旋转接触式三座标测量仪的计算机控制系统设计

　　三座标测量机是集光、机、电以及计算机控制为一体的高精度测量设备,它使几何量的测量出现了一种全新的概念,即在测量方向与被测方向不一致的情况下,可以高效率的测量任意零件的任一参数,获得高精度的测量结果。

　　三座标轴测量机是由单座标测量机和两座标测量机发展而来的。通常的三座标测量机是由三个互相垂直的运动轴X、Y、Z建立起来的一个直角座标测量体系,测头的一切运动都在这个座标系中进行,且都带有计算机和测量软件,可以直接打印出测量数据。

　　旋转接触式三座标仪与它有很大不同。首先它只有一根运动轴Z轴,由Z轴上的测头装置完成测量,在结构上要简单得多。其次本测量系统带有完整的数据处理软件,可以直接对所获得的数据进行曲线拟合,并自动绘出图形。其中拟合的寻优问题用户可以根据实际情况需要自己掌握。这对于以前的测量机由于本身软件不足,将数据采集出来后,还要通过其他软件进行分析是个很大的改进。

　　1　系统结构设计

　　该测试控制系统分为两大部分:测量及数据的处理和曲线的拟合。前一部分程序用VC++编写,得到数据文件。后部分曲线的拟合在Matlab中实现,在Matlab程序中只要调用测量后得到的数据文件就可以绘出拟合后的定子曲线。系统硬件由测量机、位置传感器、通用微型计算机、打印机、两个电机及控制电路组成。用户通过计算机与测量机取得联系。

　　在运动Z轴上装有测头装置,通过两个电机来控制它的运动轨迹,一个控制测头紧贴定子内表面匀速旋转;一个控制其以一定速度迅速上下运动。计算机通过串行口com1的0位控制旋转电机开始启动(1)和停止(0);通过串行口com1的1位下降电机开始启动(1)和停止(0);通过串行口com1的2位下降电机开始复位(1)和停止(0);通过串行口com1读取位置传感器发送过来的数据。本测量装置的计算机控制系统的结构如图1所示。

　　测量时,把被测零件放在工作台上,位置传感器测头和零件内表面接触,测头的运动轨迹由测球中心点来表示。测控系统可以随时给出测球中心点在座标系中的精确位置[1],当测球沿着工件的几何面移动时,通过计算机可以从位置感应器上读取被测零件半径r, Z方向上的位移由上下速度和运行时间确定,这个新型的测量机是与时间同步的。它应用VC++程序在被测定子内表面的区域内采集数据点,在360°范围内等间距测量,通过计算机处理后得到数据文件保存下来。从而可以用来精确的计算出被测工件结合尺寸和形位公差等。

　　2　系统软件设计

　　软件的设计目标是使用户可以通过人机界面方便的操作,并具有通用性。根据系统功能的要求,该测控软件需要完成多个参数的采集和控制[2],试验完毕后要生成数据表格以及绘制图形曲线并打印输出。该系统以友好的图形界面与用户交互,用户操作起来将更加直观、方便,极大的改善了操作性能。试验过程中可以随时观察各参数的变化情况,并在电动机运转过程中实时记录各参数值、改变控制量、显示参数值超限报警等。