CN111033172A - 用于在移动部件的特定位置生成脉冲信号的方法和设备 - Google Patents

用于在移动部件的特定位置生成脉冲信号的方法和设备 Download PDF

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Abstract

生成设备(1)包括用于生成触发位置的单元(4)；用于在移动部件的移动过程中生成所述移动部件的实际位置的单元(5)，该单元(5)包括用于测量该移动部件的连续有效位置的单元(6)，该实际位置至少包括这些测量连续位置；用于比较的单元(8)，其用于针对当前触发位置将连续实际位置与该当前触发位置进行比较以便从这些连续的实际位置中识别出与所述当前触发位置最接近的实际位置，并且其在给定限制之内；以及用于如果和当移动部件到达所述最接近的实际位置以及该位置位于给定限制之内时生成用于当前触发位置的脉冲信号的单元(10)。

Description

用于在移动部件的特定位置生成脉冲信号的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在移动部件的称为触发位置的位置生成脉冲信号的方法和设备。
背景技术
通常(但不完全如此)，移动部件经历相对于提供有待处理对象的诸如例如支撑板(或平台)之类的固定支撑件的相对移动。
典型地，移动部件相对于支撑件和待处理对象的相对位移(或移动)可能由下述情况生成：
–移动部件移动，对象固定；
–对象移动，称为移动部件的部件固定；或者
–移动部件和对象二者移动。
移动部件通常包括处理***。作为示例，处理***包括但不限于：光***、机械***、电子***和/或与这样的处理***关联使用的其他类似***。这种处理***旨在在待处理对象上的特定位置处执行各种动作(或者处理操作，或者机械的、化学的、电子的或类似的功能)，诸如激光切割或拍摄图像之类，这种处理功能于移动部件与对象之间的相对移动期间在移动部件的特定位置实现。
通常，为了实现这种类型的操作，移动部件的动力学和位置被配置为在预定时间例如当特定处理动作(例如激光切割)被执行时到达所寻求位置。更具体地，这些动作选择性地在给定瞬间例如有规律地被执行，并且移动部件的移动被控制和校正以使移动部件在每个这些给定瞬间都位于正确的位置。
通常通过使用伺服控制主/从类型的处理架构来执行处理操作。作为示例，主部件对应于执行动作的瞬间(例如，发射激光脉冲的瞬间)，并且从部件对应于移动部件到达适当的位置。
因此，考虑到上述情况，执行这种处理操作必需的各种计算、校正和控制是难以实现的、昂贵的和不精确的。
发明内容
本发明寻求克服现有技术中的***的这些劣势。更具体地，本发明涉及一种用于在移动部件的称为触发位置的位置生成脉冲信号的方法，所述移动部件能够经历根据至少两个自由度的相对移动。
根据一个实施例，该方法包括生成触发位置的步骤，并且所述方法是这样的，在移动部件的移动的至少一部分期间，迭代地实施下面的连续步骤：
–生成称为实际位置的位置的步骤，包含生成根据对应于所述自由度的轴线定义的所述移动部件的实际位置，该生成实际位置的步骤包括测量步骤，其包含实时地测量移动部件的连续有效位置，所述实际位置至少包括所述有效位置；
–对于连续的触发位置，每次针对称为当前触发位置的触发位置：
·比较步骤，包含将在生成实际位置的步骤(E1)中实时生成的连续实际位置与该当前触发位置进行比较，以便从这些连续实际位置中识别出与所述当前触发位置最接近的实际位置，并且其在相对于所述当前触发位置的给定限制之内；以及
·生成脉冲信号的步骤，包含如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对当前触发位置的脉冲信号：
·移动部件到达所述最接近的实际位置；以及
·该最接近的实际位置处于相对于所述当前触发位置的给定限制之内。
因此，在移动部件(相对于待处理对象)的(相对)移动期间，确定移动部件的位置，其是最接近必须执行动作的触发位置的位置。当到达该最接近位置时，发射脉冲(触发)信号，其可以触发动作，例如激光切割。该脉冲信号可以对应于激光切割的控制，或者对应于光学、机械、化学或例如诸如拍摄图像之类的其他类型的另一动作的控制。
因此，当到达最接近位置时执行触发。该方法因此实现了主/从伺服，其中主部件是由移动部件达到寻求的位置，并且从部件是(当到达该位置时)触发信号的生成，这使得可以获得容易和精确的实现(不需要如惯常解决方案中那样对移动部件的移动进行任何精确伺服)。
在本发明的框架中，所述移动部件能够根据N个自由度进行运动(或移动或位移)，N是大于或等于2的整数。作为一个示例，设N等于6，如果考虑由彼此正交的X方向和Y方向定义的(例如，水平的)平面XY，则六个自由度分别对应于：沿X方向的平移和绕该X方向的所谓旋转，沿Y方向的平移和绕该Y方向的旋转，以及沿Z方向的平移和绕该Z方向的旋转，Z方向正交于所述X方向和Y方向。所描述的方法还适用于更多数量的自由度。
有利地，生成实际位置的步骤包括***步骤，其包含通过考虑移动部件的移动速度，确定在测量步骤期间测量出的每次两个连续有效位置之间的一组***位置，所述实际位置包括所述有效位置以及在两个连续有效位置之间的所述***位置。
此外，有利地，生成触发位置的步骤包括：
–输入子步骤，包含输入预定期望(触发)位置；以及
–处理子步骤，包含使这些期望位置适应于触发***，所述触发***被配置为根据与所述移动***的误差有关的预定信息生成所述移动部件的相对移动，以从中推导出所述触发位置。
此外，有利地，比较步骤包括：
–计算子步骤，包含优选地使用下式计算距离参数D2：
Figure BDA0002328052410000031
其中：
·PRi表示所考虑实际位置的根据自由度Li的坐标；
·PCi表示当前触发位置的根据自由度Li的坐标；
·N表示移动部件的自由度Li的数量；
–比较子步骤，包含计算该距离参数D2与预定值之间的差；以及
–评价子步骤，包含评价所述差的变化以及检测所述差最低时的位置，实际最接近位置对应于该位置。
本发明还涉及一种用于在称为用于触发移动部件的位置的位置生成脉冲信号的设备，所述移动部件能够经历根据至少两个自由度的相对移动。
在一个实施例中，所述设备包括：
–用于生成触发位置的单元；
–用于生成称为实际位置的位置的单元，其被配置为在移动部件的移动的至少一部分期间，生成根据对应于所述自由度的轴线定义的所述移动部件的实际位置，该用于生成实际位置的单元包括测量单元，其被配置为实时地测量移动部件的连续有效位置，所述实际位置至少包括所述有效位置；
–比较单元，其被配置为针对称为当前触发位置的触发位置，将由用于生成实际位置的单元实时生成的连续实际位置与该当前触发位置进行比较，以便从这些连续实际位置中识别出与所述触发位置最接近的实际位置，并且其在相对于所述当前触发位置的给定限制之内；以及
–用于生成脉冲信号的单元，其被配置为如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对当前触发位置的脉冲信号：
·移动部件到达所述最接近的实际位置；以及
·该最接近的实际位置处于相对于所述当前触发位置的给定限制之内。
在一个特定实施例中，用于生成实际位置的单元包括***单元，其被配置为通过考虑移动部件的移动速度，确定由测量单元测量出的每次两个连续有效位置之间的一组***位置，所述实际位置包括所述有效位置以及在两个连续有效位置之间的所述***位置。
此外，在一个特定实施例中，用于生成触发位置的单元包括：
–用于输入预定理论触发位置的子单元；以及
–处理子单元，其被配置为使这些理论位置适应于触发***，所述触发***被配置为根据与所述移动***的误差有关的预定信息生成所述移动部件的移动，以从中推导出所述触发位置。
此外，有利地，比较单元包括：
–计算子单元，其被配置为优选地使用下式计算距离参数D2：
Figure BDA0002328052410000051
其中：
·PRi表示所考虑实际位置的根据自由度Li的坐标；
·PCi表示当前触发位置的根据自由度Li的坐标；
·N表示移动部件的自由度Li的数量；
–比较子步骤，其被配置为计算该距离参数D2与预定值之间的差；以及
–评价子步骤，其被配置为评价所述差的变化以及检测所述差最低时的位置，实际最接近位置对应于该位置。
本发明还涉及例如电子器件的对象的处理组件(光学的、机械的、化学的等等)，所述处理组件包括：
–承载所述对象的支撑件；
–提供有能够在接收脉冲触发信号期间执行(光学、机械、化学类型等等的)动作的处理***的移动部件，该移动部件执行相对于所述支撑件的相对移动；以及
–用于生成脉冲信号的设备(诸如上述设备)，其旨在在所述移动部件的移动期间生成脉冲信号并将其传送给所述处理***。
附图说明
附图使得可以更完整地理解用于在移动部件的特定位置生成脉冲信号的方法和设备。在这些图上，相同的标记指代类似的部件。
图1是用于生成脉冲信号的设备的一个特定实施例的示图。
图2示例性地示出了移动部件的(相对)移动期间可能的自由度。
图3是用于比较图1的设备的单元的概要示图。
图4示例性地部分地示出了移动部件相对于称为触发位置的位置的移动路径。
图5示例性地示出了由图1的设备实施的用于生成脉冲信号的方法。
具体实施方式
图1中示例性表示的设备1是用于在移动部件2(图2)的称为触发位置的特定位置生成脉冲信号的设备。
所述移动部件2经历相对于提供有待处理对象(未示出)的例如支撑板(或者平台)的支撑件3(图2)的相对移动。
在本发明的框架中，关于移动部件2相对于支撑件3和对象的位移(或移动)优选地对应于移动部件2的移动，支撑件3和对象是固定的。然而，也可以是下述情况：
–对象移动，部件(称为移动部件)固定；或者
–移动部件和对象二者移动。
在本发明的框架中，所述移动部件2能够经历根据N个自由度的相对移动，N是大于或等于2的整数。
下面提供一个示例，其中N等于6。如图2所示，支撑件3例如布置为基本平行于由称为X的方向(或纵向)与称为Y的方向(或横向)定义的水平面XY。图2中表示的标记F(其旨在促进理解)除了形成水平面XY的方向(或轴线)X和Y之外还包括正交于所述平面XY的称为Z(或垂直的)的方向(或轴线)。如图2所示，六个可能的自由度(用双箭头来表示)分别对应于：
–沿X方向的平移，称为Xi；
–沿X方向的旋转，称为θX；
–沿Y方向的平移，称为Yi；
–沿Y方向的旋转，称为θY；
–沿Z方向的平移，称为Zi；以及
–沿Z方向的旋转，称为θZ。
该方法和设备还适用于其他数量N(大于2)的自由度，并且特别地适用于复杂多轴线定位的框架中大于6的数量N。
在一个实施例中，所述移动部件2和所述支撑件3形成处理组件(未示出)的一部分。不同可能类型的这种处理组件，包括：
–承载所述对象的所述支撑件3；
–提供有能够在接收到脉冲触发信号期间执行(光学、机械、化学类型等等的)动作的处理***的所述移动部件2，该移动部件2和处理***执行相对于所述支撑件和待处理对象的相对移动；以及
–用于生成脉冲信号的所述设备1(下面详述)，其旨在在所述移动部件2的移动期间生成脉冲信号并将其传送给所述处理***。
如图1所示，用于生成脉冲信号的设备1包括：
–用于生成触发位置的单元4，下面详述；
–用于生成所谓实际位置的单元5。单元5被配置为自动且实时地生成所述移动部件2的实际位置，其根据上述自由度Xi、Yi、Zi、θX、θY和θZ中的至少一些自由度来定义。为此，单元5包括测量单元6，其被配置为实时地测量移动部件2的连续有效位置。所述实际位置至少包括这些测量出的有效位置，如下面详述的；以及
–中央单元7，包括：
·比较单元8，其被配置为针对所谓的当前触发位置，自动且实时地将(由用于生成实际位置的单元5实时生成的)连续实际位置与经由用于生成触发位置的单元4的连接9接收的该当前触发位置进行比较。比较单元8被配置为从这种比较中，从(接收自单元5的)这些连续实际位置中识别出与所述触发位置最接近的实际位置，并且其在相对于所述当前触发位置的给定限制之内；以及
·用于生成脉冲信号的单元10，其借助连接11连接到比较单元8，其接收比较单元8实施的处理的结果并且其能够借助连接12将脉冲信号自动发射给用户装置(未示出)，优选地发射给上述处理***。
在一个实施例中，用于生成脉冲信号的单元10被配置为如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对当前触发位置的脉冲信号：
·移动部件到达所述最接近的实际位置；以及
·该最接近的实际位置处于相对于所述当前触发位置的给定限制之内。
在一个实施例中，用于生成实际位置的单元5还包括***单元13，其借助连接14连接到比较单元8。***单元13可以集成在单元5中，或者也可以如图1的示例那样集成在中央单元7中。
***单元13被配置为确定由测量单元6测量出的每次两个连续有效位置，例如第一位置或“上游位置”与第二位置或“下游位置”之间的一组***位置。***单元13可以被配置为考虑移动部件2在该第一位置和第二位置或上游位置和下游位置之间的假设移动速度，并且其通常确定在这两个测量出的连续位置(第一位置和第二位置或者上游位置和下游位置)之间的给定数量的***位置。在当前步骤中考虑的移动速度可以是移动部件2在前序步骤中被测量出的移动速度。该***以相当大的***频率来执行，从而不能物理地具有太大的速度变化，并且从而定位分辨率保持在比所考虑应用的目标分辨率小得多的范围之内。
借助连接14被传送给比较单元8的实际位置因此包括：
–测量单元6(以例如5MHz的频率)测量出的有效位置；以及
–在两个连续有效位置之间的，由***单元13(以例如200MHz的更高频率)确定和发射的***位置。
此外，在一个特定实施例中，如图1所示，用于生成触发位置的单元4包括：
–输入部件16，例如计算机键盘、鼠标和/或用于输入数据的任何其他通用装置。输入部件16使得操作者可以如连接18所示地向处理部件17(例如CPU类型的中央处理单元)输入期望和预定(触发)位置；以及
–处理单元17，其被配置为使这些期望位置适应于移动***，所述移动***被配置为根据与所述移动***的误差有关的预定信息生成移动部件的相对移动，以从中推导出所述触发位置。
为此，在一个实施例中，处理部件17可以包括：
–部件19，其借助连接18连接到输入部件16并且其包含特别是上述移动***的特定特征；
–部件20，其借助连接21连接到部件19，并且其确定移动***的误差；以及
–部件22，其借助连接23连接到部件20，并且其确定触发位置，其对应于通过考虑移动***的误差(使用输入部件16)输入的期望位置的校正位置。
此外，如图3所示，比较单元8(其被配置为识别出与当前触发位置最接近的实际位置)包括：
–计算部件24，其被配置为计算距离参数D2，下面详述；
–比较部件25，其被配置为计算该距离参数D2与存储部件26中记录的预定值R2之间的差；以及
–评价子单元，其被配置为评价所述差的变化以及检测所述差最低时的位置，最接近的实际位置对应于该位置。
评价子单元包括验证是否同时满足了下面两个条件的部件29：
–第一条件，其由部件25验证，如图4所示，根据该条件最接近的实际位置Pi位于相对于当前触发位置PCi的给定限制L之内。在图4中，已经表示出了当前触发位置PCi，与之相关联的给定限制L(在这种情况下，是以PCi为圆心的半径为R的圆)，以及沿路径T(作为例示在图4的本例中位于平面XY内)移动的移动部件的不同连续实际位置PRi；以及
–第二条件，其由部件27和28验证，根据该条件移动部件2在其沿路径T的移动期间到达不同实际位置PRi中的最接近的实际位置Pi。
为此：
–部件28是使得可以针对当前实际位置之前的实际位置记录(由计算部件24计算的)距离参数D2的部件；以及
–部件27针对每个当前实际位置计算(部件28中记录的)之前位置的该位置参数与(计算部件24计算的)当前实际位置的距离参数D2之间的差，并且一旦该差(其在移动载具到达当前触发位置PCi时事先减小)重新开始增大就推断出已到达最接近的实际位置Pi。
在一个优选实施例中，计算部件24使用下式计算距离参数D2：
Figure BDA0002328052410000101
其中：
–PRi表示所考虑实际位置的根据自由度Li的坐标；
–PCi表示当前触发位置的根据自由度Li的坐标；
–N表示移动部件的自由度Li的数量；
为此，在基于四个自由度(N＝4)的实施例示例的情况下，计算部件24包括：
–部件30A、30B、30C和30D，其用于分别计算一方面经由连接14A、14B、14C和14D(形成图1的连接14的部分)接收到的四个PRi值(PR1、PR2、PR3、PR4)与另一方面经由连接9A、9B、9C和9D(形成图1的连接9的部分)接收到的四个PCi值(PC1、PC2、PC3、PC4)之间的差；
–部件31A、31B、31C和31D，其用于分别计算这些差的平方；以及
–部件32，其用于将部件31A、31B、31C和31D提供的结果相加。
可选地，代替如上所述的使用最小平方的计算，计算部件24还可以使用其他计算，诸如对绝对值求和或者利用例如另一幂值进行的计算。
下面，根据用于生成脉冲信号的方法(在图5中示出)描述了诸如上面描述的设备1的运转。
所述方法包括由单元4实施的生成触发位置的初始步骤E0。
所述方法还包括在移动部件的移动的至少一部分期间，继续下述迭代实施的连续步骤：
–生成实际位置的步骤E1，其由单元5实施并且包含生成所述移动部件2的实际位置PRi(图4)，其根据对应于所考虑的自由度的轴线定义，步骤E1包括：
·测量步骤E11，其由单元6实施并且包含实时地测量移动部件的连续有效位置；
·***步骤E12，其由单元13实施并且包含确定测量步骤E11期间测量出的每次两个连续有效位置之间的一组***位置，实际位置包括测量出的有效位置和***位置中的所有位置。
–对于连续的触发位置，每次针对称为当前触发位置的触发位置：
·比较步骤E3，由单元8实施并且包含将在生成实际位置的步骤E1中实时生成的连续实际位置与该当前触发位置PCi进行比较，以便从这些连续实际位置PRi中识别出与所述当前触发位置PCi最接近的实际位置Pi，并且其在相对于所述当前触发位置PCi的给定限制L之内；以及
·生成脉冲信号的步骤E4，由单元10实施并且包含如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对当前触发位置的脉冲信号：
·移动部件2到达所述最接近的实际位置；以及
·该最接近的实际位置Pi处于相对于所述当前触发位置PCi的给定限制L之内。
当在步骤E4中生成脉冲信号(在当前触发位置)时，后面的触发位置被考虑为新的当前触发位置，并且针对该新的当前触发位置，再次实施步骤E3和E4。针对每个触发位置迭代地实施这些步骤E3和E4。

Claims (10)

1.一种用于在移动部件(2)的称为触发位置的位置生成脉冲信号的方法，所述移动部件(2)能够经历根据至少两个自由度的相对移动，所述方法包括生成触发位置的步骤，根据这样的方法，在所述移动部件(2)的所述移动的至少一部分期间，迭代地实施一组下述连续步骤：
–生成称为实际位置的位置的步骤(E1)，包含生成根据对应于所述自由度的轴线(Xi、θX、Yi、θY、Zi、θZ)定义的所述移动部件(2)的实际位置(PRi)，生成实际位置的步骤(E1)包括测量步骤(E11)，其包含实时地测量所述移动部件(2)的连续有效位置，所述实际位置(PRi)至少包括所述有效位置；
–对于连续的触发位置，每次针对称为当前触发位置的触发位置(PCi)：
·比较步骤(E3)，包含将在生成实际位置的步骤(E1)中实时生成的连续实际位置(PRi)与该当前触发位置(PCi)进行比较，以便从这些连续实际位置(PRi)中识别出与所述当前触发位置(PCi)最接近的实际位置(Pi)，并且其在相对于所述当前触发位置(PCi)的给定限制(L)之内；以及
·生成脉冲信号的步骤(E4)，包含如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对当前触发位置(PCi)的脉冲信号：
·所述移动部件(2)到达所述最接近的实际位置(Pi)；以及
·该最接近的实际位置(Pi)处于相对于所述当前触发位置(PCi)的给定限制(L)之内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成实际位置的步骤(E1)包括***步骤(E12)，其包含通过考虑所述移动部件的移动速度，确定在测量步骤期间测量出的每次两个连续有效位置之间的一组***位置，所述实际位置(PRi)包括所述有效位置以及在两个连续有效位置之间的所述***位置。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，生成触发位置的步骤(E1)包括：
–输入子步骤，包含输入期望的位置；以及
–处理子步骤，包含使这些期望位置适应于移动***，所述移动***被配置为根据与所述移动***的误差有关的预定信息生成所述移动部件(2)的相对移动，以从中推导出所述触发位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，比较步骤(E3)包括：
–计算子步骤，包含计算距离参数；
–比较子步骤，包含计算该距离参数与预定值之间的差；以及
–评价子步骤，包含评价所述差的变化以及检测所述差最低时的位置，所述最接近的实际位置对应于该位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算子步骤包含使用下式计算所述距离参数D2：
Figure FDA0002328052400000021
其中：
–PRi表示所考虑实际位置的根据自由度Li的坐标；
–PCi表示当前触发位置的根据自由度Li的坐标；以及
–N表示所述移动部件(2)的自由度Li的数量。
6.一种用于在移动部件(2)的称为触发位置的位置生成脉冲信号的设备，所述移动部件(2)能够经历根据至少两个自由度的相对移动，所述设备(1)包括：
–用于生成触发位置的单元(4)；
–用于生成称为实际位置的位置的单元(5)，其被配置为在所述移动部件的所述移动的至少一部分期间，生成根据对应于所述自由度的轴线(Xi、θX、Yi、θY、Zi、θZ)定义的所述移动部件(2)的实际位置(PRi)，用于生成实际位置的单元包括测量单元(6)，其被配置为实时地测量所述移动部件(2)的连续有效位置，所述实际位置(PRi)至少包括所述有效位置；
–比较单元(8)，其被配置为针对称为当前触发位置的触发位置(PCi)，将由用于生成实际位置的单元(5)实时生成的连续实际位置(PRi)与该当前触发位置(PCi)进行比较，以便在这些连续实际位置(PRi)中识别出与所述当前触发位置(PCi)最接近的实际位置(Pi)，并且其在相对于所述当前触发位置(PCi)的给定限制(L)之内；以及
–用于生成脉冲信号的单元(10)，其被配置为如果下面两个条件同时满足并且一旦下面两个条件同时满足时，生成针对所述当前触发位置(PCi)的脉冲信号：
·所述移动部件(2)到达所述最接近的实际位置(Pi)；以及
·该最接近的实际位置(Pi)处于相对于所述当前触发位置(PCi)的给定限制(L)之内。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，用于生成实际位置的单元(5)包括***单元(13)，其被配置为通过考虑所述移动部件的移动速度，确定由测量单元测量出的每次两个连续有效位置之间的一组***位置，所述实际位置包括所述有效位置以及在两个连续有效位置之间的所述***位置。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的设备，其特征在于，用于生成触发位置的单元(4)包括：
–输入子单元(16)，其被配置为输入预定理论触发位置；以及
–处理子单元(17)，其被配置为使这些理论位置适应于移动***，所述移动***被配置为根据与所述移动***的误差有关的预定信息生成所述移动部件的移动，以从中推导出所述触发位置。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述比较单元(8)包括：
–计算子单元(24)，其被配置为计算距离参数；
–比较子单元(25)，其被配置为计算该距离参数与预定值之间的差；以及
–评价子单元(29)，其被配置为评价所述差的变化以及检测所述差最低时的位置，所述最接近的实际位置对应于该位置。
10.一种用于处理对象的组件，其特征在于所述组件包括：
–支撑件(3)，其承载所述对象；
–移动部件(2)，其提供有能够在接收脉冲触发信号时执行动作的处理***，所述移动部件(2)执行相对于所述支撑件(3)的相对移动；以及
–根据权利要求6-9中任一项所述的用于生成脉冲信号的设备(1)，其旨在在所述移动部件(2)的移动期间生成脉冲信号并将其传送给所述处理***。
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