基于Linux的坐标测量机测头与计算机系统接口方法

　　现代三坐标测量机是集光学、机械、数控技术和计算机技术于一体的大型精密智能化仪器。可以对复杂的空间尺寸进行测量,广泛应用于仪器制造、航空航天、电子工业和汽车工业等各个部门。坐标测量机是现代工业检测和质量控制中不可缺少的大型万能仪器。

　　坐标测量机大致可分为3个挡次。第1挡是数显打字型,第2挡是电子处理型,第3挡是计算机控制型,即CNC控制型。目前国内企业前两类坐标测量机还在大量使用。但其效率较低,并且不具备数据处理能力。对其进行改造,将其与计算机系统相连,增强其数据处理能力,无疑具有较大的经济和社会效益。

　　利用计算机对坐标测量机进行采样,就必须扩展计算机接口,使计算机具备自动数据采集能力,为下一步的软件扩展做准备。这包括对光栅数据的采样和对测头触发信号的采样。对光栅数据的采样可得到测头在机器坐标系下任一时刻任一点的坐标值。当测头与工件表面接触后,测头发出触发信号。该信号经处理后,经串口进入计算机,引发串口中断,记录下该时刻的坐标值。该值即是要测量的工件表面某一点的坐标值。系统硬件框图如图1所示。

　　1　坐标数据的采集

　　坐标测量机的测头在机坐标系x、y、z方向上分别带动一个计量光栅。每个光栅传感器送出的是4路电流信号,即两个互为反相的正弦信号和两个互为反相的余弦信号。幅值大概在50μA左右。坐标测量机的传感器信号处理电路经过电流/电压变换、细分及整形、输出脉冲信号,分辨率为4μm,经驱动送出。

　　为能将此信号采集到计算机,并使分辨率提高到1μm,采用如图2所示的信号传输和处理方法。

　　1. 1　长线驱动

　　采用一段长线将坐标测量机光栅的4路方波信号sin、cos、-sin、-cos传送至远端的计算机。原理图如图3所示。

　　传输线接收器选用MC3486,它具有三态输出的单片四差分线驱动器,特别适合噪声环境中长总线上的多点传送。功能上可以和SN75175相互换。

　　MC3486将4路方波信号转换成相差90°的两路信号: sin和cos,此信号经RC滤波,反相驱动输出。

　　1. 2　辨向四细分

　　为实现测头不同方向运动时,加脉冲和减脉冲的不同计数,必须解决测头的辨向问题。同时希望将分辨率提高至1μm。还须将信号四细分。

　　将sin和cos信号经第1个D触发器同步,再经过第2个D触发器延迟,得到信号sin’和cos’与第1个D触发器的输出信号相异或,完成两倍频,将sin信号的两倍频信号与cos信号的两倍频信号相或,即得四细分信号,见图4。