1 引言數(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)。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(mǎn)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。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)*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。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)*確定。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、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。系統(tǒng)在自動(dòng)尋找原點(diǎn)時(shí)，在方向每運(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。 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zui小點(diǎn)動(dòng)當(dāng)量為電動(dòng)機(jī)的zui小運(yùn)動(dòng)當(dāng)量。 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。 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。
圖1
圖2
圖3
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)到編號(hào)的試管位置，進(jìn)行取樣工作。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。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)。啟動(dòng)自動(dòng)尋找原點(diǎn)功能和調(diào)用該函數(shù)，x、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)*激光二維掃描裝置的位置校正方法圖2 所示為投射式全自動(dòng)*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)。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、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。 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、h1和d2、h2，由幾何關(guān)系可得如下方程。 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、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)。6 結(jié)語(yǔ)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。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。