LPS-5型精密磨抛机控制系统的设计

LPS-5型精密磨抛机是为加工泽天传感的溅射薄膜压力传感器钢杯表面而研制的专用磨抛处理设备，同时，该设备也可对多种不同规格、不同类型、不同特性的半导体材料实现高精度、低损伤的表面加工处理。LPS-5型精密磨抛机具备：磨抛方式、磨抛转速、磨抛时间设定、显示、磨抛过程自动控制、磨抛压力可调、磨抛进度实时监测等特点。有效的确保了磨抛精度。

一、系统概述

LPS-5型精密磨抛机电气控制系统具备了磨抛过程中的自动喂料、磨盘速度可调、磨抛时间可调和磨臂动作可控制等功能。电气控制系统包括：磨盘驱动、磨臂驱动、自动喂料、主控CPU电路和系统监控部分。

二、系统硬件

1．LPS-5型精密磨抛机磨盘驱动系统

包括直流伺服电机、伺服电机控制、DA转换电路、参考电压电路、信号调理电路等组成。系统框图如图1所示。

LPS-5型精密磨抛机的磨盘驱动由主控CPU电路发出转速信号（0-10VDC）给伺服电机控制器来控制电机的转速。CPU将转速数据发送到DA转换电路转换为相对应的模拟电压信号。为提高电压信号传输的抗干扰能力，对DA转换得到的模拟电压进行放大隔离后才送到伺服电机驱动器作为转速控制信号。

LPS-5型精密磨抛机磨盘驱动系统采用了德国LENZE公司生产的530系列永磁直流伺服驱动系统。该系统具有低速大惯量、调速范围大、低速运行平稳和力矩波动小等特点，能够很好的满足生产工艺的要求。

2. LPS-5型精密磨抛机的磨臂控制系统

包括步进电机、步进电机控制器、脉冲发生电路等组成，磨臂控制框图见图2。

CPU接受磨臂控制按键的信号后，产生步进电机方向控制信号和步进脉冲序列。为提高方向信号和步进脉冲在传输中的抗干扰能力和保护主控CPU电路，对这两路信号采取光电隔离传输的方式。步进电机控制器接受方向和步进信号后，驱动步进电机正确的运行，从而控制磨臂的动作。

3.主控CPU电路

主控电路包括按键处理电路、CPU电路和串口EEPROM组成。主要完成工作参数的设置、处理和保存，系统框图见图3。

 

按键处理电路采用专用处理芯片，该芯片最多可处理32个按键，能自动识别按键并发出该按键的代码。从而大大减化了硬件电路和软件的设计。

CPU电路采用两块ATMEL公司的AT89C52单片机构成双CPU控制电路，该单片机内带384字节的RAM和8K字节的FLASH ROM，晶振频率可达到24MHZ。相当适用于中小型控制系统。主CPU主要负责对按键码的处理、磨臂控制、工作定时和LCD显示控制，辅CPU通过串口通讯从主CPU接受信息后对磨盘转速和料桶进行控制。

两块CPU共享一块串口EEPROM，在工作过程中把各种参数存入EEPROM中，实现工作参数的掉电保存。

4.自动喂料系统

LPS-5型精密磨抛机的自动喂料系统包括料桶驱动电机等组成。在设备工作过程中，由料桶驱动电机驱动料桶旋转，使磨液均匀的流到磨盘上。

三、系统控制软件

1、LPS-5磨抛系统的磨盘控制

LPS-5型精密磨抛机的磨盘控制软件分为转速按键的处理和DA转换的控制。当按下转速加一键，磨盘转速增加1rpm；按下转速减一键时，磨盘转速减少1rpm。主CPU根据转速计算具体的DA转换数据的算法如下：（spd为磨盘转速，P0为DA转换数据）

  if((spd%2) == 0)

    { P0 = (spd/2) * 5;}            //转速为偶数转时

  else

    { P0 = ((spd/2 + 1) * 5-3);}   //转速为奇数转时

DA转换电路的控制流程图见图4。当控制器使能后，根据转速计算出DA转换值，然后CPU发出信号选通DA转换器的输入寄存器，将DA转换数据存入DA转换器。再发出信号选通DA转换器的DA寄存器，启动DA转换。

2、磨臂控制

LPS-5型精密磨抛机的磨臂的控制包括磨臂初始化的动作和磨臂摆动工作模式的动作。通过编程，单片机可发出频率、周期、占空比可调的步进驱动脉冲串。使用这些脉冲串可以很方便的控制磨臂进行各种动作。

磨臂初始化的主要任务是检测磨臂内外限位开关是否正常工作，设备开机时候，磨臂可能处于三种位置：外限位、内限位和内外限位之间。进入磨臂初始化程序后，检测当前的磨臂位置然后根据图5所示的流程进行动作。

    当精密磨抛机工作在摆动模式下，磨臂可以自主进行摆动。用户只需设置磨臂内外摆动的范围，如果范围超出磨臂限位开关限制的范围则发出警报提示用户重新设置范围。设置完毕后，启动摆动模式，磨臂以当前位置为中点，进行内外摆动。控制流程图见图6。

3.按键处理

由于采用了专用键盘芯片，按键处理程序非常简单，流程图见图7。当有键按下时，键盘处理芯片发出信号引发按键中断。并向单片机发出按键代码。单片机进入中断处理程序读出按键代码，调用相关的功能子程序。

4.显示及系统监控

LPS-5精密磨抛机的所有工作参数和工作状态都显示在一块240*128的液晶显示器上，单片机通过并口通讯控制液晶屏的显示。

设备上电后，控制系统首先进行自检。包括对EEPROM、主单片机、辅单片机进行检测。如有故障，则报警提示操作者。

主单片机的工作监控采用了专用监控芯片，该芯片具备上电复位、电源电压监控和看门狗功能，可有效地保证主CPU正常工作。

             

四、总结

LPS-5精密磨抛机样机已完成安装调试，并在泽天传感的生产线上成功投入运行，对磨抛的传感器钢杯表面检测表明，完全可以满足后道工序的工艺要求，结果说明，LPS-5精密磨抛机的电气控制系统具有控制精度高、操作简单灵活、可靠性好、经济性好等特点。