文档介绍：基于角度格栅的二维位置检测方法研究摘要提出了一种可用于多维位姿动态检测的长度基准复现形式一角度格栅,及以此为基准栅的周期之比小于×。,多点法有足够的算法精度。本论文针对精密机器系统中平而运动物体位置的动态测量问题,提出了一种结构简单、适应性强的高精度解决方法。论文对方法的实现进行了深入的理论分析和研究,并通过数字仿真和实验研究证明了这种基于角度格栅的二维位置检测方法的有效件。论文首先综合介绍憔芪恢貌饬吭谥圃炝煊虻闹匾W〖跋执远辔恢测量提出的新要求,并分析比较了现有各种二维位置测量系统的特点及其在动态检测应用中存:左的问题。在分析各种一维栅式位置测量元件的工作原理及特点的基础上,进行二维位置检测的方法。该检测方法的高精度实现除了依赖于角度格栅和角度传感器的设计和精度之外,多点测量算法、角度传感器和角度格栅的自校正技术也是曛的重要组成部分,它通过建立软基准来提高测量精度。由于位置测量通过角度检测来实现,而角度传感器的读数足与位置有关的角度函数及探头方向角两者的综合反映,故必须将运动物体方向角的影响分离畕来。本研究在第二章中运用误差分离思想,提出了几种通过多探头测蹙分离位置量与姿态量的时域算法,仿真结果农蛘庑┧惴茇昝舻胤掷胱颂嵌晕幌獗诘挠跋臁Mü远嗟法差动输出传递函数及算法误差传递甬数的频域分析,给出了系统结构参数的设计准则。对误差传递函数的频域分析和数字仿真结果证明,只要探头之间的间隔比角度格本研究中,二维角度传感器由激光准直成像系统和四像限光电探测器组成,它与角度格栅。起构成位置测精盈7钗牡牡谌露约す馐獍弑咴敌巫础⒆贾惫馐馇的高斯分布以及四像限光电探测器单元问问隔对系统输匦缘挠跋旖辛朔治觯出了线性输出的条件与范围。利用光波的波动方程及高斯光束传递公式,从理论上分析,各主要光路参数对输出特性的影响,从而为光路参数的设计和光路调试提供了依据。利用光线追迹法的数字仿真定量分析了由于光斑线度的平滑作用给角度函数测量带来的影响。本文第四章主要是测量系统的建立及应用。通过制作的光电式测量系统,对所提出的位置检测方法进千『菏笛檠芯亢吐壑ぁJ挡馐荼砻鳎獍呦叨认喽越嵌雀裾さ,
周期来说不为小量时,对角度函数的测量产平滑作用,使函数的正余弦性受到影响。放在系统实现中,得到小光斑线度的投射光束是提高角度与位移转换精度的关键。完成琢侥郾晗刀宰际灯锖停海何硕锾逦黄鞑饬渴笛榻峁得髁死媒嵌雀裾げ庾维位置的有效性和简捷角度格栅角度确数的棱难是本测慑方法获得高精度的关键,也是本文要解决的主臻问腰之一。在深入了解把撅现有备种高精度测最器具自校谁方法实质的基础上,本文存第五章中提小了一‘种迭代校准簿法。×俊⒉黄苹敌W加内角度甬数的单调性时,通过被校准点残羞和巾问坐标值的不断迭代和相互修Ⅱ以得到与真值有足够近似程度的收敛值。数学上的分析推导段数字仿真结果都证明迭代的收敛性。数字计算结果还表明,校准后的残余误差可减小至与角度传感器的分辨率在同一数量级。关键词:位置测量系统,一:维动态测量,角度格栅,多点法,光电式二维角度传感器,自校Ⅱ
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第一章绪论精密机器系统中的多维动态位置检测存现代化生产中,测量是加工过程的一个重要组成部分。没有高精度的测量就没有高精度的加工设备,也就没有高质量的产品。位置测量在保证和检测数控金切机床、光刻和掩膜版制造设备及装配机器人等加设备的工作精度方面就是一项重要内容。加工和测量的功能部件如数控机床的刀架台、图形发生器的二维工作台、装配机器人的末端执行器和牮标测量机的测量头等的位置检测和控制对保证产品质量具有决定性的重要意义。随着现代技术的发展,加工件日益增加的复杂性和精度要求的提高对精密机器中的位置控制系统不断提出了新的要求,要求加工设备中的运动部件具有更高的定位精度,因此对位置检测提⋯了新的要求,要求动态测量而不仅是静态测量、多维综合测量而不仅是单维的独立测量。在精密加工领域,随着航空、航天、光学、微电子和通信等高技术的发展和机电产品质量和性能的进一步优化,许多金属构件和光学零件的形状越来越复杂,精度要求也越来越高。如人造卫星姿态控制用的过球面的球度要求足;空对空导弹的红外接收器的非球面反射镜,形状误差要求小于甿~.晃A颂岣咝率,减少阻/徒档驮肷苫菪啊⑽新址⒍囊镀颓彼У耐平鞯榷季有极其复杂的空间曲面,为实现性能,它们的轮廓形状要求达到跃ǘ取俊这便对加工中刀架的轨迹控制提出了芨叩囊G蟆5都芄旒Mü栈匪欧刂葡低呈现,由多维运动动态叠加￡伞9旒?刂凭ǘ茸惆ǜ髯杂啥壬系奈恢貌饬吭<⒋动机构、驱动机构及控制参数在内的各部分性能的综合体现,只有通过动态多维位置及姿态测量才能对其进行切合实际的评