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固高运动控制器在测量机中的运用 |
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作者：蒋仕龙 王海东 |
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1 前言
三坐标测量机测量原理就是将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸和形状。经过与CAD 设计模型的比对，可以检测加工零件的合格性，在工业实际中有着巨大的应用价值。
基于ＣＭＭ的接触式测量方法具有测量准确度高的优点，常用的数据采集方式有手动采样模式和自动采样模式。
1.1 手动采样模式
采用Joystick 驱动探头去接触零件表面，探头的探针每次接触零件表面,就采集一个轮廓的数据,然后再移动一个间距,采集下一个轮廓数据,最后得出测量表面信息。手动采样的速度较低，靠教来移动机台，效率低下，不适合工业大批量测量的要求。
1.2 自动采样模式
为了解决手动采样效率低下的问题，必须要开发出能够自动测量的技术，实现测量路径的预生成，再让探头按照生成的路径连续运动去收集点的信息，这样就提高了效率，能够解决大批量测量的问题。
目前我们用的来自美国的一套三坐标测量机上层软件功能非常强大，能够实现数据的自动收集并与模型的标准数据比对，生成一个报表，最终还能加入数据库中供参考与查阅。这套软件提供一个与控制器的通讯协议，我们就利用这个协议在固高板卡这个控制器平台上开
发出了一套下位机的控制软件，来与上位机软件配合完成对探头的驱动以及点的收集。
2 系统构成
图1 CMM 系统构成图
图1 显示了一套CMM 三坐标测量系统包括的几个部分：上位计算机（装有CMMManager测量软件），通过串口与固高嵌入式运动控制平台相连，固高嵌入式运动控制器能够同时控制多路电机（步进电机或伺服电机），同时还能通过另外的一个串口与探头控制器相连，探头具有两个旋转自由度，能够实现空间任意角度的旋转，可以测空间任意位姿的点信号。嵌入式中有我们开发的下位机控制软件，能够拖动我们的探头运动到期望的位置，同时让探头调整到期望的位姿。图2 显示了正在测量中的CMM-Manager 软件。
图2 CMM-Manager 软件
3 关键技术
1） 位置反馈：必须要有轴端编码器反馈，能够实时监控机床各轴到达的位置，以便于测量点的收集与上层软件的模拟仿真，即使在远程也能清晰观测到测量的完整过程，固高运动控制板卡，不仅能够提供模拟电压输出的闭环控制，在板卡上作了位置的闭环，同时还能够控制步进电机以及脉冲输出的伺服电机，在这种情况下需要有轴编码器通道来收集运动轴的位置信息，对于在测量中的这两种方式，固高都提供完善的解决方案。
2） 支持手动运行与自动运行的完美切换，在测量中手动定坐标系与手动采集非常重要，手动运行采用Joystick 三维模拟摇杆，能够同时实现三轴的无级调速，自动运行中测量路径有一定的矢量要求，必须能够实现空间三维的插补运动，可见手动与自动在运动上有
不同的要求，固高运动控制器支持点位功能又支持连续轨迹功能，能够实现对这个问题的完美解决。
3） 精确定位，回零的精度将直接影响到测量的精度，固高板卡提供Home＋Index 的回零方式，能够将回零精度达到微米级。提供的回零流程为：
a)启动Home 捕获，当Home 捕获触发时，运动到Home 捕获触发时的位置
b)运动停止后，启动Index 捕获，反向运动一圈半
c)当Index 捕获触发时，运动到Index 捕获触发时的位置
d)运动停止后，将目标位置和实际位置清0
4） 精确捕获，测量机的目的就是要收集被测量点用来与给出点进行比较，从而得出产品是否合格的报表，当探头与工件接触的时候要能够准确的将接触点处的位置记录下来，固高板卡采用硬件来实现锁存，提供一路探针输入信号，当探针触发时，硬件会将三路编
码器信号同时锁存下来，误差不超过正负一个脉冲，没有时间滞后的问题，这是非常精确的位置锁存，特别适合应用在要求非常高的测量领域。
4 软件编制
基于美国的这套上层软件，配合固高的运动控制器平台，我们开发了基于嵌入式Dos平台的下层控制软件，上层软件提供给我们的仅仅是一个接口协议，通过RS232 来进行传输数据，我们要做的首先就是摸清它的通讯协议，做好数据接受与译码的工作，然后就是根据不同的指令来驱动探头去采集所需要的点信息，全部的流程我们在主循环中来实现，CMM系统中必须的一点就是要有回退功能，当探头碰到工件表面时，立即按照设定的回退矢量与回退距离回退到一个位置，它的运动指令主要分为PT 定位指令与PM 测量指令，具体软件流程如下图：
图4 主程序流程图
5 结论
通过在固高四轴演示箱平台上的仿真实验证明，采用固高板卡的三坐标测量系统完全满足测量领域的工艺要求，运行过程平稳，到位准确，可以达到非常高的测量精度。(end)
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(6/23/2014) |
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