固高科技運(yùn)動控制器在測量機(jī)中的運(yùn)用

1 、前言         三坐標(biāo)測量機(jī)測量原理就是將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，可獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算求出被測物體的幾何尺寸和形狀。經(jīng)過與CAD 設(shè)計(jì)模型的比對，可以檢測加工零件的合格性，在工業(yè)實(shí)際中有著巨大的應(yīng)用價值?；冢茫停偷慕佑|式測量方法具有測量準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，常用的數(shù)據(jù)采集方式有手動采樣模式和自動采樣模式。 1.1 手動采樣模式         采用Joystick 驅(qū)動探頭去接觸零件表面，探頭的探針每次接觸零件表面,就采集一個輪廓的數(shù)據(jù),然后再移動一個間距,采集下一個輪廓數(shù)據(jù),最后得出測量表面信息。手動采樣的速度較低，靠教來移動機(jī)臺，效率低下，不適合工業(yè)大批量測量的要求。 1.2 自動采樣模式         為了解決手動采樣效率低下的問題，必須要開發(fā)出能夠自動測量的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測量路徑的預(yù)生成，再讓探頭按照生成的路徑連續(xù)運(yùn)動去收集點(diǎn)的信息，這樣就提高了效率，能夠解決大批量測量的問題。目前我們用的來自美國的一套三坐標(biāo)測量機(jī)上層軟件功能非常強(qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動收集并與模型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對，生成一個報(bào)表，最終還能加入數(shù)據(jù)庫中供參考與查閱。這套軟件提供一個與控制器的通訊協(xié)議，我們就利用這個協(xié)議在固高板卡這個控制器平臺上開發(fā)出了一套下位機(jī)的控制軟件，來與上位機(jī)軟件配合完成對探頭的驅(qū)動以及點(diǎn)的收集。

2、 系統(tǒng)構(gòu)成

        圖1 顯示了一套CMM 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括的幾個部分：上位計(jì)算機(jī)（裝有CMMManager測量軟件），通過串口與固高嵌入式運(yùn)動控制平臺相連，固高嵌入式運(yùn)動控制器能夠同時控制多路電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)），同時還能通過另外的一個串口與探頭控制器相連，探頭具有兩個旋轉(zhuǎn)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)空間任意角度的旋轉(zhuǎn)，可以測空間任意位姿的點(diǎn)信號。嵌入式中有我們開發(fā)的下位機(jī)控制軟件，能夠拖動我們的探頭運(yùn)動到期望的位置，同時讓探頭調(diào)整到期望的位姿。圖2 顯示了正在測量中的CMM-Manager 軟件。

3 、關(guān)鍵技術(shù) 1） 位置反饋：必須要有軸端編碼器反饋，能夠?qū)崟r監(jiān)控機(jī)床各軸到達(dá)的位置，以便于測量點(diǎn)的收集與上層軟件的模擬仿真，即使在遠(yuǎn)程也能清晰觀測到測量的完整過程，固高運(yùn)動控制板卡，不僅能夠提供模擬電壓輸出的閉環(huán)控制，在板卡上作了位置的閉環(huán)，同時還能夠控制步進(jìn)電機(jī)以及脈沖輸出的伺服電機(jī)，在這種情況下需要有軸編碼器通道來收集運(yùn)動軸的位置信息，對于在測量中的這兩種方式，固高都提供完善的解決方案。 2） 支持手動運(yùn)行與自動運(yùn)行的完美切換，在測量中手動定坐標(biāo)系與手動采集非常重要，手動運(yùn)行采用Joystick 三維模擬搖桿，能夠同時實(shí)現(xiàn)三軸的無級調(diào)速，自動運(yùn)行中測量路徑有一定的矢量要求，必須能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維的插補(bǔ)運(yùn)動，可見手動與自動在運(yùn)動上有不同的要求，固高運(yùn)動控制器支持點(diǎn)位功能又支持連續(xù)軌跡功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對這個問題的完美解決。

3） 精確定位，回零的精度將直接影響到測量的精度，固高板卡提供Home＋I(xiàn)ndex 的回零方式，能夠?qū)⒒亓憔冗_(dá)到微米級。提供的回零流程為： a)啟動Home 捕獲，當(dāng)Home 捕獲觸發(fā)時，運(yùn)動到Home 捕獲觸發(fā)時的位置 b)運(yùn)動停止后，啟動Index 捕獲，反向運(yùn)動一圈半 c)當(dāng)Index 捕獲觸發(fā)時，運(yùn)動到Index 捕獲觸發(fā)時的位置 d)運(yùn)動停止后，將目標(biāo)位置和實(shí)際位置清0

4） 精確捕獲，測量機(jī)的目的就是要收集被測量點(diǎn)用來與給出點(diǎn)進(jìn)行比較，從而得出產(chǎn)品是否合格的報(bào)表，當(dāng)探頭與工件接觸的時候要能夠準(zhǔn)確的將接觸點(diǎn)處的位置記錄下來，固高板卡采用硬件來實(shí)現(xiàn)鎖存，提供一路探針輸入信號，當(dāng)探針觸發(fā)時，硬件會將三路編碼器信號同時鎖存下來，誤差不超過正負(fù)一個脈沖，沒有時間滯后的問題，這是非常精確的位置鎖存，特別適合應(yīng)用在要求非常高的測量領(lǐng)域。

4、 軟件編制         基于美國的這套上層軟件，配合固高的運(yùn)動控制器平臺，我們開發(fā)了基于嵌入式Dos平臺的下層控制軟件，上層軟件提供給我們的僅僅是一個接口協(xié)議，通過RS232 來進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，我們要做的首先就是摸清它的通訊協(xié)議，做好數(shù)據(jù)接受與譯碼的工作，然后就是根據(jù)不同的指令來驅(qū)動探頭去采集所需要的點(diǎn)信息，全部的流程我們在主循環(huán)中來實(shí)現(xiàn)，CMM系統(tǒng)中必須的一點(diǎn)就是要有回退功能，當(dāng)探頭碰到工件表面時，立即按照設(shè)定的回退矢量與回退距離回退到一個位置，它的運(yùn)動指令主要分為PT 定位指令與PM 測量指令，具體軟件流程如下圖：

5 、結(jié)論        通過在固高四軸演示箱平臺上的仿真實(shí)驗(yàn)證明，采用固高板卡的三坐標(biāo)測量系統(tǒng)完全滿足測量領(lǐng)域的工藝要求，運(yùn)行過程平穩(wěn)，到位準(zhǔn)確，可以達(dá)到非常高的測量精度。