CN106168463B - Psd2干涉检测中局部采点的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PSD2干涉检测中局部采点的控制方法，包括：步骤1：工作平台回机械原点，步骤2：计算机械坐标系与工件坐标系之间的偏差，步骤3：对已知的玻璃尺寸以及检测阵列数，计算每点的绝对坐标，并且控制其按来回扫描的栅线型方式运动，步骤4：每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环，步骤5：结束测量，安全锁紧，清零脉冲计数器并且退出程序。本发明提供的方法实现了对玻璃表面进行自动均匀采点的PSD2面形检测，能够自动定量规划路径，大大提高了测量效率，重复采样测量得到了保证。

Description

PSD2干涉检测中局部采点的控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是一种PSD2干涉检测中局部采点的控制方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，大口径光学系统在天文光学、空间光学、地基空间目标探测与识别、惯性约束聚变等高技术领域得到了越来越广泛的应用。大口径光学元件的制造需要与之精度相适应的检测方法和仪器。

采点检测测试技术是一种以低成本高分辨率检测大口径光学元件的有效手段。当被测平面光学元件尺寸超过干涉仪口径，利用小口径干涉仪每次仅检测整个光学元件中均匀分布的几部分区域(子孔径)，目的在于检测中高频误差PSD2在大口径光学元件中的分布情况，由于中高频PSD2误差大多由于小工具数控抛光产生，所以有必要知道PSD2误差在全口径上的分布情况。但是，目前的PSD2检测设备(比如DMS干涉仪)放置在固定的平台上，无法在大口径玻璃表面进行高精度定点重复抽样检测，更无法让其自动规划路径并实现自动化测量。

发明内容

为克服上述定点重复抽样检测、自动规划路径等干涉检测的缺陷，本发明所要解决的技术问题是让提供一种能够实现自动定点重复抽样检测的自动化控制的算法。

本发明的技术方案如下：

一种PSD2干涉检测中局部采点的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：工作平台回机械原点；

步骤2：计算机械坐标系与工件坐标系之间的偏差；

步骤3：对已知的玻璃尺寸以及检测阵列数，计算每点的绝对坐标，并且控制DMS干涉仪按来回扫描的栅线型方式运动；

步骤4：每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环；

步骤5：结束测量，安全锁紧，清零脉冲计数器并且退出程序。

所述步骤1中机械原点是根据EL+NegEZ方式确定原点，即移动平台触碰到极限开关后，反向移动寻找编码器原点。其中EL为极限开关，EZ为伺服编码器的原点，Neg为英文反向的缩写；

所述步骤2计算机械坐标系与工件坐标系之间的偏差，公式如下：

x＝x′-x₀′,y＝y′-y₀′；

其中x₀′为在X轴方向的工件零点偏置，y₀′为在Y轴方向的工件零点偏置。

x′为在X轴方向的机械坐标，y′为在Y轴方向的机械坐标。

x为在X轴方向的工件坐标，y为在Y轴方向的工件坐标。

所述步骤3中，设玻璃的宽度为a，高度为b，需要采点的阵列数为c×d，则任意点坐标(x_i,y_j)的计算公式如下：

式中，x₀为X轴方向的工件坐标上第一个采样点；y₀为Y轴方向的工件坐标上第一个采样点。

所述步骤3中控制来回扫描的栅线型运动方式的步骤如下：

①、利用上式计算x_i和y_j一维数组；

②、对x_i数组翻转c-1次并重新组合成新数组；

③、索引y_j数组中的每个元素并循环d次后重新组成新数组y_j’；

④、交织数组x_i’和y_j’，生成轨迹坐标数组x_i’y_j’。

步骤4中每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环，具体如下：

Δu(k)＝e(k)×电子齿轮比＝(轨迹坐标-光栅尺位置)×电子齿轮比

式中：Δu(k)为补偿脉冲，e(k)为位置误差，轨迹坐标是工件坐标中理论计算所需要达到的任意坐标(x_i，y_j)，光栅尺位置是通过线性光栅实际测量得到的实际工件坐标。

所述玻璃为竖直放置，xy平面为竖直平面，y轴在测量结束后能够自锁，防止DMS干涉仪由于重力而向下滑落。

与现有技术相比，本发明实现了PSD2干涉检测中局部均匀采点的自动化和路径自规划的智能化，避免检测中因人为因素导致的采点不均匀，重复测量时重复性精度不高等缺点，而且因栅型路径的自动规划计算，大大提高了检测效率，保证了局部采点检测数据的可靠性。

本发明自动均匀采点的PSD2检测设备，该检测设备操作简单，可方便的检测行程内大玻璃表面的任意点的数据，设备整体采用闭环的方式，可以多次对某一点进行重复测量。并且在输入玻璃尺寸及检测点阵列之后，路径自规划，符合工程需求，使用性强。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为对象回原点的方式与状态。

图3为机械坐标系与工件坐标系之间的偏差关系。

图4为任意点坐标的示意图。

图5为栅线型运动分解图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

步骤1：工作平台回机械原点。

1、待测钕玻璃样品的尺寸为820mm×480mm，检测阵列点数为2×4(如图1所示界面)，根据EL+NegEZ的方式回原点，其中EL为极限开关，EZ为伺服编码器的原点。即对象将一直运动直到原始信号发生，然后将以与ORG相反方向继续运动，直到EZ信号发生。此时，平台停止在固定且唯一的位置，机械坐标确定，脉冲计数器清零。如图2所示为对象回原点的三种状态。

步骤2：计算机械坐标系与工件坐标系之间的偏差。

机械坐标系与工件坐标系之间的偏差计算如下：x＝x′-x₀′,y＝y′-y₀′。其中x₀′，y₀′为工件零点偏置。机械回原点后，开启DMS干涉仪，确定光斑中心点的位置，并做好点标记，再测量玻璃左下角与标记点的偏差距离，即x′₀＝20mmy′₀＝20mm。

步骤3：对已知的玻璃尺寸以及检测阵列数，计算每点的绝对坐标，并且控制其按来回扫描的栅线型方式运动。

已知玻璃的宽度为a，高度为b，需要采点的阵列数为c×d，则任意点坐标(x_i,y_j)的计算公式如下：

实施例1中，玻璃的宽度为820mm,高度为480mm,需要采点的阵列数为2×4，则任意八个点的坐标为

如图4，其来回扫描的栅线型运动方式，其运动如图可以分解为横向来回扫描和纵向的逐步单向运动。

在控制过程中，采用PCI-1245运动控制卡及DLL(动态链接库)函数，在Labview平台上实现控制算法及步骤如下：

步骤1、利用上式计算x_i和y_j一维数组。

{x_i}＝{102.5、307.5、512.5、717.5}

{y_i}＝{120、360}

步骤2、对x_i数组翻转c-1次，生成c个数组，并组合成新数组{x_i’}。

{x_i’}＝{102.5、307.5、512.5、717.5、717.5、512.5、307.5、102.5、}

步骤3、索引y_j数组中c个元素的值并对每个元素的值循环d次后生成c个新数组，然后组合成新数组y_j’。

{y_i’}＝{120、120、120、120、360、360、360、360}

步骤4、交织数组x_i’和y_j’，生成轨迹坐标数组x_i’y_j’。

步骤4：每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环。

Δu(k)＝e(k)×电子齿轮比＝(轨迹坐标-光栅尺位置)×电子齿轮比

式中：Δu(k)为补偿脉冲，e(k)为位置误差。

Δu(k)＝e(k)×1＝(102500-102425)×1＝75(pps)

故距离理想位置102.5mm还需给75个正脉冲(逆时针为正)。

步骤5：结束测量，伺服锁紧，清零脉冲计数器并且退出程序

防止DMS干涉仪由于重力而向下滑落。在此，采用带抱闸的伺服电机和限位开关共同作用：

1、在接触到限位开关时，限位开关的常闭开关断开，使脉冲无效，电机就不再旋转。

2、在结束测量后，系统断电，伺服电机的抱闸线圈断电致使闭合，抱住了电机转子。

3、每次退出程序前和开机回零点后，系统都会清零脉冲计数器，这样保证绝对坐标原点的统一性。

本发明中局部采点的的控制方法可通过Labview编程实现，实现上述算法应安装有运动卡相应的动态链接库函数(DLL)，本算法也可通过VB/VC等实现。

Claims (3)

1.一种PSD2干涉检测中局部采点的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

步骤1：工作平台回机械原点；

所述步骤1中机械原点是根据EL+NegEZ方式确定原点，即移动平台触碰到极限开关后，反向移动寻找编码器原点，其中EL为极限开关，EZ为伺服编码器的原点，Neg为英文反向的缩写；

步骤2：计算机械坐标系与工件坐标系之间的偏差，公式如下：

x＝x＇-x₀＇,y＝y＇-y₀＇；

其中x₀＇为在X轴方向的工件零点偏置，y₀＇为在Y轴方向的工件零点偏置；x＇为在X轴方向的机械坐标，y＇为在Y轴方向的机械坐标；x为在X轴方向的工件坐标，y为在Y轴方向的工件坐标；

步骤3：对已知的玻璃尺寸以及检测阵列数，计算每点的绝对坐标，并且控制DMS干涉仪按来回扫描的栅线型方式运动；

设玻璃的宽度为a，高度为b，需要采点的阵列数为c×d，则任意点坐标(x_i,y_j)的计算公式如下：

式中，x₀为X轴方向的工件坐标上第一个采样点；y₀为Y轴方向的工件坐标上第一个采样点；

所述的控制来回扫描的栅线型运动方式的步骤如下：

①、利用上式计算x_i和y_j一维数组；

②、对x_i数组翻转c-1次并重新组合成新数组；

③、索引y_j数组中的每个元素并循环d次后重新组成新数组y_j’；

④、交织数组x_i’和y_j’，生成轨迹坐标数组x_i’y_j’；

步骤4：每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环；

步骤5：结束测量，安全锁紧，清零脉冲计数器并且退出程序。

2.如权利要求1所述的PSD2干涉检测中局部采点的控制方法，其特征在于，步骤4中每次采点到达位置后，光栅尺位置与轨迹坐标做对比实现全闭环，具体如下：

Δu(k)＝e(k)×电子齿轮比＝(轨迹坐标-光栅尺位置)×电子齿轮比

式中：Δu(k)为补偿脉冲，e(k)为位置误差，轨迹坐标是工件坐标中理论计算所需要达到的任意坐标(x_i，y_j)，光栅尺位置是通过线性光栅实际测量得到的实际工件坐标；

3.如权利要求1所述的PSD2干涉检测中局部采点的控制方法，其特征在于，所述玻璃为竖直放置，xy平面为竖直平面，y轴在测量结束后能够自锁，防止DMS干涉仪由于重力而向下滑落。