运动轨迹的预测方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及轨迹预测领域，特别涉及一种运动轨迹的预测方法、系统、设备及介质。

背景技术

先进材料测试技术中，需要利用激光在测试材料上进行激光打点，即测试材料作为样品，千赫兹频率发射的激光照射在靶子上会留下焦斑作为打靶观测点。打靶过程中，需要使用运动控制设备对样品的移动方向进行控制，运动控制设备需要与千赫兹激光实现联动，从而保证观测点与观测点之间具有等距的间隔。

当前实验中打点逻辑为：利用X、Y轴双直线位移台共同控制样品移动，使用激光定点打靶，完成多行直线轨迹打点。确定好开始点位后，X轴直线位移台(以下简称“X轴”)控制样品横向移动，完成横向整行打靶后，X轴停止。启动Y轴直线位移台控制样品纵向移动，使激光定点至下一行起始处，再次启动X轴进行打靶。整个流程中反复进行以上操作，直至完成整个样品的打靶测试。但由于激光打点速度极快，而位移台每次启动与停止都需要加速或减速时间。从而导致每行开始与结束部分存在大量重合无效观测点，造成样品的大面积浪费。而实验中样品材料本身价格昂贵，同时精加工流程时间长，加工费会进一步增加成本。另一方面，横向每行打靶结束后，都需要位置调整，频繁的位置调整增加时间成本，同时对双直线位移台位移精度要求极高。造成打靶结果的不稳定。因此，需要提供一种运动轨迹的预测方法、系统、设备及介质。

发明内容

本发明提供一种运动轨迹的预测方法和系统。以解决现有技术中进行激光打靶时，由于双直线位移台每次移动都有距离误差，导致样品中具有大量无效观测点，致使打靶结果不准确的问题。

本发明提供的一种运动轨迹的预测方法，包括：

获取观测点在样品上初始时刻的半径，及所述样品转动的线速度；

基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在所述样品上第一时刻的半径；其中，所述第一时刻与所述初始时刻间隔有一个时间周期，所述半径为观测点在所述样品上当前时刻的位置相对于样品中心的距离；

基于观测点在所述所述样品上第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置；其中，所述待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔有一个或多个相同的时间周期。

于本发明一实施例中，所述观测点在待预测时刻的线速度与所述观测点在第一时刻的线速度相同。

于本发明一实施例中，所述基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在所述样品上第一时刻的半径，包括：

基于所述样品转动的线速度，以及所述时间周期，获取所述观测点的移动距离；

基于所述观测点的移动距离，与所述初始时刻的半径，获取所述观测点在所述样品上第一时刻的半径。

于本发明一实施例中，所述基于观测点在所述第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置，包括：

获取待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔的时间周期的数量；

基于所述第一时刻的半径及样品转动的线速度，以及观测点在第一时刻的角速度、所述时间周期的数量，基于预设的观测点预测规则，预测观测点在待预测时刻的角速度；

基于所述观测点在待预测时刻的角速度，预测所述观测点在所述样品上待预测时刻的位置。

于本发明一实施例中，所述基于观测点在所述第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在待预测时刻的位置之前，还包括：获取观测点在第一时刻的角速度。

于本发明一实施例中，所述观测点预测规则为：

于本发明一实施例中，所述观测点预测规则为：

在本发明的另一方面，还提供了一种运动轨迹的预测系统，所述系统包括：

半径及线速度获取模块，用于获取观测点在样品上初始时刻的半径，及样品转动的线速度；

第一时刻半径获取模块，用于基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在第一时刻的半径；其中，所述第一时刻与所述初始时刻间隔有一个时间周期，所述半径为观测点在所述样品上当前时刻的位置相对于样品中心的距离；

观测点位置预测模块，用于基于观测点在所述样品上第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置；其中，所述待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔有一个或多个相同的时间周期。

于本发明一实施例中，还提供一种运动轨迹的预测设备，包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现上述任一项所述的方法。

于本发明一实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，包括程序，当所述程序在计算机上运行时，执行上述中任一项所述的方法。

本发明提出的一种运动轨迹的预测方法、系统、设备及介质，通过获取观测点在第一时刻的半径，以及观测点在初始时刻的半径、样品转动的线速度，从而可预测观测点在样品上未来时刻的位置，以便基于未来时刻的位置，精准调控双直线位移台，实现样品的精准移动。解决了现有技术直线打靶时，由于各种卡顿或位移台反复位移的问题，导致每次启动设备时，都有大量无效观测点的问题。减少了频繁位移产生的累加误差，降低了X轴直线位移台，与真空转台的位移精度要求方，提升了打靶的准确性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的观测点旋转位置示意图；

图2为本发明一实施例提供的类阿基米德螺旋线示意图；

图3为本发明实施例提供的运动轨迹的预测方法的一个流程示意图；

图4显示为本发明一实施例中步骤S2的流程示意图；

图5显示为本发明一实施例中步骤S3的流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的运动轨迹的预测系统的结构框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

本发明提供一种运动轨迹的预测方法，通过获取观测点在第一时刻的半径，以及观测点在初始时刻的半径、样品转动的线速度，从而可预测观测点在样品上未来时刻的位置，以便基于未来时刻的位置，精准调控双直线位移台，实现样品的精准移动。解决了现有技术直线打靶时，由于各种卡顿或位移台反复位移的问题，导致每次启动设备时，都有大量无效观测点的问题。减少了频繁位移产生的累加误差，降低了X轴直线位移台，与真空转台的位移精度要求。

请参见图1至图3，图1为本发明一实施例提供的观测点旋转位置示意图，图2为本发明一实施例提供的类阿基米德螺旋线示意图，图3为本发明实施例提供的运动轨迹的预测方法的一个流程示意图，包括如下步骤：

S1、获取观测点在所述样品上初始时刻的半径，及样品转动的线速度。

样品打靶时，利用X、Y轴双直线位移台共同控制样品移动，激光定点打靶，完成多行直线轨迹打点。确定好开始点位后，X轴直线位移台启动，完成横向整行打靶后，X轴直线位移台停止。再启动Y轴直线位移台进行纵向调节，移动靶子，使激光定点至下一行开始处，再次启动X轴直线位移台进行打靶。整个流程中反复进行以上操作，直至完成整个样品的打靶测试。通过获取观测点在未来时刻的运动轨迹，从而调整双直线位移台的移动方位，实现样品的精确定位。本发明中，由于样品为圆形，使用极坐标系，且坐标系的原点为样品的圆心。首先需要获取观测点在样品上初始时刻的半径，其中，初始时刻可以为零时刻，此时由于未打靶，因此观测点在初始时刻的半径为零。初始时刻还可以为打靶开始后的任意一个打靶时刻，此时需要测量该时刻观测点到原点的距离，作为观测点在初始时刻的半径。由于样品放置在真空转台上，因此基于真空转台的转速，可确定样品转动的角速度。例如，样品转动的角速度与真空转台的转速相同。

S2、基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在所述样品上第一时刻的半径；其中，所述第一时刻与所述初始时刻间隔有一个时间周期，所述半径为观测点在所述样品上当前时刻的位置相对于样品中心的距离。

时间周期为激光打点的时间间隔。确定初始时刻后，将下一个激光打点时间作为第一时刻，并获取观测点在样品上第一时刻的半径。具体地，请参阅图4，图4显示为本发明一实施例中步骤S2的流程示意图。步骤S2中，所述基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在第一时刻的半径，包括：

S21、基于所述样品转动的线速度，以及所述时间周期，获取所述观测点的移动距离；

S22、基于所述观测点的移动距离，与所述初始时刻的半径，获取所述观测点在所述样品上第一时刻的半径。

样品的线速度即为样品在直线方向的运动速率，根据样品的线速度，以及时间间隔，可以预测观测点在样品上从初始时刻到第一时刻的移动距离，即ρ

S3、基于观测点在所述样品上第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置；其中，所述待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔有一个或多个相同的时间周期。

获取观测点在样品中，处于第一时刻的半径，以及观测点在样品中，处于初始时刻的半径、样品转动的线速度后，通过预设的轨迹获取方式，获得样品上未来待预测时刻的观测点位置，从而为双直线位移平台提供数据支撑。其中，待预测时刻可以是第一时刻后的下一个打点时刻，即与第一时刻间隔有一个时间周期。也可以是第一时刻后的第m个打点时刻，即与第一时刻之间间隔有m个时间周期。

请参阅图5，图5显示为本发明一实施例中步骤S3的流程示意图，在本发明一实施例中，步骤S3中，所述基于观测点在所述样品上第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置，包括：

S31、获取待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔的时间周期的数量；

S32、基于所述第一时刻的半径及样品转动的线速度，以及观测点在第一时刻的角速度、所述时间周期的数量，基于预设的观测点预测规则，预测观测点在待预测时刻的角速度；

S33、基于所述观测点在待预测时刻的角速度，预测所述观测点在所述样品上待预测时刻的位置。

为了实现均匀打靶，因此相邻观测点之间具有等距的间隔，即阿基米德螺旋线上相邻两个观测点的距离一致。由于激光打点的频率很高，时间周期为毫秒级，相邻两个观测点之间的距离为微米级，因此本发明中使用弧长近似为两点之间的距离，而忽略半径在运动时的变化。为了保持相邻两个观测点之间的距离相同，即两者的弧长相同。示例性地，对于三个相邻时刻的观测点a、b、c，需要保证弧长ab与弧长bc的长度一致。弧长的公式如公式(1)所示：

其中，L为弧长，n为弧长对应的圆心角，r为弧所在圆的半径。若保持两段弧长一致，则需要保证n

θ

其中，θ

其中，ρ为观测点的横向线速度，由此可知，若a点为观测点在第一时刻的位置，则在获取到观测点在第一时刻的角速度θ

进一步地，还可基于上述相邻观测点之间的角速度关系，得到待预测时刻的角速度与第一时刻角速度的关系：

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着顺序的先后，各过程的顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种运动轨迹的预测系统。运动轨迹的预测系统与上述实施例中运动轨迹的预测方法一一对应。如图6所示，运动轨迹的预测系统100包括半径及线速度获取模块110，第一时刻半径获取模块120，观测点位置预测模块130。其中，半径及线速度获取模块110用于获取观测点在样品上初始时刻的半径，及所述样品转动的线速度。第一时刻半径获取模块120用于基于所述初始位置的半径及样品转动的线速度，获取观测点在第一时刻的半径；其中，所述第一时刻与所述初始时刻间隔有一个时间周期，所述半径为观测点在所述样品上当前时刻的位置相对于样品中心的距离。观测点位置预测模块130用于基于观测点在所述样品上第一时刻的半径及样品转动的线速度，预测观测点在所述样品上待预测时刻的位置；其中，所述待预测时刻与所述第一时刻之间，间隔有一个或多个相同的时间周期。

关于运动轨迹的预测系统的具体限定可以参见上文中对于运动轨迹的预测方法的限定，在此不再赘述。上述运动轨迹的预测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件格式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件格式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用以上各个模块对应的操作。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，计算机程序在时，可包括如上述各方法的实施例的流程。可以理解的是，本发明中由于涉及云端和客户端交互，因此存储介质既可以放于云端，也可以放于客户端，在此不做限定。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种格式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

综上所述，本发明公开的一种运动轨迹的预测方法、系统、设备及介质，由于现有技术中每次横向线性轨迹打靶，X轴都需要启动与停止，无效观测点每行开头与结尾都存在，采用Y轴直线位移台完成观测点换行，完整利用一个样品靶子，需要移动数千次。每次位置调节，都要严格控制精度，使位移台移动到指定位置，并保证位置在误差范围内。而本发明中，X轴直线位移台只需启动、停止一次，大量减少无效观测点，真空转台也只需启动一次，完成打靶真空转台停止，省去繁琐的位置调整过程，优化了整个打靶流程的所需时间。只需要确定X轴直线位移台与真空转台在移动至激光打点初始位置与结束位置的位移在误差范围内，减少了频繁位移产生的累加误差，降低了X轴直线位移台，与真空转台的位移精度要求。本发明通过基于阿基米德螺旋线模型的衰减速度算法的使用，满足相邻观测点间距相等的要求，并基于阿基米德螺旋线模型应用于旋转打靶中，解决加速度带来的大量无效观测点问题。通过真空转台的使用，有效解决了直线打点的各类卡顿问题，及反复位移问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。