国产自主三坐标部件——Alpha系列控制器

一、三坐标控制器基本概念

三坐标测量机（CMM）作为精密测量的重要设备，其控制器的性能直接决定了测量的准确性和效率。

数控型三坐标测量机系统，由含有测头接口、光栅计数的CNC数控单元和含有数据处理系统的控制用主控计算机两部分组成，由测量软件编写程序规定其运行动作，实现自动测量。

三坐标控制器是测量软件和机械本体间的桥梁，三坐标控制器负责为测量仪器提供驱动动力、采集探测信号和控制运动部件。对于坐标测量机，驱动控制系统提供运动需要的动力，并驱动运动部件在导轨方向上运动。由于测头一般需要在被测物体的各个测量点间移动，也需要驱动控制系统提供动力和控制运动方向，并采集测头的探测信号。

三坐标控制器和测量软件如何协同工作，是开发三坐标测量机系统的关键技术之一。I++ DME定义了一套尺寸测量设备的通用接口标准，是解决这一问题的有效途径。

I++ DME通信协议,是由I++工作组于2001年提出的针对尺寸测量设备的通用接口标准。该工作组主要由欧洲的汽车制造协会发起成立，目的是希望在测量软件和机器之间建立一套统一的标准，以解决公司内部众多尺寸测量设备的兼容问题。由于是由用户直接发起的，I++ DME得到了比较好的推广，目前已经发展到2.0版本，得到了包括大众，宝马，沃尔沃，雷尼绍等行业重要公司的支持。

中图仪器软件PowerDMIS支持I++通信协议,可与Renishaw, Pantec等控制器无缝连接。

二、Alpha系列控制器介绍

Alpha系列控制器是中图仪器历时6年自主研发的三坐标测量机控制器，支持触发及扫描模式，采用全闭环直流伺服控制技术，具有优异的伺服跟随控制能力。其微秒级速度前瞻轨迹规划算法，可实现高效平滑运动和高空间运动重复性，支持I++ DME通讯协议，兼容市面上的主流测量软件。

中图仪器电控系统目前拥有2个型号：Alpha4和Alpha4 Pro。

Alpha系列控制器集成集成DSP和FPGA，驱动和运动控制器一体化，具有很强的自主性，便于开发和后续升级。具有强大的自主保护功能机制，如：“电机短路，电机堵转，光栅异常，电压异常，传感器异常，测头碰撞，跟随误差报警。

1.高精度位置采集：通过激光编码器或光栅尺实时反馈位置数据，实现微米级甚至亚微米级的测量精度。

2.智能运动控制：内置多轴联动算法（如：中图仪器精密气浮转台），以轨迹规划提升测量速度，减少机械磨损及测量误差。

3.兼容多种探头：支持自主研发的触发式探头、扫描探头，满足不同测量需求。

4.实时数据处理：控制器具备强大的数据处理能力，能够在测量过程中即时校正偏差，保证测量结果的可靠性。

Alpha系列控制器符合I++ DME的标准。配套的IppServer软件是控制器的接口软件（DME-Interface），只要测量软件按照I++标准，即可以通过IppServer完成对三坐标设备的控制，实现自动测量功能。Alpha系列控制器设计注重抗干扰和稳定性，保证在各种工业环境下都能保持高性能运行。

由于Alpha系列控制器支持I++DME，使得接口具有独立性，底层封装性强，易于使用。通过I++ DME，对于测量软件开发人员而言，可以将更多的精力放在软件的界面功能上，不用去考虑控制器内部的实现，降低了开发难度。对于控制器开发人员而言，有了明确的接口功能要求，避免了开发的盲目性，双方都减少了繁琐的交流。同时对于所有的开发人员来说，基本上不用考虑自己的产品与其它测量软件的兼容问题。

总结

中图仪器自主研发三坐标核心组件运动控制器，促进高精度运动控制、多轴联动等关键技术突破。

三坐标控制器国产化不仅是三坐标测量机核心部组件单一产品的替代，更是中国装备制造业向价值链上游攀升的战略支点，对实现“制造强国"目标具有基石性作用。