【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有正弦磁场模型的等一类平面电机的动子位移测量装置及方法,特别涉及一种大行程高分辨率的细分位移测量装置及算法。
技术介绍
在二维定位加工装置特别是现代半导体微细加工装备和其他超精密加工设备中, 高精密运动通常由平面电机实现。由于平面电机具有反应快、灵敏度高和结构简单等优点, 在学术界和工业界均受到广泛关注。专利201110045692. 8,专利200910029368. X,专利 200910088894. 3详细描述了几种不同结构的平面电机。目前,平面电机的动子位置检测常采用光栅、激光干涉仪等光学测量方法。专利 200880111964. 6中利用二维光栅进行平面电机的运动测量,需要在平面电机上安装面积较大的平面光栅来产生带有位移信息的光信号与光传感器进行通信,使用环境要求较高,需防止光栅尺面被污染;专利201110040403. 5采用光栅传感器进行两个方向的运动位置检测,每个运动方向均需安装满足量程要求的主尺与相应读数头来产生莫尔条纹信号或其他类型的带有位移信息的光信号,使用环境要求也较高;专利200910029828. 9采用激光位置传感器,通过激光三角测量法或回波分析原理实现平面电机运动测量,测量精度受环境影响较大,大行程难以保证高精度,信号处理很难同时保证简单快速。因此,一种既能降低传感器安装的复杂性,又能同时实现大行程高精度、信号处理简单快速的平面电机动子位移测量方法亟待提出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种平面电机动子位移的测量装置及方法,利用电机本身的磁场,实现电机动子的平面两自由度大行程高精度位移测量,并可 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种平面电机动子位移测量装置,所述平面电机为动圈式平面电机包括定子(I)和在定子(I)上的动子(3),所述定子(I)包括磁钢阵列(2),所述动子(3)下表面设置有线圈阵列(4),其特征在于所述位移测量装置包括探头(5)、两组正弦传感器、两组余弦传感器、信号传导线(6)和信号处理电路(7);所述探头(5)安装在动子(3)边缘处于动圈式平面电机定子磁钢阵列形成的正弦磁场区域;所述两组正弦传感器包括X方向正弦传感器组(8)和y方向正弦传感器组(10),所述两组余弦传感器包括X方向余弦传感器组(9)和y 方向余弦传感器组(11);所述探头(5)上以如下方式布置传感器首先在探头(5)上布置一个传感器作为基准传感器(12),沿X方向在一个磁场极距τ内均匀布置包括基准传感器(12)在内共my个传感器,构成y方向正弦传感器组;以所述基准传感器(12)为第一个传感器沿y方向在一个磁场极距τ内均匀布置包括基准传感器(12)在内共mx个传感器,构成 X方向正弦传感器组;以在y方向上与所述基准传感器(12)距离τ/4处起,沿X方向在一个磁场极距τ内均匀布置my个传感器,构成y方向余弦传感器组;以在X方向上与所述基准传感器(12)距离τ/4处起,沿y方向在一个磁场极距τ内均匀布置mx个传感器,构成 X方向余弦传感器组,其中mx = 2,3,4, my = 2,3,4,...;所述信号处理电路(7)通过信号传导线(6)与探头(5)的输出端相连;所述信号处理电路(7)包括模拟信号处理单元和数字信号处理单元;所述的磁场极距τ为平面电机正弦磁场的空间周期。2.一种采用如权利要求I所述装置的平面电机动子位移测量方法,其特征在于所述方法包括如下步骤1)将所述的X方向正弦传感器组的采样信号、所述的X方向余弦传感器组的采样信号、 所述的y方向正弦传感器组的采样信号以及所述的y方向余弦传感器组的采样信号通过信号处理电路的模拟信号处理单元处理,分别得到X向正弦测量信号SX(I、X向余弦测量信号 Cxo> y向正弦测量信号Sw以及y向余弦测量信号Cyci ;2)通过信号处理电路的数字信号处理单元将X向正弦测量信号Sxtl和X向余弦测量信号Cxci作nx次倍频运算Sxi 一 2*SX0*CX0,Cxi 一 CX0*CX(I-SX0*SX0,Sx2 一 2*SX1*CX1,Cx2 一 CX1*CX1-SX1*SX1, · · cc - c *r* -S^Xnx ~ Δ ^X,nx-l 匕Z, -l,_ ^Χ,ηχ-1 ^Χ,ηχ-1 ^Χ,ηχ-1 ^Χ,ηχ-1得到X向正弦细分信号&\和X向余弦细分信号,其中SX1、CX1、Sx2, Cx2…&,和为中间变量,nx = 1,2,3,...,同时通过信号处理电路将所述y向正弦测量信号Syci和y向余弦测量信号Cyci作ηγ次倍频运算Syi — 2*SY0*CY0,Cyi — CY0*CY0_SY0*SY0,SY2 = 2*SY1*CY1,CY2 = CY1*CY1_SY1*SY1, · · c _ ο ^ ^ ^ ηρ —ρ ^ ρ _ ckjYny ~ ^ ^Υ,ηγ-1 ^Υ,ηγ-1...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡金春,朱煜,尹文生,陈龙敏,杨开明,张鸣,徐登峰,穆海华,胡楚雄,刘召,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:
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