关节臂式坐标测量系统关键技术研究

　　随着生产与科学的发展,有许多场合需要结构简单、体积小、精度高、价格低廉、安装简单、易于操作、能够在现场方便地探测工件的关节臂式坐标测量系统[1,2].关节臂式坐标测量机由图1各个部分组成.图中1是测量机的基座,它可以方便地安装在被测对象的现场.基座1还可以做成磁性座,能吸附在被测工件或机器上.测量机有一系列的臂4,它们可以绕关节3灵活转动.关节3处装有编码器,用以测量两个臂的相对转角.为转动灵活某些关节还配有平衡重6.臂4上贴有测温元件,可以对臂的温度误差进行补偿.与基座1相连的臂成为第一节,在最后一节臂的末端装有触发测头5,用手抓住与它邻近的臂,可以方便地探测被测工件或机器上的各个点[3,4].

　　1　系统构成

　　1.1　硬件系统

　　硬件系统主要是完成角度传感器输出数据的采集和传输工作,同时还传送按键状态.硬件电路包括主控单片机单元、光栅编码器、串行通信接口和采集信号控制等电路模块.系统结构图如图2.主控单片机是硬件系统的核心,控制并协调数据采集系统的全部动作.此功能由一片77E58来完成,77E58是一个可以与51系列单片机兼容的带有双串口的微处理器,串口1接受PC机发出的命令以及可靠地把数据传送给PC机,串口0则通过串行总线与六个下位机进行命令发布和数据采集.光栅编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器,可以高精度测量转角.本系统采用的是Mi-croE公司的Mercury系列编码器M3500Si,它具有可编程控制分辨率技术,LED准直调整范围,且精度能够达到5 nm.串行通信接口为增加信号传输的可靠性,并与PC串口标准相兼容,本系统采用MAX232对AT89C51输出电平进行提升[5].

　　1.2　软件系统

　　1)通信控制模块

　　主控单元77E58单片机收到外部按键或自己的定时中断后,向六个从机89C2051单片机发出信号,使它们同时进入中断INT0,从机在中断INT0中完成取正负脉冲计数器之差的任务后,退出中断对串口进行查询,等待主控单片机单元与其联系.主控单片机77E58通过串口0与各从机取得联系后,把数据取过来,然后对数据进行整理、加工,并与PC机进行联络,把数据最终通过串口1传给PC机并显示.

　　2)数据处理模块

　　PC机对传输过来的数据进行接收、解释,将各个关节的关节角信息与其他系统杆件参数结合,启动坐标计算模块处理得到测头的实时位置和姿态.

　　3)系统帮助模块

　　采用超文本方式HTML的帮助系统提供了所有的系统功能介绍,以及各功能模块的使用方法,以及用户在系统操作过程中可能遇到的问题及解决的方法.

　　2　系统关键技术