數(shù)控部件與設(shè)備本體的位置調(diào)整對(duì)系統(tǒng)的工作質(zhì)量至關(guān)重要捡多。文章闡述了數(shù)控機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)裝配調(diào)整中位置校正的基本方法,介紹了基因芯片自動(dòng)化分析儀器的數(shù)控定位器和投影式全自動(dòng)視野儀的激光二維數(shù)控掃描裝置的位置校正算法。

1 數(shù)控機(jī)構(gòu)作為一種自動(dòng)化的定位部件或模塊,廣泛應(yīng)用于機(jī)器設(shè)備和自動(dòng)化儀器領(lǐng)域。相對(duì)于系統(tǒng)本體而言,數(shù)控機(jī)構(gòu)僅僅是一個(gè)獨(dú)立的部件,有其機(jī)械原點(diǎn)和坐標(biāo)系統(tǒng),而它的作用對(duì)象是在系統(tǒng)本體上,有自己的分布規(guī)則和坐標(biāo)系統(tǒng)偶刃。從理論上而言,應(yīng)該保證這兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)處于正確的位置關(guān)系時(shí)才能保證系統(tǒng)的工作要求。實(shí)際上在裝配調(diào)整中,由于數(shù)控位置部件和系統(tǒng)本體的制造和安裝誤差的存在,為了便于裝配加工,往往只需保證數(shù)控部件與系統(tǒng)本體滿足一定的位置條件,而通過(guò)一定的位置調(diào)整方法來(lái)進(jìn)行校正牛拭。筆者在基因芯片自動(dòng)化分析儀器的數(shù)控定位器和投影式全自動(dòng)視野儀的激光二維掃描裝置的裝配中,均采用了坐標(biāo)位置校正方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常的位置關(guān)系,降低了裝配調(diào)整工作的技術(shù)難度嘹谎。

2 自動(dòng)尋找原點(diǎn)的方法機(jī)械原點(diǎn)是數(shù)控機(jī)構(gòu)各坐標(biāo)軸的絕對(duì)零點(diǎn),是各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位置的基本參考點(diǎn),由安裝在各軸的零位開(kāi)關(guān)唯一確定大熟。由于機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)具有一定的慣性,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有升頻、穩(wěn)速囤恶、降頻三階段,為保證數(shù)控機(jī)構(gòu)在零位開(kāi)關(guān)觸發(fā)時(shí),坐標(biāo)軸立即停止運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行在低頻某一恒定的速度段偿荷。系統(tǒng)在自動(dòng)尋找原點(diǎn)時(shí),在指定方向每運(yùn)動(dòng)一步后,即檢查零位開(kāi)關(guān)是否觸發(fā),若開(kāi)關(guān)已工作,即確定該位置為此坐標(biāo)軸的零點(diǎn)。

3 數(shù)控機(jī)構(gòu)位置校正軟件和控制面板設(shè)計(jì)

為解決數(shù)控機(jī)構(gòu)的位置調(diào)整問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)了基本的校正軟件和控制面板,研究了一些數(shù)控機(jī)構(gòu)的校正算法,包括以下功能唠椭。 點(diǎn)動(dòng)方式 為調(diào)整數(shù)控機(jī)構(gòu)坐標(biāo)軸的位置,控制面板設(shè)計(jì)有各軸的點(diǎn)動(dòng)方式,其最小點(diǎn)動(dòng)當(dāng)量為電動(dòng)機(jī)的最小運(yùn)動(dòng)當(dāng)量跳纳。自動(dòng)尋找原點(diǎn)方式 自動(dòng)尋找原點(diǎn)并顯示運(yùn)動(dòng)距離或步數(shù),設(shè)計(jì)有x-gozero(),y-gozero()函數(shù)。校正算法 是數(shù)控機(jī)構(gòu)位置調(diào)整的核心,不同的數(shù)控機(jī)構(gòu)要確定自己的校正算法贪嫂。配置文件 記錄數(shù)控機(jī)構(gòu)位置校正的基本參數(shù)值,由校正算法計(jì)算后自動(dòng)生成,作為數(shù)控機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的基本配置文件寺庄。

4 基因芯片自動(dòng)化分析儀器數(shù)控定位器的位置校正方法

在儀器本體上有由25個(gè)相距9mm的試管組成的樣本區(qū),其具有一個(gè)以1#試管中心為原點(diǎn)的樣本坐標(biāo)系X'O'Y'。數(shù)控定位器帶動(dòng)取樣探針運(yùn)動(dòng)到指定編號(hào)的試管位置,進(jìn)行取樣工作力崇。該數(shù)控定位器為典型的平面二坐標(biāo)數(shù)控機(jī)構(gòu),在X軸和Y軸上用接近開(kāi)關(guān)分別設(shè)置有機(jī)械零位铣揉。由于數(shù)控定位器是作為一個(gè)部件整體安置在儀器上的,考慮到制造的經(jīng)濟(jì)性,在裝配時(shí)利用定位元件保證樣本區(qū)的坐標(biāo)系與數(shù)控定位器的坐標(biāo)系平行,這時(shí)位置校正參數(shù)為這兩坐標(biāo)系的平移值。 位置校正時(shí),利用點(diǎn)動(dòng)命令將探針移動(dòng)到1#試管位置,此為樣本坐標(biāo)系的原點(diǎn)餐曹。啟動(dòng)自動(dòng)尋找原點(diǎn)功能和調(diào)用該函數(shù),X逛拱、Y軸自動(dòng)回零,并顯示實(shí)際各坐標(biāo)移動(dòng)距離并寫(xiě)入配置文件,完成數(shù)控定位器的位置校正。

5 投射式全自動(dòng)視野儀激光二維掃描裝置的位置校正方法

投射式全自動(dòng)視野儀的投射原理,投射屏為直徑330mm 的半球內(nèi)壁,激光二維掃描裝置懸掛在空中,將光束投射在球內(nèi)壁上,生成視標(biāo)台猴。光學(xué)投射系統(tǒng)在水平面和垂直面上可分別由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)作C'軸朽合、A'軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),將光標(biāo)投向屏幕上的設(shè)定位置。 由于在裝配中制造誤差和調(diào)整誤差的影響,很難保證光學(xué)投射系統(tǒng)安裝后相對(duì)半球屏的準(zhǔn)確位置和視標(biāo)的正確投射位置,因而應(yīng)確定該系統(tǒng)的實(shí)際工作位置,進(jìn)行必要的校正饱狂。 如圖3所示,假定知道球面上任意兩點(diǎn)D(x1,y1,z1)和E(x2,y2,z2),并測(cè)得此時(shí)的d和h分別為d1祖擦、h1和d2、h2,由幾何關(guān)系可得如下方程装魁。

sind1= c-z1 [(x1-a)2+(y1-b)2+(z1-c)2]? tgh1= |y1|+b x1-a sind2= c-z2 [(x2-a)2+(y2-b)2+(z2-c)2]? tgh2= |y2|+b x2-a (1)

解上面方程組得到a酷豫、b、c 調(diào)整值為

a= x1tgh1-x2tgh2+|y1|-|y2| tgh1-tgh2 b= (x1-x2)tgh1tgh2+|y1|tgh2-|y2|tgh1 tgh1-tgh2 c=z1+|tgd1|[(x1-a)2+(z1-b)2]? (2)

由上述分析可知,激光二維掃描裝置安裝后,將光束從零點(diǎn)分別移動(dòng)到半球屏的已知兩點(diǎn),確定兩旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)值,并代入式(2),即可計(jì)算出激光器的實(shí)際位置O'(a,b,c),以此作為光標(biāo)位置控制的基本參數(shù)逐程。

6 數(shù)控部件與系統(tǒng)本體的位置調(diào)整對(duì)系統(tǒng)工作質(zhì)量至關(guān)重要雀秤。低速度回零是保證坐標(biāo)軸準(zhǔn)確定位于機(jī)械原點(diǎn)的前提。不同的數(shù)控機(jī)構(gòu)都可以選擇一定的調(diào)整校正方法來(lái)降低裝配的技術(shù)難度。

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