Sensing di segnale laser modulato in Bending Guard Sistema di controllo per presse piegatrici CNC

  Riassunto - Questo articolo discute il rilevamento della frequenza nel segnale laser modulato utilizzato nel sistema di controllo della protezione della flessione per la macchina CNC con pressa piegatrice. Il raggio laser ha un angolo di propagazione adeguato per rilevare eventuali ostacoli (pezzi piani e parti di mano o parti di operatori) nel processo di piegatura. Prevenzione delle sorgenti laser ausiliarie e l'effetto dei rumori di trasmissione del segnale, abbiamo utilizzato il metodo del segnale di sicurezza di modulazione in corso. Tuttavia, a un livello molto lontano dalla mancanza di un segnale all'altro, i segnali modulati hanno frequenze separate. Ciascuno dei tre trasmettitori laser si alimenta al ricevitore laser con frequenze di dati diverse con la stessa frequenza di modulazione.

  Il diodo foto rileva che il segnale del laser e il circuito del demodulatore purificano il segnale dei dati dalla frequenza di modulazione. PIC 16F628 viene utilizzato per rilevare i segnali in ingresso che alimentano dal ricevitore laser e controllano il processo di piegatura in base ai segnali ricevuti.

  I. INTRODUZIONE

I freni PRESS sono una delle macchine utensili più difficili da salvaguardare a causa del loro impiego di tipo generale nell'industria. Scopo generale significa che una pressa piegatrice può essere utilizzata per legare da parti molto piccole a parti molto grandi. Le corse di produzione su queste macchine possono essere una parte per migliaia di parti. Con questo tipo di operazione, le presse piegatrici devono essere versatili.

  Esistono tre categorie di base di presse piegatrici:

  1) Parte rivoluzione

  - Frizione meccanica-frizione

  - Frizione aria (singola o doppia velocità)

  2) Idraulico (che agisce in basso e in alto)

  3) Hydra-Mechanical

  Ci sono presse piegatrici servo-drive che possono essere riparate. [1]

  La maggior parte delle operazioni con le presse piegatrici non obbliga gli operatori a mettere le mani o qualsiasi parte del loro corpo nel pericolo del punto di funzionamento; tuttavia, esiste ancora un'esposizione a infortuni sul punto di funzionamento. A causa di questa esposizione, gli operatori devono essere protetti dai pericoli del punto di funzionamento. Le migliori pratiche di sicurezza sono quando gli operatori non sono mai tenuti a mettere le mani o una parte del loro corpo nel punto di funzionamento in qualsiasi momento. A volte, quando il pezzo da lavorare si piega, può essere creato un pericolo tra la parte e la faccia anteriore della diapositiva. Quando ciò accade, assicurati che gli operatori non mettano le dita sulla parte superiore o sui lati del materiale, ma sostengano il materiale da sotto.

  La produttività di una pressa piegatrice è determinata dal tempo di ciclo per completare una corsa che determina il numero di piegature all'ora o il tasso di produttività della macchina. Tempi di ciclo brevi richiedono il funzionamento a velocità massima massima riducendo al minimo il funzionamento a bassa velocità. Il tempo di ciclo dipende dai seguenti fattori.

  1) Velocità di discesa della ram

  2) Velocità di back-up del pistone

  3) Altezza di backup

  4) Impostazione del punto di silenzio

  5) Funzionalità del controller

  6) Sistema di protezione di sicurezza impiegato

  Questo sistema di protezione della flessione laser è progettato per fornire un impatto minimo sulla produttività e allo stesso tempo fornisce la massima protezione per la sicurezza dell'operatore. [2]

  Il sistema di protezione del freno della pressa basato su laser utilizza una doppia fila di fasce luminose poste a 10 mm di distanza verticalmente per fornire una zona di decelerazione di 10 mm per l'utensile superiore dall'accesso rapido alla velocità di pressatura. Al di sotto di questa zona viene mantenuta la velocità di piegatura richiesta, ma al di sopra di questa zona si può ottenere una velocità di avvicinamento molto più elevata.

  Tre raggi laser sono paralleli con ram e sotto lo strumento superiore. Il primo è parti 10mm dal raggio superiore. Il prossimo è posizionato a 15mm davanti al primo e l'ultimo a almeno 5mm sotto il primo, sebbene sia regolabile manualmente in base allo spessore del pezzo.

  I due raggi superiori servono a rilevare gli ostacoli e quello inferiore a rilevare il pezzo da lavorare. Se i raggi laser incontrano qualsiasi ostacolo, la macchina arresta il movimento verso il basso del pistone e si ribalta di alcuni pollici verso l'alto. Una volta rimosso l'ostacolo, l'operatore può continuare il processo di piegatura premendo nuovamente il pedale.

  Questo processo garantisce la massima sicurezza delle mani e delle dita all'interno dell'area dei tre fasci laser mobili. Durante la piegatura di scatole o tubi, nella "modalità di annidamento", il raggio laser esterno può essere disattivato. Pertanto, la formazione di flange perpendicolari non è più un problema e la sicurezza del mezzo è ancora garantita dalla traversa centrale.

Tx = Trasmettitore Rx = ricevitore

Fig. 1 Diagramma posizionale del trasmettitore e ricevitore laser

L1, L2, L3 = 1 °, 2 ° e 3 ° raggio laser

Fig. 2 Diagramma posizionale dei raggi laser nel sistema di protezione della flessione

Fig. 3 Schema a blocchi di sistema del sistema di protezione della flessione laser

A. Trasmettitore laser modulato

Fig. 4 Diagramma a blocchi del trasmettitore laser

  Esistono diversi modi per generare impulsi di clock. Un generatore di onde quadre è uno di quei pezzi di equipaggiamento che ha molti usi in officina ma pochi hobbisti effettivamente hanno.

  Questo semplice kit, basato sul popolare IC del timer 555, genera una frequenza di 38 kHz. Ha un ampio intervallo di tensione operativa e fornisce anche un'indicazione visiva dell'uscita. [3]

Fig.5 Circuito dell'oscillatore portante tramite IC 555-timer

  Per ottenere tre segnali di dati, abbiamo usato i circuiti multivibratore astabile NAND gate. Il ciclo di temporizzazione è determinato dalla costante di tempo del resistore-condensatore, rete RC.

  Quindi la frequenza di uscita può essere variata cambiando il valore (s) dei resistori e del condensatore nel circuito. [4]

Fig. 6 Circuito multivibratore astabile a porta NAND

  Il metodo di inserimento e spegnimento è il rilevamento della frequenza portante.

  La frequenza di portante presente è definita come bit 1 e quando assente dalla frequenza portante ben nota come bit 0. In base a questo processo, la durata e l'off time della durata dell'impulso di clock nel segnale dati rappresentano rispettivamente i bit 1 e 0 binari. Un IC a porta NAND, CD4011, funge da IC modulatore nel processo di modulazione della codifica On-off. Secondo il tempo di attivazione di entrambi i segnali di ingresso della porta, IC è rappresentativo di uscita elevata e quale di una è assente, l'uscita della porta CI indica condizione di disattivazione. [5]

  L'alimentazione del segnale modulato all'ingresso del driver laser e il driver laser pilotano il diodo laser in base al segnale modulato.

  B.Demodulator (ricevitore laser)

  Nel rilevamento dell'onda laser, la lunghezza d'onda dell'onda trasmessa viene irradiata in modo coerente al ricevitore laser. In base alla lunghezza d'onda della luce laser trasmittente, circa 650 nm, abbiamo utilizzato il diodo fotografico laser DTD-15 (Everlight) [6]. Produce il segnale di risposta in base alla luce laser. Il segnale di uscita del diodo foto è troppo piccolo per essere rilevato dal circuito del demodulatore. CA3140E è un amplificatore operazionale ad alta frequenza e utile per l'amplificazione del segnale dei fotodiodi.

  I vantaggi del rapporto segnale / rumore e della larghezza di banda dell'amplificatore aiutano a demodulare e rilevare la frequenza del segnale dei dati modulati al laser. [7]

Fig. 7 Diagramma a blocchi ricevitore laser

  Il segnale di uscita dell'amplificatore operazionale viene fatto passare attraverso il circuito RC di differenziazione per ridurre l'amplificazione e il rumore di alimentazione cc. Ha demodulato con un diodo ad alta frequenza e un circuito di ritardo RC. L'uscita del circuito del demodulatore viene campionata con il circuito TTL compatibile. L'uscita può alimentare il PIC per rilevare la frequenza del segnale di dati in ingresso.

  C. Unità microcontrollore

Il sistema richiede tre pin di ingresso di frequenza e un pin di ingresso di accesso all'interrupt. Sono necessari 4 pin di input e 8 pin di output. La funzione di interruzione esterna viene utilizzata per il selettore di piegatura scatole. PIC 16F628A è un micro controller CMOS a 8 bit basato su flash e una gamma media di microcontrollori. Ha abbastanza pin I / O e funzione speciale per questo lavoro. [8]

  Pin 1, RA2 utilizzato per il 3 ° LED indicatore raggio laser

  Pin 2, RA3 utilizzato per LED indicatori di sistema bloccati e in pausa

  Pin 6, RB0 utilizzato per il selettore di funzioni di piegatura scatole

  Pin 7, RB1 utilizzato per l'ingresso di un segnale da 1 kHz

  Pin 8, RB2 utilizzato per l'ingresso del segnale a 1,5 kHz

  Pin 9, RB3 utilizzato per l'ingresso del segnale a 2 kHz

  Pin 10, RB4 utilizzato per l'uscita del segnale di controllo per controllare la macchina CNC

  Pin 11, RB5 utilizzato per LED indicatore di accensione / spegnimento della scatola

  Pin 13, RB7 utilizzato per il controllo dell'allarme del cicalino

  Pin 15 & il pin 16 è l'ingresso e l'uscita dell'oscillatore esterno

  Pin 17, RA0 utilizzato per il 1 ° LED indicatore raggio laser

  Pin 18, RA1 utilizzato per il secondo LED indicatore raggio laser

  La funzione di piegatura della scatola è inizialmente disattivata e quando si preme per la prima volta il pulsante, la funzione è attiva e la volta successiva si spegne la funzione.

  Scriviamo le istruzioni del programma utilizzato nella programmazione di PIC Basic Pro. Abbiamo usato il segnale laser modulato per prevenire le sorgenti esterne del laser. Il rilevamento del segnale di ingresso è corretto o sbagliato viene gestito dal programma di controllo. Abbiamo usato il rilevamento della frequenza del segnale come segue. [9]

  In PIC Basic Pro, il comando PulsIn viene conteggiato in una variabile della condizione continua 1 o 0. Possiamo calcolare il tempo di impulso e il tempo di spegnimento dell'impulso nel valore della variabile di conteggio. Abbiamo percepito il continuo 1 e 0 due volte e poi diviso per due perché vogliamo essere definiti. Il campionamento è iniziato da 1 non è un problema; possiamo aspettare fino al bordo discendente e percepire i successivi 0, 1, 0, 1 in serie, che significano due cicli di frequenza del segnale. Quando il sensing viene avviato da 0, abbiamo un problema per quanto tempo le volte aspettano di trovare la frequenza del segnale dei dati del fronte di salita. [7]

  Il comando PulsIn richiede 131,1 msec per essere il periodo di timeout. È troppo lungo per la nostra condizione. Quindi, usiamo il limite di tempo dipende dalla frequenza di un tempo di ciclo. Quando il segnale è pari a 0 quel tempo su un ciclo di frequenza, abbiamo definito che è assente dal segnale di ingresso. E inoltre abbiamo definito quando il valore conteggiato non è compreso nell'intervallo di ± 5% del valore definito, che è assente dal segnale di ingresso. [10]

Fig. 8 Durata un ciclo per ogni frequenza e 1 o 0 condizione iniziale

  Il selettore della funzione di piegatura della scatola è un interruttore a pulsante, premendo quel pulsante è la funzione di interruzione esterna. Quindi il programma ha chiamato la funzione di sottoprogramma di interrupt, il LED indicatore acceso / spento e il segnale sonoro battuto.

  III. ALGORITMO PER IL METODO DI TRASFORMAZIONE

  Dal diagramma di flusso del programma, il microcontrollore ha tre funzioni. Rileva i tre segnali in ingresso che hanno ciascuno in un intervallo di frequenza predeterminato. E quindi, determinare le condizioni di sicurezza degli operatori. Successivamente, produce l'uscita in base alle condizioni della zona di sicurezza per il monitoraggio.

Inizialmente il sistema è in attesa di ricevere il segnale dal raggio laser più basso (segnale L1 mostrato in Figura 2), dopo quel segnale interno superiore (segnale L) e quindi il segnale esterno superiore (segnale L3). Quella necessità di condizione pronta per l'uso, se una di queste non viene rilevata, la condizione non è pronta per l'uso e fa allineare il trasmettitore e il ricevitore. Quando il sistema è pronto per l'uso, il sistema rileva il primo segnale laser che rileva l'oggetto del pezzo. Dopo che il pezzo è passato attraverso il primo raggio laser, il sistema controlla il secondo e il terzo raggio laser per sicurezza. Il secondo raggio laser è assente, la condizione è non sicura e il terzo raggio laser è assente, potrebbe essere la condizione nella funzione di piegatura a scatola o in condizioni non sicure.

  Abbiamo usato il selettore di piegatura a scatola è l'ingresso dal pin B0 a causa della funzione speciale di interrupt esterno. Il sistema riconosce il senso di attivazione / disattivazione della funzione di piegatura della scatola in qualsiasi momento del processo, poiché quando l'interrupt viene immesso dal pin di controllo, il programma si ferma a portata di mano e passa al sottoprogramma di interrupt. Il sottoprogramma di interrupt è Avvia abbastanza per eseguire le modifiche del valore rappresentato e produce un ronzio acustico e il LED di monitoraggio dipende dalle condizioni di attivazione o disattivazione. La funzione di piegatura della scatola viene avviata in condizioni normalmente chiuse.

Fig. 9 Diagramma di flusso del sistema di controllo Bending Guard

  Quando si rileva la frequenza del segnale, il comando PIC Basic Pro PulsIn ha una funzione di conteggio del periodo di tempo di accensione o spegnimento del segnale. La cosa importante è che il segnale di input deve essere eliminato dai rumori, perché potrebbe essere il risultato dell'errore della frequenza di misurazione. Quando il sistema inizia a rilevare la frequenza del segnale, che può essere in due condizioni, il primo è il segnale di tempo di spegnimento (intervallo 0) e il segnale di tempo di accensione (1 intervallo). Il processo di sensing è atteso fino al prossimo avvio della condizione, perché di sicuro il valore di campionamento e trascurando il valore perso dell'intervallo di tempo.

  Quando il sensing viene avviato da 0, il sistema non vuole attendere il tempo di overflow del comando PulsIn (131,1 msec), quindi il controllo del tempo viene definito 1 msec eseguendo il loop come mostrato nella Figura 10 (a). Ha un buon tempo di risposta per l'assenza del segnale di rilevamento e ha abbastanza intervalli di tempo per il rilevamento per ciascun segnale. Successivamente, ha contato l'intervallo di accensione e l'intervallo di spegnimento in due volte con certezza l'intervallo di tempo. Al termine del conteggio, la quantità del valore di conteggio viene divisa per due per ottenere una sola durata.

Fig. 10 Diagramma di flusso del sistema del segnale di rilevamento (a)

Fig. 10 Diagramma di flusso del sistema del segnale di rilevamento (b)

  Nella Figura 10 (b), il sistema inizia a campionare il segnale in tempo. Il segnale è già iniziato da 1 ed è solo necessario conoscere la frequenza. Quindi, ha aspettato fino alla fine dell'intervallo di tempo e dopo che è il conteggio degli intervalli di tempo e diviso per due per ottenere l'unico periodo di tempo del segnale.

IV. RISULTATI E DISCUSSIONE

  Il sistema di rilevamento laser inizia a testare con un'uscita del generatore di frequenza per rilevare gli impulsi in frequenza. Quando il risultato è sicuro per la visualizzazione del generatore di funzioni di ingresso e del segnale di consenso, il punto successivo viene rilevato dal demodulatore del ricevitore laser. L'uscita del demodulatore è mostrata nella Figura 11, la prova del canale 2 dell'oscilloscopio è collegata all'uscita del ricevitore e il canale 1 è misurato all'uscita dell'amplificatore operazionale del diodo laser.

Fig. 11 Forme d'onda di uscita nel circuito del ricevitore laser

  La seconda fase consiste nel simulare il test per tre segnali di ingresso e la funzione di interruzione, come mostrato nella Figura 12. Gli ingressi sono immessi dalle sorgenti del generatore di impulsi.

Fig. 12 Programma di test di simulazione per circuito di rilevamento della frequenza

  Il test finale è con l'unità di controllo basata su PIC e tre segnali di ingresso laser modulati.

Fig. 12 Test per circuito di rilevamento della frequenza

  Lo scopo principale è quello di rilevare i segnali che rilevano la sicurezza dell'operatore. Questi segnali vengono inviati rispettivamente ai pin di ingresso del microcontrollore. Il microcontrollore ha rilevato tutti i segnali e determina in quale fase è necessario produrre il segnale di controllo per mettere in pausa la macchina della pressa.

  V. CONCLUSIONE

  In questo progetto, il circuito del trasmettitore della base laser è preciso nella modulazione di frequenza specificata. Le uscite dei trasmettitori laser sono modulate in base alla diversa frequenza del segnale di dati sebbene la frequenza portante sia comune. Il ricevitore laser può rilevare il raggio laser e amplificato in condizioni chiare. Il circuito del demodulatore ha funzionato per generare un segnale di frequenza di uscita accettabile. Il test per il segnale di rilevamento ha in risultato è notevole.

  Sebbene la maggior parte dei misuratori di frequenza utilizzi il metodo di conteggio dei fronti di salita o di discesa del segnale di rilevamento nell'intervallo di tempo definito, utilizzare il metodo di conteggio dei periodi di tempo di attivazione e disattivazione del segnale di campionamento. Nel risultato, questo metodo ha il miglior tempo di risposta e fornisce il valore esatto della frequenza. Quindi, il risultato del sistema di controllo della protezione della flessione ha un tempo di risposta rapido sufficiente per controllare la macchina CNC in una zona di sicurezza definita.