專利名稱：一種三維成像安檢門伺服控制裝置的制作方法
技術領域：
本申請涉及伺服控制領域，特別是涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置。
背景技術：
三維成像安檢門適合應用于機場、地鐵、銀行、大型活動等特殊場合的安防工程中，其利用不同角度的微波成像技術構成目標體的三維成像圖以檢測是否存在危險物品， 因此需要配備伺服控制系統(tǒng)對裝有微波天線收發(fā)模塊的負載框架運動軌跡進行控制。為保證安檢門系統(tǒng)成像品質(zhì)以及檢測速度，對伺服控制系統(tǒng)負載的運行速度、運行曲線以及平穩(wěn)性提出了較高的要求。與本發(fā)明相關的公開報道有“新型亭式金屬探測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)”(《安防科技》，2008年第4期)一文中介紹了利用CPLD實現(xiàn)的伺服電機的控制方法，其主要控制對象為雙門亭式結構中的防彈玻璃門，僅需要控制其開合，對運行速度和運行軌跡無特殊要求， 因此現(xiàn)有技術的伺服控制器無法實現(xiàn)自檢校正以及工作掃描功能，無法滿足工作過程中負載框架穩(wěn)速精準回零，也無法滿足三維安檢門系統(tǒng)成像的指標要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種三維成像安檢門伺服控制裝置。伺服控制裝置用來執(zhí)行伺服控制器發(fā)出的控制信號，帶動負載框架按照設定規(guī)律運動。其中，伺服控制器作為整個伺服控制系統(tǒng)的中樞完成同上位機信號處理以及電機驅(qū)動器間的交互通信、反饋測量機構的信號采集處理、自檢校正功能以及工作掃描功能，保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)并具備故障保護功能。本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機構、測量反饋機構和伺服控制器，其中伺服機構包括交流伺服電機、電機驅(qū)動器、電源適配器、減速器、皮帶輪和負載框架；交流伺服電機主軸通過法蘭盤連接減速器，減速器驅(qū)動皮帶輪運動，皮帶輪同負載框架相連，驅(qū)動安檢門負載框架完成各種功能運動，交流伺服電機由電機驅(qū)動器直接控制，電機驅(qū)動器連接電源適配器實現(xiàn)交直流轉換為電機系統(tǒng)提供電源并實現(xiàn)保護功能；測量反饋機構包括光柵尺、光電開關，光柵尺安裝于負載框架主軸上，光柵尺讀數(shù)頭固定于負載框架并隨框架轉動產(chǎn)生編碼信號脈沖從而測量負載框架旋轉的角度信息，光電開關安裝于負載框架頂部與角度指示圓盤相接觸，可實現(xiàn)中心零位和極限位置的指示；伺服控制器包括交互通信模塊、信號采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機構的掃描曲線控制模塊；交互通信模塊分為兩部分一部分完成同上位機信號處理分機的通信，接收其下發(fā)的指令信號并反饋當前伺服系統(tǒng)狀態(tài)信息；另一部分完成與電機驅(qū)動器的通信，對伺服執(zhí)行機構實施控制；其中，信號采集模塊處理光柵的正交編碼脈沖信號以及光電開關信號；自檢校正控制模塊完成信號處理分機下發(fā)的自檢校正指令；掃描曲線控制模塊完成信號處理分機下發(fā)的掃描工組指令。
進一步地，伺服控制器按照以下模式進行工作伺服控制器按照以下工作模式進行工作第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過程中由伺服控制器采集光柵尺讀數(shù)頭信號計算出負載位置并控制電機進行回零運動，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報信號處理分機等待下發(fā)掃描工作指令；第二模式完成掃描工作，掃描工作過程中由伺服控制器按照設定的掃描運動曲線計算參數(shù)并控制電機驅(qū)動器使伺服系統(tǒng)負載框架進行掃描運動。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中通過伺服控制器的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)了自檢校正以及工作掃描功能，負載框架能夠在自檢校正指令下計算出零位并穩(wěn)速精準回零；在工作掃描指令下按照設定曲線軌跡運動并且運行平穩(wěn)，能夠保證三維安檢門系統(tǒng)成像的指標要求。


圖1為伺服控制裝置結構示意圖；圖2為伺服控制器模塊框圖；圖3為伺服控制流程圖。其中1-交流伺服電機，2-電機驅(qū)動器，3-電源適配器，4-減速器，5-皮帶輪， 6-負載框架，7-光柵尺，8-光電開關，9-伺服控制器，10-信號采集模塊，11-自檢校正控制模塊，12-掃描曲線控制模塊，13-交互通信模塊，14-信號處理分機。
具體實施例方式下面結合附圖1-4對本發(fā)明的實施方式作進一步描述 三維成像安檢門伺服控制裝置的結構示意如圖1所示，包括伺服機構和測量反饋機構和伺服控制器，其中伺服機構由交流伺服電機1、電機驅(qū)動器2、電源適配器3、減速器4、皮帶輪5和負載框架6構成。交流伺服電機1作為控制動力的出處，帶動傳動機構以及負載框架運動。電機驅(qū)動器2接收伺服控制器的運動指令信號并轉化為交流伺服電機1的控制脈沖并結合交流伺服電機1軸端配置的編碼器信號直接控制電機運動的速度和位置。本發(fā)明所使用的是 GV6驅(qū)動器及其配套的NO系列的交流伺服電機1，具有控制參數(shù)可調(diào)節(jié)、速度位置易規(guī)劃等特點。電源適配器3將交流電源轉換為直流電源并具備整流功能，為電機及驅(qū)動器實現(xiàn)電源供給且可實現(xiàn)過壓保護功能，其連續(xù)輸出功率300W，最大輸出功率為9KW。電機的輸出軸經(jīng)過減速器及皮帶輪構成的傳動機構帶動負載框架運動，系統(tǒng)總的減速比為86. 2367。測量反饋機構由光柵尺7、光電開關8構成。光柵尺7安裝于負載框架6主軸上， 其絕對零位處于負載框架6運行范圍的中心位置，光柵尺7讀數(shù)頭固定于負載框架6并隨框架轉動產(chǎn)生正交編碼脈沖信號解算角度信息。本發(fā)明使用的光柵尺7為RESD系列的增量式圓光柵，增量式光柵尺7較絕對式光柵尺7系統(tǒng)連線少、接口簡單，其刻線數(shù)為32768，系統(tǒng)精度能達到1.08角秒，適高速系統(tǒng)及精度要求很高的測量場合。該伺服控制裝置配備兩個光電開關8，配合角度限位及運行中心指示圓盤使用，安裝于負載框架6頂部，可指示極限位置以及粗精度的中心位置。光電開關8具有無觸點、無機械碰撞、響應速度快的特點，可以滿足本發(fā)明中設計的限位功能應用。伺服控制器9結構框圖如圖2所示，伺服控制器9包括交互通信模塊13、信號采集模塊10、自檢校正控制模塊11以及伺服機構的掃描曲線控制模塊12，伺服控制器9采用 TI公司的TMS320F2812作為主控芯片處理整個控制流程。交互通信模塊13包括同上位機信號處理分機進行工作指令及工作狀態(tài)的交互， 以及同電機驅(qū)動器2運動曲線規(guī)劃控制指令的交互。此模塊可通過RS422/RS232實現(xiàn)串口通信，同信號處理分機的通信協(xié)議包括幀頭、指令字、狀態(tài)字、幀計數(shù)以及校驗位信息；同電機驅(qū)動器2的通信協(xié)議滿足驅(qū)動器的設計要求。信號采集模塊10需處 理光柵的正交編碼脈沖信號以及光電開關8信號。光柵信號通過光柵尺7讀數(shù)頭連接器同伺服控制器相連接，經(jīng)正交編碼脈沖計數(shù)器芯片處理后與 DSP通過并口進行數(shù)據(jù)通信，DSP定時采集計數(shù)器芯片的計數(shù)值。光電開關8信號經(jīng)電平轉換后連接到DSP上，供主控芯片采集。伺服系統(tǒng)自檢校正控制模塊11完成信號處理分機下發(fā)的自檢校正指令，實現(xiàn)負載框架精準回零，并為掃描工作指令做準備。掃描曲線控制模塊12完成信號處理分機下發(fā)的掃描工作指令，最終實現(xiàn)負載框架按照掃描曲線運行。伺服控制器按照兩種模式進行第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過程中由伺服控制器9采集光柵尺7讀數(shù)頭信號計算出負載位置并控制電機進行回零運動，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報信號處理分機等待下發(fā)工作指令，具體工作如下控制器收到自檢校正指令后，驅(qū)動電機運動15度停止，系統(tǒng)采集運動過程中經(jīng)過的總線數(shù)，以及相鄰兩個Z脈沖處的線數(shù)值。根據(jù)上述算法計算運動過程中經(jīng)過第一個Z脈沖處的絕對線數(shù)，由此可計算出負載當前的絕對線數(shù)。根據(jù)絕對位置換算控制電機使負載框架6運行至零位處完成回零工作。為準備執(zhí)行掃描工作，控制負載框架6運行至+55度位置處，并上傳信號處理分機完成自檢校正。第二模式完成掃描工作，掃描工作過程中由伺服控制器9按照預定的掃描運動曲線計算參數(shù)并裝訂電機驅(qū)動器2使伺服系統(tǒng)負載框架6進行掃描運動。其工作過程為通過中心指示光電開關8信號判斷負載框架6當前相對零位的方向，并控制負載框架6進行掃描運動，運行結束后發(fā)送掃描完成狀態(tài)字。由于自檢校正指令或每次掃描工作結束后電機已經(jīng)運行至工作準備角度處，且掃描工作每次運行的角度以及規(guī)劃曲線固定不變，因此僅需判斷零位方向來確定下次掃描運動的方向，并控制負載框架6按預定曲線運動。伺服控制系統(tǒng)整體工作流程如圖3所示，具體步驟為(1)等待并接收信號處理14下發(fā)的指令信號，進入步驟(2)；(2)判斷指令為自檢校正則進入步驟(3)；若不是則進入步驟(12)；(3)采集光電開關信號，進入步驟(4)；(4)通過采集的光電開關8信號判斷負載當前所在的方向，如為正方向則進入步驟(5)；如為負方向則進入步驟(6)；(5)向電機驅(qū)動器2發(fā)送指令程序，使電機1向負方向運行15度后停止，進入步驟(7)； (6)向電機驅(qū)動器2發(fā)送指令程序，使電機1向正方向運行15度后停止，進入步驟 (7)； (7)采集光柵尺7信號，進入步驟(8)；(8)解算負載框架6當前所在的絕對位置，進入步驟(9)；(9)向電機驅(qū)動器2下發(fā)指令程序，使電機1帶動負載框架6回至絕對零位處，進入步驟(10)；(10)控制負載框架6勻速運行至+55度位置處，為掃描工作做準備，進入步驟 (11)；(11)向信號處理14發(fā)送自檢完成狀態(tài)字，完成自檢校正功能；(12)判斷指令為工作掃描，則進入步驟(13)，否則進入步驟(1)；(13)采集當前光電開關8信號，并進入步驟(14)；(14)通過光電開關8信號值判斷負載框架6當前方向，如為正則進入步驟(15)， 為負則進入步驟(16)；(15)向電機驅(qū)動器2下發(fā)指令程序，使電機1帶動負載框架6向負方向按規(guī)劃曲線運行，進入步驟(17)；(16)向電機驅(qū)動器2下發(fā)指令程序，使電機1帶動負載框架6向正方向按規(guī)劃曲線運行，進入步驟(17)；(17)向信號處理分機14發(fā)送本次掃描完成狀態(tài)字，完成掃描工作。負載框架6當前絕對位置的解算算法為本發(fā)明選擇的圓光柵由周期性刻線組成，通過自某絕對參考點開始的增量數(shù)計算位置信息，可通過累計兩個參考點間信號線數(shù)以及下面的公式計算參考點的絕對線數(shù)Zlabs= (absA-sgnA-1) 1/2+ (sgnA-dir) absZdelt/2A = 2absZdelt-I其中Zlabs為移過第一個參考點的相對零位的絕對線數(shù)；I為兩個固定參考點間的名義增量值；dir為旋轉方向，取值為+1或-1 ；Zdelt為兩個固定參考點間的線數(shù)差；掃描運動規(guī)劃曲線配置，負載框架6最高轉速為140° /s，最大加速度400° /s2, 旋轉角度110°，單次掃描時間1.4s。
權利要求
1.一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機構、測量反饋機構和伺服控制器，其中伺服機構包括交流伺服電機(1)、電機驅(qū)動器(2)、電源適配器(3)、減速器(4)、皮帶輪 (5)和負載框架(6)；交流伺服電機主軸通過法蘭盤連接減速器，減速器驅(qū)動皮帶輪運動， 皮帶輪同負載框架相連，驅(qū)動安檢門負載框架完成各種功能運動，交流伺服電機由電機驅(qū)動器直接控制，電機驅(qū)動器連接電源適配器實現(xiàn)交直流轉換為電機 系統(tǒng)提供電源并實現(xiàn)保護功能；測量反饋機構包括光柵尺(7)、光電開關(8)，光柵尺(7)安裝于負載框架主軸上，光柵尺(7)讀數(shù)頭固定于負載框架并隨框架轉動產(chǎn)生編碼信號脈沖從而測量負載框架旋轉的角度信息，光電開關(8)安裝于負載框架(6)頂部與角度指示圓盤相接觸，可實現(xiàn)中心零位和極限位置的指示；伺服控制器包括交互通信模塊、信號采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機構的掃描曲線控制模塊；交互通信模塊分為兩部分一部分完成同上位機信號處理分機的通信， 接收其下發(fā)的指令信號并反饋當前伺服系統(tǒng)狀態(tài)信息；另一部分完成與電機驅(qū)動器的通信，對伺服執(zhí)行機構實施控制；其中，信號采集模塊處理光柵的正交編碼脈沖信號以及光電開關信號；自檢校正控制模塊完成信號處理分機下發(fā)的自檢校正指令；掃描曲線控制模塊完成信號處理分機下發(fā)的掃描工組指令。
2.根據(jù)權利1所述的三維成像安檢門伺服控制裝置，其特征在于伺服控制器按照以下模式進行工作伺服控制器按照以下工作模式進行工作第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過程中由伺服控制器(9)采集光柵尺(7)讀數(shù)頭信號計算出負載位置并控制電機進行回零運動，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報信號處理分機等待下發(fā)掃描工作指令；第二模式完成掃描工作，掃描工作過程中由伺服控制器(9)按照設定的掃描運動曲線計算參數(shù)并控制電機驅(qū)動器(2)使伺服系統(tǒng)負載框架(6)進行掃描運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機構、測量反饋機構和伺服控制器，其中伺服機構包括交流伺服電機(1)、電機驅(qū)動器(2)、電源適配器(3)、減速器(4)、皮帶輪(5)和負載框架(6)；測量反饋機構包括光柵尺(7)、光電開關(8)；伺服控制器包括交互通信模塊、信號采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機構的掃描曲線控制模塊；本發(fā)明通過伺服控制器的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)了自檢校正以及工作掃描功能，負載框架能夠在自檢校正指令下計算出零位并穩(wěn)速精準回零；在工作掃描指令下按照設定曲線軌跡運動并且運行平穩(wěn)，能夠保證三維安檢門系統(tǒng)成像的指標要求。
文檔編號G05B19/04GK102426432SQ20111045750
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者劉俊, 孟飛, 王曉玢 申請人:北京華航無線電測量研究所