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【摘要】現(xiàn)有平面玻璃打磨設備功能少，打磨后的玻璃容易發(fā)生鏡面反射問題。在已有機械結(jié)構(gòu)的基礎上，設計一套減少鏡面反射，具有自動、手動和示教多功能的平面玻璃打磨控制系統(tǒng)?？刂圃O備采用兩種方式實現(xiàn)，一是控制卡與工控機結(jié)合，二是采用運動控制器。編程軟件采用VS2015和OtoStudio，主要內(nèi)容包括：分別利用兩種方法實現(xiàn)磨床的自動、手動、回零等功能；分別對磨床的路徑進行規(guī)劃，設計不同的打磨軌跡；采用多種打磨軌跡結(jié)合的方法，消除由單一軌跡帶來的紋路。

【關(guān)鍵詞】平面玻璃；軌跡規(guī)劃；運動控制；打磨

目前工業(yè)中常見的打磨辦法有機械打磨，手工打磨這兩種，手工打磨較為靈敏便利，廣泛的實用性，然而勞動力強度較大，加工效率偏低，品質(zhì)不太穩(wěn)定。而機械打磨較于手工打磨效率高、打磨品質(zhì)好，勞動力強度又低，同時也可以改善勞動條件等，所以機械打磨設施的應用更為普遍[1]。但已有的磨床打磨軌跡比較單一，存在精度不高的困境。同時單一的打磨軌跡使打磨后的玻璃容易發(fā)生鏡面反射，存在磨削紋理，影響使用[2]。而且已有的玻璃磨床功能單一，不能完全滿足用戶對綜合性功能的需求。因此需要設計一套具有多種功能結(jié)合，且可以進行軌跡設計的打磨設備的控制系統(tǒng)。

1平面玻璃打磨設備硬件組成

平面玻璃打磨設備硬件主要包括三個方面：位置固定的主軸磨頭砂輪，XY可移動平臺，控制箱三個部分[3]。主軸：旋轉(zhuǎn)，配備打磨平面玻璃的磨頭。XY可移動平臺：連接兩臺伺服電機，由電機帶動實現(xiàn)XY方向的移動。平臺上放待打磨的玻璃，玻璃由真空吸盤固定。平臺底部由氣缸控制，可以進行升降?？刂葡洌弘姎庠O備與控制器。

2基于GUS控制器的磨床控制系統(tǒng)軟件設計

2.1控制系統(tǒng)主程序流程?；贕US控制器的磨床控制系統(tǒng)主要由三個模塊構(gòu)成，包括手動功能，回零功能和自動功能。手動模塊中設計有點位運動模式和Jog運動模式；回零模塊設計有X軸回零和Y軸回零，回零方式為正向?qū)ふ以c信號；自動模塊設計用到插補運動，直線插補和圓弧插補運動，使打磨設備可移動平臺完成N型和圓弧型軌跡打磨。采用GUS控制器中使用的OtoStudio軟件實現(xiàn)打磨軌跡，而打磨軌跡采用MATLAB軟件進行仿真模擬[4][5]，計算出軌跡點。磨床的手動功能磨床的手動功能，可設置XY平臺的點位運動和JOG運動。點位運動完成的軌跡是點到點的直線運動，JOG運動可實現(xiàn)連續(xù)運動。在可視化界面上的手動模塊上，啟動和停止按鈕，可實現(xiàn)磨床的手動運行。程序界面如圖2所示。2.3磨床的回零功能。在系統(tǒng)的軟件設計中，需要設計回零功能[6]。磨床啟動后，準備開始打磨時，可移動平臺回到原點位置，建立統(tǒng)一的坐標系。如遇到突發(fā)狀況，打磨時，中途斷電后。再次啟動，也需要可移動平臺就回到原點。如圖3、圖4所示，回零功能界面和模塊設計流程圖。2.4磨床的自動功能。在系統(tǒng)軟件設計中，采用插補運動實現(xiàn)可移動平臺自動打磨的功能，流程圖如5所示。而插補運動有兩種，圓弧插補和直線插補[7]。直線插補方式中，兩點間的插補沿著直線的點群來逼近。圓弧插補是給出兩端點間的插補數(shù)字信息，以一定的算法計算出逼近實際圓弧的點群，控制刀具沿這些點運動，加工圓弧曲線。打磨軌跡通過MATLAB仿真軟件計算，然后將數(shù)據(jù)點導入到OtoStudio軟件中。

3基于GTS控制卡的磨床控制系統(tǒng)軟件設計

3.1控制系統(tǒng)功能?；贕TS控制卡和工控機結(jié)合,構(gòu)成控制系統(tǒng)另一種方案的硬件基礎。在windows平臺上采用VS2015的C++進行研發(fā)設計。在此基礎上，平面玻璃磨床的控制系統(tǒng)主要的功能有如下幾個方面[8]：（1）自動模式：實現(xiàn)磨床的自動運行，可按照預設軌跡，速度等參數(shù)運行；（2）手動模式：實現(xiàn)磨床的手動運行，在手動模式下，可以進行磨床的調(diào)試，校正等操作；（3）示教模式：錄入?yún)?shù)，設置磨床運行軌跡等；（4）設置模式：設置控制器IO端口等外設參數(shù)；（5）統(tǒng)計模式：記錄日期，檢修等信息。3.2磨床示教模式。示教模式的主要功能是設置玻璃，磨頭，伺服電機速度，主軸速度及XY平臺的軌跡等參數(shù)，形成文件后保存，作為自動模式的文件被調(diào)用。實現(xiàn)的主要功能包括：（1）玻璃尺寸設置；（2）磨頭尺寸設置；（3）XY平臺中X、Y平臺的移動速度；（4）主軸移動速度；（5）磨床的運動軌跡規(guī)劃在示教模式中，主要研究XY平臺的軌跡規(guī)劃。本課題采用直線軌跡和曲線軌跡兩種方式結(jié)合的規(guī)劃。3.2.1平面直線軌跡。本課題采用Jog運動模式與直線插補運動模式規(guī)劃直線運動。在Jog模式中，每個軸能夠單獨設置速率、加減速度、平滑參數(shù)等數(shù)據(jù)，可以單獨運動或停止。啟動Jog運動以后，根據(jù)設置的加速度加速到勻速持續(xù)運轉(zhuǎn)，在運動的時候能夠隨時隨地修改運動參數(shù)。直線插補運動模式中，兩個點之間的插補運動與沿著兩點之間的直線逼近運動。Jog運動，它是基于單個軸的運動模式?？芍苯釉O計移動距離、與移動速度、加速度、減速度等運動參數(shù)。直線插補運動模式能夠做出的軌跡如下圖（圖6）所示，可基于單個軸或多個軸的運動模式。上面運動模式主要用來做測試與調(diào)試階段使用。3.2.2平面曲線軌跡。平面曲線軌跡的設計，曲線是運動的點在運動時，方向不斷連續(xù)發(fā)生變化所構(gòu)成的線，對于這種線段，XY移動平臺的兩個軸需要聯(lián)合一起運動，構(gòu)成不一樣的線段，在GTS運動控制器中兩個軸一起組合運動。這種模式可以根據(jù)需求，同時控制兩個軸運動，實現(xiàn)圓弧或圓形的運動軌跡。3.3磨床自動模式。自動模式的主要功能是加載示教模式的文件，讓磨床按照示教模式下設置的參數(shù)和軌跡自動運行，同時記錄磨床工作時間等參數(shù)。實現(xiàn)的主要功能包括：（1）加載記錄磨床軌跡等參數(shù)的文件；（2）記錄磨床運行時間；（3）記錄磨頭使用時間。3.4磨床手動模式。手動模式的主要功能是對磨床的參數(shù)進行校正，并且記錄矯正后的參數(shù)。實現(xiàn)的主要功能包括：（1）實現(xiàn)磨床XY平臺的點動運行，步長和速度可設；（2）實現(xiàn)磨床XY平臺的連續(xù)運行，速度可設；（3）回零操作；（4）實現(xiàn)磨床XY平臺的升降等操作；（5）報警顯示及清楚燈操作。手動模式主要研究磨床XY平臺的點動，連續(xù)以及回零操作。點位運動下，各軸能夠獨立運動或停止。按下前、后、左、右的啟動按鈕，可移動平臺進行前后左右的移動，需要中途停止時，松開按鈕即可。連續(xù)運動模式下，設置步長參數(shù)，各軸按照相應的步長進行連續(xù)運動。點動和連續(xù)運動模式下，速度參數(shù)有三種方式，低速，中速和高速。通過XY平臺的點動和連續(xù)運行，可以記錄平臺在X、Y方向的最大運行距離，校正平臺的中點位置，偏移位置等。

4結(jié)語

本課題實現(xiàn)了平面玻璃打磨設備控制系統(tǒng)的設計，采用兩種方案[9]，一種是基于GTS卡與工控機組合的模式，一種是基于GUS運動控制器模式。兩種模式根據(jù)不同的使用場合與需求進行選擇。兩種模式下的控制系統(tǒng)均克服了已有磨床功能單一，不能形成自動化生產(chǎn)線的缺點；同時，增加了各種不同的打磨軌跡，減少了單一軌跡造成的磨削紋理和鏡面反射的產(chǎn)生；而且，預留操作界面，可供用戶加載自己設計的打磨軌跡，是程序的開放性更高，適用場合更廣泛。

作者:王丹 莫瀚寧 鄧毅 單位:梧州學院