本實用新型涉及電子設備領域，尤其涉及一種集成光源控制的影像測量儀。

背景技術：

影像測量技術是以機械視覺為研究基礎的一門新興測試技術。它代表的是數(shù)字影像科技溶入計量領域，進行空間幾何運算的先進測量技術。影像測量儀建立在微米級精確數(shù)控的硬件與人性化操作軟件的基礎上，將各種功能完美集成，最終實現(xiàn)高精度、多功能、智能化?，F(xiàn)代化的測量。影像測量儀發(fā)展起來了人工智能型的現(xiàn)代光學非接觸測量技術，傳承了數(shù)字化儀器優(yōu)異的運動精度與運動操控性能，融合了機器視覺軟件的靈活性、智能化與自動化的特征，屬于當今最前沿的光學尺寸檢測設備。

運動控制系統(tǒng)是影像測量系統(tǒng)中的重要組成部分。在影像測量儀的實際應用中，運動控制的定位精度直接影響圖片拼接的質(zhì)量。因此，發(fā)明一種用于影像測量儀的高效的運動控制系統(tǒng)至關重要。

現(xiàn)有的影像測量設備中，由于光學尺數(shù)據(jù)采集、電機控制、光源控制采用不同的驅(qū)動控制程序，這些程序運行于非實時的Windows操作系統(tǒng)平臺之上，會導致各控制裝置無法高效協(xié)調(diào)工作，現(xiàn)有技術至少存在以下缺陷或不足：

1、X/Y/Z運動控制由于采用開環(huán)控制技術，無法消除傳動機構誤差、背隙，以及工作臺阿貝誤差，以及電氣系統(tǒng)干擾等原因造成的電機運轉(zhuǎn)角度偏差，為實現(xiàn)定位精度要求測量軟件需反復讀取光學尺坐標位置，并在一次運動結束后根據(jù)偏差發(fā)送2-3次運動定位操作才能完成準確定位，但這造成了時間浪費且無法達到高效率測量的要求。

2、測量運動方式：首先機臺運動并停止在CCD對準待測部位，機臺停止并等待機臺停止晃動后從CCD獲取圖像，然后機臺運動到下一個待測部位，如此循環(huán)完成所有待測部位測量，由于存在反復啟停、等待機臺完全靜止抓圖，對復雜工件的測量效率有待提升。

3、人機交互通常采用USB游戲操縱手柄或USB工業(yè)操縱桿采集測量儀操縱人員操控意圖，數(shù)據(jù)通過USB傳送到計算機，運行于非實時特性的Windows 測量軟件分析識別操縱桿傳送回來的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為運動指令，通過PCI插槽下達到運動控制卡，由于HID類USB設備數(shù)據(jù)通訊較慢和Windows的非實時特性，導致操縱人員操控指令發(fā)出到機臺運動之間存在較大滯后，給操作帶來不便。

4、測量軟件運行在Window操作系統(tǒng)之上，由Window為非實時操作系統(tǒng)，在3D測量過程中，由于進程堵塞或響應遲滯，而此時探針已與工件發(fā)生碰撞，因剎車指令無法及時發(fā)出機臺持續(xù)運動，探針偏移角度超過安全范圍可導致堅硬的紅寶石球與工件發(fā)生強力碰撞，造成設備或工件損壞，現(xiàn)有技術進行 3D測量時存在較大風險。

5、采用模擬量形式，在機臺靜止時由于零漂問題設備不存在絕對的靜止狀態(tài)而是動態(tài)平衡狀態(tài)，當光學尺由于安裝空間限制無法緊靠傳動裝置安裝。

6、控制器與電腦通信采用USB通信，需獨立安裝驅(qū)動，通信距離過短。且USB協(xié)議是非對等協(xié)議，必須有主機支持，無法搭建星形結構或者總線式結構，整個設備樹必須有個根節(jié)點，設備與設備之間無法直接通信，相對而言，以太網(wǎng)和串口都是對等的通信系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本實用新型提供一種一體化獨立式且能夠?qū)崿F(xiàn)多軸運動的影像測量儀。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種集成光源控制的影像測量儀，包括主控模塊、電源模塊、3D測量模塊、用于控制電機的電機運動控制模塊、用于控制電機運動控制模塊的人機交互模塊、用于采集光柵尺數(shù)據(jù)的光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊和用于控制光源亮度的光源控制模塊，電源模塊的輸出端分別與主控模塊、人機交互模塊、光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊和3D測量模塊連接，主控模塊與人機交互模塊交互連接，且主控模塊的輸出端分別與電機運動控制模塊、光源控制模塊和3D測量模塊連接，且主控模塊的輸入端還與光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊連接，光源控制模塊向主控模塊提供光源控制信號。

其中，該影像測量儀還包括安全保護模塊、USB數(shù)據(jù)通信模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和自定義接口模塊，所述安全保護模塊與主控模塊的輸入端連接，所述USB數(shù)據(jù)通信模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊均與主控模塊交互連接，所述主控模塊的輸出端與自定義接口模塊連接。

其中，所述人機交互模塊與操作桿電連接，所述電機運動控制模塊與電機電連接，所述人機交互模塊通過操作桿直接操作主控模塊從而控制電機運動控制模塊，所述人機交互模塊為采用RF傳輸?shù)臒o線人機交互模塊。

其中，所述3D測量模塊與觸式側(cè)頭電連接，所述觸式側(cè)頭可反饋信號給主控模塊。

其中，所述安全保護模塊包括與測量設備電連接的紅外傳感器和設置主控模塊上的看門狗機制。

本實用新型的有益效果是：與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的集成光源控制的影像測量儀，通過光源控制模塊向主控模塊提供光源控制信號，主控模塊根據(jù)源控制信號，對表面光、底光和同軸光進行不同亮度，不同角度的調(diào)節(jié)，通過人機交互模塊操控主控模塊從而實現(xiàn)對電機運動控制模塊的控制，實現(xiàn)了影像測量儀的多軸運動，從而提高了測量效率和工作可靠性，測量精度明顯提高，同時降低了用戶使用難度。

附圖說明

圖1為本實用新型的集成光源控制的影像測量儀的工作方框圖；

圖2為本實用新型中主控模塊的電路圖；

圖3為本實用新型中3D測量模塊的電路圖；

圖4為本實用新型中數(shù)據(jù)儲存模塊的電路圖；

圖5為本實用新型中電源模塊的電路圖；

圖6為本實用新型中電源模塊的電路圖；

圖7為本實用新型中電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的X軸串口的電路圖；

圖8為本實用新型中電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的Y軸串口的電路圖；

圖9為本實用新型中電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的Z軸串口的電路圖；

圖10為本實用新型中電機運動控制模塊的電路圖；

圖11為本實用新型中光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的電路圖；

圖12為本實用新型中光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的電路圖；

圖13為本實用新型中USB數(shù)據(jù)通信模塊電路圖；

圖14為本實用新型中USB數(shù)據(jù)通信模塊電路圖；

圖15為本實用新型中自定義接口模塊的電路圖；

圖16為本實用新型中安全保護模塊的電路圖；

圖17為本實用新型中人機交互模塊的電路圖；

圖18為本實用新型中光源控制模塊的電路圖。

主要元件符號說明如下：

1、主控模塊 2、電源模塊

3、3D測量模塊 4、電機運動控制模塊

5、人機交互模塊 6、光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊

7、光源控制模塊 8、安全保護模塊

9、USB數(shù)據(jù)通信模塊 10、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊

11、數(shù)據(jù)存儲模塊 12、自定義接口模塊。

具體實施方式

為了更清楚地表述本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步地描述。

請參閱圖1，本實用新型提供的集成光源控制的影像測量儀，包括主控模塊1、電源模塊2、3D測量模塊3、用于控制電機的電機運動控制模塊4、用于控制電機運動控制模塊4的人機交互模塊5、用于采集光柵尺數(shù)據(jù)的光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊6和用于控制光源亮度的光源控制模塊7，電源模塊2的輸出端分別與主控模塊1、人機交互模塊5、光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊6和3D測量模塊3 電連接，主控模塊1與人機交互模塊5交互連接，且主控模塊1的輸出端分別與電機運動控制模塊4、光源控制模塊7和3D測量模塊3連接，且主控模塊1的輸入端還與光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊6連接，光源控制模塊7向主控模塊1 提供光源控制信號。

相較于現(xiàn)有技術的情況，本實用新型提供的集成光源控制的影像測量儀，通過光源控制模7塊向主控模塊1提供光源控制信號，主控模塊1根據(jù)光源控制信號，對表面光、底光和同軸光進行不同亮度，不同角度的調(diào)節(jié)，通過人機交互模塊5操控主控模塊1從而實現(xiàn)對電機運動控制模塊4的控制，實現(xiàn)了影像測量儀的多軸運動，從而提高了測量效率和工作可靠性，測量精度明顯提高，同時降低了用戶使用難度。

在本實施案例中，該影像測量儀還包括安全保護模塊8、USB數(shù)據(jù)通信模塊9、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊10、數(shù)據(jù)存儲模塊11和自定義接口模塊12，安全保護模塊8與主控模塊1的輸入端連接，USB數(shù)據(jù)通信模塊9、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊10和數(shù)據(jù)存儲模塊11均與主控模塊1交互連接，主控模塊1的輸出端與自定義接口模塊12連接。其中USB數(shù)據(jù)通信模塊9和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊10用于主控模塊1與上位計算機進行數(shù)據(jù)交換，包括設備參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)的設置與讀取、電機運動指令的發(fā)送、光柵尺數(shù)據(jù)的采集、調(diào)節(jié)光源亮度和區(qū)域的控制指令；其中數(shù)據(jù)存儲模塊11通過SPI與主控模塊1通信，完成設備參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)的存儲和讀取工作。

在本實施案例中，人機交互模塊5與操作桿電連接，電機運動控制模塊4 與電機電連接，人機交互模塊5通過操作桿直接操作主控模塊1從而控制電機運動控制模塊4，人機交互模塊5為采用RF傳輸?shù)臒o線人機交互模塊。其中電機運動控制模塊4通過主控模塊1收到運動指令，發(fā)出具體控制電機轉(zhuǎn)運動的信號，控制電機轉(zhuǎn)動信號采用脈沖加方向形式的電機驅(qū)動器速度調(diào)制指令形式，有效消除模擬量形式零點漂移和動態(tài)平衡、抗干擾性較差、線路故障容易導致飛車問題，特別是消除零點漂移和動態(tài)平衡問題，在大型機臺控制時可有效消除阿貝誤差保證測量精度。

在本實施案例中，3D測量模塊3與觸式側(cè)頭電連接，觸式側(cè)頭可反饋信號給主控模塊1。通過觸式測頭反饋信號給主控模塊1，采用事件實時中斷處理機制，使用硬件接口電路和不同優(yōu)先級中斷處理程序?qū)y量事件及時響應并作出處理。

在本實施案例中，安全保護模塊8包括與測量設備電連接的紅外傳感器和設置主控模塊1上的看門狗機制。安全保護模塊8有兩部分組成，一是通過連接測量設備的紅外傳感器與主控模塊的高優(yōu)先級中斷機制做到限位前減速、軟限位、緊急停止等安全機制，另一方面主控模塊1設置看門狗機制，防止下位機程序因受到來自外界電磁場的干擾，造成各種寄存器和內(nèi)存的數(shù)據(jù)混亂，會導致程序指針錯誤，不在程序區(qū)，取出錯誤的程序指令等，都會陷入死循環(huán)，程序的正常運行被打斷，由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)正常工作，會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預料的后果。

參閱圖2，圖2為主控模塊的電路圖，主控模塊的主控芯片的型號為 CC3101，主控芯片上設有65個端口，主控芯片的第三十一端口與第四芯片的第一端口連接，第四芯片的第三端口與第十二電容連接，第十二電容與電池連接，第四芯片第二端口和第四端口接地。主控芯片的的第十四端口、第十三端口、第十二端口和第十一端口分別與對應的第六芯片的第一端口、第二端口和第五端口和第六端口連接，第六芯片的第八端口連接直流電，第六芯片的第七端口和第三端口與第六電阻連接后連接直流電，第六芯片的第四端口接地，且與第八端口、第七端口和第三端口之間連接有第十九電容。主控芯片的第五十五端口和第五十七端口有第一跳線連接。主控芯片的第二十三端口和第二十二端口與3D測量模塊連接。主控芯片的第六十五接口接地。主控芯片的第三十五端口、第三十四接口和第二十一端口分別與第十九電阻、第二十電阻和第二十一電阻連接，且連接后三個電阻接地。主控芯片的第五十一端口與第三十二電容連接后接地，主控芯片的第五十二端口與第三十四電容連接后接地，且第五十一端口與第五十二端口之間連接有第一晶振。主控芯片的四十七端口連接直流電源，第四十九端口與第三十電容連接后接地，第二十四端口與第三十一電容連接后接地在與第二十九電容連接，第二十九電容與直流電源連接。主控芯片的第四十五端口與第四十六端口之間連接有第七電感。主控芯片的第四十三端口與第六電感連接后與第二十四電容、第二十五電容和第二十六電容并聯(lián)，且三個電容并聯(lián)后接地，第九端口和第五十六端口與三個并聯(lián)的電容連接。主控芯片的第四端口與第四十一端口之間連接有第五電感，第四十二端口與第三十三端口均與第二十電容、第二十一電容和第二十二電容連接，且第二十電容、第二十一電容和第二十二電容并聯(lián)后接地。主控芯片的第三十八端口與第四電感連接后與第十五電容、第十六電容、第十七電容和第十八電容，且第十五電容、第十六電容、第十七電容和第十八電容并聯(lián)后接地，且第四十八端口、第三十六端口和第二十五端口均與第十五電容、第十六電容、第十七電容和第十八電容連接。主控芯片的第三十七端口、第三十九端口和第四十四端口分別與對應的第七電容、第八電容和第九電容一一對應連接后與第直流電源連接，第三十七端口、第三十九端口和第四十四端還均與第六電容連接，第六電容、第七電容、第八電容和第九電容均接地，第五十四端口與第十電容連接且第十端口與第十一電容連接后與直流電源連接。第四芯片的型號為DEA202450BT-1294C1-H，第六芯片的型號為M25PX80-VMN6TP。

參閱圖3，圖3為3D測量模塊的電路圖，TST晶體的第三端口與第一端口之間連接有晶振，第四端口接地且與第三端口之間連接有第三十三電容，第一端口與第三十五電容連接后接地，第二端口接地。TST晶體TZ0977B。

參閱圖4，圖4為數(shù)據(jù)儲存模塊的電路圖，第二芯片的第三端口與第五十電阻連接后接地，第四端口地接，第七端口與第二電阻連接后與第八端口一同與第五電容連接后接地。第二芯片的型號是WB26X16。

參閱圖5，圖5為電源模塊的電路圖，JTAG接口的第一端口直接與電源連接，第三端口與第八十五電阻連接后與電源連接，且第八十五電阻還與第八十四電阻連接，第五端口與第八十六電阻連接后接地，第二端口接地，第四端口與第十八電容連接后接地。JTAG接口的型號為Header3X2。

參閱圖6，圖6也為電源模塊的電路圖，第三芯片的第三端口與電源連接，還與第八電容、第九電容、第十電容和第十一電容連接，且第九電容、第十電容和第十一電容并聯(lián)，第一端口接地，第二端口分別與第九電容、第十電容和第十一電容連接，第四端口與電源連接。第三芯片的型號是AMS1117。

參閱圖7-9，圖7為電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的X軸串口的電路圖，圖8為電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的Y軸串口的電路圖，圖9為電機運動控制模塊和光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的Z軸串口的電路，圖7、圖8和圖9三個電路圖的大致是一樣的，只是個別接線不一樣，所以就只對圖7進行描述，圖7中上面的串口座用來連接光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊，下面的串口座用來連接電機運動控制模塊，光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊串口座的第十九端口接地還與第二十端口連接，第二十端口還與電機運動控制模塊串口座的第二十一端口和第二十二端口連接，第五端口與第A五電阻連接，第九段口與第A四電阻連接，第A五電阻與第A四電阻并聯(lián)，第四端口與第A三電阻連接，第八端口與第A二電阻連接，第A三電阻和第A二電阻并聯(lián)，第三端口與第A一電阻連接，第六端口與第A零電阻連接，且第A一電阻和第A 零電阻并聯(lián)，第二端口接地，第七端口與第A六電阻連接，后與電源連接，第一端口與第A七電阻連接，且第A六電阻與第A七電阻并聯(lián)，第十四端口接地，第十八端口與電源連接，第十三端口與第D三電阻連接，第十七端口與第D四電阻連接后與電源連接，第十二端口與第D二電阻連接，第十一端口與第D一電阻連接，第十端口與第D零電阻連接。

參閱圖10，圖10為電機運動控制模塊的電路圖，第十芯片的第十六端口分別與電源連接還與第六十五電容連接，第二端口與第六十六電容連接后接地，第七端口還依次與第六十電阻和第五整流二極管連接后接地，第八端口還依次與第六十一電阻和第四整流二極管連接后接地，第六端口與第十九電容連接后接地，第十五端口接地，第一端口與第三端口之間連接有第六十七電容，第四端口與第五端口之間連接有第六十八電容。第十芯片的型號為 SP3232EEA。

參閱圖11-12，圖11和圖12均為光柵尺數(shù)據(jù)采集模塊的電路圖，圖11 和圖12兩個電路圖大致一樣，只是端口連接不同，第八芯片第一端口與電源連接，第十九端口接地，第二十端口與第三十三電容連接后接地，第十端口接地。第八芯片與第九芯片的型號都為74HC245。

參閱圖13，圖13為USB數(shù)據(jù)通信模塊電路圖，第二十七芯片的第一端口、第九端口和第十九端口均與并聯(lián)后的第四十六電容和第四十七電容連接，第六端口與第十八電容連接后接地。第二端口和第三端口均與第三十八電阻連接，第二十四端口與第三十七電阻連接后接地，第二十五端口接地，第十二端口與第二十九電阻連接，第十五端口分別與第三十電阻和第四十九電容連接，第十端口與第三十一電阻連接，第七端口與第而二十八電阻連接，第八端口與第二十七電阻連接，第十一端口與第二十六電阻連接。

參閱圖14，圖14也為USB數(shù)據(jù)通信模塊電路圖，第七芯片的第四端口接地，第三端口與第一電阻連接，第二端口與第九十二電阻連接，第一端口與第四十五電阻連接，還與第九十九電容連接后接地。第七芯片與USB主設備連接。

參閱圖15，圖15為自定義接口模塊的電路圖，第二十三芯片與第二十一芯片之間通過端口連接，第二十三芯片上的第一端口與電源連接，第十九端口接地，第二十端口與第三十三電容連接后接地，第十端口接地。第二十一芯片的第一端口與第J零電阻連接，第九端口接地。第二十三芯片與第二十一心芯片的型號均為74HC245。

參閱圖16，圖16為安全保護模塊的電路圖，連接器的第三端口連接5伏電源，第四端口和第一端口連接24伏電源，第五端口和第十五端口接地，第十二端口與第五十二電阻連接，第十三端口與第五十三電阻連接。二十九端口接地，三十端口連接24伏電源，第十六端口到第二十五端口分別與對應的芯片一一連接，第十六端口與十一芯片連接，以此類推一直到第二十五端口與第二十芯片連接，第十六端口與十一芯片之間還連接有第H零電阻與第C 零電容，且第H零電阻與第C零電容并聯(lián)后與第G零電阻連接，其他端口與芯片之間均一樣，以此類推到第二十五端口與第二十芯片之間還連接有第H 九電阻與第C九電容，且第H九電阻與第C九電容并聯(lián)后與第G九電阻連接。第十一芯片到第二十芯片都是采用型號為PC817的芯片。連接器為DB15X2。

參閱圖17，圖17為人機交互模塊的電路圖，圖在有八個貼片三極管的電路圖，每個貼片三極管的電路圖均是一樣的，所以只詳述一個，以編號為JA2 的貼片三極管為例，第一端口與第L零電阻連接后接地，第二端口與第K零電阻連接后接地，第三端口與第C零電容連接后接地，其他編號的貼片三極管的電阻電容編號類推。還有地八十七電阻到第九十四電阻的連接電路圖。貼片三極管型號為S8050-J3Y。

參閱圖18，圖18為光源控制模塊的電路圖，設有兩個串口座，第十九端口與第二十端口連接后在粉筆與第二十一端口和第二十二端口連接后在接地，第五端口接地，第九端口與5伏電源連接，第四段口與第七十九電阻連接，第八端口與第七十七電阻連接，第三端口與第八十一電阻連接后在分別與第C九電容和第二十電阻連接，且第C九電容和第二十電阻并聯(lián)后接地，第七端口與第八十電阻連接后，在與第三十八電容和第二十電阻連接，且第三十八電容和第二十電阻并聯(lián)后接地，第七端口在與第八十電阻連接前還依次與第七十六電阻連接后，在分別與第十五電阻和第九整流二極管連接，第九整流二極管接地，第二端口與第八十二電阻連接后，在與第三十九電容和第十九電阻連接，且第三十九電容和第十九電阻并聯(lián)后接地，第六端口與第七十八電阻連接，第一端口與第八十三電阻連接后，在分別與第C八電容和第L九電阻連接，且兩者并聯(lián)后接地，第十四端口與12伏的電源連接。

看門狗，又叫watchdog timer，從本質(zhì)上來說就是一個定時器電路，一般有一個輸入和一個輸出，其中的輸入叫做喂狗，輸出一般連接到另外一個部分的復位端，另外一個部分就是所要處理的部分，暫且稱之為MCU。

在MCU正常工作的時候，每隔一段時間輸出一個信號到喂狗端，給看門狗電路清零，如果在超過規(guī)定的時間不喂狗，WDT定時超時，就會回給一個復位信號到達MCU，使MCU復位，防止MCU死機?？偟膩碚f，看門狗電路的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。

本實用新型并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。