基于PMAC控制卡的激光扫描尺寸测量系统

1、基于pmac控制卡的激光扫描尺寸测量系统在机械加工中常常需要对一些容易的几何尺寸，如直径、边距等举行测量。这类工作重复性大，工作量大，传统的手工测量不仅增强了现场工作人员的工作强度，精度低，且手工测量的数据在统计处理时也很不便利。这类工作假如用法坐标测量仪等精度高，通用性强的仪器测量，在经济和效率上都很难满足要求。另有一种特地的激光扫描可用于此类测量，但其测量精度是建立在对自立运动系统速度的精确控制上的，这无疑增强了成本。为了便利实现对这类容易、一维尺寸、高效、高精度，且易于数据管理的测量，在此提出一种可在pmac控制卡控制的一般运动平台上实施激光扫描测量的系统。它融合了以上两种测量办法，即通

2、过对激光信号的检测获得被测物的边缘信号，并按照此信号锁存光栅尺读数，以得到被测物的边缘位置，从而进一步得到尺寸值。这种办法具有光电测量高速、非接触的优点，又可充分利用技术成熟、应用广泛的光栅尺资源。因为光栅尺的精度通常都较高，此测量系统可在一定范围内获得较高的精度。2 测量原理及整体构造测量系统由工控机、pmac控制卡、运动测控系统(包括光栅尺、伺服电机、丝杠等)、激光放射装置和光电检测装置组成。系统的主要原理1所示，被测物装在试验台上，并随试验台一起运动，运动的控制由pmac控制卡完成，它读人光栅尺的读数，并输出给电机的控制量。被测物两侧分离是激光放射装置和光电检测元件，当被测物位于光路中时

3、，检测元件处于断开状态；当被测物离开时，元件导通。随着被测物的移动，当其边沿通过激光束时，检测元件会产生由通到断或由断到通的跳变。通过一定的设置，pmac可检测到这些跳变信号，并锁存当初的光栅尺读数，这样就得到被测物的边沿位置，而通过测量前后两个边沿位置，就可得到所需的尺寸值。激光器采纳了小功率激光器，波长为640nm。其小巧的体积和较低的价格使其十分适用于这类应用场合。光电检测元件采纳一般的金属封装光电。pmac插在工控机的pci插槽内，并通过pci举行通信。通信的主要内容有两方面：向pmac发运动控制命令，从而使其完成平台的运动控制；从pmac内读取其锁存的被测物边沿位置读数，从而完成结果

4、的输出、保存及分析工作。为便利对采集数据的处理分析，以及便于讨论系统性能，该系统采纳了工控机加pmac的组织计划，在系统定型后可以用法越发经济的计划，如-加pmac。pmac控制卡的用法是很灵便的，要构成上面所述的系统需要对其举行一些设置。下面将具体介绍在这种应用中pmac卡的设置办法及上下位机通信的实现方法。3 2pmac卡的设置31 pmac卡简介pmac运动控制卡是delta-tau公司推出的，它是可通过多种方式与微机接口的系列控制卡。该例用法的是pci接口控制卡：pmac-pc。pmac本质上是一个基于芯片的多功能板上系统。该例的pmac有2个主接口，每个主接口可以同时控制4台电机的运

5、动。对于每一台电机，主接口都有一组相应的引脚(2所示)。分离负责光栅尺信号输入，电机控制输出和标记信号输入。在该例中主接口通过跳线设置为光电隔离模式。除主接口外，pmac还有一系列通用的模拟、数字输入输出口。这些端口与其dsp内存统一编址，可通过统一的方式存取。pmac地址空间的功能是预设固定的，如某一部分地址保存的数据代表某台电机的设置，另一部分则是用户应用所保存的数据。为便利上位机对pmac内存的操作和应用程序的编写，其内存被按其功能划分为各种变量，如i变量、m变量、p变量。i变量的值设置了pmac卡的工作环境，这又使i变量可被划分为许多种类型，如电机设置i变量、通信设置i变量、i变量、p

6、变量(供用户程序用法的全局变量、m变量(指针变量)，即其本身所代表的内存地址存储的是另一个存储单元的地址)。m变量可按照需要指向随意存储位置，包括内存和端口寄存器。不过在pmac上电时，部分m变量会被预先初始化为指向特别位置的值，如m203的缺省值指向2号编码器的位置捕捉寄存器。32 位置捕捉功能的设置位置捕捉功能是指在一个外部大事进入某一寄存器时，锁存相应的当前编码器位置。这是一个彻低由与编码器相关的硬件来完成的任务，所以它惟一的延迟就是硬件门的延迟，这使它具有十分高的位置捕获精度。电路的工作方式可通过软件挑选，如可设置读入外部大事的位置。设置是通过相关编码器i变量完成的。每一个编码器都可通

7、过5个i变量来设置，位置捕捉功能相关的变量为编码器i变量2和编码器i变量3。变量3设置大事捕获的位置，如可将其设为通过home标记捕获。变量2设置外部大事的捕获方式，如是上跳沿还是下跳沿。pmac共可设置16个编码器，每个编码器的i变量是按挨次5个一组编排的，依次为i900i979。对于编码器2(编号从1开头)，若将其设置为捕获home标记的上跳沿信号举行位置捕获，则可通过向pmac发送指令“i907=2”和“i908=0”来实现。每一个编码器都对应于一组寄存器，通过这些寄存器可设置编码器的工作方式，如前面向编码器i变量的设置，实际就是向这些寄存器的某些位写入某些值。通过这些寄存器也可读取编码

8、器信息，如当编码器完成一次位置捕获后，被锁存的位置就保存在这些寄存器中，对于编码器2，该寄存器的位置为x：mymc007的全部24位。编码器还按照位置捕获的状况自动设置某些标记位，即当完成一次捕获时将标记置1。此时，无论外部信号有什么变幻都不会再举行捕获，当捕获结果被取走时(即对相应寄存器有读操作)，编码器自动将标记置0，并重新开头响应外部大事举行新的位置捕获。对于编码器2，该标记位的位置为x：mymc004的第17位(从0开头，共24位)。33 程序的设置pmac是一个多任务的计算机应用系统。它除了能通过各种设置和运动程序完成高精度的定位和对复杂运动的控制任务外，还可分时执行多类其他任务，并

9、按照任务的实时性要求，分配任务的优先级，高优先级的任务会打断低优先级的任务。plc程序是pmac所支持的用户程序之一，在任务优先级上处于最末的后台处理级。它可在用户的主机上编写，之后下载到pmac上执行。与pmac支持的另一种优先级较高的用户程序运动程序相比。plc程序没有运动语句，其在功能上与可编程规律控制器十分类似。在该应用中，plc程序的任务是推断是否发生位置捕捉，如发生，则将其读人数组中，并对捕捉的位置举行计数。之所以要将值读入数组中，是由于因为激光扫过被测物边缘时会因为边缘的反射产生颤动，以致采集到的数据多于1个，为防止后面的数据冲掉前面的数据，故将扫过一个边缘产生的数据放入数组中。

10、可用的plc程序如下：在程序中m203指向编码器2的位置捕获寄存器；m217指向编码器2的位置捕获状态标记位；m33指向p变量220，这是数组第一个元素的位置；m34指向m33的低12位，这样就可操作m33，使其在读人捕获位置后指向下一个p变量。4 测量系统特性初探为讨论系统的测量性能，以20mm标准量块为被测物，在上述系统上举行了一系列测量试验。试验结果通过上位机用vc+编写的程序举行采集、存储和分析。与pmac的通信是利用delta-tau公司提供的动态衔接库pcomm32dll完成的。因为c+语言对数值计算和图表输出的支持较少，程序采纳与matlab混合编程的方式来完成分析工作，即采纳了

11、调用mat-labcom服务器的方式，实现对matlab函数的调用。这一编程方式也可在其他语言中实现。在测量过程中，被测物的两个边沿都以两种方式被定位，即从亮到暗和从暗到亮，且每次试验的样本数都不少于300。也就是说，每次的试验结果均包含4个数据组，分离记作q_l(代表前边沿，从亮到暗)，q_a(代表前边沿，从暗到亮)，h_l(代表后边沿，从亮到暗)，h_a(代表后边沿，从暗到亮)，且每组数据的个数不少于300。因为测量系统本质上是通过对边缘的定位来进一步完成尺寸测量的，所以在以下分析中仅就边缘定位的系统特性作一简要解释。图3为1次试验的结果，该试验所用光栅尺的每一计数代表01m。图3所示数据

12、的数字特征如表1所示。从图3可见，前边沿测量数据与时光呈显然的线性关系，这一特点在其他试验中也有显然的体现。依据变值系统误差的判别办法可知，这一特性可看作是一种变值系统的误差。变值系统误差的消退有多种方式，这里实行的思路是首先通过大量试验找到一定的阅历函数，以刻画这种误差，之后则可依据这个函数通过补偿的方法消退误差，从而提高系统精度。表1最后一行括号内的数字就是通过测量序列中一元回来分析，剔除时光影响后得出的值。值得注重的是，测量数据和时光的这种相关性并不是非常稳定，它受到其他试验环境因素的影响，即适用于某个系统的补偿函数。通常当系统参数变幻时，补偿函数就不再适用了。要在实际测量中通过这种办法提高精度，需要针对详细的状况通过试验完成。另外，可以看出，对同一边的两组数据，标准差有一定差异，这在其他试验数据组中也是普遍现象，可以考虑采纳精度较高的