CN106873638B - 基于激光位移传感器的双测头自动对准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光位移传感器的双测头自动对准系统，主要由机械系统和测控系统两部分组成；其中机械系统包括侧挡板、工件台、安装板、上自动滑台、上传感器夹具，上传感器、下传感器夹具、下传感器、下自动滑台、电机、支架；测控系统控制自动滑台带动传感器在XOY平面内相对运动，通过采集有限点的测量值拟合曲线，在拟合曲线中找到峰值点，工控机控制电机将传感器移动到峰值点处，以此控制上下两个传感器对准。本发明提出的自动对准解决了一般对准过程带来的准确度不高的问题；本发明还可以在对准后拆卸，安装，解决了对准的一次性问题。

Description

基于激光位移传感器的双测头自动对准系统
技术领域
本发明涉及一种基于激光位移传感器的双测头自动对准系统。
背景技术
传感器种类繁多，广泛应用于社会生产和科学研究的各个领域。激光位移传感器近年来得到了快速发展，在零件的尺寸测量，三维轮廓测量，产品质量检测领域极大提高了测量的效率和精度。在一些测量场合会应用到双测头对准测量被测件的厚度或直径等。
通常在双测头的测量应用中，使测头对准在同一直线上是很困难的，特别是像激光位移传感器这种精度特别高的传感器，对于对准的精度要求更高，这样才能保证测量时的精度。
对于激光位移传感器而言，在对准的过程中，一般都是采用手动调节两个测头对准，存在着很大的定位误差，激光位移传感器作为高精度的传感器，这些定位误差会给测量结果带来较大影响。多数情况下都是将激光位移传感器固定，例如专利《一种基于激光位移传感器的与对准装置及系统》（CN104635753A）中公开了一种预对准装置，该方案将激光双测头固定，但是并没有考虑激光双测头的对准问题，又如专利《一种激光位移传感器控制的预对准方法》中提及的系统涉及光刻技术领域，利用成像系统的高精准平台和激光位移传感器，解决光刻过程中版图中心和掩模板中心的对准，采用成像系统意味着系统的造价的提高。
在控制部分采用曲线拟合的方法对数据进行处理。所谓曲线拟合就是从数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE002
中找出总体规律性，并构造一条能较好反映这种规律的曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。插值方法也是处理这类问题的一种方法，但是，插值方法有明显的缺点，首先，因为数据不可避免地带有误差，此时要求近似函数P(x)过全部已知点，相当于保留全部的误差。另外，由于实验数据往往很多，如果仍然采用多项式插值，必然得到次数较高的多项式，这样，不但计算复杂，而且p(x)的收敛性和稳定性都很难得到保证，会出现龙格现象，逼近效果不佳。
曲线拟合出的曲线p(x)可以尽可能地靠近所有数据点，所有误差都达到最小，因此曲线拟合的方法是较好的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度可靠、方便调节的基于激光位移传感器的双测头自动对准系统。
本发明的技术解决方案是：
一种基于激光位移传感器的双测头自动对准系统，其特征是：主要由机械系统和测控系统两部分组成；
所述机械系统包括支架，支架上部设有侧挡板，支架顶部设有上安装板，上自动滑台安装在上安装板下表面，上传感器通过上传感器夹具装于上自动滑台上，上自动滑台下方为设置在支架上的工件台，工件台中心留有一个与球形参考物直径相等的圆孔，参考物放置在圆孔内，工件台下方设置装在支架上的下自动滑台，下传感器通过下传感器夹具装于下自动滑台上；上、下传感器分别设置在参考物的上、下侧；
所述测控系统采用运动控制卡来实现控制，运动控制卡通过上位机给出的信号控制上自动滑台、下自动滑台沿X、Y方向运动。
工件台为可以直接从支架中抽出的形式。
传感器随着自动滑台在X-Y方向运动，通过采集有限点的数据来拟合曲线，找到峰值点，实现上下传感器的自动对准。
上自动滑台、下自动滑台上均装有驱动滑台分别在x、y两个相互垂直的方向上运动的两个驱动电机。
工作过程：
第一步：将参考物放置在工件台内，将工件台安装在支架上；
第二步：将激光位移传感器安装在自动滑台上，上、下传感器分别固定于上下自动滑台上，分布在参考物的上、下侧；
第三步：开启电源，上、下传感器处于测量初始位置；设置激光双测头以及X、Y向运动机构的参数；启动程序，系统通过电机驱动滑台带动传感器先沿X方向运动，采集并接收传感器测量的有限点的数据，将传感器复位，通过Labview平台，利用数据进行最小二乘多项式曲线拟合，拟合出曲线，驱动电机带动传感器至X向顶点处，并以此时传感器位置作为在Y方向上的初始位置；控制电机驱动滑台带动传感器在Y方向上运动，采集并接收传感器的数据，传感器复位，通过Labview平台，拟合出Y向曲线，驱动电机带动传感器至Y向曲线顶点，此时上、下传感器均对准球心，即上、下传感器对准。
本发明的有益效果为：（1）本发明提出的自动对准解决了一般对准过程带来的准确度不高的问题；（2）本发明还可以在对准后拆卸，安装，解决了对准的一次性问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明整体原理图。
图2是本发明机械系统中的自动滑台的示意图。
图3是本发明的自动对准流程图。
图中的标号名称：1.侧挡板，2.安装板，3.上自动滑台，4.上传感器夹具，5.上传感器，6.参考物，7.工件台，8.下传感器夹具，9.下传感器，10.下自动滑台，11.支架，12.运动控制卡。
具体实施方式
一种基于激光位移传感器的双测头自动对准系统，其特征是：主要由机械系统和测控系统两部分组成；
所述机械系统包括支架，支架上部设有侧挡板，支架顶部设有上安装板，上自动滑台安装在上安装板下表面，上传感器通过上传感器夹具装于上自动滑台上，上自动滑台下方为设置在支架上的工件台，工件台中心留有一个与球形参考物直径相等的圆孔，参考物放置在圆孔内，工件台下方设置装在支架上的下自动滑台，下传感器通过下传感器夹具装于下自动滑台上；上、下传感器分别设置在参考物的上、下侧；
所述测控系统采用运动控制卡来实现控制，运动控制卡通过上位机给出的信号控制上自动滑台、下自动滑台沿X、Y方向运动。
工件台为可以直接从支架中抽出的形式。
传感器随着自动滑台在X-Y方向运动，通过采集有限点的数据来拟合曲线，找到峰值点，实现上下传感器的自动对准。
上自动滑台、下自动滑台上均装有驱动滑台分别在x、y两个相互垂直的方向上运动的两个驱动电机。
工作过程：
第一步：将参考物放置在工件台内，将工件台安装在支架上；
第二步：将激光位移传感器安装在自动滑台上，上、下传感器分别固定于上下自动滑台上，分布在参考物的上、下侧；
第三步：开启电源，上、下传感器处于测量初始位置；设置激光双测头以及X、Y向运动机构的参数；启动程序，系统通过电机驱动滑台带动传感器先沿X方向运动，采集并接收传感器测量的有限点的数据，将传感器复位，通过Labview平台，利用数据进行最小二乘多项式曲线拟合，拟合出曲线，驱动电机带动传感器至X向顶点处，并以此时传感器位置作为在Y方向上的初始位置；控制电机驱动滑台带动传感器在Y方向上运动，采集并接收传感器的数据，传感器复位，通过Labview平台，拟合出Y向曲线，驱动电机带动传感器至Y向曲线顶点，此时上、下传感器均对准球心，即上、下传感器对准。

Claims (2)

1.一种基于激光位移传感器的双测头自动对准系统，其特征是：包括机械系统和测控系统；
所述机械系统包括支架，支架上部设有侧挡板，支架顶部设有上安装板，上自动滑台安装在上安装板下表面，上传感器通过上传感器夹具装于上自动滑台上，上自动滑台下方为设置在支架上的工件台，工件台中心留有一个与球形参考物直径相等的圆孔，球形参考物放置在圆孔内，工件台下方设置装在支架上的下自动滑台，下传感器通过下传感器夹具装于下自动滑台上；上、下传感器分别设置在球形参考物的上、下侧；
所述测控系统采用运动控制卡来实现控制，运动控制卡通过上位机给出的信号控制上自动滑台、下自动滑台沿X、Y方向运动；
所述上、下传感器为上、下激光位移传感器；
工作过程：
第一步：将球形参考物放置在工件台内，将工件台安装在支架上；
第二步：将上、下激光位移传感器安装在上、下自动滑台上，上、下激光位移传感器分别固定于上、下自动滑台上，分布在球形参考物的上、下侧；
第三步：开启电源，上、下激光位移传感器处于测量初始位置；设置激光双测头以及X、Y向运动机构的参数；上自动滑台、下自动滑台上均装有驱动上、下自动滑台分别在x、y两个相互垂直的方向上运动的两个驱动电机；启动程序，通过驱动上、下自动滑台分别在x方向上运动的两个驱动电机分别驱动上、下自动滑台带动上、下激光位移传感器先沿X方向运动，采集并接收上、下激光位移传感器测量的有限点的数据，将上、下激光位移传感器复位，通过Labview平台，利用数据进行最小二乘多项式曲线拟合，拟合出X向曲线，利用驱动上、下自动滑台分别在x方向上运动的两个驱动电机驱动上、下滑台使上、下激光位移传感器移动至X向顶点，并以此时上、下激光位移传感器位置作为在Y方向上的初始位置；驱动上、下自动滑台分别在y方向上运动的两个驱动电机分别驱动上、下自动滑台带动上、下激光位移传感器在Y方向上运动，采集并接收上、下激光位移传感器的数据，上、下激光位移传感器复位，通过Labview平台，拟合出Y向曲线，所述驱动上、下自动滑台分别在y方向上运动的两个驱动电机驱动上、下滑台使上、下激光位移传感器至Y向顶点，此时上、下激光位移传感器均对准球心，即上、下激光位移传感器对准。
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的双测头自动对准系统，其特征是：工件台为直接从支架中抽出的形式。
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