一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于光电子封装领域的柔性并联平台末端位姿检测系统及方法，该系统包括动平台、定平台、动平台连接件和五套位姿检测装置，五套所述位姿检测装置用于实时检测及控制所述动平台的六个自由度的位姿值。该方法包括宏观位姿检测和微观位姿检测。本发明专利技术宏观位姿检测采用五个激光位移传感器对动平台的位姿进行检测，整套检测系统具有体积小、成本低等优点；动平台连接件放置在定平台的下方，两者不接触，不会对动平面的运动造成干扰；有两个激光位移传感器放置在柔性并联平台的外面，不会增加对动平台的压力。微观位姿检测是利用光功率计进行调整，通过光功率计的透光量来进行微调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性并联平台检测
，更具体地，涉及一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统及方法。
技术介绍
光电子封装是将光电子器件与输入、输出阵列光纤进行光学对准耦合的过程。光电子封装的运动平台需要实现六自由度的运动和亚微米级的定位精度，并联式运动平台具有承载力强、刚度好、结构紧凑、动态性好和精确定位能力好等优点，可以弥补传统的串联式运动平台的结构精度差、误差有累积和无法消除回程间隙等缺点。柔性并联平台具有高精度、大行程的优点，已经广泛应用于光学精确定向系统、精密/超精密加工和军事等领域。为了满足光电子封装的要求，将六自由度柔性并联平台用于光电子封装领域，来实现各芯片位姿的调整，实现多个模场之间的高精度耦合。采用六自由度的柔性并联平台装置通过多组柔性腿的协调运动实现运动平台的位置定位以及姿态的调整。由于现有的六自由度柔性并联平台的控制都是通过计算光栅尺的位移间接得到柔性并联平台的末端位姿，无法实现直接对柔性并联平台末端位姿的直接检测，影响平台位姿的检测与调整的效果。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统及方法，该检测方法可使得该平台具有较高的位姿精度。根据本专利技术的一个方面，提供一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统，该系统包括动平台、定平台、动平台连接件和五套位姿检测装置，五套所述位姿检测装置用于实时检测及控制所述动平台的六个自由度的位移和姿态；所述动平台、定平台和动平台连接件自上而下依次平行设置，所述动平台通过六个连接杆与所述定平台连接。所述位姿检测装置包括激光位移传感器。所述位姿检测装置的位姿检测精度为10μm。五套位姿检测装置的目的在于检测动平台中心的位姿。在动平台上构建XYZ直角坐标系，X轴和Y轴均位于动平台上，所述动平台的下方设有与其平行设置的动平台连接件，Z轴沿着动平台连接件的中心指向定平台的中心，定平台为检测平台。所述位姿检测装置包括两个用于检测动平台相对于定平台沿X轴和Y轴方向位移的第二传感器和三个用于检测动平台相对于定平台的位姿的第一传感器。三个所述第一传感器固定在所述动平台连接件上，三个所述第一传感器均布在以所述动平台连接件的中心为圆心的圆上，在该圆上的所述第一传感器两两之间的夹角均为60度，可避免激光位移传感器对动平台连接件造成过大的偏转力矩，在实际设计时，还需要进行校正；两个所述第二传感器分别固定于所述动平台之外的X轴和Y轴上，且在所述动平台上设有与两个所述第二传感器相对应的用于接收信号的挡板。三个所述第一传感器用于检测动平台相对于定平台的位姿，并可计算得到分别绕X轴、Y轴和Z轴转过的角度和Z轴的直线位移，通过两个所述第二传感器用于检测X轴和Y轴的直线位移。将第一传感器放置好之后，测量光垂直于运动平台照射到被测平面上，通过激光位移传感器的测量值计算被测平面在坐标系平面的位姿。本专利技术采用五个激光位移传感器对动平台的位姿进行检测，整套检测装置的体积小，节省占地空间及成本；动平台连接件放置在定平台的下方，两者不接触，不会对动平面的运动造成干扰；有两个激光位移传感器放置在柔性并联平台的外面，不会增加对动平台的压力。根据本专利技术的另一个方面，提供一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测方法，该方法包括：以固定平面为参考系，位姿检测装置检测并反馈控制动平台的位姿，当位姿检测装置的宏观位姿控制柔性并联平台达到期望的位姿时，位姿检测装置的宏观位姿的控制停止。然后进行微观位姿的控制，通过光功率计的透光量反馈来实现进一步位姿检测调整，当光功率计的透光量达到指定值时，柔性并联平台达到指定的位姿，位姿检测调整完成。该方法还包括，光源发射出的激光光束与光纤耦合，再经波导器件入射至光功率计的激光探测器上，光功率计用于显示具体的数值信息，通过光功率计的反馈值实现微小位移的对准。所述对准的方法为单通道耦合对准方法与双通道耦合对准方法，微观位姿调整时先进行单通道耦合对准，再进行双通道耦合对准。所述单通道耦合对准方法，采用坐标轮换的方法进行横向平面的耦合对准，先任意选择其中一个坐标轴，采用耦合模型拟合法找到一维耦合极值点，再选择另外一个轴，采用同样的方法找到耦合极值点，如此反复，直到找到横向平面的模场耦合极值点。所述双通道耦合对准方法，首先以i通道为中心进行模场称合对准，然后绕i通道旋转，减少阵列光纤纤芯中心线的倾斜角度和j通道纤芯的偏移量，如此反复直到j通道的模场耦合效率大于指定的阈值。本专利技术对柔性并联平台的动平台姿态的检测调整分为宏观位姿检测和微观位姿检测两个部分：宏观位移使得位姿精度控制在十微米范围内，通过五套位姿检测装置测出六自由度平台的实际位姿，进行六自由度姿态的实时控制；微观位姿检测是利用光功率计进行调整，通过光功率计来观察透光量的数据，以进行微调。附图说明图1为本专利技术柔性并联平台的位姿检测调整过程示意图；图2为本专利技术实施例的检测装置的示意图；图3为根据本专利技术实施例的动平台连接件的示意图；图4为根据本专利技术实施例的动平台上XY坐标系示意图；图5为根据本专利技术实施例的第一传感器的示意图；图6为根据本专利技术实施例的坐标系E的示意图；图7为根据本专利技术实施例的微小位移控制示意图；图8为柔性并联平台闭环控制流程图。其中附图标记为：1.动平台，2.定平台，3.动平台连接件，4.连接杆，5.第二传感器，6.挡板，7.第一传感器。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。柔性并联平台的位姿检测调整对准过程如图1所示。柔性并联平台由六个电机进行驱动，通过对六个电机的控制从而实现柔性并联平台的末端位姿检测调整，以往对于六自由度柔性并联平台的控制都是通过计算光栅尺的位移间接得到柔性并联平台的末端位姿，现在设计的宏微检测装置能够直接检测末端位姿。检测装置是作为控制时的反馈出现的，宏微结合的检测装置将柔性并联平台的控制分成了两个部分：宏观位姿控制和微观位姿对准。控制时，首先进行的是宏观位姿的控制调整，反馈是通过宏观位姿检测装置作为反馈来实现的，当宏观位姿控制柔性并联平台达到期望的位姿时，宏观位姿的控制不再进行，而是进行微观位姿的控制；反馈通过光功率计的透光量来实现，当光功率计的透光量达到指定值时，说明柔性并联平台达到指定的位姿，位姿检测调整完成。在根据本申请的一个实施例中，参考图2和图3，提供一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统，该系统包括动平台1、定平台2、动平台连接件3和五套位姿检测装置，五套所述位姿检测装置用于作为实时检测及控制所述动平台1的六个自由度的位移和姿态的反馈。所述动平台1、定平台2和动平台连接件3自上而下依次平行设置，所述动平台1通过六个连接杆4与所述定平台2连接。所述位姿检测装置包括激光位移传感器。所述位姿检测装置的位姿检测精度为10μm。五套位姿检测装置的目的在于检测动平台1中心的位姿。在动平台1上建立XYZ直角坐标系，X轴和Y轴均位于动平台1上，如图4所示，所述动平台1的下方设有与其平行设置的动平台连接件3，Z轴沿着动平台连接件3的中心指向定平台2的中心，定平台2为检测平台。所述位姿检测装置包括两个用于检测动平台1相对于定平台2沿X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统，其特征在于，包括动平台、定平台、动平台连接件和五套位姿检测装置，五套所述位姿检测装置检测及控制所述动平台的六个自由度的位姿值；所述动平台、定平台和动平台连接件自上而下依次平行设置，所述动平台通过六个连接杆与所述定平台连接。

【技术特征摘要】
1.一种光电子封装柔性并联平台末端位姿检测系统，其特征在于，包括动平台、定平台、动平台连接件和五套位姿检测装置，五套所述位姿检测装置检测及控制所述动平台的六个自由度的位姿值；所述动平台、定平台和动平台连接件自上而下依次平行设置，所述动平台通过六个连接杆与所述定平台连接。2.根据权利要求1所述的位姿检测系统，其特征在于，所述位姿检测装置包括激光位移传感器。3.根据权利要求2所述的位姿检测系统，其特征在于，构建XYZ直角坐标系，X轴和Y轴均位于动平台上，所述动平台的下方设有与其平行设置的动平台连接件，Z轴沿着动平台连接件的中心指向定平台的中心，定平台为检测平台。4.根据权利要求3所述的位姿检测系统，其特征在于，所述位姿检测装置包括两个用于检测动平台相对于定平台沿X轴和Y轴方向位移的第二传感器和三个用于检测动平台相对于定平台的位姿的第一传感器。5.根据权利要求4所述的位姿检测系统，其特征在于，三个所述第一传感器固定在所述动平台连接件上，三个所述第一传感器均布在以所述动平台连接件的中心为圆心的圆上；两个所述第二传感器分别固定于所述动平台之外的X轴和Y轴上，且在所述动平台上设有与两个所述第二传...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海波，王晓玲，谭帅霞，段吉安，马颖如，高兆康，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43