柵尺信號處理模塊。精插補器上通信接有DA轉(zhuǎn)換及功率放大模塊，測速機信號處理模塊以及光柵尺信號處理模塊上均接有差分電路。差分信號對外部電磁干擾是高度免疫的，尤其對共模干擾具有很好的抑制。
[0033]DSP數(shù)字信號處理完成以下數(shù)據(jù)運算和實時控制功能:
[0034]運動控制功能:復雜運動軌跡規(guī)劃與多軸協(xié)調(diào)控制、位置控制、實時插補運算、伺服控制濾波完成測量誤差補償；
[0035]觸發(fā)測量信號處理功能:測頭被觸發(fā)時，接收FPGA鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)，并進行誤差補償計算；
[0036]掃描測量控制功能:處理掃描測頭采集的數(shù)據(jù)，并控制測量機按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運動；
[0037]通信功能:通過FPGA內(nèi)部的雙端RAM實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)實時交換與通訊、控制指令的發(fā)送和加工狀態(tài)的反饋；
[0038]速度控制功能:利用加減速算法，實現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運動；
[0039]參數(shù)設(shè)置功能:允許用戶對控制系統(tǒng)的各運動參數(shù)進行實時調(diào)整與修改；
[0040]輔助功能:接收FPGA的通用I/O離散量信號；
[0041]FPGA實現(xiàn)多路信號并行處理:
[0042]DSP發(fā)送的插補信號經(jīng)處理后輸出電機驅(qū)動器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動信號各軸電機；接收電機產(chǎn)生的差分反饋的測速機信號進行處理，發(fā)送給DSP形成閉環(huán)控制；接收光柵位移傳感器信號并記錄實時位置，有觸發(fā)信號時進行光柵數(shù)據(jù)鎖存；接收測頭信號并實時處理，達到觸發(fā)條件時，發(fā)送給DSP進行相關(guān)測量操作；接收操作手柄信號進行處理并發(fā)送給DSP進行手動控制測量；通過雙端口 RAM實現(xiàn)DSP數(shù)字信號處理模塊與上位機的實時通訊；接收經(jīng)光耦隔離的離散I/O信號輸出到DSP進行處理。
[0043]坐標測量機控制系統(tǒng)主要由DSP數(shù)字信號處理和FPGA并行邏輯控制構(gòu)成，實現(xiàn)高精度多軸聯(lián)動控制、測頭數(shù)據(jù)實時處理、測量機狀態(tài)實時監(jiān)測控制(極限行程、運動連鎖、氣壓監(jiān)控、Z軸平衡、探針更換、探針應用)、觸發(fā)信號采集數(shù)據(jù)及測頭保護、與上位機實時通訊等方面的控制與安全控制功能；它具有各移動軸系單軸與多軸聯(lián)動高精度伺服控制，主要包括控制器件的三坐標只有X，Y，Z三個軸，還可以配第四軸，即回轉(zhuǎn)軸C軸，實現(xiàn)4軸聯(lián)動控制。
[0044]探測系統(tǒng)模塊一般與測頭系統(tǒng)一起成為一個獨立的系統(tǒng)，主要由測座、測頭本體和測針模塊以及一些附件組成。其主要功能為測量觸發(fā)控制，包括測力控制、測量觸發(fā)、探測微位移傳感、溫度傳感和修正補償、掃描過程控制等。其性能與三坐標測量機的功能、工作效率、精度等密切相關(guān)。
[0045]隨著DSP(數(shù)字信號處理)和FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)技術(shù)的發(fā)展，采用DSP加FPGA結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)逐漸顯示出其優(yōu)越性:一方面可以發(fā)揮DSP運算速度快、尋址方式靈活、通信機制強大的優(yōu)點，另一方面可以利用FPGA以硬件方式實現(xiàn)各種邏輯控制，有利于系統(tǒng)集成化和穩(wěn)定性，并具有結(jié)構(gòu)靈活、易于維護和便于擴展等特點。因此本發(fā)明的目標是設(shè)計開發(fā)一款基于DSP和FPGA的測量機控制系統(tǒng)，并采用數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)PC機與DSP的數(shù)據(jù)傳輸，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，保證數(shù)控系統(tǒng)的實時性。它將PC機強大的信息處理能力和開放式特點與運動控制卡的運動控制能力相結(jié)合，具有信息處理能力強、開放程度高、運動控制方便、通用性好的特點。
[0046]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種幾何精密測量控制器，其特征在于:包括坐標測量機控制系統(tǒng)，在坐標測量機控制系統(tǒng)上通信連接有探測系統(tǒng)模塊以及機械系統(tǒng)；所述坐標測量機控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；所述探測系統(tǒng)模塊包括測頭以及控制測頭的測頭控制器；坐標測量機控制系統(tǒng)讀取空間坐標值，控制探測系統(tǒng)模塊對測頭信號進行實時響應與處理，控制機械系統(tǒng)實現(xiàn)測量所必須的運動，實時監(jiān)控坐標測量機的狀態(tài)以保障整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，對坐標測量機進行幾何誤差與溫度誤差補償以提高坐標測量機的測量精度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述坐標測量機控制系統(tǒng)包括DSP、與DSP通信連接的第一 FPGA和第二 FPGA以及分別于DSP及第二 FPGA通信連接的SRAM，所述第一 FPGA將測頭觸發(fā)信號傳給第二 FPGA ;所述第一 FPGA包括雙口 RAM、測頭信號處理模塊、DA轉(zhuǎn)換接口、I/O接口以及通訊接口 ；所述第二 FPGA包括譯碼模塊、精插補器、測速機信號處理模塊以及光柵尺信號處理模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述測頭信號處理模塊上通訊連接有差分接收模塊，所述I/O接口上通信連接有光耦隔離模塊，所述通訊接口上接有操作手柄。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述雙口RAM通過總線接口與PC機連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述精插補器上通信接有DA轉(zhuǎn)換及功率放大模塊，所述測速機信號處理模塊以及光柵尺信號處理模塊上均接有差分電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述機械系統(tǒng)包括X、Y、Z三個軸，每個軸上均設(shè)有光柵、溫度傳感器、限位開關(guān)、電機以及碼盤。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述機械系統(tǒng)還包括第四軸一回轉(zhuǎn)軸C軸，實現(xiàn)四軸聯(lián)通控制。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述DSP數(shù)字信號處理完成以下數(shù)據(jù)運算和實時控制功能: 運動控制功能:復雜運動軌跡規(guī)劃與多軸協(xié)調(diào)控制、位置控制、實時插補運算、伺服控制濾波完成測量誤差補償； 觸發(fā)測量信號處理功能:測頭被觸發(fā)時，接收FPGA鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)，并進行誤差補償計算； 掃描測量控制功能:處理掃描測頭采集的數(shù)據(jù)，并控制測量機按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運動； 通信功能:通過FPGA內(nèi)部的雙端RAM實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)實時交換與通訊、控制指令的發(fā)送和加工狀態(tài)的反饋； 速度控制功能:利用加減速算法，實現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運動； 參數(shù)設(shè)置功能:允許用戶對控制系統(tǒng)的各運動參數(shù)進行實時調(diào)整與修改； 輔助功能:接收FPGA的通用I/O離散量信號。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種幾何精密測量控制器，其特征在于:所述FPGA實現(xiàn)多路信號并行處理: DSP發(fā)送的插補信號經(jīng)處理后輸出電機驅(qū)動器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動信號各軸電機；接收電機產(chǎn)生的差分反饋的測速機信號進行處理，發(fā)送給DSP形成閉環(huán)控制；接收光柵位移傳感器信號并記錄實時位置，有觸發(fā)信號時進行光柵數(shù)據(jù)鎖存；接收測頭信號并實時處理，達到觸發(fā)條件時，發(fā)送給DSP進行相關(guān)測量操作；接收操作手柄信號進行處理并發(fā)送給DSP進行手動控制測量；通過雙端口 RAM實現(xiàn)DSP數(shù)字信號處理模塊與上位機的實時通訊；接收經(jīng)光耦隔離的離散I/O信號輸出到DSP進行處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種幾何精密測量控制器，包括坐標測量機控制系統(tǒng)，在坐標測量機控制系統(tǒng)上通信連接有探測系統(tǒng)模塊以及機械系統(tǒng)；所述坐標測量機控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)控系統(tǒng)以及雙FPGA并行邏輯系統(tǒng)；所述探測系統(tǒng)模塊包括測頭以及控制測頭的測頭控制器；坐標測量機控制系統(tǒng)讀取空間坐標值，控制探測系統(tǒng)模塊對測頭信號進行實時響應與處理，控制機械系統(tǒng)實現(xiàn)測量所必須的運動，實時監(jiān)控坐標測量機的狀態(tài)以保障整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，對坐標測量機進行幾何誤差與溫度誤差補償以提高坐標測量機的測量精度。本發(fā)明具有信息處理能力強、開放程度高、運動控制方便、通用性好的特點。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105137857
【申請?zhí)枴緾N201510458218
【發(fā)明人】張化, 陶彥博, 陶彥超
【申請人】深圳華清精密科技有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月30日