[發(fā)明專利]一種動圈式平面電機(jī)動子三自由度位移測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310151501.5
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103292707A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱煜;楊開明;李敏;張鳴;李鑫;蔣毅;劉召;余東東
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京華卓精科科技有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種動圈式平面電機(jī)動子三自由度位移測量方法，其特征在于所述方法采用如下系統(tǒng)進(jìn)行測量：該系統(tǒng)包括Ⅰ號二維位置敏感傳感器、Ⅰ號激光頭、Ⅱ號二維位置敏感傳感器、Ⅱ號激光頭、Ⅰ號絕對直線光柵、Ⅱ號絕對直線光柵及信號處理系統(tǒng)；

將所述Ⅰ號絕對直線光柵沿x向安裝在L型線纜臺上，L型線纜臺在直線電機(jī)驅(qū)動下沿基臺y向跟隨平面電機(jī)動子運(yùn)動；Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭安裝在L型線纜臺的x向?qū)к壣希⑼ㄟ^一柔性機(jī)構(gòu)與平面電機(jī)動子連接，該柔性機(jī)構(gòu)允許Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭與平面電機(jī)動子在y向和θ_z向有微小的相對位移；

將所述Ⅱ號絕對直線光柵沿y向安裝在基臺上，Ⅱ號絕對直線光柵讀數(shù)頭安裝在直線電機(jī)動子上；

將所述Ⅰ號二維位置敏感傳感器和Ⅱ號二維位置敏感傳感器安裝在平板同一水平直線上，平板與平面電機(jī)動子的一側(cè)固連；所述Ⅰ號激光頭和Ⅱ號激光頭通過懸臂安裝在Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭上；

所述方法包括如下步驟：

1）分別建立3個(gè)直角坐標(biāo)系：平面電機(jī)動子坐標(biāo)系O₁-x₁y₁z₁、線纜臺坐標(biāo)系O₀-x₀y₀z₀和基臺坐標(biāo)系O-xyz，平面電機(jī)動子坐標(biāo)系原點(diǎn)位于平面電機(jī)動子的幾何中心，在初始位置時(shí)，3個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合；

2）標(biāo)記激光入射光點(diǎn)在二維位置敏感傳感器的中心時(shí)，二維位置敏感傳感器的讀數(shù)（x_p,y_p）；令Ⅰ號絕對直線光柵的讀數(shù)沿線纜臺坐標(biāo)系x₀軸正方向逐漸減小，標(biāo)記Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭在線纜臺坐標(biāo)系下x₀=0處的讀數(shù)x_ref；令Ⅱ號絕對直線光柵的讀數(shù)沿基臺坐標(biāo)系y軸正方向逐漸減小，標(biāo)記Ⅱ號絕對直線光柵讀數(shù)頭在基臺坐標(biāo)系下y=0處的讀數(shù)y_ref；

3）Ⅰ號絕對直線光柵測量Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭在線纜臺坐標(biāo)系下的x向位移，2個(gè)二維位置敏感傳感器測量Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭在x向及y向相對于平面電機(jī)動子的跟隨誤差；當(dāng)平面電機(jī)動子運(yùn)動過程中，在每個(gè)伺服周期，設(shè)Ⅰ號二維位置敏感傳感器的讀數(shù)為（x₁,y₁），Ⅱ號二維位置敏感傳感器的讀數(shù)為（x₂,y₂），Ⅰ號絕對直線光柵的讀數(shù)為x₃，則平面電機(jī)動子在線纜臺坐標(biāo)系下的三自由度位移（x₀,y₀,θ₀）為：

x0=xref-x3-dc+(f-b)(y2-y1)+ax2-(a+c)x1+cxpx2-x1+cy0=1c((a+c)x1-cxp-ax2-by1+by2)2+((a+c)y1-cyp-ay2+bx1-bx2)2θ0=y1-y2c]]>

其中，（a，b）為Ⅰ號二維位置敏感傳感器中心在平面電機(jī)動子坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)，c為Ⅰ號二維位置敏感傳感器中心與Ⅱ號二維位置敏感傳感器中心的水平距離，d為Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭到平面電機(jī)動子坐標(biāo)系y₁軸的距離，f為Ⅰ號絕對直線光柵讀數(shù)頭到線纜臺坐標(biāo)系x₀軸的距離；

4）Ⅱ號絕對直線光柵測量L型線纜臺在基臺坐標(biāo)系下的y向位移，在與步驟3）相同的伺服周期，設(shè)Ⅱ號絕對直線光柵的讀數(shù)為y₄，則平面電機(jī)動子在線纜臺坐標(biāo)系下的三自由度位移（x₀,y₀,θ₀）與在基臺坐標(biāo)系下的三自由度位移（x,y,θ）滿足下式：

x=x0y=y0+yref-y4θ=θ0]]>

故平面電機(jī)動子在基臺坐標(biāo)系下的三自由度位移（x,y,θ）為：

x=xref-x3-dc+(f-b)(y2-y1)+ax2-(a+c)x1+cxpx2-x1+cy=yref-y4+1c((a+c)x1-cxp-ax2-by1+by2)2+((a+c)y1-cyp-ay2+bx1-bx2)2θ=y1-y2c.]]>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動圈式平面電機(jī)動子三自由度位移測量方法，其特征在于：設(shè)平面電機(jī)動子任意線圈中心在平面電機(jī)動子坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)為（l₁,l₂），根據(jù)平面電機(jī)動子在基臺坐標(biāo)系下的三自由度位移（x,y,θ），求得該線圈中心在基臺坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)為（x_c,y_c）：

xc=l1c(x2-x1)+l2c(y2-y1)+x+l1yc=l2c(x2-x1)-l1c(y2-y1)+y+l2.]]>