数字式运动控制卡DMC2410在全自动测量仪上的应用
摘要：详细介绍了DMC2410运动控制卡在全自动影像/探针测量仪上控制电机运动、光栅尺检测、自动控制探针速度、由手动操作摇杆控制探针速度的技术和方法。
1. 全自动影像/探针测量仪的功能及基本结构
全自动影像/探针测量仪已广泛应用于电子、家电、五金、塑料、模具等行业，它既可以用CCD获取被测物图像，平面测量被测物的点、线、圆、距离、角度等参数，也可以使用接触式探针对被测物进行斜面、球、槽、柱、锥、盲孔等三维测量。全自动影像/探针测量仪外形如图1所示。
全自动影像/探针测量仪有一个X-Y平台，用于放置被测物体；其立柱装有Z轴平台，用于安装镜头、探针、光源，并可上下调节高度。X、Y、Z三轴都由伺服电机驱动，三轴的运动由安装在电脑中的运动控制卡自动控制，也可以用手动操作摇杆控制。三轴都装有光栅尺，用于平台的位置测量。有些型号的全自动影像/探针测量仪还配有镜头自动聚焦用的步进电机。
2. 全自动影像/探针测量仪的位置控制及检测系统硬件结构
DMC2410运动控制卡是深圳市雷泰控制技术有限公司针对全自动影像/探针测量仪专用开发的一款脉冲式运动控制卡。其主要功能有：电机运动脉冲控制、位置检测、位置锁存、I/O控制等。
图2是全自动影像/探针测量仪用DMC2410卡进行运动控制、位置检测的一个典型应用硬件结构图。4个电机的控制、3个光栅尺的检测、探针信号的检测、I/O的控制都是由DMC2410运动控制卡完成；手动操作摇杆的控制信号，由USB端口输入给PC机，经过软件处理后，转换为运动控制指令，发送给DMC2410运动控制卡。
3. DMC2410的运动控制功能
1） 点位运动控制：
下面以0号轴为例，给出了DMC2410运动控制卡点位运动控制的相关代码。其中函数的第1个参数都是轴号，为0。
d2410_set_pulse_outmode (0,0)； //设置脉冲输出模式：第2位为0，为单脉冲模式，PUL0-信号上升沿有效，DIR0-正向为低电平。
d2410_set_profile(0,500,6000,0.02,0.01)；//设定梯形速度曲线：起始速度为500脉冲/秒、运行速度为6000脉冲/秒、加速时间为0.02秒、减速时间为0.01秒。
d2410_ex_t_pmove(0,50000,0)； //让指定轴以梯形速度曲线做定长位移运动：第2个参数为运动距离，50000个脉冲；第3个参数为0，为相对位移
2）回原点动作控制：
下面以0号轴为例，给出了DMC2410运动控制卡用光栅尺的EZ信号为原点信号进行回原点运动的相关代码。其中函数的第1个参数都是轴号，为0。
d2410_set_HOME_pin_logic(0,0,1)；//设置原点信号的有效电平：第2位为0，ORG低电平有效；第3位为1，允许滤波功能
d2410_config_EZ_PIN(0,0,3)；//设置EZ信号的有效电平及其作用：第2位为0，EZ信号低电平有效；第3位为3，设EZ是原点信号，且复位位置计数器
d2410_set_profile(0,500,6000,0.02,0.01)；
d2410_config_home_mode(0,0,1)；//设置回原点方式：第2位为0，只计home；第3位为1，在回原点运动过程中，当找到原点信号后，该轴的EZ信号出现了1次后，电机停止。
d2410_home_move(0,1,1)；//回原点运动：第2位为1，正方向回原点；第3位为1，高速回原点，遇原点信号，减速后停止
4. DMC2410的位置锁存及探针运动速度控制功能
全自动影像/探针测量仪在使用接触式探针对被测物进行测量的过程如图3所示：首先，探针以速度V靠近测量点，如图3a所示；探针红宝石球接触到被测物体后，产生位置锁存触发信号，DMC2410运动控制卡立即将光栅尺当前位置记录下来，如图3b所示；DMC2410运动控制卡锁存了该位置数据后，立即控制探针减速、停止，如图3所示；然后退回，进行下一个点的测量。
1） 探针触发位置锁存控制：
DMC2410运动控制卡的位置锁存方式可以选择对每个编码器信号独立锁存，也可以通过一个轴的锁存触发信号LTC对全部编码器计数值同时锁存。探针触发位置锁存例程如下：
2） 探针速度控制：
一般探针在测量过程中最大运动速度V为20mm/s；探针最大允许偏转角q为15度。若探针长30mm，则留给运动控制卡减速、停止的最大运动距离L为8mm；如图3c所示。
一般探针测头触发后停止有两种方式实现：一是采用PC软件查询测头状态，发现探针触发后发出停止指令，使机台停止；另一种方式是硬件控制自动停止，即通过运动控制卡内部的固件程序（firmware）检测探针触发事件并自动停止。
由于WINDOWS是非实时操作系统，外部事件查询实时性不好，尤其是系统进程中有CPU资源利用率高的软件占用资源时，以及操作系统处理某些后台任务时，计算机响应速度很慢，故第一种方法用PC机软件查询探针测头触发信号有风险，可能造成探针未及时停止运动，导致探针撞坏。
第二种方法是使用DMC2410的减速停止控制功能，由运动控制卡上的运动控制芯片完成探针的触发信号检测及减速、停止的动作；因为硬件处理速度快，所以探针的安全得到了保证。其过程如图4所示。
为了提高系统的稳定性，设计了一个由探针触发信号产生减速信号的处理电路，如图5所示。图中R1C1构成微分电路，可去除抖动信号；在探针信号LTC由高变低时，在开关管Q1的基极产生一个负脉冲，关断光耦发光二极管的电流，使得SD信号输入脚产生一个正脉冲；图中电路参数将产生脉冲宽度约为20ms的正脉冲。图中SD1、SD2、SD3信号分别对应于0号轴、1号轴、2号轴的减速信号。
（需要请联系我）
以0号轴为例，对减速控制的函数设置如下：
d2410_config_SD_PIN(0，1，1，3)；
该函数第1个参数是设置轴号；第2个参数是设置减速信号SD有效；第3个参数是设置SD信号的有效逻辑电平为高电平有效；第4个参数是设置SD信号的控制方式，即锁存SD信号，并减速到起始速度后停止。
如此设置后，当探针未触发时，探针可按运动卡的指令正常运动；当探针触发时，DMC2410运动控制卡将自动地控制0号轴的运动减速、停止。当探针停止后，SD信号才复位，只有当SD信号复位后，运动控制卡才可执行其它运动指令。SD信号状态可通过d2410_get_rsts函数读取。
5. DMC2410的手动操作摇杆控制功能
全自动影像/探针测量仪在使用接触式探针对被测物进行批量测试前，需要先用手动操作摇杆控制探针对被测物体进行手动测量示教，测量仪系统软件将记录测量动作过程，之后可自动对该种被测物体进行测量。
手动操作摇杆有3个自由度，可以控制三个轴的运动。其每个自由度根据其摇杆位置输出0～255的数值，其中间位置（即平衡位置）对应的是127，最大负方向位置对应于0，最大正方向位置对应于255。摇杆输出的数值对应于探针的运动速度。
PC机从USB端口读取到手动操作摇杆的位置值后，通过DMC2410运动控制卡的速度控制指令来改变探针的运动方向和运动速度。下面是手动操作摇杆控制函数代码：
（需要请联系我）
6. 结论
目前，已有多家影像/探针测量仪制造商使用DMC2410运动控制卡，其优良的性能深受用户的好评。同样，DMC2410运动控制卡在其它自动化应用领域也得到大量的应用。
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