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固高运动控制器在测量机中的运用

2014-06-26 17:33:43 点击: 来自:

       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,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,率低下,不适合工业大批量测量的要求。

1.2 自动采样模式

为了解决手动采样率低下的问题,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,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:要有轴编码器反馈,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,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解决。

3) 确定位,回零的度将直接影响到测量的度,固高板卡提供Home+Index 的回零方式,能够将回零度达到微米级。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) 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,这是非常确的位置锁存,特别适合应用在要求非常高的测量域。

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度。

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