基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统技术方案

本发明专利技术提供了基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统，包括半导体激光器、光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统和激光分路接收系统；所述半导体激光器发射的激光照射到光纤准直器上，光纤准直器将激光耦合到输入光纤中，后通过光纤分路输出系统传输后由激光分路接收系统进行接收；所述光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统固定于待测物体上。本发明专利技术的有益效果为：由于光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统除了内部连接外不与除待测物体外的任何物体存在线缆连接，因此，是一种非接触式的定位系统，能够避免线缆对物体运动精度的影响，具有定位精度高、响应快、结构简单及成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物体定位
，具体涉及基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统。
技术介绍
以光刻机硅片台、掩膜台为代表的空间六自由度物体的精确、快速定位是实现该物体精确运动控制的必要条件。相关技术中，空间物体定位普遍采用光电编码器、光栅尺、磁编码器、超声传感器、视觉传感器、象限仪、电涡流传感器、激光干涉仪及激光测距传感器等，但在这些传感器构建的定位系统中，要么传感器存在线缆连接，(线缆必然会对运动精度产生干扰)，要么定位系统存在造价高、体积大的缺点，因此，亟需一种无线缆连接非接触式的空间物体定位系统，同时具有定位精度高、响应快、结构简单等特点。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统，包括半导体激光器、光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统和激光分路接收系统；所述半导体激光器发射的激光照射到光纤准直器上，光纤准直器将激光耦合到输入光纤中，后通过光纤分路输出系统传输后由激光分路接收系统进行接收；所述光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统固定于待测物体上。本专利技术的有益效果为：由于光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统除了内部连接外不与除待测物体外的任何物体存在线缆连接，因此，是一种非接触式的定位系统，能够避免线缆对物体运动精度的影响，具有定位精度高、响应快、结构简单及成本低等特点，从而解决了上述技术问题。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术结构连接示意图；图2是本专利技术传感器故障诊断模块的示意图。附图标记：半导体激光器10、光纤准直器20、输入光纤30、光纤分路输出系统40、激光分路接收系统50、传感器故障诊断系统5、信号采集滤波单元51、故障特征提取单元52、在线特征提取单元53、特征向量优选单元54、故障分类识别单元55、故障种类更新单元56、健康记录单元57。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。应用场景1参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统，包括半导体激光器10、光纤准直器20、输入光纤30、光纤分路输出系统40和激光分路接收系统50；所述半导体激光器10发射的激光照射到光纤准直器20上，光纤准直器20将激光耦合到输入光纤30中，后通过光纤分路输出系统40传输后由激光分路接收系统50进行接收；所述光纤准直器20、输入光纤30、光纤分路输出系统40固定于待测物体上。优选的，所述的光纤分路输出系统40包括将激光分成三路的光纤分路器、三个用于接收单路激光的输出光纤。本专利技术上述实施例由于光纤准直器20、输入光纤30、光纤分路输出系统40除了内部连接外不与除待测物体外的任何物体存在线缆连接，因此，是一种非接触式的定位系统，能够避免线缆对物体运动精度的影响，具有定位精度高、响应快、结构简单及成本低等特点，从而解决了上述技术问题。优选的，所述的激光分路接收系统50包括对对应的输出光纤进行滤光的滤光片以及与待测物体的三个不同侧面相对应的三个PSD传感器；所述PSD传感器上的光斑位置由信号处理系统进行处理，每个PSD传感器用于接收一路激光。本优选实施例由于每个PSD传感器可以获得待测物体的2个运动信息，3个PSD传感器共可获得6个运动信息，利用这6个运动信息通过简单的运动学解算即可得到待测物体的空间六自由度的位姿。优选的，所述基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统还包括对PSD传感器进行诊断的传感器故障诊断系统5，所述传感器故障诊断系统5包括信号采集滤波单元51、故障特征提取单元52、在线特征提取单元53、特征向量优选单元54、故障分类识别单元55、故障种类更新单元56和健康记录单元57。本专利技术上述实施例设置传感器故障诊断系统5并实现了传感器故障诊断系统5的快速搭建，有利于监测PSD传感器，保证监测有效执行。优选的，所述信号采集滤波单元51用于采集历史传感器信号和在线传感器测试信号，并采用组合形态滤波器对信号进行滤波处理；本优选实施例设置组合形态滤波器，可有效的去除信号的各种噪声干扰，较好的保留信号的原始特征信息。优选的，所述故障特征提取单元52用于对滤波后的历史传感器信号进行集成经验模态分解(EEMD)处理，并提取集成经验模态分解(EEMD)的能量熵作为训练特征向量，包括：(1)将采集的历史传感器信号分为正常工况信号和多种类别的故障信号；(2)对所述历史传感器信号进行集成经验模态分解(EEMD)处理，获得所述历史传感器信号的本征模态函数和余项函数；(3)计算所述历史传感器信号的本征模态函数和余项函数的能量熵；(4)对历史传感器信号的能量熵进行归一化处理，提取归一化后的能量熵作为训练特征向量；所述在线特征提取单元53用于对滤波后的在线传感器测试信号进行集成经验模态分解(EEMD)处理，并提取集成经验模态分解(EEMD)的能量熵作为待测特征向量，包括：(1)对所述在线传感器测试信号进行EEMD处理，获得所述在线传感器测试信号的本征模态函数和余项函数；(2)计算所述在线传感器测试信号的本征模态函数和余项函数的能量熵；(3)对在线传感器测试信号的能量熵进行归一化处理，提取归一化后的能量熵作为待测特征向量。本优选实施例对采集的传感器信号进行集成经验模态分解(EEMD)处理，能够有效的消除模态混叠现象，分解的效果较好。优选的，所述特征向量优选单元54分别对训练特征向量和待测特征向量进行相似性度量，对于相似度高的特征向量进行剔除，包括：(1)定义两向量相似度函数S(X,Y)：S(X,Y)=cov(X,Y)D(X)D(Y)]]>式中，X、Y分别表示两个特征向量，cov(X,Y)为X与Y的协方差，为X、Y标准差；对于任意两个训练特征向量X1、X2，和任意两个待测特征向量D1、D2，分别采用相似度函数对其相似度进行度量，得到S(X1,X2)和S(D1,D2)；(2)对于S(X1,X2)和S(D1,D2)，若S(X1,X2)>T1，T1∈(0.9,1)，只选取X1作为训练特征向量，若S(D1,D2)>T2，T2∈(0.95,1)，只选取D1作为待测特征向量。本优选实施例通过相似度度量来筛选特征向量，能够减少计算量，提高效率。优选的，所述故障分类识别单元55用于采用优化的最小二乘支持向量机对所述待测特征向量进行故障分类识别，包括参数选择优化子模块、训练子模块和识别子模块，具体为：所述参数选择优化子模块用于构造最小二乘支持向量机的核函数，并对最小二乘支持向量机的结构参数采用多群体协同混沌粒子群优化算法进行优化；所述训练子模块，用于采用改进的最优二叉树结构的最小二乘向量机的多分类方法，以得到的训练特征向量作为训练样本对结构参数优化后的最小二乘支持向量机进行训练，并构建传感器故障诊断模型；所述识别子模块用于采用所述传感器故障诊断模型对所述待测特征向量进行故障分类识别；其中，考虑多项式核函数和RBF核函数的优异性，所述最小二乘支持向量机的核函数构造为：K＝(1-δ)本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统，其特征是，包括半导体激光器、光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统和激光分路接收系统；所述半导体激光器发射的激光照射到光纤准直器上，光纤准直器将激光耦合到输入光纤中，后通过光纤分路输出系统传输后由激光分路接收系统进行接收；所述光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统固定于待测物体上。

【技术特征摘要】
1.基于二维位置敏感传感器的空间六自由度物体定位系统，其特征是，包括半导体激光器、光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统和激光分路接收系统；所述半导体激光器发射的激光照射到光纤准直器上，光纤准直器将激光耦合到输入光纤中，后通过光纤分路输出系统传输后由激光分路接收系统进行接收；所述光纤准直器、输入光纤、光纤分路输出系统固定于待测物体上。2.根据权利要求1所述的基于二维位置敏感传感器的空间六自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：孟玲，
类型：发明
国别省市：浙江;33