剪一刀需要你多大的力？

來自專欄 樹莓派的奇幻之旅

收到TestLab的任務，市場部決定開發一款 Handtool scissor 專門用於剪切松木（一種建築材料），需要我們設計一款設備測量每一次的剪切力並替代人工做壽命評估。

以下是Life Test的Work instruction，500次基本測量標準，10mm剪切長度，測量剪切力並做失效報警。

以下是所需的開發資源:

01 Hardware：

• 90W交流直角齒輪減速電機
• 凸輪分割器（定做）
• 150kg Loadcell壓力感測器
• Fatek PLC B1z
• 42兩相步進電機BS42HB60-01
• 滾輪氣缸，壓料氣缸等
• 松下對射開關
• 分割器信號感應器
• 壓料感應開關
• PCMicro mainboard
• Touch Screen module
• Screen
• 其他零件

02 Software：

• Labview
• Solidworks
• UG
• Winproladder
• visio

03 Mechanism

既然要做全自動測量設備，那當然要考慮送料機構了，我們採用了類似於分度盤的凸輪分割器，木料至於分度盤上，橫軸方向自動旋轉，縱軸方向自動送料。

裝夾位：

我用UG分的模，因為手柄位需要CNC加工適配此工具，Loadcell 至於右側固定位用於檢測反作用力，推力氣缸則至於左側。

感測器位置：

推力氣缸極限位感應開關，用於反饋剪切到位信號

對射開關用於檢測空料報警，下一步進行反饋分割器旋轉信號。

割器信號感應器用於感應分割器電機旋轉度數。

04 Program

首先PLC端需要配置了一下IO，Flow diagram，錯誤報警，及步進實際脈衝比:

1 IO 配置

X0 對射開關

X1 電機角度感應

X2 電機過載保護

X3 壓料檢測

X4 剪料到位

X5 急停

Y0 步進電機

Y1 分割器電機

Y2 剪切氣缸

Y3 滾輪壓料氣缸

2 動作流程

一 旋轉工位

a. 觸發條件：

對射開關置0 & 壓料檢測置1 & 無報警

b. 執行動作：

1. 關閉滾輪壓料氣缸，關閉剪切氣缸

2. 打開分割器電機

3. 當感應到電機角度感應信號時，停止分割器電機

4. 木條由重力作用掉至剪刀刀刃口

5. 打開滾輪壓料氣缸

6. 感應壓料氣缸，無料則報警，有料繼續下一步

二 正常自動送料

a. 觸發條件：

上位機信號& 壓料檢測0&無報警

b. 執行動作：

1. 關閉剪切氣缸

2. 步進電機送料1步距

3. 打開剪切氣缸，當剪料到位時，關閉剪切氣缸

3 錯誤報警

1. 電機過載信號
2. 電機角度不到位超過10秒鐘
3. 急停信號
4. 來自上位機的無料信號

4 其他參數

送料齒輪減速比 3

一轉脈衝數 1600

輪子轉一圈大致周長 90mm

一個脈衝代表實際距離 0.018

這次並未採用美國國家儀器的採集卡，因為用到了PLC，那就乾脆用485modbus還有Labview通訊。.

PLC端用於動作控制，並提供報警反饋，Labview用於發送信號告知PLC執行動作，另外，部分參數plc端提供寄存器地址供Labview端調用讀取及寫入。

5 Labview與PLC通訊

PLC端控制電機及氣缸動作，並進行報警檢測

PLC端提供13個寄存器地址供Labview通訊：

Controller 通過掃描並處理PLC反饋來的16進位數值用於目標值讀取並寫入。

6 Labview與Loadcell 串口通訊

按照通訊說明，在通訊之前先校準廠家參數，我們之前有買一個數顯表，可以看到實際的壓力值，然後使用串口通訊軟體就可以分析一下變送器發過來的16進位數值。

同樣，進行通訊採集的時候其實就是不斷的發送規定的16禁止代碼然後得到變送器反饋數據並進一步分析出被測量值。

當得到這組數據的時候還以為算錯了，有80kg的剪切力，WTF，這麼大的力誰能剪的動這剪刀？

他們說老外力氣比較大。

報表部分：

raw data 用於保存每次cycle的測量值，Sum用於匯總測試參數。

05 PS.

已經跑了一年了，做的時候有一丟丟難度，可能就在儀器選型，方案定義上面，至於軟體的開發就只是時間的問題了。我的軟體也可以寫的更好一點。

包括PC，touchscreen所有的配件全部是自己組裝的，對windows系統也做了一些閹割，去掉了很多沒有的功能。

做這個就跟玩樹莓派一樣，填完一個坑還要耐心的面對下一個未知的坑，這個就跟說的這就是樂趣所在吧。