在數(shù)控系統(tǒng)中，刀具微動(dòng)、工件對(duì)刀、工作臺(tái)的隨動(dòng)、機(jī)床原點(diǎn)的修正等這些功能通常是通過(guò)手輪操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一功能給機(jī)床操作人員帶來(lái)了很多方便，使得手輪在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛。但手輪在微幅左右搖擺時(shí)，容易產(chǎn)生抖動(dòng)，造成輸出脈沖不準(zhǔn)，導(dǎo)致機(jī)床誤動(dòng)作，輕則造成加工工件報(bào)廢，重則危及到操作者的人身安全，所以在機(jī)床加工過(guò)程中，精度及可靠性顯得尤其重要。筆者在實(shí)際數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中，總結(jié)、試驗(yàn)了一種結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖州喰盘?hào)處理的方法。
1手輪工作原理
手輪又稱(chēng)手搖脈沖發(fā)生器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)情況下，光柵盤(pán)與旋轉(zhuǎn)軸同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)由發(fā)光元件組成的檢測(cè)裝置，將其轉(zhuǎn)過(guò)的角度大小轉(zhuǎn)變?yōu)楹形恢煤头较蛐畔⒌拿}沖序列，在程序控制下能驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)。手輪每旋轉(zhuǎn)一個(gè)刻度得到具有一組相位相差90的a、b信號(hào)。正轉(zhuǎn)時(shí)， a相超前b相90 ，反轉(zhuǎn)時(shí)， b相超前a相90.
2手輪信號(hào)處理手輪輸出信號(hào)處理電路有分立元件、專(zhuān)用芯片、單片機(jī)、可編程邏輯器件等很多種實(shí)現(xiàn)方法。但對(duì)于多軸數(shù)控系統(tǒng)而言，若采用分立元件來(lái)完成包括手輪信號(hào)在內(nèi)的一系列編碼器信號(hào)，則需要較多的元器件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗增加，穩(wěn)定性下降等缺點(diǎn)。
目前常采用復(fù)雜的可編程邏輯器件cpld來(lái)實(shí)現(xiàn)手輪信號(hào)鑒相與濾波的功能。它由鑒相、去抖電路、延時(shí)電路、16位可逆計(jì)數(shù)器、輸出緩沖器以及數(shù)據(jù)總線(xiàn)構(gòu)成。以下針對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)方向，產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向信號(hào)。由手輪工作原理可知，在每個(gè)信號(hào)周期內(nèi)， a信號(hào)脈沖和b信號(hào)脈沖相差90 ，輸出信號(hào)如所示。手輪方向信息定義為：若a信號(hào)脈沖超前b信號(hào)脈沖90 ，手輪正方向移動(dòng)2 2手輪信號(hào)鑒相、去抖電路設(shè)計(jì)為了剔除由于各種干擾因素而導(dǎo)致手輪輸出脈沖帶有的雜波，保證輸出信號(hào)的可靠性和有效性，在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)之前必須進(jìn)行去抖處理。一般采用兩種方法來(lái)改善濾除雜波的能力：一是使用施密特觸發(fā)器當(dāng)輸入極，借由施密特觸發(fā)器對(duì)波形整形的能力來(lái)濾除雜波；二是利用多級(jí)延時(shí)的方法來(lái)完成濾波功能。同樣，鑒相也可以采用常用的方法： d觸發(fā)器和門(mén)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但抗力差。
基于以上的分析，為了更好地實(shí)現(xiàn)手輪信號(hào)的鑒相與濾波的工作，本文采用了狀態(tài)機(jī)加標(biāo)志判別的方法。經(jīng)過(guò)在實(shí)際工作中的反復(fù)試驗(yàn)，證明使用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)手輪的鑒相、去抖工作，比以往的方法效果要好。
可知：旋轉(zhuǎn)一個(gè)刻度，理想的情況是a、b信號(hào)組合共有4種狀態(tài)，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)， ba的狀態(tài)為：00 01 11 10；當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)， ba狀態(tài)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(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)狀態(tài)的標(biāo)志，當(dāng)完成從前一狀態(tài)到下一狀態(tài)轉(zhuǎn)變后，相應(yīng)位置1.若正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)連續(xù)完成4個(gè)狀態(tài)，則有1個(gè)脈沖輸出，即q = 1，并規(guī)定正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，方向信號(hào)d = 1，反則d = 0.
下面將分項(xiàng)說(shuō)明手輪信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并以采用cpld實(shí)現(xiàn)為例，說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。
當(dāng)前狀態(tài)為s1時(shí)：（1）若前一狀態(tài)為s1，置正轉(zhuǎn)標(biāo)志fp= 0001，fn= 0001，則q = 0；（2）若前一狀態(tài)為s3，且fp= 1111，則q = 1，d = 1，手輪正轉(zhuǎn)一個(gè)刻度；（3）若前一狀態(tài)為s2，且fn = 1111，則q = 1，d = 0，手輪反轉(zhuǎn)一個(gè)刻度；（4）若前一狀態(tài)為s4，此狀態(tài)為無(wú)效狀態(tài)，重置fp= 0001， fn = 0001， q = 0，手輪有干擾信號(hào)過(guò)來(lái)，不記數(shù)。
當(dāng)前狀態(tài)為s2時(shí)：（1）若前一狀態(tài)為s4，且fn= 0111，則置fn= 1111， fp清零，手輪信號(hào)完成從s4狀態(tài)到s2狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，屬于一個(gè)周期的中間過(guò)程，手輪刻度未發(fā)生變化， q = 0；（2）若前一狀態(tài)為s1，且fp= 0001，則置fp= 0011， fn清零，手輪信號(hào)完成從s1狀態(tài)到s2狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，結(jié)果同上；（3）若前一狀態(tài)為s3，此狀態(tài)為無(wú)效狀態(tài)，重置fp= 0001， fn = 0001， q = 0，手輪有干擾信號(hào)過(guò)來(lái)，不記數(shù)。
當(dāng)前狀態(tài)為s4時(shí)：（1）若前一狀態(tài)為s3，且fn= 0011，則置fn= 0111， fp清零，手輪信號(hào)完成從s3狀態(tài)到s4狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，屬于一個(gè)周期的中間過(guò)程，手輪刻度未發(fā)生變化， q = 0；（2）若前一狀態(tài)為s2，且fp= 0011，則置fp= 0111， fn清零，手輪信號(hào)完成從s2狀態(tài)到s4狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，屬于一個(gè)周期的中間過(guò)程，手輪刻度未發(fā)生變化， q = 0；（3）若前一狀態(tài)為s1，此狀態(tài)為無(wú)效狀態(tài)，重置fp= 0001， fn = 0001， q = 0，手輪有干擾信號(hào)過(guò)來(lái)，不記數(shù)。
當(dāng)前狀態(tài)為s3時(shí)：（1）若前一狀態(tài)為s1，且fn= 0001，則置fn= 0011， fp清零，手輪信號(hào)完成從s1狀態(tài)到s3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，屬于一個(gè)周期的中間過(guò)程，手輪刻度未發(fā)生變化， q = 0；（2）若前一狀態(tài)為s4，且fp= 0111，則置fp= 1111， fn清零，手輪信號(hào)完成從s4狀態(tài)到s3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，屬于一個(gè)周期的中間過(guò)程，手輪刻度未發(fā)生變化， q = 0；（3）若前一狀態(tài)為s2，此狀態(tài)為無(wú)效狀態(tài)，重置fp= 0001， fn = 0001， q = 0，手輪有干擾信號(hào)過(guò)來(lái)，不記數(shù)。
2 3延時(shí)電路
由可逆計(jì)數(shù)器工作原理可知，在計(jì)數(shù)之前，要先判別方向，在此可以用d觸發(fā)器使手輪脈沖信號(hào)比方向滯后一個(gè)時(shí)鐘周期，給出了實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖。
因此，施釉機(jī)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(jié)針對(duì)典型衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的施釉工藝流程及工藝要求，確定設(shè)計(jì)施釉機(jī)器人的原則后，得出以下結(jié)論：（1）施釉機(jī)器人可以為5個(gè)自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)器人；（2）根據(jù)典型衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品（即連體坐便器的各項(xiàng)尺寸均選相應(yīng)的極限值），可以確定施釉機(jī)器人各部位的結(jié)構(gòu)尺寸；（3）實(shí)際設(shè)計(jì)施釉機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)器人的工作裕度；（4）施釉機(jī)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(dòng)的距離。
(完)