基于PMAC控制卡的激光掃描尺寸測(cè)量系統(tǒng)

引言

在機(jī)械加工中經(jīng)常需要對(duì)一些簡(jiǎn)單的幾何尺寸，如直徑、邊距等進(jìn)行測(cè)量。這類工作重復(fù)性大，工作量大，傳統(tǒng)的手工測(cè)量不僅增加了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作強(qiáng)度，精度低，且手工測(cè)量的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)處理時(shí)也很不方便。這類工作如果使用坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等精度高，通用性強(qiáng)的儀器測(cè)量，在經(jīng)濟(jì)和效率上都很難滿足要求。另有一種專門的激光掃描傳感器可用于此類測(cè)量，但其測(cè)量精度是建立在對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)速度的精確控制上的，這無(wú)疑增加了成本。為了方便實(shí)現(xiàn)對(duì)這類簡(jiǎn)單、一維尺寸、高效、高精度，且易于數(shù)據(jù)管理的測(cè)量，在此提出一種可在PMAC控制卡控制的普通運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上實(shí)施激光掃描測(cè)量的系統(tǒng)。它融合了以上兩種測(cè)量方法，即通過(guò)對(duì)激光信號(hào)的檢測(cè)獲得被測(cè)物的邊緣信號(hào)，并根據(jù)此信號(hào)鎖存光柵尺讀數(shù)，以得到被測(cè)物的邊緣位置，從而進(jìn)一步得到尺寸值。

這種方法具有光電測(cè)量高速、非接觸的優(yōu)點(diǎn)，又可充分利用技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的光柵尺資源。由于光柵尺的精度通常都較高，此測(cè)量系統(tǒng)可在一定范圍內(nèi)獲得較高的精度。

1測(cè)量原理及整體構(gòu)造

測(cè)量系統(tǒng)由工控機(jī)、PMAC控制卡、運(yùn)動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)(包括光柵尺、伺服電機(jī)、絲杠等)、激光發(fā)射裝置和光電檢測(cè)裝置組成。系統(tǒng)的主要原理如圖1所示，被測(cè)物裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并隨實(shí)驗(yàn)臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的控制由PMAC控制卡完成，它讀人光柵尺的讀數(shù)，并輸出給電機(jī)的控制量。被測(cè)物兩側(cè)分別是激光發(fā)射裝置和光電檢測(cè)元件，當(dāng)被測(cè)物位于光路中時(shí)，檢測(cè)元件處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)被測(cè)物離開(kāi)時(shí)，元件導(dǎo)通。隨著被測(cè)物的移動(dòng)，當(dāng)其邊沿通過(guò)激光束時(shí)，檢測(cè)元件會(huì)產(chǎn)生由通到斷或由斷到通的跳變。通過(guò)一定的設(shè)置，PMAC可檢測(cè)到這些跳變信號(hào)，并鎖存當(dāng)時(shí)的光柵尺讀數(shù)，這樣就得到被測(cè)物的邊沿位置，而通過(guò)測(cè)量前后兩個(gè)邊沿位置，就可得到所需的尺寸值。

激光器采用了小功率半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為640nm。其小巧的體積和較低的價(jià)格使其非常適用于這類應(yīng)用場(chǎng)合。光電檢測(cè)元件采用普通的金屬封裝光電三極管。

PMAC插在工控機(jī)的PCI插槽內(nèi)，并通過(guò)PCI總線進(jìn)行通信。通信的主要內(nèi)容有兩方面：向PMAC發(fā)運(yùn)動(dòng)控制指令，從而使其完成平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制；從PMAC內(nèi)讀取其鎖存的被測(cè)物邊沿位置讀數(shù)，從而完成結(jié)果的輸出、保存及分析工作。為方便對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理分析，以及便于研究系統(tǒng)性能，該系統(tǒng)采用了工控機(jī)加PMAC的組織方案，在系統(tǒng)定型后可以使用更加經(jīng)濟(jì)的方案，如ARM-Linux加PMAC。

PMAC控制卡的使用是很靈活的，要構(gòu)成上面所述的系統(tǒng)需要對(duì)其進(jìn)行一些設(shè)置。下面將詳細(xì)介紹在這種應(yīng)用中PMAC卡的設(shè)置方法及上下位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)辦法。

2PMAC卡的設(shè)置

2．1PMAC卡簡(jiǎn)介

PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡是Delta-Tau公司推出的，它是可通過(guò)多種方式與微機(jī)接口的系列控制卡。該例使用的是PCI接口控制卡：PMAC-PC。

PMAC本質(zhì)上是一個(gè)基于DSP芯片的多功能板上系統(tǒng)。該例的PMAC有2個(gè)主接口，每個(gè)主接口可以同時(shí)控制4臺(tái)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于每一臺(tái)電機(jī)，主接口都有一組相應(yīng)的引腳(如圖2所示)。分別負(fù)責(zé)光柵尺信號(hào)輸入，電機(jī)控制輸出和標(biāo)志信號(hào)輸入。在該例中主接口通過(guò)跳線設(shè)置為光電隔離模式。

除主接口外，PMAC還有一系列通用的模擬、數(shù)字輸入／輸出口。這些端口與其DSP內(nèi)存統(tǒng)一編址，可通過(guò)統(tǒng)一的方式存取。PMAC地址空間的功能是預(yù)設(shè)固定的，如某一部分地址保存的數(shù)據(jù)代表某臺(tái)電機(jī)的設(shè)置，另一部分則是用戶應(yīng)用所保存的數(shù)據(jù)。為方便上位機(jī)對(duì)PMAC內(nèi)存的操作和應(yīng)用程序的編寫，其內(nèi)存被按其功能劃分為各種變量，如I變量、M變量、P變量。I變量的值設(shè)置了PMAC卡的工作環(huán)境，這又使I變量可被劃分為許多種類型，如電機(jī)設(shè)置I變量、通信設(shè)置I變量、編碼器I變量、P變量(供用戶程序使用的全局變量、M變量(指針變量)，即其本身所代表的內(nèi)存地址存儲(chǔ)的是另一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址)。M變量可根據(jù)需要指向任意存儲(chǔ)位置，包括內(nèi)存和端口寄存器。不過(guò)在PMAC上電時(shí)，部分M變量會(huì)被預(yù)先初始化為指向特殊位置的值，如M203的缺省值指向2號(hào)編碼器的位置捕獲寄存器。

2．2位置捕獲功能的設(shè)置

位置捕獲功能是指在一個(gè)外部事件進(jìn)入某一寄存器時(shí)，鎖存相應(yīng)的當(dāng)前編碼器位置。這是一個(gè)完全由與編碼器相關(guān)的硬件電路來(lái)完成的任務(wù)，所以它惟一的延遲就是硬件門的延遲，這使它具有非常高的位置捕捉精度。