本發(fā)明涉及一種基于激光位移傳感器的雙測(cè)頭自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳感器種類繁多，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。激光位移傳感器近年來得到了快速發(fā)展，在零件的尺寸測(cè)量，三維輪廓測(cè)量，產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域極大提高了測(cè)量的效率和精度。在一些測(cè)量場(chǎng)合會(huì)應(yīng)用到雙測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)量被測(cè)件的厚度或直徑等。

通常在雙測(cè)頭的測(cè)量應(yīng)用中，使測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)在同一直線上是很困難的，特別是像激光位移傳感器這種精度特別高的傳感器，對(duì)于對(duì)準(zhǔn)的精度要求更高，這樣才能保證測(cè)量時(shí)的精度。

對(duì)于激光位移傳感器而言，在對(duì)準(zhǔn)的過程中，一般都是采用手動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)，存在著很大的定位誤差，激光位移傳感器作為高精度的傳感器，這些定位誤差會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來較大影響。多數(shù)情況下都是將激光位移傳感器固定，例如專利《一種基于激光位移傳感器的與對(duì)準(zhǔn)裝置及系統(tǒng)》（CN104635753A）中公開了一種預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置，該方案將激光雙測(cè)頭固定，但是并沒有考慮激光雙測(cè)頭的對(duì)準(zhǔn)問題，又如專利《一種激光位移傳感器控制的預(yù)對(duì)準(zhǔn)方法》中提及的系統(tǒng)涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，利用成像系統(tǒng)的高精準(zhǔn)平臺(tái)和激光位移傳感器，解決光刻過程中版圖中心和掩模板中心的對(duì)準(zhǔn)，采用成像系統(tǒng)意味著系統(tǒng)的造價(jià)的提高。

在控制部分采用曲線擬合的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。所謂曲線擬合就是從數(shù)據(jù)集中找出總體規(guī)律性，并構(gòu)造一條能較好反映這種規(guī)律的曲線。插值方法也是處理這類問題的一種方法，但是，插值方法有明顯的缺點(diǎn)，首先，因?yàn)閿?shù)據(jù)不可避免地帶有誤差，此時(shí)要求近似函數(shù)P(x)過全部已知點(diǎn)，相當(dāng)于保留全部的誤差。另外，由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往很多，如果仍然采用多項(xiàng)式插值，必然得到次數(shù)較高的多項(xiàng)式，這樣，不但計(jì)算復(fù)雜，而且p(x)的收斂性和穩(wěn)定性都很難得到保證，會(huì)出現(xiàn)龍格現(xiàn)象，逼近效果不佳。

曲線擬合出的曲線p(x)可以盡可能地靠近所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，所有誤差都達(dá)到最小，因此曲線擬合的方法是較好的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種精度可靠、方便調(diào)節(jié)的基于激光位移傳感器的雙測(cè)頭自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于激光位移傳感器的雙測(cè)頭自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是：主要由機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)兩部分組成；

所述機(jī)械系統(tǒng)包括支架，支架上部設(shè)有側(cè)擋板，支架頂部設(shè)有上安裝板，上自動(dòng)滑臺(tái)安裝在上安裝板下表面，上傳感器通過上傳感器夾具裝于上自動(dòng)滑臺(tái)上，上自動(dòng)滑臺(tái)下方為設(shè)置在支架上的工件臺(tái)，工件臺(tái)中心留有一個(gè)與球形參考物直徑相等的圓孔，參考物放置在圓孔內(nèi)，工件臺(tái)下方設(shè)置裝在支架上的下自動(dòng)滑臺(tái)，下傳感器通過下傳感器夾具裝于下自動(dòng)滑臺(tái)上；上、下傳感器分別設(shè)置在參考物的上、下側(cè)；

所述測(cè)控系統(tǒng)采用運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)控制，運(yùn)動(dòng)控制卡通過上位機(jī)給出的信號(hào)控制上自動(dòng)滑臺(tái)、下自動(dòng)滑臺(tái)沿X、Y方向運(yùn)動(dòng)。

工件臺(tái)為可以直接從支架中抽出的形式。

傳感器隨著自動(dòng)滑臺(tái)在X-Y方向運(yùn)動(dòng)，通過采集有限點(diǎn)的數(shù)據(jù)來擬合曲線，找到峰值點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上下傳感器的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。

上自動(dòng)滑臺(tái)、下自動(dòng)滑臺(tái)上均裝有驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)分別在x、y兩個(gè)相互垂直的方向上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

工作過程：

第一步：將參考物放置在工件臺(tái)內(nèi)，將工件臺(tái)安裝在支架上；

第二步：將激光位移傳感器安裝在自動(dòng)滑臺(tái)上，上、下傳感器分別固定于上下自動(dòng)滑臺(tái)上，分布在參考物的上、下側(cè)；

第三步：開啟電源，上、下傳感器處于測(cè)量初始位置；設(shè)置激光雙測(cè)頭以及X、Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)；啟動(dòng)程序，系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)傳感器先沿X方向運(yùn)動(dòng)，采集并接收傳感器測(cè)量的有限點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將傳感器復(fù)位，通過Labview平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘多項(xiàng)式曲線擬合，擬合出曲線，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳感器至X向頂點(diǎn)處，并以此時(shí)傳感器位置作為在Y方向上的初始位置；控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)傳感器在Y方向上運(yùn)動(dòng)，采集并接收傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器復(fù)位，通過Labview平臺(tái)，擬合出Y向曲線，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳感器至Y向曲線頂點(diǎn)，此時(shí)上、下傳感器均對(duì)準(zhǔn)球心，即上、下傳感器對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果為：（1）本發(fā)明提出的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)解決了一般對(duì)準(zhǔn)過程帶來的準(zhǔn)確度不高的問題；（2）本發(fā)明還可以在對(duì)準(zhǔn)后拆卸，安裝，解決了對(duì)準(zhǔn)的一次性問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明整體原理圖。

圖2是本發(fā)明機(jī)械系統(tǒng)中的自動(dòng)滑臺(tái)的示意圖。

圖3是本發(fā)明的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)流程圖。

圖中的標(biāo)號(hào)名稱：1.側(cè)擋板，2.安裝板，3.上自動(dòng)滑臺(tái)，4.上傳感器夾具，5.上傳感器，6.參考物，7.工件臺(tái)，8.下傳感器夾具，9.下傳感器，10.下自動(dòng)滑臺(tái)，11.支架，12.運(yùn)動(dòng)控制卡。

具體實(shí)施方式

一種基于激光位移傳感器的雙測(cè)頭自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是：主要由機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)兩部分組成；

所述機(jī)械系統(tǒng)包括支架，支架上部設(shè)有側(cè)擋板，支架頂部設(shè)有上安裝板，上自動(dòng)滑臺(tái)安裝在上安裝板下表面，上傳感器通過上傳感器夾具裝于上自動(dòng)滑臺(tái)上，上自動(dòng)滑臺(tái)下方為設(shè)置在支架上的工件臺(tái)，工件臺(tái)中心留有一個(gè)與球形參考物直徑相等的圓孔，參考物放置在圓孔內(nèi)，工件臺(tái)下方設(shè)置裝在支架上的下自動(dòng)滑臺(tái)，下傳感器通過下傳感器夾具裝于下自動(dòng)滑臺(tái)上；上、下傳感器分別設(shè)置在參考物的上、下側(cè)；

所述測(cè)控系統(tǒng)采用運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)控制，運(yùn)動(dòng)控制卡通過上位機(jī)給出的信號(hào)控制上自動(dòng)滑臺(tái)、下自動(dòng)滑臺(tái)沿X、Y方向運(yùn)動(dòng)。

工件臺(tái)為可以直接從支架中抽出的形式。

傳感器隨著自動(dòng)滑臺(tái)在X-Y方向運(yùn)動(dòng)，通過采集有限點(diǎn)的數(shù)據(jù)來擬合曲線，找到峰值點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上下傳感器的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。

上自動(dòng)滑臺(tái)、下自動(dòng)滑臺(tái)上均裝有驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)分別在x、y兩個(gè)相互垂直的方向上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

工作過程：

第一步：將參考物放置在工件臺(tái)內(nèi)，將工件臺(tái)安裝在支架上；

第二步：將激光位移傳感器安裝在自動(dòng)滑臺(tái)上，上、下傳感器分別固定于上下自動(dòng)滑臺(tái)上，分布在參考物的上、下側(cè)；

第三步：開啟電源，上、下傳感器處于測(cè)量初始位置；設(shè)置激光雙測(cè)頭以及X、Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)；啟動(dòng)程序，系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)傳感器先沿X方向運(yùn)動(dòng)，采集并接收傳感器測(cè)量的有限點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將傳感器復(fù)位，通過Labview平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘多項(xiàng)式曲線擬合，擬合出曲線，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳感器至X向頂點(diǎn)處，并以此時(shí)傳感器位置作為在Y方向上的初始位置；控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)傳感器在Y方向上運(yùn)動(dòng)，采集并接收傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器復(fù)位，通過Labview平臺(tái)，擬合出Y向曲線，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳感器至Y向曲線頂點(diǎn)，此時(shí)上、下傳感器均對(duì)準(zhǔn)球心，即上、下傳感器對(duì)準(zhǔn)。