[发明专利]一种大行程运动台位移测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方案，且特别涉及一种位置敏感探测器阵列大行程位移测量装置。

背景技术

位置敏感探测器(PSD：Position Sensitive Detector)是一种对入射到光敏面光点位置敏感的PIN型光电二极管，通过平面扩散制造工艺，由P、I、N三层构成，它可在垂直探测器平面的两个方向上对入射光敏感。其以分辨率高、实用性强、响应速度快、后续处理电路结构简单等优点，广泛地应用于非接触激光位移检测系统中。

在测量精度要求为微米级的运动控制系统中，PSD和CCD得到了广泛的应用，均可以通过多个测量值解算得到运动台的六自由度位移。二者优劣各异，相对而言，PSD的优势在于分辨率高、后处理电路简单、响应速度快以及无“盲区”，PSD的劣势在于其线性度差、测量范围有限。以准确性、实时性作为系统评价标准，PSD具有更大的应用前景。

由于PSD的测量范围有限，导致运动台的行程受限。在大行程运动系统中，为了能提高PSD测量系统的测量范围，增加运动台运动行程，一般采取结合其他位移传感器(电涡流、光栅尺等)的方式进行测量，而不同种类的测量元件，会增大信号通讯及处理的难度。

发明内容

为了克服现有应用中运动台行程受限于PSD测量范围的问题，本发明提供一种能够测量大行程运动台位移的PSD阵列测量方案。

为了实现上述目的，本发明的方案如下：

一种大行程运动台位移测量方法，特征在于该方法包括：将光路分配装置固定于运动台上，所述光路分配装置生成多束相互平行的第一测量光，所述第一测量光与水平面平行；将多个位置敏感探测器组成线性阵列，固定于基台上，所述位置敏感探测器的工作面和所述基台的水平面垂直。

所述多束第一测量光与所述位置敏感探测器线性阵列按照一定的方式排布，使得所述运动台在运动区域内至少有一束第一测量光被所述位置敏感探测器线性阵列检测到，所述排布方式按照如下公式计算：

k≥τdd]]>

当第一测量光不等间距，位置敏感探测器等间距排布时，设相邻位置敏感探测器的间距为τ_p，有m束第一测量光，位置敏感探测器的测量范围为d，则满足：

m≥τpd.]]>

将多对探测头组成的线性阵列固定于基台上，所述多对探测头发射多束相互平行的第二测量光，所述探测头组成的线性阵列用于检测所述第二测量光是否被所述运动台遮挡，根据分布于所述运动台运动区域内的所述第二测量光的遮挡情况，得到所述运动台大致位置。

沿同一方向同时布置所述位移敏感探测器阵列以及所述探测头线性阵列，根据所述位置敏感探测器的测量结果以及探测头得到的所述运动台大致位置，解算出所述运动台在所述方向的长行程位移量，解算方法按如下公式解算：