本實用新型涉及一種微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)整測控電路。
背景技術(shù)：
艦艇建造是一個大空間、多工序、多階段、長工期的過程，中間需要用到大量的由輥彎機、彎板機等機床加工出來的各式復(fù)雜曲面板，目前對類似機床加工出的曲面板的質(zhì)量評估即曲面板現(xiàn)場在線計量技術(shù)在我國是一個難題。
微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)基于機器視覺技術(shù)，具有操作簡單、不受被測物體表面形狀影響等特點，可完成曲面測量、多點同步測量、隱藏點測量和便攜式測量等任務(wù)，可很好的解決上述艦艇建造用曲面板的在線計量難題。
微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)主要由光筆、相機、姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)組成，而姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)主要由兩軸轉(zhuǎn)位機構(gòu)和其測控電路組成，由于光筆測量系統(tǒng)要求體積小，重量輕，以實現(xiàn)便攜式在線測量，這就要求其姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)中的測控電路具有控制和實現(xiàn)簡單、體積小、功耗低等特點，同時又要能使相機穩(wěn)定跟蹤光筆，以使光筆始終處于相機的視場內(nèi)，以實現(xiàn)曲面板的精確測量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型其目的就在于提供一種微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)整測控電路，從而實現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)中滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸兩軸光柵角度信號的測量與兩軸電機的自動調(diào)整與控制等功能，該電路具有體積小、重量輕、功耗低、實現(xiàn)簡單、控制平穩(wěn)和到位精確的特點。
實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，所述測控電路包括滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸兩通道相同電路，其電路器件和物理連接關(guān)系均相同，包括光柵信號轉(zhuǎn)換模塊、FPGA模塊、CAN模塊、驅(qū)動模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊和RS232轉(zhuǎn)換模塊，所述的光柵信號轉(zhuǎn)換模塊分別與外部對應(yīng)軸光柵和FPGA模塊相連；所述的FPGA模塊分別與光柵信號轉(zhuǎn)換模塊、CAN模塊和RS232轉(zhuǎn)換模塊相連；所述的CAN模塊分別與FPGA模塊和驅(qū)動模塊相連；所述的驅(qū)動模塊分別與外部對應(yīng)軸光柵、外部對應(yīng)軸電機和CAN模塊相連；所述的RS232模塊分別與外部相機和FPGA模塊相連；所述的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊包括24-5V轉(zhuǎn)換模塊和5V-3.3V及5V-1.2V轉(zhuǎn)換模塊,產(chǎn)生電路工作所需的各種電壓。
有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型具有以下優(yōu)點。
1、輕小、功耗低，摒棄了傳統(tǒng)的多處理器、大驅(qū)動器、強電流控制方式，采用單一處理器和低功耗的輕小型驅(qū)動器作為電路主體，整個測控電路體積小于65mm*65mm*15mm；
2、電路簡單，實現(xiàn)方便；
3、系統(tǒng)跟蹤平穩(wěn)；
4、姿態(tài)調(diào)整及到位精確，可使光筆測量系統(tǒng)測量誤差優(yōu)于0.5mm。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳述。
圖1為本實用新型的電路組成和邏輯示意圖。
具體實施方式
一種微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)整測控電路，如圖1所示，所述測控電路包括滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸兩通道相同電路，其電路器件和物理連接關(guān)系均相同，包括光柵信號轉(zhuǎn)換模塊、FPGA模塊、CAN模塊、驅(qū)動模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊和RS232轉(zhuǎn)換模塊，所述的光柵信號轉(zhuǎn)換模塊分別與外部對應(yīng)軸光柵和FPGA模塊相連；所述的FPGA模塊分別與光柵信號轉(zhuǎn)換模塊、CAN模塊和RS232轉(zhuǎn)換模塊相連；所述的CAN模塊分別與FPGA模塊和驅(qū)動模塊相連；所述的驅(qū)動模塊分別與外部對應(yīng)軸光柵、外部對應(yīng)軸電機和CAN模塊相連；所述的RS232模塊分別與外部相機和FPGA模塊相連；所述的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊包括24-5V轉(zhuǎn)換模塊和5V-3.3V及5V-1.2V轉(zhuǎn)換模塊,產(chǎn)生電路工作所需的各種電壓。
所述光柵信號轉(zhuǎn)換模塊包括滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸兩路轉(zhuǎn)換通道，完成兩路外部光柵信號的轉(zhuǎn)換，每路轉(zhuǎn)換通道包括三只瞬態(tài)抑制二極管和一片差分到單
端信號轉(zhuǎn)換芯片，瞬態(tài)抑制二極管用于抑制光柵A、B、Z正交信號的瞬間高電壓尖脈沖，差分到單端信號轉(zhuǎn)換芯片為一種MAXIN公司的RS422/485信號收發(fā)器，轉(zhuǎn)換完成后的單端信號最后經(jīng)過一片74LVC系列的電平信號轉(zhuǎn)換芯片，用于完成5V信號電平到3.3V信號電平的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)后續(xù)FPGA模塊的IO口電平要求。
所述的FPGA模塊至少包括一片ALTERA公司的CYCLONE II系列的管腳數(shù)大于200的現(xiàn)場可編程門陣列芯片，用于完成兩軸光柵信號角度解碼、邏輯時序控制、RS232通訊控制、CAN通訊控制、兩軸電機控制軌跡規(guī)劃和控制量輸出功能，其中6根管腳用于接收前端光柵轉(zhuǎn)換后的電平信號，2根管腳用于接收相機信號，30根管腳用于兩軸CAN通訊。
所述的CAN模塊至少包括一片NXP公司的SO-28封裝的CAN網(wǎng)絡(luò)控制處理器、一片NXP公司的SO-8封裝CAN通訊收發(fā)器、一片74系列緩沖器，CAN網(wǎng)絡(luò)控制處理器的8位數(shù)據(jù)線和讀寫控制線經(jīng)由緩沖器全部與前端FPGA模塊相連，CAN網(wǎng)絡(luò)控制處理器的CAN_P和CAN_N一對差分信號分別和CAN通訊收發(fā)器的相應(yīng)管腳相連，最后經(jīng)由CAN通訊收發(fā)器把控制指令發(fā)送給驅(qū)動模塊，實現(xiàn)FPGA模塊與驅(qū)動模塊間的快速通訊與實時控制。
所述的驅(qū)動模塊包括滾轉(zhuǎn)軸驅(qū)動模塊和俯仰軸驅(qū)動模塊，滾轉(zhuǎn)軸驅(qū)動模塊和俯仰軸驅(qū)動模塊每通道各至少包括一款ELMO公司的WHISTE系列微型電機驅(qū)動器，體積約為60mm*50mm*12mm，采用24V和5V供電，該驅(qū)動器接收FPGA模塊通過CAN模塊接口發(fā)送來的控制指令，同時接收該軸外部光柵原始信號并形成閉環(huán)，最終輸出與指令值對應(yīng)的三相信號給外部電機。
所述的RS232模塊包括一款MAXIN公司的SO-16封裝的RS232收發(fā)器芯片，把從電機獲取的光筆位置信號的RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。
所述的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊包括一款TI公司的LM系列的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片、一只大電流電感器和一只二極管，用于把外部輸入的24V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓，另外包括兩片TI公司TPS系列的低壓差電源芯片，用于把5V電壓分別轉(zhuǎn)換成3.3V和1.2V，其中，5V 和3.3V主要給電路器件和IO口供電，1.2V主要給FPGA核心供電。
微型跟蹤式光筆測量系統(tǒng)主要由光筆、相機、姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)組成，而姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)主要由兩軸轉(zhuǎn)位機構(gòu)和其測控電路組成，由于光筆測量系統(tǒng)要求體積小，重量輕，以實現(xiàn)便攜式在線測量，這就要求其姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)中的測控電路具有控制和實現(xiàn)簡單、體積小、功耗低等特點，同時又要能使相機穩(wěn)定跟蹤光筆，以使光筆始終處于相機的視場內(nèi)，以實現(xiàn)曲面板的精確測量。
如圖1所示，本實施例包括安裝于滾轉(zhuǎn)軸上的滾轉(zhuǎn)軸光柵、光柵信號轉(zhuǎn)換模塊、FPGA模塊、CAN模塊、驅(qū)動模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、RS232轉(zhuǎn)換模塊、滾轉(zhuǎn)軸電機、光筆、安裝于滾轉(zhuǎn)軸安裝面上的CMOS相機、外部24V直流電源。
把滾轉(zhuǎn)軸光柵信號接入測控板上的滾轉(zhuǎn)軸光柵接口，把滾轉(zhuǎn)軸電機控制線與及供電線與驅(qū)動器模塊相連，把CMOS相機信號接入RS232轉(zhuǎn)換模塊，并把相機，外部接入24V直流電源，并連接好電路其它連線，檢查連線的正確性并給整個測控電路接通24V直流電壓，電路開始工作。
首先手持光筆，使光筆中所有LED燈處于CMOS相機視場內(nèi)，按下光筆中開關(guān)，光筆中LED燈亮，此時CMOS相機（內(nèi)置圖像處理和算法運算模塊）自動獲取光筆空間位置信息，并把此信息通過RS232接口傳送至FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊此時一方面通過光柵信號轉(zhuǎn)換模塊送來的光柵信號進行計數(shù)和角度解碼，得到當前滾轉(zhuǎn)軸實時位置，并將此位置和光筆空間位置進行比較和軌跡規(guī)劃，通過FPGA內(nèi)部軟核實現(xiàn)控制輸出量，然后通過CAN模塊把控制輸出量輸出給驅(qū)動器模塊，驅(qū)動器模塊根據(jù)此控制量和光柵反饋的當前角位置，最終輸出三相信號控制滾轉(zhuǎn)軸電機運行至預(yù)期位置，聯(lián)合俯仰軸，使光筆在測量移動過程中，光筆始終處于相機視場內(nèi)，實現(xiàn)相機自動跟蹤光筆的功能，確保測量的連續(xù)性和可用性。
俯仰軸實施方式與滾轉(zhuǎn)軸類似，實際工作過程中，滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸同時工作。