[发明专利]一种总线结构的三坐标测量机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三坐标测量机用的控制器，尤其是一种采用总线结构的三坐标测量机控制器。

背景技术

在三坐标测量机领域，控制器起着至关重要的作用。即使是功能简单的手动三坐标测量机，其控制器也起着反馈坐标数据、获取测头触发信号等关键作用。对于CNC三坐标测量机，控制器是其正常工作、自动测量的核心部件。

目前的三坐标测量机控制器普遍采用的是集中式控制系统，信息处理的中心都在控制器中，三坐标测量机上的所有电子部件的都通过线缆连接到控制系统中，常常会出现同一个部位有大量的线缆沿着相同的路径一起连接到控制器。

大量的线缆在三坐标测量机中布线，导致三坐标测量机需要留出较大的空间容许线缆通过，在存在相对运动的部件之间还需要设置拖链，大量的线缆必将对拖链提出非常高的要求。大量的线缆处在同一拖链之中，必将互相挤压、拖拽，在运动部件高速运动时，这种挤压、拖拽更加严重。

经验表明，三坐标测量机在控制方面的故障中，线缆的原因远高于控制器本身导致的故障。

使用一种分布式的控制器可以解决这个问题。在三坐标测量机远端的每个部位放置一个分布式的控制器，该控制器与主控制器[1]之间只需通过电源线与总线连接，这种方式可以极大的减少部件与控制器之间的连线。

CAN总线是一种成熟的总线技术，在工业领域、汽车领域都有着广泛的应用，在可靠性、实时性等方面都具备优良的性能。

将CAN总线应用到三坐标测量机控制器中，可在保证三坐标测量机各个电子部件可靠工作的前提下，大大的减少线缆数量，降低拖链的负荷，有效的提高三坐标测量机整机的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种总线结构的三坐标测量机控制系统，采用分布式控制系统结构，可有效的减少三坐标测量机内部走线，提高整机可靠性。

本三坐标测量机控制系统由主控制器、单轴驱动控制器、测头控制器、操作手柄等部件组成。除了主控制器外，其他部件统称为外围控制器。与三坐标测量机控制系统连接，实现测量运算、发出运动命令的计算机称为主机。

主控制器与单轴驱动控制器之间以电源电缆、通讯总线电缆、坐标锁存直通电缆、急停直通电缆连接；主控制器与测头控制器之间以电源电缆、触发直通电缆连接；主控制器与操作手柄之间以电源电缆、通讯总线电缆连接；各个外围控制器之间没有直接的连接。单轴驱动控制器与三坐标测量机中的电机、线性光栅尺、旋转编码器、限位开关、温度传感器连接；测头控制器与三坐标测量机中的测头直接连接。

主控制器是整个控制系统的核心中枢，由总控模块、运动控制模块、测头触发模块、总线通讯模块、误差补偿模块、状态监控模块等组成。

主控制器的运动控制模块完成三坐标测量机的CNC运动控制功能，按照主机的运动指令，以指定的速度、加速度，按照指定的方向控制三坐标测量机机台移动指定的距离；或者按照指定的速度朝指定的方向运动。主控制器中只完成三坐标测量机的运动分解与规划，各轴运动的具体控制由单轴驱动控制器来完成。主控制器中的运动分解与规划功能主要包括路径规划和运动插补等功能子模块。

运动控制模块在接收到主机发来的运动指令时，根据指令类别分为位移运动模式和速度运动模式两种运动方式。在位移运动模式下，路径规划子模块根据运动方向进行运动插补，将位移模式运动转化为各个轴的分阶段速度运动模式，并将这一系列的规划数据通过总线传送到单轴驱动控制器中，交给单轴驱动控制器去实现位置环、速度环和电流环的三个闭环控制。在速度运动模式下，路径规划子模块直接根据运动方向进行分解，将整体的速度运动模式分解为各个轴的速度运动模式，再将这一系列规划数据通过总线传送到单轴驱动控制器。

主控制器的测头触发模块接收来自测头控制器的测头触发信号，并用该信号直接驱动各个单轴驱动控制器的坐标锁存直通电缆。在测头接收到触发信号时，各个单轴驱动控制器的坐标锁存直通电缆实时锁存本轴驱动控制器中的坐标数据。在测头触发模块判断到有测头触发信号后，通过总线通讯模块从各个单轴驱动控制器中读取锁存的坐标数据，以获得测头触发时刻各个轴采集到的坐标数据。