[发明专利]一种基于磁场信息的平面二自由度位移测量方法

说明书

本发明是一种基于磁场信息的平面二自由度位移测量方法，该方法利用非周期磁场信息实现位移测量，在相对运动的物体上分别固定永磁体和磁传感器阵列，永磁体产生磁场信息，按一定规则布局的磁传感器阵列检测磁场信息。该发明中采用勒让德正交多项式结构建立磁传感器测量模型，然后提出测量模型参数和位移同时在线求解的解算方法，保证每个测量点处的测量模型准确度，从而实现精密位移测量。本发明可以解决由于测量模型精确度不高而导致的基于磁场信息实现位移测量精度低的问题，该测量方法可应用于制造装备或机器人等运动系统中。

技术领域

本发明设计一种二自由度的位移测量方法，特别涉及适用于基于磁场信息的平面二自由度位移测量。

背景技术

随着工业4.0的提出，精密制造成为了一个国家经济发展的重要支柱，位移测量也越来越广泛地应用到工业领域中，而精密位移测量技术是制造精密仪器的基础，决定了整个制造业的制造精度，其中精密位移测量技术涉及精密仪器的加工制造、集成电路、航空航天、机器人制造等领域。位移测量的核心部分就是利用各个传感器将光、磁、电等信号转化为位移信息，目前常用的位移测量传感器有电容传感器、图像传感器、光栅尺传感器、电涡流传感器等。这些方法对传感器的安装条件有苛刻的要求，无法满足动态实时测量场合，而且调整难度大，对环境要求高。电磁传感器结构简单、对工作环境要求较低，但永磁体存在制造误差以及充磁不均匀性等有固有缺陷引起磁场分布模型误差，影响位移测量结果，因而一种基于磁场信息能实现高精度位移测量的方法亟待提出。

发明内容

如上所述，基于磁场信息的二自由度位移测量方法，则需保证在每个位置处的测量模型参数都是准确的，因为在不同位置处测量模型参数会发生变化，为了保证测量精度，本发明提出一种基于磁场信息的二自由度位移测量方法，利用永磁体产生的磁场信息，采用模型参数和位移同时在线求解，从而实现二自由度的位移测量，在保证模型准确度的条件下，实现位移解算。

本发明所采用的技术方案如下：

1)在相对运动的定子和动子上分别固定永磁体和磁传感器阵列，在永磁体上建立定坐标系OXYZ，在磁传感器阵列上建立动坐标系O'X'Y'Z'；

2)在动坐标系O'X'Y'Z'下，设磁传感器阵列中第i个磁传感器的安装坐标为(x_i0,y_i0)^T，其中i＝1,2,...,n，n为传感器个数；

3)在定坐标系OXYZ下，第i个磁传感器的坐标为(x_i,y_i)；

4)在初始测量时刻，设定坐标系OXYZ与动坐标系O'X'Y'Z'相重合，在某一时刻t_k，磁传感器的平面二自由度位移为[x,y]^T，即动坐标系O'X'Y'Z'原点在定坐标OXYZ中的位置，则该时刻第i个磁传感器在定坐标系OXYZ中的位置为[x_i,y_i]^T＝[x_i0,y_i0]^T+[x,y]^T；

5)建立磁传感器的位移测量模型为f(P,x,y)，P为模型参数，P＝[a₀₀,a₀₁,…,a_mn]，其中，a_mn为模型参数P中的变量，则第i个磁传感器的坐标方程为f_i(P,x_i,y_i)，并建立定坐标系的零点约束方程f_c1(0,y)与f_c2(x,0)，设磁传感器位移测量模型和约束方程的向量为：