一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及到一種用于激光尺寸檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括用于接收測量點位置信息，并發(fā)送至運動控制器的上位機控制模塊；用于將位置信息解析為脈沖命令或PWM波以控制伺服驅(qū)動器的運動控制器；用于接收運動控制器的運動指令，并按照指令要求控制伺服電機的伺服驅(qū)動器；用于帶動激光傳感器運動到達指定測量點進行尺寸測量的伺服電機和負責(zé)運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機的供電管理的電源管理模塊。本發(fā)明具有測量速度快；可隨時根據(jù)測量要求改變激光傳感器運動方式，測量的準(zhǔn)確性和精度高等優(yōu)點。
【專利說明】一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測量領(lǐng)域，具體涉及到一種用于激光尺寸檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]工業(yè)領(lǐng)域中很多場合都會對產(chǎn)品或零件的尺寸做出要求，尤其是對外觀造型和安裝質(zhì)量有要求的場合。傳統(tǒng)檢測方式中多以機械檢具或靠模結(jié)合手動儀表的方式，這種檢測方式的缺點顯而易見:首先不同產(chǎn)品零件需要不同的檢具，大量檢具的生產(chǎn)不僅加大生產(chǎn)成本，對于生產(chǎn)時間較長的大型企業(yè)檢具的存放甚至也成為負擔(dān)；其次手動測量在浪費人力物力的同時也存在測量可靠性差、不方便信息化管理等缺點。并且傳統(tǒng)檢測方式多以抽檢的形式實施，現(xiàn)今對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，實現(xiàn)產(chǎn)品的全檢被越來越多的客戶要求。要以傳統(tǒng)的檢測方式實現(xiàn)全檢耗時耗力都是企業(yè)難以承擔(dān)的。在這種背景下，產(chǎn)品或零件尺寸的自動檢測將會是今后的發(fā)展方向。目前在自動尺寸檢測的手段中，激光和工業(yè)照相機最為主流，激光更以方便、靈活、精確的測量在眾多場合得以應(yīng)用。
[0003]實現(xiàn)自動檢測，至關(guān)重要的是檢測控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對上銜接激光尺寸測量裝置，對下驅(qū)動運動系統(tǒng)從而帶動機械傳動系統(tǒng)，進而帶動激光傳感器進行測量。對于整個激光尺寸測量裝置而言，控制系統(tǒng)是承上啟下的重要部分，它根據(jù)測量系統(tǒng)的要求將激光傳感器帶到合理的位置?？刂葡到y(tǒng)的合理與否直接關(guān)系整個系統(tǒng)能否進行靈活精確的測量。相對于機床等傳統(tǒng)加工裝置的控制系統(tǒng)而言，用于激光尺寸檢測的控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩輸出的要求不高，而對末端機構(gòu)的運動靈活性和運動精度有較高的要求。因此，設(shè)計甚至規(guī)范一種用于激光尺寸測量運動單元至關(guān)重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)檢測方法的弊端及控制系統(tǒng)在激光尺寸測量裝置中的重要性，本發(fā)明旨在設(shè)計一種高效可行的用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，用于激光尺寸測量裝置中測量部件和機械部件的控制，包括上位機控制模塊、運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機和電源管理模塊，其中上位機控制模塊用于接收激光尺寸測量裝置的測量點位置信息，并將該信息發(fā)送至運動控制器，同時，上位機控制模塊與激光尺寸測量裝置中的測量部件進行通信，實時交換位置信息；運動控制器用于將上位機控制模塊發(fā)送的位置信息解析為脈沖命令或PWM波以控制伺服驅(qū)動器；伺服驅(qū)動器用于接收運動控制器的運動指令，并按照指令要求控制伺服電機的轉(zhuǎn)矩環(huán)和速度環(huán)；伺服電機用于帶動激光尺寸測量裝置的機械部件，進而帶動激光傳感器運動到達激光尺寸測量裝置指定的測量點進行尺寸測量；電源管理模塊負責(zé)運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機的供電管理。
[0005]進一步地，上述控制系統(tǒng)還包括外圍設(shè)備，外圍設(shè)備包括圍欄、限位開關(guān)、工作燈在內(nèi)的外圍輔助部件，該外圍設(shè)備受運動控制器的控制，輔助控制系統(tǒng)的工作。
[0006]進一步地，上述運動控制器與電源管理模塊交互保證控制系統(tǒng)的上電順序，保證控制系統(tǒng)異常時斷掉強電以保護控制系統(tǒng)。
[0007]更近一步地，上述上位機控制模塊還可以接收來自其他軟件的測量軌跡以形成測
量點信息。
[0008]上述上位機控制模塊的工作流程為:
[0009]O)等待檢測命令:如果得到命令則進入下一步，否則繼續(xù)等待，直到得到檢測命令；
[0010]I)獲取檢測路徑:通過其它途徑導(dǎo)入文件并解析為三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，或者直接接受通過人機界面獲取的點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0011]2)—個運動周期:和運動控制器交互，控制激光傳感器運動到指定點，該點坐標(biāo)通過步驟I)獲?。?br>
[0012]3) 一個采集周期:和上位機測量模塊交互，激光傳感器運動到指定位置后開啟數(shù)據(jù)采集，并等待本次數(shù)據(jù)采集結(jié)束；
[0013]4)合理性判別:結(jié)合激光尺寸測量裝置的數(shù)據(jù)處理算法對本次采集數(shù)據(jù)進行甄另O，判斷本次采集對激光尺寸測量裝置測量的貢獻是否足夠，如果沒有達到要求則調(diào)整路徑后返回步驟2)，如果達到要求則進入步驟5)；
[0014]5)判別是否完成檢測任務(wù):即判別是否完成了檢測路徑中所有測量點的測量任務(wù)，如果未完成則返回步驟2)，否則返回步驟O)。
[0015]在上述步驟2)中一個運動周期還包括如下步驟:
[0016]21)讀取系統(tǒng)運動狀態(tài):讀取運動控制器中系統(tǒng)位置等信息，并計算目的位置和現(xiàn)在位置的行對距離。
[0017]22)下達運動命令:給運動控制器下達運動命令，并發(fā)送具體要運動的相對位置信
肩、O
[0018]23)查詢回傳信息:查詢運動控制器傳回來的信息，如果已經(jīng)到達目的位置則返回主流程，結(jié)束本次運動周期，否則繼續(xù)等待。
[0019]在上述步驟3)中一個采集周期還包括如下步驟:
[0020]31)給上位機測量模塊發(fā)送交互信號，以命其啟動數(shù)據(jù)采集；
[0021]32)等待上位機測量模塊的數(shù)據(jù)采集完成信號，如果已完成，則返回主流程，否則繼續(xù)等待。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于:
[0023]1、電機伺服控制任務(wù)下放到專用的運動控制器:相對于使用通用的運動控制器結(jié)構(gòu)上更加緊湊合理；同時減輕了上位機的任務(wù)，這樣上位機可以專用于整體控制和檢測數(shù)據(jù)處理，提高了整體測量速度。
[0024]2、上位機控制模塊逐點實時下達運動命令:這種方式相對于常規(guī)激光尺寸測量裝置中給運動控制器傳輸NC文件更加方便，上位機可以隨時控制運動控制器而不必等到新的NC文件的被傳輸和執(zhí)行；這種方式也更加靈活，可隨時根據(jù)測量要求改變激光傳感器運動方式。
[0025]3、本發(fā)明中上位機控制模塊和運動控制器的交互過程中，上位機控制模塊可與上位機測量模塊數(shù)據(jù)實時交互，實時評估和糾正測量，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高了測量的準(zhǔn)確性和精度?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本激光尺寸測量裝置框圖；
[0028]圖3為本發(fā)明供電原理圖；
[0029]圖4為本發(fā)明中的上位機控制模塊總流程圖；
[0030]圖5為本發(fā)明上位機控制模塊流程中運動周期路程；
[0031]圖6為本發(fā)明上位機控制模塊流程中采集周期流程。
【具體實施方式】:
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0033]附圖1為激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從圖1中可以看出，本發(fā)明包括上位機控制模塊、運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機和電源管理模塊，其中上位機控制模塊用于接收激光尺寸測量裝置的測量點位置信息，并將該信息發(fā)送至運動控制器，同時，上位機控制模塊與激光尺寸測量裝置中的測量部件進行通信，實時交換位置信息；運動控制器用于將上位機控制模塊發(fā)送的位置信息解析為脈沖命令或PWM波以控制伺服驅(qū)動器；伺服驅(qū)動器用于接收運動控制器的運動指令，并按照指令要求控制伺服電機的轉(zhuǎn)矩環(huán)和速度環(huán)；伺服電機用于帶動激光尺寸測量裝置的機械部件，進而帶動激光傳感器運動到達激光尺寸測量裝置指定的測量點進行尺寸測量；電源管理模塊負責(zé)運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機的供電管理。
[0034]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明中的上位機控制模塊還接收來自其他軟件的測量軌跡以形成測量點位置信息進而給運動控制器下達位置命令。
[0035]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述控制系統(tǒng)還包括外圍設(shè)備，外圍設(shè)備包括圍欄、限位開關(guān)、工作燈在內(nèi)的外圍輔助部件，該外圍設(shè)備受運動控制器的控制，輔助控制系統(tǒng)的工作。圍欄僅有在系統(tǒng)不工作的時候才能被打開；工作燈用于指示系統(tǒng)是否正常工作；限位開關(guān)協(xié)助硬限位裝置為運動控制器提供更安全的限位信號。
[0036]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述上位機控制模塊與激光尺寸測量裝置中的上位機檢測模塊進行通信，保證激光尺寸測量裝置中的測量部件和機械部件的運動有序進行。
[0037]圖2為激光尺寸測量裝置框圖，激光尺寸測量裝置包括控制系統(tǒng)、測量部件、機械部件，三者緊密結(jié)合。其中測量部件包括上位機測量模塊和激光傳感器，主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、顯示等；機械部件為機械傳動裝置，機械傳動裝置通過控制系統(tǒng)中伺服電機的運行而帶動，進而帶動安裝在機械結(jié)構(gòu)上的激光傳感器，激光傳感器采集到的數(shù)據(jù)是上位機測量模塊進行數(shù)據(jù)處理、存儲和顯示的基礎(chǔ)?？刂葡到y(tǒng)(虛線框標(biāo)出部分)負責(zé)根據(jù)激光尺寸測量裝置的要求控制機械部件的運動，有著承上啟下的作用。激光尺寸測量裝置軟件安裝在上位機上，包括上位機測量模塊和上位機控制模塊，二者分別屬于測量部件和控制系統(tǒng)，二者的相互交互把測量部件和控制系統(tǒng)銜接了起來。
[0038]圖3為本發(fā)明供電原理圖，本發(fā)明中的電源管理模塊電源管理模塊負責(zé)運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機的供電管理，和運動控制器緊密聯(lián)系以確保強電僅在系統(tǒng)正常時被提供。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明動力用電和控制用電分開供電。設(shè)空氣開關(guān)為總開關(guān)，動力線主電路的通斷通過電源管理模塊控制接觸器進行控制。電源在接入控制系統(tǒng)之前先通過濾波器，有效防止了電網(wǎng)干擾造成的控制錯誤。
[0039]如圖4所示為本發(fā)明上位機控制模塊的工作流程，具體為:
[0040]O)等待檢測命令:
[0041]如果得到命令則進入下一步，否則繼續(xù)等待，直到得到檢測命令。
[0042]I)獲取檢測路徑:
[0043]通過其它途徑導(dǎo)入文件并解析為三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，或者直接接受通過人機界面獲取的點坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0044]2)—個運動周期:
[0045]和運動控制器交互，控制激光傳感器運動到指定點，該點坐標(biāo)通過步驟I)獲取。流程如圖5所示，具體為:
[0046]21)讀取系統(tǒng)運動狀態(tài):讀取運動控制器中系統(tǒng)位置等信息，并計算目的位置和現(xiàn)在位置的行對距離。
[0047]22)下達運動命令:給運動控制器下達運動命令，并發(fā)送具體要運動的相對位置信
肩、O
[0048]23)查詢回傳信息:查詢運動控制器傳回來的信息，如果已經(jīng)到達目的位置則返回主流程，結(jié)束本次運動周期，否則繼續(xù)等待。
[0049]3)—個采集周期:
[0050]和上位機測量模塊交互，激光傳感器運動到指定位置后開啟數(shù)據(jù)采集，并等待本次數(shù)據(jù)采集結(jié)束。流程如圖6所示，具體為:
[0051]31)給上位機測量模塊發(fā)送交互信號，以命其啟動數(shù)據(jù)采集；
[0052]32)等待上位機測量模塊的數(shù)據(jù)采集完成信號，如果已完成，則返回主流程，否則繼續(xù)等待。
[0053]4)合理性判別:
[0054]結(jié)合激光尺寸測量裝置的數(shù)據(jù)處理算法對本次采集數(shù)據(jù)進行甄別，判斷本次采集對激光尺寸測量裝置測量的貢獻是否足夠，如果沒有達到要求則調(diào)整路徑后返回步驟2)，如果達到要求則進入步驟5)。
[0055]5)判別是否完成檢測任務(wù):
[0056]即判別是否完成了檢測路徑中所有測量點的測量任務(wù)，如果未完成則返回步驟2)，否則返回步驟O)。
[0057]本發(fā)明中，為了上位機控制模塊和運動控制器更好的通信，運動控制器部分集成通信接口，以動態(tài)鏈接庫的形式提供給上位機控制模塊。這些通信接口包括命令類和查詢類，命令類又進一步包括運動命令、控制命令等，查詢類又進一步包括狀態(tài)查詢、位置信息查詢、錯誤查詢等。本發(fā)明中的上位機控制模塊和運動控制器的通信硬件上通過以太網(wǎng)接口實現(xiàn)，通訊協(xié)議采用XML定義,易于擴展,運動控制器提供windows版標(biāo)準(zhǔn)c動態(tài)鏈接庫，上位直接調(diào)用其函數(shù)來讀取信息和發(fā)送命令。運動控制器和上位機控制模塊交互的過程中，上位機控制模塊除正常的工作流程外還包括對運動控制器狀態(tài)的管理以及對系統(tǒng)錯誤的處理。狀態(tài)管理為工作流程提供一些必要輔助信息和手段；錯誤處理對上位機控制模塊本身和運動控制器的錯誤進行處理，通過中斷的方式進入，必要時和通過人機界面和用戶交互。本實施例中的具體接口函數(shù)包括連接、斷開連接、回原點、運動到指定位置、取得當(dāng)前位置、取得當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)定和查詢坐標(biāo)系、復(fù)位、停止、暫停、繼續(xù)、取得錯誤編號、關(guān)機等。
【權(quán)利要求】
1.一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，用于激光尺寸測量裝置中測量部件與機械部件的控制，其特征在于，包括上位機控制模塊、運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機和電源管理模塊，所述上位機控制模塊用于接收激光尺寸測量裝置的測量點位置信息，并將該信息發(fā)送至運動控制器，同時，上位機控制模塊與激光尺寸測量裝置中的測量部件進行通信，實時交換位置信息；所述運動控制器用于將上位機控制模塊發(fā)送的位置信息解析為脈沖命令或PWM波以控制伺服驅(qū)動器；所述伺服驅(qū)動器用于接收運動控制器的運動指令，并按照指令要求控制伺服電機的轉(zhuǎn)矩環(huán)和速度環(huán)；所述伺服電機用于帶動激光尺寸測量裝置的機械部件，進而帶動激光傳感器運動到達激光尺寸測量裝置指定的測量點進行尺寸測量；所述電源管理模塊負責(zé)運動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機的供電管理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包括圍欄、限位開關(guān)、工作燈在內(nèi)的外圍輔助部件，該外圍設(shè)備受運動控制器的控制，輔助控制系統(tǒng)的工作。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運動控制器與電源管理模塊交互保證控制系統(tǒng)的上電順序，保證控制系統(tǒng)異常時斷掉強電以保護控制系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機控制模塊還可以接收來自其他軟件的測量軌跡以形成測量點信息。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機控制模塊的工作流程為: O)等待檢測命令:如果得到命令則進入下一步，否則繼續(xù)等待，直到得到檢測命令； O獲取檢測路徑:通過其它途徑導(dǎo)入文件并解析為三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，或者直接接受通過人機界面獲取的點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；` 2)—個運動周期:和運動控制器交互，控制激光傳感器運動到指定點，該點坐標(biāo)通過步驟I)獲??； 3)一個采集周期:和上位機測量模塊交互，激光傳感器運動到指定位置后開啟數(shù)據(jù)采集，并等待本次數(shù)據(jù)采集結(jié)束； 4)合理性判別:結(jié)合激光尺寸測量裝置的數(shù)據(jù)處理算法對本次采集數(shù)據(jù)進行甄別，判斷本次采集對激光尺寸測量裝置測量的貢獻是否足夠，如果沒有達到要求則調(diào)整路徑后返回步驟2)，如果達到要求則進入步驟5)； 5)判別是否完成檢測任務(wù):即判別是否完成了檢測路徑中所有測量點的測量任務(wù)，如果未完成則返回步驟2)，否則返回步驟O)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟2)中一個運動周期還包括如下步驟: 21)讀取系統(tǒng)運動狀態(tài):讀取運動控制器中系統(tǒng)位置等信息，并計算目的位置和現(xiàn)在位置的行對距離。 22)下達運動命令:給運動控制器下達運動命令，并發(fā)送具體要運動的相對位置信息。 23)查詢回傳信息:查詢運動控制器傳回來的信息，如果已經(jīng)到達目的位置則返回主流程，結(jié)束本次運動周期，否則繼續(xù)等待。
7.如權(quán)利要求5所述的一種用于激光尺寸測量裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟3)中一個采集周期還包括如下步驟: 31)給上位機測量模塊發(fā)送交互信號，以命其啟動數(shù)據(jù)采集； 32)等待上位機測量模塊的數(shù)據(jù)采集完成信號，如果已完成，則返回主流程，否則繼續(xù)等 待。
【文檔編號】G01B11/00GK103822579SQ201410005768
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】張冬運, 孔嘯, 孔飛, 張敏, 王浩田 申請人:江蘇申模數(shù)字化制造技術(shù)有限公司