一種雙頻率四象限平面坐標(biāo)位置檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣方法類，具體是一種雙頻率四象限平面坐標(biāo)位置檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]位置檢測(cè)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)，被廣泛用于機(jī)械加工設(shè)備、自動(dòng)生產(chǎn)線等場(chǎng)合，位置檢測(cè)具體形式主要分為直線、平面和三維空間等類別。無(wú)論在三維空間，還是在二維平面內(nèi)檢測(cè)目標(biāo)物體的坐標(biāo)位置，當(dāng)前主流方案都是通過(guò)直線位置傳感元件的正交組合方式實(shí)現(xiàn)，其中直線位置傳感元件的常見類型包括線性變化差分變壓器、線性電阻傳感器、光柵傳感器、磁柵傳感器以及電容柵傳感器等。
[0003]但在采用正交方式組建平面、三維空間位置檢測(cè)裝置的實(shí)踐中，經(jīng)常發(fā)生正交裝配偏差、組合后尺寸超限、信號(hào)電纜連接復(fù)雜等問題，不僅影響位置檢測(cè)精度而且限制應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)集成化檢測(cè)，公開號(hào)為CN103308045A的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢霾捎梦鞲衅鲗?shí)現(xiàn)三維空間位置檢測(cè)的方法，但精度有限，不適用于精密與超精密位置檢測(cè)；公開號(hào)為CN102221323A的中國(guó)專利提出了平面矩形電極陣列和多方向傳感電極組的多自由度變電容位置檢測(cè)方法，但其不同方位間的電容變化信號(hào)耦合關(guān)系復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。在精密位置檢測(cè)領(lǐng)域，各種直線位置傳感元件及其組合方案仍占主導(dǎo)地位，目前尚缺少能提供高檢測(cè)精度、方案簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的平面坐標(biāo)位置和三維空間坐標(biāo)位置檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方案合理、應(yīng)用簡(jiǎn)便、測(cè)量精度高的雙頻率四象限平面坐標(biāo)位置檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種雙頻率四象限平面坐標(biāo)位置檢測(cè)方法，其特征在于:在一絕緣基板上制備多個(gè)發(fā)射電極，發(fā)射電極之間設(shè)有電氣絕緣狹窄間隙，在另一絕緣基板上有一長(zhǎng)寬比與發(fā)射電極一致、并且面積不大于發(fā)射電極的接收電極；將發(fā)射電極絕緣基板固定在參照物上，將接收電極絕緣基板固定在目標(biāo)物體上，用兩路頻率不同、幅值及相位恒定的正弦交流電壓信號(hào)，并分別通過(guò)反相緩沖器得到兩路反相位信號(hào)，采用模擬加法器得到四個(gè)組合信號(hào)，將組合信號(hào)分別連接至位于參照物平面坐標(biāo)系四個(gè)象限內(nèi)的各發(fā)射電極；目標(biāo)物體帶動(dòng)接收電極移動(dòng)時(shí)，接收電極與不同發(fā)射電極的重疊區(qū)域發(fā)生變化，導(dǎo)致接收電極從不同發(fā)射電極通過(guò)電容耦合效應(yīng)獲取組合信號(hào)比例發(fā)生變化，通過(guò)判斷接收電極輸出電壓信號(hào)中兩種頻率分量的幅值和正、反相位即可檢測(cè)目標(biāo)物體在參照物平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)位置。
[0007]本發(fā)明接收電極輸出電壓信號(hào)通過(guò)兩個(gè)同相緩沖器分別連接到兩個(gè)帶通濾波器，兩個(gè)帶通濾波器的中心頻率分別與兩路正弦交流電壓信號(hào)頻率相同；兩個(gè)帶通濾波器的輸出信號(hào)連接至平面坐標(biāo)位置檢測(cè)控制器；平面坐標(biāo)位置檢測(cè)控制器通過(guò)判斷兩個(gè)帶通濾波器輸出信號(hào)的幅值及正、反相位得到目標(biāo)物體在參照物平面坐標(biāo)系內(nèi)的橫、縱坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)連接到顯示存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體在參照物平面坐標(biāo)系內(nèi)坐標(biāo)位置的實(shí)時(shí)顯示和紀(jì)錄。
[0008]本發(fā)明發(fā)射電極絕緣基板上發(fā)射電極可以是四個(gè)長(zhǎng)寬相等的矩形發(fā)射電極，四個(gè)矩形發(fā)射電極以絕緣基板橫、縱中心線對(duì)稱，發(fā)射電極絕緣基板的中心與參照物平面坐標(biāo)系原點(diǎn)重疊，發(fā)射電極絕緣基板的橫、縱中心線與參照物平面坐標(biāo)系橫縱坐標(biāo)軸重疊；接收電極所處平面與四個(gè)發(fā)射電極所處平面平行、接收電極長(zhǎng)寬方向與四個(gè)發(fā)射電極長(zhǎng)寬方向一致；目標(biāo)物體坐標(biāo)位置檢測(cè)范圍是以參照物平面坐標(biāo)系原點(diǎn)為中心長(zhǎng)和寬與接收電極長(zhǎng)、寬相等的矩形區(qū)域。
[0009]本發(fā)明發(fā)射電極絕緣基板上發(fā)射電極也可以是四組發(fā)射電極，用來(lái)提升坐標(biāo)位置檢測(cè)分辨率，每組發(fā)射電極含四個(gè)長(zhǎng)寬相等的矩形發(fā)射電極，四組發(fā)射電極對(duì)稱分布在發(fā)射電極絕緣基板橫中心線、縱中心線劃分的四個(gè)區(qū)域內(nèi)，取其中一組發(fā)射電極的幾何中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，同時(shí)在平面坐標(biāo)位置檢測(cè)控制器中設(shè)置絕對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)偏置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體在參照物平面坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)位置檢測(cè)。
[0010]上述發(fā)射電極間有寬度相等的電氣絕緣狹窄間隙；接收電極在參照物平面坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)平移、無(wú)扭轉(zhuǎn)，并且接收電極與發(fā)射電極間始終保持固定幅度的垂直微小間隙，確保接收電極不直接接觸發(fā)射電極。
[0011]本發(fā)明采用四個(gè)組合信號(hào)分別連接至位于參照物平面坐標(biāo)系四個(gè)象限內(nèi)的各個(gè)發(fā)射電極；采用單接收電極檢測(cè)目標(biāo)物體在參照物平面坐標(biāo)系內(nèi)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)位置，能避免多接收電極的間距制造誤差以及絕緣基板熱脹冷縮導(dǎo)致的檢測(cè)誤差，并且電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制作、信號(hào)處理過(guò)程少、坐標(biāo)位置檢測(cè)精度高，易于在高精度自動(dòng)裝置中推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)射電極、接收電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一發(fā)射電極、接收電極、參照物及目標(biāo)物體配合方式示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的信號(hào)連接方式示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的發(fā)射電極結(jié)構(gòu)布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作詳細(xì)描述。
[0017]實(shí)施例一發(fā)射電極為四個(gè)
[0018]如圖1-3所示，一種雙頻率四象限平面坐標(biāo)位置檢測(cè)方法，其特征在于:
[0019]A、圖1中，在發(fā)射電極絕緣基板5上制備大小一致的矩形發(fā)射電極一 1、發(fā)射電極二 2、發(fā)射電極三3、發(fā)射電極四4，四個(gè)發(fā)射電極間有寬度相等的電氣絕緣狹窄間隙8(如
0.1暈米)，并對(duì)稱分布在發(fā)射電極絕緣基板5橫中心線6、縱中心線7劃分的四個(gè)區(qū)域內(nèi)；在接收電極絕緣基板9上制備矩形接收電極10，接收電極10與發(fā)射電極的長(zhǎng)寬比一致并且面積不大于發(fā)射電極；
[0020]B、在圖2中，將發(fā)射電極絕緣基板5固定在參照物11上，發(fā)射電極絕緣基板5的橫縱中心線分別與參照物平面坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)軸12、縱坐標(biāo)軸13重合，四個(gè)發(fā)射電極分別位于參照物平面坐標(biāo)系的四個(gè)象限；將目標(biāo)物體14固定在接收電極絕緣基板9上，目標(biāo)物體14與接收電極10的幾何中心重疊；接收電極絕緣基板9與發(fā)射電極絕緣基板5平行，接收電極10與發(fā)射電極的長(zhǎng)寬方向一致、垂直方向相對(duì)并且有固定幅度的微小間隙(如0.1毫米)；目標(biāo)物體14帶動(dòng)接收電極絕緣基板9在參照物平面坐標(biāo)系內(nèi)平移，目標(biāo)物體14幾何中心的移動(dòng)范圍在橫向?qū)挾?5、縱向?qū)挾?6限定的矩形區(qū)域內(nèi)；
[0021]C、在圖3中，信號(hào)發(fā)生器21產(chǎn)生幅值、頻率和相位恒定的頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22和頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23，相位均為正相位；頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22通過(guò)第一反向緩沖器24產(chǎn)生幅值、頻率相同的反相位信號(hào)，頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23通過(guò)第二反向緩沖器25產(chǎn)生幅值、頻率相同的反相位信號(hào)；第一模擬加法器26將頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22與頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23相加后驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極1，第二模擬加法器27將頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22的反相位信號(hào)與頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23相加后驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極2，第三模擬加法器28將頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22的反相位信號(hào)與23的頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23反相位信號(hào)相加后驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極3，第四模擬加法器29將頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22與頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23的反相位信號(hào)相加后驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極4 ;
[0022]D、圖3中，接收電極10輸出信號(hào)通過(guò)第一同相緩沖器30、第二同相緩沖器31后分別連接到第一帶通濾波器32與第二帶通濾波器33，第一帶通濾波器32的中心頻率與頻率Fl的正弦交流電壓信號(hào)22頻率相同，第二帶通濾波器33的中心頻率與頻率F2的正弦交流電壓信號(hào)23頻率相同；兩個(gè)帶通濾波器的輸出信號(hào)連接至平面坐標(biāo)位置檢測(cè)控制器34 ;平面坐標(biāo)位置檢測(cè)控制器34通過(guò)判斷第一帶通濾波器32輸出信號(hào)的幅值及正、反相位得到目標(biāo)物體14