[發(fā)明專(zhuān)利]一種大行程運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210121975.0
• 申請(qǐng)日: 2012-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102661709A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鳴;朱煜;劉昊;蔣毅;劉召;楊開(kāi)明;胡金春;徐登峰;穆海華;尹文生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量方案，且特別涉及一種位置敏感探測(cè)器陣列大行程位移測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

位置敏感探測(cè)器(PSD：Position?Sensitive?Detector)是一種對(duì)入射到光敏面光點(diǎn)位置敏感的PIN型光電二極管，通過(guò)平面擴(kuò)散制造工藝，由P、I、N三層構(gòu)成，它可在垂直探測(cè)器平面的兩個(gè)方向上對(duì)入射光敏感。其以分辨率高、實(shí)用性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、后續(xù)處理電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于非接觸激光位移檢測(cè)系統(tǒng)中。

在測(cè)量精度要求為微米級(jí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，PSD和CCD得到了廣泛的應(yīng)用，均可以通過(guò)多個(gè)測(cè)量值解算得到運(yùn)動(dòng)臺(tái)的六自由度位移。二者優(yōu)劣各異，相對(duì)而言，PSD的優(yōu)勢(shì)在于分辨率高、后處理電路簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快以及無(wú)“盲區(qū)”，PSD的劣勢(shì)在于其線性度差、測(cè)量范圍有限。以準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性作為系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，PSD具有更大的應(yīng)用前景。

由于PSD的測(cè)量范圍有限，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)臺(tái)的行程受限。在大行程運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，為了能提高PSD測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍，增加運(yùn)動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)行程，一般采取結(jié)合其他位移傳感器(電渦流、光柵尺等)的方式進(jìn)行測(cè)量，而不同種類(lèi)的測(cè)量元件，會(huì)增大信號(hào)通訊及處理的難度。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有應(yīng)用中運(yùn)動(dòng)臺(tái)行程受限于PSD測(cè)量范圍的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠測(cè)量大行程運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移的PSD陣列測(cè)量方案。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案如下：

一種大行程運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移測(cè)量方法，特征在于該方法包括：將光路分配裝置固定于運(yùn)動(dòng)臺(tái)上，所述光路分配裝置生成多束相互平行的第一測(cè)量光，所述第一測(cè)量光與水平面平行；將多個(gè)位置敏感探測(cè)器組成線性陣列，固定于基臺(tái)上，所述位置敏感探測(cè)器的工作面和所述基臺(tái)的水平面垂直。

所述多束第一測(cè)量光與所述位置敏感探測(cè)器線性陣列按照一定的方式排布，使得所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)至少有一束第一測(cè)量光被所述位置敏感探測(cè)器線性陣列檢測(cè)到，所述排布方式按照如下公式計(jì)算：

k≥τdd]]>

當(dāng)?shù)谝粶y(cè)量光不等間距，位置敏感探測(cè)器等間距排布時(shí)，設(shè)相鄰位置敏感探測(cè)器的間距為τ_p，有m束第一測(cè)量光，位置敏感探測(cè)器的測(cè)量范圍為d，則滿(mǎn)足：

m≥τpd.]]>

將多對(duì)探測(cè)頭組成的線性陣列固定于基臺(tái)上，所述多對(duì)探測(cè)頭發(fā)射多束相互平行的第二測(cè)量光，所述探測(cè)頭組成的線性陣列用于檢測(cè)所述第二測(cè)量光是否被所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)遮擋，根據(jù)分布于所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的所述第二測(cè)量光的遮擋情況，得到所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)大致位置。

沿同一方向同時(shí)布置所述位移敏感探測(cè)器陣列以及所述探測(cè)頭線性陣列，根據(jù)所述位置敏感探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果以及探測(cè)頭得到的所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)大致位置，解算出所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)在所述方向的長(zhǎng)行程位移量，解算方法按如下公式解算：