一种多轴运动参数在线测量方法
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目中应 用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ技术 ， 发 了基 于 Ａ Ｍ 的多 轴 开 Ｒ 运 动 实 时 检测 装 置 ， 好 地 解决 了数 据 采 集 的 很 实 时 性 和 同步 性 问题 ， 同时 系统 在 抗 干 扰 方 面
的 低 功 耗 高 性 能 Ｍ Ｘ Ｉ 器 件 系 列 Ａ Ｉ Ｅ Ｍ ７ Ｔ ０ Ｃ Ｐ Ｄ， Ｐ Ｄ控 制 光 栅 尺 信 号 Ｐ ５ ０ １０ ５Ｃ Ｌ Ｃ Ｌ
由光栅尺检测位移信号输出的差分信号 Ａ
＋、 Ａ一和 Ｂ＋、 Ｂ一经 过 Ａ ６ Ｓ ２芯 片 构 成 Ｍ２ Ｌ３
实现对多轴运动参数 的采集控制 ， 为了实现多
的调理电路转化得到相位差 为 ９ 。 ０ 的正交 编码 信号 Ａ和 Ｂ 对于多轴 同步控制系统所需 的高 ，
个轴 的 同 步 测 量， 采集 后 的 数 据 存 储 到 将 ＣＬ Ｐ Ｄ缓存器 中， 同时 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ完成相关的数字逻 辑电路 。需要在 Ａ Ｍ控 制器 中完成对数据 的 Ｒ 处理 及传 送 ， 因此 ， 要设 计 Ａ Ｍ 控制 器 与 需 Ｒ
对其 实时性进 行分析 ， 测量值 和理论值 的最 大位 移偏差 率 和速度偏 差率 分别 为 ０ ０ ２ 和 ０ ０ ７ ， ． １％ ． ２ ％ 上
位机采集 一次 数据的延时时长为 ８ ４ｎ。结果表 明， １ ｓ 该测量方法 能够 实现多轴运动参 数的在线测量 。 关键 词 ： 多轴运动 ； 动参数 ； 运 在线测量
Ｐ ＩＩＳ公 司 出 品 的基 于 Ａ Ｍ７ Ｄ （一Ｓ 内 Ｈ ＬＰ Ｒ Ｔ ＭＩ ） 核 的嵌人 式 微处理 器 Ｌ Ｃ ２ ４等组 成 。 Ｐ２１ １ １ 系统 基 本结 构 ． 设计 中 的主控制 芯片选 用 Ａ ｔ ａ公 司 出 品 ｌｒ ｅ
是实现复杂 的设备功能、 高精度控制策略和提
第３ １卷
２１ ０ １年
第 ６期 Fra Baidu bibliotek
６月
核 电子 学与探 测 技术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｅ ｒ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ ｔｃ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖ １ ３ Ｎｏ ６ ｏ． ｌ ．
Ｊ ｎ． ２ ｌ ｕ ｅ Ｏｌ
一
种 多轴 运 动 参 数在 线 测 量 方 法
的采 样 、 滤波 、 倍频 、 计数 ， 制不 同测量 轴 的位 控
置数据 同步锁存及保持、 对位置数据 寄存器寻 址和读写操作 以及控制与微控制器之间的数据
通 信握 手 协议 。选 用 Ｐ ＬＰ ＨＩＩＳ公 司 的 Ｌ Ｃ ２４ Ｐ ２ １
收稿 日期 ：０ １— １—１ ２１ ０ ３ 作者简 介 ： 程森林 （ ９ ８一） 男 ， １６ ， 重庆人 ， 士 学位 ， 博
采 取 了相 应措 施 ， 证 了系统 运 行 的可靠 性 ， 保 且 系统 具有 体 积小 、 块化 强 、 模 安装 简单 等 优点 。
１ 检 测原理及硬件构成
多轴运 动 在线 测量方 法 的硬 件 主要 由光栅 尺 ， ｌｒ 司推 出 的低 成本 、 性 能 的 Ｍ Ｘ Ｉ Ａｔａ公 ｅ 高 Ａ Ｉ 器 件 系列 的 可 编 程 逻 辑 器 件 Ｅ Ｍ ７ Ｔ ０ Ｃ ， Ｐ ５０ １０ ５
微控制器， 控制与 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ之 间的通信 ， Ｐ Ｄ以 ＣＬ
存 储 器 的方 式 挂 载 在 Ａ Ｍ 的控 制 器 接 口上 ， Ｒ Ａ Ｍ与 Ｃ Ｌ Ｒ Ｐ Ｄ之 间 的数 据 交 换 采 用 定 时 器 中
副教授 ， 主要从 事检测技术与 自动化 系统 、 式识 别 模
与 图像技术 、 计算机 层析 成像技 术 与系 统等 技术 研
程森林 ， 自华 梁
（． １重庆 大学 ＩＴ研究 中心 ， Ｃ 重庆 ４ ０ ３ ；． ００ ０ ２ 重庆大学 自动化学 院， 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘要： 针对多轴运 动轨 迹 、 速度 和加速 度等运动参数 采用传 统检测 方法存在实 时性差 的问题 ， 出 提 了一种简单 通用的多轴在线测量方法 。该 方法 中的多路并行 光栅位移信号的实时采集 和存 储分别 由可 编程逻辑 器件 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ和 Ｓ ＡＭ负责 ， Ｒ 数据整理 和传送借 助微 控制器 Ａ Ｍ 实施 ， Ｒ 运动参 数的 离线分 析和 记 录用上 位机 完成。为验证所提 出方法 的有效性和可用性 ， 以工业 Ｃ Ｄ ０ Ｂ Ｒ分度轴 、 移轴 、 ＴＣ ３０ Ｘ 平 射线 源和探测器分层 轴运动的状态检测为例 ， 用 １ｍｓ中断方式 采集运 动状 态数据 ４ ｍｎ ， 后用 Ｍａ ａ 采 ｉ． 然 ｔｂ ｌ
高产 品质量 的关键 。
而多轴运动协同性是借助对其运动轨迹和 速度 的实 时检 测实 现 的 ¨ Ｊ 目前 多 轴运 动 状 。
态检 测 主要是 基 于单 片机 系统或 是 带板 卡 的工 控机 系统 ， 特 点 是 或者 速 度低 、 时 性 不 好 ， 其 实
或是 可靠性低且体积庞大 ， 不利于移动且 布线 复杂 ， 成本 高、 可应用场合受 限－ 。为此 ， ３ Ｊ 项
究。
６３ ６
断方式 ， 当设 定值 采样 周 期 Ｉｍ 到 达后 ， 即 ｓ
Ａ Ｍ 进 人 中断 服 务 程 序 并 以静 态 存 储 器 的标 Ｒ
准读 方式 读 取缓 存 器 中 的测 量数 据 。
１２ ２Ａ Ｍ 处 理器 与 Ｃ Ｌ ．． Ｒ Ｐ Ｄ的接 口技术 设 计 中 ， 用 Ｃ Ｌ 的高 度 可 编 程 特 性 来 利 ＰＤ
中图分类号 ： Ｔ ７ ． Ｐ２４ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ － ３ （０ ０ －６ ６０ ２ ８０ ４ ２ １ ） ６０ ３ － ９ １ ５
多轴协 调 运动控 制 是运 动控 制 系统 中 的重 要 技术 ， 半导 体 、 在 高速 机械加 工 、 电产 业 、 光 工 业测控、 医疗 器械 等众 多 产业 领 域 有 着 非 常 广 泛 的应 用 。多 个运 动轴 之间 的高 精度 协 同运 动
的 低 功 耗 高 性 能 Ｍ Ｘ Ｉ 器 件 系 列 Ａ Ｉ Ｅ Ｍ ７ Ｔ ０ Ｃ Ｐ Ｄ， Ｐ Ｄ控 制 光 栅 尺 信 号 Ｐ ５ ０ １０ ５Ｃ Ｌ Ｃ Ｌ
由光栅尺检测位移信号输出的差分信号 Ａ
＋、 Ａ一和 Ｂ＋、 Ｂ一经 过 Ａ ６ Ｓ ２芯 片 构 成 Ｍ２ Ｌ３
实现对多轴运动参数 的采集控制 ， 为了实现多
的调理电路转化得到相位差 为 ９ 。 ０ 的正交 编码 信号 Ａ和 Ｂ 对于多轴 同步控制系统所需 的高 ，
个轴 的 同 步 测 量， 采集 后 的 数 据 存 储 到 将 ＣＬ Ｐ Ｄ缓存器 中， 同时 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ完成相关的数字逻 辑电路 。需要在 Ａ Ｍ控 制器 中完成对数据 的 Ｒ 处理 及传 送 ， 因此 ， 要设 计 Ａ Ｍ 控制 器 与 需 Ｒ
对其 实时性进 行分析 ， 测量值 和理论值 的最 大位 移偏差 率 和速度偏 差率 分别 为 ０ ０ ２ 和 ０ ０ ７ ， ． １％ ． ２ ％ 上
位机采集 一次 数据的延时时长为 ８ ４ｎ。结果表 明， １ ｓ 该测量方法 能够 实现多轴运动参 数的在线测量 。 关键 词 ： 多轴运动 ； 动参数 ； 运 在线测量
Ｐ ＩＩＳ公 司 出 品 的基 于 Ａ Ｍ７ Ｄ （一Ｓ 内 Ｈ ＬＰ Ｒ Ｔ ＭＩ ） 核 的嵌人 式 微处理 器 Ｌ Ｃ ２ ４等组 成 。 Ｐ２１ １ １ 系统 基 本结 构 ． 设计 中 的主控制 芯片选 用 Ａ ｔ ａ公 司 出 品 ｌｒ ｅ
是实现复杂 的设备功能、 高精度控制策略和提
第３ １卷
２１ ０ １年
第 ６期 Fra Baidu bibliotek
６月
核 电子 学与探 测 技术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｅ ｒ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ ｔｃ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖ １ ３ Ｎｏ ６ ｏ． ｌ ．
Ｊ ｎ． ２ ｌ ｕ ｅ Ｏｌ
一
种 多轴 运 动 参 数在 线 测 量 方 法
的采 样 、 滤波 、 倍频 、 计数 ， 制不 同测量 轴 的位 控
置数据 同步锁存及保持、 对位置数据 寄存器寻 址和读写操作 以及控制与微控制器之间的数据
通 信握 手 协议 。选 用 Ｐ ＬＰ ＨＩＩＳ公 司 的 Ｌ Ｃ ２４ Ｐ ２ １
收稿 日期 ：０ １— １—１ ２１ ０ ３ 作者简 介 ： 程森林 （ ９ ８一） 男 ， １６ ， 重庆人 ， 士 学位 ， 博
采 取 了相 应措 施 ， 证 了系统 运 行 的可靠 性 ， 保 且 系统 具有 体 积小 、 块化 强 、 模 安装 简单 等 优点 。
１ 检 测原理及硬件构成
多轴运 动 在线 测量方 法 的硬 件 主要 由光栅 尺 ， ｌｒ 司推 出 的低 成本 、 性 能 的 Ｍ Ｘ Ｉ Ａｔａ公 ｅ 高 Ａ Ｉ 器 件 系列 的 可 编 程 逻 辑 器 件 Ｅ Ｍ ７ Ｔ ０ Ｃ ， Ｐ ５０ １０ ５
微控制器， 控制与 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ之 间的通信 ， Ｐ Ｄ以 ＣＬ
存 储 器 的方 式 挂 载 在 Ａ Ｍ 的控 制 器 接 口上 ， Ｒ Ａ Ｍ与 Ｃ Ｌ Ｒ Ｐ Ｄ之 间 的数 据 交 换 采 用 定 时 器 中
副教授 ， 主要从 事检测技术与 自动化 系统 、 式识 别 模
与 图像技术 、 计算机 层析 成像技 术 与系 统等 技术 研
程森林 ， 自华 梁
（． １重庆 大学 ＩＴ研究 中心 ， Ｃ 重庆 ４ ０ ３ ；． ００ ０ ２ 重庆大学 自动化学 院， 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘要： 针对多轴运 动轨 迹 、 速度 和加速 度等运动参数 采用传 统检测 方法存在实 时性差 的问题 ， 出 提 了一种简单 通用的多轴在线测量方法 。该 方法 中的多路并行 光栅位移信号的实时采集 和存 储分别 由可 编程逻辑 器件 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ和 Ｓ ＡＭ负责 ， Ｒ 数据整理 和传送借 助微 控制器 Ａ Ｍ 实施 ， Ｒ 运动参 数的 离线分 析和 记 录用上 位机 完成。为验证所提 出方法 的有效性和可用性 ， 以工业 Ｃ Ｄ ０ Ｂ Ｒ分度轴 、 移轴 、 ＴＣ ３０ Ｘ 平 射线 源和探测器分层 轴运动的状态检测为例 ， 用 １ｍｓ中断方式 采集运 动状 态数据 ４ ｍｎ ， 后用 Ｍａ ａ 采 ｉ． 然 ｔｂ ｌ
高产 品质量 的关键 。
而多轴运动协同性是借助对其运动轨迹和 速度 的实 时检 测实 现 的 ¨ Ｊ 目前 多 轴运 动 状 。
态检 测 主要是 基 于单 片机 系统或 是 带板 卡 的工 控机 系统 ， 特 点 是 或者 速 度低 、 时 性 不 好 ， 其 实
或是 可靠性低且体积庞大 ， 不利于移动且 布线 复杂 ， 成本 高、 可应用场合受 限－ 。为此 ， ３ Ｊ 项
究。
６３ ６
断方式 ， 当设 定值 采样 周 期 Ｉｍ 到 达后 ， 即 ｓ
Ａ Ｍ 进 人 中断 服 务 程 序 并 以静 态 存 储 器 的标 Ｒ
准读 方式 读 取缓 存 器 中 的测 量数 据 。
１２ ２Ａ Ｍ 处 理器 与 Ｃ Ｌ ．． Ｒ Ｐ Ｄ的接 口技术 设 计 中 ， 用 Ｃ Ｌ 的高 度 可 编 程 特 性 来 利 ＰＤ
中图分类号 ： Ｔ ７ ． Ｐ２４ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ － ３ （０ ０ －６ ６０ ２ ８０ ４ ２ １ ） ６０ ３ － ９ １ ５
多轴协 调 运动控 制 是运 动控 制 系统 中 的重 要 技术 ， 半导 体 、 在 高速 机械加 工 、 电产 业 、 光 工 业测控、 医疗 器械 等众 多 产业 领 域 有 着 非 常 广 泛 的应 用 。多 个运 动轴 之间 的高 精度 协 同运 动