專利名稱：提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種提高精密加工設備運動平臺定位精度的裝置和方法，特別涉及提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置和方法。
背景技術：
在高精密加工設備運動控制領域中，通常使用激光干涉儀等高精密檢測設備來保證運動平臺的控制精度，然而此類檢測儀器無法解決運動平臺在初始位置時的重復精度問題。所謂重復精度并非指加工設備運動時的重復精度，而是指設備從未知狀態進入工作狀態的重復性。例如切斷設備電源后重新上電恢復使用，要保證其坐標的建立與前一次工作狀態非常接近，即保證相同(盡量接近)的坐標原點和坐標方向，這就對精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度提出了更高的要求。
在現有技術中，霍爾元件被認為是一種成本低廉，性能可靠的位置檢測裝置，Honeywell的霍爾效應傳感與應用(Hall Effect Sensing and Application)對霍爾元件的結構、特點、實現原理及應用方法做了詳細的描述。中國專利第CN101067726A號公開了一種精密加工設備的提高重復精度的工件臺結構及方法，該方法正是基于霍爾元件在對感應磁鐵側面滑移的工作模式而設計的。
該技術在運動平臺絕對位置的精確定位方面具有理想的線性與極佳的分辨率，但無法避免“零點漂移”問題對運動平臺定位精度的影響。基于該技術的運動平臺在使用一段時間之后，必須重新檢測背景磁場強度，重新標定運動平臺零點，并將其作為機器常數保存在控制程序中。
發明內容
本發明的目的在于提供一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置和方法，通過在運動方向上同時布置兩組不同的磁場，實現了對精密加工設備絕對位置的精確定位，以解決運動平臺“零點漂移”問題。
本發明采用如下技術方案 一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置，包括運動平臺和基準板，所述運動平臺上固定有同一方向的第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組，所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組中相鄰兩零位磁鐵磁極反向設置，所述基準板上對應于所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組位置處分別設有第一零位傳感器和第二零位傳感器。
進一步地，所述第一零位磁鐵組包括第一零位磁鐵、第二零位磁鐵、第三零位磁鐵，所述第二零位磁鐵組包括第四零位磁鐵、第五零位磁鐵。
進一步地，所述第一零位傳感器至所述第一零位磁鐵組之間的間隙與所述第二零位傳感器至所述第二零位磁鐵組之間的間隙相等。
進一步地，所述第一零位傳感器和第二零位傳感器均為電壓輸出型霍爾元件。
進一步地，所述第一零位磁鐵、第三零位磁鐵靠近所述第一零位傳感器的磁極與所述第二零位磁鐵靠近所述第一零位傳感器的磁極相反，所述第四零位磁鐵靠近第二零位傳感器的磁極與所述第五零位磁鐵靠近所述第二零位傳感器的磁極相反。
進一步地，所述第一零位磁鐵、第二零位磁鐵、第三零位磁鐵之間直接吸合或存在間隙；所述第四零位磁鐵、第五零位磁鐵之間直接吸合或存在間隙。
本發明還提供一種運動平臺絕對位置定位方法，包括利用零位傳感器測量運動平臺的絕對位置，利用第一零位傳感器的輸出最大值確定零點范圍，利用第一零位傳感器和第二零位傳感器的輸出值確定零點的精確位置。
進一步地，所述確定零點范圍包括獲得第一零位傳感器的輸出最大值Vout1_max后，使運動平臺分別沿x軸負方向與x軸正方向運動，并獲得第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G1與Vout1_G2。
進一步地，所述輸出電壓Vout1_G1滿足公式 Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1，其中n為采樣點數，Vc為一個固定的電壓常數，δ1為此處允許的誤差； Vout1_G2滿足公式Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2，其中n為采樣點數，δ2為此處允許的誤差。
進一步地，所述Vc的取值范圍滿足0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)，其中Vout1_max為第一零位傳感器輸出的最大值，Vout1_min為第一零位傳感器輸出的最小值，δ1為此處允許的誤差。
進一步地，所述第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G1與Vout1_G2時，對應的所述第二零位傳感器的輸出值為Vout2_P1與Vout2_P2；所述Vout2_P1滿足公式Vout2_P2滿足公式其中n為采樣點數。
進一步地，使運動平臺沿x軸負方向運動，根據所述Vout2_P1與Vout2_P2的范圍獲得第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P0，且對應的運動平臺的所在位置即為零點的精確位置。
進一步地，Vout2_P0滿足公式 其中n為采樣點數，δ3為此處允許的誤差。
本發明還提供一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，上述提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置，包括以下步驟 1)運動平臺運動至名義零點位置，即x向第一零位傳感器與第一零位磁鐵組垂向正對位置，然后沿x正方向與負方向搜索出一點G7，使第一零位傳感器在G7點輸出最大值Vout1_max； 2)運動平臺沿x負方向搜索出一點G1，使第一零位傳感器在G1點的輸出Vout1_G1滿足式(1)、(2)所示之條件，式中，n為采樣點數，Vc為一個固定的電壓常數，δ1為此處允許的誤差； Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1 (2) 保持運動平臺不動，記下此時第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P1，P1點電壓由式(3)確定； 3)將運動平臺沿x正方向搜索，跨過G7點至G4到G6范圍內，并在該范圍內搜索一點G2，使第一零位傳感器在G2點的輸出電壓Vout1_G2滿足式(4)、(5)所示之條件，式中，δ2為此處允許的誤差； Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5) 保持運動平臺不動，記下此時第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P2，P2點電壓由式(6)確定； 4)將運動平臺沿x負方向運動，在P2到P1范圍內搜索一點P0，使第二零位傳感器在P0點的輸出電壓滿足式(7)、(8)所示之條件，式中，δ3為此處允許的誤差； 保持運動平臺不動，記下此時第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G8，G8點電壓由式(9)確定； 5)如果第一零位傳感器在G8點輸出電壓值Vout1_G8滿足式(10)所示之條件，則認為運動平臺已處于零位位置；否則認為運動平臺零位位置定位失敗，控制程序需返回錯誤信息，并進行相應的處理，式(10)中δ4為此處允許的誤差 Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10)。
進一步地，所述Vc的取值范圍滿足0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)，其中Vout1_max為第一零位傳感器輸出的最大值，Vout1_min為第一零位傳感器輸出的最小值，δ1為此處允許的誤差。
進一步地，所述步驟1)具體包括以下步驟 11)運動平臺運動至名義零點位置，令Vout1_max＝Vout1，其中，Vout1為當前第一零位傳感器的輸出電壓值，Vout1_max為當前已經測得的零位傳感器的輸出最大值； 12)判斷是否|Vout1_max-Vout1|＜Vc0，如果是，則保持運動平臺沿x正方向搜索，并執行步驟13)；如果否，則保持運動平臺沿x負方向搜索，并執行步驟14)，其中Vc0為一個固定的電壓常數； 13)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟12)，如果否，直接轉步驟12)； 14)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟15)，如果否，直接轉步驟15)； 15)判斷|Vout1_max-Vout1|＜Vc-δ1，如果是，則轉步驟14)；如果否，執行步驟2)。
進一步地，所述步驟2)具體包括以下步驟 21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1，即令i＝0，Vout1_G1＝0，Vout2_P1＝0； 22)判斷是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1，如果否，執行步驟23)，如果是，轉步驟24)； 23)運動平臺沿x負方向搜索，轉步驟21)； 24)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟25)；如果否，即連續n次采樣滿足式(2)，轉步驟26)； 25)i＝i+1，Vout1_G1＝Vout1_G1+Vout1，Vou2_P1＝Vout2_P1+Vout2，轉步驟22)； 26)令Vout1_G1＝Vout1_G1/n，Vout2_P1＝Vout2_P1/n，執行步驟3)。
進一步地，所述步驟3)具體包括以下步驟 31)將運動平臺沿x正方向搜索； 32)判斷是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1，如果是執行步驟33)，如果否轉步驟31)； 33)令i＝0，Vout1_G2＝0，Vout2_P2＝0； 34)判斷Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2，如果否，執行步驟35)，如果是，轉步驟36)； 35)將運動平臺沿x正方向搜索，轉步驟33)； 36)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟37)；如果否，即連續n次采樣滿足式(5)，轉步驟38)； 37)i＝i+1，Vout1_G2＝Vout1_G2+Vout1，Vout2_P2＝Vout2_P2+Vout2，轉步驟34)； 38)令Vout1_G2＝Vout1_G2/n，Vout2_P2＝Vout2_P2/n，執行步驟4)。
進一步地，所述步驟4)具體包括以下步驟 41)令i＝0，Vout1_G8＝0，Vout2_P0＝0； 42)判斷如果否，執行步驟43)， 如果是，轉步驟44)； 43)將運動平臺沿x負方向搜索，判斷是否Vout1≤Vout1_G1-Vc，如果是，則零位位置定位失敗，返回錯誤信息，返回；如果否，轉步驟41)； 44)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟45)；如果否，即連續n次采樣滿足式(8)，轉步驟46)； 45)i＝i+1，Vout1_G8＝Vout1_G8+Vout1，Vout2_P0＝Vout2_P0+Vout2，轉步驟42)； 46)令Vout1_G8＝Vout1_G8/n，Vout2_P0＝Vout2_P0/n，執行步驟5)。
進一步地，所述步驟5)具體包括以下步驟 51)判斷是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4，如果是，則運動平臺零點位置定位成功，返回；如果否，則零點位置定位失敗，返回錯誤信息。
與傳統方法相比，本發明提出的方法，除了能夠在零點位置獲得理想的線性與極佳的分辨率外，還能夠極大地補償由于元器件老化、溫度波動以及外界雜散因素影響而產生的“零點漂移”問題。
另外，其中一組磁場能夠使霍爾元件在零點位置附近獲得極佳的分辨率，從而允許在一定程度上加大磁鐵到霍爾元件的間隙，這將顯著降低霍爾元件對電源波動的敏感性，同時，還可以降低對機械加工和安裝精度的要求。兩組磁場的組合使用還可以使運動平臺在更大的量程范圍內具有理想的分辨率和線性。本發明可應用于半導體生產設備、微加工設備等高精密加工設備中。
以下結合附圖及實施例進一步說明本發明。
圖1為本發明提高精密加工設備運動平臺定位精度的裝置實施例結構示意圖； 圖2為本發明實施例中第一零位傳感器及其在對應磁場下的輸出特性曲線； 圖3為本發明實施例中第二零位傳感器及其在對應磁場下的輸出特性曲線； 圖4至圖8為本發明提高精密加工設備運動平臺定位精度的方法實施例流程圖； 圖9為本發明實施例中第一零位傳感器輸出的漂移與失真； 圖10為本發明實施例中第二零位傳感器輸出的漂移與失真。
具體實施例方式 如圖1所示，一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置，包括運動平臺9和基準板8，運動平臺9靠近所述基準板8一側的表面上固定有同一方向的第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組，所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組中相鄰兩零位磁鐵磁極反向設置，所述基準板8靠近所述運動平臺9一側的表面上對應于所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組位置處分別設有第一零位傳感器1和第二零位傳感器2。
實際的高精密加工設備運動平臺9往往包含對x、y、z、rx、ry、rz(其中rx、ry、rz為運動平臺分別在x、y、z方向上的旋轉自由度)等多個自由度方向上的精確定位。由于任意一個方向上的旋轉自由度(如rz)能通過對另外兩方向上的精確定位加以約束，如精確定位運動平臺上任意兩點(x1，y1)，(x2，y2)，整個運動平臺的絕對位置精確定位問題可抽象為對單一自由度方向上絕對位置的精確定位問題。為便于敘述，本發明實施例中只描述x方向絕對位置精確定位，即第一零位傳感器1和第二零位傳感器2均為x向，且x向的第一零位傳感器1與第一零位磁鐵組垂向正對時，為運動平臺9的名義零點位置。本發明的保護范圍并不以x向為限。
其中，所述第一零位磁鐵組包括第一零位磁鐵3、第二零位磁鐵4、第三零位磁鐵5。本實施例中所述第一零位磁鐵3、第三零位磁鐵5的N極靠近所述第一零位傳感器1，第二零位磁鐵4的S極靠近第一零位傳感器1，如此構成第一零位傳感器1的作用磁場。所述第一零位傳感器1通過對第一零位磁鐵組的感應，確定運動平臺運動至零點范圍。所述第一零位磁鐵3、第二零位磁鐵4、第三零位磁鐵5之間即可直接吸合也可存在間隙。間隙的大小根據零位磁鐵尺寸、霍爾元件尺寸、期望定位精度等因素確定。
其中，所述第二零位磁鐵組包括第四零位磁鐵6、第五零位磁鐵7。本實施例中，第四零位磁鐵6的S極靠近第二零位傳感器2，第五零位磁鐵7的N極靠近第二零位傳感器2，如此構成第二零位傳感器2的作用磁場。所述第二零位傳感器2通過對第二零位磁鐵組的感應，確定精確的零點位置。所述第四零位磁鐵6、第五零位磁鐵7之間即可直接吸合也可存在間隙。間隙的大小根據零位磁鐵尺寸、霍爾元件尺寸、期望定位精度等因素確定。
其中，所述第一零位傳感器1至所述第一零位磁鐵組之間的間隙與所述第二零位傳感器2至所述第二零位磁鐵組之間的間隙相等且均固定為g。
其中，所述第一零位傳感器1和第二零位傳感器2均為電壓輸出型霍爾元件。
圖2為x向第一零位傳感器1在第一零位磁鐵組沿x方向運動時的輸出特性曲線，該曲線被定義為特性曲線10。圖3為x向第二零位傳感器2在第二零位磁鐵組沿x方向運動時的輸出特性曲線，該曲線被定義為特性曲線11。在圖2、圖3中，特性曲線10的G5到G3以及G4到G6范圍為第一零位傳感器1的高分辨率范圍，G3到G4范圍為低分辨率范圍；G7點為運動平臺9第一次搜索特性曲線10上輸出最大值時，確定的點；G1點為運動平臺9自G7點開始沿x負方向搜索，并首次滿足式(1)、(2)所示之條件的點；G2點為運動平臺9自G1點開始沿x正方向搜索，并在跨越G7點之后，首次滿足式(4)、(5)所示之條件的點。P1點為運動平臺9鎖定G1點后，第二零位傳感器2輸出電壓值在特性曲線11上所對應的點；P2點為運動平臺9鎖定G2點后，第二零位傳感器2輸出電壓值在特性曲線11上所對應的點；P0點為運動平臺9自P2點開始沿x負方向搜索，并首次滿足式(7)、(8)所示之條件的點；G8點為運動平臺9鎖定P0點后，第一零位傳感器1輸出電壓值在特性曲線10上所對應的點。
圖4至圖8為本發明方法實施例的流程圖。圖中Vout1為第一零位傳感器1的當前輸出電壓值；Vout1_max為第一零位傳感器1在名義零點附近搜索到的最大輸出電壓值；VC為預設的機器常數，其值根據特性曲線10設定，應保證Vout1_max-VC處于特性曲線10上G5到G3范圍內，并靠近G3一端；δ1、δ2、δ3、δ4分別為本方法在流程各階段所允許的誤差；n為采樣點數；Vout1_G1、Vout1_G2、Vout1_G8分別為第一零位傳感器1位于特性曲線10的G1、G2、G8點時，采樣n次后的平均電壓輸出值；Vout2_P1、Vout2_P2、Vout2_P0分別為第二零位傳感器2位于特性曲線11的P1、P2、P0點時，采樣n次后的平均電壓輸出值。
本實施例中，提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，具體包括以下步驟 1)將運動平臺9運動至名義零點位置，即x向第一零位傳感器1與第一零位磁鐵組垂向正對位置，然后沿x正方向與負方向搜索出一點G7，使第一零位傳感器1在G7點輸出最大值Vout1_max； 如圖4所示，該步驟1)具體為 11)運動平臺運動至名義零點位置，令Vout1_max＝Vout1，其中，Vout1為當前第一零位傳感器的輸出電壓值，Vout1_max為當前已經測得的零位傳感器的輸出最大值； 12)判斷是否|Vout1_max-Vout1|＜Vc0，如果是，則保持運動平臺沿x正方向搜索，并執行步驟13)；如果否，則保持運動平臺沿x負方向搜索，并執行步驟14)，其中Vc0為一個固定的電壓常數； 13)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟12)，如果否，直接轉步驟12)； 14)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟15)，如果否，直接轉步驟15)； 15)判斷|Vout1_max-Vout1|＜Vc-δ1，如果是，則轉步驟14)；如果否，執行步驟2)。
2)運動平臺9沿x負方向搜索出一點G1，使第一零位傳感器1在G1點的輸出Vout1_G1滿足式(1)、(2)所示之條件，式中，n為采樣點數，Vc為一個固定的電壓常數，δ1為此處允許的誤差； Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1 (2) 定義Vout1_max為零位傳感器1輸出的最大值；Vout1_min為零位傳感器1輸出的最小值；當Vc＞(Vout1_max-Vout1_min-δ1)時，無法搜索到滿足條件的G1點。當0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)時，可以搜索到滿足式(1)(2)的G1點。只要能搜索到G1點，本發明描述的方法均可以實現。
若在0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)范圍內取某一點Vc，則 1、若基于該Vc值應用本發明的方法，使得P1點或P2點不在第二零位傳感器2的線性范圍內，即當第二零位傳感器2中的霍爾元件區域向運動平臺方向作正投影，其投影區域處于第四零位磁鐵6的磁極中心位置與第五零位磁鐵7的磁極中心位置之間，且該投影區域不包含第四零位磁鐵6的磁極中心位置與第五零位磁鐵7的磁極中心位置時，第二零位傳感器2的輸出值處于其線性范圍內，則以本發明所述方法測得的零點位置精度遠差于傳統方法，沒有保護的必要。
2、若基于該Vc值應用本發明的方法，使得P1點與P2點都在第二零位傳感器2的線性范圍內，但G1點與G2點不在第一零位傳感器1輸出的高分辨率范圍內，則能夠實現本發明的方案，但效果不夠理想。
3、若基于該Vc值應用本發明的方法，使得P1點與P2點都在第二零位傳感器2的線性范圍內，且G1點與G2點都在第一零位傳感器1輸出的高分辨率范圍內，即當第一零位傳感器1中的霍爾元件區域向運動平臺方向作正投影，其投影區域處于第一零位磁鐵3、第二零位磁鐵5的磁極中心位置與第二零位磁鐵4的磁極中心位置之間，且該投影區域不包含第一零位磁鐵3、第二零位磁鐵5的磁極中心位置與零位磁鐵4的磁極中心位置時，零位傳感器1的輸出值處于其高分辨率范圍內，則能夠實現本發明的方案，且效果理想。
保持運動平臺9不動，記下此時第二零位傳感器2的輸出電壓Vout2_P1。P1點電壓由式(3)確定； 如圖5所示，該步驟2)具體為 21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1，即令i＝0，Vout1_G1＝0，Vout2_P1＝0； 22)判斷是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1，如果否，執行步驟23)，如果是，轉步驟24)； 23)運動平臺9沿x負方向搜索，轉步驟21)； 24)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟25)；如果否，即連續n次采樣滿足式(2)，轉步驟26)； 25)i＝i+1，Vout1_G1＝Vout1_G1+Vout1，Vout2_P1＝Vout2_P1+Vout2，轉步驟22)； 26)令Vout1_G1＝Vout1_G1/n，Vout2_P1＝Vout2_P1/n，執行步驟3)； 3)將運動平臺9沿x正方向搜索，跨過G7點至G4到G6范圍內，并在該范圍內搜索一點G2，使第一零位傳感器1在G2點的輸出電壓Vout1_G2滿足式(4)、(5)所示之條件，式中，δ2為此處允許的誤差； Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5) 保持運動平臺9不動，記下此時第二零位傳感器2的輸出電壓Vout2_P2。P2點電壓由式(6)確定； 如圖6所示，該步驟3)具體為 31)將運動平臺9沿x正方向搜索； 32)判斷是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1，如果是執行步驟33)，如果否轉步驟31)； 33)令i＝0，Vout1_G2＝0，Vout2_P2＝0； 34)判斷Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2，如果否，執行步驟35)，如果是，轉步驟36)； 35)將運動平臺9沿x正方向搜索，轉步驟33)； 36)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟37)；如果否，即連續n次采樣滿足式(8)，轉步驟38)； 37)i＝i+1，Vout1_G2＝Vout1_G2+Vout1，Vout2_P2＝Vout2_P2+Vout2，轉步驟34)； 38)令Vout1_G2＝Vout1_G2/n，Vout2_P2＝Vout2_P2/n，執行步驟4)； 4)將運動平臺9沿x負方向運動，在P2到P1范圍內搜索一點P0，使第二零位傳感器2在P0點的輸出電壓滿足式(7)、(8)所示之條件，式中，δ3為此處允許的誤差； 保持運動平臺9不動，記下此時第一零位傳感器1的輸出電壓Vout1_G8。G8點電壓由式(9)確定； 如圖7所示，該步驟4)具體為 41)令i＝0，Vout1_G8＝0，Vout2_P0＝0； 42)判斷如果否，執行步驟43)，如果是，轉步驟44)； 43)將運動平臺9沿x負方向搜索，判斷是否Vout1≤Vout1_G1-Vc，如果是，則零位位置定位失敗，返回錯誤信息，返回；如果否，轉步驟41)； 44)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟45)；如果否，即連續n次采樣滿足式(5)，轉步驟46)； 45)i＝i+1，Vout1_G8＝Vout1_G8+Vout1，Vout2_P0＝Vout2_P0+Vout2，轉步驟42)； 46)令Vout1_G8＝Vout1_G8/n，Vout2_P0＝Vout2_P0/n，執行步驟5)； 5)如果第一零位傳感器1在G8點輸出電壓值Vout1_G8滿足式(10)所示之條件，則認為運動平臺9已處于零位位置；否則認為運動平臺零位位置定位失敗，控制程序需返回錯誤信息，并進行相應的處理。式(10)中δ4為此處允許的誤差。
Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10) 如圖8所示，該步驟5)具體為 51)判斷是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4，如果是，則運動平臺9零點位置定位成功，返回；如果否，則零點位置定位失敗，返回錯誤信息。
圖9、圖10分別描述了第一零位傳感器1和第二零位傳感器2輸出的漂移與失真。圖9中曲線10為理想狀態下，第一零位傳感器1在第一零位磁鐵組作用下的輸出特性曲線。圖10中曲線11為理想狀態下，第二零位傳感器2在第二零位磁鐵組作用下的輸出特性曲線；曲線12、13分別為曲線10和曲線11受基準板8與運動平臺9之間平行度誤差影響而產生的失真；曲線14、15分別為曲線10和曲線11受溫度波動，元器件老化等因素影響而產生的漂移。本發明所描述的方法，主要對曲線10與曲線11沿Vout軸方向上的漂移有明顯的補償作用，對基準板8與運動平臺9之間的平行度誤差所造成的輸出失真也有很好的抑制作用；但對于各零位磁鐵之間不均勻退磁、外界磁場介入、以及基準板與運動平臺溫度系數差異等因素所造成的輸出特性曲線沿x軸方向的漂移無明顯的矯正與補償作用。
以上所述的實施例僅用于說明本發明的技術思想及特點，其目的在使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，但不能僅以本實施例來限定本發明的專利范圍，即凡依本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的專利范圍內。
權利要求
1、一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置，包括運動平臺和基準板，其特征在于所述運動平臺上固定有同一方向的第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組，所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組中相鄰兩零位磁鐵磁極反向設置，所述基準板上對應于所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組位置處分別設有第一零位傳感器和第二零位傳感器。
2、根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一零位磁鐵組包括第一零位磁鐵、第二零位磁鐵、第三零位磁鐵，所述第二零位磁鐵組包括第四零位磁鐵、第五零位磁鐵。
3、根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一零位傳感器至所述第一零位磁鐵組之間的間隙與所述第二零位傳感器至所述第二零位磁鐵組之間的間隙相等。
4、根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一零位傳感器和第二零位傳感器均為電壓輸出型霍爾元件。
5、根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述第一零位磁鐵、第三零位磁鐵靠近所述第一零位傳感器的磁極與所述第二零位磁鐵靠近所述第一零位傳感器的磁極相反，所述第四零位磁鐵靠近第二零位傳感器的磁極與所述第五零位磁鐵靠近所述第二零位傳感器的磁極相反。
6、根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述第一零位磁鐵、第二零位磁鐵、第三零位磁鐵之間直接吸合或存在間隙；所述第四零位磁鐵、第五零位磁鐵之間直接吸合或存在間隙。
7、一種運動平臺絕對位置定位方法，包括利用零位傳感器測量運動平臺的絕對位置，其特征在于利用第一零位傳感器的輸出最大值確定零點范圍，利用第一零位傳感器和第二零位傳感器的輸出值確定零點的精確位置。
8、根據如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定零點范圍包括獲得第一零位傳感器的輸出最大值Vout1_max后，使運動平臺分別沿x軸負方向與x軸正方向運動，并獲得第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G1與Vout1_G2。
9、根據如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述輸出電壓Vout1_G1滿足公式Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1，其中n為采樣點數，Vc為一個固定的電壓常數，δ1為此處允許的誤差；
Vout1_G2滿足公式Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2，其中n為采樣點數，δ2為此處允許的誤差。
10、根據如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述Vc的取值范圍滿足0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)，其中Vout1_max為第一零位傳感器輸出的最大值，Vout1_min為第一零位傳感器輸出的最小值，δ1為此處允許的誤差。
11、根據如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G1與Vout1_G2時，對應的所述第二零位傳感器的輸出值為Vout2_P1與Vout2_P2；所述Vout2_P1滿足公式Vout2_P2滿足公式其中n為采樣點數。
12、根據如權利要求11所述的方法，其特征在于，使運動平臺沿x軸負方向運動，根據所述Vout2_P1與Vout2_P2的范圍獲得第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P0，且對應的運動平臺的所在位置即為零點的精確位置。
13、根據如權利要求12所述的方法，其特征在于，Vout2_P0滿足公式其中n為采樣點數，δ3為此處允許的誤差。
14、一種提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，采用權利要求1所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置，其特征在于包括以下步驟
1)運動平臺運動至名義零點位置，即x向第一零位傳感器與第一零位磁鐵組垂向正對位置，然后沿x正方向與負方向搜索出一點G7，使第一零位傳感器在G7點輸出最大值Vout1_max；
2)運動平臺沿x負方向搜索出一點G1，使第一零位傳感器在G1點的輸出Vout1_G1滿足式(1)、(2)所示之條件，式中，n為采樣點數，Vc為一個固定的電壓常數，δ1為此處允許的誤差；
Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1(2)
保持運動平臺不動，記下此時第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P1，P1點電壓由式(3)確定；
3)將運動平臺沿x正方向搜索，跨過G7點至G4到G6范圍內，并在該范圍內搜索一點G2，使第一零位傳感器在G2點的輸出電壓Vout1_G2滿足式(4)、(5)所示之條件，式中，δ2為此處允許的誤差；
Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5)
保持運動平臺不動，記下此時第二零位傳感器的輸出電壓Vout2_P2，P2點電壓由式(6)確定；
4)將運動平臺沿x負方向運動，在P2到P1范圍內搜索一點P0，使第二零位傳感器在P0點的輸出電壓滿足式(7)、(8)所示之條件，式中，δ3為此處允許的誤差；
保持運動平臺不動，記下此時第一零位傳感器的輸出電壓Vout1_G8，G8點電壓由式(9)確定；
5)如果第一零位傳感器在G8點輸出電壓值Vout1_G8滿足式(10)所示之條件，則認為運動平臺已處于零位位置；否則認為運動平臺零位位置定位失敗，控制程序需返回錯誤信息，并進行相應的處理，式(10)中δ4為此處允許的誤差
Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10)。
15、根據權利要求14所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述Vc的取值范圍滿足0＜Vc＜(Vout1_max-Vout1_min-δ1)，其中Vout1_max為第一零位傳感器輸出的最大值，Vout1_min為第一零位傳感器輸出的最小值，δ1為此處允許的誤差。
16、根據權利要求14所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括以下步驟
11)運動平臺運動至名義零點位置，令Vout1_max＝Vout1，其中，Vout1為當前第一零位傳感器的輸出電壓值，Vout1_max為當前已經測得的零位傳感器的輸出最大值；
12)判斷是否|Vout1_max-Vout1|＜Vc0，如果是，則保持運動平臺沿x正方向搜索，并執行步驟13)；如果否，則保持運動平臺沿x負方向搜索，并執行步驟14)，其中Vc0為一個固定的電壓常數；
13)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟12)，如果否，直接轉步驟12)；
14)判斷Vout1＞Vout1_max，如果是，則Vout1_max＝Vout1，轉步驟15)，如果否，直接轉步驟15)；15)判斷|Vout1_max-Vout1|＜Vc-δ1，如果是，則轉步驟14)；如果否，執行步驟2)。
17、根據權利要求16所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括以下步驟
21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1，即令i＝0，Vout1_G1＝0，Vout2_P1＝0；
22)判斷是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1，如果否，執行步驟23)，如果是，轉步驟24)；
23)運動平臺沿x負方向搜索，轉步驟21)；
24)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟25)；如果否，即連續n次采樣滿足式(2)，轉步驟26)；
25)i＝i+1，Vout1_G1＝Vout1_G1+Vout1，Vout2_P1＝Vout2_P1+Vout2，轉步驟22)；
26)令Vout1_G1＝Vout1_G1/n，Vout2_P1＝Vout2_P1/n，執行步驟3)。
18、根據權利要求17所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括以下步驟
31)將運動平臺沿x正方向搜索；
32)判斷是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1，如果是執行步驟33)，如果否轉步驟31)；
33)令i＝0，Vout1_G2＝0，Vout2_P2＝0；
34)判斷Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2，如果否，執行步驟35)，如果是，轉步驟36)；
35)將運動平臺沿x正方向搜索，轉步驟33)；
36)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟37)；如果否，即連續n次采樣滿足式(5)，轉步驟38)；
37)i＝i+1，Vout1_G2＝Vout1_G2+Vout1，Vout2_P2＝Vout2_P2+Vout2，轉步驟34)；
38)令Vout1_G2＝Vout1_G2/n，Vout2_P2＝Vout2_P2/n，執行步驟4)。
19、根據權利要求18所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述步驟4)具體包括以下步驟
41)令i＝0，Vout1_G8＝0，Vout2_P0＝0；
42)判斷如果否，執行步驟43)，如果是，轉步驟44)；
43)將運動平臺沿x負方向搜索，判斷是否Vout1≤Vout1_G1-Vc，如果是，則零位位置定位失敗，返回錯誤信息，返回；如果否，轉步驟41)；
44)判斷是否i＜n，如果是，則執行步驟45)；如果否，即連續n次采樣滿足式(8)，轉步驟46)；
45)i＝i+1，Vout1_G8＝Vout1_G8+Vout1，Vout2_P0＝Vout2_P0+Vout2，轉步驟42)；
46)令Vout1_G8＝Vout1_G8/n，Vout2_P0＝Vout2_P0/n，執行步驟5)。
20、根據權利要求19所述的提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的方法，其特征在于，所述步驟5)具體包括以下步驟
51)判斷是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4，如果是，則運動平臺零點位置定位成功，返回；如果否，則零點位置定位失敗，返回錯誤信息。
全文摘要
提高精密加工設備運動平臺絕對位置定位精度的裝置和方法，所述裝置包括運動平臺和基準板，所述運動平臺靠近所述基準板一側的表面上固定有同一方向的第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組，所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組中相鄰兩零位磁鐵磁極反向設置，所述基準板靠近所述運動平臺一側的表面上對應于所述第一零位磁鐵組和第二零位磁鐵組位置處分別設有第一零位傳感器和第二零位傳感器。與傳統方法相比，本發明提出的方法，除了能夠在零點位置獲得理想的線性與極佳的分辨率外，還能夠極大地補償由于元器件老化、溫度波動以及外界雜散因素影響而產生的“零點漂移”問題。
文檔編號G01B7/00GK101551226SQ20091004999
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者磊 陳, 韋雪芹, 連國棟 申請人:上海微電子裝備有限公司