國產自主三坐標部件——Alpha系列控制器

一、三坐標控制器基本概念

三坐標測量機（CMM）作為精密測量的重要設備，其控制器的性能直接決定了測量的準確性和效率。

數控型三坐標測量機系統，由含有測頭接口、光柵計數的CNC數控單元和含有數據處理系統的控制用主控計算機兩部分組成，由測量軟件編寫程序規定其運行動作，實現自動測量。

三坐標控制器是測量軟件和機械本體間的橋梁，三坐標控制器負責為測量儀器提供驅動動力、采集探測信號和控制運動部件。對于坐標測量機，驅動控制系統提供運動需要的動力，并驅動運動部件在導軌方向上運動。由于測頭一般需要在被測物體的各個測量點間移動，也需要驅動控制系統提供動力和控制運動方向，并采集測頭的探測信號。

三坐標控制器和測量軟件如何協同工作，是開發三坐標測量機系統的關鍵技術之一。I++ DME定義了一套尺寸測量設備的通用接口標準，是解決這一問題的有效途徑。

I++ DME通信協議,是由I++工作組于2001年提出的針對尺寸測量設備的通用接口標準。該工作組主要由歐洲的汽車制造協會發起成立，目的是希望在測量軟件和機器之間建立一套統一的標準，以解決公司內部眾多尺寸測量設備的兼容問題。由于是由用戶直接發起的，I++ DME得到了比較好的推廣，目前已經發展到2.0版本，得到了包括大眾，寶馬，沃爾沃，雷尼紹等行業重要公司的支持。

中圖儀器軟件PowerDMIS支持I++通信協議,可與Renishaw, Pantec等控制器無縫連接。

二、Alpha系列控制器介紹

Alpha系列控制器是中圖儀器歷時6年自主研發的三坐標測量機控制器，支持觸發及掃描模式，采用全閉環直流伺服控制技術，具有優異的伺服跟隨控制能力。其微秒級速度前瞻軌跡規劃算法，可實現高效平滑運動和高空間運動重復性，支持I++ DME通訊協議，兼容市面上的主流測量軟件。

中圖儀器電控系統目前擁有2個型號：Alpha4和Alpha4 Pro。

Alpha系列控制器集成集成DSP和FPGA，驅動和運動控制器一體化，具有很強的自主性，便于開發和后續升級。具有強大的自主保護功能機制，如：“電機短路，電機堵轉，光柵異常，電壓異常，傳感器異常，測頭碰撞，跟隨誤差報警。

1.高精度位置采集：通過激光編碼器或光柵尺實時反饋位置數據，實現微米級甚至亞微米級的測量精度。

2.智能運動控制：內置多軸聯動算法（如：中圖儀器精密氣浮轉臺），以軌跡規劃提升測量速度，減少機械磨損及測量誤差。

3.兼容多種探頭：支持自主研發的觸發式探頭、掃描探頭，滿足不同測量需求。

4.實時數據處理：控制器具備強大的數據處理能力，能夠在測量過程中即時校正偏差，保證測量結果的可靠性。

Alpha系列控制器符合I++ DME的標準。配套的IppServer軟件是控制器的接口軟件（DME-Interface），只要測量軟件按照I++標準，即可以通過IppServer完成對三坐標設備的控制，實現自動測量功能。Alpha系列控制器設計注重抗干擾和穩定性，保證在各種工業環境下都能保持高性能運行。

由于Alpha系列控制器支持I++DME，使得接口具有獨立性，底層封裝性強，易于使用。通過I++ DME，對于測量軟件開發人員而言，可以將更多的精力放在軟件的界面功能上，不用去考慮控制器內部的實現，降低了開發難度。對于控制器開發人員而言，有了明確的接口功能要求，避免了開發的盲目性，雙方都減少了繁瑣的交流。同時對于所有的開發人員來說，基本上不用考慮自己的產品與其它測量軟件的兼容問題。

總結

中圖儀器自主研發三坐標核心組件運動控制器，促進高精度運動控制、多軸聯動等關鍵技術突破。

三坐標控制器國產化不僅是三坐標測量機核心部組件單一產品的替代，更是中國裝備制造業向價值鏈上游攀升的戰略支點，對實現“制造強國”目標具有基石性作用。