引言

在機械加工中經(jīng)常需要對一些簡單的幾何尺寸，如直徑、邊距等進行測量。這類工作重復性大，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度，精度低，且手工測量的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計處理時也很不方便。這類工作如果使用坐標測量儀等精度高，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立運動系統(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動平臺上實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，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、PMAC控制卡、運動測控系統(tǒng)(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(tǒng)的主要原理如圖1所示，被測物裝在實驗臺上，并隨實驗臺一起運動，運動的控制由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，當被測物位于光路中時，檢測元件處于斷開狀態(tài)；當被測物離開時，元件導通。隨著被測物的移動，當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體激光器，波長為640nm。其小巧的體積和較低的價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插在工控機的PCI插槽內(nèi)，并通過PCI總線進行通信。通信的主要內(nèi)容有兩方面：向PMAC發(fā)運動控制指令，從而使其完成平臺的運動控制；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)采用了工控機加PMAC的組織方案，在系統(tǒng)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(gòu)成上面所述的系統(tǒng)需要對其進行一些設(shè)置。下面將詳細介紹在這種應(yīng)用中PMAC卡的設(shè)置方法及上下位機通信的實現(xiàn)辦法。

2PMAC卡的設(shè)置

2．1PMAC卡簡介

PMAC運動控制卡是Delta-Tau公司推出的，它是可通過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。

PMAC本質(zhì)上是一個基于DSP芯片的多功能板上系統(tǒng)。該例的PMAC有2個主接口，每個主接口可以同時控制4臺電機的運動。對于每一臺電機，主接口都有一組相應(yīng)的引腳(如圖2所示)。分別負責光柵尺信號輸入，電機控制輸出和標志信號輸入。在該例中主接口通過跳線設(shè)置為光電隔離模式。

除主接口外，PMAC還有一系列通用的模擬、數(shù)字輸入／輸出口。這些端口與其DSP內(nèi)存統(tǒng)一編址，可通過統(tǒng)一的方式存取。PMAC地址空間的功能是預設(shè)固定的，如某一部分地址保存的數(shù)據(jù)代表某臺電機的設(shè)置，另一部分則是用戶應(yīng)用所保存的數(shù)據(jù)。為方便上位機對PMAC內(nèi)存的操作和應(yīng)用程序的編寫，其內(nèi)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(shè)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型，如電機設(shè)置I變量、通信設(shè)置I變量、編碼器I變量、P變量(供用戶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(nèi)存地址存儲的是另一個存儲單元的地址)。M變量可根據(jù)需要指向任意存儲位置，包括內(nèi)存和端口寄存器。不過在PMAC上電時，部分M變量會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(shè)置

位置捕獲功能是指在一個外部事件進入某一寄存器時，鎖存相應(yīng)的當前編碼器位置。這是一個完全由與編碼器相關(guān)的硬件電路來完成的任務(wù)，所以它惟一的延遲就是硬件門的延遲，這使它具有非常高的位置捕捉精度。