国产自主三坐标部件——Alpha系列控制器

2025-10-16 16:57:17, ZT小兵深圳市中图仪器股份有限公司

引言

中图仪器目前掌握了三坐标测量机包括测量机结构、测头系统、电控系统、测量软件、精密附件等在内的核心部件全部关键技术，并且拥有自主知识产权。

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的巨头发起成立，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极高的空间运动重复性，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系列控制器完全符合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。