Sensor de Sinal de Laser Modulado em Sistema de Controle de Dobra de Guarda para Máquina CNC de Freio de Prensa

  Resumo - Este artigo discute o sensoriamento de freqüência em sinal de laser modulado que é usado no sistema de controle de dobramento para máquina CNC de freio de prensa. O raio laser possui um ângulo de propagação adequado para detectar quaisquer obstáculos (peças de trabalho planas e mão ou partes de operadores) no processo de dobragem. Prevenção de fontes de laser auxiliares e efeito de ruídos de transmissão de sinal, utilizamos o método de sinal de segurança de modulação em processo. Porém longe de faltar com um sinal para outro de si mesmo, os sinais modulados têm em freqüências separadas. Cada um dos três transmissores de laser alimenta o receptor de laser com freqüências de dados diferentes na mesma frequência de modulação.

  O diodo fotográfico detecta o sinal do laser e o circuito do demodulador purifica o sinal de dados a partir da frequência de modulação. O PIC 16F628 é usado para detectar os sinais de entrada que alimentam do receptor de laser e controla o processo de dobragem de acordo com os sinais recebidos.

  I. INTRODUÇÃO

  Os freios PRESS são uma das máquinas-ferramentas mais difíceis de serem protegidas devido ao seu uso geral na indústria. Propósito geral significa que um freio de prensa pode ser usado para materiais de peças muito pequenas a peças muito grandes. As execuções de produção nessas máquinas podem ser uma parte para milhares de peças. Com este tipo de operação, os prensadores devem ser versáteis.

  Existem três categorias básicas de freios de imprensa:

  1) revolução da peça

  Embreagem de Fricção Mecânica

  Embreagem de ar (de uma ou duas velocidades)

  2) Hidráulico (para baixo e para cima)

  3) Hydra-Mecânica

  Há freios de prensa elétrica de servo acionamento que podem ser protegidos. [1]

  A maioria das operações de prensagem não exige que os operadores coloquem as mãos ou qualquer parte do corpo no perigo do ponto de operação; no entanto, a exposição a lesões no ponto de operação ainda existe. Devido a esta exposição, os operadores devem ser salvaguardados dos perigos do ponto de operação. A melhor prática de segurança é quando os operadores nunca são obrigados a colocar as mãos ou uma parte do corpo no ponto de operação a qualquer momento. Às vezes, à medida que a peça de trabalho se inclina, um risco pode ser criado entre a peça e a face frontal do slide. Quando isso acontecer, certifique-se de que os operadores não coloquem os dedos na parte superior ou nas laterais do material, mas apoiem o material por baixo.

  A produtividade de um Press Brake é determinada pelo tempo de ciclo para completar um curso que determina o número de curvas por hora ou a taxa de produtividade da máquina. Tempos de ciclo curtos exigem operação máxima em velocidade rápida, minimizando assim a operação em baixa velocidade. O tempo de ciclo depende dos seguintes fatores.

  1) velocidade de descida do carneiro

  2) velocidade de back-up de ram

  3) Altura de backup

  4) ajuste do ponto de mudo

  5) funcionalidade do controlador

6) Sistema de proteção de segurança empregado

  Este sistema de proteção contra dobra a laser foi projetado para proporcionar um impacto mínimo na produtividade e, ao mesmo tempo, fornecer proteção máxima à segurança do operador. [2]

  O sistema de proteção de freio de prensa baseado em laser usa uma fileira dupla de bandas de luz posicionadas verticalmente 10mm para dar uma zona de desaceleração de 10mm para a ferramenta superior, desde a aproximação rápida até a velocidade de prensagem. Abaixo desta zona a velocidade de flexão requerida é mantida, mas acima desta zona pode ser obtida uma velocidade de aproximação rápida muito mais alta.

  Três feixes de laser são paralelos com o ram e sob a ferramenta superior. O primeiro é partes de 10mm do feixe superior. O próximo é colocar 15mm de frente do primeiro e o último colocar pelo menos 5mm abaixo do primeiro, embora tenha ajuste manual de acordo com a espessura da peça de trabalho.

  Os dois feixes superiores são para detectar os obstáculos e um deles é para detectar a peça de trabalho. Se os raios laser encontrarem algum obstáculo, a máquina pára o movimento descendente do aríete e inverte alguns centímetros para cima. Uma vez que a obstrução é removida, o operador pode continuar o processo de flexão pressionando o pedal novamente.

  Este processo garante a máxima segurança das mãos e dos dedos dentro da área dos três feixes de luz laser em movimento. Durante a flexão de caixas ou tubos, no "modo de aninhamento", o raio laser externo pode ser desligado. Portanto, a formação de flanges perpendiculares não é mais um problema, e a segurança do operador ainda é garantida pelo feixe central.

Tx = Transmissor Rx = receptor

Fig. 1 Diagrama posicional do transmissor e receptor de laser

L1, L2, L3 = primeiro, segundo e terceiro raio laser

Fig. 2 Diagrama posicional dos feixes de laser no sistema de guarda de flexão

Fig. 3 Diagrama de blocos do sistema do sistema de guarda de flexão a laser

Transmissor a laser modulado

Fig. 4 Diagrama de blocos do transmissor a laser

  Existem várias maneiras de gerar pulsos de clock. Um gerador de onda quadrada é um daqueles equipamentos que tem muitos usos na oficina, mas poucos amadores realmente têm.

  Este kit simples, baseado no popular CI do temporizador 555, gera uma frequência de 38 kHz. Possui ampla faixa de tensão de operação e até fornece indicação visual da saída. [3]

Fig.5 Circuito oscilador de arraste usando IC com 555 temporizadores

  Para obter três sinais de dados, utilizamos os circuitos multivibradores astáveis ​​da porta NAND. O ciclo de temporização é determinado pela constante de tempo do resistor-capacitor, rede RC.

  Em seguida, a frequência de saída pode ser alterada alterando o (s) valor (es) dos resistores e do capacitor no circuito. [4]

Fig. 6 Circuito multivibrador astável da porta NAND

  O método de marcação de ligar-desligar é a detecção da frequência da portadora.

  A frequência da portadora presente é definida como bit 1 e quando ausente da frequência da portadora, conhecida como bit 0. De acordo com este processo, a duração do tempo e da hora off do pulso de relógio no sinal de dados representa o bit binário 1 e 0, respectivamente. Uma porta NAND IC, CD4011, atua como um modulador IC no processo de modulação de chaveamento On-off. De acordo com o tempo de ligação de ambos os sinais de entrada do gate IC é representado para saída alta e qual de um está ausente, a saída do gate IC significa off condição. [5]

  O sinal modulado alimentado à entrada do driver laser e do driver laser aciona o diodo laser de acordo com o sinal modulado.

  B.Demodulador (Receptor Laser)

  Ao sentir a onda do laser, o comprimento de onda da onda transmitida é irradiado em coerência com o receptor do laser. De acordo com a transmissão do comprimento de onda da luz do laser, cerca de 650 nm, usamos o diodo fotográfico a laser DTD - 15 (Everlight) [6]. Produz o sinal de resposta de acordo com a luz do laser. O sinal de saída do diodo fotográfico é muito pequeno para ser detectado no circuito do demodulador. O CA3140E é um amplificador operacional de alta frequência e útil para a amplificação do sinal de foto diodo.

  As vantagens da relação sinal-ruído e da largura de banda do amplificador ajudam a desmodular e a detectar a frequência do sinal de dados modulado por laser. [7]

Fig. 7 Diagrama de blocos do receptor a laser

  O sinal de saída do amplificador é passado através do circuito RC de diferenciação para reduzir a amplificação e o ruído de alimentação de CC. Ele foi demodulado com um circuito de diodo de alta freqüência e retardo de tempo RC. A saída do circuito do demodulador é amostrada com o circuito compatível com TTL. A saída pode alimentar o PIC para detectar a frequência do sinal de dados de entrada.

  C.Micro-controlador

O sistema precisa de três pinos de entrada de frequência e um pino de entrada de acesso de interrupção. Precisa de 4 pinos de entrada e 8 pinos de saída. A função de interrupção externa é usada para o seletor de dobra de caixa. O PIC 16F628A é um micro controlador CMOS de 8 bits baseado em flash e uma faixa intermediária de micro-controladores. Tem bastante pin de I / O e função especial para este trabalho. [8]

Pino 1, RA2 usado para o 3º LED indicador de raio laser

  Pino 2, RA3 usado para LED indicador de sistema bloqueado e pausado

  Pino 6, RB0 usado para comutador de função de dobra de caixa

  Pino 7, RB1 usado para entrada de sinal de 1 kHz

  Pino 8, RB2 usado para entrada de sinal de 1,5 kHz

  Pino 9, RB3 usado para entrada de sinal de 2 kHz

  Pino 10, RB4 usado para saída de sinal de controle para controlar a máquina CNC

  Pino 11, RB5 usado para LED indicador de ligar / desligar função de caixa

  Pino 13, RB7 usado para controle de alarme de campainha

  Pino 15 & pino 16 são entrada e saída do oscilador externo

  Pino 17, RA0 usado para o primeiro LED indicador de feixe de laser

  Pino 18, RA1 usado para o 2º LED indicador de raio laser

  A função de flexão de caixa está inicialmente fora de condição e quando pressiona o botão de pressão pela primeira vez, a função está ativada e a próxima vez que pressionar está desativada.

  Escrevemos as instruções do programa usado na programação do PIC Basic Pro. Utilizamos o sinal laser modulado para evitar as fontes externas de laser. Detecção de sinal de entrada está certo ou errado é tratado pelo programa de controle. Nós usamos o sensoriamento da freqüência do sinal é como segue. [9]

  No PIC Basic Pro, o comando PulsIn é contado em uma variável da condição contínua 1 ou 0. Podemos calcular o tempo de pulso e o tempo de pulso em valor da variável de contagem. Sentimos o contínuo 1 e 0 duas vezes e depois dividimos por dois porque queremos ser definidos. A amostragem é iniciada a partir de 1 não é um problema; podemos esperar até a borda descendente e sentir o próximo 0, 1, 0, 1 em série, que significa dois ciclos de freqüência de sinal. Quando a detecção é iniciada a partir de 0, temos um problema quanto tempo os tempos aguardam para encontrar a borda de subida.modulação de sinal de dados modulada. [7]

  O comando PulsIn leva 131,1 ms a ser o tempo limite. Isso é muito longo para a nossa condição. Então, nós usamos a limitação de tempo depende da frequência de um tempo de ciclo. Quando o sinal está sendo 0 naquele tempo em um ciclo de freqüência, definimos que está ausente do sinal de entrada. E também definimos quando o valor contado não está no intervalo de ± 5% do valor definido, que está ausente do sinal de entrada. [10]

Fig. 8 Tempo de duração um ciclo para cada freqüência e 1 ou 0 condição de partida

  O seletor de função de dobra de caixa é um comutador de botão de pressão, pressionar esse botão é a função de interrupção externa. Assim, o programa ligou para a função de subprograma de interrupção, LED indicador ligado / desligado e batida de sinal sonoro.

  III ALGORITMO PARA O MÉTODO DE PROCESSAMENTO

  Pelo fluxograma do programa, o microcontrolador possui três funções. Ele detecta os três sinais de entrada que, de cada um, têm uma faixa de freqüência predeterminada. E então, determine a condição de segurança dos operadores. Depois disso, produz a saída dependendo da condição da zona de segurança para monitoramento.

  No início, o sistema está esperando para obter o sinal do feixe laser mais baixo (sinal L1 mostrado na Figura 2), depois do sinal interno superior (sinal L) e, em seguida, do sinal externo superior (sinal L3). Essa necessidade de pronto para uso condição, se um dos que não for detectado, a condição não está pronta para usar e fazer alinhar o transmissor e receptor. Quando o sistema está pronto para uso, o sistema detecta o primeiro sinal de laser que é detectado como objeto da peça de trabalho. Depois que a peça de trabalho é passada através do primeiro feixe de laser, o sistema verifica a segunda e a terceira feixes de laser por segurança. O segundo feixe de laser está ausente, a condição está insegura e o terceiro feixe de laser está ausente, pode ser a condição na função de dobragem de caixa ou condição insegura.

Nós usamos a chave seletora de dobra da caixa é a entrada do pino B0 por causa da função especial da interrupção externa. O sistema conhece o sentido do interruptor de função de dobragem de caixa em qualquer momento do processo, porque quando a interrupção é recebida do pino de controle, o programa pausa no alcance e vai trabalhar para o subprograma de interrupção. O subprograma de interrupção é Start o suficiente para executar as alterações de valores representadas e produz um zumbido de som e o LED de monitoramento depende da condição de ligado ou desligado. A função de dobra de caixa é iniciada na condição normalmente fechada.

Fig. 9 Fluxograma do sistema de controle de flexão

Ao detectar a frequência do sinal, o comando PIC Basic Pro PulsIn tem a função de contar o período de tempo no horário ou fora do tempo do sinal. O importante é que o sinal de entrada precisa ser limpo de ruídos, porque isso pode estar recebendo os resultados de erro da frequência de medição. Quando o sistema é iniciado para detectar a freqüência do sinal, que pode estar em duas condições, o primeiro é o sinal do tempo desligado (intervalo 0) e o sinal do tempo ligado (1 intervalo). O processo de detecção é aguardado até o próximo início de condição, por causa da certeza do valor de amostragem e para negligenciar o valor perdido do intervalo de tempo.

  Quando a detecção é iniciada a partir de 0, o sistema não deseja aguardar até o tempo de transbordo do comando PulsIn (131,1 ms), portanto, a verificação de tempo é definida 1 mseg fazendo loop como mostrado na Figura 10 (a). Tem um bom tempo de resposta para a ausência do sinal de detecção e que tem intervalos de tempo suficientes para detectar cada sinal. Depois disso, contamos o intervalo de tempo ligado e o intervalo de tempo desligado em duas vezes para garantir a quantidade de tempo de intervalo. Quando a contagem é concluída, o valor da contagem é dividido por dois para obter apenas um tempo de duração.

Fig. 10 Fluxograma do sistema de sinal de detecção (a)

Fig. 10 Fluxograma do sistema do sinal de detecção (b)

  Na Figura 10 (b), o sistema é iniciado para amostrar o sinal a tempo. O sinal já é iniciado a partir de 1 e é só preciso saber a frequência. Então, ele esperou até o fim do intervalo de tempo e depois disso está contando intervalos de tempo e dividido por dois para obter o período de tempo do sinal.

  IV. RESULTADOS E DISCUSSÃO

  O sistema de sensor laser é iniciado testando com uma saída do gerador de frequência para detectar os pulsos em freqüência. Quando o resultado é certo para a exibição do gerador de função de entrada e o sinal de permissão de passagem, o próximo passo é detectado pelo demodulador do receptor de laser. A saída do demodulador é mostrada na Figura 11, o canal 2 do osciloscópio prova estar conectado com a saída do receptor e o canal 1 é medido para a saída do amplificador de op de diodo fotográfico a laser.

Fig. 11 Formas de onda de saída no circuito receptor a laser

  O segundo passo é simular o teste para três sinais de entrada e a função de interrupção, conforme mostrado na Figura 12. As entradas são inseridas a partir das fontes geradoras de pulso.

Fig. 12 Programa de teste de simulação para circuito de detecção de frequência

  O teste final é com a unidade de controle baseada em PIC e três sinais de entrada de laser modulados.

Fig. 12 Teste para o circuito de detecção de frequência

  O objetivo principal é detectar os sinais que detectam a segurança do operador. Esses sinais são alimentados pelos pinos de entrada do microcontrolador, respectivamente. O microcontrolador detectou todos os sinais e determinou em qual estágio é necessário produzir o sinal de controle para pausar a máquina do freio da prensa.

  V. CONCLUSÃO

  Neste projeto, o circuito transmissor de base de laser é preciso na modulação de frequência especificada. As saídas dos transmissores de laser são moduladas de acordo com a frequência diferente do sinal de dados, embora a frequência da portadora seja comum. O receptor de laser pode detectar o feixe de laser e amplificado em condições claras. O circuito do demodulador funcionou para geração de sinal de freqüência de saída aceitável. O teste para o sinal de detecção resultou em um resultado notável.

Embora a maioria dos medidores de freqüência use o método de contar as bordas ascendentes ou as bordas decrescentes do sinal de detecção no intervalo de tempo definido, use aqui o método de contagem dos períodos de tempo do tempo de ativação e desativação do sinal de amostragem. No resultado, esse método tem o melhor tempo de resposta e fornece o valor exato da frequência. Assim, o resultado do sistema de controle de proteção à dobra tem um tempo de resposta rápido o suficiente para controlar a máquina CNC em uma zona de segurança definida.