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數控運行狀態中的信號控制
閱讀：861 發布時間：2022-7-4在數控系統中，刀具微動、工件對刀、工作臺的隨動、機床原點的修正等這些功能通常是通過手輪操作來實現的，這一功能給機床操作人員帶來了很多方便，使得手輪在數控機床中應用十分廣泛。但手輪在微幅左右搖擺時，容易產生抖動，造成輸出脈沖不準，導致機床誤動作，輕則造成加工工件報廢，重則危及到操作者的人身安全，所以在機床加工過程中，精度及可靠性顯得尤其重要。筆者在實際數控系統應用中，總結、試驗了一種結構嚴謹的手輪信號處理的方法。
1手輪工作原理
手輪又稱手搖脈沖發生器，它實質上是一個增量式編碼器，是一種光電式的位置控制元件。給出了手輪的工作原理圖，在手輪轉動情況下，光柵盤與旋轉軸同速轉動，經過由發光元件組成的檢測裝置，將其轉過的角度大小轉變為含有位置和方向信息的脈沖序列，在程序控制下能驅動數控機床各軸運動。手輪每旋轉一個刻度得到具有一組相位相差90的A、B信號。正轉時， A相超前B相90 ，反轉時， B相超前A相90.
2手輪信號處理手輪輸出信號處理電路有分立元件、專用芯片、單片機、可編程邏輯器件等很多種實現方法。但對于多軸數控系統而言，若采用分立元件來完成包括手輪信號在內的一系列編碼器信號，則需要較多的元器件，導致結構復雜，功耗增加，穩定性下降等缺點。
目前常采用復雜的可編程邏輯器件CPLD來實現手輪信號鑒相與濾波的功能。它由鑒相、去抖電路、延時電路、16位可逆計數器、輸出緩沖器以及數據總線構成。以下針對各部分電路的功能加以敘述。
2 1鑒相電路原理鑒相電路的作用是獲得手輪的轉動方向，產生計數器的計數方向信號。由手輪工作原理可知，在每個信號周期內， A信號脈沖和B信號脈沖相差90 ，輸出信號如所示。手輪方向信息定義為：若A信號脈沖超前B信號脈沖90 ，手輪正方向移動2 2手輪信號鑒相、去抖電路設計為了剔除由于各種干擾因素而導致手輪輸出脈沖帶有的雜波，保證輸出信號的可靠性和有效性，在計數器計數之前必須進行去抖處理。一般采用兩種方法來改善濾除雜波的能力：一是使用施密特觸發器當輸入極，借由施密特觸發器對波形整形的能力來濾除雜波；二是利用多級延時的方法來完成濾波功能。同樣，鑒相也可以采用常用的方法： D觸發器和門電路來實現。這些方法實現起來比較簡單，但抗力差。
基于以上的分析，為了更好地實現手輪信號的鑒相與濾波的工作，本文采用了狀態機加標志判別的方法。經過在實際工作中的反復試驗，證明使用這種方式來實現手輪的鑒相、去抖工作，比以往的方法效果要好。
可知：旋轉一個刻度，理想的情況是A、B信號組合共有4種狀態，當正轉時， BA的狀態為：00 01 11 10；當反轉時， BA狀態為： 00 10 11 01.為了敘述方便，令S1= 00、S2= 01、S4= 11、S3= 10，圖中的FP和FN是作為正轉和反轉對應狀態的標志，當完成從前一狀態到下一狀態轉變后，相應位置1.若正轉或反轉連續完成4個狀態，則有1個脈沖輸出，即Q = 1，并規定正方向旋轉時，方向信號D = 1，反則D = 0.
下面將分項說明手輪信號狀態轉換圖，并以采用CPLD實現為例，說明設計過程。
當前狀態為S1時：（1）若前一狀態為S1，置正轉標志FP= 0001，FN= 0001，則Q = 0；（2）若前一狀態為S3，且FP= 1111，則Q = 1，D = 1，手輪正轉一個刻度；（3）若前一狀態為S2，且FN = 1111，則Q = 1，D = 0，手輪反轉一個刻度；（4）若前一狀態為S4，此狀態為無效狀態，重置FP= 0001， FN = 0001， Q = 0，手輪有干擾信號過來，不記數。
當前狀態為S2時：（1）若前一狀態為S4，且FN= 0111，則置FN= 1111， FP清零，手輪信號完成從S4狀態到S2狀態的轉換，屬于一個周期的中間過程，手輪刻度未發生變化， Q = 0；（2）若前一狀態為S1，且FP= 0001，則置FP= 0011， FN清零，手輪信號完成從S1狀態到S2狀態的轉換，結果同上；（3）若前一狀態為S3，此狀態為無效狀態，重置FP= 0001， FN = 0001， Q = 0，手輪有干擾信號過來，不記數。
當前狀態為S4時：（1）若前一狀態為S3，且FN= 0011，則置FN= 0111， FP清零，手輪信號完成從S3狀態到S4狀態的轉換，屬于一個周期的中間過程，手輪刻度未發生變化， Q = 0；（2）若前一狀態為S2，且FP= 0011，則置FP= 0111， FN清零，手輪信號完成從S2狀態到S4狀態的轉換，屬于一個周期的中間過程，手輪刻度未發生變化， Q = 0；（3）若前一狀態為S1，此狀態為無效狀態，重置FP= 0001， FN = 0001， Q = 0，手輪有干擾信號過來，不記數。
當前狀態為S3時：（1）若前一狀態為S1，且FN= 0001，則置FN= 0011， FP清零，手輪信號完成從S1狀態到S3狀態的轉換，屬于一個周期的中間過程，手輪刻度未發生變化， Q = 0；（2）若前一狀態為S4，且FP= 0111，則置FP= 1111， FN清零，手輪信號完成從S4狀態到S3狀態的轉換，屬于一個周期的中間過程，手輪刻度未發生變化， Q = 0；（3）若前一狀態為S2，此狀態為無效狀態，重置FP= 0001， FN = 0001， Q = 0，手輪有干擾信號過來，不記數。
2 3延時電路
由可逆計數器工作原理可知，在計數之前，要先判別方向，在此可以用D觸發器使手輪脈沖信號比方向滯后一個時鐘周期，給出了實現電路結構圖。
因此，施釉機器人工作空間的體積為V= 360（R 2 m ax - R 2 m in） （1m ax - 1m in）（b max - b m in）4小結針對典型衛生陶瓷產品的施釉工藝流程及工藝要求，確定設計施釉機器人的原則后，得出以下結論：（1）施釉機器人可以為5個自由度的關節型機器人；（2）根據典型衛生陶瓷產品（即連體坐便器的各項尺寸均選相應的極限值），可以確定施釉機器人各部位的結構尺寸；（3）實際設計施釉機器人的結構尺寸時，還應考慮機器人的工作裕度；（4）施釉機器人的工作空間是由4條圓弧組成的封閉圖形面積，再乘以沿y軸移動的距離。
(完)