CN101145035A - 机台运动控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机台运动控制系统，该系统包括控制卡、伺服系统及安装在机台的运动部件上的位置回馈元件，该控制卡与伺服系统相连，该系统还包括与该控制卡相连的计算机，该计算机包括：监控单元，用于监控机台运行前及运行中的状态；指令发送单元，用于接收用户输入的指令，并发送该指令给控制卡，由控制卡来控制伺服系统驱动运动部件运动；计算单元，用于当运动部件运动后，根据当前运动部件的速度比率来计算当前的速度值，及根据位置回馈元件的当前脉冲计数值来计算运动部件当前位置。本发明还揭露一种机台运动控制方法。通过本发明，可精确控制运动部件的运动轨迹，同时也监控机台运动前及运行中的状态。

Description

机台运动控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统及方法，尤其是通过发送指令来控制机台运动的系统及方法。
背景技术
质量是一个企业保持长久发展能力的重要因素之一，如何保证和提高产品质量，是企业活动中的重要内容。制造工厂在批量生产产品前需对生产出的样品进行量测，以检验是否存在质量问题，如工件的尺寸和形状是否在公差规定范围内，目前这种量测方式大多由人为使用量具来完成，人工操作误差大、效率低、准确度难以保证。
随着计算机技术的发展及应用，量测技术不再局限于人工的操作，计算机在工件检验活动中被大量的引入，提高了检验准确性。在对样品进行量测时，人工将工件放入量测机台，通过计算机控制进行量测。但是在量测过程中量测精度不高，量测同样的工件时仍然需要进行重复的操作，机台上的运动部件不能精确的定位在指定位置上，且量测过程中不能实时监控量测机台的各种状态以确保机台运动时的安全性及可靠性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种机台运动控制系统，其可控制运动部件的运动轨迹，同时也监控机台的各种状态。
鉴于以上内容，还有必要提供一种机台运动控制方法，其可控制运动部件的运动轨迹，同时也监控机台的各种状态。
本发明较佳实施例提供一种机台运动控制系统，该系统包括控制卡、伺服系统及安装在机台的运动部件上的位置回馈元件，该控制卡与伺服系统相连，该系统还包括与该控制卡相连的计算机，该计算机包括：监控单元，用于监控机台运行前及运行中的状态；指令发送单元，用于接收用户输入的指令，并发送该指令给控制卡，由控制卡来控制伺服系统驱动运动部件运动，该指令包括运动部件需到达的位置、运动部件运动的速度比率及方向信息；计算单元，用于当运动部件运动后，根据当前运动部件的速度比率来计算当前的速度值，及根据位置回馈元件的当前脉冲计数值来计算运动部件当前位置。
本发明较佳实施例提供一种机台运动控制方法，该方法包括如下步骤：检查机台运行前的状态；通过控制卡发送一指令给伺服系统，该指令包括指定机台的运动部件需到达的位置、运动部件运动的速度比率及方向信息；根据机台的运动部件的最大行程来判断该指定的位置是否超程；若该指定的位置没超程，则执行该指令使运动部件按照上述速度比率及方向信息运动到所需到达的位置；若该指定的位置超程，则重新修正指令。
相较于现有技术，所述的机台运动控制系统及方法，通过发送指令来控制运动部件的运动以精确的完成用户定义的运动轨迹，此外，还能实时监控机台的各种状态以确保运动的安全及可靠性，从而提高了机台运动轨迹的精确度。
附图说明
图1是本发明机台运动控制系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明机台运动控制系统较佳实施例中计算机主机的功能单元图。
图3是本发明机台运动控制方法较佳实施例的流程图。
图4是图3中对各个轴进行回零的具体流程图。
具体实施方式
针对本发明涉及的专有术语作如下解释：
伺服系统：由伺服驱动装置和驱动元件(电机)组成，接收来自数控装置的指令，驱动该数控装置的运动部件跟随指令脉冲运动，以保证运动的快速和准确；在本发明的较佳实施例中，该数控装置为一影像量测机台(简称机台)，该机台包括一运动部件，该伺服系统由驱动器、电机及编码器组成(如图1所示)；
开环：伺服系统环路的断开状态；
闭环：伺服系统环路的闭合状态；
回零：当机台上电后，首先进行回零操作，这是由于一般机台每次断电后，对各个坐标轴的位置记忆自动遗失。因此开机后，必须让机台各坐标轴回到一个固定位置点上，既是回到机台的坐标系零点，也称坐标系的原点或参考点，这一过程就称为机台回零；
限位：包括硬件限位和软件限位，硬件限位是机台上用来制止运动部件机械运动的一开关，而软件限位是通过软件来设置一指定位置从而使运动部件到该指定位置时停止运动。
参阅图1所示，是本发明机台运动控制系统较佳实施例的硬件架构图。其包括：计算机1、控制卡2、伺服系统3及光栅尺6。其中，该计算机1通过发送指令给控制卡2来控制伺服系统3，从而驱动机台的运动部件(图中未示出)运动，达到控制运动部件的运动轨迹，即速度、方向及移动距离。该光栅尺6是一位置回馈元件，该位置回馈元件还可用磁栅尺或旋转编码器来代替。该光栅尺6安装在运动部件上，跟随运动部件一起运动，运动部件开始运动后，光栅尺6输出一反馈脉冲给控制卡2，并同时开始从零开始计数，通过该计数值(包括X、Y及Z轴三个值)可计算出当前运动部件的位置。在图中，伺服系统3包括驱动器30，电机31及编码器32，该电机31与编码器32被固定在一起，其中控制卡2输出一模拟电压给驱动器30，驱动器30输出一PWM(pulse width modulation)波给电机31，与此同时，电机31带动编码器32进行运动，编码器32输出一反馈脉冲给驱动器30以控制运动部件的运动速度。计算机1还可监控机台当前状态，如伺服系统3的状态、机台各轴的回零状态、限位开关的状态及电机状态等。该伺服系统3具有开环及闭环状态；回零状态是指机台的各坐标轴是否回到坐标原点；限位开关的状态包括开通和关闭；电机状态包括运行、停止和出错等。
参阅图2所示，是本发明机台运动控制系统较佳实施例中计算机的功能单元图。该计算机1包括多个功能单元：一监控单元11、一回零单元12、一指令发送单元13、一计算单元14及一存储单元15。
监控单元11用于监控机台的各种状态以确保机台运行时的安全性及可靠性。其包括在机台运行前，检查机台是否按下了应急按钮、限位开关是否开通、伺服系统3是否开环、机台各坐标轴是否回零等。在运行中，监控限位开关的状态及伺服系统3状态等。
回零单元12用于在机台运动前，当监控单元11检查到机台各坐标轴未回零时进行回零。即机台的X、Y及Z轴回到零点坐标，以确定机台有一个统一的计数起点，以减少机台在量测过程的量测误差。
指令发送单元13用于当机台各轴回零后，接收用户输入的指令，并发送该指令给控制卡2。该指令包括了运动部件需到达的位置、运动部件运动速度比率及方向等信息。控制卡2接收到指令后输出一模拟电压以控制伺服系统3的驱动器30及电机31，从而控制运动部件的运动速度比率、方向及其需到达的位置。用户可通过计算机1输入用户需发送的指令，也可通过其它装置来发送指令，如一手柄控制装置(图中未示出)。
当伺服系统3驱动运动部件开始运动后，计算单元14根据目前运动部件的速度比率来计算当前的速度值，还可根据光栅尺6的当前脉冲计数值来计算运动部件当前位置。其中速度值的计算是通过用速度比率乘以一机台上运动部件的速度极限值得到一速度值，如当前速度率为30％，而运动部件极限速度为A米/秒，则当前速度值为30％*A米/秒。而当前位置是通过光栅尺6当前脉冲计数值除以一固定值得到运动部件当前位置的坐标值，如当前脉冲计数值为(21，35，40)，而固定值为B，则当前运动部件的位置为(21/B，35/B，40/B)毫米，其中B可根据需求设定。
存储单元15用于存储计算单元13计算出运动部件当前的速度值及当前位置的坐标值，运动部件所能到达的最大行程等。
参阅图3所示，是本发明机台运动控制方法较佳实施例的流程图。该方法主要包括步骤：首先，进行发送指令前的一些准备工作，即在机台上电后，对机台进行检查，以确保机台运动时的安全性及可靠性。当机台上电后，监控单元11检查机台是否按下应急按钮(步骤S301)；若按下了应急按钮，则弹出应急按钮(步骤S302)；若没按下应急按钮，则检查限位开关是否开通(步骤S303)；若没开通则将限位开关开通(步骤S304)；若限位开关开通，则检查伺服系统3，即驱动器30和电机31是否闭环(步骤S305)；若不闭环，则排除故障(步骤S306)；若驱动器30和电机31闭环，则检查机台的X、Y及Z轴是否回到零点坐标，即是否回零(步骤S307)；若上述三个轴都没回零或者还有部分没回零则进行该轴的回零(步骤S308)；当所有检查工作都已完成了，则指令发送单元12根据用户输入的指令信息发送指令给控制卡2，该指令包括：运动部件运动速度比率、方向及指定运动部件需到达的位置等信息(步骤S309)；根据运动部件的最大行程来判断所输入的到达位置是否超程(步骤S310)；若所输入的位置超程了，则修正该指令中的位置信息，并返回步骤S309(步骤S311)；若所到达位置没超程，则执行指令(步骤S312)；在运动部件开始运动后，计算单元13计算运动部件当前到达的位置，并判断其是否已到指令位置(步骤S313)；若没到达指令位置，则等待其到达指令位置的信息，并返回步骤S313(步骤S314)；在运动机构到达位置后，即执行完该指令后，指令发送单元12判断是否需要执行下一指令(步骤S315)，若不需执行下一指令，则结束流程。
在步骤S315中，若需执行下一指令，则流程转至步骤S310。
如图4所示，是图3中步骤S308的坐标轴进行回零的具体流程图。该回零是将机台各个轴进行回零，其可以按X、Y及Z轴的先后顺序进行每一轴的回零，也可按照其它顺序进行回零。在本较佳实施例中，以X、Y及Z轴的先后顺序进行回零。首先，回零单元14设定X轴限位无效，该设定是为了使机台X轴到达某个指定位置后不会固定不动(步骤S401)；设定回零方向和速度，即设定机台X轴回到零点坐标的方向及速度比率(步骤S402)；设定触发位置，使控制卡2能在得到对应的触发信号后触发X轴(步骤S403)；设定X轴的零位偏移量，该偏移量是根据机台本身制造结构来确定的(步骤S404)；通过控制卡2发送X轴的回零指令给伺服系统3，以控制X轴的回零(步骤S405)；计算单元13根据光栅尺6的当前脉冲计数值计算X轴当前到达的位置，即计算当前的X轴的坐标值，并判断其是否已到指令位置，即X轴是否已回到零点坐标(步骤S406)；若没到达指令位置，则等待其到达指令位置的信息，即等待X轴的回零信息(步骤S407)；若X轴已完成了回零动作，则判断是否需要进行另一轴的回零，如Y或Z轴(步骤S408)，若不需进行另一轴的回零，则结束流程。
若需进行另一轴的回零，则流程返回S401，接下来进行Y轴及Z轴的回零。

Claims (8)

1.一种机台运动控制系统，该系统包括控制卡、伺服系统及安装在机台的运动部件上的位置回馈元件，该控制卡与伺服系统相连，其特征在于，该系统还包括与该控制卡相连的计算机，该计算机包括：
监控单元，用于监控机台运行前及运行中的状态；
指令发送单元，用于接收用户输入的指令，并发送该指令给控制卡，由控制卡来控制伺服系统驱动运动部件运动，该指令包括运动部件需到达的位置、运动部件运动的速度比率及方向信息；
计算单元，用于当运动部件运动后，根据当前运动部件的速度比率来计算当前的速度值，及根据位置回馈元件的当前脉冲计数值来计算运动部件当前位置。
2.如权利要求1所述的机台运动控制系统，其特征在于，该计算机还包括：
回零单元，用于在机台运行前，当监控到机台各轴未回零时进行回零。
3.如权利要求1所述的机台运动控制系统，其特征在于，其中所述的机台运行前及运行中的状态包括：
在机台运行前机台是否按下了应急按钮、限位开关是否开通、伺服系统是否开环、机台各轴是否回零；及
在机台运行中，监控限位开关的状态及伺服系统的状态。
4.一种机台运动控制方法，其特征在于，该方法包括步骤：
检查机台运行前的状态；
通过控制卡发送一指令给伺服系统，该指令包括指定机台的运动部件需到达的位置、运动部件运动的速度比率及方向信息；
根据机台的运动部件的最大行程来判断该指定的位置是否超程；
若该指定的位置没有超程，则执行该指令使运动部件按照上述速度比率及方向信息运动到指定的位置；
若该指定的位置超程，则重新修正指令。
5.如权利要求4所述的机台运动控制方法，其特征在于，该方法还包括：
当运动部件运动到指定的位置时，判断是否需要执行下一指令，当不需要执行下一指令时，流程结束；
当需要执行下一指令时，返回判断该下一指令中指定的运动部件需到达的位置是否超程的步骤。
6.如权利要求4所述的机台运动控制方法，其特征在于，所述的检查机台运行前状态的步骤包括：
检查是否按下应急按钮；
若按下了应急按钮，则弹出应急按钮；
若没按下应急按钮，则检查限位开关是否开通；
若没开通则将限位开关开通；
检查伺服系统是否闭环；
若伺服系统没闭环，则排除故障；
检查机台各轴是否回零；
若没回零，则进行机台的回零。
7.如权利要求6所述的机台运动控制方法，其特征在于，所述的进行机台回零步骤包括：
设定机台一个轴限位无效；
设定该轴回零方向和速度；
设定该轴的触发位置；
设定该轴零位偏移量；
发送该轴回零的指令；
根据位置回馈元件当前的脉冲计数值计算该轴的当前位置，并判断该轴是否已回到该轴零点坐标；
若该轴已回到零点坐标，则执行另一轴的回零。
8.如权利要求7所述的机台运动控制方法，其特征在于，该方法还包括：当判断该轴未回到零点坐标时，则等待该轴的到位信息。
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