一种并联坐标测量机控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种并联坐标测量机控制器。属于精确制造领域高精度、智能化测控仪器的控制器技术。本发明专利技术的控制器采用Clipper运动控制卡和工控机构成开放式结构，采用速度和位置双闭环控制原理。上位工控机与Clipper卡通过网线连接。上位机与触摸显示屏连接，实现触摸及显示。下位机机箱内，ACC-1P扩展卡采用PC104总线与Clipper卡连接，可控制3到8个驱动杆的并联测量机。接口卡用排线连Clipper卡及ACC-1P卡，实现外设与上述两卡之间数字量信号传输的光电隔离，以及模拟量传输的转接。手柄、直流伺服驱动器连接接口卡。用于对并联测量机运动和数字量逻辑控制，具有四种测量方式。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种并联坐标测量机控制器。属于精确制造领域高精度、智能化测控仪器的控制器技术。本专利技术的控制器采用Clipper运动控制卡和工控机构成开放式结构，采用速度和位置双闭环控制原理。上位工控机与Clipper卡通过网线连接。上位机与触摸显示屏连接，实现触摸及显示。下位机机箱内，ACC-1P扩展卡采用PC104总线与Clipper卡连接，可控制3到8个驱动杆的并联测量机。接口卡用排线连Clipper卡及ACC-1P卡，实现外设与上述两卡之间数字量信号传输的光电隔离，以及模拟量传输的转接。手柄、直流伺服驱动器连接接口卡。用于对并联测量机运动和数字量逻辑控制，具有四种测量方式。【专利说明】一种并联坐标测量机控制器所属
本专利技术涉及一种并联坐标测量机控制器，特别涉及采用运动控制卡和上下位机形式的开放的并联坐标测量机控制器。属于精确制造领域高精度测控仪器的控制器技术。该控制器应用于并联机械结构的测量机，实现高精度的微米级的尺寸及形位公差测量，是精密制造及逆向工程中重要的测量仪器。该控制器能以手柄随动，触摸屏触摸、编程自动控制、自学习控制等四种方式控制测头的空间移动，实现坐标测量。
技术介绍
坐标测量机CMM(Coordinate Measuring Machine)是一种集机械、光学、电子、数控技术和计算机技术为一体的高精度、智能化测量仪器。其工作原理为测头运动至指定位置，触碰零件表面，记录此点相对机器原点的三坐标值，由坐标测量机上位机测量软件利用计算各类公差算法处理测得坐标值，最终算出尺寸公差、形位公差等参数。当采集的点足够多时，也可以形成所测零件的精确三维数字模型。坐标测量机是精密检测、数字制造、快速敏捷制造、集成制造、逆行工程等先进制造技术中不可缺少的重要测量设备。目前坐标测量机机械结构形式有串联结构和并联结构两种。串联结构测量机通常采用两种形式。在图1中所示直角坐标测量机，采用相互垂直正交的移动导轨构成X、Y、Z空间坐标轴；或者在图2中所示，采用多关节机械臂形式的臂式坐标测量机。以上串联机械结构有一些固有缺陷:误差串联累积较大；结构笨重，运动惯性大，动态响应不好。因此不利于构建中大型坐标测量机。并联坐标测量机是近些年发展的新型坐标测量机。主要由并联机械结构、并联测量机控制器组成。并联测量机控制器实现测头运动控制、急停等数字量逻辑控制、手柄随动控制、驱动杆和测头位置解算等功能，是测量机实现高精度、智能化的核心部分。在图3中所示，并联测量机所采用并联机械机构基本上都是从Stewart并联平台机构演化而来的。Stewart 型是 6-SPS (Spherical-Prismatic-Spherical)平台机构，其特征是由定平台(201)，动平台(203)以及6根驱动杆(202)所组成，每根驱动杆由两个球副(206)、一个移动副(207)组成。动平台和定平台都是六边形，并以六个移动副作为运动输入，控制动平台带动测头(205)实现不同位姿、6个自由度的运动，实现对工件(204)的测量。并联测量机通常采用3?6个驱动杆。并联测量机具有以下特点:1、刚度较串联机构坐标测量机有较大程度的提高。2、各并联驱动杆只承受轴向驱动力，因而其运动误差小，不易变形；而且并联机构中，各杆件间不存在误差累积和放大关系，容易实现高精度测量。3、由于系统中运动部件惯性质量小，刚度大，适合实现中大型测量机，进行高速、高效率测量。4、并联坐标测量机测头的空间位姿灵活，相对工作表面角度变化范围大，适合对表面形状复杂，孔隙方位多的零件测量。所以，在技术上，并联机构坐标测量机能够克服直角坐标测量机的缺点，提高测量机刚度，降低测量机成本，适合构建中、大型测量机，能大幅提高测量精度及效率，是革命性的结构改变，与串联坐标测量机形成应用互补。并联测量机主要由机械结构和控制系统组成。控制器又是控制系统主要的核心部分。并联测量机控制器实现对多个驱动杆移动副的微米级的精确运动控制，最终控制测头到达指定位置，并触碰零件表面，同时捕捉存储触碰点坐标，实现对该点的坐标测量。利用测量软件的算法对多个测量点坐标值处理，会得到所需的尺寸或形位公差数值，或者得到被测零件的三维数字模型。并联测量机控制器也要实现启停、急停、伺服上电、测头触碰信号捕捉等数字量信号的逻辑控制。与测头、光栅尺、继电器、伺服电机、开关等电气元件相连构成并联测量机控制系统。并联测量机控制器是测量机的大脑，控制系统的核心，决定了测量机的智能化、精度和运行效率。目前串联测量机控制器研究多，且有商品在售。主要由德国蔡司，美国的Brown&Sharpe集团、日本三丰,德国温泽，日本东京精密，瑞士潘泰克等公司生产。是海关鼓励进口的商品，享受优惠进口关税。但因没有自主知识产权，且不能应用在并联坐标测量机上，给新型测量机开发、维修、升级等带来限制，严重制约了国产测量机技术进步。国内外并联测量机控制器的研究处于起步阶段，大多停留在驱动杆移动量与测头位置正、反解算法等理论研究上，投入实用的并联测量机控制器很少。市场上没有商品化的并联坐标测量机控制器销售，只有一种Equator并联比对仪整机在售，而且控制器不单卖。因为并联结构测量机驱动杆移动量和测头位置的运动关系的正、反解算方法相比串联结构测量机的不同，而且要复杂很多。串联结构中，两者是线性关系，并联结构中，两者是非线性关系。而且并联结构各杆移动时，各杆的移动速度要很好协同，避免卡死。所以目前市场上的串联测量机控制器不能用于控制并联坐标测量机。因此，研究并联坐标测量机控制器，是并联测量机控制器技术的自主知识产权的创新。
技术实现思路
为了实现对并联坐标测量机高精度、高效率的测头运动控制，数字量逻辑控制，实现手柄随动控制、编程自动控制、触摸屏控制、自学习控制四种测量方式，本专利技术提供一种并联测量机控制器。本控制器采用以Clipper运动控制卡为核心的上下位机开放式结构构建，能够实现高精度、智能化的运动控制、数字量逻辑控制及多种灵活的测量控制方式。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:采用Clipper运动控制卡和工控机为核心构成上下位机的开放式架构并联测量机控制器。在图4中所示，本专利技术并联测量机控制器硬件上王要由Clipper运动控制卡、上位工控机、触摸屏、接口卡、手柄、ACC-1P扩展卡、直流伺服驱动器、机箱组成。并联测量机控制器软件由工控机中上位机控制软件和Clipper运动控制卡中下位机控制软件组成。本专利技术的运动控制卡采用80MHz主频的DSP56303型号CPU，4路12bit的+/-1OV模拟量输出。为了满足最大8驱动杆并联测量机的控制，又采用ACC-1P扩展卡通过PC104总线与Clipper运动控制卡连接。连接ACC-1P扩展卡后，控制器又增加了四路驱动杆控制通道，与Clipper卡原有4路共同实现了最大8路驱动杆控制。相对专用控制系统通用性差，用户的二次开发、升级、维护都不方便，上下位机结构形式具有很好的开放性。IEEE规定开放式系统允许用户根据自己的应用需要，对来自不同或相同供货商的功能模块进行选配和集成，迅速和低成本的改变和扩展控制系统功能。所以本方案采用工控机加Clipper运动控制卡上下位机架构来实现开放式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联测量机控制器，其特征是：采用上下位机的开放式结构，上位机为与触摸显示屏连接的工控机，也与下位机中Clipper运动控制卡利用交叉网线连接；下位机箱内包括Clipper运动控制卡，ACC?1P运动扩展卡，8个直流伺服驱动器，接口卡；手柄与Clipper运动控制卡连接，与接口卡上数字量输入输出接口连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈东，常德功，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：