一种基于面阵ccd的精密定位平台位置检测方法
【专利摘要】一种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法，属于并联精密定位平台的位置检测。在并联精密定位平台的底面上安装三个激光发射装置，按三边距离不等的三角形位置布置。当定位平台移动时，由安装在底座中央的面阵CCD接收上方激光发射装置的光强信息，通过数据采集卡实时的将激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑的位置坐标传递给计算机，由计算机计算出定位平台当前的位置坐标x、y及转角θ。优点：能够实时、精确的检测定位平台的位置坐标x、y及转角θ，能够实现二维坐标x、y及转角θ的非接触式测量，弥补了传统测量方法的精度缺陷，能较好地对精密定位平台的位置检测，实施简单，实时性好，性能稳定，精度较高，适用范围广。
【专利说明】—种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种并联精密定位平台的位置检测，具体说是涉及一种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法。
【背景技术】
[0002]随着当今微纳米技术的高速发展，微操作技术成为精密加工与精密测量、微电子工程、生物工程、航空航天、纳米科学与技术等领域的关键技术之一，在近代尖端工业生产和科学研究中占有极其重要的地位。而作为微操作技术的重要组成部分，并联精密定位平台在微、纳米级位移及定位的【技术领域】内获得了广泛的应用。并联平台结构紧凑、设计加工简单、温度灵敏度不高、误差积累及放大小、固有频率高，避免了由震动引起的不可控重复误差等特点，正好迎合了高精度和微操作的要求，并联机构同精密定位平台的开发已经紧紧的联系在了一起。此外，并联精密定位平台(并联微操作机器人)的驱动装置可以安装在机架上，因此其动态性能较好。由于各精密工程领域的发展对精密工作平台性能的要求不断提闻，其相关技术的开发研究工作仍然是国内外专家关注和攻关的重要方向。
[0003]在定位平台移动或定位的过程中，需要实时、精确的检测出定位平台当前所在的位置，以实现精确定位。目前，位置检测主要采用激光光幕传感器、二维光位置传感器(PSD)、加速度计、陀螺仪中的一种或几种组合的方式来测量定位平台位置坐标x、y及转角6。激光光幕传感器可操作性低，二维光位置传感器(PSD)的输出具有严重的非线性失真，加速度计和陀螺仪的组合也达不到所需的精度。若采用压电薄膜传感器无法实现非接触式测量，而采用相机获取定位平台连续图像，通过图像处理得出位置信息的方法，受图像的质量、图像处理方法等所限，很难精确的获取所需的位置信息，且难以实现。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种能够便于非接触、实时、精确检测定位平台的位置坐标x、y及转角e的基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明的精密定位平台位置检测方法是，整个定位平台系统有三个并联传动连杆，三个并联传动连杆的一端均通过三个支架安装在底座上，三个传动连杆的另一端均与定位平台连接；在定位平台的底面上安装有三个激光发射装置，面阵CCD安装在底座的中央，面阵CCD上方有镜头，面阵CCD透过镜头接收上方激光发射装置的光强信息，面阵CCD的输出端与数据采集卡的输入端连接,数据采集卡的输出端与计算机连接，通过数据采集卡实时的将激光发射装置在面阵CXD上所形成光斑的位置坐标传递给计算机，由计算机计算出定位平台当前的位置坐标x、y及转角0 ；
[0006]检测定位平台包括以下步骤:
[0007]I)选择三个的激光发射装置，垂直安装在定位平台的底面上，按其相互间距离不等的三角形位置布置，将面阵CCD及镜头安装在底座的中央，面阵CCD输出端通过数据采集卡与计算机连接；[0008]2)在定位平台移动的过程中，通过数据采集卡采集激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑的位置坐标，并且将光斑的位置坐标传递给计算机；
[0009]3)根据激光发射装置在面阵CXD上形成光斑的初始位置和任意时刻位置的比较，由计算机计算出定位平台此时的位置坐标x、y及转角0。
[0010]所述的镜头为短焦距镜头，使面阵CCD在短距的状态获得较大的视场；所述的激光发射装置为带聚焦的激光发射装置)，发射出的激光束照射在面阵CCD上的光斑小于面阵CCD上单个光敏元的尺寸，提高检测精度；所述的数据采集卡工作状态为短时曝光，对面阵CCD实施短时曝光，提高检测系统的分辨率。
[0011]根据面阵CXD的大小、位置、面阵C⑶与定位平台的距离，计算出镜头的焦距，保证在定位平台的运动范围内，三个激光发射装置形成的光斑均落在面阵CCD上；激光发射装置采用三边距离不等的三角形位置布置，由计算机计算激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑间的距离，确定光斑所对应激光发射装置的位置坐标。
[0012]有益效果，由于采用了上述方案，面阵CXD是由众多紧密排列相互独立的MOS元(电容器)构成的，在栅电压作用下，在硅衬底上就会形成众多相互独立的势阱。因此，当光敏元面受到激光照射时，光被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时少数载流子被收集到较深的势阱中。光照愈强，产生的电子-空穴对愈多，势阱中收集的电子也愈多，势阱中收集的电子电荷的多少反映了光的强弱。由于选择的激光光强远大于周围的自然光的光强，所以可以通过数据采集卡上的时钟和扫描脉冲电路对每一个光敏元顺次访问，通过检测电子电荷可以判断出激光照射到的光敏元，从而得出激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑的位置坐标，然后传递给计算机。另外，数据采集卡上设有电子快门，面阵CCD短时曝光，提高系统分辨率。能够便于非接触、实时、精确检测定位平台的位置坐标x、y及转角9。
[0013]优点:能够实时、精确的检测定位平台的位置坐标x、y及转角0，能够较为容易的实现二维坐标x、y及转角0的非接触式测量，易实现自动化且弥补了传统测量方法的精度缺陷。能较好地对精密定位平台的位置检测，实施简单，实时性好，性能稳定，精度较高。同时，此方法也可应用于其它类似的位置检测领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为检测系统组件结构示意图。
[0015]图2为定位平台下方标记示意图。
[0016]图3为镜头焦距计算方法示意图。
[0017]图4为激光照射到面阵CXD的光敏元上的三种情况。
[0018]图5为转角计算方法示意图。
[0019]图中，1、定位平台；2、底座；3、镜头；4、面阵CXD ;5、第一激光发射装置；6、第二激光发射装置；7、第三激光发射装置；8、数据采集卡；9、计算机；10、第一支架；11、第二支架；12、第三支架；13、第一并联传动连杆；14、第二并联传动连杆；15、第三并联传动连杆。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:该精密定位平台位置检测方法是，整个定位平台系统有三个并联传动连杆，三个并联传动连杆的一端均通过三个支架安装在底座2上，三个并联传动连杆的另一端均与定位平台I连接；在定位平台I的底面上安装有三个激光发射装置，面阵CCD4安装在底座2的中央，面阵CCD4上方有镜头3，面阵CCD4透过镜头3接收上方激光发射装置的光强信息，面阵CCD4的输出端与数据采集卡8的输入端连接，数据采集卡8的输出端与计算机连接，通过数据采集卡8实时的将激光发射装置在面阵(XD4上所形成光斑的位置坐标传递给计算机9,由计算机9计算出定位平台I当前的位置坐标x、y及转角0 ,始终以激光发射装置5的位置坐标作为定位平台I的位置坐标x、y，定位平台I的转角0由三个激光发射装置的实时位置坐标与其初始坐标比较得到；
[0021]所述的三个并联传动连杆分别是第一并联传动连杆13、第二并联传动连杆14和第三并联传动连杆15 ;所述的三个支架分别为第一支架10、第二支架11和第三支架12 ;所述的三个激光发射装置分别是第一激光发射装置5、第二激光发射装置6和第三激光发射装置7。
[0022]定位平台I位置检测具体实施步骤如下:
[0023]I)选择三个的激光发射装置，垂直安装在定位平台I的底面上，按其相互间距离不等的三角形位置布置，将面阵(XD4及镜头3安装在底座2的中央，面阵(XD4输出端通过数据采集卡8与计算机9连接；选择短焦距镜头3以获得较大的视场，并依据面阵CCD4的位置到被监测目标的距离及所需的视场来计算镜头3的焦距，使三个激光发射装置所形成的光斑落在面阵(XD4上，
[0024]公式为
【权利要求】
1.一种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法，其特征在于:整个定位平台系统有三个并联传动连杆，三个并联传动连杆的一端均通过三个支架安装在底座上，三个传动连杆的另一端均与定位平台连接；在定位平台的底面上安装有三个激光发射装置，面阵CCD安装在底座的中央，面阵CCD上方有镜头，面阵CCD透过镜头接收上方激光发射装置的光强信息，面阵CCD的输出端与数据采集卡的输入端连接,数据采集卡的输出端与计算机连接，通过数据采集卡实时的将激光发射装置在面阵CXD上所形成光斑的位置坐标传递给计算机，由计算机计算出定位平台当前的位置坐标x、y及转角0 ； 检测定位平台包括以下步骤: 1)选择三个的激光发射装置，垂直安装在定位平台的底面上，按其相互间距离不等的三角形位置布置，将面阵CCD及镜头安装在底座的中央，面阵CCD输出端通过数据采集卡与计算机连接； 2)在定位平台移动的过程中，通过数据采集卡采集激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑的位置坐标，并且将光斑的位置坐标传递给计算机； 3)根据激光发射装置在面阵CCD上形成光斑的初始位置和任意时刻位置的比较，由计算机计算出定位平台此时的位置坐标x、y及转角0。
2.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法，其特征在于:所述的镜头为短焦距镜头，使面阵CCD在短距的状态获得较大的视场；所述的激光发射装置为带聚焦的激光发射装置，发射出的激光束照射在面阵CCD上的光斑小于面阵CCD上单个光敏元的尺寸，提高检测精度；所述的数据采集卡控制面阵CCD实施短时曝光，提高检测系统的分辨率。
3.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的精密定位平台位置检测方法，其特征在于:根据面阵CCD的大小、位置、面阵CCD与定位平台的距离，计算出镜头的焦距，保证在定位平台的运动范围内，三个激光发射装置形成的光斑均落在面阵CCD上；激光发射装置采用三边距离不等的三角形位置布置，由计算机计算激光发射装置在面阵CCD上所形成光斑间的距离，确定光斑所对应激光发射装置的位置坐标。
【文档编号】G01B11/00GK103759639SQ201410012627
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】杨雪锋, 路恩, 李威, 王禹桥, 范孟豹, 刘玉飞, 徐晗 申请人:中国矿业大学