Modulované snímání laserového signálu v systému řízení ohybového řízení pro CNC stroj s lisovacím brzdou

  Abstrakt - Tento příspěvek pojednává o frekvenčním snímání v modulovaném laserovém signálu, který se používá v řídícím systému ohybové ochrany pro CNC stroj lisu. Laserový paprsek má vhodný rozšiřovací úhel pro detekci jakýchkoli překážek (plochých dílů a ruky nebo částí operátorů) při ohýbání. Prevence pomocných laserových zdrojů a vliv hluku přenosu signálu jsme použili metodu modulačního bezpečnostního signálu v procesu. Nicméně vzdáleně od chybějícího signálu k sobě samému, mají modulované signály v oddělených kmitočtech. Každá ze tří laserových vysílačů je napájena laserovým přijímačem s různými frekvencemi dat ve stejné modulační frekvenci.

  Fotodioda detekuje signál laseru a okruh demodulátoru vyčistí datový signál z modulační frekvence. PIC 16F628 se používá k detekci příchozích signálů, které jsou napájeny z laserového přijímače, a řídí ohýbací proces podle přijatých signálů.

  I. ÚVOD

  Brzdy PRESS jsou jedním z nejobtížnějších obráběcích strojů, které mají být chráněny z důvodu jejich obecného účelového použití v průmyslu. Obecným účelem je použití lisovací brzdy pro odkládání od velmi malých částí až po velmi velké části. Výrobní běhy na těchto strojích mohou být součástí tisíců dílů. Při tomto druhu provozu musí být brzdy zatlačeny všestranně.

  Existují tři základní kategorie lisovacích brzd:

  1) Částečná revoluce

  -Mechanická-třecí spojka

  -Vodičová spojka (jedno- nebo dvourychlostní)

  2) Hydraulické (působící na dolní a horní část)

3) Hydra-mechanické

  K dispozici jsou servopohony s elektrickými lisovacími brzdami, které mohou být chráněny. [1]

  Většina operací lisu brzdění nevyžaduje, aby operátoři umístili ruce nebo jakoukoli část těla do rizikového místa; nicméně vystavení zranění po bodě provozu stále existuje. Z důvodu této expozice musí být obsluha chráněna před nebezpečím z provozu. Nejlepším bezpečnostním postupem je, když operátoři nikdy nemají povinnost ruce nebo část těla v místě operace kdykoli. Někdy, když se obrobek ohýbá, může vzniknout nebezpečí mezi částí a přední plochou skluzu. Pokud k tomu dojde, ujistěte se, že operátoři neumísťují prsty na horní část nebo na stranu materiálu, ale podepírujte materiál zespodu.

  Produktivita lisovací brzdy se určuje podle doby cyklu k dokončení zdvihu, který určuje počet zákrut za hodinu nebo produktivitu stroje. Krátké časy cyklu vyžadují maximální rychlý provoz, čímž se minimalizuje provoz s pomalou rychlostí. Doba cyklu závisí na následujících faktorech.

  1) rychlost stoupání berana

  2) Rychlost zálohování ramene

  3) Výška zálohy

  4) Nastavení ztlumení

  5) Funkce řadiče

  6) Používá se bezpečnostní ochranný systém

  Tento systém ochrany ohýbání laserem je navržen tak, aby poskytoval minimální dopad na produktivitu a současně poskytoval maximální bezpečnostní ochranu pro obsluhu. [2]

  Ochranný systém stlačeného brzdového systému na bázi laseru používá dvojitý řádek světelných pásů nastavených ve svislém směru 10 mm, aby poskytl 10 mm zpomalovací zónu pro horní nástroj od rychlého přiblížení k rychlosti lisování. Pod touto zónou se udržuje požadovaná rychlost ohybu, ale nad touto zónou lze dosáhnout mnohem vyšší rychlosti rychlého přiblížení.

  Tři laserové paprsky jsou paralelní s beranem a pod horním nástrojem. První je součástí 10 mm od horního nosníku. Druhý je umístěn 15 mm před první a poslední leží nejméně o 5 mm pod první, ačkoli je ručně nastavitelný podle tloušťky obrobku.

  Horní dva nosníky musí detekovat překážky a dolní část je pro detekci obrobku. Pokud laserové paprsky narazí na nějakou překážku, stroj zastaví pohyb beranu směrem dolů a otočí o několik centimetrů nahoru. Jakmile je překážka odstraněna, operátor může pokračovat v procesu ohýbání opětovným stisknutím nožního spínače.

  Tento proces zaručuje maximální bezpečnost rukou a prstů v oblasti tří pohyblivých laserových světelných paprsků. Během ohýbání krabic nebo trubek v režimu "vnoření" může být vnější laserový paprsek vypnut. Proto vytváření kolmých přírub již není problémem a bezpečnost obsluhy je stále zajištěna prostředním paprskem.

Tx = vysílač Rx = přijímač

Obrázek 1 Poziční diagram laserového vysílače a přijímače

L1, L2, L3 = 1., 2. a 3. laserový paprsek

Obr. 2 Poziční diagram laserových paprsků v systému ohýbání

Obrázek 3 Systémové blokové schéma systému ochrany proti ohýbání laserem

A.Modulovaný laserový vysílač

Obrázek 4 Blokový diagram vysílače laseru

  Existuje několik způsobů generování hodinových impulzů. Generátor čtvercových vln je jedním z těch přístrojů, které mají v dílně mnoho využití, přesto má několik fanoušků.

  Tato jednoduchá sada, založená na populárním časovači IC 555, generuje kmitočet 38 kHz. Má široký rozsah provozního napětí a dokonce poskytuje vizuální indikaci výstupu. [3]

Obr. 5 Obvod oscilátoru nosiče s použitím 555-timer IC

  Abychom získali tři datové signály, použili jsme obvody multivibrátorů pro NAND brány. Časový cyklus je určen časovou konstantou odporové-kondenzátorové RC sítě.

  Výstupní frekvenci lze měnit změnou hodnoty (hodnot) odporů a kondenzátoru v obvodu. [4]

Obrázek 6 NAND vícestupňový multivibrační obvod

  Metoda zapínání a vypínání je snímání nosné frekvence.

  Dosavadní nosná frekvence je definována jako bit 1 a když chybí nosná frekvence dobře známá jako bit 0. Podle tohoto procesu představují časová a časová prodleva hodinového impulsu v datovém signálu binární bit 1 a 0. Integrovaná brána IC, CD4011, působí jako modulátor IC v procesu modulace zapínání a vypínání. Podle časového okamžiku obou vstupních signálů brány IC je reprezentován k výstupu vysoký a který z nich chybí, výstup brány IC znamená off. [5]

  Modulovaný signál přivádí vstup laserového ovladače a laserový ovladač pohání laserovou diodu podle modulovaného signálu.

  B.Demodulátor (laserový přijímač)

  Při snímání laserové vlny se vlnová délka přenášené vlny vyzařuje v souladu s laserovým přijímačem. Podle přenosu vlnové délky laserového světla, přibližně 650 nm, jsme použili laserovou fotodiodu DTD - 15 (Everlight) [6]. Vydává signál odezvy podle laserového světla. Výstupní signál fotodiody je příliš malý, aby se zjistil z obvodu demodulátoru. CA3140E je vysokofrekvenční operační zesilovač a je užitečný pro zesílení signálu fotodiody.

  Výhody poměru signálu k šumu a šířky pásma zesilovače pomáhají demodulaci a snímání frekvence datového signálu modulovaného laserem. [7]

Obrázek 7 Blokový diagram přijímače laseru

  Výstupní signál operačního zesilovače prochází diferenciálním obvodem RC, aby se snížil zesílení a hluk napájení. Demoduluje s vysokofrekvenční diodou a RC časovým zpožděním. Výstup okruhu demodulátoru je odebírán z kompatibilního obvodu TTL. Výstup může být přiveden do PIC pro zjištění frekvence vstupního datového signálu.

  C. Jednotka mikrokontroléru

Systém potřebuje tři čidla frekvenčního vstupu a jeden vstupní kolík pro přístup k přerušení. K dispozici jsou 4 vstupní kolíky a 8 výstupních kolíků. Funkce externího přerušení se používá pro přepínač volby ohýbání boxů. PIC 16F628A je bleskově řízený 8bitový mikroprocesor CMOS a střední řada mikroprocesorů. Má dostatek vstupních a výstupních pinů a speciální funkci pro tuto práci. [8]

Pin 1, RA2 používaný pro LED indikátor třetího laserového paprsku

  Pin 2, RA3 používaný pro zablokovanou a pozastavenou LED indikátor systému

  Pin 6, RB0 použitý pro přepínač funkce ohýbání boxů

  Pin 7, RB1 pro vstup signálu 1 kHz

  Pin 8, RB2 pro vstup signálu 1,5 kHz

Pin 9, RB3 pro vstup signálu 2 kHz

  Pin 10, RB4 použitý pro výstup řídícího signálu pro řízení CNC stroje

  Pin 11, RB5 slouží k zapnutí / vypnutí indikátoru LED

  Pin 13, RB7 použitý pro ovládání poplachu

  Pin 15 & pin 16 jsou vstup a výstup externího oscilátoru

  Pin 17, RA0 použitý pro LED indikátor 1. laserového paprsku

  Pin 18, RA1 používaný pro druhou LED indikátor laserového paprsku

  Funkce ohýbání skříně je zpočátku vypnutá a při prvním stisknutí tlačítka se funkce zapne a při příštím stisknutí se funkce vypne.

  Napsali jsme pokyny programu používaného v programování PIC Basic Pro. Použili jsme modulovaný laserový signál, abychom zabránili externím zdrojům laseru. Detekce vstupního signálu je správná nebo špatná je ovládána řídícím programem. Použili jsme snímání frekvence signálu podle následujícího. [9]

  V příkazu PIC Basic Pro se příkaz PulsIn započítává do proměnné kontinuálního stavu 1 nebo 0. Můžeme vypočítat čas impulzu a čas vypnutí impulsu v hodnotě počítané proměnné. Cítili jsme kontinuální 1 a 0 dvakrát a pak jsme vydělili dva, protože chceme být definitivní. Vzorkování je zahájeno od 1 není problém; můžeme počkat až do klesající hrany a cítit další 0, 1, 0, 1 v sérii, což znamená dva cykly frekvence signálu. Když je snímání spuštěno od 0, máme problém, jak dlouhé časy čekají na zjištění stoupající frekvence datového signálu vzestupné hrany. [7]

  Příkaz PulsIn trvá 131,1 ms, aby byl časový limit. To je příliš dlouhé pro náš stav. Takže časové omezení závisí na frekvenci jednoho cyklu. Když je signál v tomto okamžiku v průběhu cyklu frekvence, definujeme, že chybí vstupní signál. A také jsme definovali, když vypočítaná hodnota není v rozmezí ± 5% definované hodnoty, která chybí vstupního signálu. [10]

Obrázek 8 Doba trvání jednoho cyklu pro každou frekvenci a 1 nebo 0 počátečního stavu

  Přepínač funkce ohýbání boxů je přepínačem tlačítka, stiskem tlačítka je funkce externího přerušení. Takže program vyvolal funkci podprogramu přerušení, zapnutí / vypnutí indikátoru LED a poruchy zvukových signálů.

  III. ALGORITHM PRO METODU ZPRACOVÁNÍ

  Vývojový diagram programu má mikrořadič tři funkce. Cituje příchozí tři signály, které mají každý v předem stanoveném kmitočtovém rozsahu. A pak určit bezpečnostní podmínky operátorů. Poté produkuje výstup v závislosti na stavu bezpečnostní zóny pro sledování.

  Nejprve systém čeká na získání signálu z nejnižšího laserového paprsku (signál L1 zobrazený na obrázku 2), poté horní vnitřní signál (signál L) a pak horní vnější signál (signál L3). Tato potřeba podmínky připravenosti k použití, pokud některý z nich není detekován, podmínka není připravena k použití a zarovnání vysílače a přijímače. Když je systém připraven k použití, systém je snímán první laserový signál, který detekuje objekt obrobku. Poté, co obrobek prošel prvním laserovým paprskem, systém kontroluje bezpečnost a bezpečnost druhého a třetího laserového paprsku. Druhý laserový paprsek je nepřítomen, stav je nebezpečný a třetí laserový paprsek je nepřítomný, může to být stav při ohýbání v krabičce nebo v nebezpečném stavu.

Použili jsme přepínač pro ohýbání boxů, který je vstupem z kolíku B0 z důvodu speciální funkce externího přerušení. Systém zná v každém okamžiku smysl zapnutí / vypnutí zapnutí / vypnutí funkce ohýbání boxů, protože když přerušení přichází z ovládacího kolíku, program se zastaví a dostane se do práce s podprogramem přerušení. Podprogram přerušení je dostatečně spuštěn pro provedení zobrazených změn hodnot a vydává zvuková hlášení a LED monitorování závisí na stavu zapnutí nebo vypnutí. Funkce ohýbání boxu je spuštěna v normálně uzavřeném stavu.

Obrázek 9 Systémový diagram systému řízení ohýbání

  Při snímání frekvence signálu má PulsIn příkaz PIC Basic Pro funkci započítání časové periody času zapnutí nebo vypnutí signálu. Důležité je, aby vstupní signál musel vymazat z hluku, protože to může být získání chybových výsledků měření frekvence. Když systém začne snímat frekvenci signálu, může to být ve dvou podmínkách, první je signál času vypnutí (0 intervalu) a signálu času (1 interval). Proces snímání je čekal až do dalšího začátku stavu kvůli jisté hodnotě vzorkování a zanedbání ztracené hodnoty časového intervalu.

  Při spuštění snímání od 0 se systém nechce čekat až do doby přetečení příkazu PulsIn (131,1 msec), takže časová kontrola je definována 1 msec dělením smyčky, jak je znázorněno na obrázku 10 (a). Má dobrou odezvu pro nepřítomnost snímacího signálu a má dostatečné časové intervaly pro snímání pro každý signál. Poté počítá časový interval zapnutí a časový interval vypnutí dvakrát, aby se zjistila doba intervalu. Po dokončení počítání se počet hodnot počítá dvěma, aby se získala pouze jedna doba trvání.

Obrázek 10 Systémový diagram vývojového signálu (a)

Obr. 10 Systémový vývojový diagram snímacího signálu (b)

  Na obr. 10 (b) se systém začne vzorkovat signál od času. Signál je již spuštěn od 1 a je pouze nutné znát frekvenci. Takže čekal až do konce časového intervalu a poté počítá časové intervaly a dělí dvěma, aby získal jedno časové období signálu.

  IV. VÝSLEDKY A DISKUSE

  Systém laserového snímání je zahájen testováním s výstupem frekvenčního generátoru pro detekci pulsů ve frekvenci. Když je výsledek jistý pro zobrazení generátoru vstupních funkcí a povoleného průchodového signálu, další krok je snímán z demodulátoru laserového přijímače. Demodulátorový výstup je znázorněn na obrázku 11, osciloskopový kanál 2 je dokázán, že je spojen s výstupem přijímače a kanál 1 je měřen na výstupu op-zesilovače laserové fotodiody.

Obrázek 11 Výstupní křivky v obvodu laserového přijímače

  Druhým krokem je simulace testu tří vstupních signálů a funkce přerušení, jak je znázorněno na obrázku 12. Vstupy jsou zadávány z zdrojů generátoru impulsů.

Obr. 12 Simulační testovací program pro obvod frekvenčního snímání

  Konečné testování je s řídicí jednotkou založenou na PIC a třemi modulovanými vstupními signály laseru.

Obrázek 12 Testování obvodu snímání frekvence

  Hlavním účelem je detekovat signály, které pociťují bezpečnost obsluhy. Tyto signály jsou napájeny do vstupních kolíků mikrořadiče. Mikroprocesor detekoval všechny signály a určil, v jakém stupni je potřeba vytvořit řídicí signál pro zastavení stroje lisovací brzdy.

  V.CONCLUSION

  V tomto projektu je obvod vysílače základny laseru přesný ve specifikované frekvenční modulaci. Výstupy laserových vysílačů jsou modulovány podle různých frekvencí datového signálu, i když nosná frekvence je společná. Laserový přijímač může snímat laserový paprsek a zesílen v čistém stavu. Obvod demodulátoru pracoval pro generování přijatelných výstupních frekvenčních signálů. Zkouška pro snímací signál je výsledkem pozoruhodného.

  Ačkoli většina měřičů frekvence používá metoda počítání stoupajících okrajů nebo spadajících okrajů snímacího signálu v definovaném časovém intervalu, použijte zde metodu počítání časových úseků času zapnutí a vypnutí signálu odběru. Ve výsledku má tato metoda nejlepší čas odezvy a udává přesnou hodnotu frekvence. Takže výsledek systému řízení ohybové ochrany má rychlou dobu odezvy, která je dostačující pro ovládání CNC stroje v definované bezpečnostní zóně.