CN104597841A - 一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***及方法，该***包括：激光平面发射器，用于通过以自身旋转的方式使发射的激光束形成激光平面；位置敏感探测器，用于实时检测激光平面与自身感应区零位的位置偏差并将其发送至控制器；控制器，用于根据位置偏差生成驱动电流驱动伺服补偿器；伺服补偿器，用于以带动位置敏感探测器共同调整位置的方式对扫描架平面度误差进行实时地闭环控制补偿。本发明所述技术方案，采用闭环控制策略，对扫描面末端进行动态补偿，可解决紧缩场平面扫描架在环境复杂或者测试过程周期较长的情况下，受机械加工，装配精度、温度、环境振动、重力等因素影响造成机械形变使扫描平面存在平面度误差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时平面度补偿***。更具体地，涉及一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***及方法。
背景技术
紧缩场形成的平面微波的平面度是评价紧缩场性能的一个重要指标，紧缩场平面扫描架是用于测量该项指标的专用设备。随着科学技术的不断发展，紧缩场形成的微波平面面积越来越大，指标越来越高，这就直接对紧缩场平面扫描架扫描形成的测试平面的平面度指标提出了更高的要求。
目前的紧缩场平面扫描架一般采用设备经过机械运动形成的空间扫描平面作为测试平面，通过逐点测量平面内各点的微波振幅和相位，来判断紧缩场是否达到所需要求。大型扫描架多采用金属结构，易受温度、环境振动、重力等原因产生一定程度的变形，单纯靠机械加工以及装配精度很难保证其形成空间扫描面的平面度。
当前的平面度补偿方法多采用半实时的方式对平面度，即通过在动态扫描状态下,由激光***测得探头在各采样点的实际坐标值,然后通过已建立的误差修正模型,给出各点的坐标修正值(或补偿值),再建立完整的误差修正表。在进行微波平面度指标测量时,实时调用已存储的误差表,对所在定位点的坐标实时修正。然而对于尺寸较大、环境复杂或者测试过程周期较长的紧缩场平面扫描架，扫描架的实际情况随时间或环境变化可能与计算修正表时刻下状态发生较大变化，上述方法难以保证补偿效果。因而，为保证测试结果的准确性，此种状态下，需要对扫描面平面度误差进行实时动态补偿。
因此，需要提供一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***及方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***。
本发明的另一个目的在于提供一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***，该***包括：激光平面发射器、位置敏感探测器PSD、控制器和伺服补偿器；
激光平面发射器，用于利用以自身极化旋转的方式使发射的激光束形成垂直于紧缩平面场微波传播方向的激光平面；
位置敏感探测器PSD安装在伺服补偿器上，并使位置敏感探测器PSD的感应区的接收方向与激光平面平行且与扫描架天线探头的接收方向垂直，位置敏感探测器PSD用于通过其自身的感应区检测与激光平面的位置关系，并将产生的位置偏差发送至控制器；
控制器，用于根据位置偏差生成生成驱动电流驱动伺服补偿器；
伺服补偿器安装在扫描架悬臂上并连接位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头，用于带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头同步运动，完成对扫描紧缩场平面扫描架平面度的闭环控制补偿。
优选地，控制器包括：工控机、运动控制装置和功率控制装置；
工控机，用于接收位置偏差，根据位置偏差生成控制指令并将控制指令发送至运动控制装置；
运动控制装置，用于根据控制指令生成控制信号并将该信号发送至功率控制装置；
功率控制装置，用于根据控制信号生成驱动电流驱动伺服补偿器。
优选地，伺服补偿器包括：天线极化装置和进给补偿装置；
天线极化装置安装在进给补偿装置上并连接位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头，用于带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于所述激光平面的方向同步极化旋转，避免因位置敏感探测器PSD跟随紧缩场平面扫描架旋转而造成激光束被遮挡，敏感探测器PSD感应区不能接收激光平面的问题；
进给补偿装置，用于带动天线极化装置、位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在垂直于所述激光平面的方向直线运动。
优选地，伺服补偿器还包括：安装支撑装置，用于对伺服补偿器构成全向支撑。
一种如前文***的紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法，该方法包括如下步骤：
S1、将激光平面发射器作极化旋转，使其发射的激光束形成激光平面；
S2、调整激光平面发射器的位置和发射角度，使其极化旋转以紧缩场微波传播方向为轴，且使其产生的激光平面与紧缩场微波传播方向垂直；
S3、调整安装在伺服补偿器上的位置敏感探测器PSD的位置和接收角度，使位置敏感探测器PSD感应区的接收方向与激光平面平行且与扫描架天线探头的接收方向垂直，并使感应区能实时接收到激光平面；
S4、利用位置敏感探测器PSD感应区通过位置敏感探测器PSD的内置光学成像***实时检测并生成位置偏差，并将位置偏差发送至控制器；
S5、利用控制器根据所述位置偏差生成驱动电流驱动伺服补偿器；
S6、利用伺服补偿器带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头同步运动，完成对扫描紧缩场平面扫描架平面度的闭环控制补偿。
优选地，步骤S5进一步包括如下子步骤：
利用工控机接收位置偏差，根据位置偏差生成控制指令并将控制指令发送至运动控制装置；
利用运动控制装置根据控制指令生成控制信号并将该信号发送至功率控制装置；
利用功率控制装置根据控制信号生成驱动电流驱动伺服补偿器。
优选地，步骤S6进一步包括如下子步骤：
利用天线极化装置带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于所述激光平面的方向同步极化旋转；
利用进给补偿装置带动位置敏感探测器PSD、天线极化装置和扫描架天线探头在垂直于所述激光平面的方向同步直线运动。
本发明的有益效果如下：
本发明的目的是解决紧缩场平面扫描架工作在环境复杂或者测试过程周期较长的情况下，受机械加工，装配精度、温度、环境振动、重力等因素影响造成机械形变，导致的扫描平面存在平面度误差的问题。本发明所述技术方案，由于其采用闭环控制策略，对扫描面末端进行动态补偿，可消除机械形变等造成的平面度误差问题。同时通过发明中所述的激光平面发射器和位置敏感探测器PSD，还可以实时直接测量出位置敏感探测器PSD与激光平面的位置偏差，而避免由于间接测量带来的计算误差。通过实际应用测量数据，使用本发明所述的技术方案进行补偿后，紧缩场平面扫描架的扫描面平面度误差可保证在0.05mm以内。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出紧缩场平面扫描架的平面度补偿***组成图。
图2示出激光平面与位置敏感探测器PSD的感应区关系示意图。
图3示出位置敏感探测器PSD示意图。
图4示出紧缩场平面扫描架的平面度补偿***中伺服补偿器示意图。
图5示出紧缩场平面扫描架的平面度补偿***信号流向图。
图6示出紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的紧缩场平面扫描架的平面度补偿***包括激光平面发射设备1、位置敏感探测器PSD2、控制器3和伺服补偿器4，其连接关系与工作方式如下：
激光平面发射设备1固定在地面上，其通过自身旋转使发射出的激光束产生一个激光平面5，将此激光平面5作为一个基准参考平面。
如图2所示，微波反射面14反射微波9至扫描架，且方向恒定不变。通过调整激光平面发射设备1的角度和位置，使其产生的激光平面5与微波反射面14平行，即激光平面5与微波来波方向垂直，扫描架天线探头7接收垂直射来的微波，理想状态下扫描架天线探头7在与微波反射面14平行的空间平面内运动，接收垂直射来的微波。
伺服补偿器4安装在扫描架6的旋臂的直线导轨上，扫描架6正常工作时，旋臂做旋转运动，带动伺服补偿器4一起运动。同时，伺服补偿器4可沿扫描架6的旋臂的直线导轨做直线运动。因此，伺服补偿器4可以到达扫描架扫出平面的任意一点。扫描架天线探头7固定在伺服补偿器4上，根据测试需求，扫描架6与伺服补偿器4配合运动，带动天线到达空间平面内的不同位置进行相关测试。
位置敏感探测器PSD2安装固定在伺服补偿器4上，调节伺服补偿器4使激光平面5能够实时照射到位置敏感探测器PSD2的感应区，激光平面5与位置敏感探测器PSD2的感应区关系如图2所示。
如图3所示，位置敏感探测器PSD2感应区8中间位置为感应区零位10。激光平面5扫过位置敏感探测器PSD2感应区8时，感应区8通过位置敏感探测器PSD的内置光学成像***实时检测并生成激光平面的照射位置与感应区零位的距离位置偏差，若照射位置在位置敏感探测器PSD感应区零位10，则位置偏差为0，即扫描架天线探头在激光平面5的平行平面上；若照射位置偏离感应区零位10，则位置敏感探测器PSD2生成的位置偏差，即扫描架天线探头当前位置距激光平面5的平行平面的位置偏差。
位置敏感探测器PSD2通过串口通讯将天线在不同位置时与激光平面5的位置偏差实时发送至控制器3；
控制器3包括：工控机，运动控制装置和功率控制装置。工控机完成对位置敏感探测器PSD2传递数据的接收，处理及控制指令输出；运动控制装置主要完成伺服补偿器4的极化轴及直线补偿轴的运动轨迹规划，并生成相应控制信号传递给功率控制装置；功率控制装置生成驱动电流，驱动伺服补偿器4运动，完成平面度补偿。
将工控机串口通讯设置为波特率19200，无校验位，8个数据位，1个停止位。
工控机通过串口通讯以250ms的通讯速率接收位置敏感探测器PSD2发送出的包含平面度误差信息的数据包，数据包第9，10位包含位置偏差信息，设定第9，10位数值分别为a，b，则实际位置偏差解析计算如下：
c＝a+b*256
若c≤32767，则位置偏差p＝c*0.0005；
若c＞32767，则位置偏差p＝(c-65536)*0.0005。
工控机接收到位置偏差后，根据位置偏差生成控制指令发送给运动控制装置。运动控制装置生成控制信号传递给功率控制装置。功率控制装置生成驱动电流，驱动伺服补偿器4完成实时补偿。
如图4所示，伺服补偿器包括：天线极化装置11，进给补偿装置12，安装支撑装置13；其中扫描架天线探头7和位置敏感探测器PSD2均安装在天线极化装置11上，天线极化装置11安装在进给补偿装置12上，进给补偿装置12安装在安装支撑装置13上，安装支撑装置13安装在扫描架悬臂上，天线极化装置11主要用于带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于所述激光平面的方向同步极化旋转，避免因位置敏感探测器PSD跟随紧缩场平面扫描架旋转而造成激光束被遮挡，敏感探测器PSD感应区不能接收激光平面的问题；进给补偿模块12带动天线极化装置11、位置敏感探测器PSD2和扫描架天线探头7在垂直于激光平面5的方向直线运动，进行平面度补偿；安装支撑装置13采用八边形筒型结构配合两组共四根导轨滑块组件对伺服补偿器构成全向支撑。
位置敏感探测器PSD2安装在伺服补偿器4的天线极化装置11上，当伺服补偿器4对某一位置平面度误差进行补偿时，位置敏感探测器PSD2会随进给补偿模块12、天线极化装置11和扫描架天线探头7同步运动，保证位置敏感探测器PSD2与扫描架天线探头7的空间相对位置不变。随着补偿的进行，激光平面5扫过位置敏感探测器PSD2感应区的位置趋近于感应区零位，位置敏感探测器PSD2传递给控制器3的位置偏差相应减小，控制器3控制伺服补偿器4的位置指令相应改变，最终使天线探头所在平面的平面度满足测试需求，完成对扫描紧缩场平面扫描架平面度的实时的闭环控制补偿。
本实施例提供的紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法，包括如下步骤：
S1、将激光平面发射器作极化旋转，使其发射的激光束形成激光平面；
S2、调整激光平面发射器的位置和发射角度，使其极化旋转以紧缩平面场微波传播方向为轴，且使其产生的激光平面与紧缩场微波传播方向垂直；
S3、调整安装在伺服补偿器上的位置敏感探测器PSD的位置和接收角度，使位置敏感探测器PSD感应区的接收方向与激光平面平行且与扫描架天线探头的接收方向垂直，并使感应区能实时接收到激光平面；
S4、利用位置敏感探测器PSD感应区通过位置敏感探测器PSD的内置光学成像***实时检测并生成位置偏差，并将位置偏差发送至控制器；
S5、利用控制器根据位置偏差生成补偿控制信号，并将补偿控制信号发送至伺服补偿器，该步骤的具体过程如下：
利用工控机接收位置偏差，根据位置偏差生成控制指令并将控制指令发送至运动控制装置；
利用运动控制装置根据控制指令生成控制信号并将该信号发送至功率控制装置；
利用功率控制装置根据控制信号生成驱动电流驱动伺服补偿器；
S6、利用伺服补偿器带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头同步运动，完成对扫描紧缩场平面扫描架平面度的闭环控制补偿，该步骤的具体过程如下：
利用天线极化装置带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于激光平面的方向同步极化旋转，使敏感探测器PSD感应区在任意位置均可接收到激光平面；
利用进给补偿装置带动天线极化装置、位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在垂直于激光平面的方向直线运动，完成对扫描紧缩场平面扫描架平面度的闭环控制补偿。
综上所述，本发明所述技术方案，通过控制器与紧缩场平面扫描架平面度补偿器形成闭环控制的方式，能够有效克服扫描架结构受机械加工，装配精度、温度、环境振动、重力等因素影响造成机械形变，导致的扫描平面的平面度误差问题；同时，通过激光平面发射器和位置敏感探测器PSD，可以实时直接测量出紧缩场平面扫描架扫描出的非实体平面的平面度误差，比通过间接测量***参数最终计算平面度的方式，减少了测量和计算环节的误差，更加准确的反映出***平面度误差水平；而且，本发明采用实时补偿控制方法，实时动态补偿平面度误差的方式，比半实时的方式进行平面度补偿***的优势为：可以克服当紧缩场平面扫描架工作在环境复杂或者测试过程周期较长的情况下，紧缩场扫描架实际状态与之前可能发生变化，导致实际平面度误差与前期通过测量计算的到的误差修正表不符的问题。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种紧缩场平面扫描架的平面度补偿***，其特征在于，该***包括：激光平面发射器、位置敏感探测器PSD、控制器和伺服补偿器；
激光平面发射器，用于利用以自身极化旋转的方式使发射的激光束形成垂直于紧缩平面场微波传播方向的激光平面；
位置敏感探测器PSD安装在伺服补偿器上，并使位置敏感探测器PSD的感应区的接收方向与激光平面平行且与扫描架天线探头的接收方向垂直，位置敏感探测器PSD用于通过其自身的感应区检测与所述激光平面的位置关系，并将产生的位置偏差发送至控制器；
控制器，用于根据所述位置偏差生成驱动电流驱动伺服补偿器；
伺服补偿器安装在扫描架悬臂上并连接位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头，用于带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头同步运动，完成对紧缩场平面扫描架的平面度的实时补偿。
2.根据权利要求1所述的紧缩场平面扫描架的平面度补偿***，其特征在于，所述控制器包括：工控机、运动控制装置和功率控制装置；
工控机，用于接收位置偏差，根据位置偏差生成控制指令并将控制指令发送至运动控制装置；
运动控制装置，用于根据控制指令生成控制信号并将控制信号发送至功率控制装置；
功率控制装置，用于根据控制信号生成驱动电流驱动伺服补偿器。
3.根据权利要求1所述的紧缩场平面扫描架的平面度补偿***，其特征在于，所述伺服补偿器包括：天线极化装置和进给补偿装置；
天线极化装置安装在进给补偿装置上并连接位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头，用于带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于所述激光平面的方向同步极化旋转；
进给补偿装置，用于带动天线极化装置、位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在垂直于所述激光平面的方向同步直线运动。
4.根据权利要求3所述的紧缩场平面扫描架平面度补偿***，其特征在于，所述伺服补偿器还包括：安装支撑装置，用于对所述伺服补偿器构成全向支撑。
5.一种如权利要求1-4任一项所述***的紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、将激光平面发射器作极化旋转，使其发射的激光束形成激光平面；
S2、调整激光平面发射器的位置和发射角度，使其极化旋转以紧缩平面场微波传播方向为轴，且使其产生的激光平面与紧缩场微波传播方向垂直；
S3、调整安装在伺服补偿器上的位置敏感探测器PSD的位置和接收角度，使所述位置敏感探测器PSD感应区的接收方向与激光平面平行且与扫描架天线探头的接收方向垂直，并使所述感应区能实时接收到所述激光平面；
S4、利用位置敏感探测器PSD感应区通过位置敏感探测器PSD的内置光学成像***实时检测并生成位置偏差，并将位置偏差发送至控制器；
S5、利用控制器根据所述位置偏差生成驱动电流驱动伺服补偿器；
S6、利用伺服补偿器带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头同步运动，完成对紧缩场平面扫描架的平面度的实时补偿。
6.根据权利要求5所述的紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括如下子步骤：
利用工控机接收位置偏差，根据位置偏差生成控制指令并将控制指令发送至运动控制装置；
利用运动控制装置根据控制指令生成控制信号并将该信号发送至功率控制装置；
利用功率控制装置根据控制信号生成驱动电流驱动伺服补偿器。
7.根据权利要求5所述的紧缩场平面扫描架的平面度补偿方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括如下子步骤：
利用天线极化装置带动位置敏感探测器PSD和扫描架天线探头在平行于所述激光平面的方向同步极化旋转；
利用进给补偿装置带动位置敏感探测器PSD、天线极化装置和扫描架天线探头在垂直于所述激光平面的方向同步直线运动。
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