Modulowane wykrywanie sygnału laserowego w systemie sterowania zginaniem gięcia dla maszyny CNC z prasą krawędziową

  Streszczenie - W niniejszym artykule omówiono wykrywanie częstotliwości w modulowanym sygnale laserowym, który jest wykorzystywany w systemie sterowania zginaniem do maszyny CNC z prasą krawędziową. Promień lasera ma odpowiedni kąt propagacji w celu wykrycia przeszkód (płaskich detali i ręki lub części operatorów) w procesie gięcia. Zapobieganie pomocniczym źródłom lasera i efekt odgłosów transmisji sygnału, wykorzystaliśmy w procesie metodę zabezpieczenia sygnału modulacji. Jednak, aby nie ominąć jednego sygnału do drugiego, modulowane sygnały mają osobne częstotliwości. Każdy z trzech nadajników laserowych podaje do odbiornika laserowego różne częstotliwości danych z tą samą częstotliwością modulacji.

  Dioda foto wykrywa sygnał lasera, a obwód demodulatora oczyszcza sygnał danych z częstotliwości modulowanej. PIC 16F628 służy do wykrywania przychodzących sygnałów, które zasilają odbiornik laserowy i sterują procesem gięcia zgodnie z odbieranymi sygnałami.

  I. WSTĘP

  Hamulce PRESS są jednymi z najtrudniejszych obrabiarek do zabezpieczenia ze względu na ich uniwersalne zastosowanie w przemyśle. Ogólny cel oznacza, że ​​prasa prasowa może być używana do wykonywania od bardzo małych części do bardzo dużych części. Produkcja na tych maszynach może składać się z jednej tysięcznej części. Przy tego typu operacjach, prasy krawędziowe muszą być uniwersalne.

  Istnieją trzy podstawowe kategorie pras krawędziowych:

  1) Częściowa rewolucja

  Sprzęgło mechaniczne-cierne

  -Air Clutch (jedno- lub dwubiegowe)

  2) Hydrauliczne (działanie w dół i w górę)

  3) Hydra-Mechanical

  Istnieją elektryczne prasy krawędziowe z napędem serwo, które mogą zostać zachowane. [1]

  Większość operacji prasy krawędziowej nie wymaga, aby operatorzy umieszczali swoje ręce lub jakąkolwiek część swojego ciała w punkcie zagrożenia związanego z operacją; jednak nadal występuje narażenie na urazy w miejscu pracy. Ze względu na to narażenie, operatorzy muszą być zabezpieczeni przed zagrożeniami w miejscu pracy. Najlepszą praktyką w zakresie bezpieczeństwa jest sytuacja, w której operatorzy nigdy nie muszą w każdej chwili wkładać rąk ani części ciała do punktu eksploatacji. Czasami, gdy obrabiany przedmiot wygina się, może powstać zagrożenie pomiędzy częścią a przednią powierzchnią suwaka. Kiedy tak się stanie, upewnij się, że operatorzy nie kładą palców na górnej lub bocznej części materiału, ale podeprzeć materiał od spodu.

  Wydajność hamulca prasy zależy od czasu cyklu, aby zakończyć skok, który określa liczbę zagięć na godzinę lub wydajność maszyny. Krótkie czasy cyklu wymagają maksymalnej prędkości działania, minimalizując w ten sposób pracę z niską prędkością. Czas cyklu zależy od następujących czynników.

  1) Prędkość opadania barana

  2) Prędkość podtrzymania RAM

  3) Wysokość kopii zapasowej

  4) Ustawienie punktu wyciszenia

  5) Funkcja kontrolera

  6) Zastosowany system bezpieczeństwa

  Ten laserowy system zabezpieczenia przed zginaniem zaprojektowano tak, aby zapewnić minimalny wpływ na produktywność, zapewniając jednocześnie maksymalną ochronę bezpieczeństwa operatora. [2]

System ochrony prasy krawędziowej oparty na technologii laserowej wykorzystuje podwójny rząd pasm światła ustawionych w odległości 10 mm od siebie w pionie, aby uzyskać 10mm strefę opóźnienia dla górnego narzędzia, od szybkiego zbliżania się do prędkości prasowania. Poniżej tej strefy zachowana jest wymagana prędkość gięcia, ale powyżej tej strefy można uzyskać znacznie wyższą szybkość szybkiego podejścia.

  Trzy wiązki laserowe są równoległe do suwaka i poniżej górnego narzędzia. Pierwszy to części 10mm od górnej belki. Kolejny to 15 mm przód pierwszego, a ostatni przynajmniej 5 mm pod pierwszym, choć ręcznie regulowany w zależności od grubości obrabianego przedmiotu.

  Dwie górne belki mają wykryć przeszkody, a dolna - wykryć obrabiany przedmiot. Jeśli wiązki laserowe napotkają jakąkolwiek przeszkodę, maszyna zatrzymuje ruch suwaka w dół i odwraca się o kilka cali w górę. Po usunięciu przeszkody operator może kontynuować proces gięcia, ponownie naciskając przełącznik nożny.

  Ten proces gwarantuje maksymalne bezpieczeństwo dłoni i palców w obszarze trzech ruchomych wiązek laserowych. Podczas zginania pudełek lub tubek, w "trybie zagnieżdżania", zewnętrzna wiązka laserowa może być wyłączona. Dlatego też tworzenie prostopadłych kołnierzy nie stanowi już problemu, a bezpieczeństwo operatora jest nadal zapewnione przez środkową belkę.

Tx = Nadajnik Rx = odbiornik

Rys. 1 Schemat pozycyjny nadajnika laserowego i odbiornika

L1, L2, L3 = 1., 2. i 3. wiązka laserowa

Rys. 2 Schemat pozycyjny wiązek laserowych w systemie gięcia

Rys. 3 Schemat blokowy systemu gięcia laserowego

A.Modowany nadajnik laserowy

Rys. 4 Schemat blokowy nadajnika laserowego

  Istnieje kilka sposobów generowania impulsów zegarowych. Kwadratowy generator fal jest jednym z tych urządzeń, które mają wiele zastosowań w warsztacie, ale tak naprawdę niewielu hobbystów.

  Ten prosty zestaw, oparty na popularnym układzie czasowym 555, generuje częstotliwość 38 kHz. Ma szeroki zakres napięcia roboczego, a nawet zapewnia wizualne wskazanie wyjścia. [3]

Ryc.5 Obwód oscylatora nośnego z wykorzystaniem układu 555-timer

  Aby uzyskać trzy sygnały danych, zastosowaliśmy obwody multiwibratora astabilnego. Cykl taktowania jest określony przez stałą czasową rezystora-kondensatora, sieć RC.

Następnie częstotliwość wyjściową można zmieniać zmieniając wartość rezystorów i kondensatora w obwodzie. [4]

Ryc. 6 Obwód multiwibratora astabilnego

  Metoda kluczowania on-off wykrywa częstotliwość nośną.

  Obecna częstotliwość nośna jest zdefiniowana jako bit 1 i gdy nie ma ona częstotliwości nośnej dobrze znanej jako bit 0. Zgodnie z tym procesem, czas i czas trwania impulsu zegarowego w sygnale danych reprezentują odpowiednio binarny bit 1 i 0. Układ scalony NAND IC, CD4011, działa jako modulator IC w procesie modulacji kluczowania On-Off. Zgodnie z chwilą, gdy oba sygnały wejściowe bramki IC reprezentują wysoki poziom wyjściowy i który z nich jest nieobecny, wyjście bramki IC oznacza stan wyłączenia. [5]

  Zmodulowany sygnał wejściowy do wejścia sterownika laserowego i sterownika lasera napędza diodę laserową zgodnie z modulowanym sygnałem.

  B.Demodulator (odbiornik laserowy)

  W wykrywaniu fali laserowej długość fali transmitowanej fali promieniuje w sposób spójny z odbiornikiem laserowym. Zgodnie z transmisją długości fali światła lasera, około 650 nm, wykorzystaliśmy laserową diodę fotograficzną DTD - 15 (Everlight) [6]. Wytwarza sygnał odpowiedzi zgodnie ze światłem lasera. Sygnał wyjściowy diody fotokomórki jest zbyt mały do ​​wykrycia z obwodu demodulatora. CA3140E jest wzmacniaczem operacyjnym wysokiej częstotliwości i przydatnym do wzmocnienia sygnału diody fotograficznej.

  Zaletą stosunku sygnału do szumu i szerokości pasma wzmacniacza jest pomoc w demodulacji i wykryciu częstotliwości sygnału modulowanej laserem. [7]

Rys. 7 Schemat blokowy odbiornika laserowego

  Sygnał wyjściowy wzmacniacza jest przekazywany przez różnicujący obwód RC, aby zmniejszyć wzmocnienie i szumy zasilania prądem stałym. Posiada demodulację z diodą wysokiej częstotliwości i obwodem opóźnienia RC. Wyjście obwodu demodulatora jest próbkowane z obwodem kompatybilnym z TTL. Wyjście może być doprowadzone do PIC, aby wykryć częstotliwość wejściowego sygnału danych.

  C.Kontrola mikroprocesorów

System wymaga trzech styków wejściowych częstotliwości i jednego wejścia wejściowego przerwania. Potrzebne są 4 kołki wejściowe i 8 kołków wyjściowych. Zewnętrzna funkcja przerwania jest używana dla przełącznika wyboru gięcia skrzynkowego. PIC 16F628A jest 8-bitowym mikrokontrolerem CMOS opartym na pamięci flash i średnim zakresie mikrokontrolerów. Ma wystarczającą liczbę pinów I / O i specjalną funkcję dla tej pracy. [8]

  Pin 1, RA2 używany dla 3. diody LED wskaźnika laserowego

  Pin 2, RA3 służy do zablokowania i zatrzymania wskaźnika LED systemu

  Pin 6, RB0 używany do przełącznika wyboru funkcji gięcia skrzynkowego

  Pin 7, RB1 używany do wprowadzania sygnału 1 kHz

  Pin 8, RB2 służy do wprowadzania sygnału 1,5 kHz

  Pin 9, RB3 służy do wprowadzania sygnału 2 kHz

  Pin 10, RB4 służy do wyprowadzania sygnału sterującego do sterowania maszyną CNC

  Pin 11, RB5 służy do włączania / wyłączania diody LED funkcji skrzynki

  Pin 13, RB7 służy do kontroli alarmu dźwiękowego

  Pin 15 i amp; pin 16 to wejście i wyjście zewnętrznego oscylatora

  Pin 17, RA0 zastosowany dla 1. diody LED wskaźnika laserowego

  Pin 18, RA1 używany do 2. diody LED wskaźnika laserowego

  Funkcja gięcia skrzynkowego jest początkowo wyłączona i po pierwszym naciśnięciu przycisku funkcja jest włączona, a następnym razem naciśnięcie wyłącza funkcję.

Piszemy instrukcje programu używanego w programowaniu PIC Basic Pro. Zastosowaliśmy zmodulowany sygnał laserowy, aby zapobiec zewnętrznym źródłom lasera. Wykrywanie sygnału wejściowego jest prawidłowe lub nieprawidłowe jest obsługiwane przez program sterujący. Zastosowaliśmy wykrywanie częstotliwości sygnału w następujący sposób. [9]

  W PIC Basic Pro polecenie PulsIn jest liczone w zmiennej warunku ciągłego 1 lub 0. Możemy obliczyć na podstawie czasu pulsu i czasu wyłączenia impulsu wartość zmiennej zliczającej. Wyczuwaliśmy ciągłe 1 i 0 dwa razy, a następnie podzieliliśmy przez dwa, ponieważ chcemy być definitywni. Próbkowanie rozpoczęte od 1 nie stanowi problemu; możemy poczekać do opadającego zbocza i poczuć kolejne 0, 1, 0, 1 w serii, co oznacza dwa cykle częstotliwości sygnału. Kiedy wykrywanie rozpoczyna się od zera, mamy problem z tym, jak długo trzeba czekać na znalezienie częstotliwości sygnału o rosnącej częstotliwości. [7]

  Polecenie PulsIn zajmuje 131,1 milisekund, aby upłynąć limit czasu. To zbyt długo dla naszego stanu. Dlatego używamy ograniczenia czasowego w zależności od częstotliwości jednego cyklu. Kiedy sygnał jest równy 0 w całym cyklu częstotliwości, określiliśmy, że nie ma sygnału wejściowego. A także zdefiniowaliśmy, kiedy zliczana wartość nie mieści się w zakresie ± 5% określonej wartości, czyli nie występuje w sygnale wejściowym. [10]

Ryc. 8 Czas trwania jednego cyklu dla każdej częstotliwości i 1 lub 0 warunku początkowego

  Przełącznik wyboru funkcji gięcia w skrzynce to przełącznik przyciskowy, naciśnięcie tego przycisku stanowi zewnętrzną funkcję przerwania. Tak więc program wywołał funkcję podprogramu przerwania, diodę LED włączania / wyłączania i sygnału dźwiękowego.

  III. ALGORYTM DO METODY PRZETWARZANIA

  Na schemacie blokowym programu mikrokontroler pełni trzy funkcje. Wykrywa nadchodzące trzy sygnały, z których każdy ma wstępnie określony zakres częstotliwości. A następnie określ stan bezpieczeństwa operatorów. Następnie wytwarza dane wyjściowe w zależności od stanu strefy bezpieczeństwa do monitorowania.

  Na początku system oczekuje na sygnał z najniższej wiązki lasera (sygnał L1 przedstawiony na rysunku 2), po tym górnym sygnale wewnętrznym (sygnał L), a następnie górnym sygnale zewnętrznym (sygnał L3). To zapotrzebowanie na stan gotowości do użycia, jeśli jedno z tych nie zostanie wykryte, warunek nie jest gotowy do użycia i wyrównania nadajnika i odbiornika. Gdy system jest gotowy do użycia, system jest wykrywany jako pierwszy sygnał laserowy, który jest wykrywany jako przedmiot obrabianego przedmiotu. Po przejściu przedmiotu obrabianego przez pierwszą wiązkę laserową, system jest sprawdzany pod kątem bezpieczeństwa dla drugich i trzecich wiązek laserowych. Druga wiązka laserowa jest nieobecna, stan jest niebezpieczny, a trzecia wiązka laserowa jest nieobecna, może być stanem w funkcji zginania pudełek lub stanu niebezpiecznego.

  Zastosowaliśmy przełącznik selektora gięcia skrzynkowego jest wejściem z bolca B0 z powodu specjalnej funkcji zewnętrznego przerywania. System zna sens włączania / wyłączania funkcji gięcia skrzynkowego w dowolnym momencie procesu, ponieważ po przerwaniu sygnału ze szpilki sterującej program zatrzymuje się na miejscu i przechodzi do pracy z podprogramem przerwania. Podprogramem przerwania jest Start wystarczający do wykonania reprezentowanych zmian wartości i generuje szum dźwiękowy, a dioda LED monitorowania zależy od stanu włączenia lub wyłączenia. Funkcja gięcia skrzynkowego jest uruchamiana w stanie normalnie zamkniętym.

Rys. 9 Schemat blokowy systemu sterowania Bending Guard

  Po wykryciu częstotliwości sygnału polecenie PIC Basic Pro PulsIn ma funkcję zliczania czasu na czas lub czas wyłączenia sygnału. Ważną rzeczą jest, że sygnał wejściowy musi zostać usunięty z szumów, ponieważ może to powodować otrzymanie wyniku błędu z częstotliwości pomiaru. Kiedy system jest uruchamiany w celu wykrycia częstotliwości sygnału, może to być w dwóch warunkach, pierwszy jest sygnałem czasu wyłączenia (interwał 0) i sygnałem o czasie (1 interwał). Proces wykrywania jest oczekiwany do następnego uruchomienia warunku z powodu pewności wartości próbkowania i zaniedbania utraconej wartości przedziału czasu.

  Gdy wykrywanie rozpoczyna się od zera, system nie chce czekać do czasu przelania polecenia PulsIn (131,1 ms), więc sprawdzanie czasu jest definiowane jako 1 ms przez wykonywanie pętli, jak pokazano na Rysunku 10 (a). Ma dobry czas reakcji na brak sygnału wykrywającego i ma wystarczającą ilość przedziałów czasowych na wykrycie dla każdego sygnału. Następnie dwukrotnie zliczono interwał on-off i odstęp czasu wyłączenia, aby upewnić się, ile czasu upłynęło. Po zakończeniu liczenia ilość wartości jest dzielona przez dwa, aby uzyskać tylko jeden czas trwania.

Rys. 10 Schemat blokowy sygnału wykrywania (a)

Rys. 10 Schemat blokowy sygnału wykrywania (b)

  Na rysunku 10 (b) system rozpoczyna pobieranie próbek sygnału na czas. Sygnał jest już rozpoczęty od 1 i wystarczy znać tylko częstotliwość. Tak więc, czekał na koniec przedziału czasowego, a następnie liczy interwały czasowe i dzielił się przez dwa, aby uzyskać jeden okres czasu sygnału.

  IV. WYNIKI I DYSKUSJA

  System detekcji laserowej rozpoczyna się testowaniem z wyjściem generatora częstotliwości, aby wykryć impulsy o częstotliwości. Gdy wynik jest pewny dla pokazania generatora funkcji wejściowych i sygnału zezwalającego na przejście, następny etap wykrywa się z demodulatora odbiornika laserowego. Wyjście demodulatora pokazano na rysunku 11, udowodniono, że kanał 2 oscyloskopu jest połączony z wyjściem odbiornika, a kanał 1 jest mierzony na wyjściu wzmacniacza optycznego lasera.

Rys. 11 Krzywe wyjściowe w obwodzie odbiornika laserowego

Drugi krok polega na symulacji testu dla trzech sygnałów wejściowych i funkcji przerwania, jak pokazano na rysunku 12. Wejścia są wprowadzane ze źródeł generatora impulsów.

Rys. 12 Program testowy symulacji dla obwodu czujnika częstotliwości

  Ostateczne testowanie odbywa się za pomocą jednostki sterującej PIC i trzech modulowanych laserowych sygnałów wejściowych.

Rys. 12 Testowanie obwodu czujnika częstotliwości

  Głównym celem jest wykrycie sygnałów, które wyczuwają bezpieczeństwo operatora. Sygnały te są podawane do pinów wejściowych mikrokontrolera. Mikrokontroler wykrył wszystkie sygnały i określił, na którym etapie musi wytworzyć sygnał sterujący, aby wstrzymać maszynę prasy krawędziowej.

  V.KONKLUZJA

  W tym projekcie obwód podstawowego nadajnika laserowego jest dokładny w określonej modulacji częstotliwości. Wyjścia nadajników laserowych są modulowane zgodnie z inną częstotliwością sygnału danych, chociaż częstotliwość nośna jest wspólna. Odbiornik laserowy może wykryć wiązkę laserową i wzmocnić ją w czystym stanie. Obwód demodulatora pracował na akceptowalnym generowaniu sygnału wyjściowej częstotliwości. Testowanie sygnału pomiarowego jest w rezultacie godne uwagi.

  Chociaż większość mierników częstotliwości wykorzystuje metodę liczenia narastających zboczy lub opadających krawędzi sygnału wykrywającego w określonym przedziale czasu, należy tutaj zastosować metodę liczenia okresów czasu włączenia i wyłączenia sygnału próbkowania. W rezultacie ta metoda ma najlepszy czas odpowiedzi i podaje dokładną wartość częstotliwości. Rezultat systemu kontroli zginania ma krótki czas reakcji wystarczający do sterowania maszyną CNC w określonej strefie bezpieczeństwa.