本申请提供一种二维运动平台路径精度的检测系统，包括：测试块，用于驱动测试块运动的二维运动平台，用于检测测试块在x轴方向上的运动位置并输出第一运动位置集的第一检测装置，用于检测测试块在y轴方向上的运动位置并输出第二运动位置集的第二检测装置，以及处理模块；处理模块的输入端与第一检测装置、第二检测装置的输出端连接且配置用于：获取第一运动位置集和第二运动位置集；将第一运动位置集和第二运动位置集拟合形成测试块的实际运动路径曲线；获取测试块的理论运动路径曲线；计算二维运动平台的精度数据。本申请提供的二维运动平台路径精度的检测系统可真实反映测试块的运动路径，有利于提高检测的准确性；检测过程简便，有利于提高检测效率。
一种二维运动平台路径精度的检测系统
技术领域
[0001] 本公开一般涉及路径精度检测技术领域，具体涉及一种二维运动平台路径精度的检测系统。
背景技术
[0002] 二维运动平台通常可驱动其上的载体沿x、y方向运动，通过设定速度或设定路径可实现载体的自动化运行。然而在实际使用过程中，载体受二维运动平台机械结构精度的限制，其实际运动路径往往与设定路径或理论运动路径具有一定偏差。如何更精确的检测二维运动平台路径精度是一个亟待解决的技术难题。
[0003] 现有技术中，往往通过分别测量单一方向上的几个位置点获取偏差，用于表征某一方向上的精度；这种方式下无法衡量二维运动平台在二维空间的路径精度；采用位置点获取偏差具有一定局限性，无法获取最大偏差，检测准确性较低。
[0004] 而对于多轴运动平台，多采用可旋转的激光跟踪仪进行位置测量，其采样频率较低通常只有1Khz，且测量精度较低通常大于20um。
发明内容
[0005] 鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可解决上述技术问题的一种二维运动平台路径精度的检测系统。
[0006] 本申请提供一种二维运动平台路径精度的检测系统，包括：
[0007] 测试块；
[0008] 二维运动平台，用于驱动所述测试块在x轴与y轴所组成的平面直角坐标系内运动；
[0009] 第一检测装置，用于检测所述测试块在x轴方向上的运动位置，并输出第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}；
[0010] 第二检测装置，用于检测所述测试块在y轴方向上的运动位置，并输出第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}；
[0011] 和处理模块，所述处理模块的输入端与所述第一检测装置、第二检测装置的输出端连接；
[0012] 其中，所述处理模块配置用于：
[0013] 获取所述第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}以及所述第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}；
[0014] 将所述第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}以及所述第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}拟合，形成所述测试块的实际运动路径曲线a；
[0015] 获取所述测试块的理论运动路径曲线b；
[0016] 根据所述实际运动路径曲线a以及理论运动路径曲线b，计算所述二维运动平台的精度数据。
[0017] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述精度数据包括第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1；计算所述第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1的方法为：
[0018] 计算所述实际运动路径曲线a与理论运动路径曲线b在不同时刻所对应的第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}；
[0019] 根据以下公式计算所述第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1：
[0020] dmax＝Max{d1,d2,d3,...,di,...,dn}；
[0021]
[0022] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}的计算方法为：
[0023] 获取所述实际运动路径曲线a在不同时刻的实际位置数据；
[0024] 获取所述理论运动路径曲线b对应的理论位置数据；
[0025] 计算所述实际位置数据与所述理论位置数据的偏移量，得到所述第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}。
[0026] 根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式计算偏转参数tanγi：
[0027]
[0028] 根据以下公式计算第一优化位置集{x′1,x′2,x′3,...,x′i,...,x′n}以及第二优化位置集{y′1,y′2,y′3,...,y′i,...,y′n}：
[0029]
[0030] 将所述第一优化位置集{x′1,x′2,x′3,...,x′i,...,x′n}以及所述第二优化位置集{y′1,y′2,y′3,...,y′i,...,y′n}拟合，形成所述测试块(1)的优化路径曲线c；
[0031] 计算所述优化路径曲线c与理论运动路径曲线b在不同时刻所对应的第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}；
[0032] 计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的第二最大偏差d′max以及第二均方差σ2。
[0033] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述处理模块还配置用于：
[0034] 根据以下公式计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的平均值[0035]
[0036] 根据以下公式计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的绝对值的积分d′I:
[0037]
[0038] 根据以下公式计算精度值W：
[0039]
[0040] 其中，w1、w2、w3、w4为设定阈值；精度值W用于表征所述二维运动平台的路径精度。
[0041] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一检测装置为第一激光测振仪；所述第一激光测振仪发出的第一检测光射入至所述测试块，所述第一检测光与y轴平行；
[0042] 所述第二检测装置为第二激光测振仪；所述第二激光测振仪发出的第二检测光射入至所述测试块，所述第二检测光与x轴平行。
[0043] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一激光测振仪与第二激光测振仪输入端连接有控制模块；所述控制模块用于控制所述第一激光测振仪与第二激光测振仪的采样频率。
[0044] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述二维运动平台包括：
[0045] 第一驱动台，安装在所述测试块底部，用于驱动所述测试块以第一速度vx沿平行于y轴方向运动；
[0046] 以及第二驱动台，安装在所述第一驱动台底部，用于驱动所述第一驱动台以第二速度vy沿平行于x轴方向运动。
[0047] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一驱动台包括：第一安装座，可转动安装在所述第一安装座内的第一丝杆，安装在所述第一丝杆上的第一滑套，安装在所述第一滑套上的第一滑块，以及用于驱动所述第一丝杆转动的第一电机；
[0048] 所述第一丝杆沿x轴方向设置，所述第一滑块底部与所述第一安装座顶部滑动接触；
[0049] 所述测试块安装在所述第一滑块顶部。
[0050] 根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二驱动台包括：第二安装座，可转动安装在所述第二安装座内的第二丝杆，安装在所述第二丝杆上的第二滑套，安装在所述第二滑套上的第二滑块，以及用于驱动所述第二丝杆转动的第二电机；
[0051] 所述第二丝杆沿y轴方向设置，所述第二滑块底部与所述第二安装座顶部滑动接触；
[0052] 所述第一安装座底部安装在所述第二滑块顶部。
[0053] 本申请的有益效果在于：本申请提供的一种二维运动平台路径精度的检测系统，通过第一检测装置检测所述测试块在x轴方向上的运动位置，得到第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}；通过第二检测装置检测所述测试块在y轴方向上的运动位置，得到第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}；处理模块通过获取两位置集并拟合形成所述测试块的实际运动路径曲线a，进而可根据实际运动路径曲线a与理论运动路径曲线b，计算二维运动平台的精度数据。本申请提供的二维运动平台路径精度的检测系统，可对二维运动平台进行精度数据检测，通过分别获取测试块在x、y方向上的运动位置集，拟合形成的实际运动路径曲线可真实反映测试块的运动路径，有利于提高检测的准确性；检测过程简便，有利于提高检测效率。
附图说明
[0054] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0055] 图1为本申请提供的一种二维运动平台路径精度的检测系统的示意图。
[0056] 图2为图1所示测试块1具有偏转角γ的示意图。
[0057] 图中标号：
[0058] 1、测试块；2、第一激光测振仪；3、第二激光测振仪；4、控制模块；5、第一安装座；6、第一丝杆；7、第一滑块；8、第二安装座；9、第二丝杆；10、第二滑块；
具体实施方式
[0059] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0060] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0061] 请参考图1为本申请提供的一种二维运动平台路径精度的检测系统，包括：
[0062] 测试块1；
[0063] 二维运动平台，用于驱动所述测试块1在x轴与y轴所组成的平面直角坐标系内运动；
[0064] 第一检测装置，用于检测所述测试块1在x轴方向上的运动位置，并输出第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}；
[0065] 第二检测装置，用于检测所述测试块1在y轴方向上的运动位置，并输出第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}。
[0066] 和处理模块，所述处理模块的输入端与所述第一检测装置、第二检测装置的输出端连接；
[0067] 其中，所述处理模块配置用于：
[0068] 获取所述第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}以及所述第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}；
[0069] 将所述第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}以及所述第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}拟合，形成所述测试块1的实际运动路径曲线a；
[0070] 获取所述测试块1的理论运动路径曲线b；
[0071] 根据所述实际运动路径曲线a以及理论运动路径曲线b，计算所述二维运动平台的精度数据。
[0072] 具体的，测试块1的实际运动路径曲线a可由第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}与第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}拟合形成，例如第一运动位置集为(0，2，4)，第二运动位置集为(0，2，4)，则实际运动位置为(0，0)、(2，2)、(4，4)；实际运动路径曲线a为：y＝x；
[0073] 具体的，所述精度数据用于表征二维运动平台的精度，例如精度数据可以为实际运动路径曲线与理论运动路径曲线的最大偏移量或偏移量的均方差。
[0074] 优选的，所述测试块1的起始位置位于所述平面直角坐标系的原点(0，0)。
[0075] 需要进一步解释说明的是，测试块1在二维运动平台运动的过程中，受机械结构等影响会与理论状态路径存在一定的偏差，即实际运动路径曲线与理论运动路径曲线存在一定偏差，这一偏差可用于反映二维运动平台的路径精度；
[0076] 本申请提供的一种二维运动平台路径精度的检测系统，利用第一检测装置检测所述测试块1在x轴方向上的运动位置，得到第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}；利用第二检测装置检测所述测试块1在y轴方向上的运动位置，得到第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}；处理模块通过获取两位置集并拟合形成所述测试块1的实际运动路径曲线a，进而可根据实际运动路径曲线a与理论运动路径曲线b，计算二维运动平台的精度数据。
[0077] 其中，作为优选的，所述精度数据包括第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1；计算所述第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1的方法为：
[0078] 计算所述实际运动路径曲线a与理论运动路径曲线b在不同时刻所对应的第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}；
[0079] 根据以下公式计算所述第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1：
[0080] dmax＝Max{d1,d2,d3,...,di,...,dn}；
[0081]
[0082] 具体的，第一最大偏差dmax以及第一均方差σ1越大则表示测试块1实际运动路径与理论运动路径差别越大，二维运动平台的精度越低。
[0083] 其中，作为优选的，所述第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}的计算方法为：γ
[0084] s1：获取所述实际运动路径曲线a在不同时刻的实际位置数据；
[0085] s2：获取所述理论运动路径曲线b对应的理论位置数据；
[0086] s3：计算实际位置数据与所述理论位置数据的偏移量，得到所述第一偏移量集合{d1,d2,d3,...,di,...,dn}。
[0087] 为了便于说明本申请的工作原理，只选取实际运动路径曲线a、理论运动路径曲线b在某时刻的位置数据为例，其对应的偏移量di如下表所示：
[0088]
[0089] 表‑1
[0090] 其中，作为优选的，所述处理模块还配置用于：
[0091] 根据以下公式计算偏转参数tanγi：
[0092]
[0093] 根据以下公式计算第一优化位置集{x′1,x′2,x′3,...,x′i,...,x′n}以及第二优化位置集{y′1,y′2,y′3,...,y′i,...,y′n}：
[0094]
[0095] 将所述第一优化位置集{x′1,x′2,x′3,...,x′i,...,x′n}以及所述第二优化位置集{y′1,y′2,y′3,...,y′i,...,y′n}拟合，形成所述测试块1的优化路径曲线c；
[0096] 计算所述优化路径曲线c与理论运动路径曲线b在不同时刻所对应的第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}；
[0097] 计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的第二最大偏差d′max以及第二均方差σ2。
[0098] 具体的，为避免测试块1在实际测试过程中因存在偏转角度γ而对测试过程产生干扰，因此可通过计算偏转角度γ并对第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}以及第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}进行优化；即当所述测试块1在Δt时间内沿x方向运动Δx位移量时，在y方向会产生Δx的偏移量，由几何关系可知tanγi满足：
[0099]
[0100] 通过下述公式，即可由第一运动位置集{x1,x2,x3,...,xi,...,xn}得到{x′1,x′2,x′3,...,x′i,...,x′n}；由第二运动位置集{y1,y2,y3,...,yi,...,yn}得到第二优化位置集{y′1,y′2,y′3,...,y′i,...,y′n}；
[0101]
[0102] 具体的，第二最大偏差d′max以及第二均方差σ2的计算方法如下述公式所示：
[0103] d′max＝Max{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}；
[0104]
[0105] 通过上述方法，可对测试件1进行角度补偿，避免了由于测试件1倾斜使得测试结果不准确，提高了检测精度，误差可保持在±1um的范围内。
[0106] 为了更直观的体现角度误差补偿的效果，本实施例中提供了三组实验数据，如表所示：
[0107]
[0108] 表‑2
[0109] 其中，作为优选的，所述处理模块还配置用于：
[0110] 根据以下公式计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的平均值[0111]
[0112] 根据以下公式计算所述第二偏移量集合{d′1,d′2,d′3,...,d′i,...,d′n}的绝对值的积分d′I:
[0113]
[0114] 根据以下公式计算精度值W：
[0115]
[0116] 其中，w1、w2、w3、w4为设定阈值，例如w1为1.6；w2为1.2；w3为0.8；w4为0.4；精度值W用于表征所述二维运动平台的路径精度。
[0117] 上述步骤中，通过计算第二偏移量集合的平均值 绝对值的积分d′I、最大偏差d′max以及均方差σ2，并设定阈值计算得到精度W，可以更清楚、更准确、更全面的定义评价x、y方向路径跟随效果的性能指标，可准确衡量不同二维运动平台的运动精度。
[0118] 其中，在所述第一检测装置与第二检测装置的优选实施方式中，所述第一检测装置为第一激光测振仪2；所述第一激光测振仪2发出的第一检测光射入至所述测试块1，所述第一检测光与y轴平行；
[0119] 所述第二检测装置为第二激光测振仪3；所述第二激光测振仪3发出的第二检测光射入至所述测试块1，所述第二检测光与x轴平行。
[0120] 具体的，所述第一激光测振仪2以及第二激光测振仪3以光的干涉为基础，以多普勒效应为基本原理可以精确的测量移动状态下测量快1末端在x、y方向上不同时刻的位置，进而得到数以万计甚至十万个时刻的运动位置。
[0121] 其中，在所述第一检测装置与第二检测装置的优选实施方式中，所述第一激光测振仪2与第二激光测振仪3输入端连接有控制模块4；所述控制模块4用于控制所述第一激光测振仪2与第二激光测振仪3的采样频率。
[0122] 具体的，激光测振仪的采样频率较高，可以达到0‑500kHz。
[0123] 优选的，所述第一激光测振仪2与第二激光测振仪3的采样频率设定为200kHz。
[0124] 其中，在所述二维运动平台的优选实施方式中，所述二维运动平台包括：
[0125] 第一驱动台，安装在所述测试块1底部，用于驱动所述测试块1以第一速度vx沿平行于y轴方向运动；
[0126] 以及第二驱动台，安装在所述第一驱动台底部，用于驱动所述第一驱动台以第二速度vy沿平行于x轴方向运动。
[0127] 具体的，所述第一驱动台与第二驱动台共同构成二维运动平台，由于所述第一驱动台可驱动所述测试块1以第一速度vx沿平行于y轴方向运动；第二驱动台可驱动所述第一驱动台以第二速度vy沿平行于x轴方向运动；因此所述测试块1可在x、y轴所组成的平面内进行移动；
[0128] 例如：在t0时刻至tn时刻设定第一速度vx＝30mm/s，第二速度vy＝30mm/s，则在理论状态下，测试块1从t0时刻至tn时刻沿y＝x匀速运动，即理论运动路径曲线b为：y＝x；
[0129] 又如：在t0时刻至ti时刻设定第一速度vx＝10mm/s，第二速度vy＝0mm/s；在ti时刻至tn时刻设定第一速度vx＝0mm/s，第二速度vy＝10mm/s，则在理论状态下，测试块1从t0时刻至ti时刻沿y＝0运动而后从ti时刻至tn时刻沿x＝10ti运动；即理论运动路径曲线b为：
[0130]
[0131] 其中，在所述第一驱动台的优选实施方式中，所述第一驱动台包括：第一安装座5，可转动安装在所述第一安装座5内的第一丝杆6，安装在所述第一丝杆6上的第一滑套，安装在所述第一滑套上的第一滑块7，以及用于驱动所述第一丝杆6转动的第一电机；
[0132] 所述第一丝杆6沿x轴方向设置，所述第一滑块7底部与所述第一安装座5顶部滑动接触；
[0133] 所述测试块1安装在所述第一滑块7顶部。
[0134] 具体的，所述第一安装座5内设有安装槽，所述第一丝杆6设置在所述安装槽内，且其两端与所述安装槽侧壁通过轴承转动连接；
[0135] 具体的，所述第一电机的转轴与所述第一丝杆6端部轴向固定连接。
[0136] 其中，在所述第二驱动台的优选实施方式中，所述第二驱动台包括：第二安装座8，可转动安装在所述第二安装座8内的第二丝杆9，安装在所述第二丝杆9上的第二滑套，安装在所述第二滑套上的第二滑块10，以及用于驱动所述第二丝杆9转动的第二电机；
[0137] 所述第二丝杆9沿y轴方向设置，所述第二滑块10底部与所述第二安装座8顶部滑动接触；
[0138] 所述第一安装座5底部安装在所述第二滑块10顶部。
[0139] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
