Détection de signal laser modulée dans le système de contrôle de protection contre la flexion pour la machine de commande numérique par presse plieuse

  Résumé - Cet article traite de la détection de fréquence dans un signal laser modulé utilisé dans le système de contrôle de protection contre la flexion pour une machine de presse plieuse à commande numérique. Le faisceau laser a un angle de propagation approprié pour détecter tout obstacle (pièces plates et main ou parties d’opérateurs) lors du processus de pliage. Prévention des sources laser auxiliaires et effet des bruits de transmission du signal, nous avons utilisé la méthode de modulation du signal de sécurité en cours. Cependant, loin de manquer d'un signal à l'autre, les signaux modulés ont des fréquences séparées. Chacun des trois émetteurs laser alimente le récepteur laser avec différentes fréquences de données dans la même fréquence de modulation.

  La photodiode détecte le signal laser et le circuit démodulateur purifie le signal de données à partir de la fréquence de modulation. Le PIC 16F628 est utilisé pour détecter les signaux entrants provenant du récepteur laser et contrôler le processus de pliage en fonction des signaux reçus.

  INTRODUCTION

  Les freins PRESS sont l’une des machines-outils les plus difficiles à protéger en raison de leur utilisation polyvalente dans l’industrie. Un usage général signifie qu'une presse plieuse peut être utilisée pour les fraisages de très petites pièces à de très grandes pièces. La production sur ces machines peut représenter une partie pour des milliers de pièces. Avec ce type d'opération, les presses plieuses doivent être polyvalentes.

  Il existe trois catégories de base de presses plieuses:

  1) révolution partielle

  Anti-friction mécanique

  -Air Embrayage (simple ou deux vitesses)

  2) Hydraulique (à action descendante et à action ascendante)

  3) Hydra-Mechanical

  Il existe des presses plieuses électriques à servo-entraînement qui peuvent être sauvegardées. [1]

  La plupart des opérations de presse plieuse n'exigent pas que les opérateurs placent leurs mains ou une partie de leur corps dans le danger potentiel du point de fonctionnement; cependant, l'exposition aux blessures au point d'opération existe toujours. En raison de cette exposition, les opérateurs doivent être protégés des dangers du point de fonctionnement. La meilleure pratique de sécurité est lorsque les opérateurs ne sont jamais tenus de mettre leurs mains ou une partie de leur corps sur le point de fonctionnement à tout moment. Parfois, lorsque la pièce se plie, un risque peut être créé entre la pièce et la face avant de la diapositive. Lorsque cela se produit, assurez-vous que les opérateurs ne posent pas leurs doigts sur le dessus ou sur les côtés du matériau, mais soutiennent le matériau par le dessous.

  La productivité d'une presse plieuse est déterminée par le temps de cycle nécessaire pour effectuer une course qui détermine le nombre de courbures par heure ou le taux de productivité de la machine. Les temps de cycle courts nécessitent un fonctionnement à vitesse rapide maximale minimisant ainsi le fonctionnement à vitesse lente. La durée du cycle dépend des facteurs suivants.

  1) Vitesse de descente du bélier

  2) Vitesse de secours du bélier

  3) Hauteur de secours

  4) Réglage du point d'inhibition

  5) fonctionnalité du contrôleur

  6) Système de protection utilisé

  Ce système de protection contre la flexion au laser est conçu pour minimiser l’impact sur la productivité tout en offrant une protection maximale à l’opérateur. [2]

Le système de protection de la presse plieuse à laser utilise une double rangée de bandes lumineuses espacées verticalement de 10 mm pour donner une zone de décélération de 10 mm à l'outil supérieur, de l'approche rapide à la vitesse de pressage. En dessous de cette zone, la vitesse de flexion requise est maintenue, mais au-dessus de cette zone, une vitesse d'approche rapide beaucoup plus élevée peut être obtenue.

  Trois faisceaux laser sont parallèles au bélier et sous l'outil supérieur. Le premier est les pièces 10mm de la poutre supérieure. La suivante est placée à 15 mm de la première et la dernière à au moins 5 mm, bien qu’elle puisse être réglée manuellement en fonction de l’épaisseur de la pièce.

  Les deux faisceaux supérieurs servent à détecter les obstacles et le faisceau inférieur, à détecter la pièce. Si les rayons laser rencontrent un obstacle, la machine arrête le mouvement descendant du vérin et recule de quelques centimètres vers le haut. Une fois l'obstruction éliminée, l'opérateur peut poursuivre le processus de pliage en appuyant de nouveau sur la pédale.

  Ce processus garantit une sécurité maximale des mains et des doigts dans la zone des trois faisceaux de lumière laser en mouvement. Lors du pliage de boîtes ou de tubes, dans le "mode emboîtement", le faisceau laser externe peut être désactivé. Par conséquent, la formation de brides perpendiculaires n’est plus un problème et la sécurité de l’opérateur est toujours assurée par le faisceau central.

Tx = émetteur Rx = récepteur

Fig. 1 Schéma de position de l'émetteur et du récepteur laser

L1, L2, L3 = 1er, 2e et 3e faisceaux laser

Fig. 2 Schéma de position des faisceaux laser dans le système anti-pliage

Fig. 3 Schéma fonctionnel du système de protection contre la flexion au laser

A. Emetteur laser modulé

Fig. 4 Schéma fonctionnel de l'émetteur laser

  Il existe plusieurs façons de générer des impulsions d'horloge. Un générateur d'ondes carrées fait partie de ces équipements qui ont de nombreuses utilisations dans l'atelier et que peu d'amateurs ont en réalité.

  Ce kit simple, basé sur le circuit intégré 555 très prisé, génère une fréquence de 38 kHz. Il a une large plage de tension de fonctionnement et fournit même une indication visuelle de la sortie. [3]

Fig.5 Circuit oscillateur de porteuse utilisant un circuit intégré à 555 minuteries

  Pour obtenir trois signaux de données, nous avons utilisé les circuits multivibrateurs astables à porte NAND. Le cycle de synchronisation est déterminé par la constante de temps de la résistance-condensateur, réseau RC.

  La fréquence de sortie peut ensuite être modifiée en modifiant la ou les valeurs des résistances et du condensateur dans le circuit. [4]

Fig. 6 Circuit multivibrateur astable à porte NAND

  La méthode d'activation / désactivation consiste à détecter la fréquence porteuse.

  La fréquence porteuse présente est définie comme étant le bit 1 et, en l'absence de fréquence porteuse, connue sous le nom de bit 0. Selon ce processus, la durée d'activation et la durée d'inactivité de l'impulsion d'horloge dans le signal de données représentent les bits binaires 1 et 0 respectivement. Un circuit intégré de porte NAND, CD4011, joue le rôle de circuit intégré de modulation dans le processus de modulation par activation / désactivation. En fonction du temps d'activation des deux signaux d'entrée de la porte IC, la sortie de la porte IC est désactivée. [5]

  Le signal modulé alimente l'entrée du pilote laser et le pilote laser pilote la diode laser en fonction du signal modulé.

  B.Démodulateur (récepteur laser)

  Lors de la détection d'une onde laser, la longueur d'onde d'une onde transmise est émise de manière cohérente par rapport au récepteur laser. Selon la longueur d'onde de la lumière laser émettrice, environ 650 nm, nous avons utilisé la photodiode laser DTD-15 (Everlight) [6]. Il produit le signal de réponse en fonction de la lumière laser. Le signal de sortie de la photodiode est trop petit pour être détecté par le circuit du démodulateur. Le CA3140E est un amplificateur opérationnel haute fréquence particulièrement utile pour l’amplification du signal de photodiode.

  Les avantages du rapport signal sur bruit et de la largeur de bande de l'amplificateur sont les suivants: aider à la démodulation et à la détection de la fréquence du signal de données modulé au laser. [7]

Fig. 7 Schéma fonctionnel du récepteur laser

  Le signal de sortie de l’amplificateur opérationnel passe par le circuit RC de différenciation afin de réduire l’amplification et le bruit d’alimentation en continu. Il a été démodulé avec une diode haute fréquence et un circuit de temporisation RC. La sortie du circuit démodulateur est échantillonnée avec le circuit compatible TTL. La sortie peut alimenter le PIC pour détecter la fréquence du signal de données d'entrée.

  Unité C. Micro-contrôleur

Le système nécessite trois broches d'entrée de fréquence et une broche d'entrée d'accès d'interruption. Il faut 4 broches d’entrée et 8 broches de sortie. La fonction d'interruption externe est utilisée pour le sélecteur de cintrage de boîtes. Le PIC 16F628A est un microcontrôleur CMOS 8 bits à mémoire flash et une gamme moyenne de microcontrôleurs. Il a assez de broche d’entrée / sortie et une fonction spéciale pour ce travail. [8]

  Broche 1, RA2 utilisée comme troisième indicateur DEL de faisceau laser

  Broche 2, RA3 utilisé pour les voyants DEL du système bloqués et en pause

  Broche 6, RB0 utilisée pour le sélecteur de fonction de pliage de boîtes

  Broche 7, RB1 utilisé pour l’entrée du signal à 1 kHz

  Broche 8, RB2 utilisé pour l’entrée du signal de 1,5 kHz

  Pin 9, RB3 utilisé pour l’entrée du signal à 2 kHz

  Pin 10, RB4 utilisé pour la sortie du signal de contrôle pour le contrôle de la machine CNC

  Broche 11, RB5 utilisé pour le voyant DEL d’activation / désactivation de la fonction Boîte

  Broche 13, RB7 utilisée pour le contrôle d’alarme par buzzer

  Pin 15 & la broche 16 est l'entrée et la sortie de l'oscillateur externe

  Broche 17, RA0 utilisée pour la 1ère DEL de faisceau laser

  Broche 18, RA1 utilisée pour la deuxième LED d'indication de faisceau laser

  La fonction de pliage de la boîte est initialement désactivée et lorsque vous appuyez sur le bouton-poussoir pour la première fois, la fonction est activée et la prochaine fois que vous appuyez, la fonction est désactivée.

  Nous écrivons les instructions du programme utilisé dans la programmation PIC Basic Pro. Nous avons utilisé le signal laser modulé pour éviter les sources externes de laser. La détection du signal d'entrée, qu'elle soit correcte ou erronée, est gérée par le programme de contrôle. Nous avons utilisé la détection de la fréquence du signal comme suit. [9]

Dans PIC Basic Pro, la commande PulsIn est comptée dans une variable de la condition 1 ou 0 continue. Nous pouvons calculer le temps d'impulsion et le temps d'arrêt d'impulsion en valeur de la variable de comptage. Nous avons détecté le 1 et le 0 continus deux fois, puis divisés par deux parce que nous voulons être définis. L'échantillonnage est commencé à partir de 1 n'est pas un problème; nous pouvons attendre le front descendant et détecter les 0, 1, 0, 1 suivants en série, ce qui signifie deux cycles de la fréquence du signal. Lorsque la détection commence à 0, nous avons un problème de temps d'attente pour trouver la fréquence du signal de données à front montant. [7]

  La commande PulsIn prend 131,1 ms pour constituer le délai d'expiration. C'est trop long pour notre condition. Ainsi, nous utilisons la limitation de temps dépend de la fréquence d’un temps de cycle. Lorsque le signal est à 0 ce temps sur un cycle de fréquence, nous avons défini qu'il n'y a pas de signal d'entrée. Nous avons également défini le moment où la valeur comptée ne se situe pas dans la plage de ± 5% de la valeur définie, c'est-à-dire sans signal d'entrée. [dix]

Fig. 8 Durée d'un cycle pour chaque fréquence et 1 ou 0 condition de départ

  Le sélecteur de fonction de cintrage de boîtes est un commutateur à bouton-poussoir, le fait d'appuyer sur ce bouton constitue la fonction d'interruption externe. Ainsi, le programme a appelé la fonction de sous-programme d’interruption, le voyant DEL allumé / éteint et le battement du signal sonore.

  III. ALGORITHME POUR MÉTHODE DE TRAITEMENT

  Dans l’organigramme du programme, le micro-contrôleur remplit trois fonctions. Il détecte les trois signaux entrants qui ont chacun une plage de fréquences prédéterminée. Et ensuite, déterminez les conditions de sécurité des opérateurs. Ensuite, la sortie est générée en fonction de l’état de la zone de sécurité à surveiller.

  Au début, le système attend le signal provenant du faisceau laser le plus faible (signal L1 illustré à la figure 2), après ce signal interne supérieur (signal L), puis le signal externe supérieur (signal L3). Ce besoin de condition prête à l’emploi, si l’une d’elle n’est pas détectée, la condition n’est pas prête à être utilisée et fait aligner l’émetteur et le récepteur. Lorsque le système est prêt à être utilisé, le système détecte le premier signal laser qui détecte l'objet de la pièce. Après le passage de la pièce dans le premier faisceau laser, le système vérifie la sécurité des deuxième et troisième faisceaux laser. Le second faisceau laser est absent, la condition est non sécurisée et le troisième faisceau laser est absent, peut être la condition de la fonction de pliage de la boîte ou une condition non sécurisée.

  Nous avons utilisé le sélecteur de cintrage de boîte qui est l’entrée de la broche B0 en raison de la fonction spéciale d’interruption externe. Le système connaît le sens de l’activation / désactivation de la fonction de pliage de la boîte à tout moment du processus, car lorsque l’interruption entre en contact avec la broche de commande, le programme fait une pause et atteint le sous-programme d’interruption. Le sous-programme d’interruption est suffisant pour exécuter les modifications de valeur représentées et produit un bourdonnement sonore. La LED de surveillance dépend de l’état de l’activation ou de la désactivation. La fonction de pliage de boîtes est démarrée normalement fermée.

Fig. 9 Organigramme du système de contrôle Bending Guard

Lors de la détection de la fréquence du signal, la commande PIC Basic Pro PulsIn permet de compter la durée d'activation ou de désactivation du signal. L'important est que le signal d'entrée doive être effacé des bruits, car il se peut que les résultats d'erreur de mesure de la fréquence soient obtenus. Lorsque le système commence à détecter la fréquence du signal, ce qui peut se produire dans deux conditions, la première est le signal du temps d'extinction (intervalle 0) et le signal d'activation (1 intervalle). Le processus de détection est attendu jusqu'au prochain début de condition à cause de la valeur d'échantillonnage et de la négligence de la valeur perdue de l'intervalle de temps.

  Lorsque la détection est lancée à partir de 0, le système ne souhaite pas attendre le temps de débordement de la commande PulsIn (131,1 ms). Le contrôle du temps est donc défini à 1 ms en effectuant une boucle comme illustré à la figure 10 (a). Il a un bon temps de réponse pour l’absence du signal de détection et dispose d’un intervalle de temps suffisant pour la détection de chaque signal. Ensuite, vous avez compté l'intervalle d'activation et l'intervalle d'inactivité deux fois pour vous assurer de la durée de l'intervalle. Lorsque le comptage est terminé, la valeur de comptage est divisée par deux pour obtenir une seule durée.

Fig. 10 Organigramme système du signal de détection (a)

Fig. 10 Organigramme système du signal de détection (b)

  Sur la figure 10 (b), le système commence à échantillonner le signal à temps. Le signal est déjà commencé à partir de 1 et il suffit de connaître la fréquence. Ainsi, il a attendu jusqu'à la fin de l'intervalle de temps, puis compte et a divisé les intervalles de temps pour obtenir la période du signal.

  IV RÉSULTATS ET DISCUSSION

  Le système de détection laser commence à tester avec une sortie du générateur de fréquence pour détecter les impulsions en fréquence. Lorsque le résultat est sûr pour l'affichage du générateur de fonction d'entrée et du signal d'autorisation de passage, l'étape suivante consiste à détecter à partir du démodulateur du récepteur laser. La sortie du démodulateur est illustrée à la figure 11, le canal 2 de l’oscilloscope est connecté à la sortie du récepteur et le canal 1 est mesuré à la sortie de l’ampli-op de la photodiode laser.

Fig. 11 Formes d'onde de sortie dans le circuit récepteur laser

  La deuxième étape consiste à simuler le test de trois signaux d'entrée et de la fonction d'interruption, comme illustré à la Figure 12. Les entrées sont entrées à partir des sources du générateur d'impulsions.

Fig. 12 Programme de test de simulation pour circuit de détection de fréquence

  Le test final consiste en une unité de contrôle basée sur PIC et à trois signaux d'entrée laser modulés.

Fig. 12 Test du circuit de détection de fréquence

  L’objectif principal est de détecter les signaux qui détectent la sécurité de l’opérateur. Ces signaux alimentent les broches d’entrée du microcontrôleur. Le microcontrôleur a détecté tous les signaux et a déterminé à quel stade il fallait produire le signal de commande pour mettre en pause la presse plieuse.

  V. CONCLUSION

  Dans ce projet, le circuit émetteur de base laser est précis dans la modulation de fréquence spécifiée. Les sorties des émetteurs laser sont modulées en fonction de la fréquence du signal de données, même si la fréquence porteuse est commune. Le récepteur laser peut détecter le faisceau laser et l'amplifier à l'état clair. Le circuit démodulateur a fonctionné pour une génération de signal de fréquence de sortie acceptable. Le résultat de la vérification du signal de détection est remarquable.

  Bien que la plupart des fréquencemètres utilisent la méthode de comptage des fronts montants ou descendants du signal de détection dans l'intervalle de temps défini, utilisez ici la méthode de comptage des périodes de temps d'activation et de désactivation du signal d'échantillonnage. Au final, cette méthode a le meilleur temps de réponse et donne la valeur exacte de la fréquence. Ainsi, le résultat du système de contrôle de protection contre la flexion a un temps de réponse rapide suffisant pour contrôler la machine CNC dans une zone de sécurité définie.