基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器

针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器。传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构成。通过对X、Y方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿真误差进行分析,并优化了传感器结构。最后采用PCB工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在150 mm×150 mm的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中X方向测量精度为±33.08μm,Y方向测量精度为±36.95μm,优化后的传感器样机X、Y方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了49.1%和50.7%。

自带计量标准器的二维位移工作台研究

提出以平面正交衍射光栅作为二维位移工作台计量标准器的方法 ,随工作台的移动 ,光栅能同时检测一个平面上两个方向的位移 .阐述了正交衍射光栅作为位置检测元件的工作原理及其光路布置方法 ,二次衍射光线的两两迭加 ,形成两组干涉条纹信号 ,且这两组干涉条纹信号的相移与光栅两个正交方向的位移呈正比 ,通过光电转换和计数细分处理电路得到条纹信号的相移 ;检测光路布置在工作台下方 ,通过几组直角棱镜使干涉条纹信号进入光电探测器 .实验分析了工作台的测量精度 ,有效分辨率提高到 1 0nm .

大行程纳米级二维位移工作台

提出以双衍射光栅位移传感器作二维工作台计量标准器的方法,阐述了双衍射光栅位移传感器的位移传感原理,以及光电信号细分处理方法。结合光栅的实际参数,分析了工作台的有效分辨率。

新型光电二维位移传感器

介绍了一种新型光电二维位移传感器的结构和工作原理,分析了该传感器的使用方法。

基于平面驻波磁场的二维位移传感器测量原理与结构优化

在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电信号时在测量平面产生平面驻波磁场。动阵面由四个螺旋线圈以2×2矩阵形式排列,感应出振幅随x轴和y轴位移变化的四路调制信号,并利用Cordic算法求解两维度位移量。本文首先介绍了传感器的工作原理,对电磁模型进行有限元分析,并对位移解算算法进行数值模拟。根据仿真结果对测量误差进行分析溯源,优化传感器结构。制作传感器样机开展了实验验证,验证了传感器结构和位移解耦方法的可行性。实验表明,传感器在节距内最大误差为48.7μm,分辨率为0.317μm,在147 mm×147 mm量程范围内,传感器线性度达到0.15%,为高精度电磁感应式平面二维位移传感器的进一步发展提供了理论支撑和实验指导。

基于二维位移传感器的砂轮表面形貌测量

砂轮表面的三维形貌对保证其磨削质量有重要意义。采用高精度二维位移传感器在线测量砂轮的表面形貌,再通过建立的砂轮三维形貌基准平面和数字滤波方法,用测量数据计算得到砂轮表面的三维形貌评价参数。结果表明:该评价参数与Zeta自动三维测量系统的测量结果基本相同,验证了该评价方法的有效性和实用性,可为砂轮修整及其磨削加工提供参考指标。

二维位移传感器研究

在许多应用领域中,需要测量物体作二维运动的位移,特别是物体做平面平动的位移。本文介绍了各种二维位移传感器的原理和实现方法,具体分析了国内外已有的各种二维位移传感器的结构特点。

结构试验中二维位移检测技术探讨

结构试验中试件的位移主体大多发生在一个平面之内,而且位移量往往以一个方向的位移为主,与之垂直方向的位移为辅。传统位移检测方法中,需要用两只一维位移传感器组合的方式进行测试,但该方法在使用过程中有诸多弊端,如易发生测杆弯曲卡壳或基座松动,或对测点的位移敏感度低而达不到测试精度。本文提出一种结构试验中二维位移的测试方法,并制作了二维位移传感器样品文中对二维位移测试相关技术要点进行了阐述,并重点介绍的一款大量程二维位移传感器产品通过试验使用,测试了传感器的性能;试验结果认为该位移传感器可以满足结构试验领域对二维位移的检测需求。

二维位移动态测量装置

本文设计了一种测量自行火炮射击时车体在射击平面内的二维位移时间历程及其运动轨迹的测量装置。它利用微型电子计算机鼠标器功能和原理,将车体的位移转化为电信号。车体通过支臂套筒和支臂与鼠标器相连,鼠标器作用平板固定在平板支架上,平板和平板支架放在地面上保持静止不动。车体运动时。它带动鼠标器在平板上移动,从而得到车体的二维位移。本论文涉及的装置中国专利局已决定对此授于专利权,1996年7月正式授权公布。

基于机器视觉的单目无标定二维位移测量方法

为实现被测物体在二维平面上位移、位置的非接触式测量,提出了一种单目视觉无标定测量方法。所使用的相机和光学成像系统为符合相机线性成像模型的普通设备,其本质为一种射影变换,具有射影几何中的交比不变性。基于该基础理论设计了一种已知长度的矩形标识,确定平面上一正交坐标系;再通过拟合其4条边的图像方程,分别确定坐标系原点、坐标轴上单位长度点及无穷远点的图像坐标;最后通过交比不变性方程,仅通过单张拍摄图像,计算出被测点在该坐标系中的当前位置坐标。通过实验进一步验证了本方法的有效性和精确性,同时也对测量误差的成因进行了定量分析,且提出了有效可行的解决方法。最终结果表明,该方法具有非接触、同时获得二维坐标和测量精度较高的优势,特别是无须系统标定的特点,可方便地应用于显微光学系统中,实现亚微米的位移测量,在工程精密测量领域具有较好的应用前景。

二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究

激光漂移是影响二维位移测量精度的主要因素之一。为了消除激光光源漂移对二维位移测量结果的影响,提出了一种双光路激光漂移实时补偿的方法。在二维位移测量系统中,根据测量光路结构工作机理建立了激光光源平漂和角漂对位移测量产生误差的模型,通过参考光路监测激光的漂移量,并利用误差模型将漂移量经过转换后补偿到测量结果中。理论分析表明,本文方法能够实现对平漂和角漂的完全补偿。分析了实际光路布置中的结构参数误差对补偿效果的影响,基于此选择光路的结构参数。实验结果显示,使用双路激光漂移补偿方法后,可以使8h内的X方向和Y方向的漂移量分别减少55.1%和73.3%。

平面二维时栅位移传感器的理论模型与误差分析

本文提出了一种平面二维位移测量方法,并研制出了一种新型的平面二维时栅位移传感器。首先,建立了平面二维时栅测量模型,采用一种离散化的电极编码阵列,实现了二维平面上的编码;其次,提出了一种测量信号解耦方法,通过对4块正交排列的动尺电极上的感应信号进行线性运算,实现了对输出行波信号的解耦;建立了三维电场仿真模型并进行仿真分析,仿真结果验证了离散化电极编码的可行性和解耦运算方法的有效性;此外,通过仿真得到了平面二维时栅位移传感器的误差特性,其主要以4次误差为主,并且随着间隙的增大而衰减;最后,采用PCB工艺制造了传感器样机进行实验。实验表明:在300 mm×300 mm范围内,二维时栅传感器在X方向大量程误差为±8μm,Y方向大量程误差为±8.4μm,实现了可靠的二维位移测量。

差动结构的平面二维时栅位移传感器

为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题,提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法,用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时栅技术,构建了二维位移直接解耦测量模型,并设计了传感器的基本结构。利用ANSYS Maxwell建立了传感器三维结构模型并进行了电磁仿真,并对仿真结果进行误差分析和溯源。基于此研制了传感器样机并进行了实验。实验结果表明:样机在79.2 mm×79.2 mm测量范围内,X方向误差为91μm,Y方向误差为74μm,可实现二维位移同步检测和直接解耦测量,且测量系统结构简单、体积小,对研究更高性能的二维时栅具有重要参考价值。

基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器

针对半导体行业、航空航天等领域对于精密二维位移测量的迫切需求,提出了一种基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器。传感器由定尺和动尺组成,定尺由导磁基体和沿x、y方向排列的两励磁线圈组成,动尺由导磁基体和沿x、y方向排列的两层感应线圈组成。当励磁线圈通入正余弦励磁信号时,在定尺上方产生分别沿x和y方向运动的正交双行波磁场。通过对感应线圈输出的感应电信号进行解算得到x和y方向的位移值。首先介绍了传感器的结构和工作原理,对传感器模型进行了电磁场仿真;然后对仿真误差进行溯源分析,并优化传感器结构;最后采用印刷电路板技术制作了传感器样机,并设计相应的电气系统进行实验验证。实验结果表明该传感器在160 mm×160 mm测量范围内能够实现平面二维位移测量,x方向节距内位移误差峰峰值为32.8μm,y方向节距内位移误差峰峰值为34.5μm。

二维平动位移传感器的设计与标定

针对物体做平面运动时的二维位移测量问题,设计了一种变面积式电感二维位移传感器.分析了传感器的工作原理,设计了传感器的具体结构,在相互垂直的两个方向上分别放置U形铁芯和线圈,当衔铁在铁芯上方做平面运动时,线圈的电感发生变化,通过测量电路转换成与位移成正比的电信号.对传感器进行了标定试验,得到了传感器的静态性能指标:灵敏度为0.3016V/mm、线性度为±1.47%、回程误差±0.1%、重复性误差±0.16%.

一种离散阵列的平面二维电场式时栅位移传感器

针对平面二维光栅位移测量技术在高精度和大量程之间难以兼顾的现状,基于前期一维电场式时栅的研究基础,提出了一种离散阵列结构的二维电场式时栅位移传感器。传感器采用平面正交离散栅面空间排布的编码方法,实现了对平面二维电场式时栅激励电极编码;建立了平面二维电场式时栅位移测量模型,从理论上推导了受X和Y两个方向位移信息调制的耦合信号表达式;提出了一种二维位移测量信号直接解耦方法,利用差动感应电极空间位置关系,通过简单的加减运算实现了测量信号的解耦。使用PCB工艺制造了传感器样机并进行了性能测试,验证了提出的编码和解耦方法的可行性。最终结果表明,所提出的传感器在160 mm×160 mm测量范围内,X和Y方向测量误差峰峰值分别为13.1μm和11.8μm。

以正交衍射光栅为计量标准器的二维微位移工作台

提出以正交衍射光栅作为X Y二维位移工作台计量标准器的思想,阐述了正交衍射光栅作为大量程二维位置检测传感器的工作原理及光路布置方法,推导了光栅运动位移与所产生干涉条纹的相移之间的关系。介绍了工作台粗、细两级定位系统的组成结构:粗定位部分由磁悬浮平面直线电机驱动,细定位部分采用弹性铰支结构并由压电陶瓷驱动;通过分别对电机和压电陶瓷驱动范围与定位精度的分析,提出对工作台精密快速定位的方法。设计了一套对电机与压电陶瓷进行驱动控制和光栅信号进行处理的电路,并结合实际正交衍射光栅的刻线精度,计算了工作台位置检测的有效分辨率。最后,分析了当前几种典型压电陶瓷驱动电路的特点,提出选用直流放大电源的方式作为本系统高压驱动方法,并给出了高压驱动电路图。

基于LabVIEW平台的新型二维微位移传感器设计

基于矩形谐振腔的光学等倾干涉原理,设计了一种新型的二维微位移传感器系统,该系统通过电耦合器件(CCD)技术对等倾干涉产生的周期性干涉条纹进行光电转换,然后将电信号导入信号处理系统进行采集与存储,最后由串行通信发送至计算机,在Lab VIEW平台进行实时的监测。仿真实验结果显示,系统测量精度可以达到1μm^0.1μm.该系统采用矩形腔等倾干涉和F-P干涉相结合的方法,结构简单,成本低廉,且能够同时对二维微位移进行精确测量,可以应用于水利工程检测维护,大型建筑安全监测、精密加工中的实时控制等很多方面。

基于二维激光位移传感器和遗传算法的钢轨磨耗动态检测系统

介绍钢轨磨耗动态检测原理,提出基于二维激光位移传感器的钢轨磨耗动态检测方法。钢轨磨耗动态检测系统采用车载形式安装在检测车构架上,车辆走行过程中实时检测钢轨磨耗参数;在数据后处理中,利用遗传算法对轨腰和轨底之间的特征圆进行拟合,减小了由于车辆振动引入的拟合误差。钢轨磨耗动态检测系统已在国内地铁检测车中得到应用,检测精度满足用户要求。

光电测量二维微角位移的新方法研究与实现

为了解决对旋转台定位精度校准的同时又能对其台面俯仰角度进行测量的问题,提出了一种光电测量二维微角位移的新方法。在激光自准直光路中,采用数字信号处理器(DSP)获取准直物镜焦平面上V字形分划板在自扫描光电二极管阵列(SSPA)上两次成像之间的位移量,根据光学成像原理与像的外形特征,建立了像的平面位移量与被测物体二维角位移量的关系式,从而计算出角位移量。此方法的测量精度达到0.9″,满足旋转台校准的需要。