TW201348903A

TW201348903A - 接觸式運動控制系統及方法

Info

Publication number: TW201348903A
Application number: TW101120415A
Authority: TW
Inventors: Chih-Kuang Chang; Hua-Wei Yang
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-01
Also published as: CN103455045A; US20130325201A1

Abstract

一種接觸式運動控制方法，所述方法包括：所述測量機台上的測頭按照運動參數移動；當測量機台運行正常，且測頭碰撞到工件時，熄滅測量機台的信號燈；當測頭碰撞到工件並反彈，且沒有再次發生碰撞時，計算測頭與工件發生碰撞時的碰撞點的座標；當測量機台在移動過程中運行不正常時，或者測頭碰到工件後反彈並再次發生碰撞時，控制該測量機台停止運動，並接收從所述運動控制電路卡發送過來的錯誤代碼。

Description

接觸式運動控制系統及方法

本發明涉及一種控制系統及方法，尤其涉及一種接觸式運動控制系統及方法。

接觸式運動控制系統透過控制一個伺服系統，如電機、馬達等，從而間接地移動測量機台上的測頭，並透過測頭與待測工件的碰撞以採集待測工件（如，手機、筆記本）上的量測點。

以往的接觸式運動控制系統在移動測頭時，若碰到工件或發生異常情況（如，超過邊界範圍），測頭並不會立即停止運動或者反彈，如此一來，若測頭繼續運動很可能會由於力量過大損壞待測工件，也有可能會損壞測頭。

鑒於以上內容，有必要提供一種接觸式運動控制系統及方法，其可以透過測頭接觸工件的方式，採集工件上的量測點，且在測頭與工件發生碰撞時，測頭反彈一定距離，及測量機台發生異常情況時立即停止運動，如此一來，既保護了測頭及工件，也提高了測試的精確度。

一種接觸式運動控制系統，該系統運行於電腦中，該電腦與運動控制電路卡連接，該運動控制電路卡與一個伺服系統及一個資料獲取系統通信連接，該伺服系統與測量機台機械連接，所述接觸式運動控制系統包括：設定模組，用於設定測量機台的運動參數；發送模組，用於發送運動指令給所述運動控制電路卡，該運動控制電路卡根據上述運動參數，控制所述伺服系統運動，從而帶動所述測量機台上的測頭按照上述運動參數移動；所述發送模組，還用於當測量機台運行正常，且測頭碰撞到工件時，發送控制指令給所述運動控制電路卡，以熄滅測量機台的信號燈；計算模組，用於當測頭碰撞到工件並反彈，且沒有再次發生碰撞時，計算測頭與工件發生碰撞時的碰撞點的座標；接收模組，還用於當測量機台在移動過程中運行不正常時，或者測頭碰到工件後反彈並再次發生碰撞時，發送控制指令給所述運動控制電路卡，以控制該測量機台停止運動，並接收從所述運動控制電路卡發送過來的錯誤代碼，並顯示在顯示器上。

一種接觸式運動控制方法，該方法運用於電腦中，該電腦與運動控制電路卡連接，該運動控制電路卡與一個伺服系統及一個資料獲取系統通信連接，該伺服系統與測量機台機械連接，所述接觸式運動控制方法包括：設定測量機台的運動參數；發送運動指令給所述運動控制電路卡，該運動控制電路卡根據上述運動參數，控制所述伺服系統運動，從而帶動所述測量機台上的測頭按照上述運動參數移動；當測量機台運行正常，且測頭碰撞到工件時，發送控制指令給所述運動控制電路卡，以熄滅測量機台的信號燈；當測頭碰撞到工件並反彈，且沒有再次發生碰撞時，計算測頭與工件發生碰撞時的碰撞點的座標；當測量機台在移動過程中運行不正常時，或者測頭碰到工件後反彈並再次發生碰撞時，發送控制指令給所述運動控制電路卡，以控制該測量機台停止運動，並接收從所述運動控制電路卡發送過來的錯誤代碼，並顯示在顯示器上。

相較於習知技術，本發明所述的接觸式運動控制系統及方法，其可以透過測頭接觸工件的方式，採集工件上的量測點，且在測頭與工件發生碰撞時，測頭反彈一定距離，及測量機台發生異常情況時立即停止運動，如此一來，既保護了測頭及工件，也提高了測試的精確度。

如圖1所示，係本發明接觸式運動控制系統60較佳實施例的應用環境圖。所述的接觸式運動控制系統60運行於電腦6中，該電腦6與顯示器7、手柄8及運動控制電路卡1連接。

所述運動控制電路卡1與伺服系統2連接，控制伺服系統2。所述伺服系統2包括驅動器20及電機21。驅動器20在接收到運動控制電路卡1發送的PFM（pulse frequency modulation）波後，輸出一類比電壓給電機21，以驅動電機21運動。電機21的運動可以帶動與該電機21機械相連的測量機台4或者其他測量設備（未圖示）運動，從而採集放置於或者安插於該測量機台4或者其他測量設備上的工件5（如，筆記本電腦、手機等）的座標。在本較佳實施例中，當該測量機台4的測頭40碰到工件5時，獲取該測頭40碰到工件5時碰撞點的座標，此外，測量機台4的測頭40在碰到工件5時會反彈一定距離。

該運動控制電路卡1還與資料獲取系統3通信連接。所述的資料獲取系統3包括光柵尺30。該光柵尺30安裝在測量機台4上。具體而言，測量機台4每個軸（X軸、Y軸及Z軸）上都安裝有一條光柵尺30，測頭40在運動過程中，每移動一定距離（通常是，該距離等於光柵尺30的柵距）光柵尺30就發送一個信號給運動控制電路卡1，該運動控制電路卡1統計從光柵尺30發送過來的信號的數量，從而計算出測頭40移動的距離，以得到測頭40碰撞工件5時碰撞點的座標。

所述顯示器7與電腦6連接，該顯示器7用於顯示獲取的碰撞點的座標及量測過程中發生錯誤時的錯誤代碼。所述錯誤代碼以字母或在數位的形式呈現，例如，a1或數位“123”。每一種錯誤代碼代表測量機台4在運行過程中發生錯誤時一種錯誤類型，例如，錯誤代碼a1對應在測量機台4運行過程時，限位元開關處於觸發狀態，若用戶在顯示器7上查看到該錯誤代碼a1，則說明限位元開關處於觸發狀態，提醒用戶關閉限位元開關。錯誤代碼b1對應測頭40碰撞工件5並反彈時，再次發生碰撞。所述錯誤代碼儲存在測量機台4中，當測量機台4運行過程中發生錯誤時，將運動控制電路卡1獲取測量機台4中的錯誤代碼，並將錯誤代碼發送給電腦6，由與電腦6連接的顯示器7顯示該錯誤代碼，以提醒用戶該測量機台4在運行過程中發生錯誤的具體情形。

所述手柄8與電腦6連接，用戶透過該手柄8可以手動地移動測量機台4的測頭40。

如圖2所示，係本發明安裝有接觸式運動控制系統60的電腦6較佳實施例的結構示意圖。該接觸式運動控制系統60包括初始化模組610、設定模組620、發送模組630、判斷模組640、計算模組650及接收模組660。本發明所稱的模組是完成特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此，本發明以下對軟體描述都以模組描述。

所述初始化模組610用於發送初始化命令給運動控制電路卡1，透過運動控制電路卡1對伺服系統2及測量機台4進行初始化。初始化之後的測量機台4的限位元開關閉合、測頭40的移動範圍在測量機台4的範圍內、測頭40處於非觸發狀態、電機狀態正常、測量機台4處於回零狀態、伺服系統2處於閉環狀態、緊急按鈕處於非觸發狀態。其中，檢測限位元開關是否閉合的方式為判斷該限位元開關的電平是否為低電平，若為低電平，則限位元開關閉合，若為高電平，則限位元開關開啟。若測頭40沒有碰撞到任何物品，如沒有碰撞工件5，則該測頭40處於非觸發狀態。若測量機台4設置過機械原點，則該測量機台4處於回零狀態。當伺服系統2處於閉環狀態時該伺服系統2能夠正常接收運動控制電路卡1的控制指令，從而控制測量機台4移動。所述緊急按鈕可以強行停止測量機台4的移動，即當用戶按下緊急按鈕時，測量機台4立即停止運動，此時，緊急按鈕處於觸發狀態，若緊急按鈕沒有按下，則表明該緊急按鈕處於非觸發狀態。

所述設定模組620用於設定測量機台4的運動參數。所述運動參數包括測頭40的移動範圍、測頭40的運動模式、測頭40的運行速度、測頭40的目標位置、測頭40碰到工件5後的反彈距離、測頭40碰到工件5後的位置捕捉條件。具體而言：

設置測頭40的移動範圍的目的在於，使得測頭40移動到目標位置之前不會碰到其他物體，避免出錯。通常，測頭40的移動範圍比測量機台4的範圍小，用戶可根據不同的工件5設置測頭40對應的移動範圍。

所述測頭40的運動模式包括四種，分別為量測模式、手柄模式、空行模式及反彈模式。其中，所述量測模式是指測頭40移動到用戶設置的目標位置，並採集測頭40移動到該目標位置後的座標及移動過程中的運動模式，通常，所述目標位置是指工件5的某一個位置點，即量測模式是指測頭40移動到工件5的某一個位置點，並採集該位置點的座標。所述手柄模式是指用戶透過手柄8控制測頭40，使得測頭40移動到工件5的某一個位置點，並採集該位置點的座標。所述空行模式是指測頭40以一定速度移動，且在移動的過程中不碰撞任何物體（所述任何物體不僅限於工件5，也可以是測量機台4本身的部件，例如，放置工件5的平臺部件，還可以是放置在測量機台4上的其他物體）。所述反彈模式是指測頭40在手柄模式下（即用戶透過手柄8控制測頭40移動）移動並在碰到工件5之後，測頭40立即反彈的模式，反彈模式能夠避免用戶在採用手柄模式移動測頭40時測頭40發生意外損壞的情況，例如，若用戶透過手柄8控制測頭40移動，碰到工件5後還繼續按照原來的方向移動，測頭40將會損壞。對於空行模式及反彈模式，若測頭40在空行模式或反彈模式下運行，不能碰撞到其他任何物體，若碰撞到物體，表明測量機台4運行不正常，若沒有碰撞到其他物體，則測量機台4運行正常。

所述測頭40碰到工件5後的位置捕捉條件是指測頭40碰到工件5後採集碰撞點的座標的時機，即用戶可以設置在測頭40一碰到工件5時就採集碰撞點的座標，或者測頭40碰到工件5之後的一定時間內（例如，0.1秒）再採集碰撞點的座標。在本較佳實施例中，所述位置捕捉條件被設置為在測頭40一碰到工件5時就採集碰撞點的座標。

所述發送模組630用於發送運動指令給運動控制電路卡1，運動控制電路卡1根據上述運動參數，透過PFM（pulse frequency modulation）波發送控制命令給伺服系統2的驅動器20，驅動器20輸出一類比電壓給電機21，以驅動電機21運動，從而帶動測量機台4的測頭40按照上述運動參數移動。

所述判斷模組640用於判斷測量機台4的運行是否正常。具體而言，判斷測頭40在移動過程中是否超過設定的移動範圍，若測頭40在移動過程中沒有超過設定的移動範圍，則測量機台4運行正常，若測頭40在移動過程中超過設定的移動範圍，則測量機台4運行不正常。此外，判斷測量機台4的限位元開關是否處於觸發狀態，若限位元開關處於非觸發狀態，則測量機台4運行正常，否則，若限位元開關處於觸發狀態，則測量機台4運行不正常。需要說明的是，儘管測量機台4經過初始化，限位元開關測試開始時處於非觸發狀態，但是，在測量機台4運行的過程中，限位元開關可能被打開，需要即時監測限位元開關的狀態。

所述判斷模組640還用於判斷測頭40是否碰撞工件5。具體而言，若測頭40碰撞工件5，則測頭40的狀態變數會發生變更，例如，處於非觸發狀態時測頭40的狀態變數為A，處於觸發狀態時測頭40的狀態變數為B，若測頭40碰撞工件5，則狀態變數由A變更為B，判斷模組640讀取測頭40上的狀態變數，若狀態變數為B，則表明測頭40碰撞工件5。

所述發送模組630還用於發送控制指令給運動控制電路卡1，以熄滅測量機台4的信號燈（未示出）。信號燈熄滅表明測頭40已經碰撞工件5。當測頭40與工件5發生碰撞時，伺服系統2的驅動器20在接收到運動控制電路卡1發送的PFM（pulse frequency modulation）波，輸出一類比電壓給電機21，以驅動電機21反向運動。電機21的反向運動帶動與該電機21機械相連的測量機台4的測頭40反彈一定距離。

所述判斷模組640還用於判斷測頭40碰撞工件5並反彈時，是否再次發生碰撞。

所述計算模組650用於計算測頭40與工件5發生碰撞時的碰撞點的座標。

具體而言，測頭40在X軸的座標的計算方式如下：

X=P1*S1，其中X為X軸座標值、P1為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，X軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S1為光柵尺30解析度。此外，在實際的操作過程中，考慮到誤差的因素，用戶可以對上述計算方式進行調整，增加一些修正的參數，以提高精確度。例如，該計算方式可以修正為如下公式：X=(P1-F)/S/(S1*10)/(I*32)，其中X為X軸座標值、P1為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，X軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S為比例係數、S1為光柵尺解析度、I為位置比例因數及F為誤差值；

測頭40在Y軸的座標的計算方式如下：

Y=P2*S1，其中Y為Y軸座標值、P2為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，Y軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S1為光柵尺30解析度。此外，在實際的操作過程中，考慮到誤差的因素，用戶可以對上述計算方式進行調整，增加一些修正的參數，以提高精確度。例如，該計算方式可以修正為如下公式：Y=(P2-F)/S/(S1*10)/(I*32)，其中Y為Y軸座標值、P2為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，Y軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S為比例係數、S1為光柵尺解析度、I為位置比例因數及F為誤差值；

測頭40在Z軸的座標的計算方式如下：

Z=P3*S1，其中Z為Z軸座標值、P3為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，Z軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S1為光柵尺30解析度。此外，在實際的操作過程中，考慮到誤差的因素，用戶可以對上述計算方式進行調整，增加一些修正的參數，以提高精確度。例如，該計算方式可以修正為如下公式：Z=(P3-F)/S/(S1*10)/(I*32)，其中Z為Z軸座標值、P3為測頭40從開始運動到碰撞工件5的時間內，Z軸上的光柵尺30發送的信號的數量、S為比例係數、S1為光柵尺解析度、I為位置比例因數及F為誤差值。

計算完成之後，將所計算的碰撞點的座標儲存到電腦6的儲存介質中。

所述接收模組660還用於當測量機台4在移動過程中，運行不正常時，或者測頭40碰到工件5反彈之後再次發生碰撞時，發送控制指令給所述運動控制電路卡1，以控制該測量機台4停止運動，並接收從運動控制電路卡1發送過來的錯誤代碼，並顯示在顯示器7上。

如圖3所示，係本發明接觸式運動控制方法較佳實施例的流程圖。

步驟S10，初始化模組610發送初始化命令給運動控制電路卡1，透過運動控制電路卡1對伺服系統2及測量機台4進行初始化。初始化之後的測量機台4的限位元開關閉合、測頭40的移動範圍在測量機台4的範圍內、測頭40處於非觸發狀態、電機狀態正常、測量機台4處於回零狀態、伺服系統2處於閉環狀態、緊急按鈕處於非觸發狀態。其中，檢測限位元開關是否閉合的方式為判斷該限位元開關的電平是否為低電平，若為低電平，則限位元開關閉合，若為高電平，則限位元開關開啟。若測頭40沒有碰撞到任何物品，如沒有碰撞工件5，則該測頭40處於非觸發狀態。若測量機台4設置過機械原點，則該測量機台4處於回零狀態。當伺服系統2處於閉環狀態時該伺服系統2能夠正常接收運動控制電路卡1的控制指令，從而控制測量機台4移動。所述緊急按鈕可以強行停止測量機台4的移動，即當用戶按下緊急按鈕時，測量機台4立即停止運動，此時，緊急按鈕處於觸發狀態，若緊急按鈕沒有按下，則表明該緊急按鈕處於非觸發狀態。

步驟S20，設定模組620用於設定測量機台4的運動參數。所述運動參數包括測頭40的移動範圍、測頭40的運動模式、測頭40的運行速度、測頭40的目標位置、測頭40碰到工件5後的反彈距離、測頭40碰到工件5後的位置捕捉條件。具體而言：

步驟S30，發送模組630發送運動指令給運動控制電路卡1，運動控制電路卡1根據上述運動參數，透過PFM（pulse frequency modulation）波發送控制命令給伺服系統2的驅動器20，驅動器20輸出一類比電壓給電機21，以驅動電機21運動，從而帶動測量機台4的測頭40按照上述運動參數移動。

步驟S40，判斷模組640判斷測量機台4的運行是否正常。若測量機台4的運行正常，則流程進入步驟S50，否則，若測量機台4的運行不正常，則流程進入步驟S90。

具體而言，若測頭40在移動過程中沒有超過設定的移動範圍，則測量機台4運行正常，則流程進入步驟S50，若測頭40在移動過程中超過設定的移動範圍，則測量機台4運行不正常，則流程進入步驟S90。

此外，判斷測量機台4的限位元開關是否處於觸發狀態，若限位元開關處於非觸發狀態，則測量機台4運行正常，流程進入步驟S50，否則，若限位元開關處於觸發狀態，則測量機台4運行不正常，流程進入步驟S90。

步驟S50，判斷測頭40是否碰撞工件5。具體而言，若測頭40的狀態變數由A變更為B，則表明測頭40碰撞工件5，流程進入步驟S60，否則，繼續監測測頭40。

步驟S60，發送模組630發送控制指令給運動控制電路卡1，以熄滅測量機台4的信號燈。信號燈熄滅表明測頭40已經碰撞工件5。當測頭40與工件5發生碰撞時，伺服系統2的驅動器20在接收到運動控制電路卡1發送的PFM（pulse frequency modulation）波，輸出一類比電壓給電機21，以驅動電機21反向運動。電機21的反向運動帶動與該電機21機械相連的測量機台4的測頭40反彈一定距離。

步驟S70，判斷模組640判斷測頭40碰撞工件5並反彈時，是否再次發生碰撞。具體而言，當測頭40碰撞工件5並反彈時，沒有再次發生碰撞，流程進入步驟S80。否則，當測頭40碰撞工件5並反彈時，再次發生碰撞，流程進入步驟S90。

步驟S80，計算模組650計算測頭40與工件5發生碰撞時的碰撞點的座標。

具體而言，測頭40在X軸的座標的計算方式如下：

測頭40在Y軸的座標的計算方式如下：

測頭40在Z軸的座標的計算方式如下：

步驟S90，當測量機台4在移動過程中，運行不正常時，或者測頭40碰到工件5之後反彈再次發生碰撞時，發送控制指令給所述運動控制電路卡1，以控制該測量機台4停止運動，接收模組660接收從運動控制電路卡1發送過來的錯誤代碼，並顯示在顯示器7上。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。

1．．．運動控制電路卡

2．．．伺服系統

20．．．驅動器

21．．．電機

3．．．資料獲取系統

30．．．光柵尺

4．．．測量機台

40．．．測頭

5．．．工件

6．．．電腦

60．．．接觸式運動控制系統

610．．．初始化模組

620．．．設定模組

630．．．發送模組

640．．．判斷模組

650．．．計算模組

660．．．接收模組

7．．．顯示器

8．．．手柄

圖1係本發明接觸式運動控制系統較佳實施例的應用環境圖。

圖2係本發明安裝有接觸式運動控制系統的電腦較佳實施例的結構示意圖。

圖3係本發明接觸式運動控制方法較佳實施例的流程圖。