[发明专利]几何精密测量控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量控制器，具体地说是一种几何精密测量控制器。

背景技术

过去几十年，人类取得重大科技成果，几乎都与精密加工技术密切相关。从某种意义上说，精密加工技术对科学技术的发展起到决定性的作用。由于精密加工要求的加工准确度和表面质量都很高，一定要有相应的检测手段，才能验证是否达到技术要求。而对此的测量精度要求非常严格，要求测量精度比加工精度至少高一个量级，这就要求精密测量技术的发展必须优先于精密加工技术。因此精密测量技术是精密制造业发展的关键之一，主要工业发达国家都非常重视并积极发展精密测量技术。

在精密测量领域，三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine，CMM)是近50年发展起来一种高效率的三维测量仪器。三坐标测量机集成了机械、电子、计算机、软件、控制、光学等技术，是反映当今世界精密测量领域最高水平的仪器。其基本测量原理是将各种几何模型的测量转化为对模型上点集坐标位置的测量，通过软件将得到的坐标位置按一定算法计算出几何模型的尺寸、形状、相对位置等。三坐标测量机可实现在线检测、自动测量，以及与加工中心联机，实现逆向工程，加精密转台之后可以实现四轴测量。由于它的测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，故有“测量中心”之称。三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已经越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。它可方便的进行空间三维尺寸的测量。

三坐标测量机的核心部件是三坐标测量机控制器件，它是实现高速、高精度准确测量的关键之一，对整机测量精度、运动稳定性等关键指标起到决定性作用。其基本原理是：测量机控制器件根据预定的方案，按照上位控制系统做出的决策命令驱动伺服电机以确定的位移、速度、加速度及特定的运动形式控制测量装置到达某个期望的空间位置进行测量。

目前有以下两种控制器件：

1、以单片机作为核心的测量机控制器。这类控制器的主要优点是价格便宜，结构简单，开发周期短。其缺点是单片机运动控制器速度慢，精度低。机柜占体积大,每轴需一块控制板,无法实现多轴同步控制，几乎无控制算法及反馈机制，因此其只适用于一些低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合。

2、以专用运动控制芯片PLC作为核心的运动控制器。这类运动控制器由专用控制运动芯片完成速度曲线规划、伺服控制算法、编码器信号的处理等相应功能。具有响应速度快、系统集成度高、使用元器件少、可靠性好等优点。其缺点是专用运动控制器由于受制于芯片的功能，开发者无法引入复杂的控制算法，系统开发的灵活性较小，而且此类运动控制芯片的价格很高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个主要方面提供一种几何精密测量控制器，包括坐标测量机控制系统，在坐标测量机控制系统上通信连接有探测系统模块以及机械系统；所述坐标测量机控制系统包括DSP数控系统以及双FPGA并行逻辑系统；所述探测系统模块包括测头以及控制测头的测头控制器；坐标测量机控制系统读取空间坐标值，控制探测系统模块对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所必须的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性和可靠性，对坐标测量机进行几何误差与温度误差补偿以提高坐标测量机的测量精度。

所述坐标测量机控制系统包括DSP、与DSP通信连接的第一FPGA和第二FPGA以及分别于DSP及第二FPGA通信连接的SRAM，所述第一FPGA将测头触发信号传给第二FPGA；所述第一FPGA包括双口RAM、测头信号处理模块、DA转换接口、I/O接口以及通讯接口；所述第二FPGA包括译码模块、精插补器、测速机信号处理模块以及光栅尺信号处理模块。

所述测头信号处理模块上通讯连接有差分接收模块，所述I/O接口上通信连接有光耦隔离模块，所述通讯接口上接有操作手柄。

所述双口RAM通过总线接口与PC机连接。

所述精插补器上通信接有DA转换及功率放大模块，所述测速机信号处理模块以及光栅尺信号处理模块上均接有差分电路。

所述机械系统包括X、Y、Z三个轴，每个轴上均设有光栅、温度传感器、限位开关、电机以及码盘。

所述机械系统还包括第四轴—回转轴C轴，实现四轴联通控制。

所述DSP数字信号处理完成以下数据运算和实时控制功能：

运动控制功能：复杂运动轨迹规划与多轴协调控制、位置控制、实时插补运算、伺服控制滤波完成测量误差补偿；

触发测量信号处理功能：测头被触发时，接收FPGA锁存此刻的三轴光栅读数，并进行误差补偿计算；