基于PMAC的激光掃描尺寸測量系統

引 言
在機械加工中經(jīng)常需要對一些簡(jiǎn)單的幾何尺寸，如直徑、邊距等進(jìn)行測量。這類(lèi)工作重復性大，工作量大，傳統的手工測量不僅增加了現場(chǎng)工作人員的工作強度，精度低，且手工測量的數據在統計處理時(shí)也很不方便。這類(lèi)工作如果使用坐標測量?jì)x等精度高，通用性強的儀器測量，在經(jīng)濟和效率上都很難滿(mǎn)足要求。另有一種專(zhuān)門(mén)的激光掃描傳感器可用于此類(lèi)測量，但其測量精度是建立在對獨立運動(dòng)系統速度的精確控制上的，這無(wú)疑增加了成本。為了方便實(shí)現對這類(lèi)簡(jiǎn)單、一維尺寸、高效、高精度，且易于數據管理的測量，在此提出一種可在PMAC控制卡控制的普通運動(dòng)平臺上實(shí)施激光掃描測量的系統。它融合了以上兩種測量方法，即通過(guò)對激光信號的檢測獲得被測物的邊緣信號，并根據此信號鎖存光柵尺讀數，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，此測量系統可在一定范圍內獲得較高的精度。

1 測量原理及整體構造
測量系統由工控機、PMAC控制卡、運動(dòng)測控系統(包括光柵尺、伺服電機、絲杠等)、激光發(fā)射裝置和光電檢測裝置組成。系統的主要原理如圖1所示，被測物裝在實(shí)驗臺上，并隨實(shí)驗臺一起運動(dòng)，運動(dòng)的控制由PMAC控制卡完成，它讀人光柵尺的讀數，并輸出給電機的控制量。被測物兩側分別是激光發(fā)射裝置和光電檢測元件，當被測物位于光路中時(shí)，檢測元件處于斷開(kāi)狀態(tài)；當被測物離開(kāi)時(shí)，元件導通。隨著(zhù)被測物的移動(dòng)，當其邊沿通過(guò)激光束時(shí)，檢測元件會(huì )產(chǎn)生由通到斷或由斷到通的跳變。通過(guò)一定的設置，PMAC可檢測到這些跳變信號，并鎖存當時(shí)的光柵尺讀數，這樣就得到被測物的邊沿位置，而通過(guò)測量前后兩個(gè)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體激光器，波長(cháng)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(lèi)應用場(chǎng)合。光電檢測元件采用普通的金屬封裝光電三極管。
PMAC插在工控機的PCI插槽內，并通過(guò)PCI總線(xiàn)進(jìn)行通信。通信的主要內容有兩方面：向PMAC發(fā)運動(dòng)控制指令，從而使其完成平臺的運動(dòng)控制；從 PMAC內讀取其鎖存的被測物邊沿位置讀數，從而完成結果的輸出、保存及分析工作。為方便對采集數據的處理分析，以及便于研究系統性能，該系統采用了工控機加PMAC的組織方案，在系統定型后可以使用更加經(jīng)濟的方案，如ARM-Linux加PMAC。
PMAC控制卡的使用是很靈活的，要構成上面所述的系統需要對其進(jìn)行一些設置。下面將詳細介紹在這種應用中PMAC卡的設置方法及上下位機通信的實(shí)現辦法。

2 PMAC卡的設置
2．1 PMAC卡簡(jiǎn)介
PMAC運動(dòng)控制卡是Delta-Tau公司推出的，它是可通過(guò)多種方式與微機接口的系列控制卡。該例使用的是PCI接口控制卡：PMAC-PC。