固高科技運(yùn)動(dòng)控制器在測(cè)量機(jī)中的運(yùn)用
1 、前言 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量原理就是將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量空間,可獲得被測(cè)物體上各測(cè)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(cè)物體的幾何尺寸和形狀。經(jīng)過(guò)與CAD 設(shè)計(jì)模型的比對(duì),可以檢測(cè)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(jià)值?;冢茫停偷慕佑|式測(cè)量方法具有測(cè)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(dòng)采樣模式和自動(dòng)采樣模式。 1.1 手動(dòng)采樣模式 采用Joystick 驅(qū)動(dòng)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(gè)輪廓的數(shù)據(jù),然后再移動(dòng)一個(gè)間距,采集下一個(gè)輪廓數(shù)據(jù),最后得出測(cè)量表面信息。手動(dòng)采樣的速度較低,靠教來(lái)移動(dòng)機(jī)臺(tái),效率低下,不適合工業(yè)大批量測(cè)量的要求。 1.2 自動(dòng)采樣模式 為了解決手動(dòng)采樣效率低下的問(wèn)題,必須要開(kāi)發(fā)出能夠自動(dòng)測(cè)量的技術(shù),實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)去收集點(diǎn)的信息,這樣就提高了效率,能夠解決大批量測(cè)量的問(wèn)題。目前我們用的來(lái)自美國(guó)的一套三坐標(biāo)測(cè)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(dòng)收集并與模型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對(duì),生成一個(gè)報(bào)表,最終還能加入數(shù)據(jù)庫(kù)中供參考與查閱。這套軟件提供一個(gè)與控制器的通訊協(xié)議,我們就利用這個(gè)協(xié)議在固高板卡這個(gè)控制器平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出了一套下位機(jī)的控制軟件,來(lái)與上位機(jī)軟件配合完成對(duì)探頭的驅(qū)動(dòng)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(cè)量系統(tǒng)包括的幾個(gè)部分:上位計(jì)算機(jī)(裝有CMMManager測(cè)量軟件),通過(guò)串口與固高嵌入式運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)相連,固高嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器能夠同時(shí)控制多路電機(jī)(步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)),同時(shí)還能通過(guò)另外的一個(gè)串口與探頭控制器相連,探頭具有兩個(gè)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(cè)空間任意位姿的點(diǎn)信號(hào)。嵌入式中有我們開(kāi)發(fā)的下位機(jī)控制軟件,能夠拖動(dòng)我們的探頭運(yùn)動(dòng)到期望的位置,同時(shí)讓探頭調(diào)整到期望的位姿。圖2 顯示了正在測(cè)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(shí)監(jiān)控機(jī)床各軸到達(dá)的位置,以便于測(cè)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(cè)到測(cè)量的完整過(guò)程,固高運(yùn)動(dòng)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(shí)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(lái)收集運(yùn)動(dòng)軸的位置信息,對(duì)于在測(cè)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(dòng)運(yùn)行與自動(dòng)運(yùn)行的完美切換,在測(cè)量中手動(dòng)定坐標(biāo)系與手動(dòng)采集非常重要,手動(dòng)運(yùn)行采用Joystick 三維模擬搖桿,能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)三軸的無(wú)級(jí)調(diào)速,自動(dòng)運(yùn)行中測(cè)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(dòng),可見(jiàn)手動(dòng)與自動(dòng)在運(yùn)動(dòng)上有不同的要求,固高運(yùn)動(dòng)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(duì)這個(gè)問(wèn)題的完美解決。
3) 精確定位,回零的精度將直接影響到測(cè)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(jí)。提供的回零流程為: a)啟動(dòng)Home 捕獲,當(dāng)Home 捕獲觸發(fā)時(shí),運(yùn)動(dòng)到Home 捕獲觸發(fā)時(shí)的位置 b)運(yùn)動(dòng)停止后,啟動(dòng)Index 捕獲,反向運(yùn)動(dòng)一圈半 c)當(dāng)Index 捕獲觸發(fā)時(shí),運(yùn)動(dòng)到Index 捕獲觸發(fā)時(shí)的位置 d)運(yùn)動(dòng)停止后,將目標(biāo)位置和實(shí)際位置清0
4) 精確捕獲,測(cè)量機(jī)的目的就是要收集被測(cè)量點(diǎn)用來(lái)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(shí)候要能夠準(zhǔn)確的將接觸點(diǎn)處的位置記錄下來(lái),固高板卡采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖存,提供一路探針輸入信號(hào),當(dāng)探針觸發(fā)時(shí),硬件會(huì)將三路編碼器信號(hào)同時(shí)鎖存下來(lái),誤差不超過(guò)正負(fù)一個(gè)脈沖,沒(méi)有時(shí)間滯后的問(wèn)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(cè)量領(lǐng)域。
4、 軟件編制 基于美國(guó)的這套上層軟件,配合固高的運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái),我們開(kāi)發(fā)了基于嵌入式Dos平臺(tái)的下層控制軟件,上層軟件提供給我們的僅僅是一個(gè)接口協(xié)議,通過(guò)RS232 來(lái)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(lái)驅(qū)動(dòng)探頭去采集所需要的點(diǎn)信息,全部的流程我們?cè)谥餮h(huán)中來(lái)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(shí),立即按照設(shè)定的回退矢量與回退距離回退到一個(gè)位置,它的運(yùn)動(dòng)指令主要分為PT 定位指令與PM 測(cè)量指令,具體軟件流程如下圖:
5 、結(jié)論 通過(guò)在固高四軸演示箱平臺(tái)上的仿真實(shí)驗(yàn)證明,采用固高板卡的三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)完全滿足測(cè)量領(lǐng)域的工藝要求,運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn),到位準(zhǔn)確,可以達(dá)到非常高的測(cè)量精度。
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