专利名称：一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统和方法
技术领域：
本发明属影像测量技术领域，特别是涉及一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统和方法。
背景技术：
影像测量技术是以机械视觉为研究基础的一门新兴测试技术。它代表的是数字影 像科技溶入计量领域，进行空间几何运算的先进测量技术。影像测量仪建立在微米级精确 数控的硬件与人性化操作软件的基础上，将各种功能完美集成，最终实现高精度、多功能、 智能化。现代化的测量。影像测量仪发展起来了人工智能型的现代光学非接触测量技术， 传承了数字化仪器优异的运动精度与运动操控性能，融合了机器视觉软件的灵活性、智能 化与自动化的特征，属于当今最前沿的光学尺寸检测设备。运动控制系统是影像测量系统中的重要组成部分。在影像测量仪的实际应用中， 运动控制的定位精度直接影响图片拼接的质量。因此，发明一种用于影像测量仪的高效的 运动控制系统至关重要。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于影像测量仪上的运动控制系统和方 法，其可控制负载的运动轨迹，同时监控负载的各种运动状态。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种用于高精密影像测量仪的 运动控制系统，包括依次相连的GALIL控制卡、驱动器、伺服电机和负载，所述的依次相连 的GALIL控制卡、驱动器、伺服电机和负载与安装在工作平台上的光栅尺连接组成闭环控 制系统，所述的GALIL控制卡还与工控机相连，所述的工控机包括监控模块用于监控影像测量仪上的X/Y/Z轴的负载运行前和运行中的状态；位移控制模块用于在人机界面上输入运动控制指令，并将该指令发送给GALIL 控制卡，由该控制卡来控制步进电机转动，从而带动负载运动；回零模块用于在负载运行前，当监控到影像测量仪上的各轴未回零时进行回 零；误差补偿模块用于减小实际位置与指定位置之间的定位误差。所述的位移控制模块中还包括有位置跟踪模块所述的光栅尺的读数头固定在负 载上，和负载一起运动，当负载运动时，光栅尺将负载运动的位置以脉冲数的形式实时反馈 给工控机。所述的负载运行前和运行中的状态包括在负载的运行前该系统设置软限位，伺 服系统是否闭环控制，X、Y和Z轴是否回零；在负载运行中，监控X/Y/Z轴上的负载的运行 状态。一种使用权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统的方法， 包括下列步骤
(1)运动前，设置软限位；检查该系统是否闭环控制，若伺服系统没闭环，则重新 进行指令设置；检查负载的各轴是否回零；若没回零，则启动负载的回零；将X、Y和Z轴联 动回到中心位置；(2)工控机发指令给GALIL控制卡，控制负载的运动，该指令包括指定负载运动的位置、负载运动的速度和方向信息；(3)根据X、Y及Z轴上的软限位的位置来判断给指定的位置是否超程，若该指定 的位置超程，则重新修正指令；若该指定的位置没有超程，则执行该指令使负载按照上述速 度、加速度、减速度及方向信息运动到指定的位置；(4)进行误差补偿，当负载运动超出指定位置的误差允许范围时，系统将自动直线 插补；当负载运动在指定位置的误差允许范围时，则判断是否执行下一指令；如果需要执 行下一指令，返回并判断该指令中所指定的负载需达到的位置是否超程；如果不需要执行 下一条指令，结束流程。所述的步骤(1)的负载回零包括(1)配置原点返回开关输入点的极性，设置速度、加速度、减速度；(2)工控机通过发送搜寻原点开关边缘指令给GALIL控制卡来控制负载运动定 位；(3)根据检测到的原点开关变化状态判断是否搜寻到原点开关边缘；若未检测到 的原点开关变化状态，该系统将等待到位信息；若检测到的原点开关变化状态，该系统将继 续执行搜寻标志脉冲指令，根据检测到的标志脉冲信号判断是否到达原点开关最近的脉冲 信号位置；(4)如果该轴未到达该位置，则该系统将等待到位信息步骤；如果该轴已到达该 位置，则设置该位置为零位并判断是否执行另一轴的回零；如果继续执行另一轴的回零，该 程序将跳转到步骤(1)；如果不执行另一轴的回零，该程序将结束。7.根据权利要求4所述的一种使用权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪 的运动控制系统的方法，其特征在于所述的步骤(4)误差补偿包括(1)配置编码器，设置速度，设置加速度、减速度；(2)判断定位误差是否在误差允许范围内，若定位误差未在误差允许范围内，则系 统自动进行单轴直线插补；若定位误差在误差允许范围内，则判断是否执行另一个轴的误 差补偿；(3)若需要执行另一个轴的误差补偿，则将重新配置编码器，即返回步骤(1)；若 不需要执行另一个轴的误差补偿，则结束误差补偿。有益效果本发明通过工控机发送指令控制负载快速运动到指定的位置，然后通过误差补 偿，使负载的运动定位更精确，此外，通过实时监控负载的运动状态来确保负载运动的可靠 性和连续性。


图1是本发明用于影像测量仪上的运动控制系统的硬件结构图。图2是本发明用于影像测量仪上的运动控制系统的工控机的功能模块图。
图3是本发明用于影像测量仪上的运动控制系统的实例的流程图。图4是图3中分别对X、Y和Z轴进行回零的流程图。图5是图3中分别对X、Y和Z轴进行误差补偿的流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。如图1所示，是本发明用于影像测量仪上的运动控制系统的硬件结构图。其包括 工控机1、GALIL控制卡2、驱动器3、伺服电机4、负载5及光栅尺6。其中，工控机1将速 度，加速度、减速度等参数指令下载到GALIL控制卡2，GALIL控制卡通过驱动器3控制伺服 电机4的转动，从而带动负载5的运动。光栅尺6起到位置反馈的作用，该光栅尺6的读数 头固定在负载5上，和负载5 —起运动，当负载5运动时，光栅尺6将负载5运动的位置以 脉冲数的形式实时反馈给工控机1。工控机还可以监控负载5的运动状态。如图2所示，是影像测量仪上的运动控制系统的工控机的功能模块图。该工控机 1包括多个功能模块一监控模块11、一位置控制模块12、一回零发送模块13及一误差补 偿模块14。监控模块，用于监控影像测量仪上的X/Y/Z轴的运行状态以确保负载运动的稳定 性。其包括运动前检查该系统是否闭环控制，伺服系统是否闭环，检查负载的各轴是否回 零，运动时监控负载的运动状态。位移控制模块，用于在人机界面上输入运动控制指令，并将该指令发送给GALIL 控制卡2，由该控制卡2来控制步进电机4转动，从而带动负载5运动。位置跟踪模块，用于当负载5运动时，根据光栅尺6反馈的当前脉冲数，通过一定 的算法来计算出负载5的当前位置。如图3所示，是本发明影像测量仪上的运动控制系统的实例的流程图。该方法主 要包括步骤运动前，设置软限位(步骤S301)；检查该系统是否闭环控制(步骤S302)，若伺服 系统没闭环，则重新做指令设置(步骤S303)；检查负载的各轴是否回零(步骤S304)；若没 回零，则启动负载的回零(步骤S3025)，最后X、Y和Z轴联动回到中心位置(步骤S306)。 工控机1发指令给GALIL控制卡2，从而控制负载的运动(步骤S307)，该指令包括指定负 载运动的位置、负载运动的速度和方向信息。根据X、Y及Z轴上的软限位的位置来判断给 指定的位置是否超程(步骤S308)；若该指定的位置超程，则重新修正指令(步骤S309)；若 该指定的位置没有超程，则执行该指令使负载按照上述速度、加速度、减速度及方向信息运 动到指定的位置(步骤S310)；接着，进行误差补偿(步骤S311)。若完成误差补偿，则判断 是否执行下一指令(步骤S312)；如果需要执行下一指令，返回并判断该指令中所指定的负 载需达到的位置是否超程(步骤S308)；如果不需要执行下一条指令，结束流程。如图4所示，是图3中步骤S305的X、Y及Z坐标轴进行回零的流程图。该回零是 将该运动控制系统中的X、Y及Z坐标轴按顺序进行回零。首先，配置原点返回开关输入点的极性(步骤S401)，设置速度、加速度、减速度(步骤S402)。工控机1通过发送搜寻原点 开关边缘指令(步骤S403)给GALIL控制卡2来控制负载5运动定位。根据检测到的原点 开关变化状态判断是否搜寻到原点开关边缘(步骤S404)；若未检测到的原点开关变化状 态，该系统将等待到位信息(步骤S405)；若检测到的原点开关变化状态，该系统将继续执 行搜寻标志脉冲指令(步骤S406)，根据检测到的标志脉冲信号(步骤S407)判断是否到 达原点开关最近的脉冲信号位置；如果该轴未到达该位置，则该系统将等待到位信息步骤 (S408)；如果该轴已到达该位置，则设置该位置为零位(步骤S409)并判断是否执行另一轴 的回零(步骤S410)；如果继续执行另一轴的回零，该程序将跳转到步骤S401 ；如果不执行 另一轴的回零，该程序将结束。
如图5所示，是图3中步骤S311的X、Y及Z坐标轴进行误差补偿的流程图。首先， 配置编码器(步骤S501)，设置速度(步骤S502)，设置加速度、减速度(步骤S503)，接着判 断定位误差是否在误差允许范围内(步骤S504)，若定位误差未在误差允许范围内，则系统 自动进行单轴直线插补步骤S505)；若定位误差在误差允许范围内，则判断是否执行另一 个轴的误差补偿。若需要执行另一个轴的误差补偿，则将重新配置编码器(步骤S501)；若 不需要执行另一个轴的误差补偿，则结束误差补偿。
权利要求
一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统，包括依次相连的GALIL控制卡(2)、驱动器(3)、伺服电机(4)和负载(5)，其特征在于所述的依次相连的GALIL控制卡(2)、驱动器(3)、伺服电机(4)和负载(5)与安装在工作平台上的光栅尺(6)连接组成闭环控制系统，所述的GALIL控制卡(2)还与工控机(1)相连，所述的工控机(1)包括监控模块用于监控影像测量仪上的X/Y/Z轴的负载运行前和运行中的状态；位移控制模块用于在人机界面上输入运动控制指令，并将该指令发送给GALIL控制卡，由该控制卡来控制步进电机转动，从而带动负载运动；回零模块用于在负载运行前，当监控到影像测量仪上的各轴未回零时进行回零；误差补偿模块用于减小实际位置与指定位置之间的定位误差。
2.根据权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统，其特征在于 所述的位移控制模块中还包括有位置跟踪模块所述的光栅尺(6)的读数头固定在负载 (5)上，和负载(5) —起运动，当负载(5)运动时，光栅尺(6)将负载(5)运动的位置以脉冲 数的形式实时反馈给工控机(1)。
3.根据权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统，其特征在于 所述的负载运行前和运行中的状态包括在负载的运行前该系统设置软限位，伺服系统是 否闭环控制，X、Y和Z轴是否回零；在负载运行中，监控X/Y/Z轴上的负载的运行状态。
4.一种使用权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统的方法，包 括下列步骤(1)运动前，设置软限位；检查该系统是否闭环控制，若伺服系统没闭环，则重新进行 指令设置；检查负载的各轴是否回零；若没回零，则启动负载的回零；将X、Y和Z轴联动回 到中心位置；(2)工控机发指令给GALIL控制卡，控制负载的运动，该指令包括指定负载运动的位 置、负载运动的速度和方向信息；(3)根据X、Y及Z轴上的软限位的位置来判断给指定的位置是否超程，若该指定的位 置超程，则重新修正指令；若该指定的位置没有超程，则执行该指令使负载按照上述速度、 加速度、减速度及方向信息运动到指定的位置；(4)进行误差补偿，当负载运动超出指定位置的误差允许范围时，系统将自动直线插 补；当负载运动在指定位置的误差允许范围时，则判断是否执行下一指令；如果需要执行下一指令，返回并判断该指令中所指定的负载需达到的位置是否超程； 如果不需要执行下一条指令，结束流程。
5.根据权利要求4所述的一种使用权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运 动控制系统的方法，其特征在于所述的步骤(1)的负载回零包括(1)配置原点返回开关输入点的极性，设置速度、加速度、减速度；(2)工控机通过发送搜寻原点开关边缘指令给GALIL控制卡来控制负载运动定位；(3)根据检测到的原点开关变化状态判断是否搜寻到原点开关边缘；若未检测到的原 点开关变化状态，该系统将等待到位信息；若检测到的原点开关变化状态，该系统将继续执 行搜寻标志脉冲指令，根据检测到的标志脉冲信号判断是否到达原点开关最近的脉冲信号 位置；(4)如果该轴未到达该位置，则该系统将等待到位信息步骤；如果该轴已到达该位置，则设置该位置为零位并判断是否执行另一轴的回零；如果继续执行另一轴的回零，该程序 将跳转到步骤(1)；如果不执行另一轴的回零，该程序将结束。
6.根据权利要求4所述的一种使用权利要求1所述的一种用于高精密影像测量仪的运 动控制系统的方法，其特征在于所述的步骤(4)误差补偿包括(1)配置编码器，设置速度，设置加速度、减速度；(2)判断定位误差是否在误差允许范围内，若定位误差未在误差允许范围内，则系统自 动进行单轴直线插补；若定位误差在误差允许范围内，则判断是否执行另一个轴的误差补 偿；(3)若需要执行另一个轴的误差补偿，则将重新配置编码器，即返回步骤(1)；若不需 要执行另一个轴的误差补偿，则结束误差补偿。
全文摘要
本发明涉及一种用于高精密影像测量仪的运动控制系统和方法，包括依次相连的GALIL控制卡(2)、驱动器(3)、伺服电机(4)和负载(5)与安装在工作平台上的光栅尺(6)连接组成闭环控制系统，所述的GALIL控制卡(2)还与工控机(1)相连，所述的工控机(1)包括监控模块用于监控影像测量仪上的X/Y/Z轴的负载运行前和运行中的状态；位移控制模块将指令发送给GALIL控制卡，由该控制卡来控制步进电机转动，从而带动负载运动；回零模块当监控到影像测量仪上的各轴未回零时进行回零；误差补偿模块用于减小实际位置与指定位置之间的定位误差。本发明可使负载高精度运动定位，同时可监控负载的运动状态。
文档编号G01B11/00GK101806580SQ201010129710
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者周虎, 杨建国, 杨晓义 申请人:东华大学