便攜式智能剝線機(jī)

彭曉云， 閆世杰

（1.河北工程技術(shù)學(xué)院；2.石家莊市運(yùn)亨電子科技有限公司，河北 石家莊 050000）

在線束加工使用需求大的電子行業(yè)，手工剝線往往既費(fèi)時(shí)，又不能滿足需求，剝線機(jī)械化是必然的趨勢(shì)。近幾年，國(guó)內(nèi)外相繼設(shè)計(jì)制造了一系列的剝線機(jī)，如日本的C351剝線機(jī)，美國(guó)ARTOS的機(jī)器等。這些剝線機(jī)功能全，速度快，性能較完整，但是，價(jià)格昂貴，調(diào)整麻煩。

對(duì)于一些中小型企業(yè)，是消費(fèi)不起的，依然靠工人用剝線鉗等工具進(jìn)行剝線。這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，而且剝線速度慢，剝的導(dǎo)線質(zhì)量不高，芯線很容易剝傷，直接影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。便攜式智能剝線機(jī)是用微機(jī)控制的新型機(jī)電一體化的智能機(jī)器。該剝線機(jī)操作方便，不需要工作人員煩瑣的操作設(shè)置，能夠快速上手，而且精度高、速度快，可以替代人工大批量剝導(dǎo)線，提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。不僅如此，便攜式智能剝線機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)在于其便攜式、體積小、重量較輕，工作人員可以任意搬動(dòng)，擺放到合適的位置，方便加工操作。

1 剝線機(jī)的工作原理與方案

便攜式智能剝線機(jī)的原理如圖1所示。主要包含對(duì)送料電機(jī)和剝線電機(jī)的控制。送料電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾輪，根據(jù)設(shè)定的剝線長(zhǎng)度，將導(dǎo)線擠壓并送入剝線刀口里，剝線電機(jī)帶動(dòng)環(huán)形刀口將導(dǎo)線加緊到合適力度，再將送料電機(jī)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)線剝開(kāi)相應(yīng)長(zhǎng)度，剝線刀口回到最大位置，松開(kāi)導(dǎo)線，再由送料電機(jī)送出。

圖1 自動(dòng)剝線機(jī)原理圖

便攜式智能剝線機(jī)主要經(jīng)過(guò)送線、卡線、剝線、剪線、出線五部分過(guò)程，根據(jù)以上的工作流程，本設(shè)計(jì)選用STC12C5A60S2單片機(jī)為核心控制器，送料電機(jī)和剝線電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元，人機(jī)交互界面有按鍵操作和12864液晶顯示，另外，還有一條長(zhǎng)度為200mm的LED顯示（粗調(diào)剝線選用）。其系統(tǒng)框圖如2所示。

圖2 便攜式智能剝線機(jī)系統(tǒng)框圖

2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 剝線機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剝線電機(jī)帶動(dòng)的環(huán)形刀口，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示圖3(a)為正視圖，圖3(b)為右視圖。上側(cè)環(huán)形刀片與左側(cè)齒條連接，下側(cè)環(huán)形刀片與右側(cè)齒條連接，左右齒條均與電機(jī)帶動(dòng)的齒輪相嚙合。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)上側(cè)齒條向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，帶動(dòng)下側(cè)齒條向上運(yùn)動(dòng)，這樣就可卡緊導(dǎo)線；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)上側(cè)齒條向上運(yùn)動(dòng)同時(shí)，帶動(dòng)下側(cè)齒條向下運(yùn)動(dòng)，這樣就可松開(kāi)導(dǎo)線。

2.2 剝線長(zhǎng)度精確控制

圖3 剝線機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計(jì)采用了步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角。微處理器（STC12C5A60S2單片機(jī)）只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，電機(jī)即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機(jī)具有抗干擾性強(qiáng)、不會(huì)長(zhǎng)期積累誤差、控制性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是，步進(jìn)電機(jī)也時(shí)常會(huì)有“丟步”現(xiàn)象發(fā)生，“丟步”會(huì)造成位移誤差，從而影響導(dǎo)線剝線長(zhǎng)度。

為了解決步進(jìn)電機(jī)的“丟步”現(xiàn)象，精確控制剝線長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)在送料電機(jī)軸上加有編碼器，將信號(hào)反饋到微處理器上。微處理器通過(guò)發(fā)出的脈沖和反饋的脈沖進(jìn)行比較分析，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，從而達(dá)到了精確控制剝線長(zhǎng)度的目的。其電路原理圖如圖4所示。

圖4 控制器與步進(jìn)電機(jī)連接圖

2.3 粗略剝線功能設(shè)計(jì)

除了精確剝線設(shè)計(jì)外，本設(shè)計(jì)還增加了粗略剝線設(shè)置，針對(duì)一些公司，對(duì)剝線長(zhǎng)度要求不嚴(yán)格的情況下，可以選用粗略剝線，剝線長(zhǎng)度從2mm到200mm。此功能模塊包括一個(gè)旋鈕和一個(gè)200mm長(zhǎng)的條形LED指示燈，條形LED指示燈是由100個(gè)寬度為2mm的窄條LED組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí)，窄條LED會(huì)相應(yīng)地亮與滅，而實(shí)際LED亮的長(zhǎng)度即為要?jiǎng)兙€的長(zhǎng)度。例如當(dāng)前窄條LED有10個(gè)點(diǎn)亮，則剝線長(zhǎng)度為L(zhǎng)=10（個(gè)）×2（mm/個(gè)）。

旋鈕選用的是電位器，旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)，電位器的電阻發(fā)生變化，通過(guò)電阻分壓，導(dǎo)致分壓發(fā)生變化，通過(guò)STC12C5A60S2本身的AD進(jìn)行采集電壓，并進(jìn)行分析處理，并將所要?jiǎng)兙€長(zhǎng)度進(jìn)行儲(chǔ)存。AD參考電壓為5V，即0～5V電壓對(duì)應(yīng)2～200mm的長(zhǎng)度，則一個(gè)窄條LED（2mm）對(duì)應(yīng)電壓為50mv=5V/100，這樣微處理器就可以根據(jù)實(shí)際采集的電壓值，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的窄條LED個(gè)數(shù)。

此功能主要是為了方便工作人員，不用再用尺子測(cè)量尺寸，直接將導(dǎo)線和點(diǎn)亮的LED長(zhǎng)度做大致比較，即可開(kāi)始剝線。

2.4 自動(dòng)與手動(dòng)功能設(shè)計(jì)

便攜式智能剝線機(jī)具有自動(dòng)剝線和手動(dòng)剝線兩種運(yùn)行模式。

自動(dòng)剝線，即可自動(dòng)檢測(cè)是否有導(dǎo)線進(jìn)入，若有則按著參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)完成送線、卡線、剝線、送出等過(guò)程。本設(shè)計(jì)在送線口處安裝有紅外傳感器，當(dāng)無(wú)線送入時(shí)，紅外傳感器無(wú)信號(hào)，輸出高電平給微處理器；當(dāng)有線送入時(shí)，由于遮擋，紅外傳感器有信號(hào)，輸出低電平給微處理器，微處理器通過(guò)判斷高低電平，從而確定是否需要進(jìn)行剝線。

手動(dòng)剝線，即需要工作人員手動(dòng)操作。本設(shè)計(jì)安裝有送線、剝出線兩個(gè)按鈕。工作人員將線放入送線口處，按下送線，此時(shí)，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)將線送到相應(yīng)長(zhǎng)度，然后按下剝出線，機(jī)器會(huì)自行剝線并將線退出。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是在Keil-uVision4環(huán)境下編寫(xiě)調(diào)試的，采用了C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。Keil環(huán)境簡(jiǎn)潔明了，操作性強(qiáng)，有模擬仿真等功能，調(diào)試比較方便。C語(yǔ)言具有很強(qiáng)的靈活性，可移植性，運(yùn)用自如。

軟件采用了模塊化思想，將各個(gè)功能編寫(xiě)成子程序，在主程序里進(jìn)行判斷分析，然后，調(diào)用相應(yīng)的子程序完成相應(yīng)的動(dòng)作，這樣邏輯清楚，減少了CPU處理大量程序占用的時(shí)間，而且可讀性強(qiáng)。軟件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)自動(dòng)還是手動(dòng)剝線的判斷、粗略還是精確剝線的判斷、傳感器有無(wú)信號(hào)的判斷、旋鈕電位器電壓采集、液晶顯示等模塊進(jìn)行編寫(xiě)處理。如圖5介紹了粗略和精確剝線子模塊程序流程圖。

4 產(chǎn)品效果與展示

根據(jù)以上的應(yīng)用原理，設(shè)計(jì)出了這種便攜式剝線機(jī)，它具有自動(dòng)剝線、手動(dòng)剝線、精確剝線、粗略剝線、記錄線數(shù)等功能。而且該剝線機(jī)體積小，長(zhǎng)350mm，寬450mm，高600mm，重量為35kg。圖6為剝線機(jī)的尺寸圖(a)和實(shí)物圖(b)。

5 結(jié)語(yǔ)

便攜式剝線機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，效果良好，目前，正運(yùn)用于生產(chǎn)中。該剝線機(jī)在運(yùn)行期間，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，剝線速度快，精度高，操作簡(jiǎn)單，得到了工作人員的廣泛好評(píng)，深受使用廠家的歡迎。

圖5 程序流程圖

圖6 產(chǎn)品展示圖