Aerotech光纖對準(zhǔn)算法的應(yīng)用
文:艾羅德克運動控制技術(shù)(上海)有限公司2019年第二期
Aerotech針對光纖對準(zhǔn)應(yīng)用設(shè)計了精密運動平臺,例如FiberMax,它是提升現(xiàn)代光纖和硅光對準(zhǔn)效率的關(guān)鍵部件。然而高精度的平臺僅僅是整個光纖對準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分。提高對準(zhǔn)運動效率的控制軟件具有和硬件同樣的重要性,更高的對準(zhǔn)效率意味著更好的產(chǎn)品質(zhì)量和更高的產(chǎn)能。
Aerotech的A3200軟件集成了六種硅光搜索算法供用戶選擇,針對不同的應(yīng)用模型和系統(tǒng),客戶可以選擇相對應(yīng)的算法。他們分別是HillClimb,SpiralRough,SpiralFine,FastAlign,GeoCenter和Centroid。如圖1所示,打開A3200里面的Configurationmanager/Task/Fiber可以找到:
圖1Aerotech的六種光纖算法
按照硅光對準(zhǔn)系統(tǒng)的軸數(shù)來分,可以分為單軸對準(zhǔn),雙軸,三軸以及三到六軸對準(zhǔn)算法。
按照搜索算法的功能,可分為初始光搜索算法和峰值搜索算法。其中SpiralRough屬于螺旋式搜索算法,它一般用于找到初始光,SpiralFine和SpiralRough算法比較類似,不過它既是初始光搜索算法又屬于峰值算法。GeoCenter和Centroid分別是兩軸和三軸的峰值搜光算法,而FastAlign適用于兩軸到六軸的峰值算法。
當(dāng)應(yīng)用場景不同和或者硅光能量分布特點不同時,可以選擇相對應(yīng)的搜光算法,比如圖2所示,當(dāng)光能量近似于平板分布時,最大值可能是某一個區(qū)域而不是某一個位置,用戶最關(guān)心的是進入到最大值區(qū)間的中心,并不注重最大值的某個點,這時候GEOCenter也許是一種很好的搜索方式,它可以由用戶指定在某一區(qū)域進行“弓”字形掃描或者進行“田”字形掃描,同時可以限定掃描的橫向及縱向掃描區(qū)間及每一步的距離,掃描結(jié)束后會停在整個光能量的幾何中心位置。在實際應(yīng)用中光能量是高斯分布更為常見,這時FastAlign也許就會比其它算法更快找到峰值。FastAlignment屬于一種迭代算法,它可以定義參與搜索軸的數(shù)量,第一步的搜索方向和步距,迭代搜索次數(shù),飽和閾值,誤差范圍,軸的搜素限位等參數(shù),它適用于能量為高斯分布的特征,搜光軸通過每次運動后獲取的能量與前值比較,找到光能量逐步變大的方向,搜索到設(shè)定值,或者到搜索次數(shù)完成后停止。
圖2不同類型的能量分布
做一個典型的實例演示,當(dāng)光斑能量為高斯分布,搜光系統(tǒng)從完全沒有光能量的位置搜索到最大值,可以選擇Aerotech的組合搜光算法,即先用SpiralRough找到初始光,再在這個基礎(chǔ)上運行FastAlign搜索峰值位置。
SpiralRough找到初始光,程序如下:
圖3展示了SpiralRough的2D運動軌跡,這種算法又稱之為螺旋搜光算法,能幫助用戶快速準(zhǔn)確地找到初始光。
圖3SpiralRough的2D運動軌跡
圖4將軌跡切換回1D圖形,我們可以看到整個過程耗時3.2秒,光能量從0V到1.1V,非常的快捷高效的完成了初始光搜索,為后面的峰值搜索打下了堅實基礎(chǔ)。
圖4SpiralRough的1D運動軌跡
FastAlign找峰值光,程序如下:
從圖5所示,F(xiàn)astAlign算法開啟后XYZ三個軸同時按程序設(shè)定運動第一步,在初始搜索的基礎(chǔ)上,隨后每一步的運動都會與前一步進行能量比較,確保搜光系統(tǒng)往山峰的方向高效搜索,光從初始能量的0.26V搜到1.1V,整個峰值搜索過程大約5秒左右完成。
圖5FastAlign的1D運動軌跡
用戶完成峰值搜光算法后好可以調(diào)用Aerotech的其它算法在小范圍內(nèi)進行再多一次的掃描,檢驗是否搜索結(jié)果為峰值。
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