自动测量平台原点粗精协同对准装置及方法与流程

本发明涉及一种测量技术，尤其涉及一种自动测量平台原点粗精协同对准装置及方法。

背景技术：

自动测量平台一般包括测量面、传感器和传动系统，测量时，将待测对象放置在测量面上，由传动系统带动传感器运动；为了保证测量的准确性，测量前，需要使传动系统的位置原点和测量面上的位置原点精确对准，现有技术中，用于原点对准的技术多种多样，但普遍存在对准操作效率低、硬件结构复杂等缺点。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种自动测量平台原点粗精协同对准装置，所述自动测量平台包括测量面、X轴丝杆导轨、Y轴丝杆导轨、传感器支架和两台传动电机；X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨均设置于测量面的上方；两台传动电机分别与X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨传动连接；所述X轴丝杆导轨的轴向记为X方向，X方向与测量面平行，所述Y轴丝杆导轨的轴向记为Y方向，Y方向与测量面平行，且X方向和Y方向互相垂直；所述X轴丝杆导轨能在传动电机的驱动下传动Y轴丝杆导轨在X方向上平移，所述Y轴丝杆导轨能在传动电机的驱动下传动传感器支架在Y方向上运动；

其创新在于：所述测量面上设置有一个中心接收器和三个定位接收器；所述中心接收器的周向轮廓为正方形，中心接收器的侧边分别与X方向和Y方向平行；中心接收器的上端面上设置有一圆形的接收区，所述接收区的覆盖面积远小于中心接收器的上端面面积，中心接收器上端面上接收区以外的区域被遮光材料覆盖；所述定位接收器的周向轮廓为正方形，且定位接收器的边长与中心接收器相同，定位接收器的侧边分别与X方向和Y方向平行；定位接收器的上端面上设置有接收面，所述接收面将定位接收器的上端面全部覆盖；三个定位接收器分别记为接收器A、接收器B和接收器C，接收器A的右侧与中心接收器的左侧接触且对齐，接收器B的左侧与中心接收器的右侧接触且对齐，接收器C的下侧与中心接收器的上侧接触且对齐；中心接收器和定位接收器所覆盖的面积远小于测量面的面积；所述X轴丝杆导轨的壳体上设置有第一限位开关，第一限位开关在X方向上的位置与接收器B在X方向上的位置对应，当Y轴丝杆导轨运动至第一限位开关的位置处时，第一限位开关能输出检测信号；所述Y轴丝杆导轨的壳体上设置有第二限位开关，第二限位开关在Y方向上的位置与接收器B在Y方向上的位置对应，当传感器支架运动至第二限位开关的位置处时，第二限位开关能输出检测信号；所述传感器支架上设置有一激光发射器，激光发射器能向测量面发射激光光束，且激光光束的轴向与测量面垂直。

本发明的硬件结构十分简单，结合本发明的方法，可以快速高效地完成原点对准操作，且对准精度较高。

优选地，所述正方形的边长为传动电机所能提供的最小步进长度的整数倍；所述接收区的圆心与正方形的几何中心重叠；所述接收区的尺寸与激光光束的光斑大小匹配。

优选地，所述测量面上设置有与中心接收器和定位接收器匹配的凹槽，中心接收器和定位接收器镶嵌在凹槽内。

基于前述硬件方案，本发明还提出了一种自动测量平台原点粗精协同对准方法，所涉及的硬件如前所述，控制方法的具体步骤包括：

在测量面上接收器B以外的区域设置一起点位置；中心接收器上端面的几何尺寸已知，以接收区的圆心为原点在中心接收器上端面上建立二维坐标系，二维坐标系的横轴与X方向平行，向左为横轴的负向，向右为横轴的正向，二维坐标系的纵轴与Y方向平行，向上为纵轴的正向，向下为纵轴的负向；

1）原点自对准操作开始后，通过X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨将激光发射器快速传动至起点位置（具体实施时，可根据接收器B的具体位置，将起点位置设置在靠近接收器B的位置，以提高操作效率）；

2）通过X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨传动激光发射器向接收器B所在位置运动，激光发射器运动过程中，若第一限位开关输出检测信号，则立即控制X轴丝杆导轨驻停，若第二限位开关输出检测信号，则立即控制Y轴丝杆导轨驻停；待X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨都驻停后，进入步骤3）；

3）启动激光发射器，判断接收器B是否收到激光光束：若接收器B未收到激光光束，则返回步骤1）；若接收器B已收到激光光束，则进入步骤4），激光发射器此时的位置记为P1；

4）通过X轴丝杆导轨传动Y轴丝杆导轨向左缓慢移动，当接收器A收到激光光束后，控制X轴丝杆导轨驻停，激光发射器此时的位置记为P2（由于中心接收器上端面上接收区以外的区域被遮光材料所覆盖，当接收器A收到激光光束时，说明激光发射器的位置刚好运动至接收器A右侧和中心接收器左侧的交界处），计算出X方向上P1和P2的距离，P1和P2的距离记为t，进入步骤5）；

5）通过X轴丝杆导轨传动Y轴丝杆导轨向右缓慢移动，当Y轴丝杆导轨向右移动的距离达到t/2时（由于P1位于接收器B的范围内，P1和P2之间的距离又为t，因此，当Y轴丝杆导轨向右移动t/2时，激光发射器位于中心接收器的范围内，t/2即为P3到中心接收器左侧边沿的距离），控制X轴丝杆导轨驻停，激光发射器此时的位置记为P3，进入步骤6）；

6）通过Y轴丝杆导轨传动传感器支架向上缓慢移动，当接收器C收到激光光束后，控制Y轴丝杆导轨驻停（当接收器C收到激光光束时，说明激光发射器的位置刚好运动至接收器C下侧和中心接收器上侧的交界处，s即为P3到中心接收器上侧边沿的距离），激光发射器此时的位置记为P4，计算出Y方向上P3和P4的距离，P3和P4的距离记为s，进入步骤7）；

7）通过Y轴丝杆导轨传动传感器支架向下缓慢移动，当传感器支架向下移动的距离达到s时，控制Y轴丝杆导轨驻停，此时激光发射器又回到了P3；

8）根据s和t/2，计算出P3和所述圆心在前述二维坐标系上的相对位置（坐标计算应该是本领域技术人员所应具备的基本技能，故本文不再赘述）；根据P3和圆心的相对位置，X轴丝杆导轨和Y轴丝杆导轨分别以最小步进长度，逐步将激光发射器传动至圆心位置，判断中心接收器是否接收到激光光束：若中心接收器未接收到激光光束，返回步骤2），若中心接收器已接收到激光光束，原点自对准操作结束。

从前述的方案中不难看出，本发明的方法中采用了粗细结合的操作方式，即操作刚开始时，快速地将激光发射器的位置从起点位置调整至接收器B的位置，以提高操作的效率，然后通过精细化的操作使激光发射器的位置移动至P3，同时也获取到了s和t/2两个距离数据，最后通过步进传动方式，将激光发射器精确地传动至接收区的圆心位置；

采用本发明后，只需在自动测量平台上加装十分简单的装置，就能精确地实现原点对准操作，效果很好。

本发明的有益技术效果是：提出了一种自动测量平台原点粗精协同对准装置及方法，所涉及的硬件简单，原点对准操作效率较高。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、激光发射器的运动轨迹示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：测量面1、X轴丝杆导轨2、Y轴丝杆导轨3、中心接收器4、定位接收器5、激光发射器6、限位开关7、中心接收器和定位接收器所覆盖的区域8。

具体实施方式

一种自动测量平台原点粗精协同对准装置，所述自动测量平台包括测量面1、X轴丝杆导轨2、Y轴丝杆导轨3、传感器支架和两台传动电机；X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3均设置于测量面1的上方；两台传动电机分别与X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3传动连接；所述X轴丝杆导轨2的轴向记为X方向，X方向与测量面1平行，所述Y轴丝杆导轨3的轴向记为Y方向，Y方向与测量面1平行，且X方向和Y方向互相垂直；所述X轴丝杆导轨2能在传动电机的驱动下传动Y轴丝杆导轨3在X方向上平移，所述Y轴丝杆导轨3能在传动电机的驱动下传动传感器支架在Y方向上运动；

其创新在于：所述测量面1上设置有一个中心接收器4和三个定位接收器5；所述中心接收器4的周向轮廓为正方形，中心接收器4的侧边分别与X方向和Y方向平行；中心接收器4的上端面上设置有一圆形的接收区，所述接收区的覆盖面积远小于中心接收器4的上端面面积，中心接收器4上端面上接收区以外的区域被遮光材料覆盖；所述定位接收器5的周向轮廓为正方形，且定位接收器5的边长与中心接收器4相同，定位接收器5的侧边分别与X方向和Y方向平行；定位接收器5的上端面上设置有接收面，所述接收面将定位接收器5的上端面全部覆盖；三个定位接收器5分别记为接收器A、接收器B和接收器C，接收器A的右侧与中心接收器4的左侧接触且对齐，接收器B的左侧与中心接收器4的右侧接触且对齐，接收器C的下侧与中心接收器4的上侧接触且对齐；中心接收器4和定位接收器5所覆盖的面积远小于测量面1的面积；所述X轴丝杆导轨2的壳体上设置有第一限位开关，第一限位开关在X方向上的位置与接收器B在X方向上的位置对应，当Y轴丝杆导轨3运动至第一限位开关的位置处时，第一限位开关能输出检测信号；所述Y轴丝杆导轨3的壳体上设置有第二限位开关，第二限位开关在Y方向上的位置与接收器B在Y方向上的位置对应，当传感器支架运动至第二限位开关的位置处时，第二限位开关能输出检测信号；所述传感器支架上设置有一激光发射器6，激光发射器6能向测量面1发射激光光束，且激光光束的轴向与测量面1垂直。

进一步，所述正方形的边长为传动电机所能提供的最小步进长度的整数倍；所述接收区的圆心与正方形的几何中心重叠；所述接收区的尺寸与激光光束的光斑大小匹配。

进一步，所述测量面1上设置有与中心接收器4和定位接收器5匹配的凹槽，中心接收器4和定位接收器5镶嵌在凹槽内。

基于前述硬件，本发明还提出了一种自动测量平台原点粗精协同对准方法，所涉及的硬件为自动测量平台，所述自动测量平台包括测量面1、X轴丝杆导轨2、Y轴丝杆导轨3、传感器支架和两台传动电机；X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3均设置于测量面1的上方；两台传动电机分别与X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3传动连接；所述X轴丝杆导轨2的轴向记为X方向，X方向与测量面1平行，所述Y轴丝杆导轨3的轴向记为Y方向，Y方向与测量面1平行，且X方向和Y方向互相垂直；所述X轴丝杆导轨2能在传动电机的驱动下传动Y轴丝杆导轨3在X方向上平移，所述Y轴丝杆导轨3能在传动电机的驱动下传动传感器支架在Y方向上运动；所述测量面1上设置有一个中心接收器4和三个定位接收器5；所述中心接收器4的周向轮廓为正方形，中心接收器4的侧边分别与X方向和Y方向平行；中心接收器4的上端面上设置有一圆形的接收区，所述接收区的覆盖面积远小于中心接收器4的上端面面积，中心接收器4上端面上接收区以外的区域被遮光材料覆盖；所述定位接收器5的周向轮廓为正方形，且定位接收器5的边长与中心接收器4相同，定位接收器5的侧边分别与X方向和Y方向平行；定位接收器5的上端面上设置有接收面，所述接收面将定位接收器5的上端面全部覆盖；三个定位接收器5分别记为接收器A、接收器B和接收器C，接收器A的右侧与中心接收器4的左侧接触且对齐，接收器B的左侧与中心接收器4的右侧接触且对齐，接收器C的下侧与中心接收器4的上侧接触且对齐；中心接收器4和定位接收器5所覆盖的面积远小于测量面1的面积；所述X轴丝杆导轨2的壳体上设置有第一限位开关，第一限位开关在X方向上的位置与接收器B在X方向上的位置对应，当Y轴丝杆导轨3运动至第一限位开关的位置处时，第一限位开关能输出检测信号；所述Y轴丝杆导轨3的壳体上设置有第二限位开关，第二限位开关在Y方向上的位置与接收器B在Y方向上的位置对应，当传感器支架运动至第二限位开关的位置处时，第二限位开关能输出检测信号；所述传感器支架上设置有一激光发射器6，激光发射器6能向测量面1发射激光光束，且激光光束的轴向与测量面1垂直；

其创新在于：所述自动测量平台原点自对准控制方法包括：

在测量面1上接收器B以外的区域设置一起点位置；中心接收器4上端面的几何尺寸已知，以接收区的圆心为原点在中心接收器4上端面上建立二维坐标系，二维坐标系的横轴与X方向平行，向左为横轴的负向，向右为横轴的正向，二维坐标系的纵轴与Y方向平行，向上为纵轴的正向，向下为纵轴的负向；

1）原点自对准操作开始后，通过X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3将激光发射器6快速传动至起点位置；

2）通过X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3传动激光发射器6向接收器B所在位置运动，激光发射器6运动过程中，若第一限位开关输出检测信号，则立即控制X轴丝杆导轨3驻停，若第二限位开关输出检测信号，则立即控制Y轴丝杆导轨3驻停；待X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3都驻停后，进入步骤3）；

3）启动激光发射器6，判断接收器B是否收到激光光束：若接收器B未收到激光光束，则返回步骤1）；若接收器B已收到激光光束，则进入步骤4），激光发射器6此时的位置记为P1；

4）通过X轴丝杆导轨2传动Y轴丝杆导轨3向左缓慢移动，当接收器A收到激光光束后，控制X轴丝杆导轨2驻停，激光发射器6此时的位置记为P2，计算出X方向上P1和P2的距离，P1和P2的距离记为t，进入步骤5）；

5）通过X轴丝杆导轨2传动Y轴丝杆导轨3向右缓慢移动，当Y轴丝杆导轨3向右移动的距离达到t/2时，控制X轴丝杆导轨2驻停，激光发射器6此时的位置记为P3，进入步骤6）；

6）通过Y轴丝杆导轨3传动传感器支架向上缓慢移动，当接收器C收到激光光束后，控制Y轴丝杆导轨2驻停，激光发射器6此时的位置记为P4，计算出Y方向上P3和P4的距离，P3和P4的距离记为s，进入步骤7）；

7）通过Y轴丝杆导轨3传动传感器支架向下缓慢移动，当传感器支架向下移动的距离达到s时，控制Y轴丝杆导轨2驻停，此时激光发射器6又回到了P3；

8）根据s和t/2，计算出P3和所述圆心在前述二维坐标系上的相对位置；根据P3和圆心的相对位置，X轴丝杆导轨2和Y轴丝杆导轨3分别以最小步进长度，逐步将激光发射器6传动至圆心位置，判断中心接收器4是否接收到激光光束：若中心接收器4未接收到激光光束，返回步骤2），若中心接收器4已接收到激光光束，原点自对准操作结束。