CN105783859B - 一种三轴运动平台的高精度控制方法 - Google Patents

Abstract

本案为一种三轴运动平台的高精度控制方法，包括：步骤1)发射激光控制发出三条激光束，三条激光束包括第一激光束，第二激光束，第三激光束；步骤2)第一激光束在被测物体表面上的第一测量点采用第一CCD成像系统得到第一成像图像，第二激光束在被测物体表面上的第二测量点采用第二CCD成像系统得到第二成像图像，第三激光束在被测物体表面上的第三测量点采用第三CCD成像系统得到第三成像图像；步骤3)根据步骤2)中的三个成像图像，分别计算得到被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度；步骤4)根据被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度、材料模型计算得到实际测量点的距离。

Description

一种三轴运动平台的高精度控制方法

技术领域

本发明涉及视觉定位领域，特别是涉及一种三轴运动平台的高精度控制方法。

背景技术

高精度CCD激光三角距离测量技术的基本原理，是一束光从传感器发射到被测物体表面，它相当于一个自动光断面显微镜，有时作为一种结构化的光会被提及。在表面，激光发射光斑在一点上。在与激光形成的某个角度上，用透镜形成影像或在这个影像平面的光斑照片，位置传感的检测器就置于这个影像平面。如果表面进一步远离传感器，检测器的光斑变换到不同的点上。通过确定光斑的位置和测量相关的角度，传感器到表面的距离可被确定。

有两种主要的检测器类型用于非接触式三角测量传感器。它们都是固态的，与具有粗糙结构的电路芯片集成，只要适当地组装传感器外壳，即使在恶劣的环境中，其仍具有可靠的性能。第一种传感器类型是PSD或者称为位置敏感检测器；第二种是CCD也称为带电的耦合设备。

位置敏感器件PSD(Position Sensitive Device)。PSD属于半导体器件，一般做成P+IN结构，具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点，其弱点主要是非线性。其工作原理是基于横向光电效应。作为新型器件，PSD已经被广泛应用在位置坐标的精确测量上，如：兵器制导和跟踪、工业自动控制、或位置变化等技术领域上。PSD光电器件是一种光能/位置转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制，因而可以显着提高系统的抗干扰能力，可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统。因而近年来采用PSD作为位置检测实现技术一直受到重视，并不断研究开发出新的应用技术。研究表明，PSD与CCD器件的最大不同之处是光电位置信号与照射强度相关，以及PSD信号的非线性影响，因而PSD传感装置主要用于一维和二维位置量检测，直接用于D3定位和位置测量还有许多问题需要解决。

CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显着特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。通常一维的CCD排列用于单点测量。二维的样式与激光线性传感器同时使用，这种传感器可以在一个简单的图象框架中测量二维的外形。

现有三轴运动平台，在尺寸变大以后容易在Z方向上随温度和湿度的变化产生较大的误差，最大的误差可能达到几毫米。目前的技术方案是通过台面校准功能校准Z轴的变化。现有技术存在以下缺点：

1)台面校准比较耗时，一次校准需要接近1小时；

2)太敏感，温度变化1摄氏度就会照成台面较大的误差；

3)不方便，如果平台运行过程中温度发生变化，将不能继续工作，必须停止工作以后重新校准才能恢复正常工作。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种保证实时控制精确度的三轴运动平台的高精度控制方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种三轴运动平台的高精度控制方法，包括：

步骤1)发射激光控制同时发出三条激光束到被测物体表面，所述三条激光束包括第一激光束，第二激光束，第三激光束；

步骤2)所述第一激光束在所述被测物体表面上的第一测量点采用第一CCD成像系统得到第一成像图像，所述第二激光束在所述被测物体表面上的第二测量点采用第二CCD成像系统得到第二成像图像，所述第三激光束在所述被测物体表面上的第三测量点采用第三CCD成像系统得到第三成像图像；

步骤3)根据所述步骤2)中的三个成像图像，分别计算得到所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度；

步骤4)根据所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度，以及材料模型计算得到实际测量点的距离。

优选的是，所述的三轴运动平台的高精度控制方法，其中，所述材料模型为所述被测物体的材料的物理特性随温度变化的模型。

优选的是，所述的三轴运动平台的高精度控制方法，其中，所述步骤4)之前还包括预先利用数学建模建立不同材料的形变数学模型。

优选的是，所述的三轴运动平台的高精度控制方法，其中，所述步骤4)中还包括通过算法将所述成像图像的噪声滤除，并计算得到成像图像的重心位置，再根据该重心位置的距离模型计算出该测量点的精确距离。

本发明的有益效果：

(1)本案采用的CCD技术，具有体积小、功耗小以及灵敏度高等优点；

(2)本案主要解决了在大尺寸三轴运动平台在Z方向的精度问题，满足了大尺寸高精度三轴运动平台项目为实现平台在平台尺寸变大以后Z轴距离台面高精度的要求，采用了全XY平面实时自动距离校准技术，保证了实时控制精确；

(3)预先利用数学建模建立不同材料形变数学模型，根据三点的精确距离以及角度可以计算出实际需要测量点的精确距离。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的三轴运动平台的高精度控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种三轴运动平台的高精度控制方法，请参阅附图1，包括：

步骤1)发射激光控制同时发出三条激光束到被测物体表面，所述三条激光束包括第一激光束，即图1中的激光束1，第二激光束，即图1中的激光束2，第三激光束，即图1中的激光束3；

步骤2)所述第一激光束在所述被测物体表面上的第一测量点采用第一CCD成像系统得到第一成像图像，即图1中的CCD成像1，所述第二激光束在所述被测物体表面上的第二测量点采用第二CCD成像系统得到第二成像图像，即图1中的CCD成像2，所述第三激光束在所述被测物体表面上的第三测量点采用第三CCD成像系统得到第三成像图像，即图1中的CCD成像3；

步骤3)根据所述步骤2)中的三个成像图像，分别计算得到所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度，即图1中的测量点1距离、第二测量点的距离和角度，即图1中的测量点2距离、第三测量点的距离和角度，即图1中的测量点3距离；

步骤4)根据所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度，以及材料模型计算得到实际测量点的距离。

进一步的，所述材料模型为所述被测物体的材料的物理特性随温度变化的模型。

进一步的，所述步骤4)之前还包括预先利用数学建模建立不同材料的形变数学模型。

进一步的，所述步骤4)中还包括通过算法将所述成像图像的噪声滤除，并计算得到成像图像的重心位置，再根据该重心位置的距离模型计算出该测量点的精确距离。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种三轴运动平台的高精度控制方法，其特征在于，包括：

步骤1)发射激光控制同时发出三条激光束到被测物体表面，所述三条激光束包括第一激光束，第二激光束，第三激光束；

步骤2)所述第一激光束在所述被测物体表面上的第一测量点采用第一CCD成像系统得到第一成像图像，所述第二激光束在所述被测物体表面上的第二测量点采用第二CCD成像系统得到第二成像图像，所述第三激光束在所述被测物体表面上的第三测量点采用第三CCD成像系统得到第三成像图像；

步骤3)根据所述步骤2)中的三个成像图像，分别计算得到所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度；

步骤4)根据所述被测物体表面上的第一测量点的距离和角度、第二测量点的距离和角度、第三测量点的距离和角度，以及材料模型计算得到实际测量点的距离，所述材料模型为所述被测物体的材料的物理特性随温度变化的模型。

2.如权利要求1所述的三轴运动平台的高精度控制方法，其特征在于，所述步骤4)之前还包括预先利用数学建模建立不同材料的形变数学模型。