CN102226705A - 一种基于线性模组的移测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于线性模组的移测装置，包括移测架及控制系统两大部分，移测架中的基座与线性导轨连接，减速器与伺服电机连接，伺服电机与线性模组连接，伺服电机与控制系统的伺服驱动器连接，履带式拖链固定于机架，基座及线性模组构建装置的支撑部件，光栅尺及限位开关与控制系统的信号接口板连接；监测设备固定于支架上；控制系统中的空气开关与断路器连接，断路器与接触器连接，接触器与滤波器连接，继电器与运动控制器通过以太网与计算机连接，通过RS232接口与手动控制器连接，同时通过I/O接口与伺服驱动器、光栅尺及限位开关连接。本发明可用于风洞或专用试验场所监测设备的全自动精确定位。

Description

一种基于线性模组的移测装置

技术领域

本发明属于全自动高精度移测装置技术领域，特别涉及一种基于线性模组的移测装置，本发明可用于风洞试验或密闭仓测试等精度要求高的专用场所。

背景技术

在风洞试验室或其他密闭仓试验场所，将监测设备准确定位到理想位置，对在测试设备进行实时、全方的监测，获得准确的实验数据。目前还没有专用设备，一般靠人工调整监测设备到指定位置，误差大，操作不方便，基于线性模组的移测装置就是解决这种专用试验场所的专用设备，全自动、准确定位监测设备。

发明内容

为了解决在风洞或其它密闭仓等专业试验场所监测设备自动准确定位问题，本发明提供一种基于线性模组的移测装置。

本发明的基于线性模组的移测装置，包括移测架和控制系统两大部分。其特点是：

移测架包括基座、线性模组、伺服电机、履带式拖链、线性导轨、减速器、支架、光栅尺、限位开关；基座与线性导轨连接，伺服电机与线性模组连接，伺服电机与控制系统的伺服驱动器连接，履带式拖链固定于机架，基座及线性模组构建装置的支撑部件，光栅尺及限位开关与控制系统的信号接口板连接；监测设备固定于支架上。

控制系统包括空气开关、断路器、接触器、继电器、滤波器、伺服驱动器、运动控制器、信号接口板、电源变换器、计算机及手动控制盒；空气开关与断路器连接，断路器与接触器连接，接触器与滤波器连接，继电器与运动控制器通过以太网与计算机连接，通过RS232接口与手动控制盒连接，同时通过I/O接口与伺服驱动器、光栅尺及限位开关连接，运动控制器接受、分析、处理计算机或手动控制盒的控制信息后，指挥伺服驱动器及电机运动，同时分析伺服电机自带的编码器及光栅尺反馈的运动信息，调整运动指令，实现准确运动控制。

本发明中的手动控制盒包括处理器、显示屏、指示灯、看门狗、RS232接口、键盘、电源变换器、电源开关及急停开关。显示屏、指示灯、看门狗、RS232接口、急停开关、键盘都与处理器连接，电源开关与电源变换器连接，通过电源变换器提供各模块所需电源。手动控制盒通过RS232接口与控制系统的运动控制器连接。处理器接受键盘输入的运动参数，分析处理后通过RS232与运动控制器连接，并实时查询各轴的运动信息。

本发明中的移测架基座采用铝型材和角形铸铝件。

本发明中的移测架线性轴采用线性模组。

本发明中的移测架的运动电机采用带编码器的伺服电机。

本发明中的移测架的线性轴采用光栅尺。

本发明中的控制系统中还设置有短路、过载、急停控制装置。

本发明的基于线性模组的移测装置，该装置包括移测架和控制系统两大部分。移测架是移测装置的关键部件，是实现准确定位的支撑及运动系统，由基座、线性模组、伺服电机、减速器、光栅尺、限位开关等组成；控制系统控制和指挥移测架各轴移动位移和角度，由主控计算机、运动控制器、信号接口板、伺服驱动器、电源变换器、电气控制单元、手控盒及控制软件组成。

基座为柜架结构，采用铝型材实现。铝型材之间采用三角形铸铝连接件进行连接。基座对移测架起支撑和调平作用。

线性模组采用高精度的线性模组，构建X、Y、Z三个方向的直线运动轴，三线性轴沿空间直角坐标安装。

伺服电机及伺服驱动器接收运动控制卡的控制指令，驱动电机带动移测架各轴在其四个自由度的运动方向上进行运动，并通过自带的编码器反馈各轴的运动信息，实现闭环的自动控制。

运动控制器是移测装置控制系统的关键部件，由它完成对伺服电机的精确控制。控制器通过对运动规划曲线的平滑处理以及加、减速过程的控制，减小对机械部分的运动冲击，实现平稳运行和高精度目的。

光栅尺安装在X、Y、Z三个线性轴上的线性模组上，以检测三轴的直线运动位移。

减速器将电机转速进一步降速，实现各轴的平稳运行，达到高精度。

限位开关限定各轴的运动范围，有效保证移测架在规定运动范围运动，保护运动机构及设备安全。

电源变换器将市电变换为系统需要的二次电源。

电气控制单元由空气开关，交流接触器、 继电器、滤波器等组成，为系统提供所需的电源，并提供过载、短路保护，经过滤波器达到提供给伺服驱动器高品质电源。

计算机及手控盒通过以太网、RS232与运动控制器联接，计算机或手控盒编制运动策略，运动时将运动策略传递到运动控制器，同时接收运动控制器反馈的运动信息，实时校正运动策略，最终实现精准定位。

控制软件安装在计算机上或手动控制盒的存储器内，与运动控制器通讯，接收运动策略，处理后与运动控制器通讯，传递运动控制信息。

本发明的功能及工作原理：

移测装置的主要功能是将监测设备在四自由度的运动范围内精密移动定位，各自由度的运动相对独立，可以对各轴进行单独或联合的运动控制。

通过以太网，移测装置可以实现本地计算机控制和远程调度管理机控制。能够接受运动控制指令，并根据指令控制机构运动，并进行状态反馈。

计算机根据任务需要，编制相应的控制策略，给出运动位移，将相应控制命令下传到运动控制器的程序内存中；或手控盒编制需要的控制策略，将相应的控制命令下传到运动控制器。运动控制器根据控制策略解释输出运动控制命令，控制伺服驱动器，伺服驱动器对控制信号进行放大进而控制电机的运转。电机运转状况通过编码器或光栅尺反馈到运动控制器，控制器再根据预定的控制策略进行调节输出。X、Y、Z轴带有光栅尺对位置进行检测反馈，形成闭环控制。旋转轴的运动检测采用电机编码器的反馈。

本发明的运行过程：

1.固定监测设备。将需要监测的设备或仪器安装到旋转轴的安装杆上，并固定。

2.装置上电，通过计算机或手控盒将装置的移测架各轴归零。便于最大范围的运动和测量。

3.编制运动策略。根据监测设备或仪器检测的需要，在计算机或手控盒编制控制策略。

4.下载控制命令至运动控制卡，运动控制器解释其控制命令，运算和处理数据信息，输出控制信息至伺服驱动器，电机运动带动监测设备运动，同时反馈运动信息至运动控制器，运动控制器矫正运动信息，如此闭环控制监测设备准确定点定位。

5.根据测试和试验的需要，随时调正运动策略，重复第四步，直到监测结束。

6.装置复位。通过计算机或手控盒将移测架各轴归零。

7.断电取下监测设备。

在运行过程中出现任何告警和误动作，都可通过计算机或手控上盒急停按钮停止执行控制策略。

本发明的基于线性模组的移测装置，移测架包括铝型材基座、线性模组、伺服电机、减速器、光栅尺等构件，能够实现宽范围、高精度运动，确保准确定位，移测架拆装、搬移容易方便。

本发明的基于线性模组的移测装置，控制及驱动部分采用专用的运动控制器和伺服电机，实现精密运算，利用矢量运算及圆弧插补运算等方法控制电机运动，确保精准控制。

本发明的基于线性模组的移测装置，手动控制盒采用ARM处理器，处理能力强、速度快，高分辨率及高亮度的OLED显示屏，友好的显示界面，防抖按钮，操作简单方便。

本发明的基于线性模组的移测装置为全自动移测控制系统，能够进行全自动、高精度定位，尤其是线性定位精度和重复定位精度达0.05毫米，旋转轴的定位精度和重复定位精度达0.01°，单轴运动范围可达1米，旋转轴运动范围为0∽360°，并实现四轴联动，拆迁搬移方便。便于风洞试验或密闭仓等专用场所的测试。实现将监测设备自动、快速、准确定位，达到时时、全方位监测测试设备之目的。

本发明采用线性模组、安川伺服电机、运动控制器专用部件和通用部件铝型材、通用电器、减速器、ARM芯片，实现四轴运动，达到准确定位，方便风洞或密闭仓等专用实验场所实时、全自动监测测试设备，最终获得可靠的试验数据。各功能模块采用成熟技术及通用元器件，结构简单，电路元器件互换性好。

附图说明

图1是本发明的基于线性模组的移测装置的组成框图。

图2是本发明的基于线性模组的移测装置的移测架的立体结构图。

图3是本发明的基于线性模组的移测装置的控制系统原理框图。

图4是本发明的基于线性模组的移测装置的手动控制盒的原理框图。

图5是本发明的基于线性模组的移测装置的系统控制软件流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明，以便对本发明的目的、特征及优点进行更深入的理解。

图1是整个系统的组成及原理框图，包括移测架和控制系统两大部分。移测架1在控制系统2的控制和指挥下，完成运动任务。

图２是移测架的示意图。移测架是整个系统的关键部件，包括三个光栅尺50、四个电机42、三个线性模组43、线性模组44、线性模组45、基座49、线性导轨51、履带式拖链48、四个减速器47、支架46，七只限位开关。基座49采用铝型材，由角形铸铝件连接而成，两线性导轨51用螺钉安装在基座49的边框上，X轴线性模组43用螺钉固定在基座49纵向方向的中间之上，Z轴线性模组44固定在X 轴线性模组之上，与其水平垂直，两端靠线性导轨51支撑，Y轴线性模组45固定在垂直于X轴与Z轴平面的支架上，旋转轴安装在Y 轴线性模组44与滑块联接的支撑架上，减速器47上安装装配检测设备的支撑架，减速器47将电机转速等比例降速，实现低速下的平稳运行，光栅尺用螺钉平行安装在线性模组上，所有控制线缆都从履带式拖链48中引出。本实例线性模组采用HIWIN公司的KK线性模组；电机采用安川伺服电机，其上带13位的绝对值编码器，反馈给伺服驱动器，实现闭环控制；减速器采用住友减速器；铝型材采用100*50的铝型材。

图3 是系统的控制系统原理框图。空气开关3输出端连接断路器4、断路器5、断路器6、断路器7及电源变换器30的输入端，断路器4、断路器5、断路器6、断路器7的输出端分别连接接触器8、接触器9、接触器10、接触器11的输入，接触器8、接触器9、接触器10、接触器11的控制端分别连接继电器12、继电器13、继电器14、继电器15的输出端，接触器8、接触器9、接触器10、接触器11输出分别连接滤波器17、滤波器18、滤波器19、滤波器20的输入，滤波器17、滤波器18、滤波器19、滤波器20输出分别连接伺服驱动器20、伺服驱动器21、伺服驱动器22、伺服驱动器23电源输入，继电器12、继电器13、继电器14、继电器15的控制端分别与伺服驱动器20、伺服驱动器21、伺服驱动器22、伺服驱动器23的I/O口连接，告警及运行指示灯24、指示灯25、指示灯26、指示灯27分别与伺服驱动器20、伺服驱动器21、伺服驱动器22、伺服驱动器23告警I/O口连接，伺服驱动器20、伺服驱动器21、伺服驱动器22、伺服驱动器23通用I/O口连接信号接口板29，电源变换器30提供运动控制器28所需的二次电源，信号接口板29直插在运动控制器28上，运动控制器28的以太网口连接计算机31，通过RS232接口连接手动控制盒32。本发明的实施例中的空气开关 3采用施来德公司的C65N-C20A/2P，滤波器16、滤波器17、滤波器18、滤波器19采用北京中石公司的单相 FLHE83M-3A，运动控制器28和信号接口板29采用美国GALIL公司的独立型数字运动控制器DMC-2143和ICM-20105D，光栅尺采用成都鼎创公司的DC10-1，精度为1uM。

图4是手动控制盒的原理框图，由处理器33、显示屏34、指示灯35、看门狗 36、RS232接口41、电源变换器37、键盘39、电源开关38及急停开关40组成。本实例处理器33采用恩智普公司的LPC2478，具有512KB　Flash存储器、处理速度可达７２Mhz、有LCD控制器、以太网、SPI等丰富的通讯接口；显示屏３４采用武汉中显公司的TFT3224-3.5；RS232接口４１采用SP3232EEA；看门狗36采用SP706；指示灯35采用通用发光二极管；电源变换器采用ASM1117-3.3V;电源开关36及急停开关40采用通用带自锁的按钮开关；键盘采用绵阳世威电子公司的键盘。

图5是系统控制软件流程图，本发明用于将运动控制信息加工处理后通过运动控制器28控制移测架作相应的运动。具体工作流程如下：

步骤53为系统初始化。

步骤54为根据运动控制操作及设置信息55和系统参数55形成控制程序。

步骤57为发送控制程序到运动控制器28。

步骤58为开始监测运动状态。

步骤59为运动状态是否异常，异常转入步骤61，正常转入步骤62。

步骤61为根据用户选择停止步骤60和运动状态异常59而下达停止指令，转而到步骤63。

步骤62为监测运动是否结束，结束转入步骤63，否则转入步骤58。

步骤63为运动结束。

上述实施例仅为说明本发明而例举，并非用于限制本发明，任何基于上述实施例的等同变换，均应在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于线性模组的移测装置，包括移测架、控制系统两大部分，其特征在于：

移测架包括基座、线性模组、伺服电机、减速器、履带式拖链、线性导轨、支架、光栅尺、限位开关；基座与线性导轨连接，减速器与伺服电机连接，伺服电机与线性模组连接，伺服电机与控制系统的伺服驱动器连接，履带式拖链固定于机架，基座及线性模组构建装置的支撑部件，光栅尺及限位开关与控制系统的信号接口板连接；监测设备固定于支架上；

控制系统包括空气开关、断路器、接触器、继电器、滤波器、伺服驱动器、运动控制器、信号接口板、电源变换器、计算机及手动控制盒；空气开关与断路器连接，断路器与接触器连接，接触器与滤波器连接，继电器与运动控制器通过以太网与计算机连接，通过RS232接口与手动控制盒连接，同时通过I/O接口与伺服驱动器、光栅尺及限位开关连接，运动控制器接受、分析、处理计算机或手动控制盒的控制信息后，指挥伺服驱动器及电机运动，同时分析伺服电机自带的编码器及光栅尺反馈的运动信息，调整运动指令，实现准确运动控制。

2.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述的手动控制盒包括处理器、显示屏、指示灯、看门狗、RS232接口、键盘、电源变换器、电源开关及急停开关；处理器接受键盘输入的运动参数，分析处理后通过RS232与运动控制器连接，并时时查询各轴的运动信息；显示屏、指示灯、看门狗、RS232接口、急停开关、键盘分别与处理器连接，电源开关与电源变换器连接，通过电源变换器提供各模块所需电源；手动控制盒通过RS232接口与控制系统的运动控制器连接。

3.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述移测架基座采用铝型材和三角形铸铝件。

4.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述的移测架线性轴采用线性模组。

5.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述的移测架的运动电机采用带编码器的伺服电机。

6.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述的移测架的线性轴采用光栅尺。

7.根据权利要求1所述的基于线性模组的移测装置，其特征在于：所述的控制系统还设置有短路、过载、急停控制装置。

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