CN110285778B - 曲面式移动平台的检测装置及工作方法、切割方法 - Google Patents

曲面式移动平台的检测装置及工作方法、切割方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了曲面式移动平台的检测装置及其工作方法、切割方法，所述曲面式移动平台包括曲面式导轨和滑块，驱动单元，所述驱动用于驱使所述滑块在所述曲面式导轨上移动；位置传感单元，所述位置传感单元检测所述滑块在曲面式导轨上的位置参数，并传送到计算单元；计算单元，所述计算单元根据移动平台的参数以及接收到的位置参数，获得所述滑块的理论位置和实际位置；分析单元，所述分析单元根据所述理论位置和实际位置间的差别，分析所述滑块的移动偏差。本发明具有移动精确等优点。

Description

曲面式移动平台的检测装置及工作方法、切割方法
技术领域
本发明涉及激光显微切割，特别涉及曲面式移动平台的检测装置及其工作方法、激光显微切割方法。
背景技术
激光显微切割的弧形移动平台测试装置及方法是一种对激光显微切割实现激光移动控制的弧形移动平台圆弧平滑度及准确度的测试方法，通过对弧形移动平台相对位置进行检测，用于测量弧形移动平台结构精度，并总结规律提高控制精度。
移动控制技术是实现激光显微切割的关键技术之一，其控制精度决定了宏观异变组织捕获切割、纳米尺度细胞操作的精度。由于激光显微切割的弧形移动平台需嵌入显微镜中，对体积要求很高，弧形移动平台没有采用体积较大的位置传感器反馈机制，所以对其精度分析十分有必要。决定激光显微切割的移动控制精度主要分为两个方面：1、激光显微切割中使用的弧形移动平台圆弧导轨加工过程导致的平滑度；2、特殊柔性驱动结构产生的位置误差导致的精确度。
广泛使用的导轨/位移模块测量装置有以下几种方式：
1.位置传感器对称安装在导轨两侧，此装置可避免人工测量时借助不同的测量工具而产生的误差。该种方式的主要不足在于：
所需位置传感器多，测量麻烦。
2.位置传感器对称安装在导轨一侧，此装置随滑块移动而移动，得到的位置为绝对位置，精度高。该种方式的主要不足在于：
占体积大，对电机带来很大的附加负载，极大地影响了电机的性能，使得对速度进行测量时测量不准。
3.位置传感器固定在导轨另一端，此类装置无需固定在滑块上，不存在附加负载。该种方式的主要不足在于：
易受环境影响，且在弧面方向另一端由于激光光路限制不能安装，所以无法检测弧面高度。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种体积小、结构简单、负载小的曲面式移动平台的检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
曲面式移动平台的检测装置，所述曲面式移动平台包括曲面式导轨和滑块，所述曲面式移动平台的检测装置包括：
驱动单元，所述驱动用于驱使所述滑块在所述曲面式导轨上移动；
位置传感单元，所述位置传感单元检测所述滑块在曲面式导轨上的位置参数，并传送到计算单元；
计算单元，所述计算单元根据移动平台的参数以及接收到的位置参数，获得所述滑块的理论位置和实际位置；
分析单元，所述分析单元根据所述理论位置和实际位置间的差别，分析所述滑块的移动偏差。
本发明的目的还在于提供了上述曲面式移动平台的检测装置的工作方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
根据上述的曲面式移动平台的检测装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)根据所述曲面式移动平台的空间位置，建立坐标系；
(A2)根据位置传感单元的检测结果，获得所述滑块在所述坐标系中的初始坐标；
(A3)根据预设的滑块的移动距离换算出驱动单元的工作参数，以及滑块移动后位置的理论坐标，驱动单元按照所述工作参数驱使所述滑块在导轨上移动；
(A4)根据所述位置传感单元的检测结果，获得移动后的滑块在所述坐标系中的位置的实际坐标；
(A5)比较所述理论坐标和实际坐标，获得移动偏差。
本发明的目的还在于提供了应用上述工作方法的激光显微切割方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
激光显微切割方法，所述激光显微切割方法包括测试步骤和工作步骤；所述测试步骤采用上述的工作方法。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.易于安装，结构简单，集成度高；
2.负载极小，不会给移动平台性能带来影响；
3.检测简单有效，计算简便，易于操作；
利用二维的位置检测单元获得滑块和位置检测单元间的直线距离，如二个距离传感器测得距离，加上导轨的半径，获得滑块的三维位置。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的曲面式移动平台的检测装置的结构简图；
图2是根据本发明实施例的曲面式移动平台的检测装置的坐标示意图；
图3是根据本发明实施例的滑块的初始位置图。
具体实施方式
图1-3和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例1的曲面式移动平台的检测装置的结构简图，如图1所示，所述曲面式移动平台的检测装置包括：
曲面式导轨3，如外凸或内凹形球面式导轨；
滑块6，所述滑块适于在所述曲面式导轨上移动；
驱动单元，所述驱动用于驱使所述滑块在所述曲面式导轨上移动；
位置传感单元2，为位置传感器，所述位置传感单元检测所述滑块在曲面式导轨上的位置参数，并传送到计算单元；
计算单元5，所述计算单元根据移动平台的参数以及接收到的位置参数，获得所述滑块的理论位置和实际位置；
分析单元4，所述分析单元根据所述理论位置和实际位置间的差别，分析所述滑块的移动偏差；
支撑底座1，所述导轨设置在所述支撑底座上。
为了提高移动精准度，降低驱动单元的结构复杂度及成本，进一步地，所述驱动单元包括：
弹性件，所述弹性件的一端连接所述滑块，另一端固定；
连接绳，所述连接绳的一端连接所述滑块，并与所述弹性件分别处于所述滑块的相对的两侧，另一端连接马达；
马达，所述连接绳的另一端卷绕在所述马达驱动的转轴上。
本发明实施例的根据上述的曲面式移动平台的检测装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)根据所述曲面式移动平台的空间位置，建立坐标系，如滑块的最高点作为坐标原点建立直角坐标系；
(A2)根据位置传感单元的检测结果，如利用位置传感单元检测出的其到滑块的距离、滑块的移动半径得到滑块的空间位置，也即获得所述滑块在所述坐标系中的初始坐标；
(A3)根据预设的滑块的移动距离换算出驱动单元的工作参数，如马达的旋转角度，以及滑块移动后位置的理论坐标，驱动单元按照所述工作参数驱使所述滑块在导轨上移动；
(A4)根据所述位置传感单元的检测结果，获得移动后的滑块在所述坐标系中的位置的实际坐标；
(A5)比较所述理论坐标和实际坐标，获得移动偏差。
为了提高移动精准度，降低驱动单元的结构复杂度及成本，进一步地，在步骤(A3)中，所述驱使的方式为：
利用马达去卷绕连接绳，从而驱动所述滑块在导轨上移动，建立马达旋转角度和滑块在导轨上移动弧长间的映射关系，所述移动距离是移动弧长；
所述换算的方式为：
根据滑块的预设的移动弧长以及所述映射关系，获得与预设的移动弧长对应的旋转角度。
实施例2：
根据本发明实施例1的曲面式移动平台的检测装置及其工作方法在激光显微切割方法中的应用例。
在该应用例中，如图2所示，导轨为外凸的球面，滑块设置在导轨上，半导体激光器设置在所述滑块的远离所述导轨的一侧；导轨固定在支撑底座上，位置传感单元采用二个一维距离传感器，分别设置在导轨的侧部，并固定在支撑底座上；弹性件采用弹簧，连接件采用形变量小的绳子，绳子的一端绕在马达的转轴上。
本发明实施例的激光显微切割方法，包括测试步骤和工作步骤；所述测试步骤为：
(A1)根据所述曲面式移动平台的空间位置，建立坐标系；
如图1-2所示，滑块在导轨上的最高位置为坐标原点建立直角坐标系，，以弧面为X、Y轴所对平面，以圆弧导轨方向为X、Y轴方向，以垂直X、Y轴所对平面方向为Z轴方向；
(A2)根据位置传感单元的检测结果，获得所述滑块在所述坐标系中的初始坐标A(x0,y0,z0)，如图3所示；
Figure BDA0002104392350000061
Figure BDA0002104392350000062
Figure BDA0002104392350000063
滑块的初始位置为X、Y轴在一端极值时，距离传感器分别对当前位置进行检测，再根据滑块的移动半径R得到弧长mx0、my0；mx0、my0分别为X、Y轴距离传感器检测距离转换为圆弧弧长，则X、Y轴位置相对原点位置弧长为D-mx0，D-my0，其中D为距离传感器到坐标原点的圆弧总长；
(A3)根据预设的滑块的移动距离：滑块在X、Y轴导轨移动一定弧长，理论上分别为Lx、Ly，换算出驱动单元的工作参数：马达的旋转角度，以及滑块移动后位置的理论坐标B(x1,y1,z1)，驱动单元按照所述工作参数驱使所述滑块在导轨上移动；
Figure BDA0002104392350000064
Figure BDA0002104392350000065
Figure BDA0002104392350000066
所述驱使的方式为：
利用马达去卷绕连接绳，从而驱动所述滑块在导轨上移动，建立马达旋转角度和滑块在导轨上移动弧长间的映射关系，所述移动距离是移动弧长；
所述换算的方式为：
根据滑块的预设的移动弧长以及所述映射关系，获得与预设的移动弧长对应的旋转角度；
(A4)根据所述位置传感单元的检测结果，在X、Y轴方向测得距离传感器到滑块的弧长分别为Lx’、Ly’，获得移动后的滑块在所述坐标系中的位置的实际坐标B’(x1’,y1’,z1’)；
Figure BDA0002104392350000071
Figure BDA0002104392350000072
Figure BDA0002104392350000073
重复测量3次以上该点；
以一定比例改变X、Y轴方向移动弧长Lx、Ly，并重复步骤(A3)-(A4)；
(A5)比较所述理论坐标和实际坐标，获得移动偏差；
根据所述移动偏差获得移动补偿量，再进入工作步骤；
在本实施例中，半径R＝100mm，D＝50mm，mx0＝10mm，my0＝10mm，A(38.931,38.931,-15.789)，Lx＝10mm、Ly＝10mm，B(47.870，47.870，-24.484)，Lx’＝11mm，Ly’＝10mm，B’(47.870，47.145，-24.009)，X轴需补偿1mm。

Claims (10)

1.曲面式移动平台的平滑度及准确度检测装置，所述曲面式移动平台包括曲面式导轨和滑块，其特征在于：所述曲面式移动平台的平滑度及准确度检测装置包括：
驱动单元，所述驱动用于驱使所述滑块在所述曲面式导轨上移动；
位置传感单元，所述位置传感单元检测所述滑块在曲面式导轨上的位置参数，并传送到计算单元；
计算单元，所述计算单元根据移动平台的参数以及接收到的位置参数，获得所述滑块的理论位置和实际位置；
分析单元，所述分析单元根据所述理论位置和实际位置间的差别，分析所述滑块的移动偏差；
支撑底座，所述曲面式导轨设置在所述支撑底座上，所述滑块、曲面式导轨和支撑底座依次设置。
2.根据权利要求1所述的曲面式移动平台的平滑度及准确度检测装置，其特征在于：所述驱动单元包括：
弹性件，所述弹性件的一端连接所述滑块，另一端固定；
连接绳，所述连接绳的一端连接所述滑块，并与所述弹性件分别处于所述滑块的相对的两侧，另一端连接马达；
马达，所述连接绳的另一端卷绕在所述马达驱动的转轴上。
3.根据权利要求1所述的曲面式移动平台的平滑度及准确度检测装置，其特征在于：所述位置传感单元采用距离传感器，利用二个距离传感器获得位置传感单元和滑块间的直线距离、导轨的半径获得所述滑块的三维位置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的曲面式移动平台的平滑度及准确度检测装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
（A1）根据所述曲面式移动平台的空间位置，建立坐标系；
（A2）根据位置传感单元的检测结果，获得所述滑块在所述坐标系中的初始坐标；
（A3）根据预设的滑块的移动距离换算出驱动单元的工作参数，以及滑块移动后位置的理论坐标，驱动单元按照所述工作参数驱使所述滑块在导轨上移动；
（A4）根据所述位置传感单元的检测结果，获得移动后的滑块在所述坐标系中的位置的实际坐标；
（A5）比较所述理论坐标和实际坐标，获得移动偏差。
5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：在步骤（A1）中，以所述滑块在导轨上的最高位置为坐标原点。
6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：在步骤（A1）中，所述坐标系为直角坐标系。
7.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：在步骤（A3）中，所述驱使的方式为：
利用马达去卷绕连接绳，从而驱动所述滑块在导轨上移动，建立马达旋转角度和滑块在导轨上移动弧长间的映射关系，所述移动距离是移动弧长；
所述换算的方式为：
根据滑块的预设的移动弧长以及所述映射关系，获得与预设的移动弧长对应的旋转角度。
8.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：在步骤（A5）中，根据所述移动偏差去调整驱动单元的工作参数。
9.激光显微切割方法，所述激光显微切割方法包括测试步骤和工作步骤；其特征在于：所述测试步骤采用权利要求4-8中任一项所述的工作方法。
10.根据权利要求9所述的激光显微切割方法，其特征在于：在所述测试步骤后，根据所述移动偏差获得移动补偿量，再进入工作步骤。
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