三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的控制系統(tǒng)介紹
蘇州精坐標(biāo)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用的是德國(guó)品牌控制系統(tǒng)
一、控制系統(tǒng)的功能
控制系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)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(cè)量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)測(cè)頭信號(hào)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(cè)量所必需的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控三坐標(biāo)測(cè)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(lèi)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分為手動(dòng)型、機(jī)動(dòng)型和CNC型。
早期的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以手動(dòng)型和機(jī)動(dòng)型為主，其測(cè)量是由操作者直接手動(dòng)或通過(guò)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(guò)程序來(lái)控制坐標(biāo)測(cè)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(lèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，在車(chē)間中應(yīng)用較廣。這兩類(lèi)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的標(biāo)尺系統(tǒng)通常為光柵，測(cè)頭一般采用觸發(fā)式測(cè)頭。其工作過(guò)程是：每當(dāng)觸發(fā)式測(cè)頭接觸工件時(shí)，測(cè)頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)測(cè)頭控制接口向CPU發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，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(zhǎng)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(cè)量進(jìn)給是計(jì)算機(jī)控制的。它可以通過(guò)程序?qū)y(cè)量機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制以及對(duì)測(cè)量機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。另外，它也可以通過(guò)操縱桿進(jìn)行手工測(cè)量。CNC型控制系統(tǒng)又可分為集中控制與分布控制兩類(lèi)。
（1）集中控制
集中控制由一個(gè)主CPU實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(pán)輸入及安全監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)。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(cè)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(cè)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(tái)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(cè)量進(jìn)給控制
手動(dòng)型以外的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是通過(guò)操縱桿或CNC程序?qū)λ欧姍C(jī)進(jìn)行速度控制，以此來(lái)控制測(cè)頭和測(cè)量工作臺(tái)按設(shè)定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量進(jìn)給與數(shù)控機(jī)床的加工進(jìn)給基本相同，但其對(duì)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(cè)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(jiǎn)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(cè)頭在三維空間按預(yù)定的軌跡相對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)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(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)中，插補(bǔ)器由CPU程序控制來(lái)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(cè)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(guò)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(cè)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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