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一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。包括四塊電路板底座板、一號(hào)中繼板、二號(hào)中繼板、測(cè)頭板，板與板之間經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)連接；四塊電路板分別采集相應(yīng)關(guān)節(jié)的光柵數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成角度數(shù)據(jù)；四塊電路板根據(jù)測(cè)頭按鈕B1和B2的狀態(tài)來(lái)鎖存采集的光柵數(shù)據(jù)；按鈕B1用于接觸式測(cè)量；按鈕B2用于掃描測(cè)量；電路板與上位機(jī)通過(guò)藍(lán)牙或USB傳輸數(shù)據(jù)，掃描頭與上位機(jī)通過(guò)USB線傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于帶有掃描功能的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，解決了掃描頭與測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，使測(cè)量機(jī)不僅能夠用接觸式測(cè)頭測(cè)量也能用掃描頭進(jìn)行掃描測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是ー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，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)量機(jī)末端的接觸式測(cè)頭的三維坐標(biāo)。關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也可以安裝三維激光掃描頭，掃描頭固定安裝在關(guān)節(jié)測(cè)量機(jī)的末端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)エ件的掃描測(cè)量，應(yīng)用于逆向工程等領(lǐng)域。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、機(jī)械零件產(chǎn)品的測(cè)量。
[0003]來(lái)自天津大學(xué)的凌清平和劉書(shū)桂在文獻(xiàn)《關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究》中提出了一種基于CPLD、單片機(jī)和導(dǎo)電滑環(huán)的數(shù)據(jù)采集方案，采用了兩個(gè)處理器(CPLD和單片機(jī))，功耗大，電路板的體積大。
[0004]專利《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)》中提出了一種基于FPGA和導(dǎo)電滑環(huán)的數(shù)據(jù)采集方案。采用FPGA處理器速度慢；采用RS232的傳輸速度慢、抗干擾能力弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明其目的就在于提供一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，應(yīng)用于帶有掃描功能的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，解決了掃描頭與測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，使測(cè)量機(jī)不僅能夠用接觸式測(cè)頭測(cè)量也能用掃描頭進(jìn)行掃描測(cè)量，以CPLD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、能實(shí)現(xiàn)三維掃描測(cè)量、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能的系統(tǒng)。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的而米取的技術(shù)方案，包括底座板、一號(hào)關(guān)節(jié)、二號(hào)關(guān)節(jié)、一號(hào)中繼板、三號(hào)關(guān)節(jié)、五號(hào)關(guān)節(jié)、四號(hào)關(guān)節(jié)、二號(hào)中繼板、六號(hào)關(guān)節(jié)、測(cè)頭板、掃描頭，所述六號(hào)關(guān)節(jié)、掃描頭之間設(shè)有測(cè)頭板，五號(hào)關(guān)節(jié)、四號(hào)關(guān)節(jié)之間設(shè)有二號(hào)中繼板，二號(hào)關(guān)節(jié)、三號(hào)關(guān)節(jié)之間設(shè)有一號(hào)中繼板，所述底座板、一號(hào)中繼板、二號(hào)中繼板、測(cè)頭板之間通過(guò)RS485總線通訊，板間互聯(lián)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)連接，所述測(cè)頭板連接按鈕B1、B2。
[0007]有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0008]1，除底座板外的三塊電路板都采用單處理器CPLD的設(shè)計(jì)而非兩個(gè)處理器(CPLD和單片機(jī))，這樣設(shè)計(jì)降低了功耗并縮小了電路板的體積，同時(shí)整個(gè)機(jī)器的體積也可以做的更??；
2，采用CPLD作為處理器，其處理速度比更FPGA快并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測(cè)性；
3，采用RS485作為通訊協(xié)議，比RS232的傳輸速度更快、抗干擾能力更強(qiáng)；
4，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與上位機(jī)的通訊方式既可以選擇有數(shù)據(jù)線的USB傳輸方式也可以選擇無(wú)線的藍(lán)牙傳輸方式；
5，可以配掃描測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳述。
[0010]圖1為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理示意圖；
圖3為本系統(tǒng)中的底座板原理示意圖；
圖4為本系統(tǒng)中的一號(hào)中繼板原理不意圖；
圖5為本系統(tǒng)中的二號(hào)中繼板原理示意圖；
圖6為本系統(tǒng)中的測(cè)頭板原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]包括底座板1、一號(hào)關(guān)節(jié)2、二號(hào)關(guān)節(jié)3、一號(hào)中繼板4、三號(hào)關(guān)節(jié)5、五號(hào)關(guān)節(jié)6、四號(hào)關(guān)節(jié)8、二號(hào)中繼板7、六號(hào)關(guān)節(jié)9、測(cè)頭板10、掃描頭11，如圖1所示，所述六號(hào)關(guān)節(jié)9、掃描頭11之間設(shè)有測(cè)頭板10，五號(hào)關(guān)節(jié)6、四號(hào)關(guān)節(jié)8之間設(shè)有二號(hào)中繼板7，二號(hào)關(guān)節(jié)3、三號(hào)關(guān)節(jié)5之間設(shè)有一號(hào)中繼板4,所述底座板1、一號(hào)中繼板4、二號(hào)中繼板7、測(cè)頭板10之間通過(guò)RS485總線通訊，板間互聯(lián)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)連接，所述測(cè)頭板10連接按鈕B1、B2，如圖2所示。
[0012]所述底座板I包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、USB模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊和單片機(jī)，如圖3所示，底座板I輸入端連接讀數(shù)頭I，輸出端連接上位機(jī)、一號(hào)中繼板4。
[0013]所述一號(hào)中繼板4包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊，如圖4所示，一號(hào)中繼板4輸入端連接讀數(shù)頭1、讀數(shù)頭2，所述一號(hào)中繼板4輸出端連接二號(hào)中繼板7。
[0014]所述測(cè)頭板10包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊，如圖6所示。
[0015]所述RS485電平轉(zhuǎn)換模塊采用MAX485芯片，實(shí)現(xiàn)將RS485的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平。
[0016]所述掃描頭(11)采用美國(guó)NextWare公司的nxSensor系列線激光掃描頭。
[0017]所述藍(lán)牙模塊采用CSR公司的BC417藍(lán)牙芯片。
[0018]所述USB模塊采用PDIUSBD12芯片。
[0019]實(shí)例例
如圖1所示，包括四塊電路板:底座板、一號(hào)中繼板、二號(hào)中繼板和測(cè)頭板。整個(gè)系統(tǒng)由外部直流電源供電，外部輸入的12V直流電源與底座板的電源插座相連，經(jīng)過(guò)電源模塊轉(zhuǎn)為5V和3.3V輸出給一號(hào)中繼板，其中5V電源線經(jīng)過(guò)滑環(huán)供給其它三塊電路板，各電路板需要3.3V時(shí)再各自轉(zhuǎn)為3.3V。四塊電路板分別放在4個(gè)腔體內(nèi)，板間通訊導(dǎo)線經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)連接以防止關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭斷導(dǎo)線。
[0020]如圖2所示，四塊電路板連接6個(gè)光柵讀數(shù)頭，底座板和測(cè)頭板各連接I個(gè)讀數(shù)頭，I中繼板和2中繼板各連接兩個(gè)讀數(shù)頭。板與板之間的連線包括:電源線、地線、RS485收/發(fā)信號(hào)線、按鈕BI信號(hào)線、按鈕B2信號(hào)線共6路線。
[0021]如圖3所示，底座板由CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、USB模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊和單片機(jī)七部分組成。底座板通過(guò)USB ロ或者藍(lán)牙模塊與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；底座板通過(guò)光柵接ロ同一號(hào)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)導(dǎo)電滑環(huán)同一號(hào)中繼板相連，為一號(hào)中繼板提供電源；底座板通過(guò)RS485接ロ接收ー號(hào)中繼板發(fā)來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0022]如圖4所不,一號(hào)中繼板由CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成。一號(hào)中繼板通過(guò)光柵接ロ同二號(hào)、三號(hào)兩個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；一號(hào)中繼板通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)同二號(hào)中繼板相連，為二號(hào)中繼板提供電源；一號(hào)中繼板通過(guò)RS485接ロ接收二號(hào)中繼板返回的測(cè)量數(shù)據(jù)；一號(hào)中繼板通過(guò)RS485接ロ向底座板發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0023]如圖5所示，二號(hào)中繼板與一號(hào)中繼板結(jié)構(gòu)相同。二號(hào)中繼板通過(guò)光柵接ロ同四號(hào)、五號(hào)兩個(gè)光柵讀數(shù)頭相連，實(shí)時(shí)采集角度數(shù)據(jù)；二號(hào)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；通過(guò)RS485接ロ接收測(cè)頭板返回的測(cè)量數(shù)據(jù)；通過(guò)RS485接ロ向一號(hào)中繼板發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0024]如圖6所不,測(cè)頭板由CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊四部分組成；測(cè)頭板通過(guò)光柵接ロ同六號(hào)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)RS485接ロ發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)給二號(hào)中繼板。測(cè)頭板接收測(cè)頭的開(kāi)關(guān)信號(hào)BI和B2。
[0025]首先連接外部12V直流電源，底座板將電源轉(zhuǎn)為5V并通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)傳輸給其它三塊電路板，各電路板通過(guò)電源模塊將5V轉(zhuǎn)換成各自需要的3.3V和1.2V電壓。通電后四塊電路板同時(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)。
[0026]當(dāng)沒(méi)有按鈕按下時(shí)，測(cè)頭板每隔IOOms觸發(fā)所有電路板采集光柵數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從測(cè)頭板逐級(jí)向下面的板子傳遞，由底座板匯總后經(jīng)由藍(lán)牙模塊或USB模塊發(fā)給上位機(jī)，此時(shí)發(fā)給上位機(jī)的數(shù)據(jù)幀以字符“T”開(kāi)頭，這樣就實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。
[0027]按鈕BI用于普通的接觸式測(cè)頭測(cè)量，當(dāng)它按下吋，四塊電路板同時(shí)被觸發(fā)并采集光柵數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)從測(cè)頭板逐級(jí)下傳，最終由底座板經(jīng)藍(lán)牙模塊或USB發(fā)給上位機(jī)，此時(shí)發(fā)給上位機(jī)的數(shù)據(jù)以字符“P”開(kāi)頭。
[0028]按鈕B2用于掃描測(cè)量，當(dāng)它按下吋，除四塊電路板被觸發(fā)并采集數(shù)據(jù)外掃描頭也同時(shí)被觸發(fā)并掃描一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)暫存在掃描頭內(nèi)；上位機(jī)在收到光柵數(shù)據(jù)后立即讀取掃描數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)為同一時(shí)刻采集，經(jīng)過(guò)運(yùn)算可以將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下。此時(shí)的底座板發(fā)給上位機(jī)的數(shù)據(jù)以字符“S”開(kāi)頭。
【權(quán)利要求】
1.一種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括底座板(I)、一號(hào)關(guān)節(jié)(2)、二號(hào)關(guān)節(jié)(3)、一號(hào)中繼板(4)、三號(hào)關(guān)節(jié)(5)、五號(hào)關(guān)節(jié)(6)、四號(hào)關(guān)節(jié)(8)、二號(hào)中繼板(7)、六號(hào)關(guān)節(jié)(9)、測(cè)頭板(10)、掃描頭(11)，其特征在于，所述六號(hào)關(guān)節(jié)(9)、掃描頭(11)之間設(shè)有測(cè)頭板(10)，五號(hào)關(guān)節(jié)(6)、四號(hào)關(guān)節(jié)(8)之間設(shè)有二號(hào)中繼板(7)，二號(hào)關(guān)節(jié)(3)、三號(hào)關(guān)節(jié)(5 )之間設(shè)有一號(hào)中繼板(4 ),所述底座板(I)、一號(hào)中繼板(4)、二號(hào)中繼板(7)、測(cè)頭板(10)之間通過(guò)RS485總線通訊，板間互聯(lián)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)連接，所述測(cè)頭板(10)連接按鈕B1、B2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述底座板(I)包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、USB模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊和單片機(jī)，底座板(I)輸入端連接讀數(shù)頭1，輸出端連接上位機(jī)、一號(hào)中繼板(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述一號(hào)中繼板(4)包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊，一號(hào)中繼板(4)輸入端連接讀數(shù)頭1、讀數(shù)頭2，所述一號(hào)中繼板(4)輸出端連接二號(hào)中繼板(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)頭板(10)包括CPLD處理器、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述RS485電平轉(zhuǎn)換模塊采用MAX485芯片，實(shí)現(xiàn)將RS485的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描頭(11)采用美國(guó)NextWare公司的nxSensor系列線激光掃描頭。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述藍(lán)牙模塊采用CSR公司的BC417藍(lán)牙芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)式激光掃描坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述USB模塊采用PDIUSBD12芯片。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103604369SQ201310606011
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】潘勇, 曾悠兵, 趙克勤, 龔海華, 王吳雨, 王小梅 申請(qǐng)人:九江精密測(cè)試技術(shù)研究所