專利名稱：一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)據(jù)采集與傳輸領(lǐng)域，涉及一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種新型的非正交式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由多個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，安裝有測(cè)量探頭的測(cè)量臂為測(cè)量端，可由人牽引在物體表面滑動(dòng)掃描。機(jī)械臂的關(guān)節(jié)上裝有角度傳感器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，根據(jù)臂長(zhǎng)和各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。與正交式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相比，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、測(cè)量范圍大、靈活輕便等特點(diǎn)，并可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，且可以方便地解決傳統(tǒng)正交坐標(biāo)測(cè)量機(jī)難于解決的問(wèn)題，例如對(duì)模具、大型機(jī)器、飛機(jī)等大或重的產(chǎn)品的測(cè)量。關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車(chē)制造等諸多領(lǐng)域。·目前，國(guó)外在關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常矚目的成就，美國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)家先后研制出了較高精度的關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高校和研究機(jī)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行了研究，僅有少數(shù)幾項(xiàng)研究成果形成了產(chǎn)品，且相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)同國(guó)外相比還存在較大差距。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，以FPGA為核心處理器的、能對(duì)多路光柵傳感器信號(hào)進(jìn)行解碼的、實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)節(jié)無(wú)限旋轉(zhuǎn)的、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能的系統(tǒng)。本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括底座板、I中繼板、2中繼板、測(cè)頭板四大電路板部分，整個(gè)系統(tǒng)由外部直流電源供電；四塊電路板分別采集坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的光柵數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的角度數(shù)據(jù)；四塊電路板根據(jù)測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI和B2的狀態(tài)來(lái)鎖存采集的光柵數(shù)據(jù)；當(dāng)上位機(jī)發(fā)送讀角度數(shù)據(jù)的指令時(shí)，四塊電路板將采集的光柵數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳，最終由底座板將所有的光柵數(shù)據(jù)通過(guò)USB 口發(fā)送給上位機(jī)，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)指令時(shí)，底座板將采集的溫度數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。底座板由FPGA模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、溫度檢測(cè)模塊和電源模塊六部分組成；底座板通過(guò)USB 口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，接收上位機(jī)所下達(dá)的指令，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；底座板通過(guò)光柵接口同外部的兩個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；底座板通過(guò)I2C接口采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)；主控板通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)同I中繼板相連，為I中繼板提供電源，接收I中繼板發(fā)送的開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)RS232接口同I中繼板通信，將上位機(jī)的指令轉(zhuǎn)發(fā)給I中繼板，同時(shí)接收I中繼板返回的測(cè)量數(shù)據(jù)。I中繼板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成；1中繼板通過(guò)光柵接口同外部的兩個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；1中繼板通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)同2中繼板相連，為2中繼板提供電源，接收2中繼板發(fā)送的開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)RS232接口同2中繼板通信，將底座板發(fā)來(lái)的指令轉(zhuǎn)發(fā)給2中繼板，同時(shí)接收2中繼板返回的測(cè)量數(shù)據(jù)。2中繼板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成；2中繼板通過(guò)光柵接口同外部的兩個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；2中繼板通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)同測(cè)頭板相連，為測(cè)頭板提供電源，接收測(cè)頭板發(fā)送的開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)RS232接口同測(cè)頭板通信，將I中繼板發(fā)來(lái)的指令轉(zhuǎn)發(fā)給測(cè)頭板，同時(shí)接收測(cè)頭板返回的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)頭板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊和測(cè)頭接口五部分組成；測(cè)頭板通過(guò)光柵接口同外部的一個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；測(cè)頭板通過(guò)RS232接口同2中繼板通信，接收2中繼板發(fā)來(lái)的指令，同時(shí)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)給2中繼板。測(cè)頭板接收測(cè)頭的開(kāi)關(guān)信號(hào)BI和B2，同時(shí)將開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給2中繼板。 本實(shí)用新型還可以包括這樣一些特征I、系統(tǒng)的 FPGA模塊采用 ALTERA 公司 CYCLONE II 系列的 FPGA 芯片 EP2C8F256I8N。2、系統(tǒng)通過(guò)USB 口同上位機(jī)通信，采用CP2102芯片實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)USB 口。3、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊采用AM26C32芯片實(shí)現(xiàn)將光柵讀數(shù)頭輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換
成單端信號(hào)。4、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊采用MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。5、電源轉(zhuǎn)換模塊采用兩片TPS73701，分別將5V直流電源轉(zhuǎn)換成3. 3V和I. 2V直流電源。6、溫度檢測(cè)模塊采用AD7416檢測(cè)電路板的環(huán)境溫度。本實(shí)用新型一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)I、系統(tǒng)功耗低于4W;2、電路板體積小底座板外形最大尺寸為IO 0mm* 5 2mm* 15mm ;中繼板I和中繼板2外形最大尺寸為50mm*30mm*18mm ;測(cè)頭板外形最大尺寸為45mm*30mm*12mm ；5、主控板采用模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)及維修方便；6、可同時(shí)處理多路角度傳感器的輸出信息；5、采用FPGA可編程邏輯控制，引腳可自定義，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)。

圖I是本實(shí)用新型與上位機(jī)、電源、測(cè)頭以及光柵讀數(shù)頭相連的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型底座板電路的一種結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本實(shí)用新型中繼板電路的一種結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本實(shí)用新型測(cè)頭板電路的一種結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。結(jié)合圖1，本實(shí)用新型一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，包括底座板、I中繼板、2中繼板、測(cè)頭板四大部分。整個(gè)系統(tǒng)由外部直流電源供電，外部輸入的5V直流電源直接與底座板的電源插座相連，經(jīng)過(guò)底座板上的另一個(gè)接插件輸出給I中繼板，同理I中繼板將電源輸出給2中繼板，2中繼板再將電源輸出給測(cè)頭板供電；底座板、I中繼板、2中繼板、測(cè)頭板之間的相互連接線的均經(jīng)過(guò)了導(dǎo)電滑環(huán)，使得板與板之間的關(guān)節(jié)可以無(wú)限旋轉(zhuǎn)而不會(huì)絞線，解決了部分關(guān)節(jié)無(wú)限旋轉(zhuǎn)的需求；板與板之間的連線包括電源線、地線、串口收/發(fā)信號(hào)線、開(kāi)關(guān)BI信號(hào)線、開(kāi)關(guān)B2信號(hào)線共6路線；底座板與I光柵讀數(shù)頭和2光柵讀數(shù)頭相連，I中繼板與3光柵讀數(shù)頭和4光柵讀數(shù)頭相連，2中繼板與5光柵讀數(shù)頭和6光柵讀數(shù)頭相連，測(cè)頭板與7光柵讀數(shù)頭相連，分別采集各個(gè)關(guān)節(jié)上安裝的光柵讀數(shù)頭輸出的信號(hào)；測(cè)頭板將數(shù)據(jù)上傳給2中繼板，2中繼板將數(shù)據(jù)上傳給I中繼板，I中繼板將數(shù)據(jù)上傳給底座板，最終由底座板將各個(gè)關(guān)節(jié)的角度數(shù)據(jù)通過(guò)USB 口上傳給上位機(jī)。結(jié)合圖2，底座板由FPGA模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、溫度檢測(cè)模塊和電源模塊五部分組成；整個(gè)底座板由底座板上的電源模塊供電；結(jié)合圖3，I中繼板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成；整個(gè)I中繼板由I中繼板上的電源模塊供電；FPGA模塊負(fù)責(zé)對(duì)光柵信號(hào) 進(jìn)行解碼得到角度數(shù)據(jù)、接收來(lái)自底座板的指令、接收來(lái)自2中繼板的數(shù)據(jù)和發(fā)送將I中繼板解碼的光柵數(shù)據(jù)和接收到的2中繼板的數(shù)據(jù)；2中繼板硬件結(jié)構(gòu)與I中繼板相同；結(jié)合圖4，測(cè)頭板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊和測(cè)頭接口五部分組成；整個(gè)測(cè)頭板由測(cè)頭板上的電源模塊供電；現(xiàn)在說(shuō)明本實(shí)用新型一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程:首先連接外部5V直流電源，則底座板同時(shí)將5V電源通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)傳輸給I中繼板，同樣，I中繼板通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)將電源傳輸給2中繼板，最終將電源傳輸給測(cè)頭板供電；5V電源到達(dá)四塊電路板，根據(jù)需要將5V經(jīng)過(guò)各電路板上電源模塊轉(zhuǎn)換成各自需要的3. 3V和
I.2V電壓。四塊電路板同時(shí)啟動(dòng)，開(kāi)始實(shí)時(shí)采集各個(gè)光柵讀數(shù)頭的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成角度數(shù)據(jù)。上位機(jī)與底座板通過(guò)USB線相連，底座板通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB模塊接收上位機(jī)指令，并將上位機(jī)指令通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)給I中繼板，I中繼板接收來(lái)自底座板的上位機(jī)指令，并將該指令轉(zhuǎn)發(fā)給2中繼板，同理，2中繼板將該指令轉(zhuǎn)發(fā)給測(cè)頭板，這樣，上位機(jī)指令發(fā)出后幾乎可以同時(shí)到達(dá)四塊電路板。測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI和B2的信號(hào)線與測(cè)頭板相連，測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI和B2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由測(cè)頭板實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給2中繼板，2中繼板再將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給中繼板1，最后由I中繼板轉(zhuǎn)發(fā)給底座板，四塊電路板可以同時(shí)檢測(cè)到測(cè)頭開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI和B2均未按下時(shí)，如果上位機(jī)發(fā)送了讀角度數(shù)據(jù)的指令，則四塊電路板收到指令后立即將各自當(dāng)前采集的光柵數(shù)據(jù)鎖存，測(cè)頭板將該板采集到的光柵數(shù)據(jù)發(fā)送給2中繼板；2中繼板該板采集的光柵數(shù)據(jù)和接收到的測(cè)頭板發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)一起發(fā)送給I中繼板；同理，I中繼板將該板采集的光柵數(shù)據(jù)和2中繼板發(fā)送過(guò)來(lái)的一起發(fā)送給底座板，最終底座板將所有光柵數(shù)據(jù)按照制定的通信協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI按下時(shí)，四塊電路板同時(shí)檢測(cè)到BI按下的狀態(tài)，則立即鎖存當(dāng)前的光柵數(shù)據(jù)，在下一次上位機(jī)讀角度數(shù)據(jù)的指令到達(dá)后將光柵數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳，最終由底座板將采集到的所有光柵數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。當(dāng)測(cè)頭信號(hào)B2按下時(shí)，四塊電路板同時(shí)檢測(cè)到B2按下的狀態(tài)，在下一次上位機(jī)讀角度數(shù)據(jù)的指令到達(dá)后將當(dāng)前的光柵數(shù)據(jù)鎖存并上傳給上位機(jī)。[0037] 當(dāng)上位機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)指令時(shí)，底座板將采集到的溫度數(shù)據(jù) 上傳給上位機(jī)。
權(quán)利要求1.一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括底座板、I中繼板、2中繼板、測(cè)頭板四大部分，整個(gè)系統(tǒng)由外部直流電源供電；底座板由FPGA模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、溫度檢測(cè)模塊和電源模塊六部分組成；1中繼板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成；2中繼板與I中繼板結(jié)構(gòu)相同；測(cè)頭板由FPGA模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、RS232電平轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊和測(cè)頭接口五部分組成；四塊電路板分別采集坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的光柵數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的角度數(shù)據(jù)；四塊電路板根據(jù)測(cè)頭開(kāi)關(guān)BI和B2的狀態(tài)來(lái)鎖存采集的光柵數(shù)據(jù)；當(dāng)上位機(jī)發(fā)送讀角度數(shù)據(jù)的指令時(shí)，四塊電路板將采集的光柵數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳，最終由底座板將所有的光柵數(shù)據(jù)通過(guò)USB 口發(fā)送給上位機(jī)，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)指令時(shí)，底座板將采集的溫度數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊采用AM26C32芯片實(shí)現(xiàn)將光柵讀數(shù)頭輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的RS232電平轉(zhuǎn)換模塊采用MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度檢測(cè)模塊采用AD7416檢測(cè)電路板的環(huán)境溫度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，它包括底座板、1中繼板、2中繼板、測(cè)頭板四大電路板部分，整個(gè)系統(tǒng)由外部5V直流電源供電；四塊電路板分別采集坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的光柵數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的角度數(shù)據(jù)；四塊電路板根據(jù)測(cè)頭開(kāi)關(guān)B1和B2的狀態(tài)來(lái)鎖存采集的光柵數(shù)據(jù)；當(dāng)上位機(jī)發(fā)送讀角度數(shù)據(jù)的指令時(shí)，四塊電路板將采集的光柵數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳，最終由底座板將所有的光柵數(shù)據(jù)通過(guò)USB口發(fā)送給上位機(jī)。該系統(tǒng)功耗低于4W；電路板體積小，主控板采用模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)及維修方便；可同時(shí)處理多路角度傳感器的輸出信息；采用FPGA可編程邏輯控制，引腳可自定義，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G08C19/00GK202599339SQ201120495740
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者賴智華, 諸寒梅, 蘇長(zhǎng)青, 潘勇 申請(qǐng)人:九江精密測(cè)試技術(shù)研究所