基于PLC控制的隱形眼鏡前弧車削設計

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，隱形眼鏡生產(chǎn)中自動控制及精度較高的工藝當屬車削工藝，其精度要求在0.01mm，本設計論文采用車削法，關鍵因素伺服電機控制其車削工件的進給量，精密控制其中心厚度，而眼鏡的偏光度由機械部分決定。直徑為12mm，高為5mm 圓柱型RGP 塑料扣料，在基弧車床上已經(jīng)將基弧即內(nèi)弧車削好，此設計是前弧車床將已經(jīng)形成基弧的扣料分約5-10刀粗刀、2刀中刀、2刀細刀切削其前弧形成隱形眼鏡鏡片。

關鍵詞：PLC 隱形眼鏡 伺服電機 中心厚度

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0072-02

1 隱形眼鏡的生產(chǎn)工藝

目前軟性隱形眼鏡的生產(chǎn)工藝有：車削法、離心澆鑄法、模壓法和混合工藝法。

1.1 離心澆鑄法

優(yōu)點：（1）重復生產(chǎn)性好，可大規(guī)模生產(chǎn)，成本較低。（2）表面光滑。

缺點：（1）在低度數(shù)時不夠挺，操作較困難。（2）不同的配戴特性，由直徑和屈光度決定配適，矢高由屈光度決定。（3）有時新鏡片上有沒有聚合完全的殘余材料，使配戴者感覺不舒服。（4）鏡片表面帶電荷，易吸附蛋白質(zhì)，易粘連。（5）內(nèi)表面成拋物線形，與角膜三點接觸，低對比度視力較差。

1.2 模壓法

優(yōu)點：（1）表面平滑、堅固，邊緣薄。（2）重復生產(chǎn)性好，成本低。（3）內(nèi)表面成球形，低對比度視力良。

缺點：（1）聚合缺陷會使鏡片表面粗糙，易損壞。（2）表面帶電荷，易吸附蛋白質(zhì)，易粘連。（3）壽命短。

1.3 車削法

優(yōu)點：（1）表面不帶電荷，不易粘連，不易吸附蛋白質(zhì)。（2）由于更挺，故更易操作。（3）內(nèi)表面呈球形，低對比度視力良好。（4）球面鏡片，視覺更穩(wěn)定，更清晰。（5）使用壽命更長。（6）沒有參數(shù)方面的限制，可按驗配員要求訂做任何鏡片，完成復雜設計.

缺點：產(chǎn)量低，成本高。

1.4 混合工藝法

鏡片的一表面用離心澆鑄法或模壓法，而另一表面用車削法制成；綜合了兩者的優(yōu)點。

2 電氣元件選型

2.1 主要電氣元件

（1）PLC：控制核心，編寫了大量的控制程序，檢測輸入傳感器、按鈕的執(zhí)行指令，再控制所有的執(zhí)行元件；（2）人機界面HMI ：用于與PLC交互數(shù)據(jù)，控制，操作、顯示等功能；（3）伺服電機：接收來自PLC發(fā)來的脈沖數(shù)控制工件進給量，車削的精度與深度均有此決定；（4）刀頭旋轉(zhuǎn)直流電機，帶動刀頭以一定角度旋轉(zhuǎn)而切削工件；（5）主軸直流電機：功率24V/90W，帶動工件以8000-12000r/m速度高速旋轉(zhuǎn)；直流電機轉(zhuǎn)速3000r/m，變比1：4；（6）工件位置檢測電機：工件車削前該電機會帶動檢測傳感器下行以測試工件位置；（7）輸入傳感器等檢測元件：電機極限位、Home位；（8）其它絲桿等機械結(jié)構，這里不再介紹。

2.2 PLC

PLC 可編程控制器簡稱（program mable logic controller）。

采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

2.3 交流伺服電機選型

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

選用松下A5系列伺服電機，編碼器的線數(shù)為20位，2^20=1048576，所以伺服電機分辨率為1/1048576，但實際應用可設定nP/r（脈沖每轉(zhuǎn)），則實際分辨率等于1/n（n≤1048576）。

伺服是該系統(tǒng)的控制核心，設定的控制方式為脈沖+方向，伺服電機旋轉(zhuǎn)的角位移通過絲桿轉(zhuǎn)換成線位移，最終達到控制切削厚度與鏡片的中心厚度。

伺服設定2000p/r，同步帶輪變比5：1，絲桿導程2.0mm，從而10000p/2.0mm，即5000P/mm，5P/um；即伺服旋轉(zhuǎn)一周，工件的線位移為0.4mm。

2.4 工業(yè)觸摸屏 HMI

觸摸屏主要特點可概括為以下幾點：（1）透明，透明將直接影響觸摸屏視覺效果，因此，要通過材料科技來解決透明問題。紅外線式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏只隔一層純玻璃，透明效果較好。其它類型觸摸屏一般由多層復合薄膜構成，透明效果稍差。（2）觸摸屏在物理上是一套獨立的絕對定位系統(tǒng)，即你選擇了哪一項就直接觸摸到那，不需要第二個動作。相比之下，鼠標則是一個相對定位系統(tǒng)，當需要光標移動到某個地方時，首先要知道現(xiàn)在在何處，然后確定往那個方向走，每時每刻要給用戶反饋當前所在位置。絕對定位系統(tǒng)要求每次觸摸點的數(shù)據(jù)通過校準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標，因此同一觸摸點輸出的數(shù)據(jù)應該穩(wěn)定。否則，觸摸屏不能保證絕對坐標定位，坐標定位不準是觸摸屏嚴重問題。從技術原理上分析如果同一觸摸點每次采樣數(shù)據(jù)不同，這種現(xiàn)象稱為漂移。具體表現(xiàn)在當你點擊一個你在屏幕上看到的位置，反應出來的結(jié)果卻偏離了你的位置，這種現(xiàn)象就是漂移，又稱為指定位功能故障。理論上講，觸摸屏幕都具有一些漂移，但正常情況下漂移量微小，可以忽略。電容式觸摸屏具有一定漂移現(xiàn)象。（3）檢測觸摸并定位，各種觸摸屏技術都是依靠各自的傳感器工作，有的觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。根據(jù)檢測觸摸裝置的工作原理，常用的有四類觸摸屏：電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式。

2.5 電氣元件BOM表

如表1。

3 繪制電氣圖

電氣圖運用Eplan P8.0應用軟件繪制，Eplan作為電氣計算機輔助設計時代的先鋒。

自1984年以來，EPLAN一直是為電氣規(guī)劃，工程設計和項目管理領域提供智能化軟件解決方案和專業(yè)化服務的全球標志型電氣應用軟件界。

4 自控流程圖

流程圖（Flow Chart）：使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法，因為千言萬語不如一張圖。以特定的圖形符號加上說明，表示算法的圖，稱為流程圖或框圖。

流程圖是流經(jīng)一個系統(tǒng)的信息流、觀點流或部件流的圖形代表。在企業(yè)中，流程圖主要用來說明某一過程。這種過程既可以是生產(chǎn)線上的工藝流程，也可以是完成一項任務必需的管理過程。

5 控制過程

5.1 系統(tǒng)調(diào)試界面

該界面用于調(diào)試維修用，可監(jiān)控各輸入元件狀態(tài)，可讓執(zhí)行元件動作；

5.2 初始化

初始化是讓執(zhí)行元件歸原點動作，順序為：測試工件位置傳感器上升→主軸向左運行至原點再右行起始點→切刀內(nèi)行到位；初始化時指示燈綠燈亮，初始化完成后黃色燈亮。

5.3 自動

5.3.1 隱形眼鏡基本參數(shù)

前弧R1、前弧與周邊弧差值、扣料中心厚度、鏡片中心厚度、扣料直徑D2、光學區(qū)直徑D1；

5.3.2 自動控制過程

為了使鏡片表面精細光潔，切刀分粗刀、中刀、細刀，其深度粗刀約0.5mm，中刀0.2mm，細刀0.1mm；程序內(nèi)根據(jù)設定的參數(shù)，扣料中心厚度、鏡片中心厚度、周邊弧R2、扣料直徑D2、中刀深度、中刀數(shù)量、細刀深度、細刀數(shù)量計算出粗刀數(shù)，粗刀深度為設定值，其中算下余數(shù)為粗刀第一刀；初始化后黃燈亮，工件裝好，設定好參數(shù)，按啟動，位置檢測傳感器下行，伺服前行至位置檢測傳感器，停下，記憶此處的伺服前行的脈沖數(shù)據(jù)作為后面位置計算的0位，上行位置檢測傳感器。

工件運行至第一次粗刀位置，行程=0位+0位到刀架中心點距離（常量）+前弧R1+前弧與周邊弧差值-（細刀總切削深度+中刀總切削深度+粗刀總切削深度）+粗刀第一刀深度；粗刀后面幾刀伺服采用相對定位，循環(huán)執(zhí)行，中刀、細刀伺服采用絕對定位，細刀，最后一刀細刀的絕對定位坐標：0位脈沖數(shù)+0位到刀架中心點距離（常量）+前弧R1+前弧與周邊弧差值。

6 設計軟件

6.1 Profce HMI

人機界面使用Proface GE4501觸摸屏，界面友好，操作與監(jiān)控更人性化；有參數(shù)設置，操作按鈕，位及數(shù)據(jù)監(jiān)控。

通訊：Proface HMI有232與485串口，通過232口與松下PLC進行通訊；通訊的實時響應速度較快。

6.2 PLC控制程序 LAD

PLC程序設計應用軟件為FPWIIN GR V3.19，該軟件具有FP0系列PLC程序（STL/LAD）編寫、上傳、下載、監(jiān)控等功能；FPWIIN編程的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領域得到了廣泛的使用，在其他領域（例如民用和家庭自動化）的應用也得到了迅速的發(fā)展。

參考文獻

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