基于PMAC的激光掃描尺寸測量系統(tǒng)

除主接口外，PMAC還有一系列通用的模擬、數字輸入／輸出口。這些端口與其DSP內存統(tǒng)一編址，可通過統(tǒng)一的方式存取。PMAC地址空間的功能是預設固定的，如某一部分地址保存的數據代表某臺電機的設置，另一部分則是用戶應用所保存的數據。為方便上位機對PMAC內存的操作和應用程序的編寫，其內存被按其功能劃分為各種變量，如I變量、M變量、P變量。I變量的值設置了PMAC卡的工作環(huán)境，這又使I變量可被劃分為許多種類型，如電機設置I變量、通信設置I變量、編碼器I變量、P變量(供用戶程序使用的全局變量、M變量(指針變量)，即其本身所代表的內存地址存儲的是另一個存儲單元的地址)。M變量可根據需要指向任意存儲位置，包括內存和端口寄存器。不過在PMAC上電時，部分M變量會被預先初始化為指向特殊位置的值，如M203的缺省值指向2號編碼器的位置捕獲寄存器。
2．2 位置捕獲功能的設置
位置捕獲功能是指在一個外部事件進入某一寄存器時，鎖存相應的當前編碼器位置。這是一個完全由與編碼器相關的硬件電路來完成的任務，所以它惟一的延遲就是硬件門的延遲，這使它具有非常高的位置捕捉精度。
電路的工作方式可通過軟件選擇，如可設置讀入外部事件的位置。設置是通過相關編碼器I變量完成的。每一個編碼器都可通過5個I變量來設置，位置捕獲功能相關的變量為編碼器I變量2和編碼器I變量3。變量3設置事件捕捉的位置，如可將其設為通過HOME標志捕捉。變量2設置外部事件的捕捉方式，如是上跳沿還是下跳沿。PMAC共可設置16個編碼器，每個編碼器的I變量是按順序5個一組編排的，依次為I900～I979。對于編碼器2(編號從1開始)，若將其設置為捕捉HOME標志的上跳沿信號進行位置捕捉，則可通過向PMAC發(fā)送命令“I907=2”和“I908=0”來實現。每一個編碼器都對應于一組寄存器，通過這些寄存器可設置編碼器的工作方式，如前面對編碼器I變量的設置，實際就是向這些寄存器的某些位寫入某些值。通過這些寄存器也可讀取編碼器信息，如當編碼器完成一次位置捕捉后，被鎖存的位置就保存在這些寄存器中，對于編碼器2，該寄存器的位置為X：MYMC007的所有24位。編碼器還根據位置捕捉的情況自動設置某些標志位，即當完成一次捕捉時將標志置1。此時，無論外部信號有什么變化都不會再進行捕捉，當捕捉結果被取走時(即對相應寄存器有讀操作)，編碼器自動將標志置0，并重新開始響應外部事件進行新的位置捕捉。對于編碼器2，該標志位的位置為X：MYMC004的第17位(從0開始，共24 位)。
2．3 PLC程序的設置
PMAC是一個多任務的計算機應用系統(tǒng)。它除了能通過各種設置和運動程序完成高精度的定位和對復雜運動的控制任務外，還可分時執(zhí)行多類其他任務，并根據任務的實時性要求，分配任務的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的任務會打斷低優(yōu)先級的任務。PLC程序是PMAC所支持的用戶程序之一，在任務優(yōu)先級上處于最末的后臺處理級。它可在用戶的主機上編寫，之后下載到PMAC上執(zhí)行。與PMAC支持的另一種優(yōu)先級較高的用戶程序——運動程序相比。 PLC程序沒有運動語句，其在功能上與可編程邏輯控制器非常類似。
在該應用中，PLC程序的任務是判斷是否發(fā)生位置捕獲，如發(fā)生，則將其讀人數組中，并對捕獲的位置進行計數。之所以要將值讀入數組中，是因為由于激光掃過被測物邊緣時會由于邊緣的反射產生抖動，以致采集到的數據多于1個，為防止后面的數據沖掉前面的數據，故將掃過一個邊緣產生的數據放入數組中。
可用的PLC程序如下：

在程序中m203指向編碼器2的位置捕捉寄存器；m217指向編碼器2的位置捕捉狀態(tài)標志位；m33指向P變量220，這是數組第一個元素的位置；m34指向m33的低12位，這樣就可操作m33，使其在讀人捕捉位置后指向下一個P變量。

3 測量系統(tǒng)特性初探
為研究系統(tǒng)的測量性能，以20 mm標準量塊為被測物，在上述系統(tǒng)上進行了一系列測量實驗。實驗結果通過上位機用Vc++編寫的程序進行采集、存儲和分析。與PMAC的通信是利用 Delta-tau公司提供的動態(tài)連接庫PComm32．dll完成的。由于C++語言對數值計算和圖表輸出的支持較少，程序采用與Matlab混合編程的方式來完成分析工作，即采用了調用Mat-lab COM服務器的方式，實現對Matlab函數的調用。這一編程方式也可在其他語言中實現。
在測量過程中，被測物的兩個邊沿都以兩種方式被定位，即從亮到暗和從暗到亮，且每次實驗的樣本數都不少于300。也就是說，每次的實驗結果均包含4個數據組，分別記作Q_L(代表前邊沿，從亮到暗)，Q_A(代表前邊沿，從暗到亮)，H_L(代表后邊沿，從亮到暗)，H_A(代表后邊沿，從暗到亮)，且每組數據的個數不少于300。由于測量系統(tǒng)本質上是通過對邊緣的定位來進一步完成尺寸測量的，所以在以下分析中僅就邊緣定位的系統(tǒng)特性作一簡要說明。
圖3為1次實驗的結果，該實驗所用光柵尺的每一計數代表0．1 μm。