基于PMAC的激光掃描尺寸測量系統(tǒng)

引 言
在機(jī)械加工中經(jīng)常需要對一些簡單的幾何尺寸，如直徑、邊距等進(jìn)行測量。這類工作重復(fù)性大，工作量大，傳統(tǒng)的手工測量不僅增加了現(xiàn)場工作人員的工作強(qiáng)度，精度低，且手工測量的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)處理時也很不方便。這類工作如果使用坐標(biāo)測量儀等精度高，通用性強(qiáng)的儀器測量，在經(jīng)濟(jì)和效率上都很難滿足要求。另有一種專門的激光掃描傳感器可用于此類測量，但其測量精度是建立在對獨(dú)立運(yùn)動系統(tǒng)速度的精確控制上的，這無疑增加了成本。為了方便實(shí)現(xiàn)對這類簡單、一維尺寸、高效、高精度，且易于數(shù)據(jù)管理的測量，在此提出一種可在PMAC控制卡控制的普通運(yùn)動平臺上實(shí)施激光掃描測量的系統(tǒng)。它融合了以上兩種測量方法，即通過對激光信號的檢測獲得被測物的邊緣信號，并根據(jù)此信號鎖存光柵尺讀數(shù)，以得到被測物的邊緣位置，從而進(jìn)一步得到尺寸值。
這種方法具有光電測量高速、非接觸的優(yōu)點(diǎn)，又可充分利用技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的光柵尺資源。由于光柵尺的精度通常都較高，此測量系統(tǒng)可在一定范圍內(nèi)獲得較高的精度。

1 測量原理及整體構(gòu)造
測量系統(tǒng)由工控機(jī)、PMAC控制卡、運(yùn)動測控系統(tǒng)(包括光柵尺、伺服電機(jī)、絲杠等)、激光發(fā)射裝置和光電檢測裝置組成。系統(tǒng)的主要原理如圖1所示，被測物裝在實(shí)驗(yàn)臺上，并隨實(shí)驗(yàn)臺一起運(yùn)動，運(yùn)動的控制由PMAC控制卡完成，它讀人光柵尺的讀數(shù)，并輸出給電機(jī)的控制量。被測物兩側(cè)分別是激光發(fā)射裝置和光電檢測元件，當(dāng)被測物位于光路中時，檢測元件處于斷開狀態(tài)；當(dāng)被測物離開時，元件導(dǎo)通。隨著被測物的移動，當(dāng)其邊沿通過激光束時，檢測元件會產(chǎn)生由通到斷或由斷到通的跳變。通過一定的設(shè)置，PMAC可檢測到這些跳變信號，并鎖存當(dāng)時的光柵尺讀數(shù)，這樣就得到被測物的邊沿位置，而通過測量前后兩個邊沿位置，就可得到所需的尺寸值。

激光器采用了小功率半導(dǎo)體激光器，波長為640 nm。其小巧的體積和較低的價(jià)格使其非常適用于這類應(yīng)用場合。光電檢測元件采用普通的金屬封裝光電三極管。
PMAC插在工控機(jī)的PCI插槽內(nèi)，并通過PCI總線進(jìn)行通信。通信的主要內(nèi)容有兩方面：向PMAC發(fā)運(yùn)動控制指令，從而使其完成平臺的運(yùn)動控制；從 PMAC內(nèi)讀取其鎖存的被測物邊沿位置讀數(shù)，從而完成結(jié)果的輸出、保存及分析工作。為方便對采集數(shù)據(jù)的處理分析，以及便于研究系統(tǒng)性能，該系統(tǒng)采用了工控機(jī)加PMAC的組織方案，在系統(tǒng)定型后可以使用更加經(jīng)濟(jì)的方案，如ARM-Linux加PMAC。
PMAC控制卡的使用是很靈活的，要構(gòu)成上面所述的系統(tǒng)需要對其進(jìn)行一些設(shè)置。下面將詳細(xì)介紹在這種應(yīng)用中PMAC卡的設(shè)置方法及上下位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)辦法。

2 PMAC卡的設(shè)置
2．1 PMAC卡簡介
PMAC運(yùn)動控制卡是Delta-Tau公司推出的，它是可通過多種方式與微機(jī)接口的系列控制卡。該例使用的是PCI接口控制卡：PMAC-PC。