方向干涉测量信号相位变化通过公式（2）表示，公式（2）如下：

(2);

由式(2)可知，通过探测干涉光的相位变化，可以求解光栅沿着X轴方向的位移量。

可进一步推导当光栅以速度沿着Y轴正方向移动位移A1ay引起的Y方向干涉测量信号相位变化通过公式（3）表示，公式（3）如下：

(3)

同理，光栅以速度沿着Z轴正方向移动位移A1az引起的Z方向干涉测量信号相位变化通过公式（4）表示，公式（4）如下：

(4)；

已知衍射光的相位与测量板卡输出的计数值之间的关系通过公式（5）表示，公式（5）如下：

(5)；

其中，表示电子分辨率，/>，/>表示电子学细分倍数。/>表示方向探测器模块输出的测量计数值。

因此，通过测量板卡输出的测量计数值可以计算出光栅移动过程中第一浮动读数头A1上层区域的子测量读数头可以输出如下位移测量值：A1az1、A1ax1、A1ax2、A1ay、A1az2、A1az3。

同理，第一浮动读数头A1下层区域的子测量读数头输出如下位移测量值：A1bx、A1by、A1bz1、A1bz2。

利用上层区域输出的位移值可以解算出第一浮动读数头A1相对于通光孔T的六自由度位姿变化量，算法通过公式（6）至（11）表示，公式（6）至（11）如下：

(6)；

(7)；

(8)；

(9)；

(10)；

(11)；

由(6)~(11)可以得到第一浮动读数头A1相对于通光孔T的六自由度位姿，第一浮动读数头A1整体位置可通过公式（12）表示，公式（12）如下：

(12)；

其中，用P1表示第一浮动读数头A1六自由度位置，S1表示上层读数头所测量的位移值，M1表示上层读数头所测量的位移值与第一浮动读数头A1六自由度之间的数量关系。

由第一浮动读数头A1位置计算下层区域的子测量读数头的空间位姿，通过公式（13）表示，公式（13）如下：

(13)；

由此可以计算下层读数头实际位移值S₂与计算位移值之间的差值，通过公式（14）表示，公式（14）如下：

(14)；

进而可以拟合下层读数头位置面型，通过公式（15）表示，公式（15）如下：

(15)；

X、Y表示采样点的坐标，A、B、C表示位移面型系数，最后补偿实际位置处的位移面型，通过公式（16）表示，公式（16）如下：

(16)；

式(12)~(16)表示浮动读数头位姿修正算法，联立式(6)~(16)可以解算出浮动读数头六自由度位姿变化对下层读数头测量的三自由数值所造成的误差值，通过公式（17）表示，公式（17）如下：

(17)；

因此，第一浮动读数头A1所测得基板G待测位置相对于通光孔T的三自由度真值通过公式（18）表示，公式（18）如下：

(18)；

同理，第二浮动读数头A2所测得基板G待测位置相对于通光孔T的三自由度真值通过公式（19）表示，公式（19）如下：

(19)；

最后，利用第一浮动读数头A1、第二浮动读数头A2输出的多路位移测量数值，可以解算出基板G的六自由度位置真值，解析算法通过公式（20）至（25）表示，公式（20）至（25）如下：

(20)；

(21)；

(22)；

(23)；

(24)；

(25)；

综上所述，通过双层浮动读数头位移测量系统可以实时、高精度完成基板G在扫描步进运动中的六自由度数值。

本实施例建立了一种基于双层浮动读数头的六自由度位移测量装置，利用上层子读数头测量位移值对下层子读数头进行误差补偿，可以解决长行程测量中的误差累计问题，本实施例所示结构适用于高测速、小体积、高精度、大行程测量需求的系统。

请参阅图5，上层区域的子测量读数头布局由“L”型修改为“口”字型分布，此处仍以第一浮动读数头A1的上层区域的子测量读数头分布为例。上层区域的子测量读数头由第一子测量读数头A1-1、第二子测量读数头A1-2、第三子测量读数头A1-3、第四子测量读数头A1-4构成，四个子测量读数头成“口”字型分布，第一子测量读数头A1-1为X、Y、Z方向三维测量读数头；第二子测量读数头A1-2为X方向一维测量读数头；第三子测量读数头A1-3、第四子测量读数头A1-4均为Z方向一维测量读数头。当二维光栅在空间发生六自由度移动时，第一子测量读数头A1-1、第二子测量读数头A1-2、第三子测量读数头A1-3、第四子测量读数头A1-4输出的测量信号相位会发生变化。

四个子测量读数头在同平面内呈“口”字型分布，四个子测量读数头之间相互独立、互不干扰。利用四个子测量读数头输出的多路位移测量信息，结合位移求解算法，可以测量第一浮动读数头A1相对于通光孔T的六自由度位姿变化量。“口”字型长边为T，宽边为F，运动初始状态时第三二维光栅C1上表面平行于XOY平面，设定沿着XYZ轴正方方向为直线运动（X、Y、Z）正方向，绕着XYZ轴顺时针旋转为角度运动（Rx、Ry、Rz）正方向。

由式(1)~(5)可知，通过测量板卡输出的测量计数值可以计算出光栅移动过程中第一子测量读数头A1-1的位移测量值X1、Y1、Z1；第二子测量读数头A1-2的位移测量值X2；第三子测量读数头A1-3的位移测量值Z2；第四子测量读数头A1-4的位移测量值Z3。

利用第一子测量读数头A1-1、第二子测量读数头A1-2、第三子测量读数头A1-3、第四子测量读数头A1-4输出的位移值，可以解算出第一浮动读数头A1相对于通光孔T的六自由度位姿变化量，算法通过公式（26）至（31）表示，公式（26）至（31）如下：

(26)；

(27)；

(28)；

(29)；

(30)；

(31)；

后续算法与前文描述一致。

在第三方面，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现在第一方面所述的方法。

在第四方面，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机程序指令，其中，所述一条或多条计算机程序指令被所述处理器执行以实现在第一方面所述的方法。

所述存储介质/存储器包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U 盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。所述处理器包括但不限于 CPU（中央处理器）、GPU（图像处理器）、MCU（微处理器）等。

上述技术方案中，在基板G工作面的两个第一侧边上设置第一测量光栅组，以及对称设置在第一基准线两侧且靠近所述通光件设置的第二测量光栅组，在同侧设置的第一测量光栅与第二测量光栅之间设有读数部件，每一读数部件用于采集第一测量光栅的第一位置信息以及第二测量光栅的第二位置信息，控制单元根据第一位置信息生成第一位置参数，以及根据第二位置信息生成第二位置参数，再根据第一位置参数以及第二位置参数计算得到基板G工作面的第三位置参数。本技术方案利用两个读数部件输出的多路位置信息，结合位移求解算法，可以对参考物体沿X、Y、Z方向的平动位移量（X、Y、Z）以及绕X、Y、Z轴的偏转、俯仰、回转角度量（Rx、Ry、Rz）进行高速、高精度检测获得对应的位置参数，进一步求解得出基板G工作面的第三位置参数，具备单自由度至六自由度的测量能力。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双层浮动读数头的光栅位移测量装置，其特征在于，包括：

基板，所述基板具有一基板工作面，所述基板工作面设置在所述基板的顶部，所述基板工作面具有相对设置的至少两个第一侧边以及相对设置的至少两个第二侧边，所述第一侧边和第二侧边相邻设置，所述至少两个第一侧边沿第一方向延伸，所述至少两个第二侧边沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向垂直，记所述基板工作面沿第一方向延伸的中心线为第一基准线，记所述基板工作面沿第二方向延伸的中心线为第二基准线；

通光件，所述通光件上具有朝向所述基板工作面的中心点设置的通光孔；

第一测量光栅组，包括两个第一测量光栅，所述两个第一测量光栅设置在所述基板工作面上，且对称设置在所述第一基准线的两侧，每一所述第一测量光栅靠近所述第一侧边设置，所述第一测量光栅与所述第一侧边平行；

第二测量光栅组，包括两个第二测量光栅，所述两个第二测量光栅设置在所述基板工作面的上方，且对称设置在所述第一基准线的两侧，所述第二测量光栅的沿第二方向延伸的中心线与所述第二基准线重合，所述通光件设置在两个所述第二测量光栅之间，一个所述第二测量光栅与一个所述第一测量光栅同侧设置；

读数部件组，包括至少两个读数部件，每一读数部件设置在位于同侧的所述第一测量光栅与所述第二测量光栅之间，每一所述读数部件用于采集所述第一测量光栅的第一位置信息以及所述第二测量光栅的第二位置信息；

控制单元，与所述读数部件组电连接，用于根据所述第一位置信息生成第一位置参数，以及根据所述第二位置信息生成第二位置参数，再根据所述第一位置参数以及第二位置参数计算得到所述基板工作面的第三位置参数。

2.根据权利要求1所述的双层浮动读数头的光栅位移测量装置，其特征在于，所述读数部件包括：

至少一个第一子读数头，所述第一子读数头用于测量第一预设方向上的位移；

至少一个第二子读数头，所述第二子读数头用于测量第二预设方向上的位移；

至少一个第三子读数头，所述第三子读数头用于测量第三预设方向上的位移；

至少一个第四子读数头，所述第四子读数头用于测量第四预设方向上的位移。

3.根据权利要求2所述的双层浮动读数头的光栅位移测量装置，其特征在于，所述读数部件包括相对设置的第一测量面以及第二测量面，所述第一测量面朝向所述第一测量光栅设置，所述第二测量面朝向所述第二测量光栅设置；

所述第一测量面上设有至少一个第一子读数头以及至少一个第四子读数头；

所述第二测量面上设有至少一个第一子读数头、第二子读数头以及第三子读数头。

4.根据权利要求3所述的双层浮动读数头的光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一子读数头的数量为四个，两个所述第一子读数头设置在所述第一测量面上，两个所述第一子读数头设置在所述第二测量面上。

5.根据权利要求4所述的双层浮动读数头的光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一测量面上的两个第一子读数头以及一个所述第四子读数头按照第一预设方式分布；

所述第二测量面上的两个第一子读数头、一个第二子读数头以及一个第三子读数头按照第二预设方式分布。

6.一种双层浮动读数头的光栅位移测量方法，其特征在于，适用于权利要求1-5任一项所述的光栅位移测量装置，记所述读数部件组中的两个读数部件为第一读数部件以及第二读数部件，记所述第一读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第一参考位置信息组，记所述第一读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第一参考位置参数组，记所述第二读数部件的第一位置信息与第二位置信息记为第二参考位置信息组，记所述第二读数部件的第一位置参数与第二位置参数记为第二参考位置参数组，所述方法包括：

获取第一参考位置信息组，根据所述第一参考位置信息组计算得出所述第一参考位置参数组；

获取所述第二参考位置信息组，根据所述第二参考位置信息组计算得出所述第二参考位置参数组；

根据所述第一参考位置参数组以及所述第二参考位置参数组计算得到所述基板工作面的第三位置参数。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如权利要求6所述的方法。

8.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器用于存储一条或多条计算机程序指令，其中，所述一条或多条计算机程序指令被所述处理器执行以实现如权利要求6所述的方法。