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三坐標(biāo)知識六-三坐標(biāo)測量機(jī)的控制系統(tǒng)
[2009-09-22]

一、控制系統(tǒng)的功能

控制系統(tǒng)是三坐標(biāo)測量機(jī)的關(guān)鍵組成部分之一。其主要功能是:讀取空間坐標(biāo)值,控制測量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)對測頭信號進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理,控制機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測量所必需的運(yùn)動(dòng),實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性等。

二、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

      按自動(dòng)化程度分類,坐標(biāo)測量機(jī)分為手動(dòng)型、機(jī)動(dòng)型和CNC型。早期的坐標(biāo)測量機(jī)以手動(dòng)型和機(jī)動(dòng)型為主,其測量是由操作者直接手動(dòng)或通過操縱桿完成各個(gè)點(diǎn)的采樣,然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,CNC型控制系統(tǒng)變得日益普及,它是通過程序來控制坐標(biāo)測量機(jī)自動(dòng)進(jìn)給和進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,同時(shí)在計(jì)算機(jī)中完成數(shù)據(jù)處理。

1.手動(dòng)型與機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)

      這類控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,價(jià)格低廉,在車間中應(yīng)用較廣。這兩類坐標(biāo)測量機(jī)的標(biāo)尺系統(tǒng)通常為光柵,測頭一般采用觸發(fā)式測頭。其工作過程是:每當(dāng)觸發(fā)式測頭接觸工件時(shí),測頭發(fā)出觸發(fā)信號,通過測頭控制接口向CPU發(fā)出一個(gè)中斷信號,CPU則執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,實(shí)時(shí)地讀出計(jì)數(shù)接口單元的數(shù)值,計(jì)算出相應(yīng)的空間長度,形成采樣坐標(biāo)值X、Y和Z,并將其送入采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū),供后續(xù)的數(shù)據(jù)處理使用。

2.CNC型控制系統(tǒng)

      CNC型控制系統(tǒng)的測量進(jìn)給是計(jì)算機(jī)控制的。它可以通過程序?qū)y量機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制以及對測量機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。另外,它也可以通過操縱桿進(jìn)行手工測量。CNC型控制系統(tǒng)又可分為集中控制與分布控制兩類。

(1)集中控制

      集中控制由一個(gè)主CPU實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與坐標(biāo)值的采樣,完成主計(jì)算機(jī)命令的接收、解釋與執(zhí)行、狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)的回送與實(shí)時(shí)顯示、控制命令的鍵盤輸入及安全監(jiān)測等任務(wù)。它的運(yùn)動(dòng)控制是由一個(gè)獨(dú)立模塊完成的,該模塊是一個(gè)相對獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),完成單軸的伺服控制、三軸聯(lián)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測。從功能上看,運(yùn)動(dòng)控制CPU既要完成數(shù)字調(diào)節(jié)器的運(yùn)算,又要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,運(yùn)算量大,其實(shí)時(shí)性與測量進(jìn)給速度取決于CPU的速度。

(2)分布式控制

      分布式控制是指系統(tǒng)中使用多個(gè)CPU,每個(gè)CPU完成特定的控制,同時(shí)這些CPU協(xié)調(diào)工作,共同完成測量任務(wù),因而速度快,提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。另外,分布式控制的特點(diǎn)是多CPU并行處理,由于它是單元式的,故維修方便、便于擴(kuò)充。如要增加一個(gè)轉(zhuǎn)臺只需在系統(tǒng)中再擴(kuò)充一個(gè)單軸控制單元,并定義它在總線上的地址和增加相應(yīng)的軟件就可以了。

三、測量進(jìn)給控制

      手動(dòng)型以外的坐標(biāo)測量機(jī)是通過操縱桿或CNC程序?qū)λ欧姍C(jī)進(jìn)行速度控制,以此來控制測頭和測量工作臺按設(shè)定的軌跡作相對運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對工件的測量。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量進(jìn)給與數(shù)控機(jī)床的加工進(jìn)給基本相同,但其對運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及響應(yīng)速度的要求更高。三坐標(biāo)測量機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制包括單軸伺服控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制。單軸伺服控制較為簡單,各軸的運(yùn)動(dòng)控制由各自的單軸伺服控制器完成。但當(dāng)要求測頭在三維空間按預(yù)定的軌跡相對于工件運(yùn)動(dòng)時(shí),則需要CPU控制三軸按一定的算法聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)測頭的空間運(yùn)動(dòng),這樣的控制由上述單軸伺服控制及插補(bǔ)器共同完成。在三坐標(biāo)測量機(jī)控制系統(tǒng)中,插補(bǔ)器由CPU程序控制來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)定的軌跡,CPU不斷地向三軸伺服控制系統(tǒng)提供坐標(biāo)軸的位置命令,單軸伺服控制系統(tǒng)則不斷地跟蹤,從而使測頭一步一步地從起始點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

四、控制系統(tǒng)的通信

      控制系統(tǒng)的通信包括內(nèi)通信和外通信。內(nèi)通信是指主計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)兩者之間相互傳送命令、參數(shù)、狀態(tài)與數(shù)據(jù)等,這些是通過聯(lián)接主計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)的通信總線實(shí)現(xiàn)的。外通信則是指當(dāng)CMM作為FMS系統(tǒng)或CIMS系統(tǒng)中的組成部分時(shí),控制系統(tǒng)與其它設(shè)備間的通信。目前用于坐標(biāo)測量機(jī)通信的主要有串行RS-232標(biāo)準(zhǔn)與并行IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)。

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