一种关节式激光扫描坐标测量机数据采集系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种关节式激光扫描坐标测量机的数据采集系统。包括四块电路板底座板、一号中继板、二号中继板、测头板，板与板之间经过导电滑环连接；四块电路板分别采集相应关节的光栅数据，并转换成角度数据；四块电路板根据测头按钮B1和B2的状态来锁存采集的光栅数据；按钮B1用于接触式测量；按钮B2用于扫描测量；电路板与上位机通过蓝牙或USB传输数据，扫描头与上位机通过USB线传输数据。本发明的数据采集系统应用于带有扫描功能的关节式坐标测量机，解决了扫描头与测量机的数据同步问题，使测量机不仅能够用接触式测头测量也能用扫描头进行扫描测量。
【专利说明】一种关节式激光扫描坐标测量机数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种关节式激光扫描坐标测量机数据采集系统。
【背景技术】
[0002]关节臂式坐标测量机是ー种新型的非正交式坐标测量机，关节臂式坐标测量机由多个关节构成，机械臂的关节上装有角度传感器，可以实时測量关节的转动角度，根据臂长和各关节的转动角度计算出測量机末端的接触式测头的三维坐标。关节式坐标测量机也可以安装三维激光扫描头，扫描头固定安装在关节测量机的末端，可以实现对エ件的扫描测量，应用于逆向工程等领域。与正交式坐标测量机相比，关节臂式坐标测量机具有结构简单、体积小、重量轻、測量范围大、灵活轻便等特点，并可用于现场測量，且可以方便地解决传统正交坐标测量机难于解决的问题，例如对模具、机械零件产品的測量。
[0003]来自天津大学的凌清平和刘书桂在文献《关节臂式坐标测量机数据采集系统的研究》中提出了一种基于CPLD、单片机和导电滑环的数据采集方案，采用了两个处理器(CPLD和单片机)，功耗大，电路板的体积大。
[0004]专利《一种关节臂式坐标测量机用数据采集与传输系统》中提出了一种基于FPGA和导电滑环的数据采集方案。采用FPGA处理器速度慢；采用RS232的传输速度慢、抗干扰能力弱。

【发明内容】

[0005]本发明其目的就在于提供一种关节式激光扫描坐标测量机数据采集系统，应用于带有扫描功能的关节式坐标测量机，解决了扫描头与测量机的数据同步问题，使測量机不仅能够用接触式测头测量也能用扫描头进行扫描測量，以CPLD为核心处理器的、能对多路光栅传感器信号进行解码的、能实现三维扫描測量、实现数据实时传输功能的系统。
[0006]实现上述目的而米取的技术方案，包括底座板、一号关节、二号关节、一号中继板、三号关节、五号关节、四号关节、二号中继板、六号关节、测头板、扫描头，所述六号关节、扫描头之间设有测头板，五号关节、四号关节之间设有二号中继板，二号关节、三号关节之间设有一号中继板，所述底座板、一号中继板、二号中继板、测头板之间通过RS485总线通讯，板间互联导线经过导电滑环连接，所述测头板连接按钮B1、B2。
[0007]有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
[0008]1，除底座板外的三块电路板都采用单处理器CPLD的设计而非两个处理器(CPLD和单片机)，这样设计降低了功耗并缩小了电路板的体积，同时整个机器的体积也可以做的更小；
2，采用CPLD作为处理器，其处理速度比更FPGA快并且具有较大的时间可预测性；
3，采用RS485作为通讯协议，比RS232的传输速度更快、抗干扰能力更强；
4，坐标测量机与上位机的通讯方式既可以选择有数据线的USB传输方式也可以选择无线的蓝牙传输方式；
5，可以配扫描测头进行測量。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]下面结合附图对本发明作进ー步详述。
[0010]图1为本系统的结构示意图；
图2为本系统中数据采集系统原理示意图；
图3为本系统中的底座板原理示意图；
图4为本系统中的一号中继板原理不意图；
图5为本系统中的二号中继板原理示意图；
图6为本系统中的测头板原理示意图。
【具体实施方式】
[0011]包括底座板1、一号关节2、二号关节3、一号中继板4、三号关节5、五号关节6、四号关节8、二号中继板7、六号关节9、测头板10、扫描头11，如图1所示，所述六号关节9、扫描头11之间设有测头板10，五号关节6、四号关节8之间设有二号中继板7，二号关节3、三号关节5之间设有一号中继板4,所述底座板1、一号中继板4、二号中继板7、测头板10之间通过RS485总线通讯，板间互联导线经过导电滑环连接，所述测头板10连接按钮B1、B2，如图2所示。
[0012]所述底座板I包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、USB模块、光栅信号转换模块、蓝牙模块、电源模块和单片机，如图3所示，底座板I输入端连接读数头I，输出端连接上位机、一号中继板4。
[0013]所述一号中继板4包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块、电源模块，如图4所示，一号中继板4输入端连接读数头1、读数头2，所述一号中继板4输出端连接二号中继板7。
[0014]所述测头板10包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块、电源模块，如图6所示。
[0015]所述RS485电平转换模块采用MAX485芯片，实现将RS485的差分信号转换成TTL电平。
[0016]所述扫描头(11)采用美国NextWare公司的nxSensor系列线激光扫描头。
[0017]所述蓝牙模块采用CSR公司的BC417蓝牙芯片。
[0018]所述USB模块采用PDIUSBD12芯片。
[0019]实例例
如图1所示，包括四块电路板:底座板、一号中继板、二号中继板和测头板。整个系统由外部直流电源供电，外部输入的12V直流电源与底座板的电源插座相连，经过电源模块转为5V和3.3V输出给一号中继板，其中5V电源线经过滑环供给其它三块电路板，各电路板需要3.3V时再各自转为3.3V。四块电路板分别放在4个腔体内，板间通讯导线经过导电滑环连接以防止关节转动时扭断导线。
[0020]如图2所示，四块电路板连接6个光栅读数头，底座板和测头板各连接I个读数头，I中继板和2中继板各连接两个读数头。板与板之间的连线包括:电源线、地线、RS485收/发信号线、按钮BI信号线、按钮B2信号线共6路线。
[0021]如图3所示，底座板由CPLD处理器、RS485电平转换模块、USB模块、光栅信号转换模块、蓝牙模块、电源模块和单片机七部分组成。底座板通过USB ロ或者蓝牙模块与上位机实现数据通讯；底座板通过光栅接ロ同一号光栅读数头相连，实时采集角度数据；底座板通过导电滑环同一号中继板相连，为一号中继板提供电源；底座板通过RS485接ロ接收ー号中继板发来的測量数据。
[0022]如图4所不,一号中继板由CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块和电源模块四部分組成。一号中继板通过光栅接ロ同二号、三号两个光栅读数头相连，实时采集角度数据；一号中继板通过导电滑环同二号中继板相连，为二号中继板提供电源；一号中继板通过RS485接ロ接收二号中继板返回的測量数据；一号中继板通过RS485接ロ向底座板发送测量数据。
[0023]如图5所示，二号中继板与一号中继板结构相同。二号中继板通过光栅接ロ同四号、五号两个光栅读数头相连，实时采集角度数据；二号中继板通过导电滑环同测头板相连，为测头板提供电源；通过RS485接ロ接收测头板返回的測量数据；通过RS485接ロ向一号中继板发送測量数据。
[0024]如图6所不,测头板由CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块和电源模块四部分组成；测头板通过光栅接ロ同六号光栅读数头相连，实时采集角度数据；测头板通过RS485接ロ发送测量数据给二号中继板。测头板接收测头的开关信号BI和B2。
[0025]首先连接外部12V直流电源，底座板将电源转为5V并通过导电滑环传输给其它三块电路板，各电路板通过电源模块将5V转换成各自需要的3.3V和1.2V电压。通电后四块电路板同时启动，开始实时采集各个光栅读数头的输出信号，并转换成角度数据。
[0026]当没有按钮按下时，测头板每隔IOOms触发所有电路板采集光栅数据，数据从测头板逐级向下面的板子传递，由底座板汇总后经由蓝牙模块或USB模块发给上位机，此时发给上位机的数据帧以字符“T”开头，这样就实现了关节测量机数据的实时更新。
[0027]按钮BI用于普通的接触式测头测量，当它按下吋，四块电路板同时被触发并采集光栅数据；数据从测头板逐级下传，最終由底座板经蓝牙模块或USB发给上位机，此时发给上位机的数据以字符“P”开头。
[0028]按钮B2用于扫描測量，当它按下吋，除四块电路板被触发并采集数据外扫描头也同时被触发并扫描一帧数据，数据暂存在扫描头内；上位机在收到光栅数据后立即读取扫描数据，两个数据为同一时刻采集，经过运算可以将扫描数据转换到全局坐标系下。此时的底座板发给上位机的数据以字符“S”开头。
【权利要求】
1.一种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，包括底座板(I)、一号关节(2)、二号关节(3)、一号中继板(4)、三号关节(5)、五号关节(6)、四号关节(8)、二号中继板(7)、六号关节(9)、测头板(10)、扫描头(11)，其特征在于，所述六号关节(9)、扫描头(11)之间设有测头板(10)，五号关节(6)、四号关节(8)之间设有二号中继板(7)，二号关节(3)、三号关节(5 )之间设有一号中继板(4 ),所述底座板(I)、一号中继板(4)、二号中继板(7)、测头板(10)之间通过RS485总线通讯，板间互联导线经过导电滑环连接，所述测头板(10)连接按钮B1、B2。
2.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述底座板(I)包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、USB模块、光栅信号转换模块、蓝牙模块、电源模块和单片机，底座板(I)输入端连接读数头1，输出端连接上位机、一号中继板(4)。
3.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述一号中继板(4)包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块、电源模块，一号中继板(4)输入端连接读数头1、读数头2，所述一号中继板(4)输出端连接二号中继板(7)。
4.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述测头板(10)包括CPLD处理器、RS485电平转换模块、光栅信号转换模块、电源模块。
5.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述RS485电平转换模块采用MAX485芯片，实现将RS485的差分信号转换成TTL电平。
6.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述扫描头(11)采用美国NextWare公司的nxSensor系列线激光扫描头。`
7.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述蓝牙模块采用CSR公司的BC417蓝牙芯片。
8.根据权利要求1所述的ー种关节式激光扫描坐标测量机用数据采集系统，其特征在于，所述USB模块采用PDIUSBD12芯片。
【文档编号】G01B11/00GK103604369SQ201310606011
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】潘勇, 曾悠兵, 赵克勤, 龚海华, 王吴雨, 王小梅 申请人:九江精密测试技术研究所