三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)的控制系統(tǒng)介紹
蘇州精坐標(biāo)三坐標(biāo)測量機(jī)采用的是德國品牌控制系統(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，實(shí)時監(jiān)控三坐標(biāo)測量機(jī)的狀態(tài)以保障整個系統(tǒng)的安全性與可靠性等。
二、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
按自動化程度分類，三坐標(biāo)測量機(jī)分為手動型、機(jī)動型和CNC型。
早期的坐標(biāo)測量機(jī)以手動型和機(jī)動型為主，其測量是由操作者直接手動或通過操縱桿完成各個點(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)自動進(jìn)給和進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，同時在計(jì)算機(jī)中完成數(shù)據(jù)處理。
1．手動型與機(jī)動型控制系統(tǒng)
這類控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價格低廉，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，測頭發(fā)出觸發(fā)信號，通過測頭控制接口向CPU發(fā)出一個中斷信號，CPU則執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，實(shí)時地讀出計(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)動進(jìn)行控制以及對測量機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)自動測量。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)動控制是由一個獨(dú)立模塊完成的，該模塊是一個相對獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成單軸的伺服控制、三軸聯(lián)動以及運(yùn)動狀態(tài)的監(jiān)測。從功能上看，運(yùn)動控制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CPU，每個CPU完成特定的控制，同時這些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。如要增加一個轉(zhuǎn)臺只需在系統(tǒng)中再擴(kuò)充一個單軸控制單元，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，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)動精度、運(yùn)動平穩(wěn)性及響應(yīng)速度的要求更高。三坐標(biāo)測量機(jī)的運(yùn)動控制包括單軸伺服控制和多軸聯(lián)動控制。單軸伺服控制較為簡單，各軸的運(yùn)動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)動時，則需要CPU控制三軸按一定的算法聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)測頭的空間運(yùn)動，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。
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，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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