基于PMAC的激光掃描尺寸測量系統

除主接口外，PMAC還有一系列通用的模擬、數字輸入／輸出口。這些端口與其DSP內存統一編址，可通過(guò)統一的方式存取。PMAC地址空間的功能是預設固定的，如某一部分地址保存的數據代表某臺電機的設置，另一部分則是用戶(hù)應用所保存的數據。為方便上位機對PMAC內存的操作和應用程序的編寫(xiě)，其內存被按其功能劃分為各種變量，如I變量、M變量、P變量。I變量的值設置了PMAC卡的工作環(huán)境，這又使I變量可被劃分為許多種類(lèi)型，如電機設置I變量、通信設置I變量、編碼器I變量、P變量(供用戶(hù)程序使用的全局變量、M變量(指針變量)，即其本身所代表的內存地址存儲的是另一個(gè)存儲單元的地址)。M變量可根據需要指向任意存儲位置，包括內存和端口寄存器。不過(guò)在PMAC上電時(shí)，部分M變量會(huì )被預先初始化為指向特殊位置的值，如M203的缺省值指向2號編碼器的位置捕獲寄存器。
2．2 位置捕獲功能的設置
位置捕獲功能是指在一個(gè)外部事件進(jìn)入某一寄存器時(shí)，鎖存相應的當前編碼器位置。這是一個(gè)完全由與編碼器相關(guān)的硬件電路來(lái)完成的任務(wù)，所以它惟一的延遲就是硬件門(mén)的延遲，這使它具有非常高的位置捕捉精度。
電路的工作方式可通過(guò)軟件選擇，如可設置讀入外部事件的位置。設置是通過(guò)相關(guān)編碼器I變量完成的。每一個(gè)編碼器都可通過(guò)5個(gè)I變量來(lái)設置，位置捕獲功能相關(guān)的變量為編碼器I變量2和編碼器I變量3。變量3設置事件捕捉的位置，如可將其設為通過(guò)HOME標志捕捉。變量2設置外部事件的捕捉方式，如是上跳沿還是下跳沿。PMAC共可設置16個(gè)編碼器，每個(gè)編碼器的I變量是按順序5個(gè)一組編排的，依次為I900～I979。對于編碼器2(編號從1開(kāi)始)，若將其設置為捕捉HOME標志的上跳沿信號進(jìn)行位置捕捉，則可通過(guò)向PMAC發(fā)送命令“I907=2”和“I908=0”來(lái)實(shí)現。每一個(gè)編碼器都對應于一組寄存器，通過(guò)這些寄存器可設置編碼器的工作方式，如前面對編碼器I變量的設置，實(shí)際就是向這些寄存器的某些位寫(xiě)入某些值。通過(guò)這些寄存器也可讀取編碼器信息，如當編碼器完成一次位置捕捉后，被鎖存的位置就保存在這些寄存器中，對于編碼器2，該寄存器的位置為X：MYMC007的所有24位。編碼器還根據位置捕捉的情況自動(dòng)設置某些標志位，即當完成一次捕捉時(shí)將標志置1。此時(shí)，無(wú)論外部信號有什么變化都不會(huì )再進(jìn)行捕捉，當捕捉結果被取走時(shí)(即對相應寄存器有讀操作)，編碼器自動(dòng)將標志置0，并重新開(kāi)始響應外部事件進(jìn)行新的位置捕捉。對于編碼器2，該標志位的位置為X：MYMC004的第17位(從0開(kāi)始，共24 位)。
2．3 PLC程序的設置
PMAC是一個(gè)多任務(wù)的計算機應用系統。它除了能通過(guò)各種設置和運動(dòng)程序完成高精度的定位和對復雜運動(dòng)的控制任務(wù)外，還可分時(shí)執行多類(lèi)其他任務(wù)，并根據任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求，分配任務(wù)的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的任務(wù)會(huì )打斷低優(yōu)先級的任務(wù)。PLC程序是PMAC所支持的用戶(hù)程序之一，在任務(wù)優(yōu)先級上處于最末的后臺處理級。它可在用戶(hù)的主機上編寫(xiě)，之后下載到PMAC上執行。與PMAC支持的另一種優(yōu)先級較高的用戶(hù)程序——運動(dòng)程序相比。 PLC程序沒(méi)有運動(dòng)語(yǔ)句，其在功能上與可編程邏輯控制器非常類(lèi)似。
在該應用中，PLC程序的任務(wù)是判斷是否發(fā)生位置捕獲，如發(fā)生，則將其讀人數組中，并對捕獲的位置進(jìn)行計數。之所以要將值讀入數組中，是因為由于激光掃過(guò)被測物邊緣時(shí)會(huì )由于邊緣的反射產(chǎn)生抖動(dòng)，以致采集到的數據多于1個(gè)，為防止后面的數據沖掉前面的數據，故將掃過(guò)一個(gè)邊緣產(chǎn)生的數據放入數組中。
可用的PLC程序如下：

在程序中m203指向編碼器2的位置捕捉寄存器；m217指向編碼器2的位置捕捉狀態(tài)標志位；m33指向P變量220，這是數組第一個(gè)元素的位置；m34指向m33的低12位，這樣就可操作m33，使其在讀人捕捉位置后指向下一個(gè)P變量。

3 測量系統特性初探
為研究系統的測量性能，以20 mm標準量塊為被測物，在上述系統上進(jìn)行了一系列測量實(shí)驗。實(shí)驗結果通過(guò)上位機用Vc++編寫(xiě)的程序進(jìn)行采集、存儲和分析。與PMAC的通信是利用 Delta-tau公司提供的動(dòng)態(tài)連接庫PComm32．dll完成的。由于C++語(yǔ)言對數值計算和圖表輸出的支持較少，程序采用與Matlab混合編程的方式來(lái)完成分析工作，即采用了調用Mat-lab COM服務(wù)器的方式，實(shí)現對Matlab函數的調用。這一編程方式也可在其他語(yǔ)言中實(shí)現。
在測量過(guò)程中，被測物的兩個(gè)邊沿都以?xún)煞N方式被定位，即從亮到暗和從暗到亮，且每次實(shí)驗的樣本數都不少于300。也就是說(shuō)，每次的實(shí)驗結果均包含4個(gè)數據組，分別記作Q_L(代表前邊沿，從亮到暗)，Q_A(代表前邊沿，從暗到亮)，H_L(代表后邊沿，從亮到暗)，H_A(代表后邊沿，從暗到亮)，且每組數據的個(gè)數不少于300。由于測量系統本質(zhì)上是通過(guò)對邊緣的定位來(lái)進(jìn)一步完成尺寸測量的，所以在以下分析中僅就邊緣定位的系統特性作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。
圖3為1次實(shí)驗的結果，該實(shí)驗所用光柵尺的每一計數代表0．1 μm。