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上。

三、系統(tǒng)控制軟件

1、LPS-5磨拋系統(tǒng)的磨盤控制

LPS-5型精密磨拋機(jī)的磨盤控制軟件分為轉(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，磨盤轉(zhuǎn)速增加1rpm；按下轉(zhuǎn)速減一鍵時(shí)，磨盤轉(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

由于采用了專用鍵盤芯片，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)。