本实用新型涉及一种微型跟踪式光笔测量系统的姿态调整测控电路。
背景技术：
舰艇建造是一个大空间、多工序、多阶段、长工期的过程，中间需要用到大量的由辊弯机、弯板机等机床加工出来的各式复杂曲面板，目前对类似机床加工出的曲面板的质量评估即曲面板现场在线计量技术在我国是一个难题。
微型跟踪式光笔测量系统基于机器视觉技术，具有操作简单、不受被测物体表面形状影响等特点，可完成曲面测量、多点同步测量、隐藏点测量和便携式测量等任务，可很好的解决上述舰艇建造用曲面板的在线计量难题。
微型跟踪式光笔测量系统主要由光笔、相机、姿态调整系统组成，而姿态调整系统主要由两轴转位机构和其测控电路组成，由于光笔测量系统要求体积小，重量轻，以实现便携式在线测量，这就要求其姿态调整系统中的测控电路具有控制和实现简单、体积小、功耗低等特点，同时又要能使相机稳定跟踪光笔，以使光笔始终处于相机的视场内，以实现曲面板的精确测量。
技术实现要素：
本实用新型其目的就在于提供一种微型跟踪式光笔测量系统的姿态调整测控电路，从而实现姿态调整机构中滚转轴和俯仰轴两轴光栅角度信号的测量与两轴电机的自动调整与控制等功能，该电路具有体积小、重量轻、功耗低、实现简单、控制平稳和到位精确的特点。
实现上述目的而采取的技术方案，所述测控电路包括滚转轴和俯仰轴两通道相同电路，其电路器件和物理连接关系均相同，包括光栅信号转换模块、FPGA模块、CAN模块、驱动模块、DC-DC转换模块和RS232转换模块，所述的光栅信号转换模块分别与外部对应轴光栅和FPGA模块相连；所述的FPGA模块分别与光栅信号转换模块、CAN模块和RS232转换模块相连；所述的CAN模块分别与FPGA模块和驱动模块相连；所述的驱动模块分别与外部对应轴光栅、外部对应轴电机和CAN模块相连；所述的RS232模块分别与外部相机和FPGA模块相连；所述的DC-DC转换模块包括24-5V转换模块和5V-3.3V及5V-1.2V转换模块,产生电路工作所需的各种电压。
有益效果
与现有技术相比本实用新型具有以下优点。
1、轻小、功耗低，摒弃了传统的多处理器、大驱动器、强电流控制方式，采用单一处理器和低功耗的轻小型驱动器作为电路主体，整个测控电路体积小于65mm*65mm*15mm；
2、电路简单，实现方便；
3、系统跟踪平稳；
4、姿态调整及到位精确，可使光笔测量系统测量误差优于0.5mm。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本实用新型的电路组成和逻辑示意图。
具体实施方式
一种微型跟踪式光笔测量系统的姿态调整测控电路，如图1所示，所述测控电路包括滚转轴和俯仰轴两通道相同电路，其电路器件和物理连接关系均相同，包括光栅信号转换模块、FPGA模块、CAN模块、驱动模块、DC-DC转换模块和RS232转换模块，所述的光栅信号转换模块分别与外部对应轴光栅和FPGA模块相连；所述的FPGA模块分别与光栅信号转换模块、CAN模块和RS232转换模块相连；所述的CAN模块分别与FPGA模块和驱动模块相连；所述的驱动模块分别与外部对应轴光栅、外部对应轴电机和CAN模块相连；所述的RS232模块分别与外部相机和FPGA模块相连；所述的DC-DC转换模块包括24-5V转换模块和5V-3.3V及5V-1.2V转换模块,产生电路工作所需的各种电压。
所述光栅信号转换模块包括滚转轴和俯仰轴两路转换通道，完成两路外部光栅信号的转换，每路转换通道包括三只瞬态抑制二极管和一片差分到单
端信号转换芯片，瞬态抑制二极管用于抑制光栅A、B、Z正交信号的瞬间高电压尖脉冲，差分到单端信号转换芯片为一种MAXIN公司的RS422/485信号收发器，转换完成后的单端信号最后经过一片74LVC系列的电平信号转换芯片，用于完成5V信号电平到3.3V信号电平的转换，以适应后续FPGA模块的IO口电平要求。
所述的FPGA模块至少包括一片ALTERA公司的CYCLONE II系列的管脚数大于200的现场可编程门阵列芯片，用于完成两轴光栅信号角度解码、逻辑时序控制、RS232通讯控制、CAN通讯控制、两轴电机控制轨迹规划和控制量输出功能，其中6根管脚用于接收前端光栅转换后的电平信号，2根管脚用于接收相机信号，30根管脚用于两轴CAN通讯。
所述的CAN模块至少包括一片NXP公司的SO-28封装的CAN网络控制处理器、一片NXP公司的SO-8封装CAN通讯收发器、一片74系列缓冲器，CAN网络控制处理器的8位数据线和读写控制线经由缓冲器全部与前端FPGA模块相连，CAN网络控制处理器的CAN_P和CAN_N一对差分信号分别和CAN通讯收发器的相应管脚相连，最后经由CAN通讯收发器把控制指令发送给驱动模块，实现FPGA模块与驱动模块间的快速通讯与实时控制。
所述的驱动模块包括滚转轴驱动模块和俯仰轴驱动模块，滚转轴驱动模块和俯仰轴驱动模块每通道各至少包括一款ELMO公司的WHISTE系列微型电机驱动器，体积约为60mm*50mm*12mm，采用24V和5V供电，该驱动器接收FPGA模块通过CAN模块接口发送来的控制指令，同时接收该轴外部光栅原始信号并形成闭环，最终输出与指令值对应的三相信号给外部电机。
所述的RS232模块包括一款MAXIN公司的SO-16封装的RS232收发器芯片，把从电机获取的光笔位置信号的RS232电平转换成TTL电平。
所述的DC-DC转换模块包括一款TI公司的LM系列的开关电源转换芯片、一只大电流电感器和一只二极管，用于把外部输入的24V直流电压转换成5V电压，另外包括两片TI公司TPS系列的低压差电源芯片，用于把5V电压分别转换成3.3V和1.2V，其中，5V 和3.3V主要给电路器件和IO口供电，1.2V主要给FPGA核心供电。
微型跟踪式光笔测量系统主要由光笔、相机、姿态调整系统组成，而姿态调整系统主要由两轴转位机构和其测控电路组成，由于光笔测量系统要求体积小，重量轻，以实现便携式在线测量，这就要求其姿态调整系统中的测控电路具有控制和实现简单、体积小、功耗低等特点，同时又要能使相机稳定跟踪光笔，以使光笔始终处于相机的视场内，以实现曲面板的精确测量。
如图1所示，本实施例包括安装于滚转轴上的滚转轴光栅、光栅信号转换模块、FPGA模块、CAN模块、驱动模块、DC-DC转换模块、RS232转换模块、滚转轴电机、光笔、安装于滚转轴安装面上的CMOS相机、外部24V直流电源。
把滚转轴光栅信号接入测控板上的滚转轴光栅接口，把滚转轴电机控制线与及供电线与驱动器模块相连，把CMOS相机信号接入RS232转换模块，并把相机，外部接入24V直流电源，并连接好电路其它连线，检查连线的正确性并给整个测控电路接通24V直流电压，电路开始工作。
首先手持光笔，使光笔中所有LED灯处于CMOS相机视场内，按下光笔中开关，光笔中LED灯亮，此时CMOS相机（内置图像处理和算法运算模块）自动获取光笔空间位置信息，并把此信息通过RS232接口传送至FPGA模块，FPGA模块此时一方面通过光栅信号转换模块送来的光栅信号进行计数和角度解码，得到当前滚转轴实时位置，并将此位置和光笔空间位置进行比较和轨迹规划，通过FPGA内部软核实现控制输出量，然后通过CAN模块把控制输出量输出给驱动器模块，驱动器模块根据此控制量和光栅反馈的当前角位置，最终输出三相信号控制滚转轴电机运行至预期位置，联合俯仰轴，使光笔在测量移动过程中，光笔始终处于相机视场内，实现相机自动跟踪光笔的功能，确保测量的连续性和可用性。
俯仰轴实施方式与滚转轴类似，实际工作过程中，滚转轴和俯仰轴同时工作。