[实用新型]一种关节臂式坐标测量机用数据采集与传输系统

说明书

技术领域

本实用新型属于数据采集与传输领域，涉及一种关节臂式坐标测量机用数据采集与传输系统。 

背景技术

关节臂式坐标测量机是一种新型的非正交式坐标测量机，关节臂式坐标测量机由多个关节构成，安装有测量探头的测量臂为测量端，可由人牵引在物体表面滑动扫描。机械臂的关节上装有角度传感器，可以实时测量关节的转动角度，根据臂长和各关节的转动角度计算出测量点的三维坐标。与正交式坐标测量机相比，关节臂式坐标测量机具有结构简单、体积小、重量轻、测量范围大、灵活轻便等特点，并可用于现场测量，且可以方便地解决传统正交坐标测量机难于解决的问题，例如对模具、大型机器、飞机等大或重的产品的测量。关节臂式坐标测量机已广泛应用于航天、航空、汽车制造等诸多领域。 

目前，国外在关节臂式坐标测量机这一领域已经取得了非常瞩目的成就，美国、法国、加拿大等国家先后研制出了较高精度的关节臂式坐标测量机产品。国内有少数高校和研究机构对关节臂式坐标测量机进行了研究，仅有少数几项研究成果形成了产品，且相关产品的技术指标同国外相比还存在较大差距。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种关节臂式坐标测量机用数据采集与传输系统，以FPGA为核心处理器的、能对多路光栅传感器信号进行解码的、实现多个关节无限旋转的、实现数据实时传输功能的系统。 

本实用新型为了实现上述目的而采取的技术方案，包括底座板、1中继板、2中继板、测头板四大电路板部分，整个系统由外部直流电源供电；四块电路板分别采集坐标测量机上的光栅数据，并转换成相对应的角度数据；四块电路板根据测头开关B1和B2的状态来锁存采集的光栅数据；当上位机发送读角度数据的指令时，四块电路板将采集的光栅数据逐级上传，最终由底座板将所有的光栅数据通过USB口发送给上位机，当上位机发送温度数据指令时，底座板将采集的温度数据上传给上位机。 

底座板由FPGA模块、串口转USB模块、RS232电平转换模块、光栅信号转换模块、温度检测模块和电源模块六部分组成；底座板通过USB口与上位机实现数据通讯，接收上位机所下达的指令，同时将采集数据传输到上位机；底座板通过光栅接口同外部的两个光栅读数头相连，实时采集角度数据；底座板通过I2C接口采集温度传感器的数据；主控板通过导电滑环同1中继板相连，为1中继板提供电源，接收1中继板发送的开关信号，通过RS232接口同1中继板通信，将上位机的指令转发给1中继板，同时接收1中继板返回的测量数据。 

1中继板由FPGA模块、光栅信号转换模块、RS232电平转换模块和电源模块四部分组成；1中继板通过光栅接口同外部的两个光栅读数头相连，实时采集角度数据；1中继板通过导电滑环同2中继板相连，为2中继板提供电源，接收2中继板发送的开关信号，通过RS232接口同2中继板通信，将底座板发来的指令转发给2中继板，同时接收2中继板返回的测量数据。 

2中继板由FPGA模块、光栅信号转换模块、RS232电平转换模块和电源模块四部分组成；2中继板通过光栅接口同外部的两个光栅读数头相连，实时采集角度数据；2中继板通过导电滑环同测头板相连，为测头板提供电源，接收测头板发送的开关信号，通过RS232接口同测头板通信，将1中继板发来的指令转发给测头板，同时接收测头板返回的测量数据。 

测头板由FPGA模块、光栅信号转换模块、RS232电平转换模块、电源模块和测头接口五部分组成；测头板通过光栅接口同外部的一个光栅读数头相连，实时采集角度数据；测头板通过RS232接口同2中继板通信，接收2中继板发来的指令，同时发送测量数据给2中继板。测头板接收测头的开关信号B1和B2，同时将开关信号转发给2中继板。 

本实用新型还可以包括这样一些特征： 

1、系统的FPGA模块采用ALTERA公司CYCLONE II系列的FPGA芯片EP2C8F256I8N。

2、系统通过USB口同上位机通信，采用CP2102芯片实现串口转USB口。 

3、光栅信号转换模块采用AM26C32芯片实现将光栅读数头输出的差分信号转换成单端信号。 

4、RS232电平转换模块采用MAX3232芯片实现RS232电平转换成TTL电平。 

5、电源转换模块采用两片TPS73701，分别将5V直流电源转换成3.3V和1.2V直流电源。 

6、温度检测模块采用AD7416检测电路板的环境温度。