栅尺信号处理模块。精插补器上通信接有DA转换及功率放大模块，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。差分信号对外部电磁干扰是高度免疫的，尤其对共模干扰具有很好的抑制。
[0033]DSP数字信号处理完成以下数据运算和实时控制功能:
[0034]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；
[0035]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；
[0036]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；
[0037]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；
[0038]速度控制功能:利用加减速算法，实现系统的平稳运动；
[0039]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；
[0040]辅助功能:接收FPGA的通用I/O离散量信号；
[0041]FPGA实现多路信号并行处理:
[0042]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。
[0043]坐标测量机控制系统主要由DSP数字信号处理和FPGA并行逻辑控制构成，实现高精度多轴联动控制、测头数据实时处理、测量机状态实时监测控制(极限行程、运动连锁、气压监控、Z轴平衡、探针更换、探针应用)、触发信号采集数据及测头保护、与上位机实时通讯等方面的控制与安全控制功能；它具有各移动轴系单轴与多轴联动高精度伺服控制，主要包括控制器件的三坐标只有X，Y，Z三个轴，还可以配第四轴，即回转轴C轴，实现4轴联动控制。
[0044]探测系统模块一般与测头系统一起成为一个独立的系统，主要由测座、测头本体和测针模块以及一些附件组成。其主要功能为测量触发控制，包括测力控制、测量触发、探测微位移传感、温度传感和修正补偿、扫描过程控制等。其性能与三坐标测量机的功能、工作效率、精度等密切相关。
[0045]随着DSP(数字信号处理)和FPGA(现场可编程门阵列)技术的发展，采用DSP加FPGA结构的数字控制系统逐渐显示出其优越性:一方面可以发挥DSP运算速度快、寻址方式灵活、通信机制强大的优点，另一方面可以利用FPGA以硬件方式实现各种逻辑控制，有利于系统集成化和稳定性，并具有结构灵活、易于维护和便于扩展等特点。因此本发明的目标是设计开发一款基于DSP和FPGA的测量机控制系统，并采用数据总线实现PC机与DSP的数据传输，以提高数据传输速率，保证数控系统的实时性。它将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。
[0046]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。
【主权项】
1.一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。2.根据权利要求1所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。3.根据权利要求2所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。4.根据权利要求2所述一种几何精密测量控制器，其特征在于:所述双口RAM通过总线接口与PC机连接。5.根据权利要求2所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。6.根据权利要求1所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。7.根据权利要求1所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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。8.根据权利要求2所述一种几何精密测量控制器，其特征在于: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； 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； 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； 速度控制功能:利用加减速算法，实现系统的平稳运动； 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； 辅助功能:接收FPGA的通用I/O离散量信号。9.根据权利要求2所述一种几何精密测量控制器，其特征在于:所述FPGA实现多路信号并行处理: 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。
【专利摘要】本发明公开了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。本发明具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105137857
【申请号】CN201510458218
【发明人】张化, 陶彦博, 陶彦超
【申请人】深圳华清精密科技有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月30日