إشارات الاستشعار بالليزر القابلة للتحوير في نظام التحكم في حواجز الانحناء لآلة الكبس CNC

  الملخص - يناقش هذا البحث الاستشعار عن التردد في إشارة الليزر المعدلة التي تستخدم في نظام التحكم في حراسة الانحناء لآلة الفرامل CNC. شعاع الليزر لديه زاوية انتشار مناسبة للكشف عن أي عقبات (قطع العمل المسطحة واليد أو أجزاء من المشغلين) في عملية الانحناء. الوقاية من مصادر الليزر المساعدة وتأثير ضوضاء إرسال الإشارات ، استخدمنا طريقة تعديل إشارة الأمن في العملية. ولكن بعيدا عن المفقودين مع إشارة واحدة إلى أخرى ، فإن الإشارات المعدلة لها ترددات منفصلة. كل من ثلاثة أجهزة إرسال ليزر تتغذى على مستقبل الليزر مع ترددات بيانات مختلفة في نفس تردد التشكيل.

  يقوم الصمام الثنائي للصور بالكشف عن إشارة الليزر ويقوم دارة إزالة التشكيل بتنقية إشارة البيانات من تردد التشكيل. يستخدم PIC 16F628 للكشف عن الإشارات الواردة التي تتغذى من مستقبل الليزر وتسيطر على عملية الثني وفقًا للإشارات المستقبلة.

  I. مقدمة

  الفرامل الصحافة هي واحدة من أدوات الآلات الأكثر صعوبة لحماية بسبب استخدام الغرض الغرض العام في الصناعة. الأغراض العامة تعني أن فرامل الضغط يمكن استخدامها في عمليات الشراء من أجزاء صغيرة جدًا إلى أجزاء كبيرة جدًا. يمكن أن يعمل الإنتاج على هذه الآلات جزءًا واحدًا لآلاف الأجزاء. مع هذا النوع من العمليات ، يجب أن يكون الضغط على المكابح متعدد الاستخدامات.

  هناك ثلاث فئات أساسية من مكابس الضغط:

1) جزء من الثورة

  -Mechanical-Friction Clutch

  -مقبض الهواء (واحد أو سرعتين)

  2) هيدروليكي (لأسفل التمثيل و التصرف)

  3) هيدرا الميكانيكية

  هناك مكابس كهربائية للضغط على المكابح ، والتي يمكن تحريكها. [1]

  لا تتطلب معظم عمليات ضغط المكابح من المشغلين وضع أيديهم أو أي جزء من أجسامهم في خطر نقطة التشغيل ؛ ومع ذلك ، لا يزال التعرض لإصابات نقطة التشغيل موجودًا. بسبب هذا التعرض ، يجب حماية المشغلين من مخاطر نقطة التشغيل. أفضل ممارسات السلامة هي عندما لا يطلب من المشغلين أبداً وضع أيديهم أو جزء من أجسامهم في نقطة التشغيل في أي وقت. في بعض الأحيان عندما تنحني قطعة العمل ، يمكن إنشاء خطر بين الجزء والوجه الأمامي للشريحة. عند حدوث ذلك ، تأكد من أن المشغلين لا يضعون أصابعهم على الجزء العلوي أو الجوانب من المادة ، ولكنهم يدعمون المواد من الأسفل.

  يتم تحديد إنتاجية مكبس الفرامل بوقت الدورة لإتمام الضربة التي تحدد عدد الانحناءات في الساعة أو معدل الإنتاجية للجهاز. تتطلب أوقات الدورات القصيرة أقصى سرعة ممكنة وبالتالي تقليل سرعة التشغيل البطيء. وقت الدورة يعتمد على العوامل التالية.

  1) سرعة النسب من الكبش

  2) سرعة احتياطية من ذاكرة الوصول العشوائي

  3) ارتفاع احتياطي

  4) إعداد كتم الصوت

  5) وظيفة تحكم

  6) نظام حراسة السلامة المستخدمة

  تم تصميم نظام حماية ليزر الانحناء هذا لتوفير الحد الأدنى من التأثير على الإنتاجية وفي نفس الوقت توفير الحد الأقصى من حماية سلامة المشغل. [2]

  يستخدم نظام حراسة مكابس الفرامل القائم على الليزر صفًا مزدوجًا من الأشرطة الضوئية التي يتم ضبطها 10 مم بشكل عمودي لإعطاء منطقة تباطؤ 10 مم للأداة العلوية من النهج السريع لسرعة الضغط. تحت هذه المنطقة يتم الحفاظ على سرعة الانحناء المطلوبة ، ولكن فوق هذه المنطقة يمكن الحصول على سرعة مقاربة أسرع بكثير.

  تتوازى ثلاثة أشعة ليزر مع ذاكرة الوصول العشوائي وتحت الأداة العليا. الأول هو الأجزاء 10 مم من العارضة العلوية. المرحلة التالية هي مكان 15mm أمام أول واحد و الأخير يوضع على الأقل 5mm تحت أول واحد ، على الرغم من أنه قابل للتعديل يدويا وفقا لسمك قطعة العمل.

  الحزم العلوية هما للكشف عن العقبات وانخفاض واحد هو للكشف عن قطعة العمل. إذا واجهت أشعة الليزر أي عائق ، فإن الجهاز يوقف الحركة الهابطة للكبش ويعكس بضع بوصات إلى الأعلى. بمجرد إزالة الانسداد ، يمكن للمشغل متابعة عملية الثني عن طريق الضغط على مفتاح القدم مرة أخرى.

  تضمن هذه العملية أقصى قدر من سلامة اليد والأصبع في منطقة أشعة الليزر الثلاثية المتحركة. أثناء ثني الصناديق أو الأنابيب ، في وضع التداخل & quot؛ ، يمكن إيقاف شعاع الليزر الخارجي. لذلك ، فإن تشكيل الفلنجات المتعامدة لم يعد مشكلة ، ولا تزال سلامة المشغل مضمونة بواسطة الحزمة المتوسطة.

Tx = Transmitter Rx = receiver

الشكل 1 الشكل التوضيحي الموضعي لجهاز إرسال واستقبال الليزر

L1 و L2 و L3 = شعاع الليزر الأول والثاني والثالث

الشكل 2 الشكل التوضيحي الموضعي لحزم الليزر في نظام حراسة الثني

رسم تخطيطي 3 مخطط نظام نظام حناية ليزر الانحناء

A. الليزر المنقولة

رسم 4 مخطط كتلة جهاز إرسال ليزر

  هناك عدة طرق لتوليد نبضات الساعة. مولد موجة مربعة هو واحد من تلك المعدات التي لها العديد من الاستخدامات في ورشة العمل ولكن عدد قليل من الهواة لديهم بالفعل.

  هذه المجموعة البسيطة ، التي تعتمد على جهاز IC المتطور 555 ، تولد تردد 38 كيلو هرتز. لديها مجموعة واسعة من الجهد التشغيل ويوفر حتى مؤشر البصرية للإخراج. [3]

Fig.5 حلبة مذبذب الناقل باستخدام IC5 555 الموقت

  للحصول على ثلاث إشارات بيانات ، استخدمنا دوائر NAND gate المستقلبة متعددة. يتم تحديد دورة التوقيت من خلال ثابت الوقت لمقاومة مكثف ، شبكة RC.

  عندئذ يمكن تغيير تردد الخرج عن طريق تغيير قيمة (قيم) المقاومات والمكثف في الدائرة. [4]

التين. 6 بوابة NAND بوابة multivibrator astable

  طريقة تشغيل المفاتيح هي استشعار تردد الموجة الحاملة.

  يُعرّف تردد الموجة الحامل بأنه البتة 1 وعند غياب تردد الموجة الحاملة المعروف جيداً باسم البتة 0. ووفقاً لهذه العملية ، تمثل المدة الزمنية والوقت الزمني لنبضة الساعة في إشارة المعطيات التثليتين 1 و 0 على التوالي. A IC بوابة NAND ، CD4011 ، بمثابة IC المغير في عملية التعديل على مفتاح القفل على الخروج. وفقا للوقت في كل من إشارات الإدخال للبوابة IC تمثل إلى الناتج عالية وأي واحد غائب ، خرج من بوابة IC يعني الشرط. [5]

  تعمل إشارة التغذية المُدمجة على دخل مشغل الليزر وبرنامج تشغيل الليزر على تشغيل الصمام الثنائي الليزري وفقًا للإشارة المعدلة.

  B.Demodulator (جهاز استقبال الليزر)

  في الاستشعار عن الموجات الليزرية ، يشع طول الموجة المرسلة في متماسك لمستقبل الليزر. وفقًا لطول موجة ضوء الليزر ، حوالي 650 نانومتر ، استخدمنا ديود الصورة الليزرية DTD-15 (Everlight) [6]. وتنتج إشارة استجابة وفقا لضوء الليزر. تكون إشارة خرج الصمام الثنائي للصورة صغيرة جدًا ولا يمكن اكتشافها من دارة إزالة التشكيل. CA3140E هو مضخم تشغيلي عالي التردد ومفيد لتضخيم إشارة الصمام الثنائي للصورة.

  وتساعد مزايا نسبة الإشارة إلى الضوضاء وعرض نطاق مضخم الصوت على إزالة التشكيل والاستشعار بتردد إشارة البيانات المشكَّلة بالليزر. [7]

رسم 7 مخطط كتلة مستقبل الليزر

  يتم تمرير إشارة خرج Op-amp من خلال تفاضل دائرة RC لتقليل التضخيم وضوضاء الإمداد بالتيار المستمر. وقد أعيد تشكيله مع ديود التردد العالي ودائرة تأخير الوقت RC. يتم أخذ عينات خرج دارة demodulator مع الدائرة المتوافقة TTL. يمكن أن يتغذى الخرج على PIC بحيث يستشعر تردد إشارة بيانات الدخل.

  وحدة وحدة التحكم الصغيرة

يحتاج النظام إلى ثلاثة دبابيس إدخال ترددي ودبوس إدخال منفذ واحد. هناك حاجة 4 دبابيس الإدخال و 8 دبابيس الإخراج. يتم استخدام وظيفة المقاطعة الخارجية لمفتاح محدد الانحناء الصندوقي. PIC 16F628A عبارة عن وحدة تحكم Micro-based CMOS ذات 8 بتات ونطاق متوسط ​​من وحدات التحكم الدقيقة. لديه ما يكفي من I / O دبوس ووظيفة خاصة لهذا العمل. [8]

Pin 1، RA2 يستخدم لمؤشر شعاع الليزر الثالث LED

Pin 2، RA3 يستخدم لمصباح مؤشر LED المحظور أو المتوقّف مؤقتًا

  دبوس 6 ، يستخدم RB0 لمفتاح محدد وظيفة انحناء الصندوق

  دبوس 7 ، RB1 يستخدم لإدخال إشارة kHz 1

  Pin 8، RB2 يستخدم لإدخال إشارة kHz 1،5

  Pin 9، RB3 يستخدم لإدخال إشارة kHz 2

  دبوس 10 ، RB4 تستخدم لإخراج إشارة التحكم للتحكم في آلة CNC

  دبوس 11 ، RB5 تستخدم لعلبة مربع تشغيل / إيقاف مؤشر LED

  دبوس 13 ، RB7 تستخدم للتحكم في صفارة الإنذار

  دبوس 15 & أمبير ؛ دبوس 16 هي مدخلات مذبذب خارجي والإخراج

  Pin 17، RA0 يستخدم لمصباح شعاع الليزر الأول LED

  Pin 18، RA1 يستخدم لمؤشر شعاع الليزر الثاني LED

  تكون وظيفة ثني الصندوق موقفة في البداية ، وعندما تضغط على زر التشغيل لأول مرة ، تكون الوظيفة قيد التشغيل وتكون المرة التالية للضغط خارج الوظيفة.

  نكتب تعليمات البرنامج المستخدم في برمجة PIC Basic Pro. استخدمنا إشارة الليزر المشكّلة لمنع المصادر الخارجية للليزر. الكشف عن إشارة الإدخال هو الصحيح أو يتم التعامل مع الخطأ عن طريق برنامج التحكم. استخدمنا استشعار تردد الإشارة على النحو التالي. [9]

  في PIC Basic Pro ، يتم حساب أمر PulsIn في متغير للشرط 1 أو 0 المستمر. يمكننا حساب وقت نبض ووقت إيقاف النبض في قيمة متغير العد. لقد لمستنا المستمر 1 و 0 مرتين ، ثم قسمنا إلى اثنين لأننا نريد أن نكون واضحين. أخذ العينات تبدأ من 1 ليست مشكلة ؛ يمكننا الانتظار حتى الحافة السقوط والإحساس بالسلسلة 0 ، 1 ، 0 ، 1 التالية ، التي تعني دورتين من تردد الإشارة. عندما بدأ استشعار من 0 ، لدينا مشكلة كم من الوقت الانتظار لوجدت ارتفاع تردد إشارة البيانات. [7]

  يستغرق الأمر PulsIn 131.1 مللي ثانية ليكون فترة المهلة. هذا طويل جدا لحالنا. لذلك ، نحن نستخدم تحديد الوقت يعتمد على تردد وقت دورة واحدة. عندما تكون الإشارة تساوي 0 ذلك الوقت عبر دورة من التردد ، قمنا بتعريف أن تغيب عن إشارة الدخل. وعرفنا أيضًا عندما لا تكون القيمة المحسوبة في نطاق ± 5٪ من القيمة المحددة ، التي تكون غائبة عن إشارة الدخل. [10]

التين. 8 المدة الزمنية دورة واحدة لكل تردد وظروف بدء 1 أو 0

  مفتاح اختيار وظيفة مربع الانحناء هو مفتاح زر الضغط ، والضغط على هذا الزر يجري وظيفة المقاطعة الخارجية. لذلك دعا البرنامج إلى وظيفة المقاطعة subprogram ، مؤشر LED على / قبالة وخرج إشارة الصوت.

  III. الغوريث لطريقة المعالجة

  من خلال مخطط انسيابي للبرنامج ، تشتمل وحدة التحكم الصغيرة على ثلاث وظائف. يستشعر الإشارات الثلاث الواردة التي لكل منها في نطاق تردد محدد سلفا. ثم تحديد حالة سلامة المشغلين. بعد ذلك ، فإنه ينتج الإخراج اعتماداً على حالة منطقة الأمان للرصد.

  في البداية ، ينتظر النظام الحصول على الإشارة من حزمة الليزر الأقل (إشارة L1 الموضحة في الشكل 2) ، بعد الإشارة الداخلية العليا (إشارة L) ثم الإشارة الخارجية العليا (إشارة L3). هذه الحاجة إلى حالة جاهزة للاستخدام ، إذا لم يتم استشعار أحدها ، فإن الشرط ليس جاهزًا للاستخدام وجعل المحاذاة للمرسِل والمستقبل. عندما يكون النظام جاهزًا للاستخدام ، يتم استشعار النظام لأول إشارة ليزر يتم الكشف عنها في قطعة الشغل. بعد أن يتم تمرير قطعة الشغل من خلال شعاع الليزر الأول ، يتم فحص النظام من أشعة الليزر الثانية والثالثة للسلامة. شعاع الليزر الثاني غائب ، والحالة في حالة غير آمنة وغياب شعاع الليزر الثالث ، قد يكون الشرط في وظيفة انحناء الصندوق أو حالة غير آمنة.

استخدمنا مفتاح تبديل مربع الانحناء هو الإدخال من B0 pin بسبب وظيفة خاصة المقاطعة الخارجية. ﻳﻌﺮف اﻟﻨﻈﺎم ﻣﻌﻨﻰ ﻣﻔﺘﺎح وﻇﻴﻔﺔ ﻣﺮﺑﺢ اﻟﻤﺮﺑﺢ / إﻳﻘﺎف اﻟﺘﺸﻐﻴﻞ ﻓﻲ أي وﻗﺖ ﻣﻦ اﻟﻌﻤﻠﻴﺔ ، ﻷﻧﻪ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﻳﺄﺗﻲ اﻟﻤﻘﺎﻃﻊ ﻣﻦ دﺑﻮس اﻟﺘﺤﻜﻢ ، ﻳﺘﻮﻗﻒ اﻟﺒﺮﻧﺎﻣﺞ ﻋﻨﺪ اﻻﺗﺼﺎل وﻳﺬهﺐ إﻟﻰ اﻟﻌﻤﻞ إﻟﻰ اﻟﺒﺮﻧﺎﻣﺞ اﻟﺜﺎﻧﻮي اﻟﻤﻘﺎﻃﻊ. البرنامج الفرعي المقاطعة هو بدء التشغيل بما فيه الكفاية لتنفيذ التغييرات القيمة الممثلة وينتج صوت طنين ومراقبة LED تعتمد على حالة تشغيل أو إيقاف تشغيله. تبدأ وظيفة انحناء الصندوق في حالة مغلقة عادة.

الشكل 9 مخطط انسيابي لنظام التحكم في ثني الحواجز

  عند استشعار تردد الإشارة ، يكون لأمر PIC Basic Pro PulsIn وظيفة حساب الفترة الزمنية في الوقت المحدد أو إيقاف وقت الإشارة. الشيء المهم هو أن إشارة الإدخال تحتاج إلى مسح من الضوضاء ، لأن ذلك قد يكون الحصول على نتائج الخطأ من قياس التردد. عندما يبدأ النظام باستشعار تردد الإشارة ، التي قد تكون في حالتين ، يكون الأول هو إشارة زمن التوقف (0 فاصل زمني) والإشارة في الوقت المحدد (1 فاصل زمني). تنتظر عملية الاستشعار حتى بداية الشرط التالي بسبب التأكد من قيمة أخذ العينات وإهمال القيمة المفقودة للفاصل الزمني.

  ﻋﻨﺪ ﺑﺪء اﻻﺳﺘﺸﻌﺎر ﻣﻦ 0 ، ﻓﺈن اﻟﻨﻈﺎم ﻻ ﻳﺮﻏﺐ ﻓﻲ اﻻﻧﺘﻈﺎر ﺣﺘﻰ اﻟﻮﻗﺖ اﻟﻔﺎرغ ﻷﻣﺮ PulsIn (131.1 msec) ، ﻟﺬﻟﻚ ﻳﺘﻢ ﺗﺤﺪﻳﺪ ﻓﺤﺺ اﻟﻮﻗﺖ 1 msec ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻟﻘﻴﺎم ﺑﻌﻤﻠﻴﺎت اﻟﺘﺸﻐﻴﻞ آﻤﺎ هﻮ ﻣﻮﺿﺢ ﻓﻲ اﻟﺸﻜﻞ 10 (أ). لديه وقت استجابة جيد لعدم وجود إشارة الاستشعار والتي لديها فترات زمنية كافية للاستشعار لكل إشارة. بعد ذلك ، عد الفاصل الزمني في الوقت وإيقاف الفاصل الزمني مرتين في التأكد من مقدار الوقت الفاصل. عند انتهاء العد ، يتم تقسيم مقدار قيمة العدد على اثنين للحصول على مدة زمنية واحدة فقط.

الشكل 10: مخطط تدفق النظام لإشارة الاستشعار (a)

الشكل 10: مخطط تدفق النظام لإشارة الاستشعار (b)

  في الشكل 10 (ب) ، بدأ النظام في أخذ العينات من الإشارة في الوقت المحدد. بدأت الإشارة بالفعل من 1 وهي تحتاج فقط إلى معرفة التردد. لذلك ، انتظر حتى نهاية الفاصل الزمني وبعد ذلك يتم حساب الفترات الزمنية وتقسيمها إلى نقطتين للحصول على فترة زمنية واحدة للإشارة.

  IV. النتائج والمناقشة

  بدأ نظام الاستشعار بالليزر الاختبار مع إخراج مولد التردد للكشف عن النبضات في التردد. عندما تكون النتيجة متأكدة من عرض مولد وظيفة الإدخال وإشارة المرور المسموح بها ، فإن الخطوة التالية هي الاستشعار عن طريق مزيل استقبال جهاز الليزر. يظهر الشكل 11 من مخرجات مزيل التشكيل ، وتثبت القناة 2 من مرسمة الذبذبات بإخراج المستقبِل وتُقاس القناة 1 بمخرج مكبر الصوت الخاص بصور الديود الليزرية.

الشكل. 11 شكل موجي للإخراج في دائرة مستقبل الليزر

  الخطوة الثانية هي محاكاة الاختبار لثلاث إشارات مدخلات ووظيفة المقاطعة ، كما هو موضح في الشكل 12. يتم إدخال المدخلات من مصادر مولد النبضة.

صورة 12 برنامج اختبار المحاكاة لدائرة الاستشعار عن التردد

  الاختبار النهائي هو مع وحدة التحكم القائمة على الموافقة المسبقة عن علم وثلاثة إشارات إدخال ليزر للتضمين.

التين. 12 اختبار لدائرة الاستشعار عن التردد

  والغرض الرئيسي هو الكشف عن الإشارات التي تستشعر سلامة المشغل. يتم تغذية هذه الإشارات إلى دبابيس إدخال وحدة تحكم micro-controller على التوالي. وحدة تحكم الصغرى اكتشفت جميع الإشارات وتقرر في أي مرحلة تحتاج إلى إنتاج إشارة التحكم لإيقاف آلة الفرامل الصحافة.

  V.CONCLUSION

  في هذا المشروع ، تكون دارة مرسل قاعدة الليزر دقيقة في تشكيل التردد المحدد. يتم تكوين مخرجات المرسلات الليزرية وفقاً لتردد مختلف لإشارة البيانات على الرغم من أن تردد الموجة الحاملة مشترك. يمكن لمستشعر الليزر استشعار شعاع الليزر وتضخيمه في حالة واضحة. عملت دائرة مزيل التشكيل على توليد إشارة توليد خرج مقبول. لقد كان اختبار إشارة الاستشعار عنصرا رائعا.

  على الرغم من أن معظم أجهزة قياس التردد تستخدم طريقة حساب الحواف المرتفعة أو حواف سقوط إشارة الاستشعار في الفاصل الزمني المحدد ، هنا ، استخدم طريقة حساب الفترات الزمنية في الوقت المحدد والوقت المحدد لإشارة أخذ العينات. في النتيجة ، تتميز هذه الطريقة بأفضل وقت استجابة وتعطي القيمة الدقيقة للتردد. لذا ، فإن نتيجة نظام التحكم في حراسة الانحناء تتمتع بوقت استجابة سريع بما يكفي للتحكم في آلة CNC في منطقة أمان محددة.