[发明专利]一种基于多PSD的平面度实时校准补偿测量方法

权利要求书

1.一种基于多PSD的平面度实时校准补偿测量方法，适用于多组参考PSD补偿，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)PSD位置信息获取：同步实时获取目标PSD和多个参考PSD₁,PSD₂…PSD_n的位置数据，其中n≥2，各PSD之间同步误差不大于：20ms；

步骤2)三因素误差模型建立：建立实际平面度误差、测站误差、外部干扰误差三因素误差模型；

步骤3)测站误差分离：在误差模型的基础上进行多组试验测量，增加数据样本，通过对数据的分析，分离出测站误差；

步骤4)平面度实时校准补偿：通过补偿系统对平面度进行实时补偿，所述补偿系统分辨率优于0.005mm；

针对用于该方法而建立的装置模型包括了XY轴移位台(1)、补偿Z轴(2)、目标PSD(3)、参考PSD₁,PSD₂…PSD_n、激光发射器(6)，其中补偿Z轴(2)和目标PSD(3)构成扫描测试装置，目标PSD(3)固定在补偿Z轴(2)上，其中补偿Z轴内部包含控制驱动器；

在所述XY轴移位台(1)上，滑台随着驱动电机带动能够在XY平面沿着X轴或者Y轴进行移动，同时激光发射器(6)发射出激光平面信号能够映射在随滑台移动的目标PSD的光敏面上并被传感器接受，并且参考PSD₁,PSD₂…PSD_n放置在激光平面覆盖区域接受信号；

通过相关的处理模块获得模拟或数字误差信号；

所述三因素误差模型的建立，首先分析得出试验现场环境下针对平面度校准补偿的误差影响有滑台导轨实际平面度误差、测站误差以及外部干扰误差；

下面建立整体三因素误差模型以及目标PSD与多个参考PSD₁,PSD₂…PSD_n所采集数据对应的数学模型：

Z(n)＝S(n)+E(n)+ψ(n)

其中S(n)是滑台导轨实际平面度误差量，E(n)为测站振动引起的误差量，由于外部电磁干扰产生的Z轴偏移量为ψ(n)；

目标PSD数据的模型：

Z_0,i(N)＝S_0,i(N)+E_0,i(N)+ψ_0,i(N)，i≤N

其中：i是目标PSD运行过程中第i个测量位置，S_0,i(N)是滑台导轨的实际平面度误差量；

参考PSD₁和参考PSD₂在不同测量位置记录的数据分别为G_1,i(n)、G_2,i(n)，其中测量数据含有测站振动误差量、外部电磁干扰误差引起的误差量的信息，理论需要采用m个测量探头，其数据为G_m,i(n)表示第m个参考PSD在第i个测量点位记录的数据，m＝1,2,...,n，以第一个参考PSD₁在第一个测量位置的数据为例有下面关系：

G_1,1(n)＝E_1,1(n)+ψ_1,1(n)

其中E_1,1(n)为该点位处的测站振动引起的误差量，ψ_1,1(n)为该点位处的外部电磁干扰引起的Z轴偏移量；

第一个参考PSD₁在i个点位测量的集合如下：

同样G₂、G₃、...、G_M；

对于目标PSD测量数据，有G₀＝(G_0,1 G_0,2 G_0,3…G_0,i)^T，其中G_0,1＝E_0,1(n)+ψ_0,1(n)；

综合所有测量点上的误差模型方程，考虑到由测站振动和外部电磁干扰二者引起的误差特性，采用数据处理变换方法寻找不同的参考PSD在不同测量位置之间的关系，以两个参考PSD测量数据为例得到方程组：

G₂＝J₁G₁

其中J₁为第一个参考PSD₁与第二个参考PSD₂所测量数据的关系系数，G₁为第一个参考PSD₁测量数据，G₂为第二个参考PSD₂测量数据；

综合所有方程组，有：

G_(m-1)×1＝J_1×(m-1)·G′_(m-1)×1，m≥2

其中

G_(m-1)×1＝(G₂ G₃…G_m)^T,J_1×(m-1)＝(J₁ J₂…J_m-1)^T,G′_(m-1)×1＝(G₁ G₂…G_m-1)^T

取第一个参考PSD₁与第二个参考PSD₂测量数据为例求J₁，将G₁和G₂分别进行经验模态分解，采用希尔伯特黄变换的数据分析方法求出J₁，重复上述方法继而得出系数矩阵J_1×(m-1)；

在该现场环境下的测站振动以及外部电磁干扰作用引起平面度误差也始终存在目标PSD测量的数据中，根据求解的系数矩阵J_1×(m-1)，则仍有下面关系：

G₀＝J^-1·G_k

其中G_k为第k个参考PSD_k测量的信号数据，G₀为目标PSD所包含的测站误差和外部电磁干扰引起的Z轴偏移量。