專利名稱：一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬影像測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
影像測量技術(shù)是以機械視覺為研究基礎(chǔ)的一門新興測試技術(shù)。它代表的是數(shù)字影 像科技溶入計量領(lǐng)域，進行空間幾何運算的先進測量技術(shù)。影像測量儀建立在微米級精確 數(shù)控的硬件與人性化操作軟件的基礎(chǔ)上，將各種功能完美集成，最終實現(xiàn)高精度、多功能、 智能化?，F(xiàn)代化的測量。影像測量儀發(fā)展起來了人工智能型的現(xiàn)代光學(xué)非接觸測量技術(shù)， 傳承了數(shù)字化儀器優(yōu)異的運動精度與運動操控性能，融合了機器視覺軟件的靈活性、智能 化與自動化的特征，屬于當(dāng)今最前沿的光學(xué)尺寸檢測設(shè)備。運動控制系統(tǒng)是影像測量系統(tǒng)中的重要組成部分。在影像測量儀的實際應(yīng)用中， 運動控制的定位精度直接影響圖片拼接的質(zhì)量。因此，發(fā)明一種用于影像測量儀的高效的 運動控制系統(tǒng)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)和方 法，其可控制負(fù)載的運動軌跡，同時監(jiān)控負(fù)載的各種運動狀態(tài)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種用于高精密影像測量儀的 運動控制系統(tǒng)，包括依次相連的GALIL控制卡、驅(qū)動器、伺服電機和負(fù)載，所述的依次相連 的GALIL控制卡、驅(qū)動器、伺服電機和負(fù)載與安裝在工作平臺上的光柵尺連接組成閉環(huán)控 制系統(tǒng)，所述的GALIL控制卡還與工控機相連，所述的工控機包括監(jiān)控模塊用于監(jiān)控影像測量儀上的X/Y/Z軸的負(fù)載運行前和運行中的狀態(tài)；位移控制模塊用于在人機界面上輸入運動控制指令，并將該指令發(fā)送給GALIL 控制卡，由該控制卡來控制步進電機轉(zhuǎn)動，從而帶動負(fù)載運動；回零模塊用于在負(fù)載運行前，當(dāng)監(jiān)控到影像測量儀上的各軸未回零時進行回 零；誤差補償模塊用于減小實際位置與指定位置之間的定位誤差。所述的位移控制模塊中還包括有位置跟蹤模塊所述的光柵尺的讀數(shù)頭固定在負(fù) 載上，和負(fù)載一起運動，當(dāng)負(fù)載運動時，光柵尺將負(fù)載運動的位置以脈沖數(shù)的形式實時反饋 給工控機。所述的負(fù)載運行前和運行中的狀態(tài)包括在負(fù)載的運行前該系統(tǒng)設(shè)置軟限位，伺 服系統(tǒng)是否閉環(huán)控制，X、Y和Z軸是否回零；在負(fù)載運行中，監(jiān)控X/Y/Z軸上的負(fù)載的運行 狀態(tài)。一種使用權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)的方法， 包括下列步驟
(1)運動前，設(shè)置軟限位；檢查該系統(tǒng)是否閉環(huán)控制，若伺服系統(tǒng)沒閉環(huán)，則重新 進行指令設(shè)置；檢查負(fù)載的各軸是否回零；若沒回零，則啟動負(fù)載的回零；將X、Y和Z軸聯(lián) 動回到中心位置；(2)工控機發(fā)指令給GALIL控制卡，控制負(fù)載的運動，該指令包括指定負(fù)載運動的位置、負(fù)載運動的速度和方向信息；(3)根據(jù)X、Y及Z軸上的軟限位的位置來判斷給指定的位置是否超程，若該指定 的位置超程，則重新修正指令；若該指定的位置沒有超程，則執(zhí)行該指令使負(fù)載按照上述速 度、加速度、減速度及方向信息運動到指定的位置；(4)進行誤差補償，當(dāng)負(fù)載運動超出指定位置的誤差允許范圍時，系統(tǒng)將自動直線 插補；當(dāng)負(fù)載運動在指定位置的誤差允許范圍時，則判斷是否執(zhí)行下一指令；如果需要執(zhí) 行下一指令，返回并判斷該指令中所指定的負(fù)載需達到的位置是否超程；如果不需要執(zhí)行 下一條指令，結(jié)束流程。所述的步驟(1)的負(fù)載回零包括(1)配置原點返回開關(guān)輸入點的極性，設(shè)置速度、加速度、減速度；(2)工控機通過發(fā)送搜尋原點開關(guān)邊緣指令給GALIL控制卡來控制負(fù)載運動定 位；(3)根據(jù)檢測到的原點開關(guān)變化狀態(tài)判斷是否搜尋到原點開關(guān)邊緣；若未檢測到 的原點開關(guān)變化狀態(tài)，該系統(tǒng)將等待到位信息；若檢測到的原點開關(guān)變化狀態(tài)，該系統(tǒng)將繼 續(xù)執(zhí)行搜尋標(biāo)志脈沖指令，根據(jù)檢測到的標(biāo)志脈沖信號判斷是否到達原點開關(guān)最近的脈沖 信號位置；(4)如果該軸未到達該位置，則該系統(tǒng)將等待到位信息步驟；如果該軸已到達該 位置，則設(shè)置該位置為零位并判斷是否執(zhí)行另一軸的回零；如果繼續(xù)執(zhí)行另一軸的回零，該 程序?qū)⑻D(zhuǎn)到步驟(1)；如果不執(zhí)行另一軸的回零，該程序?qū)⒔Y(jié)束。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀 的運動控制系統(tǒng)的方法，其特征在于所述的步驟(4)誤差補償包括(1)配置編碼器，設(shè)置速度，設(shè)置加速度、減速度；(2)判斷定位誤差是否在誤差允許范圍內(nèi)，若定位誤差未在誤差允許范圍內(nèi)，則系 統(tǒng)自動進行單軸直線插補；若定位誤差在誤差允許范圍內(nèi)，則判斷是否執(zhí)行另一個軸的誤 差補償；(3)若需要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則將重新配置編碼器，即返回步驟(1)；若 不需要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則結(jié)束誤差補償。有益效果本發(fā)明通過工控機發(fā)送指令控制負(fù)載快速運動到指定的位置，然后通過誤差補 償，使負(fù)載的運動定位更精確，此外，通過實時監(jiān)控負(fù)載的運動狀態(tài)來確保負(fù)載運動的可靠 性和連續(xù)性。


圖1是本發(fā)明用于影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明用于影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的工控機的功能模塊圖。
圖3是本發(fā)明用于影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的實例的流程圖。圖4是圖3中分別對X、Y和Z軸進行回零的流程圖。圖5是圖3中分別對X、Y和Z軸進行誤差補償?shù)牧鞒虉D。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。如圖1所示，是本發(fā)明用于影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。其包括 工控機1、GALIL控制卡2、驅(qū)動器3、伺服電機4、負(fù)載5及光柵尺6。其中，工控機1將速 度，加速度、減速度等參數(shù)指令下載到GALIL控制卡2，GALIL控制卡通過驅(qū)動器3控制伺服 電機4的轉(zhuǎn)動，從而帶動負(fù)載5的運動。光柵尺6起到位置反饋的作用，該光柵尺6的讀數(shù) 頭固定在負(fù)載5上，和負(fù)載5 —起運動，當(dāng)負(fù)載5運動時，光柵尺6將負(fù)載5運動的位置以 脈沖數(shù)的形式實時反饋給工控機1。工控機還可以監(jiān)控負(fù)載5的運動狀態(tài)。如圖2所示，是影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的工控機的功能模塊圖。該工控機 1包括多個功能模塊一監(jiān)控模塊11、一位置控制模塊12、一回零發(fā)送模塊13及一誤差補 償模塊14。監(jiān)控模塊，用于監(jiān)控影像測量儀上的X/Y/Z軸的運行狀態(tài)以確保負(fù)載運動的穩(wěn)定 性。其包括運動前檢查該系統(tǒng)是否閉環(huán)控制，伺服系統(tǒng)是否閉環(huán)，檢查負(fù)載的各軸是否回 零，運動時監(jiān)控負(fù)載的運動狀態(tài)。位移控制模塊，用于在人機界面上輸入運動控制指令，并將該指令發(fā)送給GALIL 控制卡2，由該控制卡2來控制步進電機4轉(zhuǎn)動，從而帶動負(fù)載5運動。位置跟蹤模塊，用于當(dāng)負(fù)載5運動時，根據(jù)光柵尺6反饋的當(dāng)前脈沖數(shù)，通過一定 的算法來計算出負(fù)載5的當(dāng)前位置。如圖3所示，是本發(fā)明影像測量儀上的運動控制系統(tǒng)的實例的流程圖。該方法主 要包括步驟運動前，設(shè)置軟限位(步驟S301)；檢查該系統(tǒng)是否閉環(huán)控制(步驟S302)，若伺服 系統(tǒng)沒閉環(huán)，則重新做指令設(shè)置(步驟S303)；檢查負(fù)載的各軸是否回零(步驟S304)；若沒 回零，則啟動負(fù)載的回零(步驟S3025)，最后X、Y和Z軸聯(lián)動回到中心位置(步驟S306)。 工控機1發(fā)指令給GALIL控制卡2，從而控制負(fù)載的運動(步驟S307)，該指令包括指定負(fù) 載運動的位置、負(fù)載運動的速度和方向信息。根據(jù)X、Y及Z軸上的軟限位的位置來判斷給 指定的位置是否超程(步驟S308)；若該指定的位置超程，則重新修正指令(步驟S309)；若 該指定的位置沒有超程，則執(zhí)行該指令使負(fù)載按照上述速度、加速度、減速度及方向信息運 動到指定的位置(步驟S310)；接著，進行誤差補償(步驟S311)。若完成誤差補償，則判斷 是否執(zhí)行下一指令(步驟S312)；如果需要執(zhí)行下一指令，返回并判斷該指令中所指定的負(fù) 載需達到的位置是否超程(步驟S308)；如果不需要執(zhí)行下一條指令，結(jié)束流程。如圖4所示，是圖3中步驟S305的X、Y及Z坐標(biāo)軸進行回零的流程圖。該回零是 將該運動控制系統(tǒng)中的X、Y及Z坐標(biāo)軸按順序進行回零。首先，配置原點返回開關(guān)輸入點的極性(步驟S401)，設(shè)置速度、加速度、減速度(步驟S402)。工控機1通過發(fā)送搜尋原點 開關(guān)邊緣指令(步驟S403)給GALIL控制卡2來控制負(fù)載5運動定位。根據(jù)檢測到的原點 開關(guān)變化狀態(tài)判斷是否搜尋到原點開關(guān)邊緣(步驟S404)；若未檢測到的原點開關(guān)變化狀 態(tài)，該系統(tǒng)將等待到位信息(步驟S405)；若檢測到的原點開關(guān)變化狀態(tài)，該系統(tǒng)將繼續(xù)執(zhí) 行搜尋標(biāo)志脈沖指令(步驟S406)，根據(jù)檢測到的標(biāo)志脈沖信號(步驟S407)判斷是否到 達原點開關(guān)最近的脈沖信號位置；如果該軸未到達該位置，則該系統(tǒng)將等待到位信息步驟 (S408)；如果該軸已到達該位置，則設(shè)置該位置為零位(步驟S409)并判斷是否執(zhí)行另一軸 的回零(步驟S410)；如果繼續(xù)執(zhí)行另一軸的回零，該程序?qū)⑻D(zhuǎn)到步驟S401 ；如果不執(zhí)行 另一軸的回零，該程序?qū)⒔Y(jié)束。
如圖5所示，是圖3中步驟S311的X、Y及Z坐標(biāo)軸進行誤差補償?shù)牧鞒虉D。首先， 配置編碼器(步驟S501)，設(shè)置速度(步驟S502)，設(shè)置加速度、減速度(步驟S503)，接著判 斷定位誤差是否在誤差允許范圍內(nèi)(步驟S504)，若定位誤差未在誤差允許范圍內(nèi)，則系統(tǒng) 自動進行單軸直線插補步驟S505)；若定位誤差在誤差允許范圍內(nèi)，則判斷是否執(zhí)行另一 個軸的誤差補償。若需要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則將重新配置編碼器(步驟S501)；若 不需要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則結(jié)束誤差補償。
權(quán)利要求
一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)，包括依次相連的GALIL控制卡(2)、驅(qū)動器(3)、伺服電機(4)和負(fù)載(5)，其特征在于所述的依次相連的GALIL控制卡(2)、驅(qū)動器(3)、伺服電機(4)和負(fù)載(5)與安裝在工作平臺上的光柵尺(6)連接組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述的GALIL控制卡(2)還與工控機(1)相連，所述的工控機(1)包括監(jiān)控模塊用于監(jiān)控影像測量儀上的X/Y/Z軸的負(fù)載運行前和運行中的狀態(tài)；位移控制模塊用于在人機界面上輸入運動控制指令，并將該指令發(fā)送給GALIL控制卡，由該控制卡來控制步進電機轉(zhuǎn)動，從而帶動負(fù)載運動；回零模塊用于在負(fù)載運行前，當(dāng)監(jiān)控到影像測量儀上的各軸未回零時進行回零；誤差補償模塊用于減小實際位置與指定位置之間的定位誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的位移控制模塊中還包括有位置跟蹤模塊所述的光柵尺(6)的讀數(shù)頭固定在負(fù)載 (5)上，和負(fù)載(5) —起運動，當(dāng)負(fù)載(5)運動時，光柵尺(6)將負(fù)載(5)運動的位置以脈沖 數(shù)的形式實時反饋給工控機(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的負(fù)載運行前和運行中的狀態(tài)包括在負(fù)載的運行前該系統(tǒng)設(shè)置軟限位，伺服系統(tǒng)是 否閉環(huán)控制，X、Y和Z軸是否回零；在負(fù)載運行中，監(jiān)控X/Y/Z軸上的負(fù)載的運行狀態(tài)。
4.一種使用權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)的方法，包 括下列步驟(1)運動前，設(shè)置軟限位；檢查該系統(tǒng)是否閉環(huán)控制，若伺服系統(tǒng)沒閉環(huán)，則重新進行 指令設(shè)置；檢查負(fù)載的各軸是否回零；若沒回零，則啟動負(fù)載的回零；將X、Y和Z軸聯(lián)動回 到中心位置；(2)工控機發(fā)指令給GALIL控制卡，控制負(fù)載的運動，該指令包括指定負(fù)載運動的位 置、負(fù)載運動的速度和方向信息；(3)根據(jù)X、Y及Z軸上的軟限位的位置來判斷給指定的位置是否超程，若該指定的位 置超程，則重新修正指令；若該指定的位置沒有超程，則執(zhí)行該指令使負(fù)載按照上述速度、 加速度、減速度及方向信息運動到指定的位置；(4)進行誤差補償，當(dāng)負(fù)載運動超出指定位置的誤差允許范圍時，系統(tǒng)將自動直線插 補；當(dāng)負(fù)載運動在指定位置的誤差允許范圍時，則判斷是否執(zhí)行下一指令；如果需要執(zhí)行下一指令，返回并判斷該指令中所指定的負(fù)載需達到的位置是否超程； 如果不需要執(zhí)行下一條指令，結(jié)束流程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運 動控制系統(tǒng)的方法，其特征在于所述的步驟(1)的負(fù)載回零包括(1)配置原點返回開關(guān)輸入點的極性，設(shè)置速度、加速度、減速度；(2)工控機通過發(fā)送搜尋原點開關(guān)邊緣指令給GALIL控制卡來控制負(fù)載運動定位；(3)根據(jù)檢測到的原點開關(guān)變化狀態(tài)判斷是否搜尋到原點開關(guān)邊緣；若未檢測到的原 點開關(guān)變化狀態(tài)，該系統(tǒng)將等待到位信息；若檢測到的原點開關(guān)變化狀態(tài)，該系統(tǒng)將繼續(xù)執(zhí) 行搜尋標(biāo)志脈沖指令，根據(jù)檢測到的標(biāo)志脈沖信號判斷是否到達原點開關(guān)最近的脈沖信號 位置；(4)如果該軸未到達該位置，則該系統(tǒng)將等待到位信息步驟；如果該軸已到達該位置，則設(shè)置該位置為零位并判斷是否執(zhí)行另一軸的回零；如果繼續(xù)執(zhí)行另一軸的回零，該程序 將跳轉(zhuǎn)到步驟(1)；如果不執(zhí)行另一軸的回零，該程序?qū)⒔Y(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用權(quán)利要求1所述的一種用于高精密影像測量儀的運 動控制系統(tǒng)的方法，其特征在于所述的步驟(4)誤差補償包括(1)配置編碼器，設(shè)置速度，設(shè)置加速度、減速度；(2)判斷定位誤差是否在誤差允許范圍內(nèi)，若定位誤差未在誤差允許范圍內(nèi)，則系統(tǒng)自 動進行單軸直線插補；若定位誤差在誤差允許范圍內(nèi)，則判斷是否執(zhí)行另一個軸的誤差補 償；(3)若需要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則將重新配置編碼器，即返回步驟(1)；若不需 要執(zhí)行另一個軸的誤差補償，則結(jié)束誤差補償。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高精密影像測量儀的運動控制系統(tǒng)和方法，包括依次相連的GALIL控制卡(2)、驅(qū)動器(3)、伺服電機(4)和負(fù)載(5)與安裝在工作平臺上的光柵尺(6)連接組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述的GALIL控制卡(2)還與工控機(1)相連，所述的工控機(1)包括監(jiān)控模塊用于監(jiān)控影像測量儀上的X/Y/Z軸的負(fù)載運行前和運行中的狀態(tài)；位移控制模塊將指令發(fā)送給GALIL控制卡，由該控制卡來控制步進電機轉(zhuǎn)動，從而帶動負(fù)載運動；回零模塊當(dāng)監(jiān)控到影像測量儀上的各軸未回零時進行回零；誤差補償模塊用于減小實際位置與指定位置之間的定位誤差。本發(fā)明可使負(fù)載高精度運動定位，同時可監(jiān)控負(fù)載的運動狀態(tài)。
文檔編號G01B11/00GK101806580SQ201010129710
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者周虎, 楊建國, 楊曉義 申請人:東華大學(xué)