智能工具箱的设计与实现

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摘要： 针对各类院校现有机械加工实训室工具箱存放工具凌乱、容易损伤和遗漏等问题，设计了一种智能工具箱，其关键技术在于设计分隔成若干个与工具形状和尺寸相同的工具位的工量具收纳盒，通过工具位的光电传感器和门锁的信息控制警示灯通断的控制装置，实现工具归位情况智能显示。

Abstract： In all kinds of existing mechanical processing practical training room in colleges， the store tools of the toolkit are messy， they are easy to be damaged and omitted. Aimed at the situation， this paper designs an intelligent tool box， the key technology is to design the storage box which is designed into several tool positions with the same shape and size of the tools， and realize intelligent display of tool place situation by the control device of the information warning lights of photoelectric sensor and door lock of the tool position.

关键词： 工具箱；工具归位；智能显示

Key words： toolbox；tool place；intelligent display

中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）02-0087-02

0 引言

工具箱是工具的集合地，用于存放各种具有不同功能和作用的工具，方便使用和管理[1]。在学校的机械加工实训教学过程中需要使用各种各样的刀具、量具、工具、辅具等工量具，实训课结束时，按实训室规定需将全部工量具放入工具箱内。现有的工具箱在使用过程中存在如下问题：

①每班次工作开始时，操作人员需打开工具箱，拿取各种刀具、量具、工具、辅具等实训工具，然后才能开始机械加工操作实训，而这种多层的工具箱只能将各种各样的工具笼统地堆放在工具箱的层板上或抽屉内，存放凌乱，特别是一些高精度的量具、刀具，容易造成量具和刀具的损伤。

②在使用时经常为了找一个量具或刀具，需要来回翻找，不仅影响工作效率，同时还可能在翻找的过程中弄伤手，给操作人员的安全带来隐患。

③每班次工作结束时，操作人员必须将实训时使用的各种刀具、量具、工具、辅具等实训工具收拾、整理放进工具箱；而由于工具箱中的工具众多，无法确定是否已将实训工具全部收齐或有工具遗漏，导致到下一个课程班次实训时，经常找不到需要的实训操作工具，在工具箱的工具定置管理方面，任课教师经常需要花费大量的时间和精力，还常常达不到实训工具定置管理要求。

为此，本文设计了智能工具箱，使其清晰地显示出工具箱工具归位情况，直观、方便、有效地提醒学生和老师。

1 智能工具箱的设计

智能工具箱由工具箱箱体、工量具收纳盒、控制装置组成，其结构如图1所示。工具箱为普通的矩形工具箱，储物层为抽屉式结构，工具箱底部设有锁定万向脚轮，便于工具箱的移动和固定，可以自制，也可以在市场上购买。工具箱门安装有门锁，门锁与控制装置相连。

1.1 工量具收纳盒的设计

工量具收纳盒放置于工具箱的抽屉中，采用工程塑料制成，无盖子，外形尺寸按工具箱抽屉内尺寸制造，工量具收纳盒分隔成若干个工具位，每个工具位的形状和尺寸大小与相应放置的工具或工具盒相同，一个工具一个位。

光电传感器通过发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化，从而实现检测遮挡物的功能[2]；因其对检测材质没有限制，又有着敏捷的响应速度、高分辨率等优点，因此采用光电传感器作为工具归位的检测元件。每个工具位的侧壁或底部都安装有光电传感器，光电传感器与安装在工具箱外侧面的控制装置的警示灯相连。这样可以有效避免工量具散乱堆放，也能有效避免将大尺寸工具放在小尺寸工具位上。如果将尺寸小的工具错放进尺寸大的工具位，因该工具位的光电传感器检测不到工具的信息，警示灯也会闪烁。

1.2 控制装置的设计

控制装置由变压器、门锁开关、时间继电器、蜂鸣器、若干个警示灯和控制电路组成，控制电路与工具箱的门锁开关、安装在工量具收纳盒侧壁或底部的若干个常开型光电传感器连接。当工具箱的门锁没有锁上时，门锁开关处于断开状态，控制电路断路，无论工具是否正确归位，警示灯都不接通不闪烁，避免工作过程中正常选取工具箱的工具时警示灯和蜂鸣器也接通。当工具箱门锁锁上时，门锁开关处于闭合状态，控制电路接通，工具已正确归位的工具位，其光电传感器能够检测到工具的信号并断开，该工具位的警示灯不接通不闪烁；反之，当工具未正确归位，或者小尺寸工具错放放大尺寸工具位时，其光电传感器不能够检测到工具的信号，光电传感器处于常态（接通状态），该工具位的警示灯接通闪烁，同时，蜂鸣器接通鸣响，提示该工具位的工具未正确归位。只要有一个工具不到位，报警的蜂鸣器都会发出蜂鸣器声。

控制电路板上装有通电延时型时间继电器，可以根据需要设置警示灯和蜂鸣器接通的时间。当控制电路接通时，通电延时型时间继电器开始计时。当达到时间继电器设置的时间后，时间继电器断开，整个控制电路处于断路状态，警示灯停止闪烁，蜂鸣器停止蜂鸣，这样可以避免警示灯和蜂鸣器长时间闪烁和蜂鸣，既节电，又能够消除控制装置的安全隐患。

2 智能工具箱工作过程

本智能工具箱使用时，将各类量具、刀具、工具分类、固定位置存放在收纳盒内，当将抽屉拉开，抽屉门锁打开时，门锁开关处于断开状态，工具归位报警线路断路，无论工具是否正确归位，警示灯和蜂鸣器都不接通，避免工作过程中正常选取工具箱的工具时警示灯和蜂鸣器也接通闪烁和鸣响。当将抽屉推入箱架，抽屉门锁锁上时，门锁开关处于闭合状态，工具归位报警线路接通，各类量具、刀具、工具正确归位，其光电传感器能够检测到工具的信号并断开，该工具放置凹槽的警示灯不接通不闪烁；反之，当工具未正确归位，或者小尺寸工具错放入大尺寸工具放置凹槽时，其光电传感器不能够检测到工具的信号，光电传感器处于常态即接通状态，该工具放置凹槽的警示灯接通闪烁，提示该工具放置凹槽的工具未正确归位，同时，蜂鸣器接通鸣响；只要有一个工具不正确归位时，蜂鸣器都会发出蜂鸣声，提示工具箱有工具未正确归位。

3 应用效果

针对各类院校现有机械加工实训室工具箱存在的问题，在实验室环境中设计并实现了一种智能工具箱。本智能工具箱样机在实验室的实验测试过程中表明，能清晰地显示出工具的归位情况，样机整机的实时性、准确性、安全可靠性均达到预期的设计要求，运行情况良好。与现有工具箱相比，本智能工具箱具有如下主要特点：

①将各类工具分类、固定位置安放在工具收纳盒内，解决了原有工具箱将各种各样的工具笼统地堆放在工具箱的层板上或抽屉内，工具存放凌乱的问题，既避免损伤工具，又便于工具分类管理。

②工具只能放入形状和尺寸都与之相符的工具位，有效避免操作人员错位放入工具，解决了原有工具箱的工具管理方式不当，因翻找工具而造成工作效率低，同时还可能给操作人员带来安全隐患的问题。

③每班次工作结束，操作人员将实训时使用的各种刀具、量具、工具、辅具等实训工具收拾、整理放进工具箱，关闭工具箱门并上好门锁时，采用声光提醒方式，不需要打开工具箱检查，就能够清晰地显示实训工具的归位情况，对学生更显示出人性化的关怀，有助于培养学生的职业素养，帮助老师实施实训工具的定置管理。

④结构简单，制造成本很低廉，只需在原有抽屉式可移动工具箱的抽屉内安放塑料制成的工具收纳盒，增加一个简单的控制装置即可实现，不需专门的保养维修。

4 结语

本文对此智能工具箱的结构、控制原理进行了详细的介绍，通过实验论证了其能够定置、准确地收纳工具，清晰地显示出工具归位情况，解决现有的工具箱存放工具容易损伤和遗漏的问题，能直观、方便、有效地提醒学生和老师，资金投入不多，对各类院校工科类专业实训室的规范管理很有助益，具有一定的推广价值，已获得实用新型专利授权，专利号为201420633183.6。

参考文献：

[1]罗太景，宋杰钰.机械加工机床工具箱的改进设计[J].煤矿机械，2011（09）：174-175.

[2]蒋慧海.光电开关的原理及应用[J].铜业工程，2009（02）：41-43.

[3]sealw.智能工具箱——评《掌握需求过程》[J].电脑编程技巧与维护，2003（05）.

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