[發明專利]一種基于磁場信息的平面二自由度位移測量方法

有效

• 申請號: 201811157806.6
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109405725B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 胡金春;朱煜;杜勝武;韓如錦;田暢;張鳴;尹文生;成榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

本發明是一種基于磁場信息的平面二自由度位移測量方法，該方法利用非周期磁場信息實現位移測量，在相對運動的物體上分別固定永磁體和磁傳感器陣列，永磁體產生磁場信息，按一定規則布局的磁傳感器陣列檢測磁場信息。該發明中采用勒讓德正交多項式結構建立磁傳感器測量模型，然后提出測量模型參數和位移同時在線求解的解算方法，保證每個測量點處的測量模型準確度，從而實現精密位移測量。本發明可以解決由于測量模型精確度不高而導致的基于磁場信息實現位移測量精度低的問題，該測量方法可應用于制造裝備或機器人等運動系統中。

技術領域

本發明設計一種二自由度的位移測量方法，特別涉及適用于基于磁場信息的平面二自由度位移測量。

背景技術

隨著工業4.0的提出，精密制造成為了一個國家經濟發展的重要支柱，位移測量也越來越廣泛地應用到工業領域中，而精密位移測量技術是制造精密儀器的基礎，決定了整個制造業的制造精度，其中精密位移測量技術涉及精密儀器的加工制造、集成電路、航空航天、機器人制造等領域。位移測量的核心部分就是利用各個傳感器將光、磁、電等信號轉化為位移信息，目前常用的位移測量傳感器有電容傳感器、圖像傳感器、光柵尺傳感器、電渦流傳感器等。這些方法對傳感器的安裝條件有苛刻的要求，無法滿足動態實時測量場合，而且調整難度大，對環境要求高。電磁傳感器結構簡單、對工作環境要求較低，但永磁體存在制造誤差以及充磁不均勻性等有固有缺陷引起磁場分布模型誤差，影響位移測量結果，因而一種基于磁場信息能實現高精度位移測量的方法亟待提出。

發明內容

如上所述，基于磁場信息的二自由度位移測量方法，則需保證在每個位置處的測量模型參數都是準確的，因為在不同位置處測量模型參數會發生變化，為了保證測量精度，本發明提出一種基于磁場信息的二自由度位移測量方法，利用永磁體產生的磁場信息，采用模型參數和位移同時在線求解，從而實現二自由度的位移測量，在保證模型準確度的條件下，實現位移解算。

本發明所采用的技術方案如下：

1)在相對運動的定子和動子上分別固定永磁體和磁傳感器陣列，在永磁體上建立定坐標系OXYZ，在磁傳感器陣列上建立動坐標系O'X'Y'Z'；

2)在動坐標系O'X'Y'Z'下，設磁傳感器陣列中第i個磁傳感器的安裝坐標為(x_i0,y_i0)^T，其中i＝1,2,...,n，n為傳感器個數；

3)在定坐標系OXYZ下，第i個磁傳感器的坐標為(x_i,y_i)；

4)在初始測量時刻，設定坐標系OXYZ與動坐標系O'X'Y'Z'相重合，在某一時刻t_k，磁傳感器的平面二自由度位移為[x,y]^T，即動坐標系O'X'Y'Z'原點在定坐標OXYZ中的位置，則該時刻第i個磁傳感器在定坐標系OXYZ中的位置為[x_i,y_i]^T＝[x_i0,y_i0]^T+[x,y]^T；

5)建立磁傳感器的位移測量模型為f(P,x,y)，P為模型參數，P＝[a₀₀,a₀₁,…,a_mn]，其中，a_mn為模型參數P中的變量，則第i個磁傳感器的坐標方程為f_i(P,x_i,y_i)，并建立定坐標系的零點約束方程f_c1(0,y)與f_c2(x,0)，設磁傳感器位移測量模型和約束方程的向量為：