便携式智能剥线机

彭晓云， 闫世杰

（1.河北工程技术学院；2.石家庄市运亨电子科技有限公司，河北 石家庄 050000）

在线束加工使用需求大的电子行业，手工剥线往往既费时，又不能满足需求，剥线机械化是必然的趋势。近几年，国内外相继设计制造了一系列的剥线机，如日本的C351剥线机，美国ARTOS的机器等。这些剥线机功能全，速度快，性能较完整，但是，价格昂贵，调整麻烦。

对于一些中小型企业，是消费不起的，依然靠工人用剥线钳等工具进行剥线。这样不仅浪费了大量的人力物力，而且剥线速度慢，剥的导线质量不高，芯线很容易剥伤，直接影响产品的装配质量。便携式智能剥线机是用微机控制的新型机电一体化的智能机器。该剥线机操作方便，不需要工作人员烦琐的操作设置，能够快速上手，而且精度高、速度快，可以替代人工大批量剥导线，提高了工作效率，降低了劳动强度。不仅如此，便携式智能剥线机的一大优点在于其便携式、体积小、重量较轻，工作人员可以任意搬动，摆放到合适的位置，方便加工操作。

1 剥线机的工作原理与方案

便携式智能剥线机的原理如图1所示。主要包含对送料电机和剥线电机的控制。送料电机正转带动滚轮，根据设定的剥线长度，将导线挤压并送入剥线刀口里，剥线电机带动环形刀口将导线加紧到合适力度，再将送料电机反转，导线剥开相应长度，剥线刀口回到最大位置，松开导线，再由送料电机送出。

图1 自动剥线机原理图

便携式智能剥线机主要经过送线、卡线、剥线、剪线、出线五部分过程，根据以上的工作流程，本设计选用STC12C5A60S2单片机为核心控制器，送料电机和剥线电机选用步进电机作为驱动单元，人机交互界面有按键操作和12864液晶显示，另外，还有一条长度为200mm的LED显示（粗调剥线选用）。其系统框图如2所示。

图2 便携式智能剥线机系统框图

2 功能设计与实现

2.1 剥线机械结构设计

剥线电机带动的环形刀口，其机械结构如图3所示图3(a)为正视图，图3(b)为右视图。上侧环形刀片与左侧齿条连接，下侧环形刀片与右侧齿条连接，左右齿条均与电机带动的齿轮相啮合。当电机正转时，带动上侧齿条向下运动，同时，带动下侧齿条向上运动，这样就可卡紧导线；当电机反转时，带动上侧齿条向上运动同时，带动下侧齿条向下运动，这样就可松开导线。

2.2 剥线长度精确控制

图3 剥线机械结构图

本设计采用了步进电机作为驱动单元。步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。微处理器（STC12C5A60S2单片机）只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组的通电顺序，电机即可获得所需的转角、转速及转向。步进电机具有抗干扰性强、不会长期积累误差、控制性强等特点，但是，步进电机也时常会有“丢步”现象发生，“丢步”会造成位移误差，从而影响导线剥线长度。

为了解决步进电机的“丢步”现象，精确控制剥线长度，本设计在送料电机轴上加有编码器，将信号反馈到微处理器上。微处理器通过发出的脉冲和反馈的脉冲进行比较分析，实现了闭环控制，从而达到了精确控制剥线长度的目的。其电路原理图如图4所示。

图4 控制器与步进电机连接图

2.3 粗略剥线功能设计

除了精确剥线设计外，本设计还增加了粗略剥线设置，针对一些公司，对剥线长度要求不严格的情况下，可以选用粗略剥线，剥线长度从2mm到200mm。此功能模块包括一个旋钮和一个200mm长的条形LED指示灯，条形LED指示灯是由100个宽度为2mm的窄条LED组成。当转动旋钮时，窄条LED会相应地亮与灭，而实际LED亮的长度即为要剥线的长度。例如当前窄条LED有10个点亮，则剥线长度为L=10（个）×2（mm/个）。

旋钮选用的是电位器，旋转旋钮时，电位器的电阻发生变化，通过电阻分压，导致分压发生变化，通过STC12C5A60S2本身的AD进行采集电压，并进行分析处理，并将所要剥线长度进行储存。AD参考电压为5V，即0～5V电压对应2～200mm的长度，则一个窄条LED（2mm）对应电压为50mv=5V/100，这样微处理器就可以根据实际采集的电压值，点亮对应的窄条LED个数。

此功能主要是为了方便工作人员，不用再用尺子测量尺寸，直接将导线和点亮的LED长度做大致比较，即可开始剥线。

2.4 自动与手动功能设计

便携式智能剥线机具有自动剥线和手动剥线两种运行模式。

自动剥线，即可自动检测是否有导线进入，若有则按着参数设置，自动完成送线、卡线、剥线、送出等过程。本设计在送线口处安装有红外传感器，当无线送入时，红外传感器无信号，输出高电平给微处理器；当有线送入时，由于遮挡，红外传感器有信号，输出低电平给微处理器，微处理器通过判断高低电平，从而确定是否需要进行剥线。

手动剥线，即需要工作人员手动操作。本设计安装有送线、剥出线两个按钮。工作人员将线放入送线口处，按下送线，此时，滚轮转动将线送到相应长度，然后按下剥出线，机器会自行剥线并将线退出。

3 软件设计

软件设计是在Keil-uVision4环境下编写调试的，采用了C语言开发。Keil环境简洁明了，操作性强，有模拟仿真等功能，调试比较方便。C语言具有很强的灵活性，可移植性，运用自如。

软件采用了模块化思想，将各个功能编写成子程序，在主程序里进行判断分析，然后，调用相应的子程序完成相应的动作，这样逻辑清楚，减少了CPU处理大量程序占用的时间，而且可读性强。软件设计主要包括对自动还是手动剥线的判断、粗略还是精确剥线的判断、传感器有无信号的判断、旋钮电位器电压采集、液晶显示等模块进行编写处理。如图5介绍了粗略和精确剥线子模块程序流程图。

4 产品效果与展示

根据以上的应用原理，设计出了这种便携式剥线机，它具有自动剥线、手动剥线、精确剥线、粗略剥线、记录线数等功能。而且该剥线机体积小，长350mm，宽450mm，高600mm，重量为35kg。图6为剥线机的尺寸图(a)和实物图(b)。

5 结语

便携式剥线机已经进行了试验，效果良好，目前，正运用于生产中。该剥线机在运行期间，各项技术指标已达到设计要求，剥线速度快，精度高，操作简单，得到了工作人员的广泛好评，深受使用厂家的欢迎。

图5 程序流程图

图6 产品展示图