Detección de señal láser modulada en el sistema de control de protección de flexión para máquina de CNC de freno de prensa

  Resumen: este documento analiza la detección de frecuencia en la señal láser modulada que se utiliza en el sistema de control de la protección contra la flexión para la máquina CNC de freno de prensa. El rayo láser tiene un ángulo de propagación adecuado para detectar cualquier obstáculo (piezas de trabajo planas y mano o partes de operadores) en el proceso de doblado. Prevención de las fuentes de láser auxiliares y el efecto de los ruidos de transmisión de la señal, utilizamos el método de modulación de la señal de seguridad en proceso. Sin embargo, lejos de faltar con una señal a otra de sí misma, las señales moduladas tienen frecuencias separadas. Cada uno de los tres transmisores láser se alimenta al receptor láser con diferentes frecuencias de datos en la misma frecuencia de modulación.

  El diodo fotográfico detecta la señal del láser y el circuito del demodulador purifica la señal de datos de la frecuencia de modulación. El PIC 16F628 se utiliza para detectar las señales entrantes que se alimentan desde el receptor láser y controlan el proceso de flexión de acuerdo con las señales recibidas.

  I. INTRODUCCIÓN

  Los frenos PRESS son una de las máquinas-herramienta más difíciles de proteger debido a su uso general en la industria. Propósito general significa que se puede utilizar una prensa plegadora para doblar desde piezas muy pequeñas hasta piezas muy grandes. La producción se ejecuta en estas máquinas puede ser una parte a miles de partes. Con este tipo de operación, los frenos de prensa deben ser versátiles.

  Hay tres categorías básicas de frenos de prensa:

  1) revolución parcial

  - Embrague mecánico-de fricción

  - Embrague de aire (de una o dos velocidades)

  2) Hidráulico (de acción descendente y de acción ascendente)

  3) hidra-mecánica

  Hay prensas eléctricas de servoaccionamiento que pueden protegerse. [1]

  La mayoría de las operaciones de frenos de prensa no requieren que los operadores coloquen sus manos o cualquier parte de su cuerpo en el peligro del punto de operación; sin embargo, la exposición a lesiones en el punto de operación todavía existe. Debido a esta exposición, los operadores deben estar protegidos de los peligros del punto de operación. La mejor práctica de seguridad es cuando los operadores nunca deben poner sus manos o una parte de su cuerpo en el punto de operación en ningún momento. A veces, cuando la pieza de trabajo se dobla hacia arriba, se puede crear un peligro entre la parte y la cara frontal de la diapositiva. Cuando esto suceda, asegúrese de que los operadores no coloquen sus dedos en la parte superior o los lados del material, sino que apoyen el material desde abajo.

La productividad de un freno de prensa está determinada por el tiempo del ciclo para completar una carrera que determina el número de curvas por hora o la tasa de productividad de la máquina. Los tiempos de ciclo cortos requieren la operación máxima de velocidad rápida, minimizando así la operación de velocidad lenta. El tiempo de ciclo depende de los siguientes factores.

  1) Velocidad de descenso del ariete.

  2) Velocidad de respaldo del ariete.

3) Altura de respaldo

  4) Ajuste del punto de silencio

  5) Funcionalidad del controlador

  6) Sistema de protección de seguridad empleado.

  Este sistema de protección de flexión láser está diseñado para proporcionar un impacto mínimo en la productividad y al mismo tiempo brindar la máxima protección de seguridad para el operador. [2]

  El sistema de protección de freno de prensa basado en láser utiliza una doble fila de bandas de luz separadas 10 mm verticalmente para proporcionar una zona de desaceleración de 10 mm para la herramienta superior, desde la aproximación rápida hasta la velocidad de prensado. Por debajo de esta zona, se mantiene la velocidad de flexión requerida, pero por encima de esta zona se puede obtener una velocidad de acercamiento rápido mucho mayor.

  Tres rayos láser están paralelos con el ariete y debajo de la herramienta superior. El primero es partes 10 mm desde la viga superior. El siguiente es colocar 15 mm delante del primero y el último colocar al menos 5 mm debajo del primero, aunque se puede ajustar manualmente de acuerdo con el grosor de la pieza de trabajo.

  Las dos vigas superiores son para detectar los obstáculos y la inferior para detectar la pieza de trabajo. Si los rayos láser encuentran algún obstáculo, la máquina detiene el movimiento hacia abajo del ariete y retrocede unos centímetros hacia arriba. Una vez que se retira la obstrucción, el operador puede continuar con el proceso de flexión presionando nuevamente el interruptor de pie.

  Este proceso garantiza la máxima seguridad de las manos y los dedos dentro del área de los tres rayos de luz láser en movimiento. Durante el doblado de cajas o tubos, en el modo de anidación, el rayo láser externo se puede apagar. Por lo tanto, la formación de bridas perpendiculares ya no es un problema, y ​​la seguridad del operador aún está asegurada por la viga central.

Tx = Transmisor Rx = receptor

Fig. 1 Diagrama posicional del transmisor y receptor láser.

L1, L2, L3 = 1er, 2do y 3er rayo láser

Fig. 2 Diagrama posicional de rayos láser en el sistema de protección contra flexión.

Fig. 3 Diagrama de bloques del sistema del sistema de protección de flexión láser

Transmisor Láser A. Modulado

Fig. 4 Diagrama de bloques del transmisor láser.

  Hay varias formas de generar pulsos de reloj. Un generador de onda cuadrada es uno de esos equipos que tiene muchos usos en el taller pero que pocos aficionados realmente tienen.

  Este sencillo kit, basado en el popular 555 temporizador IC, genera una frecuencia de 38 kHz. Tiene un amplio rango de voltaje operativo e incluso proporciona una indicación visual de la salida. [3]

Fig.5 Circuito del oscilador del portador que utiliza 555 temporizador IC

  Para obtener tres señales de datos, utilizamos los circuitos multivibrador astable NAND gate. El ciclo de tiempo está determinado por la constante de tiempo del resistor-condensador, la red RC.

  Luego, la frecuencia de salida se puede variar cambiando los valores de las resistencias y el condensador en el circuito. [4]

Fig. 6 Circuito multivibrador astable puerta NAND

  El método de codificación de encendido y apagado es la detección de la frecuencia portadora.

  La frecuencia de portadora presente se define como bit 1 y cuando está ausente, la frecuencia de portadora es conocida como bit 0. Según este proceso, la duración del tiempo de encendido y apagado del pulso de reloj en la señal de datos representa el bit binario 1 y 0 respectivamente. Una puerta NAND IC, CD4011, actúa como un modulador IC en el proceso de modulación de codificación On-off. De acuerdo con el tiempo de activación de ambas señales de entrada, la puerta IC se representa como salida alta y cuál de ellas está ausente, la salida de la puerta IC significa condición de desactivación. [5]

La señal de alimentación modulada a la entrada del controlador láser y el controlador láser controlan el diodo láser de acuerdo con la señal modulada.

  B.Demodulador (Receptor Laser)

  En la detección de la onda láser, la longitud de onda de la onda transmitida se irradia de forma coherente al receptor láser. Según la longitud de onda de la luz láser de transmisión, aproximadamente 650 nm, utilizamos el fotodiodo láser DTD - 15 (Everlight) [6]. Produce la señal de respuesta según la luz láser. La señal de salida del fotodiodo es demasiado pequeña para ser detectada en el circuito del demodulador. CA3140E es un amplificador operacional de alta frecuencia y es útil para amplificar señales de fotodiodos.

  Las ventajas de la relación señal a ruido y el ancho de banda del amplificador ayudan a la demodulación y la detección de la frecuencia de la señal de datos modulada por láser. [7]

Fig. 7 Diagrama de bloques del receptor láser.

  La señal de salida del amplificador operacional pasa a través del circuito RC diferenciador para reducir la amplificación y el ruido de suministro de CC. Se ha demodulado con un diodo de alta frecuencia y un circuito de retardo de tiempo RC. La salida del circuito del demodulador se muestrea con el circuito compatible con TTL. La salida puede alimentar a PIC para detectar la frecuencia de la señal de datos de entrada.

  Unidad C.Micro-controlador

El sistema necesita tres pines de entrada de frecuencia y un pin de entrada de acceso de interrupción. Se necesitan 4 pines de entrada y 8 pines de salida. La función de interrupción externa se usa para el interruptor selector de doblado de caja. PIC 16F628A es un microcontrolador CMOS de 8 bits basado en flash y un rango medio de microcontroladores. Tiene suficiente pin de E / S y una función especial para este trabajo. [8]

  Pin 1, RA2 utilizado para el 3er LED indicador de haz láser

  Pin 2, RA3 utilizado para el indicador LED del sistema bloqueado y pausado

  Pin 6, RB0 utilizado para el selector de función de plegado de caja

  Pin 7, RB1 usado para entrada de señal de 1 kHz

  Pin 8, RB2 usado para entrada de señal de 1.5 kHz

  Pin 9, RB3 usado para entrada de señal de 2 kHz

  Pin 10, RB4 utilizado para controlar la salida de la señal para controlar la máquina CNC

  Pin 11, RB5 utilizado para el indicador de encendido / apagado de la función de caja

  Pin 13, RB7 utilizado para el control de la alarma del zumbador

  Pin 15 & pin 16 son entrada y salida del oscilador externo

  Pin 17, RA0 utilizado para el primer indicador LED de haz láser

Pin 18, RA1 utilizado para el segundo indicador LED de haz láser

  La función de plegado de la caja está inicialmente desactivada y cuando se presiona el botón por primera vez, la función está activada y la próxima vez que se presiona está desactivada.

  Escribimos las instrucciones del programa utilizado en la programación PIC Basic Pro. Utilizamos la señal láser modulada para evitar las fuentes externas de láser. La detección de la señal de entrada es correcta o incorrecta, se maneja mediante el programa de control. Usamos la detección de la frecuencia de la señal como sigue. [9]

  En PIC Basic Pro, el comando PulsIn se cuenta en una variable de la condición continua 1 o 0. Podemos calcular el tiempo de pulso y el tiempo de apagado del pulso en el valor de la variable de conteo. Percibimos el continuo 1 y 0 dos veces, y luego nos dividimos por dos porque queremos ser definidos. El muestreo se inicia desde 1 no es un problema; podemos esperar hasta el flanco descendente y sentir el siguiente 0, 1, 0, 1 en serie, que significa dos ciclos de frecuencia de señal. Cuando la detección se inicia desde 0, tenemos un problema durante cuánto tiempo esperan para encontrar la frecuencia de la señal de datos modulada en el flanco ascendente. [7]

  El comando PulsIn tarda 131.1 ms en el tiempo de espera. Eso es demasiado largo para nuestra condición. Por lo tanto, utilizamos la limitación de tiempo dependiendo de la frecuencia de un ciclo de tiempo. Cuando la señal está siendo 0 ese tiempo en un ciclo de frecuencia, definimos que está ausente de la señal de entrada. Y también definimos cuando el valor contado no está en el rango de ± 5% del valor definido, que está ausente de la señal de entrada. [10]

Fig. 8 Duración del tiempo un ciclo para cada frecuencia y 1 o 0 condiciones de inicio

  El interruptor selector de la función de doblado de caja es un interruptor de botón, al presionar ese botón se encuentra la función de interrupción externa. Así que el programa llamó a la función de subprograma de interrupción, indicador LED encendido / apagado y señal de sonido.

  III. ALGORITMO PARA EL METODO DE PROCESAMIENTO

  Mediante el diagrama de flujo del programa, el microcontrolador tiene tres funciones. Detecta las tres señales entrantes que cada una tiene en un rango de frecuencia predeterminado. Y luego, determinar la condición de seguridad de los operadores. Después de eso, produce la salida dependiendo de la condición de la zona de seguridad para el monitoreo.

  Al principio, el sistema está esperando recibir la señal del rayo láser más bajo (la señal L1 que se muestra en la Figura 2), después de esa señal interna superior (señal L) y luego la señal externa superior (señal L3). Esa necesidad de una condición lista para usar, si una de esas no se detecta, la condición no está lista para usar y alinear el transmisor y el receptor. Cuando el sistema está listo para usar, el sistema percibe la primera señal de láser que detecta el objeto de la pieza de trabajo. Después de que la pieza de trabajo pase a través del primer rayo láser, el sistema verifica el segundo y tercer rayo láser por seguridad. El segundo rayo láser está ausente, la condición es insegura y el tercer rayo láser está ausente, puede ser la condición en la función de doblado de caja o la condición insegura.

  Usamos el interruptor selector de doblado de caja que es la entrada del pin B0 debido a la función especial de interrupción externa. El sistema conoce el sentido de que la función de doblado de cajas se activa / desactiva en cualquier momento del proceso, porque cuando la interrupción se recibe desde el pin de control, el programa se detiene al alcance y se dirige al subprograma de interrupción. El subprograma de interrupción es lo suficientemente Inicial para ejecutar los cambios de valores representados y produce un zumbido de sonido y el LED de monitoreo depende de la condición de encendido o apagado. La función de plegado de cajas se inicia en condiciones normalmente cerradas.

Fig. 9 Diagrama de flujo del sistema del sistema de control Bending Guard.

  Al detectar la frecuencia de la señal, el comando PulsIn de PIC Basic Pro tiene la función de contar el período de tiempo de encendido o apagado de la señal. Lo importante es que la señal de entrada debe eliminarse de los ruidos, ya que puede estar obteniendo los resultados de error de la medición de la frecuencia. Cuando se inicia el sistema para detectar la frecuencia de la señal, que puede estar en dos condiciones, la primera es la señal de tiempo de apagado (intervalo de 0) y la señal de tiempo de encendido (intervalo de 1). El proceso de detección se espera hasta el próximo inicio de la condición debido a que está seguro del valor de muestreo y para descuidar el valor perdido del intervalo de tiempo.

  Cuando la detección se inicia desde 0, el sistema no desea esperar hasta el tiempo de desbordamiento del comando PulsIn (131.1 ms), por lo que la verificación de tiempo se define a 1 ms haciendo el bucle como se muestra en la Figura 10 (a). Tiene un buen tiempo de respuesta para la ausencia de la señal de detección y tiene suficientes intervalos de tiempo para detectar cada señal. Después de eso, se contabilizaron el intervalo de tiempo de activación y el intervalo de desactivación de tiempo dos veces para asegurar la cantidad de intervalo de tiempo. Cuando finaliza el conteo, la cantidad de valor del conteo se divide por dos para obtener solo una duración de tiempo.

Fig. 10 Diagrama de flujo del sistema de la señal de detección (a)

Fig. 10 Diagrama de flujo del sistema de la señal de detección (b)

  En la Figura 10 (b), el sistema se inicia para muestrear la señal a tiempo. La señal ya comenzó desde 1 y solo es necesario conocer la frecuencia. Entonces, esperó hasta el final del intervalo de tiempo y después de eso se cuenta los intervalos de tiempo y se divide por dos para obtener el período de tiempo de la señal.

  IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

  El sistema de detección láser comienza a probar con una salida del generador de frecuencia para detectar los pulsos en la frecuencia. Cuando el resultado es seguro para mostrar el generador de funciones de entrada y la señal de paso permitido, el siguiente paso es detectar desde el demodulador del receptor láser. La salida del demodulador se muestra en la Figura 11, la prueba del canal 2 del osciloscopio está conectada con la salida del receptor y el canal 1 se mide a la salida del amplificador operacional del diodo fotográfico láser.

Fig. 11 Formas de onda de salida en el circuito receptor de láser

  El segundo paso es simular la prueba de tres señales de entrada y la función de interrupción, como se muestra en la Figura 12. Las entradas se ingresan desde las fuentes del generador de impulsos.

Fig. 12 Programa de prueba de simulación para el circuito de detección de frecuencia

  La prueba final es con la unidad de control basada en PIC y tres señales de entrada láser moduladas.

Fig. 12 Prueba de circuito de detección de frecuencia

  El objetivo principal es detectar las señales que detectan la seguridad del operador. Estas señales se alimentan a los pines de entrada del microcontrolador respectivamente. El microcontrolador detectó todas las señales y determina en qué etapa se debe producir la señal de control para pausar la prensa de la máquina.

  CONCLUSIÓN V

En este proyecto, el circuito transmisor de base láser es preciso en la modulación de frecuencia especificada. Las salidas de los transmisores láser se modulan de acuerdo con la frecuencia diferente de la señal de datos, aunque la frecuencia portadora es común. El receptor láser puede detectar el rayo láser y amplificarse en condiciones claras. El circuito del demodulador funcionó para generar una señal de frecuencia de salida aceptable. La prueba para la detección de la señal tiene como resultado es notable.

  Aunque la mayoría de los medidores de frecuencia utilizan el método de contar los flancos ascendentes o descendentes de la señal de detección en el intervalo de tiempo definido, aquí, utilice el método de conteo de los períodos de tiempo de encendido y apagado de la señal de muestreo. En el resultado, este método tiene el mejor tiempo de respuesta y proporciona el valor exacto de la frecuencia. Por lo tanto, el resultado del sistema de control de la protección contra la flexión tiene un tiempo de respuesta rápido para controlar la máquina CNC en la zona de seguridad definida.