國(guó)產(chǎn)自主三坐標(biāo)部件——Alpha系列控制器

一、三坐標(biāo)控制器基本概念

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）作為精密測(cè)量的重要設(shè)備，其控制器的性能直接決定了測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。

數(shù)控型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)，由含有測(cè)頭接口、光柵計(jì)數(shù)的CNC數(shù)控單元和含有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制用主控計(jì)算機(jī)兩部分組成，由測(cè)量軟件編寫(xiě)程序規(guī)定其運(yùn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。

三坐標(biāo)控制器是測(cè)量軟件和機(jī)械本體間的橋梁，三坐標(biāo)控制器負(fù)責(zé)為測(cè)量?jī)x器提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、采集探測(cè)信號(hào)和控制運(yùn)動(dòng)部件。對(duì)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)需要的動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件在導(dǎo)軌方向上運(yùn)動(dòng)。由于測(cè)頭一般需要在被測(cè)物體的各個(gè)測(cè)量點(diǎn)間移動(dòng)，也需要驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)提供動(dòng)力和控制運(yùn)動(dòng)方向，并采集測(cè)頭的探測(cè)信號(hào)。

三坐標(biāo)控制器和測(cè)量軟件如何協(xié)同工作，是開(kāi)發(fā)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。I++ DME定義了一套尺寸測(cè)量設(shè)備的通用接口標(biāo)準(zhǔn)，是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

I++ DME通信協(xié)議,是由I++工作組于2001年提出的針對(duì)尺寸測(cè)量設(shè)備的通用接口標(biāo)準(zhǔn)。該工作組主要由歐洲的汽車(chē)制造協(xié)會(huì)發(fā)起成立，目的是希望在測(cè)量軟件和機(jī)器之間建立一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以解決公司內(nèi)部眾多尺寸測(cè)量設(shè)備的兼容問(wèn)題。由于是由用戶直接發(fā)起的，I++ DME得到了比較好的推廣，目前已經(jīng)發(fā)展到2.0版本，得到了包括大眾，寶馬，沃爾沃，雷尼紹等行業(yè)重要公司的支持。

中圖儀器軟件PowerDMIS支持I++通信協(xié)議,可與Renishaw, Pantec等控制器無(wú)縫連接。

二、Alpha系列控制器介紹

Alpha系列控制器是中圖儀器歷時(shí)6年自主研發(fā)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制器，支持觸發(fā)及掃描模式，采用全閉環(huán)直流伺服控制技術(shù)，具有優(yōu)異的伺服跟隨控制能力。其微秒級(jí)速度前瞻軌跡規(guī)劃算法，可實(shí)現(xiàn)高效平滑運(yùn)動(dòng)和高空間運(yùn)動(dòng)重復(fù)性，支持I++ DME通訊協(xié)議，兼容市面上的主流測(cè)量軟件。

中圖儀器電控系統(tǒng)目前擁有2個(gè)型號(hào)：Alpha4和Alpha4 Pro。

Alpha系列控制器集成集成DSP和FPGA，驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制器一體化，具有很強(qiáng)的自主性，便于開(kāi)發(fā)和后續(xù)升級(jí)。具有強(qiáng)大的自主保護(hù)功能機(jī)制，如：“電機(jī)短路，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，光柵異常，電壓異常，傳感器異常，測(cè)頭碰撞，跟隨誤差報(bào)警。

1.高精度位置采集：通過(guò)激光編碼器或光柵尺實(shí)時(shí)反饋位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)甚至亞微米級(jí)的測(cè)量精度。

2.智能運(yùn)動(dòng)控制：內(nèi)置多軸聯(lián)動(dòng)算法（如：中圖儀器精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)），以軌跡規(guī)劃提升測(cè)量速度，減少機(jī)械磨損及測(cè)量誤差。

3.兼容多種探頭：支持自主研發(fā)的觸發(fā)式探頭、掃描探頭，滿足不同測(cè)量需求。

4.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：控制器具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠在測(cè)量過(guò)程中即時(shí)校正偏差，保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。

Alpha系列控制器符合I++ DME的標(biāo)準(zhǔn)。配套的IppServer軟件是控制器的接口軟件（DME-Interface），只要測(cè)量軟件按照I++標(biāo)準(zhǔn)，即可以通過(guò)IppServer完成對(duì)三坐標(biāo)設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量功能。Alpha系列控制器設(shè)計(jì)注重抗干擾和穩(wěn)定性，保證在各種工業(yè)環(huán)境下都能保持高性能運(yùn)行。

由于Alpha系列控制器支持I++DME，使得接口具有獨(dú)立性，底層封裝性強(qiáng)，易于使用。通過(guò)I++ DME，對(duì)于測(cè)量軟件開(kāi)發(fā)人員而言，可以將更多的精力放在軟件的界面功能上，不用去考慮控制器內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)，降低了開(kāi)發(fā)難度。對(duì)于控制器開(kāi)發(fā)人員而言，有了明確的接口功能要求，避免了開(kāi)發(fā)的盲目性，雙方都減少了繁瑣的交流。同時(shí)對(duì)于所有的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，基本上不用考慮自己的產(chǎn)品與其它測(cè)量軟件的兼容問(wèn)題。

總結(jié)

中圖儀器自主研發(fā)三坐標(biāo)核心組件運(yùn)動(dòng)控制器，促進(jìn)高精度運(yùn)動(dòng)控制、多軸聯(lián)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)突破。

三坐標(biāo)控制器國(guó)產(chǎn)化不僅是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)核心部組件單一產(chǎn)品的替代，更是中國(guó)裝備制造業(yè)向價(jià)值鏈上游攀升的戰(zhàn)略支點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)“制造強(qiáng)國(guó)"目標(biāo)具有基石性作用。