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1、天津理工大学硕士学位论文三坐标测量机开放式运动控制器设计姓名：戴安成申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：张宝峰;许智钦20080101A b s t r a c tA b s t r a c tT h eC o o r d i n a t eM e a s u r i n gM a c h i n e ( C M M ) i sas t r o n g l yu n i v e r s a l ，h i g h l ya u t o m a t i c ，a n dh i g h l ye f f i c i e n tm e a s u r i n gs y s t e m
2、 a n dh a sb e c o m ea ne s s e n t i a lm e a s u r e m e n te q u i p m e n ti nt h em o d e mm a n u f a c t u r i n gw i t ht h ei n c r e a s i n g l yg r o w i n gd e m a n do fm o d e mm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y R e s e a r c h e sa n dd e v e l o p sC M M So p e nm o t i o
3、 nc o n t r o l l e rc o u l dp r o m o t e C M M Sf u n c t i o n sa n dg e tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e so b v i o u s l y T h i sd i s s e r t a t i o nr e s e a r c h e s3 DF a m i l yC o r p o r a t i o nL i m i t e d SC M M ，a n dd e v e l o p si t so p e nm o t i o nc
4、 o n t r o l l e rb a s e do nU S Bc o m m u n i c a t i o n T h em a j o rw o r ko ft h i st h e s i sa l ep r e s e n t e da sf o l l o w s ：1 S t u d i e st h eo p e nC N Ct e c h n i q u ea n do p e nm o t i o nc o n t r o l l e r D e s i g n st h eC M M So p e nC N Cs y s t e mb a s e do nP Ca
5、n dm o t i o nc o n t r o l l e rw h i c hc o n s i s to fM C X 3 1 4l C ，M A XE P M 7 0 6 4 ，S i l i c o nL a b s SM C UC 8 0 5 1 F 3 4 0 , a n dp e r i p h e r a lc i r c u i t s A n di n t r o d u c e st h eC N Cs y s t e mt h a tc o m m u n i c a t ew i t hP e r s o n a lC o m p u t e r ( P C )
6、，d i s c u s s e st h ex , Y , z , ua x e sA Cs c r v om o t o r so fC M Mw h i c hc o n t r o l l e db yt h ec o n t r o l l e r 2 S t u d i e st h eU S Bc o m m u n i c a t i o nS p e c i f i c a t i o na n db a s i ct h e o r y ，d i s c u s s e st h eb a s i ca p p l i c a t i o ns y s t e mf r a
7、 m eb a s e do nU S B2 0S p e c i f i c a t i o n R e s e a r c h e st h eS o C( S y s t e m - o n - C h i p ) M C UC 8 0 51 F 3 4 0 sc h a r a c t e r i s t i c ，p e r f o r m a n c e ，a n dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fd e v i c ed r i v e rb r i e f l y , f i r m w a r ea n dU S Bc o
8、m m u n i c a t i o np r o t o c o la r ed e s i g n e dt oa c h i e v eU S Bc o m m u n i c a t i o n i3 P a c k a g e sf u n c t i o n so p e r a t i n gb a s e do nM C X 31 4r e g i s t e r s ，a n dd e s i g n st h ea p p l i c a t i o np r o g r a mu s et h e s ef u n c t i o n s A c c o r d i n
9、 gt ot h et e s to fC M Mm o t i o nc o n t r o l l e r t h i sC h I Cs y s t e mp r o v i d e sC M M Sf o u ra x e sm o t i o ns t a b l ea n da c h i e v e st h eC M M Sb a s i cm o t i o nc o n t r 0 1 K e yw o r d s ：M o t i o nC o n t r o l ，U S B ，C N CS y s t e m ，C M M ，M C X 31 4独创性声明本人声明所呈
10、交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天盗理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一、 学位论文作者签名：承凌咄签字日期：2 口D 易年2 月2 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗墨墨盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨盗墨墨盘至可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机
11、构送交论文的复本和电子文件。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：窆歌签字日期：2 0 0 $ 年2 月2 日第一章绪论第一章绪论1 1 三坐标测量机与运动控制技术三坐标测量机是近3 0 年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，它广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮、叶片、缸体、凸轮和齿轮等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用件强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一
12、类大型精密仪器，故有“测量中心一之称【1 1 。它一般由主机、运动控制系统、软件系统及探测系统所组成。主机包括了其上附属的装置如光栅尺、电机等；运动控制系统包括电控柜及计算机；测量软件形式很多，如通用软件、统计分析软件等，由于误差补偿技术的发展以及算法和控制软件的改进，测量机精度在很大程度上依赖于软件；探测系统是由测头及其附件组成的系统1 2 】。三坐标测量机优点有：通用性强，可实现空间坐标点位的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；测量精确可靠：可方便池进行数据处理与程序控制。国内外三坐标测量机正迅速发展。国外著名的生产厂家有德国的蔡氏( z e i s s ) 、A E H
13、和莱茨( r e i t z ) 、意大利的D E A 、美国的布朗夏普( B r o w n & S h a r p e ) 、日本的三丰( M i t u t o y o ) 和东京精密仪器、瑞士的T E S A 等公司1 3 J 1 4 】【5 1 。?我国的主要生产厂家有中国航空精密机械研究所、青岛海克斯康( H e x a g o n ) 测量 技术、昆山智泰光电科技有限公司、上海机床厂、北京机床研究所、哈尔滨量具刃具厂、昆明机床厂、贵阳新天光学仪器厂、深圳壹兴佰精密仪器有限公司和昆山万象光电等等1 6 】1 7 】【8 J o三坐标测量机正朝着提高测量精度、提高测量效率、发展测量技
14、术、采用新材料、智能化、控制系统更加开放的方向发展，同时使测量机成为制造系统组成部分、发展非正交测量体统、加强环境问题研究等也是三坐标测量机的研究所关心的问题。对三坐标测量机运动控制研究是其数控系统研究的重要组成部分，而三坐标测量机数控系统正是其稳定有效运行的关键和核心。1 1 1 数控技术 9 1 1 1 0 1 1 1 1 1数控，即数字控$ 1 J ( N u m e r i c a lC o n t r o l ，床运动及其加工过程进行控制的一种方法，而控制机床的运动和加工过程。缩写为N C ) ，在机床领域指数字化信号对机 它能自动完成信息的输入、译码、运算，从采用计算机来实现部分或
15、全部基本数控功能，则称为计算机数控( C o m p u t e rN u m e r i c a lC o n t r o l ，缩写为C N C ) ，是由机械学、电子学、控制论、计算机科学四大基础第一章绪论学科发展起来的- - f - i 综合性的新型学科。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，其成果正在不断的渗透到机械制造的各个领域中，使自动化技术进一步推广应用于生产实践中。数控技术是数控机床的关键技术，是实现工厂自动化的基础。数控系统可分为集中控制与分布控制两类，集中控制由一个主C P U 实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行，状态信息及数据的回送与实时显示，控
16、制命令的键盘输入及安全监测等任务，有的还可进行空间误差补偿及坐标修正。近年来，D S P ( D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r ，数字信号处理器) 已被越来越多地用于控制系统。D S P是专为处理高速信号设计的，它具有适应数字信号处理算法的指令和处理数据结构的寻址方式，并充分利用了算法的并行性，以达到对实时信号处理的要求。D S P 是以算法特点为基础设计的。从结构上看，D S P 控制是一种增强型的集中式控制。1 1 2 数控技术的发展历史1 9 5 2 年，美国麻省理工学院研制出第一台实验性数控系统，在此系统上，使用了计算机技术，标志着世界上第一台数控机床的诞生。五十多年来以来，数控系统经历了分立式晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路、小型计算机、超大规模集成电路、微 机式数控系统的发展阶段，数控系统经历了两个阶段和六代的发展：从1 9 5 2 “ 1 9 7 0 年的数控阶段( N C ) 阶段，因为早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和
