剪一刀需要你多大的力?

收到TestLab的任务,市场部决定开发一款 Handtool scissor 专门用于剪切松木(一种建筑材料),需要我们设计一款设备测量每一次的剪切力并替代人工做寿命评估。

以下是Life Test的Work instruction,500次基本测量标准,10mm剪切长度,测量剪切力并做失效报警。

以下是所需的开发资源:

01 Hardware:
  • 90W交流直角齿轮减速电机
  • 凸轮分割器(定做)
  • 150kg Loadcell压力传感器
  • Fatek PLC  B1z
  • 42两相步进电机BS42HB60-01
  • 滚轮气缸,压料气缸等
  • 松下对射开关
  • 分割器信号感应器
  • 压料感应开关
  • PCMicro mainboard
  • Touch Screen module
  • Screen
  • 其他零件

02 Software:
  • Labview
  • Solidworks
  • UG
  • Winproladder
  • visio

03 Mechanism

既然要做全自动测量设备,那当然要考虑送料机构了,我们采用了类似于分度盘的凸轮分割器,木料至于分度盘上,横轴方向自动旋转,纵轴方向自动送料。

  • 装夹位:

我用UG分的模,因为手柄位需要CNC加工适配此工具,Loadcell 至于右侧固定位用于检测反作用力,推力气缸则至于左侧。

   
  • 传感器位置:

推力气缸极限位感应开关,用于反馈剪切到位信号

对射开关用于检测空料报警,下一步进行反馈分割器旋转信号。

分割器信号感应器用于感应分割器电机旋转度数。

04 Program

首先PLC端需要配置了一下IO,Flow diagram,错误报警,及步进实际脉冲比:

IO 配置

X0           对射开关
X1           电机角度感应
X2           电机过载保护
X3           压料检测
X4           剪料到位
X5           急停

Y0           步进电机
Y1           分割器电机
Y2           剪切气缸
Y3           滚轮压料气缸

动作流程

一  旋转工位

a. 触发条件:
对射开关置0 & 压料检测置1 & 无报警

b. 执行动作:

   1. 关闭滚轮压料气缸,关闭剪切气缸 
   2. 打开分割器电机

   3. 当感应到电机角度感应信号时,停止分割器电机
4. 木条由重力作用掉至剪刀刀刃口
5. 打开滚轮压料气缸
6. 感应压料气缸,无料则报警,有料继续下一步

二  正常自动送料

a. 触发条件:
上位机信号& 压料检测0&无报警

b. 执行动作:

    1. 关闭剪切气缸
2. 步进电机送料1步距
3. 打开剪切气缸,当剪料到位时,关闭剪切气缸

错误报警
  1. 电机过载信号
  2. 电机角度不到位超过10秒钟
  3. 急停信号
  4. 来自上位机的无料信号

4其他参数

送料齿轮减速比  3
一转脉冲数 1600
轮子转一圈大致周长  90mm
一个脉冲代表实际距离  0.018

这次并未采用美国国家仪器的采集卡,因为用到了PLC,那就干脆用485modbus还有Labview通讯。.

PLC端用于动作控制,并提供报警反馈,Labview用于发送信号告知PLC执行动作,另外,部分参数plc端提供寄存器地址供Labview端调用读取及写入。

Labview与PLC通讯

PLC端控制电机及气缸动作,并进行报警检测

PLC端提供13个寄存器地址供Labview通讯:

Controller 通过扫描并处理PLC反馈来的16进制数值用于目标值读取并写入。

 

Labview与Loadcell 串口通讯

按照通讯说明,在通讯之前先校准厂家参数,我们之前有买一个数显表,可以看到实际的压力值,然后使用串口通讯软件就可以分析一下变送器发过来的16进制数值。

同样,进行通讯采集的时候其实就是不断的发送规定的16禁止代码然后得到变送器反馈数据并进一步分析出被测量值。

当得到这组数据的时候还以为算错了,有80kg的剪切力,WTF,这么大的力谁能剪的动这剪刀?

他们说老外力气比较大。

报表部分:

raw data 用于保存每次cycle的测量值,Sum用于汇总测试参数。

07 PS.

已经跑了一年了,做的时候有一丢丢难度,可能就在仪器选型,方案定义上面,至于软件的开发就只是时间的问题了。我的软件也可以写的更好一点。
包括PC,touchscreen所有的配件全部是自己组装的,对windows系统也做了一些阉割,去掉了很多没有的功能。

 

做这个就跟玩树莓派一样,填完一个坑还要耐心的面对下一个未知的坑,这个就跟说的这就是乐趣所在吧。

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