彭曉云， 閆世杰

（1.河北工程技術(shù)學(xué)院；2.石家莊市運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)，手工剝線往往既費時，又不能滿足需求，剝線機械化是必然的趨勢。近幾年，國內(nèi)外相繼設(shè)計制造了一系列的剝線機，如日本的C351剝線機，美國ARTOS的機器等。這些剝線機功能全，速度快，性能較完整，但是，價格昂貴，調(diào)整麻煩。

對于一些中小型企業(yè)，是消費不起的，依然靠工人用剝線鉗等工具進行剝線。這樣不僅浪費了大量的人力物力，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。便攜式智能剝線機是用微機控制的新型機電一體化的智能機器。該剝線機操作方便，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，降低了勞動強度。不僅如此，便攜式智能剝線機的一大優(yōu)點在于其便攜式、體積小、重量較輕，工作人員可以任意搬動，擺放到合適的位置，方便加工操作。

1 剝線機的工作原理與方案

便攜式智能剝線機的原理如圖1所示。主要包含對送料電機和剝線電機的控制。送料電機正轉(zhuǎn)帶動滾輪，根據(jù)設(shè)定的剝線長度，將導(dǎo)線擠壓并送入剝線刀口里，剝線電機帶動環(huán)形刀口將導(dǎo)線加緊到合適力度，再將送料電機反轉(zhuǎn)，導(dǎo)線剝開相應(yīng)長度，剝線刀口回到最大位置，松開導(dǎo)線，再由送料電機送出。

圖1 自動剝線機原理圖

便攜式智能剝線機主要經(jīng)過送線、卡線、剝線、剪線、出線五部分過程，根據(jù)以上的工作流程，本設(shè)計選用STC12C5A60S2單片機為核心控制器，送料電機和剝線電機選用步進電機作為驅(qū)動單元，人機交互界面有按鍵操作和12864液晶顯示，另外，還有一條長度為200mm的LED顯示（粗調(diào)剝線選用）。其系統(tǒng)框圖如2所示。

圖2 便攜式智能剝線機系統(tǒng)框圖

2 功能設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 剝線機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

剝線電機帶動的環(huán)形刀口，其機械結(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，左右齒條均與電機帶動的齒輪相嚙合。當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時，帶動上側(cè)齒條向下運動，同時，帶動下側(cè)齒條向上運動，這樣就可卡緊導(dǎo)線；當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，帶動上側(cè)齒條向上運動同時，帶動下側(cè)齒條向下運動，這樣就可松開導(dǎo)線。

2.2 剝線長度精確控制

圖3 剝線機械結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計采用了步進電機作為驅(qū)動單元。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。微處理器（STC12C5A60S2單片機）只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組的通電順序，電機即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。步進電機具有抗干擾性強、不會長期積累誤差、控制性強等特點，但是，步進電機也時常會有“丟步”現(xiàn)象發(fā)生，“丟步”會造成位移誤差，從而影響導(dǎo)線剝線長度。

為了解決步進電機的“丟步”現(xiàn)象，精確控制剝線長度，本設(shè)計在送料電機軸上加有編碼器，將信號反饋到微處理器上。微處理器通過發(fā)出的脈沖和反饋的脈沖進行比較分析，實現(xiàn)了閉環(huán)控制，從而達到了精確控制剝線長度的目的。其電路原理圖如圖4所示。

圖4 控制器與步進電機連接圖

2.3 粗略剝線功能設(shè)計

除了精確剝線設(shè)計外，本設(shè)計還增加了粗略剝線設(shè)置，針對一些公司，對剝線長度要求不嚴(yán)格的情況下，可以選用粗略剝線，剝線長度從2mm到200mm。此功能模塊包括一個旋鈕和一個200mm長的條形LED指示燈，條形LED指示燈是由100個寬度為2mm的窄條LED組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動旋鈕時，窄條LED會相應(yīng)地亮與滅，而實際LED亮的長度即為要剝線的長度。例如當(dāng)前窄條LED有10個點亮，則剝線長度為L=10（個）×2（mm/個）。

旋鈕選用的是電位器，旋轉(zhuǎn)旋鈕時，電位器的電阻發(fā)生變化，通過電阻分壓，導(dǎo)致分壓發(fā)生變化，通過STC12C5A60S2本身的AD進行采集電壓，并進行分析處理，并將所要剝線長度進行儲存。AD參考電壓為5V，即0～5V電壓對應(yīng)2～200mm的長度，則一個窄條LED（2mm）對應(yīng)電壓為50mv=5V/100，這樣微處理器就可以根據(jù)實際采集的電壓值，點亮對應(yīng)的窄條LED個數(shù)。

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

2.4 自動與手動功能設(shè)計

便攜式智能剝線機具有自動剝線和手動剝線兩種運行模式。

自動剝線，即可自動檢測是否有導(dǎo)線進入，若有則按著參數(shù)設(shè)置，自動完成送線、卡線、剝線、送出等過程。本設(shè)計在送線口處安裝有紅外傳感器，當(dāng)無線送入時，紅外傳感器無信號，輸出高電平給微處理器；當(dāng)有線送入時，由于遮擋，紅外傳感器有信號，輸出低電平給微處理器，微處理器通過判斷高低電平，從而確定是否需要進行剝線。

手動剝線，即需要工作人員手動操作。本設(shè)計安裝有送線、剝出線兩個按鈕。工作人員將線放入送線口處，按下送線，此時，滾輪轉(zhuǎn)動將線送到相應(yīng)長度，然后按下剝出線，機器會自行剝線并將線退出。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計是在Keil-uVision4環(huán)境下編寫調(diào)試的，采用了C語言開發(fā)。Keil環(huán)境簡潔明了，操作性強，有模擬仿真等功能，調(diào)試比較方便。C語言具有很強的靈活性，可移植性，運用自如。

軟件采用了模塊化思想，將各個功能編寫成子程序，在主程序里進行判斷分析，然后，調(diào)用相應(yīng)的子程序完成相應(yīng)的動作，這樣邏輯清楚，減少了CPU處理大量程序占用的時間，而且可讀性強。軟件設(shè)計主要包括對自動還是手動剝線的判斷、粗略還是精確剝線的判斷、傳感器有無信號的判斷、旋鈕電位器電壓采集、液晶顯示等模塊進行編寫處理。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)計出了這種便攜式剝線機，它具有自動剝線、手動剝線、精確剝線、粗略剝線、記錄線數(shù)等功能。而且該剝線機體積小，長350mm，寬450mm，高600mm，重量為35kg。圖6為剝線機的尺寸圖(a)和實物圖(b)。

5 結(jié)語

便攜式剝線機已經(jīng)進行了試驗，效果良好，目前，正運用于生產(chǎn)中。該剝線機在運行期間，各項技術(shù)指標(biāo)已達到設(shè)計要求，剝線速度快，精度高，操作簡單，得到了工作人員的廣泛好評，深受使用廠家的歡迎。

圖5 程序流程圖

圖6 產(chǎn)品展示圖