LPS-5型精密磨拋機(jī)是為加工澤天傳感的濺射薄膜壓力傳感器鋼杯表面而研制的專(zhuān)用磨拋處理設(shè)備，同時(shí)，該設(shè)備也可對(duì)多種不同規(guī)格、不同類(lèi)型、不同特性的半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)高精度、低損傷的表面加工處理。LPS-5型精密磨拋機(jī)具備：磨拋方式、磨拋轉(zhuǎn)速、磨拋時(shí)間設(shè)定、顯示、磨拋過(guò)程自動(dòng)控制、磨拋壓力可調(diào)、磨拋進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。有效的確保了磨拋精度。

一、系統(tǒng)概述

LPS-5型精密磨拋機(jī)電氣控制系統(tǒng)具備了磨拋過(guò)程中的自動(dòng)喂料、磨盤(pán)速度可調(diào)、磨拋時(shí)間可調(diào)和磨臂動(dòng)作可控制等功能。電氣控制系統(tǒng)包括：磨盤(pán)驅(qū)動(dòng)、磨臂驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)喂料、主控CPU電路和系統(tǒng)監(jiān)控部分。

二、系統(tǒng)硬件

1．LPS-5型精密磨拋機(jī)磨盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

包括直流伺服電機(jī)、伺服電機(jī)控制、DA轉(zhuǎn)換電路、參考電壓電路、信號(hào)調(diào)理電路等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

LPS-5型精密磨拋機(jī)的磨盤(pán)驅(qū)動(dòng)由主控CPU電路發(fā)出轉(zhuǎn)速信號(hào)（0-10VDC）給伺服電機(jī)控制器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。CPU將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送到DA轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。為提高電壓信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力，對(duì)DA轉(zhuǎn)換得到的模擬電壓進(jìn)行放大隔離后才送到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。

LPS-5型精密磨拋機(jī)磨盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了德國(guó)LENZE公司生產(chǎn)的530系列永磁直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有低速大慣量、調(diào)速范圍大、低速運(yùn)行平穩(wěn)和力矩波動(dòng)小等特點(diǎn)，能夠很好的滿足生產(chǎn)工藝的要求。

2. LPS-5型精密磨拋機(jī)的磨臂控制系統(tǒng)

包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器、脈沖發(fā)生電路等組成，磨臂控制框圖見(jiàn)圖2。

CPU接受磨臂控制按鍵的信號(hào)后，產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)和步進(jìn)脈沖序列。為提高方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖在傳輸中的抗干擾能力和保護(hù)主控CPU電路，對(duì)這兩路信號(hào)采取光電隔離傳輸?shù)姆绞健２竭M(jìn)電機(jī)控制器接受方向和步進(jìn)信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正確的運(yùn)行，從而控制磨臂的動(dòng)作。

3.主控CPU電路

主控電路包括按鍵處理電路、CPU電路和串口EEPROM組成。主要完成工作參數(shù)的設(shè)置、處理和保存，系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3。

按鍵處理電路采用專(zhuān)用處理芯片，該芯片最多可處理32個(gè)按鍵，能自動(dòng)識(shí)別按鍵并發(fā)出該按鍵的代碼。從而大大減化了硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)。

CPU電路采用兩塊ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)構(gòu)成雙CPU控制電路，該單片機(jī)內(nèi)帶384字節(jié)的RAM和8K字節(jié)的FLASH ROM，晶振頻率可達(dá)到24MHZ。相當(dāng)適用于中小型控制系統(tǒng)。主CPU主要負(fù)責(zé)對(duì)按鍵碼的處理、磨臂控制、工作定時(shí)和LCD顯示控制，輔CPU通過(guò)串口通訊從主CPU接受信息后對(duì)磨盤(pán)轉(zhuǎn)速和料桶進(jìn)行控制。

兩塊CPU共享一塊串口EEPROM，在工作過(guò)程中把各種參數(shù)存入EEPROM中，實(shí)現(xiàn)工作參數(shù)的掉電保存。

4.自動(dòng)喂料系統(tǒng)

LPS-5型精密磨拋機(jī)的自動(dòng)喂料系統(tǒng)包括料桶驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。在設(shè)備工作過(guò)程中，由料桶驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)料桶旋轉(zhuǎn)，使磨液均勻的流到磨盤(pán)上。

三、系統(tǒng)控制軟件

1、LPS-5磨拋系統(tǒng)的磨盤(pán)控制

LPS-5型精密磨拋機(jī)的磨盤(pán)控制軟件分為轉(zhuǎn)速按鍵的處理和DA轉(zhuǎn)換的控制。當(dāng)按下轉(zhuǎn)速加一鍵，磨盤(pán)轉(zhuǎn)速增加1rpm；按下轉(zhuǎn)速減一鍵時(shí)，磨盤(pán)轉(zhuǎn)速減少1rpm。主CPU根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算具體的DA轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的算法如下：（spd為磨盤(pán)轉(zhuǎn)速，P0為DA轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)）

  if((spd%2) == 0)

    { P0 = (spd/2) * 5;}            //轉(zhuǎn)速為偶數(shù)轉(zhuǎn)時(shí)

  else

    { P0 = ((spd/2 + 1) * 5-3);}   //轉(zhuǎn)速為奇數(shù)轉(zhuǎn)時(shí)

DA轉(zhuǎn)換電路的控制流程圖見(jiàn)圖4。當(dāng)控制器使能后，根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算出DA轉(zhuǎn)換值，然后CPU發(fā)出信號(hào)選通DA轉(zhuǎn)換器的輸入寄存器，將DA轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入DA轉(zhuǎn)換器。再發(fā)出信號(hào)選通DA轉(zhuǎn)換器的DA寄存器，啟動(dòng)DA轉(zhuǎn)換。

2、磨臂控制

LPS-5型精密磨拋機(jī)的磨臂的控制包括磨臂初始化的動(dòng)作和磨臂擺動(dòng)工作模式的動(dòng)作。通過(guò)編程，單片機(jī)可發(fā)出頻率、周期、占空比可調(diào)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)脈沖串。使用這些脈沖串可以很方便的控制磨臂進(jìn)行各種動(dòng)作。

磨臂初始化的主要任務(wù)是檢測(cè)磨臂內(nèi)外限位開(kāi)關(guān)是否正常工作，設(shè)備開(kāi)機(jī)時(shí)候，磨臂可能處于三種位置：外限位、內(nèi)限位和內(nèi)外限位之間。進(jìn)入磨臂初始化程序后，檢測(cè)當(dāng)前的磨臂位置然后根據(jù)圖5所示的流程進(jìn)行動(dòng)作。

    當(dāng)精密磨拋機(jī)工作在擺動(dòng)模式下，磨臂可以自主進(jìn)行擺動(dòng)。用戶只需設(shè)置磨臂內(nèi)外擺動(dòng)的范圍，如果范圍超出磨臂限位開(kāi)關(guān)限制的范圍則發(fā)出警報(bào)提示用戶重新設(shè)置范圍。設(shè)置完畢后，啟動(dòng)擺動(dòng)模式，磨臂以當(dāng)前位置為中點(diǎn)，進(jìn)行內(nèi)外擺動(dòng)。控制流程圖見(jiàn)圖6。

3.按鍵處理

由于采用了專(zhuān)用鍵盤(pán)芯片，按鍵處理程序非常簡(jiǎn)單，流程圖見(jiàn)圖7。當(dāng)有鍵按下時(shí)，鍵盤(pán)處理芯片發(fā)出信號(hào)引發(fā)按鍵中斷。并向單片機(jī)發(fā)出按鍵代碼。單片機(jī)進(jìn)入中斷處理程序讀出按鍵代碼，調(diào)用相關(guān)的功能子程序。

4.顯示及系統(tǒng)監(jiān)控

LPS-5精密磨拋機(jī)的所有工作參數(shù)和工作狀態(tài)都顯示在一塊240*128的液晶顯示器上，單片機(jī)通過(guò)并口通訊控制液晶屏的顯示。

設(shè)備上電后，控制系統(tǒng)首先進(jìn)行自檢。包括對(duì)EEPROM、主單片機(jī)、輔單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。如有故障，則報(bào)警提示操作者。

主單片機(jī)的工作監(jiān)控采用了專(zhuān)用監(jiān)控芯片，該芯片具備上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)控和看門(mén)狗功能，可有效地保證主CPU正常工作。

四、總結(jié)

LPS-5精密磨拋機(jī)樣機(jī)已完成安裝調(diào)試，并在澤天傳感的生產(chǎn)線上成功投入運(yùn)行，對(duì)磨拋的傳感器鋼杯表面檢測(cè)表明，完全可以滿足后道工序的工藝要求，結(jié)果說(shuō)明，LPS-5精密磨拋機(jī)的電氣控制系統(tǒng)具有控制精度高、操作簡(jiǎn)單靈活、可靠性好、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。