一种便携式直线电机多轴联动测控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式直线电机多轴联动测控系统，包括计算机、多轴运动控制卡、光栅、电流传感器、电压传感器、信号调理电路和无线收发模块。动态采集各轴直线电机的位置、速度、电压、电流及其他性能参数，光栅、电流传感器、电压传感器将采集到的信号通过无线收发单元发送至运动控制卡，多轴运动控制卡可通过无线收发模块实现与计算机通信并由控制卡自带液晶显示屏显示数据，也可通过无线与计算机连接、采集的数据经由虚拟仪器开发平台LABVIEW进行数据显示、数据分析和数据存储等。本发明系统具有简易便携、避免布线复杂、采样速度快、测试精度高、处理效率高等优点。
【专利说明】一种便携式直线电机多轴联动测控系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电机自动测试领域，尤其涉及一种便携式直线电机多轴联动测控系统。
【背景技术】
[0002]伴随着直线电机驱动的XY工作台、五轴加工中心、车铣复合机床等多轴加工机床越来越广泛的应用，适用于复杂形面高速高精加工的多轴运动控制技术越来越受到人们的重视。在直线电机的测试或控制过程中，一些位置、电量等参数的控制与监测是至关重要的，直接关系到电机的精度性能。
[0003]现有的直线电机多轴联动测控系统，均需要将各传感器提供的在线信号实测值通过相应的有线电缆传输至计算机，对电机安装的多个传感器大量的引出电缆不仅造成有线电缆的资源浪费，还会引起布线困难。专利号CN200910200943.8提出了一种基于虚拟仪器的直线电机测试方法、装置及系统设计，但这种设计对于实际运用中的多轴运动平台，并不能满足测试其主要性能的需要、测试精度方面还有待提高。在工业现场，直线电机的测控装置比较繁琐，对布线困难、要求简单的情况，采用传统测控系统即增加劳动力与劳动时间、占地面积大，又不能保证精度。
[0004]因此，设计一种便携式直线电机多轴联动测控系统十分必要，是直线电机测试领域亟待解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种便携式直线电机多轴联动测控系统，结合无线技术、传感器技术对电机进行实时监测与控制，解决布线困难的问题，省时省力，可以做到移动监测，即可利用独立的便携式测控系统进行对电机的监测与控制，也可通过将该测控系统与计算机连接完成测控；该系统可以控制并采集各轴直线电机的定位、速度、加速度、电流及其他性能参数，同时能够实现直线电机匀速性测试，并提高测试精度和测试速度。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]一种便携式直线电机多轴联动测控系统，包括多轴运动控制卡、光栅/激光干涉仪、电流传感器、电压传感器、信号调理电路和无线收发模块；多轴运动控制卡通过无线收发模块控制被测直线电机完成测控动作；光栅/激光干涉仪对被测直线电机的位置/速度信号进行检测，电流传感器对被测直线电机的电流信号进行检测，电压传感器对被测直线电机的电压信号进行检测，检测得到的位置/速度信号、电流信号和电压信号通过无线收发模块发送给信号调理电路，信号调理电路对接收到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送给多轴运动控制卡进行分析与显示。
[0008]工作时，多轴运动控制卡通过无线收发模块控制被测直线电机按完成测控动作，在被测直线电机按完成相应测控动作的同时，光栅激光干涉仪、电流传感器和电压传感器完成对被测直线电机各种信号的检查，经信号调理电路后发送给多轴运动控制卡，多轴运动控制卡结合所有信息，对被测直线电机进行测控分析，存储并显示测控结果。
[0009]本发明提供的测控系统，由于采用无线收发模块进行通信，具有简易便携、避免布线复杂、采样速度快、测试精度高、处理效率高等优点。多轴运动控制卡包含液晶显示屏与键盘，通过键盘可以输入被测直线电机的控制信息，使被测直线电机完成测控动作，通过液晶显示器可以显示传感器检测的被测直线电机的相关信息以及输入的控制信息，比如键盘输入控制参数(如速度、位移、传感器参数设置、登录信息等)，无需连接计算机也能够形成独立的测控系统。
[0010]优选的，还包括LABVIEW界面的计算机，计算机与多轴运动控制卡相连接，通过LABVIEff界面输入测控动作信息和显示检测信息。通过LABVIEW指令实现对采集数据的处理，实时地以图表、图线形式显示采集的数据，同时将数据存储到计算机中，并且能以离线方式对历史数据进行查询和图形化显示；同时，通过LABVIEW界面也可以完成各种命令的输入。
[0011]信号处理模块既包括多轴运动控制卡自带信号处理模块，主要完成液晶屏的显示与键盘输入；也包括由计算机通过LABVIEW软件设计实现的信号处理模块，即通过LABVIEW指令实现对采集数据的处理，实时地以图表、图线形式显示采集的数据，同时将数据存储到计算机中，并且能以离线方式对历史数据进行查询和图形化显示。以计算机为核心、结合相应的软件功能模块和仪器硬件的虚拟仪器较传统仪器具有较大的优势，比如软件使得开发与维护费用低、价格低、可重配置性强等。
[0012]优选的，计算机与多轴运动控制卡之间通过无线收发模块连接。
[0013]优选的，多轴运动控制卡以DSP为主控芯片，并利用CPLD (复杂可编程逻辑器件)的可编程性，完成对轴运动控制卡的扩展。CPLD输出电机指令脉冲并完成电机编码器的鉴相分频，不仅可可以扩展多轴运动控制卡的轴数，还可以通过减少多轴运动控制卡各插补轴位置指令脉冲输出延迟，在硬件上提高运动控制卡的控制精度。
[0014]优选的，所述光栅/激光干涉仪的检测过程如下:激光干涉仪和光栅对相同的对象信息进行采集，每隔1mm采集一个数据，记录激光干涉仪采集的第η个对象数据为S1(Ii),光栅采集的第η个对象数据为S2 (η)，第η个对象误差记为S1(Ii)-S2(Ii),对光栅采集的第η个对象数据S2 (η)进行校正，得到校正后的数据为S1 (η)=S1 (n) +e (η) + [e (n+1) -e (η) ] X (k/10),其中 k = S1(Ii) % 10(取余);以校正后的数据 S1(Ii)作为被测直线电机的位置信息。
[0015]优选的，所述无线收发模块蓝牙、UWB或ZigBee。
[0016]优选的，多轴运动控制卡的液晶屏显示、键盘输入与计算机的显示、输入同时进行，利用中断扫描有无信号，中断时间间隔相同。
[0017]优选的，可通过蓝牙、UffB或ZigBee实现多轴运动控制卡输出波形信号对逆变电路中IGBT的控制。
[0018]本发明系统尤其适合对被测直线电机进行匀速性测试，能够使用计算机通过LABVIEff绘制时间与速度的关系曲线，并计算显示匀速段的平均速度与速度波动误差。
[0019]有益效果:本发明提供的便携式直线电机多轴联动测控系统，具有如下优势:1、结合无线技术、传感器技术可对电机进行实时监测与控制，解决布线、安装困难，可以做到移动监测；2、即可利用独立的便携式测控系统进行对电机的监测与控制，也可通过将该测控系统与计算机连接完成；3、采用基于LABVIEW的虚拟仪器技术进行控制与测试，可以部分取代当前技术的实际仪器，可以实时显示电机当前运行状态并对数据统计、分析，简化人工劳动强度；4、多轴运动控制卡以DSP作为多轴运动控制卡的主控芯片，并利用CPLD的可编程特性，完成对运动控制卡的扩展，并在硬件上提高运动控制卡的控制精度；5、通过与计算机的连接可实现直线电机匀速性测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构原理框图；
[0021]图2为本发明的测试方法流程图；
[0022]图3为本发明的软件设计框架图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0024]一种便携式直线电机多轴联动测控系统，包括带有LABVIEW界面的计算机、多轴运动控制卡、光栅/激光干涉仪、电流传感器、电压传感器、信号调理电路和无线收发模块；多轴运动控制卡通过无线收发模块控制被测直线电机完成测控动作；光栅/激光干涉仪对被测直线电机的位置/速度信号进行检测，电流传感器对被测直线电机的电流信号进行检测，电压传感器对被测直线电机的电压信号进行检测，检测得到的位置/速度信号、电流信号和电压信号通过无线收发模块发送给信号调理电路，信号调理电路对接收到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送给多轴运动控制卡进行分析与显示；多轴运动控制卡自带键盘与液晶显示器，用于输入被测直线电机控制信息、显示控制信息和检测信息，使得整个系统在没有计算机的情况下也能够成为一个完整的测控系统。
[0025]计算机与多轴运动控制卡相连接，通过LABVIEW界面输入测控动作信息和显示检测信息，计算机与多轴运动控制卡之间也通过无线收发模块连接。多轴运动控制卡的液晶屏显示、键盘输入与计算机的显示、输入同时进行，利用中断扫描有无信号，中断时间间隔相同。通过LABVIEW指令实现对采集数据的处理，实时地以图表、图线形式显示采集的数据，同时将数据存储到计算机中，并且能以离线方式对历史数据进行查询和图形化显示。
[0026]所述无线收发模块蓝牙、UffB或ZigBee。
[0027]所述多轴运动控制卡以DSP为主控芯片，并利用CPLD的可编程性，完成对轴运动控制卡的扩展。CPLD输出电机指令脉冲并完成电机编码器的鉴相分频，不仅可可以扩展多轴运动控制卡的轴数，还可以通过减少多轴运动控制卡各插补轴位置指令脉冲输出延迟，在硬件上提高运动控制卡的控制精度。
[0028]所述光栅/激光干涉仪的检测过程如下:激光干涉仪和光栅对相同的对象信息进行采集，每隔1mm采集一个数据，记录激光干涉仪采集的第η个对象数据为S1 (η)，光栅采集的第η个对象数据为S2 (η)，第η个对象误差记为S1 (n) -S2 (η)，对光栅采集的第η个对象数据S2 (η)进行校正，得到校正后的数据为S1(Ii) = S1 (n)+e (n)+ [e (n+1)-e (η)] X (k/10)，其中k = S1(Ii) % 10 ;以校正后的数据S1(Ii)作为被测直线电机的位置信息。
[0029]本系统的工作流程如下:
[0030]搭建测试平台，将各组成部分固定并正确连接，程序流程如图2所示，具体步骤如下。
[0031]SOl:系统初始化，设定测试过程中的参数，包括对电流传感器、电压传感器和光栅的参数设定；包括测试软件系统完成多轴运动控制卡、信号调理电路的参数设定以实现电机的初始化及运动控制；还包括测试人员等登陆信息的输入以及测试数据的存储文件目录的设定。上述参数将被保存起来并默认在下一次测试中使用，因此，后续测试仅需要对变化的参数进行修改设定。
[0032]上述测试软件系统设计框架图如图3所示。与计算计相连接时，LABVIEW软件中的VISA库，提供了有关通信的组件，能够实现串口设置、串口读写、串口缓存检测等功能。多轴运动控制卡与计算机的双向通信就是靠VISA实现的。采用VISA Write指令可以控制电机的运动状态参数。
[0033]S02:启动测试。点击LABVIEW程序中VI前面板上的“启动测试”按钮或选择液晶显示屏上“启动测试”按钮。
[0034]S03:通过控制卡扩展键盘或计算机界面输入目标控制参数。
[0035]S04:延时。等待电机进入稳定运行状态。
[0036]S05:采集数据。通过无线收发模块读取各传感信号，经折算完成对被测电机电压、电流、定位、速度数据的采集。
[0037]S06:对采集的信号的分析和处理。信号调理电路对来自传感器的信号进行放大、滤波、信号隔离与变换等调理，处理后的信号经过信号处理模块并进行无线发送。
[0038]S07:将分析处理后的数据显示和存储。在采样的过程中，上述数据以流的形式不断地出现，这些数据被保存到指定文件中，并将它们以图形、图表的方式显示在计算机友好界面上，还能以离线方式对历史数据进行查询和图形化显示。
[0039]S08:整个测控流程结束。
[0040]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:包括多轴运动控制卡、光栅/激光干涉仪、电流传感器、电压传感器、信号调理电路和无线收发模块；多轴运动控制卡通过无线收发模块控制被测直线电机完成测控动作；光栅/激光干涉仪对被测直线电机的位置/速度信号进行检测，电流传感器对被测直线电机的电流信号进行检测，电压传感器对被测直线电机的电压信号进行检测，检测得到的位置/速度信号、电流信号和电压信号通过无线收发模块发送给信号调理电路，信号调理电路对接收到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送给多轴运动控制卡进行分析与显示。
2.根据权利要求1所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:还包括LABVIEff界面的计算机，计算机与多轴运动控制卡相连接，通过LABVIEW界面输入测控动作Ih息和显不检测/[目息ο
3.根据权利要求2所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:计算机与多轴运动控制卡之间通过无线收发模块连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:多轴运动控制卡以DSP为主控芯片，并利用CPLD的可编程性，完成对轴运动控制卡的扩展。
5.根据权利要求1、2或3所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:所述光栅/激光干涉仪的检测过程如下:激光干涉仪和光栅对相同的对象信息进行采集，每隔10_采集一个数据，记录激光干涉仪采集的第η个对象数据为S1 (η)，光栅采集的第η个对象数据为S2 (η)，第η个对象误差记为S1 (n) -S2 (η)，对光栅采集的第η个对象数据S2 (η)进行校正，得到校正后的数据为 S1(Ii) = 51(11)+6(11) + [6(11+1)-6(11)]\&/10)，其中1^ =S1(Ii) % 10 ;以校正后的数据S1(Ii)作为被测直线电机的位置信息。
6.根据权利要求1、2或3所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:所述无线收发模块蓝牙、UffB或ZigBee。
7.根据权利要求2或3所述的便携式直线电机多轴联动测控系统，其特征在于:多轴运动控制卡的液晶屏显示、键盘输入与计算机的显示、输入同时进行，利用中断扫描有无信号，中断时间间隔相同。
【文档编号】G05B19/042GK104181467SQ201410441292
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】余海涛, 王亚鲁, 胡敏强, 黄磊 申请人:东南大学