Gemoduleerde lasersignaalwaarneming in het buigende bewakingscontrolesysteem voor de CNC-machine met kantbanken

  Abstract - Dit artikel bespreekt frequentiedetectie in gemoduleerd lasersignaal dat werd gebruikt in het buigschermbesturingssysteem voor een CNC-persmachine. De laserstraal heeft een geschikte voortplantingshoek om eventuele obstakels (vlakke werkstukken en hand of delen van operatoren) in het buigproces te detecteren. Voorkoming van hulplaserbronnen en effect van signaaltransmissiegeluiden, we gebruikten de methode van modulatiebeveiligingssignaal die in het proces is. Om echter ver weg te zijn van het missen van het ene signaal naar het andere, hebben de gemoduleerde signalen afzonderlijke frequenties. Elk van de drie laserzenders wordt aan de laserontvanger toegevoerd met verschillende gegevensfrequenties in dezelfde modulatiefrequentie.

  Fotodiode detecteert het lasersignaal en demodulatorcircuit zuivert datasignaal van de modulatiefrequentie. PIC 16F628 wordt gebruikt om de inkomende signalen die door de laserontvanger worden ingevoerd te detecteren en het buigproces volgens de ontvangen signalen te regelen.

  I. INLEIDING

  PRESS-remmen zijn een van de moeilijkste gereedschapsmachines om te beveiligen vanwege hun algemene gebruik in de industrie. Algemeen doel betekent dat een afkantpers kan worden gebruikt voor bals van zeer kleine tot zeer grote onderdelen. Productieruns op deze machines kunnen een onderdeel zijn van duizenden onderdelen. Bij dit type bediening moeten kantpersen veelzijdig zijn.

  Er zijn drie basiscategorieën van afkantpersen:

  1) Deelrevolutie

  Mechanische-frictie koppeling

  -Air Clutch (single- of Two-speed)

  2) Hydraulisch (naar beneden en naar boven werkend)

  3) Hydra-mechanisch

  Er zijn elektrische afkantpersen met servoaandrijving die kunnen worden beveiligd. [1]

  Bij de meeste afkantpersen hoeven de bedieners hun handen of een deel van hun lichaam niet in het gevaar van het punt van bedienen te plaatsen; er bestaat echter nog steeds blootstelling aan letsels aan het werkingspunt. Vanwege deze blootstelling moeten de operators bescherming bieden tegen gevaren op het werkterrein. De beste veiligheidspraktijk is wanneer operators nooit op elk moment hun handen of een deel van hun lichaam in het werkpunt hoeven te plaatsen. Soms als het werkstuk verbuigt, kan er een gevaar ontstaan ​​tussen het onderdeel en de voorkant van de dia. Wanneer dit gebeurt, moet u ervoor zorgen dat de operators hun vingers niet op de bovenzijde of zijkanten van het materiaal plaatsen, maar het materiaal van onderaf ondersteunen.

  De productiviteit van een kantbank wordt bepaald door de cyclustijd om een ​​slag te voltooien die het aantal bochten per uur of de productiviteit van de machine bepaalt. Korte cyclustijden vereisen een maximale werking bij hoge snelheden, waardoor de werking met lage snelheid wordt geminimaliseerd. De cyclustijd is afhankelijk van de volgende factoren.

  1) Dalende snelheid van de ram

  2) Back-up snelheid van ram

  3) Back-up hoogte

  4) Mute-puntinstelling

  5) Controller-functionaliteit

  6) Gebruikt beveiligingssysteem

  Dit laserbuigbeschermingssysteem is ontworpen om een ​​minimale impact op de productiviteit te hebben en tegelijkertijd maximale veiligheid voor de operator te bieden. [2]

Het lasergebaseerde afkantpersbeschermingssysteem maakt gebruik van een dubbele rij lichtbanden die verticaal 10 mm uit elkaar staan ​​om een ​​10 mm vertragingszone te geven voor het bovenste gereedschap van een snelle nadering van de perssnelheid. Onder deze zone wordt de vereiste buigsnelheid gehandhaafd, maar boven deze zone kan een veel hogere snelle naderingssnelheid worden verkregen.

  Drie laserstralen lopen parallel met de ram en onder het bovenste gereedschap. De eerste is delen 10 mm van de bovenbalk. De volgende plaats plaatst de voorkant van de eerste 15 mm en de laatste ligt ten minste 5 mm onder de eerste, hoewel deze handmatig kan worden aangepast aan de dikte van het werkstuk.

  De bovenste twee balken moeten de obstakels detecteren en de onderste is om het werkstuk te detecteren. Als de laserstralen een obstakel tegenkomen, stopt de machine de neerwaartse beweging van de ram en keert een paar centimeter omhoog. Nadat de obstructie is verwijderd, kan de operator het buigproces voortzetten door nogmaals op de voetschakelaar te drukken.

  Dit proces garandeert maximale hand- en vingerveiligheid binnen het gebied van de drie bewegende laserlichtstralen. Tijdens het buigen van dozen of buizen, in de "nestingmodus", kan de buitenste laserstraal worden uitgeschakeld. Daarom is het vormen van loodrechte flenzen geen probleem meer en wordt de veiligheid van de gebruiker nog steeds verzekerd door de middelste straal.

Tx = zender Rx = ontvanger

Fig. 1 Positiediagram van laserzender en -ontvanger

L1, L2, L3 = 1e, 2e en 3e laserstraal

Fig. 2 Positioneel diagram van laserstralen in het buigtrajectsysteem

Fig. 3 Systeemblokdiagram van laserbuigbeschermingssysteem

A.Modulerende laserzender

Fig. 4 Blokschema van de laserzender

  Er zijn verschillende manieren om klokpulsen te genereren. Een blokgolfgenerator is een van die apparaten die vele toepassingen in de werkplaats heeft, maar die nog maar weinig hobbyisten hebben.

  Deze eenvoudige kit, gebaseerd op de populaire 555 timer IC, genereert een 38 kHz-frequentie. Het heeft een breed werkspanningsbereik en biedt zelfs een visuele indicatie van de output. [3]

Fig.5 Drageroscillatorcircuit met 555-timer IC

  Om drie datasignalen te verkrijgen, gebruikten we de NAND-poort, astable multivibratorcircuits. De timingcyclus wordt bepaald door de tijdconstante van de weerstandscondensator, RC-netwerk.

Dan kan de uitgangsfrequentie worden gevarieerd door de waarde (n) van de weerstanden en condensator in de schakeling te veranderen. [4]

Fig. 6 NAND-gate-activeerbare multivibratorschakeling

  Aan-uit-sleutelmethode is het detecteren van de draaggolffrequentie.

  De aanwezige draaggolffrequentie wordt gedefinieerd als bit 1 en indien afwezig van draaggolffrequentie welbekend als de bit 0. Volgens dit proces vertegenwoordigen de tijd- en uitschakeltijden van de klokpulsen in het gegevenssignaal respectievelijk de binaire bit 1 en 0. Een NAND-poort IC, CD4011, fungeren als een modulator-IC in het aan-uit-coderingsmodulatieproces. In overeenstemming met de tijd dat beide ingangssignalen van de poort IC hoog weergeven en waarvan er één afwezig is, betekent de uitgang van poort IC de uit-toestand. [5]

  De gemoduleerde signaaltoevoer naar de invoer van de laseraandrijver en de laseraansturing sturen de laserdiode in overeenstemming met het gemoduleerde signaal.

  B.Demodulator (laserontvanger)

  Bij het waarnemen van een lasergolf wordt de golflengte van de uitgezonden golf in samenhang met de laserontvanger uitgestraald. Volgens de golflengte van het laserlicht, ongeveer 650 nm, hebben we de laserfotodiode DTD-15 (Everlight) [6] gebruikt. Het produceert het reactiesignaal volgens het laserlicht. Het uitgangssignaal van de fotodiode is te klein om uit de demodulatorschakeling te detecteren. CA3140E is een hoogfrequente operationele versterker en nuttig voor de versterking van het fotodiodesignaal.

  Voordelen van de signaal-ruisverhouding en de bandbreedte van de versterker helpen demodulatie en het waarnemen van de door laser gemoduleerde gegevenssignaalfrequentie. [7]

Afb. 7 Blokschema van de laserontvanger

  Het uitgangssignaal van de opversterker wordt door het differentiërende RC-circuit geleid om de versterkings- en DC-voedingsruis te verminderen. Het is gedemoduleerd met een hoogfrequente diode en RC-tijdvertragingsschakeling. De uitvoer van de demodulatorcircuit wordt bemonsterd met het TTL-compatibele circuit. De uitgang kan naar PIC worden gestuurd om de frequentie van het ingangsgegevenssignaal te detecteren.

  C. Microcontrollereenheid

Het systeem heeft drie pinnen voor frequentie-invoer en een pincode voor ingangsinvoer voor interruptie-toegang nodig. Er zijn 4 invoerpinnen en 8 uitvoerpinnen nodig. Externe onderbrekingsfunctie wordt gebruikt voor de boxbending-keuzeschakelaar. PIC 16F628A is een op flitsen gebaseerde 8-bits CMOS-microcontroller en een middelste reeks microcontrollers. Het heeft genoeg I / O-pins en speciale functies voor dit werk. [8]

  Pen 1, RA2 gebruikt voor de 3e laserstraalindicator-LED

  Pin 2, RA3 gebruikt voor geblokkeerde en gepauzeerde LED voor systeemindicatie

  Pen 6, RB0 gebruikt voor boxbending-functiekeuzeschakelaar

  Pin 7, RB1 gebruikt voor invoer van 1 kHz-signaal

  Pen 8, RB2 gebruikt voor invoer van 1,5 kHz-signaal

  Pen 9, RB3 gebruikt voor invoer van 2 kHz-signaal

  Pin 10, RB4 gebruikt voor stuursignaaluitgang om CNC-machine te besturen

  Pin 11, RB5 gebruikt voor boxfunctie aan / uit-indicator LED

  Pin 13, RB7 gebruikt voor zoemer alarmregeling

  Pin 15 & pin 16 zijn input en output van de externe oscillator

  Pen 17, RA0 gebruikt voor de 1e laserstraal-indicator LED

  Pen 18, RA1 gebruikt voor de 2e laserstraalindicator-LED

  Boxbuigfunctie is aanvankelijk uitgeschakeld en wanneer u de eerste keer op de drukknop drukt, is de functie ingeschakeld en is de volgende keer dat u op drukt de functie uitgeschakeld.

We schrijven de instructies van het programma dat wordt gebruikt in de PIC Basic Pro-programmering. We gebruikten het gemoduleerde lasersignaal om de externe laserbronnen te voorkomen. Detectie van ingangssignaal is goed of fout wordt afgehandeld door besturingsprogramma. We gebruikten de detectie van de signaalfrequentie als volgt. [9]

  In PIC Basic Pro wordt het PulsIn-commando geteld in een variabele van de continue 1 of 0 voorwaarde. We kunnen de pulsduur en uitschakeltijd van de puls in waarde van de telvariabele berekenen. We hebben de continue 1 en 0 twee keer gevoeld en daarna gedeeld door twee omdat we duidelijk willen zijn. De bemonstering is gestart vanaf 1 is geen probleem; we kunnen wachten tot de dalende flank en de volgende 0, 1, 0, 1 in serie waarnemen, dat wil zeggen twee cycli van signaalfrequentie. Wanneer de detectie wordt gestart vanaf 0, hebben we een probleem met hoe lang we wachten om de stijgende flank te vinden. Gemoduleerde datasignaalfrequentie. [7]

  De opdracht PulsIn neemt 131,1 msec als time-outperiode. Dat is te lang voor onze conditie. Dus we gebruiken tijdslimiet afhankelijk van de frequentie van één cyclustijd. Wanneer het signaal op dat moment 0 is over een frequentiecyclus, hebben we gedefinieerd dat er geen invoersignaal is. En we hebben ook gedefinieerd wanneer de getelde waarde niet binnen het bereik van ± 5% van de definitieve waarde ligt, dat is afwezig van het invoersignaal. [10]

Fig. 8 Tijdsduur één cyclus voor elke frequentie en 1 of 0 startvoorwaarde

  Box-buigende functie-keuzeschakelaar is een drukknopschakelaar, die op die knop drukken is de externe interrupt-functie. Dus het programma riep naar de onderbrekende subprogramma-functie, indicatielampje aan / uit en geluidssignaalslag.

  III. ALGORITME VOOR VERWERKINGSMETHODE

  Door het programmastroomdiagram heeft de microcontroller drie functies. Het detecteert de binnenkomende drie signalen die elk in een vooraf bepaald frequentiebereik hebben. En bepaal vervolgens de veiligheidstoestand van de operators. Daarna produceert het de output afhankelijk van de toestand van de veiligheidszone voor monitoring.

  In eerste instantie wacht het systeem om het signaal te krijgen van de laagste laserstraal (L1-signaal getoond in figuur 2), daarna het bovenste binnensignaal (L-signaal) en vervolgens het bovenste buitensignaal (L3-signaal). Die behoefte aan gebruiksgereedheid, als een daarvan niet wordt waargenomen, is de conditie niet klaar voor gebruik en wordt de zender en ontvanger op één lijn gebracht. Wanneer het systeem klaar is voor gebruik, wordt het systeem het eerste lasersignaal gedetecteerd dat het object van het werkstuk wordt gedetecteerd. Nadat het werkstuk door de eerste laserstraal is gepasseerd, wordt het systeem voor de veiligheid gecontroleerd op de tweede en derde laserstralen. De tweede laserstraal is afwezig, de toestand is onveilig en de derde laserstraal is afwezig; dit kan de toestand zijn in de functie voor het buigen van de doos of de onveilige toestand.

  We hebben gebruikt box-bending keuzeschakelaar is de input van B0 pin vanwege externe interrupt speciale functie. Het systeem kent op elk moment van het proces de betekenis van de functie voor het omkeren van de box-buiging aan / uit, omdat wanneer de interrupt vanaf de controlepen binnenkomt, het programma bij het bereiken van het interrupt-subprogramma pauzeert en naar het interrupt-subprogramma gaat. Het onderbrekende subprogramma is Start genoeg om de weergegeven waardewijzigingen uit te voeren en produceert een geluidszoemings- en bewakings-LED afhankelijk van de toestand van aan of uit. De box-buigende functie wordt gestart in normaal gesloten toestand.

Fig. 9 Systeemstroomschema van het besturingssysteem van de Bending Guard

  Wanneer de frequentie van het signaal wordt gemeten, heeft de PIC Basic Pro-opdracht PulsIn de functie om de tijdsperiode van de inschakeltijd of uitschakeltijd van het signaal te tellen. Het belangrijkste is dat het ingangssignaal moet wissen van geluiden, omdat dat de foutresultaten van de meetfrequentie kan krijgen. Wanneer het systeem wordt gestart om de frequentie van het signaal te detecteren, kan dat in twee omstandigheden zijn, het eerste is het signaal van de uitschakeltijd (0 interval) en het signaal van de aanschakeltijd (1 interval). Het detectieproces wacht tot de volgende start van de conditie vanwege de zekerheidswaarde en om de verloren waarde van het tijdsinterval te verwaarlozen.

  Wanneer de detectie vanaf 0 wordt gestart, wil het systeem niet wachten tot de overlooptijd van het PulsIn-commando (131,1 msec), zodat de tijdcontrole 1 msec wordt gedefinieerd door lusvorming zoals getoond in Figuur 10 (a). Het heeft een goede responstijd voor de afwezigheid van het detectiesignaal en heeft voldoende tijdsintervallen voor detectie voor elk signaal. Daarna telde ik het tijdsinterval en het uitschakeltijdsinterval tweemaal in om zeker te zijn van de hoeveelheid intervaltijd. Als het tellen is voltooid, wordt het aantal telwaarden gedeeld door twee om slechts één tijdsduur te krijgen.

Fig. 10 Systeemstroomschema van het sensorsignaal (a)

Fig. 10 Systeemstroomschema van het sensorsignaal (b)

  In figuur 10 (b) wordt het systeem gestart om het signaal uit de tijd te bemonsteren. Het signaal is al gestart vanaf 1 en het is alleen maar nodig om de frequentie te kennen. Dus wachtte het tot het einde van het tijdsinterval en daarna werden de tijdsintervallen geteld en gedeeld door twee om de enige tijdsperiode van het signaal te krijgen.

  IV. RESULTATEN EN DISCUSSIE

  Het laserdetectiesysteem wordt gestart met testen met een uitgang van een frequentiegenerator om de pulsen in frequentie te detecteren. Wanneer het resultaat zeker is voor het weergeven van de ingangsfunctiegenerator en het toegestane doorgangssignaal, wordt de volgende stap waargenomen door de laserontvanger-demodulator. De demodulatoruitgang wordt getoond in figuur 11, het kanaal 2 van de oscilloscoop blijkt te zijn verbonden met de uitvoer van de ontvanger en het kanaal 1 wordt gemeten naar de op-versterkeruitgang van de laserfotodiode.

Afb. 11 Uitgangsgolfvormen in het circuit van de laserontvanger

De tweede stap is het simuleren van de test voor drie inputsignalen en de interruptfunctie, zoals weergegeven in afbeelding 12. De inputs worden ingevoerd vanuit de bronnen van de pulsgenerator.

Fig. 12 Simulatie testprogramma voor frequentie detectiecircuit

  De laatste test is met de op PIC gebaseerde besturingseenheid en drie gemoduleerde laserinvoersignalen.

Afb. 12 Testen op frequentiesensorcircuit

  Het belangrijkste doel is om de signalen te detecteren die de veiligheid van de bestuurder detecteren. Deze signalen worden respectievelijk aan de invoerpinnen van de microcontroller doorgegeven. De microcontroller heeft alle signalen gedetecteerd en bepaalt in welke fase het besturingssignaal moet worden geproduceerd om de kantbankmachine te pauzeren.

  V.CONCLUSION

  In dit project is het laserbasis-zendercircuit nauwkeurig in gespecificeerde frequentiemodulatie. De uitgangen van de laserzenders worden gemoduleerd volgens verschillende frequentie van datasignalen alhoewel de draaggolffrequentie gemeen is. De laserontvanger kan de laserstraal detecteren en in heldere toestand versterken. De demodulatorschakeling werkte voor acceptabele uitgangsfrequentiesignaalgeneratie. Testen op het detectiesignaal heeft tot resultaat een opmerkelijk resultaat.

  Hoewel de meeste frequentiemeters de methode gebruiken voor het tellen van de stijgende flanken of dalende flanken van het detectiesignaal in het gedefinieerde tijdsinterval, gebruikt u hier de methode van telperioden van de aan-tijd en uit-tijd van het bemonsteringssignaal. In het resultaat heeft deze methode de beste responstijd en geeft deze de exacte waarde van de frequentie. Het resultaat van het buigwachtcontrolesysteem heeft dus een snelle reactietijd genoeg om de CNC-machine in een gedefinieerde veiligheidszone te besturen.