磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是研究與磁現(xiàn)象有關(guān)物理現(xiàn)象的重要手段,己經(jīng)逐漸形成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué)。在國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域,磁場(chǎng)測(cè)量常常起著決定性的作用,精度的高低、測(cè)量手段的難易、以及經(jīng)濟(jì)性等諸方面的因素,將直接關(guān)系到測(cè)量?jī)x器的實(shí)用性、可推廣性。因此,研究和發(fā)展高精度、穩(wěn)定性好、靈敏度強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單、成本低廉的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器有著深遠(yuǎn)的意義。

根據(jù)客戶的要求X軸1200mm，Y軸1000mm，Z軸500mm，定位精度±0.02mm，三維垂直度3’。為適合大行程要求單獨(dú)開(kāi)發(fā)了一套三維平臺(tái)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1實(shí)現(xiàn)功能

(1) 能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維的磁場(chǎng)測(cè)量功能，測(cè)磁探頭及探桿安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)測(cè)磁探頭在磁場(chǎng)空間移動(dòng)。測(cè)磁過(guò)程要求計(jì)算機(jī)編程自動(dòng)控制。磁鐵位置找正，測(cè)磁路徑參數(shù)設(shè)定以后，能夠進(jìn)行自動(dòng)測(cè)磁。

(2) 生成位置點(diǎn)與測(cè)磁數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù)文件。

(3) 可指定點(diǎn)移動(dòng)，也可自由手動(dòng)，自動(dòng)設(shè)置限位。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件配置：

控制系統(tǒng)采用MOTEC PCI卡，3軸模擬全閉環(huán)控制；伺服電機(jī)系統(tǒng)采用MOTEC，X軸使用兩套MOTEC伺服電機(jī)，主伺服同步驅(qū)動(dòng)從伺服運(yùn)動(dòng)；光柵尺采用高精度MOTEC光尺。機(jī)械部分采用MOTEC三坐標(biāo)大行程平臺(tái)，軟件部分單獨(dú)開(kāi)發(fā)。

1.3 設(shè)備圖片

2 控制及工作過(guò)程

2.1控制過(guò)程

磁場(chǎng)系統(tǒng)將移動(dòng)距離、速度、加速度寫(xiě)入MOTEC PCI卡，控制卡根據(jù)光柵尺反饋的位置進(jìn)行PID計(jì)算輸出速度模擬電壓傳送到X或Y或Z驅(qū)動(dòng)器上，由驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)移動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)絲杠連接的平臺(tái)移動(dòng)。

    移動(dòng)過(guò)程中，各軸光柵尺實(shí)時(shí)檢測(cè)各軸位置反饋到控制卡進(jìn)行下伺服周期計(jì)算。運(yùn)動(dòng)到位后，磁場(chǎng)傳感器測(cè)出數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳入到軟件，軟件讀取相應(yīng)值存儲(chǔ)到文件。

2.2 工作過(guò)程

以測(cè)量四極磁鐵磁場(chǎng)為例，四極磁鐵的磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)閳A柱體形場(chǎng)。第一步找正，設(shè)定測(cè)磁原點(diǎn)（O點(diǎn)），需要用探頭找正圓柱體形場(chǎng)的中點(diǎn)，找正后設(shè)定該點(diǎn)為圓柱體場(chǎng)的測(cè)磁原點(diǎn)（O點(diǎn)）；第二步編程，在測(cè)磁原點(diǎn)建立磁場(chǎng)坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系Oxyz），在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中設(shè)定一組點(diǎn)（P1～P16）作為測(cè)磁點(diǎn)，編程使測(cè)磁探頭順序到達(dá)P1至P16點(diǎn)，到達(dá)每一點(diǎn)后需停留一定時(shí)間（比如5秒鐘），然后讀出磁場(chǎng)測(cè)量值，再移動(dòng)至下一點(diǎn)。第三步測(cè)量，按照編好的程序運(yùn)行，使探頭到達(dá)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，并測(cè)得磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后生成測(cè)磁數(shù)據(jù)文件（.txt或其它格式）。測(cè)磁數(shù)據(jù)文件中要有每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，及該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)值。

3       磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)

3.1 主要功能

(1)    讀取數(shù)據(jù)txt文件，可方便進(jìn)行編輯包括(輸入、剪切、復(fù)制、粘貼、刪除、撤消、重做、查找、替換等)，保存為txt文件。

(2)    可進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

(3)    查看IO端口狀態(tài)功能。

(4)    進(jìn)行文本編輯后，并且對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖定，防止意外修改。

(5)    直觀顯示各種數(shù)據(jù)，坐標(biāo)、速度、限位值、當(dāng)前點(diǎn)、停留時(shí)間、工作狀態(tài)等。

(6)    可直接同過(guò)計(jì)算機(jī)面板進(jìn)行機(jī)器移動(dòng)，也可同過(guò)手輪進(jìn)行移動(dòng)。

(7)    通過(guò)串口讀取測(cè)量數(shù)值，輸出測(cè)量數(shù)據(jù)txt文件，可設(shè)置輸出路徑。

(8)    每條指令都進(jìn)行語(yǔ)法錯(cuò)誤判斷，在運(yùn)行中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)錯(cuò)誤判斷，處理。

(9)    軟限位功能，能隨意設(shè)置各軸正負(fù)軟限位，將機(jī)器限制在某個(gè)階段內(nèi)。

(10) 矩陣功能，能對(duì)空間兩點(diǎn)間形成的立體進(jìn)行多點(diǎn)矩陣排列，蛇形移動(dòng)。

3.2界面介紹

菜單及工具欄，包括文件操作，文本操作，參數(shù)設(shè)置等基本操作。

左邊編輯區(qū)，可對(duì)文本進(jìn)行輸入，刪除，選擇，剪切，復(fù)制，粘貼等編輯。每一行代表一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)。

右邊顯示按鈕區(qū)，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備當(dāng)前位置及速度，當(dāng)前執(zhí)行的點(diǎn)記錄及總點(diǎn)數(shù)。 設(shè)置的工作原點(diǎn)，正負(fù)限位值。JOG區(qū)，手動(dòng)控制設(shè)備移動(dòng)，按下移動(dòng)抬起停止。

手動(dòng)，此按鈕可切換手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)，此手動(dòng)指手輪。

鎖定，此按鈕可對(duì)文本編輯區(qū)進(jìn)行鎖定/解鎖。

運(yùn)行，此按鈕可讀取文本編輯區(qū)內(nèi)容，然后按照對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)。

原點(diǎn)，此按鈕彈出設(shè)置工作原點(diǎn)對(duì)話框。

時(shí)間，此按鈕彈出設(shè)置停留時(shí)間對(duì)話框。

復(fù)位，點(diǎn)此按鈕可進(jìn)行機(jī)器復(fù)位，復(fù)位后機(jī)器自動(dòng)移動(dòng)負(fù)軟限位位置。

負(fù)限，此按鈕可將當(dāng)前坐標(biāo)設(shè)為負(fù)軟限位。

正限，此按鈕可將當(dāng)前坐標(biāo)設(shè)為正軟限位。

3.3菜單介紹

文件：新建、打開(kāi)、保存、另存為、輸出路徑、打印、打印預(yù)覽、打印設(shè)置、退出。

編輯：撤消、全選、刪除、剪切、復(fù)制、粘貼、查找、查找下一個(gè)、替換。

系統(tǒng)：配置參數(shù)、查看I/O、串口設(shè)置、停留時(shí)間、工作原點(diǎn)、負(fù)限設(shè)置、正限設(shè)置、矩陣功能。

    結(jié)束語(yǔ)

此系統(tǒng)已成功應(yīng)用，并且各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)客戶要求，XYZ軸重復(fù)定位精度0.01mm，速度范圍在1~100mm/s，機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)。軟件開(kāi)發(fā)考慮周全，符合客戶要求，并且提供許多方便快捷的操作方式，菜單、按鈕、快捷鍵多種方法操作；并且顯示各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，比較直觀。此系統(tǒng)只要替換為其它傳感器如：壓力、溫度、超聲等，便可應(yīng)用測(cè)量工程。