磁場測量技術(shù)是研究與磁現(xiàn)象有關(guān)物理現(xiàn)象的重要手段,己經(jīng)逐漸形成為一門獨立的科學。在國防建設(shè)、科學研究、日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域,磁場測量常常起著決定性的作用,精度的高低、測量手段的難易、以及經(jīng)濟性等諸方面的因素,將直接關(guān)系到測量儀器的實用性、可推廣性。因此,研究和發(fā)展高精度、穩(wěn)定性好、靈敏度強、使用簡單、成本低廉的磁場測量儀器有著深遠的意義。

根據(jù)客戶的要求X軸1200mm，Y軸1000mm，Z軸500mm，定位精度±0.02mm，三維垂直度3’。為適合大行程要求單獨開發(fā)了一套三維平臺。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1實現(xiàn)功能

(1) 能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維的磁場測量功能，測磁探頭及探桿安裝在移動平臺上，移動平臺帶動測磁探頭在磁場空間移動。測磁過程要求計算機編程自動控制。磁鐵位置找正，測磁路徑參數(shù)設(shè)定以后，能夠進行自動測磁。

(2) 生成位置點與測磁數(shù)據(jù)對應的磁場分布數(shù)據(jù)文件。

(3) 可指定點移動，也可自由手動，自動設(shè)置限位。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

硬件配置：

控制系統(tǒng)采用MOTEC PCI卡，3軸模擬全閉環(huán)控制；伺服電機系統(tǒng)采用MOTEC，X軸使用兩套MOTEC伺服電機，主伺服同步驅(qū)動從伺服運動；光柵尺采用高精度MOTEC光尺。機械部分采用MOTEC三坐標大行程平臺，軟件部分單獨開發(fā)。

1.3 設(shè)備圖片

2 控制及工作過程

2.1控制過程

磁場系統(tǒng)將移動距離、速度、加速度寫入MOTEC PCI卡，控制卡根據(jù)光柵尺反饋的位置進行PID計算輸出速度模擬電壓傳送到X或Y或Z驅(qū)動器上，由驅(qū)動器控制電機移動，電機帶動絲杠連接的平臺移動。

    移動過程中，各軸光柵尺實時檢測各軸位置反饋到控制卡進行下伺服周期計算。運動到位后，磁場傳感器測出數(shù)據(jù)通過串口傳入到軟件，軟件讀取相應值存儲到文件。

2.2 工作過程

以測量四極磁鐵磁場為例，四極磁鐵的磁場區(qū)域為圓柱體形場。第一步找正，設(shè)定測磁原點（O點），需要用探頭找正圓柱體形場的中點，找正后設(shè)定該點為圓柱體場的測磁原點（O點）；第二步編程，在測磁原點建立磁場坐標系（笛卡爾坐標系Oxyz），在磁場坐標系中設(shè)定一組點（P1～P16）作為測磁點，編程使測磁探頭順序到達P1至P16點，到達每一點后需停留一定時間（比如5秒鐘），然后讀出磁場測量值，再移動至下一點。第三步測量，按照編好的程序運行，使探頭到達每一個測量點，并測得磁場數(shù)據(jù)，然后生成測磁數(shù)據(jù)文件（.txt或其它格式）。測磁數(shù)據(jù)文件中要有每個點的坐標值，及該點對應的磁場值。

3       磁場測量系統(tǒng)

3.1 主要功能

(1)    讀取數(shù)據(jù)txt文件，可方便進行編輯包括(輸入、剪切、復制、粘貼、刪除、撤消、重做、查找、替換等)，保存為txt文件。

(2)    可進行PID調(diào)節(jié)，進行參數(shù)設(shè)置。

(3)    查看IO端口狀態(tài)功能。

(4)    進行文本編輯后，并且對當前數(shù)據(jù)進行鎖定，防止意外修改。

(5)    直觀顯示各種數(shù)據(jù)，坐標、速度、限位值、當前點、停留時間、工作狀態(tài)等。

(6)    可直接同過計算機面板進行機器移動，也可同過手輪進行移動。

(7)    通過串口讀取測量數(shù)值，輸出測量數(shù)據(jù)txt文件，可設(shè)置輸出路徑。

(8)    每條指令都進行語法錯誤判斷，在運行中進行運動錯誤判斷，處理。

(9)    軟限位功能，能隨意設(shè)置各軸正負軟限位，將機器限制在某個階段內(nèi)。

(10) 矩陣功能，能對空間兩點間形成的立體進行多點矩陣排列，蛇形移動。

3.2界面介紹

菜單及工具欄，包括文件操作，文本操作，參數(shù)設(shè)置等基本操作。

左邊編輯區(qū)，可對文本進行輸入，刪除，選擇，剪切，復制，粘貼等編輯。每一行代表一個點坐標。

右邊顯示按鈕區(qū)，實時顯示設(shè)備當前位置及速度，當前執(zhí)行的點記錄及總點數(shù)。 設(shè)置的工作原點，正負限位值。JOG區(qū)，手動控制設(shè)備移動，按下移動抬起停止。

手動，此按鈕可切換手動和自動狀態(tài)，此手動指手輪。

鎖定，此按鈕可對文本編輯區(qū)進行鎖定/解鎖。

運行，此按鈕可讀取文本編輯區(qū)內(nèi)容，然后按照對應點進行移動。

原點，此按鈕彈出設(shè)置工作原點對話框。

時間，此按鈕彈出設(shè)置停留時間對話框。

復位，點此按鈕可進行機器復位，復位后機器自動移動負軟限位位置。

負限，此按鈕可將當前坐標設(shè)為負軟限位。

正限，此按鈕可將當前坐標設(shè)為正軟限位。

3.3菜單介紹

文件：新建、打開、保存、另存為、輸出路徑、打印、打印預覽、打印設(shè)置、退出。

編輯：撤消、全選、刪除、剪切、復制、粘貼、查找、查找下一個、替換。

系統(tǒng)：配置參數(shù)、查看I/O、串口設(shè)置、停留時間、工作原點、負限設(shè)置、正限設(shè)置、矩陣功能。

    結(jié)束語

此系統(tǒng)已成功應用，并且各項指標達到或超過客戶要求，XYZ軸重復定位精度0.01mm，速度范圍在1~100mm/s，機器運行平穩(wěn)。軟件開發(fā)考慮周全，符合客戶要求，并且提供許多方便快捷的操作方式，菜單、按鈕、快捷鍵多種方法操作；并且顯示各種運行數(shù)據(jù)，比較直觀。此系統(tǒng)只要替換為其它傳感器如：壓力、溫度、超聲等，便可應用測量工程。