几何精密测量控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]在精密测量领域，三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，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。
[0004]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。
[0005]目前有以下两种控制器件:
[0006]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。
[0007]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尚。
【发明内容】
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011 ] 所述双口 RAM通过总线接口与PC机连接。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]所述机械系统还包括第四轴一回转轴C轴，实现四轴联通控制。
[0015]所述DSP数字信号处理完成以下数据运算和实时控制功能:
[0016]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；
[0017]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；
[0018]扫描测量控制功能:处理扫描测头采集的数据，并控制测量机按照零件表面形状，保持扫描接触的方式运动；
[0019]通信功能:通过FPGA内部的双端RAM实现与上位机的数据实时交换与通讯、控制指令的发送和加工状态的反馈；
[0020]速度控制功能:利用加减速算法，实现系统的平稳运动；
[0021]参数设置功能:允许用户对控制系统的各运动参数进行实时调整与修改；
[0022]辅助功能:接收FPGA的通用I/O离散量信号；
[0023]所述FPGA实现多路信号并行处理:
[0024]DSP发送的插补信号经处理后输出电机驱动器产生脉冲驱动信号各轴电机；接收电机产生的差分反馈的测速机信号进行处理，发送给DSP形成闭环控制；接收光栅位移传感器信号并记录实时位置，有触发信号时进行光栅数据锁存；接收测头信号并实时处理，达到触发条件时，发送给DSP进行相关测量操作；接收操作手柄信号进行处理并发送给DSP进行手动控制测量；通过双端口 RAM实现DSP数字信号处理模块与上位机的实时通讯；接收经光耦隔离的离散I/O信号输出到DSP进行处理。
[0025]本发明的技术方案克服了现有技术中的缺点，同时还具有三轴同步平稳运动、抗外部电磁干扰、信噪比高、测量精度高等特点。
【附图说明】
[0026]图1为本发明结构示框图；
[0027]图2为坐标测量机控制系统结构框图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。需要指出的是，这些说明只是示例性的，并不对本发明构成限制。
[0029]如图1和2所示，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，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，还可配上第四轴，即回转轴C轴，实现四轴联通控制；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；探测系统模块包括测头以及控制测头的测头控制器。
[0030]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，第一 FPGA将测头触发信号传给第二 FPGA。FPGA可编程逻辑门阵列实现同步的三轴电机控制、编码器反馈、测量信号处理，使三轴同步平稳的按指定轨迹运动。
[0031]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 ；测头信号处理模块上通讯连接有差分接收模块，I/O接口上通信连接有光耦隔离模块，通讯接口上接有操作手柄，双口 RAM通过总线接口与PC机连接。双端口 RAM实现了 DSP数字信号处理模块与上位PC机的实时通讯，提高了 DSP资源利用率。光耦隔离模块有效地抑制尖脉冲和各种噪音干扰，从而使过程通道上的信噪比大为提高。
[0032]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