本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種幾何精密測(cè)量控制器，包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)上通信連接有探測(cè)系統(tǒng)模塊以及機(jī)械系統(tǒng)；所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；所述探測(cè)系統(tǒng)模塊包括測(cè)頭以及控制測(cè)頭的測(cè)頭控制器；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)讀取空間坐標(biāo)值，控制探測(cè)系統(tǒng)模塊對(duì)測(cè)頭信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量所必須的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行幾何誤差與溫度誤差補(bǔ)償以提高坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度。本發(fā)明專利技術(shù)具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)動(dòng)控制方便、通用性好的特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種測(cè)量控制器，具體地說(shuō)是一種幾何精密測(cè)量控制器。
技術(shù)介紹
過(guò)去幾十年，人類取得重大科技成果，幾乎都與精密加工技術(shù)密切相關(guān)。從某種意義上說(shuō)，精密加工技術(shù)對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。由于精密加工要求的加工準(zhǔn)確度和表面質(zhì)量都很高，一定要有相應(yīng)的檢測(cè)手段，才能驗(yàn)證是否達(dá)到技術(shù)要求。而對(duì)此的測(cè)量精度要求非常嚴(yán)格，要求測(cè)量精度比加工精度至少高一個(gè)量級(jí)，這就要求精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展必須優(yōu)先于精密加工技術(shù)。因此精密測(cè)量技術(shù)是精密制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一，主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視并積極發(fā)展精密測(cè)量技術(shù)。在精密測(cè)量領(lǐng)域，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measuring Machine，CMM)是近50年發(fā)展起來(lái)一種高效率的三維測(cè)量?jī)x器。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)集成了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、軟件、控制、光學(xué)等技術(shù)，是反映當(dāng)今世界精密測(cè)量領(lǐng)域最高水平的儀器。其基本測(cè)量原理是將各種幾何模型的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)模型上點(diǎn)集坐標(biāo)位置的測(cè)量，通過(guò)軟件將得到的坐標(biāo)位置按一定算法計(jì)算出幾何模型的尺寸、形狀、相對(duì)位置等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、自動(dòng)測(cè)量，以及與加工中心聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)逆向工程，加精密轉(zhuǎn)臺(tái)之后可以實(shí)現(xiàn)四軸測(cè)量。由于它的測(cè)量范圍大、精度高、效率高、性能好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接，故有“測(cè)量中心”之稱。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為現(xiàn)代大型精密儀器，已經(jīng)越來(lái)越顯示出它的重要性和廣闊的發(fā)展前景。它可方便的進(jìn)行空間三維尺寸的測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的核心部件是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制器件，它是實(shí)現(xiàn)高速、高精度準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵之一，對(duì)整機(jī)測(cè)量精度、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)起到?jīng)Q定性作用。其基本原理是:測(cè)量機(jī)控制器件根據(jù)預(yù)定的方案，按照上位控制系統(tǒng)做出的決策命令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以確定的位移、速度、加速度及特定的運(yùn)動(dòng)形式控制測(cè)量裝置到達(dá)某個(gè)期望的空間位置進(jìn)行測(cè)量。目前有以下兩種控制器件:1、以單片機(jī)作為核心的測(cè)量機(jī)控制器。這類控制器的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期短。其缺點(diǎn)是單片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器速度慢，精度低。機(jī)柜占體積大，每軸需一塊控制板，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多軸同步控制，幾乎無(wú)控制算法及反饋機(jī)制，因此其只適用于一些低速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制和對(duì)軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合。2、以專用運(yùn)動(dòng)控制芯片PLC作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器。這類運(yùn)動(dòng)控制器由專用控制運(yùn)動(dòng)芯片完成速度曲線規(guī)劃、伺服控制算法、編碼器信號(hào)的處理等相應(yīng)功能。具有響應(yīng)速度快、系統(tǒng)集成度高、使用元器件少、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是專用運(yùn)動(dòng)控制器由于受制于芯片的功能，開(kāi)發(fā)者無(wú)法引入復(fù)雜的控制算法，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的靈活性較小，而且此類運(yùn)動(dòng)控制芯片的價(jià)格很尚。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)的一個(gè)主要方面提供一種幾何精密測(cè)量控制器，包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)上通信連接有探測(cè)系統(tǒng)模塊以及機(jī)械系統(tǒng)；所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；所述探測(cè)系統(tǒng)模塊包括測(cè)頭以及控制測(cè)頭的測(cè)頭控制器；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)讀取空間坐標(biāo)值，控制探測(cè)系統(tǒng)模塊對(duì)測(cè)頭信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量所必須的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行幾何誤差與溫度誤差補(bǔ)償以提高坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度。所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP、與DSP通信連接的第一 FPGA和第二 FPGA以及分別于DSP及第二 FPGA通信連接的SRAM，所述第一 FPGA將測(cè)頭觸發(fā)信號(hào)傳給第二 FPGA ;所述第一 FPGA包括雙口 RAM、測(cè)頭信號(hào)處理模塊、DA轉(zhuǎn)換接口、I/O接口以及通訊接口 ；所述第二 FPGA包括譯碼模塊、精插補(bǔ)器、測(cè)速機(jī)信號(hào)處理模塊以及光柵尺信號(hào)處理模塊。所述測(cè)頭信號(hào)處理模塊上通訊連接有差分接收模塊，所述I/O接口上通信連接有光耦隔離模塊，所述通訊接口上接有操作手柄。 所述雙口 RAM通過(guò)總線接口與PC機(jī)連接。所述精插補(bǔ)器上通信接有DA轉(zhuǎn)換及功率放大模塊，所述測(cè)速機(jī)信號(hào)處理模塊以及光柵尺信號(hào)處理模塊上均接有差分電路。所述機(jī)械系統(tǒng)包括X、Y、Z三個(gè)軸，每個(gè)軸上均設(shè)有光柵、溫度傳感器、限位開(kāi)關(guān)、電機(jī)以及碼盤。所述機(jī)械系統(tǒng)還包括第四軸一回轉(zhuǎn)軸C軸，實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)通控制。所述DSP數(shù)字信號(hào)處理完成以下數(shù)據(jù)運(yùn)算和實(shí)時(shí)控制功能:運(yùn)動(dòng)控制功能:復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與多軸協(xié)調(diào)控制、位置控制、實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算、伺服控制濾波完成測(cè)量誤差補(bǔ)償；觸發(fā)測(cè)量信號(hào)處理功能:測(cè)頭被觸發(fā)時(shí)，接收FPGA鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償計(jì)算；掃描測(cè)量控制功能:處理掃描測(cè)頭采集的數(shù)據(jù)，并控制測(cè)量機(jī)按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運(yùn)動(dòng)；通信功能:通過(guò)FPGA內(nèi)部的雙端RAM實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換與通訊、控制指令的發(fā)送和加工狀態(tài)的反饋；速度控制功能:利用加減速算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；參數(shù)設(shè)置功能:允許用戶對(duì)控制系統(tǒng)的各運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整與修改；輔助功能:接收FPGA的通用I/O離散量信號(hào)；所述FPGA實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)并行處理:DSP發(fā)送的插補(bǔ)信號(hào)經(jīng)處理后輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)各軸電機(jī)；接收電機(jī)產(chǎn)生的差分反饋的測(cè)速機(jī)信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)送給DSP形成閉環(huán)控制；接收光柵位移傳感器信號(hào)并記錄實(shí)時(shí)位置，有觸發(fā)信號(hào)時(shí)進(jìn)行光柵數(shù)據(jù)鎖存；接收測(cè)頭信號(hào)并實(shí)時(shí)處理，達(dá)到觸發(fā)條件時(shí)，發(fā)送給DSP進(jìn)行相關(guān)測(cè)量操作；接收操作手柄信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送給DSP進(jìn)行手動(dòng)控制測(cè)量；通過(guò)雙端口 RAM實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊；接收經(jīng)光耦隔離的離散I/O信號(hào)輸出到DSP進(jìn)行處理。本專利技術(shù)的技術(shù)方案克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，同時(shí)還具有三軸同步平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)、抗外部電磁干擾、信噪比高、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。【附圖說(shuō)明】圖1為本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)示框圖；圖2為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作更進(jìn)一步的說(shuō)明。需要指出的是，這些說(shuō)明只是示例性的，并不對(duì)本專利技術(shù)構(gòu)成限制。如圖1和2所示，一種幾何精密測(cè)量控制器，包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)上通信連接有探測(cè)系統(tǒng)模塊以及機(jī)械系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)包括X、Y、Z三個(gè)軸，每個(gè)軸上均設(shè)有光柵、溫度傳感器、限位開(kāi)關(guān)、電機(jī)以及碼盤，還可配上第四軸，即回轉(zhuǎn)軸C軸，實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)通控制；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；探測(cè)系統(tǒng)模塊包括測(cè)頭以及控制測(cè)頭的測(cè)頭控制器。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP、與DSP通信連接的第一 FPGA和第二 FPGA以及分別于DSP及第二 FPGA通信連接的SRAM，第一 FPGA將測(cè)頭觸發(fā)信號(hào)傳給第二 FPGA。FPGA可編程邏輯門陣列實(shí)現(xiàn)同步的三軸電機(jī)控制、編碼器反饋、測(cè)量信號(hào)處理，使三軸同步平穩(wěn)的按指定軌跡運(yùn)動(dòng)。第一FPGA包括雙口 RAM、測(cè)頭信號(hào)處理模塊、DA轉(zhuǎn)換接口、I/O接口以及通訊接口 ；測(cè)頭信號(hào)處理模塊上通訊連接有差分接收模塊，I/O接口上通信連接有光耦隔離模塊，通訊接口上接有操作手柄，雙口 RAM通過(guò)總線接口與PC機(jī)連接。雙端口 RAM實(shí)現(xiàn)了 DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊與上位PC機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，提高了 DSP資源利用率。光耦隔離模塊有效地抑制尖脈沖和各種噪音干擾，從而使過(guò)程通道上的信噪比大為提高。第二 FPGA包括譯碼模塊、精插補(bǔ)器、測(cè)速機(jī)信號(hào)處理模塊以及光當(dāng)前第1頁(yè)1 2 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種幾何精密測(cè)量控制器，其特征在于：包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)上通信連接有探測(cè)系統(tǒng)模塊以及機(jī)械系統(tǒng)；所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；所述探測(cè)系統(tǒng)模塊包括測(cè)頭以及控制測(cè)頭的測(cè)頭控制器；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)讀取空間坐標(biāo)值，控制探測(cè)系統(tǒng)模塊對(duì)測(cè)頭信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量所必須的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行幾何誤差與溫度誤差補(bǔ)償以提高坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張化，陶彥博，陶彥超，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳華清精密科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44
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