片層體積無(wú)損測(cè)量裝置的控制系統(tǒng)研究

甘 勇，張秋鋒，欒俊凱，張福治

（桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

1 引言

無(wú)損測(cè)量是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一，對(duì)含有內(nèi)部輪廓的機(jī)械零件的測(cè)量，存在光學(xué)測(cè)量的盲點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一種理想的測(cè)量方法［1-3］對(duì)其進(jìn)行測(cè)量與重構(gòu)。如美國(guó)的自動(dòng)斷層掃描技術(shù)，雖然能夠?qū)ξ矬w內(nèi)部輪廓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)±0.025mm，可它有測(cè)量速度慢、成本高、測(cè)量時(shí)易破壞被測(cè)零件、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)［4］。基于網(wǎng)格片層體積測(cè)量的三維無(wú)損測(cè)量方法的提出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有不溶于水且?guī)в型變?nèi)部輪廓的復(fù)雜形狀材料［5］的測(cè)量，其具有測(cè)量速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。該方法的核心為裝置自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)件片層體積測(cè)量，待測(cè)件片層體積的測(cè)定精度與準(zhǔn)確性直接決定了最終能否通過(guò)點(diǎn)序云三維重構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)件的無(wú)損檢測(cè)，故提出對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)定位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 無(wú)損測(cè)量技術(shù)分析

為無(wú)損測(cè)量裝置示意圖，如圖1 所示。該裝置主體由精密運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)、片層質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)、容器自動(dòng)裝卸系統(tǒng)三部分組成，關(guān)鍵技術(shù)在于：運(yùn)用分層原理，通過(guò)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)裝夾被測(cè)件逐層進(jìn)給實(shí)現(xiàn)其分層位移，將與之三圍尺寸相等的最小包容體逐層浸入液體容器，通過(guò)片層質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)中精密分析天平測(cè)定片層液體質(zhì)量，由通信控制板實(shí)時(shí)采集片層質(zhì)量數(shù)據(jù)并上傳至上位機(jī)，當(dāng)當(dāng)層質(zhì)量測(cè)量完成且檢測(cè)到平臺(tái)上端盛液容器液體質(zhì)量達(dá)到上限值時(shí)，停止測(cè)量與采集工作并啟動(dòng)容器自動(dòng)裝卸系統(tǒng)對(duì)盛液容器的夾取與更換后再次啟動(dòng)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。裝置與上位機(jī)完成不同方向片層質(zhì)量測(cè)量并將質(zhì)量數(shù)據(jù)換算成體積后，開(kāi)始建立片層微小網(wǎng)格體三維坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型，利用智能算法對(duì)已測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和求解，并設(shè)計(jì)基于有序點(diǎn)云的三維重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部輪廓識(shí)別和實(shí)體還原。

圖1 無(wú)損測(cè)量裝置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Nondestructive Measuring Device

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)片層體積精確測(cè)量，提出了基于伺服控制技術(shù)，西門(mén)子PLC、STM32 控制器、高精度電子天平等組合為下位機(jī)、Labview 開(kāi)發(fā)的測(cè)控軟件為上位機(jī)，形成數(shù)據(jù)之間交互通信進(jìn)行精密的閉環(huán)定位控制。同時(shí)給出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)控制并最終為后期三維重構(gòu)提供有效的數(shù)據(jù)保證。

控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖，如圖2所示。主控采用雙西門(mén)子PLC控制器，通過(guò)基于以太網(wǎng)S7和RS232串口等各類(lèi)通訊方式使精密運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)、片層質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)、容器自動(dòng)裝卸系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互通信進(jìn)行協(xié)同工作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)件的無(wú)損測(cè)量。而其中精密運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)被測(cè)件片層體積能否高精度劃分，是整個(gè)無(wú)損測(cè)量裝置的關(guān)鍵，故下文將對(duì)精密運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)展開(kāi)軟硬件設(shè)計(jì)與研究。

圖2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖Fig.2 Hardware Design of Control System

3.1 精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)搭建

依據(jù)三維無(wú)損測(cè)量方法要求，被測(cè)機(jī)械零件需在精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿著設(shè)定的方向?qū)崿F(xiàn)微小尺寸的精密位移，使得被測(cè)機(jī)械零件以0.5mm的片層厚度浸入盛滿液體的容器中。此過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的推進(jìn)裝置與動(dòng)力裝置，加之精度要求，綜合成本考慮Bayside Luge LM 滾珠絲杠式滑臺(tái)，其行程500mm，精度54μm，重復(fù)定位精度±5μm，最大推力達(dá)209kgf，滿足控制系統(tǒng)對(duì)精密運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)的精度要求，可作為推進(jìn)裝置。

而對(duì)于動(dòng)力裝置，通過(guò)選型計(jì)算最終選用由伺服單元（SGDM-08ADA）和伺服電機(jī)（SGMAH-08AAA4C）［5］組成的∑—Ⅱ系列數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，其伺服單元可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)如步進(jìn)電機(jī)一樣的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠［5］。而伺服電機(jī)具有精確的電子齒數(shù)比，無(wú)需引入減速裝置［6］，加之電子齒數(shù)比的調(diào)節(jié)可使速度調(diào)至很低，其速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無(wú)振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，可以大大提高測(cè)量滑臺(tái)的定位精度。伺服電機(jī)其基本參數(shù)，如表1所示。

表1 交流伺服電機(jī)基本參數(shù)Tab.1 Basic Parameters of AC Servo Motor

由上表各基本參數(shù)可看出，滿足控制系統(tǒng)對(duì)精密運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)的精度要求。通過(guò)伺服電機(jī)（SGMAH-08AAA4C）帶動(dòng)Bayside Luge LM運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確的定位運(yùn)動(dòng)，此兩者為控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)不同應(yīng)用要求，可以實(shí)現(xiàn)位置、速度和力矩的精準(zhǔn)控制。

通過(guò)對(duì)該各類(lèi)關(guān)鍵元件選型后，最終將其組合成精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖3所示。

圖3 精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3 Structure Diagram of Precise Motion Positioning Measurement System

3.2 交流伺服系統(tǒng)參數(shù)分析與調(diào)整

精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)中的交流伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由三個(gè)環(huán)路組成：即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)，其中電流環(huán)和速度環(huán)為內(nèi)環(huán)，位置環(huán)為外環(huán)。電流環(huán)用于提高系統(tǒng)反應(yīng)的快速性［7］，同時(shí)起到抑制內(nèi)部電路引起的干擾作用；速度環(huán)則可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制速度波動(dòng)；位置環(huán)在保證系統(tǒng)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性能的同時(shí)，使整個(gè)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定、高性能的運(yùn)行。安川SGDM系列交流伺服系統(tǒng)配套的交流伺服單元內(nèi)，已經(jīng)對(duì)電流環(huán)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，無(wú)需進(jìn)行電流環(huán)的參數(shù)調(diào)整。本系統(tǒng)只對(duì)速度環(huán)與位置環(huán)中影響伺服定位控制的主要參數(shù)進(jìn)行分析與調(diào)整。

3.2.1 對(duì)伺服單元的速度控制環(huán)分析

伺服控制的速度應(yīng)具有精度高、響應(yīng)快的特點(diǎn)，而根據(jù)速度環(huán)一般用于抵抗負(fù)載擾動(dòng)，抑制速度波動(dòng)的特性，可將速度環(huán)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)視為處理好速度控制增益與轉(zhuǎn)速波動(dòng)間的關(guān)系，伺服單元的轉(zhuǎn)速波動(dòng)實(shí)際轉(zhuǎn)速為：

式中：ωon—實(shí)際轉(zhuǎn)速中的直流分量，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式可寫(xiě)成：

式中：JdΔω/dt—由負(fù)載擾動(dòng)力矩引起，即令ΔM=JdΔω/dt，則分析ΔM的伺服單元系統(tǒng)可進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖4所示。

圖4 簡(jiǎn)化的速度環(huán)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Simplified Speed Loop Structure

由于負(fù)載擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化公式為：

式中：Kv—速度環(huán)增益；Ti—速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，根據(jù)上述情況分析得出：增大Kv、減小Ti，都可降低轉(zhuǎn)速的波動(dòng)變化量，提高伺服單元的剛度，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)的響應(yīng)能力；但實(shí)際工程的系統(tǒng)控制中的Kv和1/Ti都不宜過(guò)大，如過(guò)大都可能引起系統(tǒng)的震蕩，因此，Kv速度環(huán)增益和Ti速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)需要根據(jù)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩及阻尼系數(shù)等實(shí)際情況并綜合系統(tǒng)的整體情況加以設(shè)計(jì)選擇。

3.2.2 對(duì)伺服單元的位置環(huán)控制器分析

對(duì)伺服單元的速度環(huán)分析后，接下來(lái)對(duì)其位置環(huán)參數(shù)的影響進(jìn)行相應(yīng)的分析，位置伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。

圖5 位置伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)Fig.5 Dynamic Structure of Position Servo System

圖中：Kp—位置環(huán)調(diào)節(jié)器系數(shù)；Kv—速度環(huán)閉環(huán)等效增益；Ti—速度環(huán)延時(shí)時(shí)間；Kj—位置環(huán)回饋系數(shù)；θi—位置給定；ωi—速度給定；ω0—速度環(huán)輸出；θ0—輸出角位移。

在伺服控制單元里，位置和速度信號(hào)都由在伺服電機(jī)尾部的光電編碼器反饋，此精度高、無(wú)延遲可等價(jià)為比例系數(shù)Kj=1。

由此得到系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：

由經(jīng)驗(yàn)可知：減小位置跟隨誤差，需要增大Kp位置環(huán)調(diào)節(jié)系數(shù)，但過(guò)大的增益會(huì)出現(xiàn)位置超調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；假如輸入的進(jìn)給速度突變時(shí)，會(huì)使輸出變的過(guò)于劇烈，對(duì)機(jī)械負(fù)載產(chǎn)生較大沖擊。由此系統(tǒng)的位置環(huán)增益對(duì)伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與剛度，以及機(jī)械裝置的進(jìn)給速度和穩(wěn)態(tài)誤差都會(huì)產(chǎn)生一定的影響；參考常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床伺服位置系統(tǒng)增益在不考慮機(jī)械部分時(shí)，一般取（50～100）s-1，考慮機(jī)械部分時(shí)一般?。?0～50）s-1，但其取值也要根據(jù)具體的機(jī)械系統(tǒng)剛性與穩(wěn)定性視情況而定。根據(jù)伺服系統(tǒng)的位置環(huán)控制器為“比例型”，則存在跟隨誤差，如圖6所示。

圖6 位置控制跟隨誤差示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Position Control Follow Error

由位置控制跟隨誤差示意圖可看出，為保證控制精度，減少穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的位置偏差，通過(guò)提高位置環(huán)控制增益［8］，同時(shí)選擇盡可能低的進(jìn)給速度，但在較高增益、較低速度的情況下又不利于交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用。

因此，根據(jù)上述分析，對(duì)控制參數(shù)設(shè)定有如下調(diào)整策略：

（1）設(shè)置較低的位置環(huán)增益，同時(shí)在沒(méi)有異常聲音和震動(dòng)的情況下，使速度環(huán)的增益盡量增大；

（2）適當(dāng)減小速度環(huán)的增益，在沒(méi)有異常聲音和震動(dòng)的情況下，使位置環(huán)的增益盡量增大。

4 上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)測(cè)量裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和下位機(jī)PLC的控制程序編寫(xiě)后，為了對(duì)測(cè)量裝置的直接控制、對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)［9］，則對(duì)上位機(jī)操作軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)上位機(jī)操作軟件與硬件控制系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作界面的人機(jī)交互式控制。

以LABVIEW 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，其具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，同時(shí)西門(mén)子PLC也支持多種協(xié)議通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式，如TCP、OPC、MODBUS-RTU/TCP 等。TCP 是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，提供錯(cuò)誤檢測(cè)，確保數(shù)據(jù)按順序并且不重復(fù)地到達(dá)［10］，相比其它協(xié)議，其具有更多的靈活性，更快的數(shù)據(jù)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。故在本測(cè)量裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)基于TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)LABVIEW與PLC控制器的局域網(wǎng)通訊。TCP通信主要為客戶端和服務(wù)器，通訊的設(shè)計(jì)程序包括建立與PLC控制器通信連接、控制檢測(cè)端變量寫(xiě)入與讀取、關(guān)閉連接、清除運(yùn)行錯(cuò)誤。首先外部框架為while循環(huán)，接著嵌套平鋪式順序結(jié)構(gòu)，總體通信程序搭建與該框架內(nèi)。程序設(shè)計(jì)框圖，如圖7所示。

圖7 程序設(shè)計(jì)框圖Fig.7 Program Design Block Diagram

（1）建立與PLC控制器的通信連接過(guò)程為：首先使用后面程序面板的NET函數(shù)中的構(gòu)造器節(jié)點(diǎn)，其中，程序集調(diào)用底層開(kāi)發(fā)好的HslCommunication.dll動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，對(duì)象為SiemensS7Net，構(gòu)造 器 選 擇SiemensS7Net（SiemensPLCS siemens，String ipAddress），構(gòu)造完成后選擇型號(hào)為S200Smart，其地址與PLC控制器一致，同時(shí)設(shè)定PC 端本地IP為同一網(wǎng)段，接著使用調(diào)用節(jié)點(diǎn)函數(shù)并選擇ConnectServer，用于連接PLC的連接服務(wù)器，最后接入屬性節(jié)點(diǎn)，用于判斷是否連接成功，建立連接過(guò)程示意圖，如圖8所示。

圖8 與PLC控制器建立連接Fig.8 Establishing Connection with PLC Controller

（2）控制檢測(cè)端變量寫(xiě)入與讀取包括：M區(qū)bool寫(xiě)入與讀取、Q輸出區(qū)讀取、VD區(qū)浮點(diǎn)數(shù)讀寫(xiě)、關(guān)閉引用等，寫(xiě)入操作為：使用調(diào)用節(jié)點(diǎn)，方法端配置為寫(xiě)布爾數(shù)組，建立連接與M區(qū)bool的寫(xiě)入。讀取操作為：使用調(diào)用節(jié)點(diǎn)，方法端配置為讀取整型數(shù)組，再引用屬性節(jié)點(diǎn)，與上端設(shè)置好的用于讀取的調(diào)用節(jié)點(diǎn)相連接，每讀取完成一次關(guān)閉一次，以免造成內(nèi)存泄漏。對(duì)西門(mén)子S7-200_SMART PLC控制器中寄存器進(jìn)行訪問(wèn)操作賦值程序框圖，如圖9所示。

圖9 定位測(cè)量系統(tǒng)部分程序框圖Fig.9 Program Block Diagram of Positioning Measurement Ssystem

（3）再次使用調(diào)用節(jié)點(diǎn)，方法端配置為ConnectClose，即連接關(guān)閉。

（4）使用清除錯(cuò)誤VI，將錯(cuò)誤狀態(tài)重置為無(wú)錯(cuò)誤，代碼重 置為0，源重置為空字符串，使用該VI來(lái)忽略一個(gè)錯(cuò)誤。

最終設(shè)計(jì)完成的上位機(jī)軟件測(cè)量裝置控制監(jiān)測(cè)與采集主系統(tǒng)，如圖10所示。通過(guò)其中的精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)控制監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行片層體積劃分測(cè)量的自動(dòng)控制。該模塊主要由系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制四部分構(gòu)成，每一個(gè)部分實(shí)現(xiàn)均基于開(kāi)發(fā)環(huán)境LABVIEW 的TCP 協(xié)議通訊對(duì)西門(mén)子S7-200_SMART PLC寄存器進(jìn)行訪問(wèn)操作賦值。

圖10 控制監(jiān)測(cè)與采集主系統(tǒng)Fig.10 Control Monitoring and Acquisition Main System

5 無(wú)損測(cè)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 裝置搭建

對(duì)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)完成后，為驗(yàn)證其對(duì)測(cè)量裝置的定位控制所測(cè)量的片層體積數(shù)據(jù)的有效性、可靠性，文中搭建相應(yīng)平臺(tái)并進(jìn)行試驗(yàn)研究，如圖11所示。通過(guò)對(duì)測(cè)量裝置的硬件調(diào)試分析修正以及上位機(jī)操作軟件的初步實(shí)驗(yàn)控制測(cè)試后，開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)綜合驗(yàn)證。

圖11 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)實(shí)物Fig.11 Experimental Device System

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)量中溢流裝置液體選用5%肥皂水溶液，密度0.93g/cm3，被測(cè)機(jī)械零件選擇兩組，標(biāo)準(zhǔn)的圓臺(tái)以及含有內(nèi)部輪廓正方體，首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的圓臺(tái)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)綜合驗(yàn)證，將標(biāo)準(zhǔn)的圓臺(tái)放置于裝夾裝置載物臺(tái)，如圖12 所示。驗(yàn)證三維模型，如圖12（a）所示。驗(yàn)證實(shí)體零件，如圖12（b）所示。

圖12 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型Fig.12 Experimental Verification Model

通過(guò)在上位機(jī)操作軟件設(shè)定精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)每次0.5mm的進(jìn)給指令，總共測(cè)量被測(cè)物體15個(gè)片層的質(zhì)量，每個(gè)片層的質(zhì)量重復(fù)測(cè)量10 次，并求出每個(gè)片層質(zhì)量的均值，共測(cè)量150組數(shù)據(jù)。圓臺(tái)浸入容器中每一層的體積，可通過(guò)圓臺(tái)體積公式進(jìn)行理論計(jì)算。最終經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量完成后的理論值與測(cè)量值結(jié)果對(duì)比圖，如圖13所示。

圖13 結(jié)果對(duì)比圖Fig.13 Results Comparison Chart

對(duì)帶有內(nèi)部輪廓的正方體測(cè)量實(shí)驗(yàn)綜合驗(yàn)證，將正方體放置于裝夾裝置載物臺(tái)，如圖14 所示，驗(yàn)證三維模型，如圖14（c）所示。驗(yàn)證模型實(shí)物圖，如圖14（d）所示。

圖14 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型Fig.14 Experimental Verification Model

同樣在上位機(jī)操作軟件設(shè)定精密運(yùn)動(dòng)定位測(cè)量系統(tǒng)每次0.5mm的進(jìn)給指令，測(cè)量方向選取45°對(duì)角線方向，位置選擇從通孔定點(diǎn)沿Z軸方向的10mm，共測(cè)量20個(gè)片層的質(zhì)量，每個(gè)片層的質(zhì)量重復(fù)測(cè)量10 次，并求出每個(gè)片層質(zhì)量的均值，共測(cè)量200 組數(shù)據(jù)。正方體沿該方向浸入容器中每一層的體積，為梯臺(tái)與三棱柱的體積差值，可通過(guò)梯臺(tái)與三棱柱體積公式進(jìn)行理論計(jì)算。最終經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量完成的理論值與測(cè)量值結(jié)果對(duì)比圖，如圖15所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：標(biāo)準(zhǔn)圓臺(tái)與帶有內(nèi)部輪廓的圓臺(tái)兩個(gè)不同的待測(cè)件的每一層的片層體積測(cè)量值與理論差值誤差范圍都在（5～7）%之間，即每一層允許的測(cè)量網(wǎng)格數(shù)量誤差值控制在（5～7）%之間，能滿足后續(xù)三維重構(gòu)的數(shù)據(jù)精度要求。

圖15 結(jié)果對(duì)比圖Fig.15 Results Comparison Chart

6 結(jié)論

以三維無(wú)損測(cè)量裝置為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于伺服控制技術(shù)，下位機(jī)與上位機(jī)形成數(shù)據(jù)之間交互通信，組成精密的閉環(huán)定位自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)表明，在該控制系統(tǒng)的測(cè)量下，每一層允許的測(cè)量網(wǎng)格數(shù)量誤差值均控制在（5～7）%之間，符合無(wú)損測(cè)量的數(shù)據(jù)精度要求，通過(guò)對(duì)規(guī)則機(jī)械零件的測(cè)量確定該系統(tǒng)能對(duì)含有內(nèi)部輪廓的不規(guī)則機(jī)械零件同樣可實(shí)現(xiàn)符合精度要求的片層測(cè)量。