LPS-5型精密磨拋機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備，同時，該設備也可對多種不同規(guī)格、不同類型、不同特性的半導體材料實現(xiàn)高精度、低損傷的表面加工處理。LPS-5型精密磨拋機具備：磨拋方式、磨拋轉(zhuǎn)速、磨拋時間設定、顯示、磨拋過程自動控制、磨拋壓力可調(diào)、磨拋進度實時監(jiān)測等特點。有效的確保了磨拋精度。

一、系統(tǒng)概述

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

二、系統(tǒng)硬件

1．LPS-5型精密磨拋機磨盤驅(qū)動系統(tǒng)

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

LPS-5型精密磨拋機的磨盤驅(qū)動由主控CPU電路發(fā)出轉(zhuǎn)速信號（0-10VDC）給伺服電機控制器來控制電機的轉(zhuǎn)速。CPU將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送到DA轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相對應的模擬電壓信號。為提高電壓信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，對DA轉(zhuǎn)換得到的模擬電壓進行放大隔離后才送到伺服電機驅(qū)動器作為轉(zhuǎn)速控制信號。

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

2. LPS-5型精密磨拋機的磨臂控制系統(tǒng)

包括步進電機、步進電機控制器、脈沖發(fā)生電路等組成，磨臂控制框圖見圖2。

CPU接受磨臂控制按鍵的信號后，產(chǎn)生步進電機方向控制信號和步進脈沖序列。為提高方向信號和步進脈沖在傳輸中的抗干擾能力和保護主控CPU電路，對這兩路信號采取光電隔離傳輸?shù)姆绞?。步進電機控制器接受方向和步進信號后，驅(qū)動步進電機正確的運行，從而控制磨臂的動作。

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)的設置、處理和保存，系統(tǒng)框圖見圖3。

 

按鍵處理電路采用專用處理芯片，該芯片最多可處理32個按鍵，能自動識別按鍵并發(fā)出該按鍵的代碼。從而大大減化了硬件電路和軟件的設計。

CPU電路采用兩塊ATMEL公司的AT89C52單片機構(gòu)成雙CPU控制電路，該單片機內(nèi)帶384字節(jié)的RAM和8K字節(jié)的FLASH ROM，晶振頻率可達到24MHZ。相當適用于中小型控制系統(tǒng)。主CPU主要負責對按鍵碼的處理、磨臂控制、工作定時和LCD顯示控制，輔CPU通過串口通訊從主CPU接受信息后對磨盤轉(zhuǎn)速和料桶進行控制。

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

4.自動喂料系統(tǒng)

LPS-5型精密磨拋機的自動喂料系統(tǒng)包括料桶驅(qū)動電機等組成。在設備工作過程中，由料桶驅(qū)動電機驅(qū)動料桶旋轉(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，磨盤轉(zhuǎn)速減少1rpm。主CPU根據(jù)轉(zhuǎn)速計算具體的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

  else

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

DA轉(zhuǎn)換電路的控制流程圖見圖4。當控制器使能后，根據(jù)轉(zhuǎn)速計算出DA轉(zhuǎn)換值，然后CPU發(fā)出信號選通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)出信號選通DA轉(zhuǎn)換器的DA寄存器，啟動DA轉(zhuǎn)換。

2、磨臂控制

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

磨臂初始化的主要任務是檢測磨臂內(nèi)外限位開關是否正常工作，設備開機時候，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。進入磨臂初始化程序后，檢測當前的磨臂位置然后根據(jù)圖5所示的流程進行動作。

    當精密磨拋機工作在擺動模式下，磨臂可以自主進行擺動。用戶只需設置磨臂內(nèi)外擺動的范圍，如果范圍超出磨臂限位開關限制的范圍則發(fā)出警報提示用戶重新設置范圍。設置完畢后，啟動擺動模式，磨臂以當前位置為中點，進行內(nèi)外擺動?？刂屏鞒虉D見圖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單，流程圖見圖7。當有鍵按下時，鍵盤處理芯片發(fā)出信號引發(fā)按鍵中斷。并向單片機發(fā)出按鍵代碼。單片機進入中斷處理程序讀出按鍵代碼，調(diào)用相關的功能子程序。

4.顯示及系統(tǒng)監(jiān)控

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

設備上電后，控制系統(tǒng)首先進行自檢。包括對EEPROM、主單片機、輔單片機進行檢測。如有故障，則報警提示操作者。

主單片機的工作監(jiān)控采用了專用監(jiān)控芯片，該芯片具備上電復位、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精密磨拋機樣機已完成安裝調(diào)試，并在澤天傳感的生產(chǎn)線上成功投入運行，對磨拋的傳感器鋼杯表面檢測表明，完全可以滿足后道工序的工藝要求，結(jié)果說明，LPS-5精密磨拋機的電氣控制系統(tǒng)具有控制精度高、操作簡單靈活、可靠性好、經(jīng)濟性好等特點。