Renishaw激光干涉儀位移傳感數據融合技術

摘要：英國Renishaw公司旗下的激光干涉儀自帶的Laser10人機交互平臺，沒有提供開發的驅動程序，這使得數據的處理必須局限在Laser10上的功能。本文通過LabVIEW軟件平臺調用寫入鉤子函數的動態鏈接庫將激光干涉儀測量的位移數據進行實時的顯示和數據處理，從而極大地提高工作效率。

關鍵詞：激光干涉儀；鉤子函數；動態鏈接庫

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2014）09-0117-02

前言

隨著現代加工工藝的革新，人們對測量的精度有了更高的要求。為了更加精確的確定被測對象的量值，往往會選用精度高的測量基準。目前，在精密測量領域，精度比較高的位移傳感器主要有光柵傳感器和激光干涉儀，它們經常被當做測量基準去測量和標定被測對象。而這些精度較高的測量儀器制造方法和工序相當的嚴苛和復雜，需要整個制造鏈都在一個高標準、高品質的背景下去生產。目前，國內有制造也已有了迅猛的發展，其中的某些環節的工藝水平已經達到世界先進水平，但是整體還沒均衡，因此，高精度測量儀器的國產化還不現實。在需要精密測量時，進口國外的測量儀器還是比較普遍的。

Renishaw公司是世界計量和光譜分析儀器領域的領導者，主要提供測量、運動控制、光譜儀和精密加工等核心技術，從制造領域提高效率和產品質量、極大提高研發能力，使用戶能夠實現按溯源標準進行幾何尺寸的測量。而Renishaw公司旗下的激光干涉儀就是常被用到的精密測量儀器。激光干涉儀不僅提供了高品質的硬件設備同時還提供了較為直觀的開發軟件Laser10供用戶使用。但是，Renishaw激光干涉儀的位移讀數只能通過Laser10顯示，并且Renishaw公司沒有提供開發的驅動程序，這極大地限制了用戶多元化的開發。

一、基于Visual C++的鉤子函數

鉤子（Hook）函數是WINDOWS操作系統非常重要的特性，正如它名字一樣它就像一個的鉤子，捕獲那些我們感興趣的WINDOWS消息并獲得控制權，進行相應的處理，比如數據運算、數據傳遞、強制傳遞等。鉤子函數即是一個消息處理機制的平臺，程序員在相應的代碼段加入子程序以便監控某個特定的WINDOWS窗口消息，一旦所監控的窗口消息被鉤子函數所探測到就將其截獲，以便行進相應的處理。充分利用鉤子函數的特性，不僅可以探測到其他進程發生的事件還能夠截獲程序員感興趣的特定進程，再通過“鉤掛”的形式，發給WINDOWS一個處理或過濾事件的回調函數，當每次發生您感興趣的事件時，WINDOWS都將調用該函數[1]。Laser10運行的平臺是WINDOWS操作系統同樣遵循該操作系統的運行法則。這使得我們自然的想到，用鉤子函數去截獲Renishaw激光干涉儀數據的傳輸，只要我們能夠找到激光干涉儀在傳輸數據時的窗口消息。通過觀察Laser10開發軟件發現，每當激光干涉儀有新測量數據產生時，Laser10軟件會對窗口進行刷新從而進行數據的跟新顯示，而這個刷新窗口的WINDOWS窗口消息則正式我們所需要的。鉤子函數對該消息進行監控，一旦刷新窗口消息觸發了鉤子函數，鉤子函數則截獲該消息并將激光干涉儀更新的數據提取保存起來，等待其他的程序調用。

二、基于鉤子函數LabVIEW與Laser10間的通信

激光干涉儀的數據被鉤子函數截獲之后，需要有其他的軟件操作平臺對此進行處理。通常Visual C++開發的操作平臺對鉤子函數的整合更好，但是Visual C++開發的軟件平臺在后續的數據處理和代碼編程的問題上并不是很理想，目前，更趨向于圖像化的編程方式。LabVIEW和C語言以及BASIC語言一樣屬于通用的編程系統，有著龐大的數據庫，包括CPIB、數據分析、數據儲存、串口控制和數據采集等。LabVIEW與其他編程語言最大的區別在于圖形化的編程方式，用圖形替代文本、數據流替代順序執行，從而充分的發揮計算機的能力，創造出功能更加出色的儀器。

Laser10相對于我們自己開發的LabVIEW軟件平臺應歸為他方進程，雙方之間的通信就應為進程間的通信。進程間如若要進行數據的交換必須要有即成的服務器端和通信協議，只有這樣，服務器才能夠響應哪些和自己達成通信協議的客戶端，否則就稱為“無意識”型通信 [25]。

而上一節所講述的鉤子函數則是雙方建立通信的橋梁。鉤子函數不能直接被LabVIEW所使用，因為進程之間的通信需將鉤子函數放到動態鏈接庫中去并作為遠程鉤子來進行調用。動態鏈接庫作為一個獨立的文件它不能被直接的運行更不能接受消息，只有在其他模塊調用動態鏈接庫的函數時，它才能發揮相應的作用[2]。從圖1可以知道，Laser10作為激光干涉儀的人機交互平臺，實時的顯示激光干涉儀的測量數據信息。每當有數據更新時伴隨一個“窗口刷新”消息進入隊列等待處理，而早已在動態鏈接庫中的鉤子函數正是監控該“窗口刷新”消息，一旦激活則將里面的數據全部提取并保存，最后等待LabVIEW軟件平臺進行調取使用。這樣，激光干涉儀的位移測量數據被傳輸到的LabVIEW軟件平臺進行更全面的診斷和處理。通過LabVIEW強大的數據處理模塊，可以對激光干涉儀測量的位移數據進行誤差分析、曲線擬合等操作，使原本單一的數據監控方式變得更加開放、多元以及智能。

圖1 激光干涉儀數據融合原理圖

三、LabVIEW調用動態鏈接庫

動態鏈接庫的存在使程序外部訪問代碼成為的了現實，LabVIEW要成功的調用動態鏈接庫還必須要滿足一些要求，即是要知道被調用函數代碼所在的庫文件以及在庫文件中使用的函數名稱、調用的規則以及函數參數的數量和類型包括返回類型[3]。當這些信息都具備后，就可以通過LabVIEW進行調用。然而，在編寫調用程序的時候，往往會遇到復雜的指針、多位數組結構，要想確定它們對于調用函數節點的配置是比較麻煩的，而LabVIEW中的調用庫函數節點則可以很好的處理這些問題。

在編寫調用代碼的過程中最為重要的一個環節就是對調用庫函數節點進行初始化，這是進程間進行通信的握手協議。圖2為調用庫函數節點初始化的界面，不難發現，初始化信息主要分為四個部分：函數、參數、回調和錯誤檢查。

圖2 調用庫函數節點配置窗口圖

函數部分需要知道被調用動態鏈接庫的的庫名以及它所在的路徑，函數名則要填寫被調用鉤子函數的函數名稱。而線程在默認的情況下，初始化為“在UI線程中運行”，此時調用的函數值將直接在用戶線程中運行。如果，多個線程同時調用動態鏈接庫中的函數時則要選擇以遞歸方式調用的“在任意線程中運行”。調用規范默認情況下就選擇“C”規范。參數部分是初始化調用函數的返回類型，返回類型可以是是 Void，Numeric 或String。通過回調選項卡可預先設置函數調用的次數。該函數允許用戶根據配置的調用庫函數節點的實例，初始化、更新或清除用于DLL或共享庫的數據。通過為函數配置的“調用庫函數節點”的實例數據指針傳遞調用。通過錯誤檢查頁可指定“調用庫函數節點”的錯誤檢查級別。

四、結束語

通過LabVIEW開發軟件調用含有鉤子函數的動態鏈接庫，可以獲取激光干涉儀的位移測量數據，這使得數據處理環節變得更加的開放和多元，為下游市場的開發和操作提供了更多的可能性。但是進程間的通信在方便同步的同時消耗了CPU額外的時間，在面對大量信息實時操作時還是顯得有些不足并需要完善。

參考文獻：

[1]徐志凱.熱動類基本數據庫與函數庫的研究與開發.東南大學.2004。

[2]梁庚等.Windows下進程間通信方式探討.微型電腦應用. 2006（12）。

[3]李濤.圖形用戶界面GUI的自動測試工具的研究.四川大學.2005。