Die Messung der Verschiebung auf Mikro- und Nanometergenauigkeit spielt eine entscheidende Rolle in den Bereichen der präzisen mechanischen Bearbeitung, der Halbleiterfertigung und der industriellen Automatisierungssteuerung. Im Vergleich zu potenziometrischen und laserinterferometrischen Methoden weisen Gitter-Verschiebungssensoren Vorteile wie eine einfache Struktur, hohe Auflösung und starke elektromagnetische Störfestigkeit auf und sind somit eine wichtige Methode im Bereich der präzisen Verschiebungsmessung. Derzeit bestehen ausgereifte Gitter-Verschiebungssensoren meist aus einer Maßstabsschiene und einem Lesekopf, verfügen über ein großes Volumen und einen kleinen Messbereich (niedriges Verhältnis von Messbereich zur Länge, Range-Length Ratio, RLR), wie z.B. der GT2-S1 von Keyence mit einem RLR von nur 0,033, was den Anforderungen für den Einsatz in begrenzten Räumen nicht genügt. Zur Lösung dieses Problems wird in diesem Artikel ein neuer miniaturisierter Gitter-Verschiebungssensor vorgestellt und realisiert, der eine „W“-förmige reflektierende Faltungsoptik verwendet, um das Volumen des Sensors zu reduzieren. Der Sensorkopf ist in das Gehäuse integriert, um einen hohen RLR zu erreichen, und es wird der variable Partikelschwarmoptimierungsalgorithmus (Particle Swarm Optimization, PSO) zur Erkennung des photoelektrischen Detektionssignals und Fehlerkompensation für hochpräzise Messungen eingesetzt. Es wurde bestätigt, dass der vorgeschlagene Sensor bei einem Volumen von 7 mm × 8,5 mm × 25 mm einen Messbereich von 15 mm, einen hohen RLR von bis zu 0,6 und einen Fehler von weniger als 1,1 μm aufweist. Dieser Gitter-Verschiebungssensor zeichnet sich durch kleine Abmessungen, hohen RLR, hohe Messgenauigkeit und einfache Wiederverwendbarkeit aus und löst das Problem der Online-Messung von Spalt- und Verschiebungsmaßen in engen, begrenzten Räumen.

absoluter Gitter-Verschiebungssensor;Miniaturisierung;Verschiebungsmessung;Fehlerkompensation;Spaltmessung