Vaša povpraševanje je prazno!

Povpraševanje služi kot osnova za pripravo ponudbe. Naši strokovnjaki vsako vaše naročilo predhodno pregledajo. Na podlagi vašega povpraševanja vam pripravimo optimalno ponudbo.
01/750-85-10

Pišite nam

Imate vprašanje ali komentar?

Izpolnite obrazec ali nam pišite. Naši strokovni sodelavci vam bodo z veseljem v pomoč.

Pišite nam

Kontakt

PS, d.o.o., Logatec
Kalce 30b
1370 Logatec

Zemljevid

E-naslov: ps-log@ps-log.si
Tel: 01 750 85 10
Fax: 01 750 85 29

Članki

Razvoj kontrolne naprave za 100% kontrolo funkcionalnih dimenzij

 

V prispevku je predstavljen razvoj kontrolne priprave za 100% kontrolo funkcionalnih dimenzij. Zahteva za izdelavo takih priprav je prišla od proizvajalca avtomobilskih delov. Avtomobili so sestavljeni iz velikega števila delov, ki pa morajo vsi ustrezati natančno predpisanim tolerancam, da na koncu lahko iz njih sestavimo končni izdelek. Še večji izziv pri tem pa je, da se za en avtomobil lahko proizvajajo deli na več koncih sveta. To je tudi glavni razlog, zakaj je potrebna 100% kontrola večine sestavnih delov avtomobila.

Skozi prispevek bo opisan postopek načrtovanja takšne kontrolne priprave. Najprej bo predstavljen postopek, kako pridemo iz risbe merjenca, na katerem so definirane vse merjene dimenzije s tolerancami, do koncepta kontrolne priprave. Nato bo predstavljen razvoj mehanske konstrukcije priprave in postavitve merilnih senzorjev. Kot zadnje pa še izbira ustreznih merilnih senzorjev in razvoj krmilja ter programa za krmiljenje in obdelavo izmerjenih podatkov. Opisan bo tudi postopek, kako se zagotovi sledljivost vseh izdelanih kosov.

 

  1. UVOD

 

     Proizvajalci avtomobilskih delov se dnevno soočajo z vse večjim nadzorom proizvodnje. Posledično se pojavi potreba po kratkih dobavnih rokih ter vse večji kontroli procesa. Zaradi kratkih časov izdelave izdelka je potrebno neprestano stremeti za novimi tehnologijami, ki nam le to tudi omogočajo, saj si s kratkimi časi izdelave zmanjšamo stroške izdelave in s tem posledično pridobimo večji zaslužek.

     Pri izdelavi merilne opreme je potrebno poskrbeti, da bo čas kontrole izvedenega procesa ali končne kontrole izdelka kratek. Običajno morajo biti časi kontrole procesa krajši kot  je delavni takt proizvodnega procesa.

 

2   KONTROLNE PRIPRAVE, KONTROLNI PRIPOMOČKI

 

     Kontrolne priprave oziroma kontrolni pripomočki so pripomočki, ki nam omogočajo nadzor proizvodnega procesa. Običajno jih uporabljamo za nadzor procesa ter zagotavljamo njegovo stabilnost. Kontrolne priprave oziroma kontrolni pripomočki se običajno uporabljajo ob obdelovalnih strojih v proizvodnji, kjer delavec oziroma operater obdelovalnega stroja lahko sam izvaja kontrolo ter zagotavlja stabilen proces.

Kontrolne priprave v grobem ločimo v dve skupini atributivne ter variabilne.

Z atributivnimi  kontrolnimi pripravami izvajamo kontrolo po principu GRE / NE GRE

 

 

Slika 1: kontrolni pripomočki GRE / NE GRE

 

Z atributivnimi kontrolnimi pripravami izvajamo kontrolo proizvodnega procesa le nekajkrat na izmeno. Z omenjenimi kontrolnimi pripravami običajno kontroliramo pozicije lukenj ter oblike določenih površin.

 

Slika 2: Atributivna kontrolna priprava GRE / NE GRE

 

Variabilne kontrolne priprave se praviloma uporabljajo v proizvodnih procesih, kjer je zahteva po 100% kontroli. Pri omenjenih merilnih pripravah uporabljamo merilne sonde, merilno optiko, laserski način merjenja, … Izbira načina merjenja je odvisna od zahtev kupca in posledično tudi od zahtevane točnosti meritve. Pri variabilnih kontrolnih pripravah so časi meritev proizvodnega procesa bistveno krajši. Pri uporabi omenjenih merilnih postopkov je možno shranjevanje rezultatov v sistem (bazo podatkov), lahko pa z njimi opravljamo korekcijo obdelovalnega stroja.

 

 

3   RAZVOJ KONTROLNE PRIPRAVE

 

     Razvoj kontrolne priprave je nastal zaradi potreb stranke po 100% kontroli izdelka in s tem nadzora proizvodnega procesa.

     Stranka nam je predstavila zvezek zahtev za dva zelo podobna kosa (eden krajši, drugi daljši). Želja stranke je bila, da bi oba izdelka, v kolikor je to le mogoče, merili na isti kontrolni pripravi. Iz zvezka zahtev je bilo jasno razvidno, kakšen tip kontrolne priprave potrebujejo, kolikšna je letna količina kosov, ki jih bo potrebno premeriti, ter koliko delovnih dni mesečno bo kontrolna priprava obratovala. V zvezku zahtev so prav tako poleg omenjenih podatkov predstavljene še točke, ki jih bo potrebno meriti.

            V omenjenem procesu bodo na kvadratno cev (daljši kos) oziroma okroglo cev (krajši kos) iz leve in desne strani privarili ploščici z definirano obliko. Ti dve ploščici imata tudi luknje v katere bodo nato vstavili tulke. Na sredini kosa bo dodatno privarjena še ena ploščica z navojem.

     Poleg zvezka zahtev nam je stranka poslala tudi risbi izdelkov, ki je osnova za izdelavo kontrolne priprave saj je iz nje razvidno, kje se nahajajo baze za izvedbo meritev in obenem,  kje se nahajajo merilne točke.

 

Slika 3: Krajši kos

 

Slika 4: Daljši kos

 

V našem primeru sta kosa pozicionirana na tri velike luknje Ø18, ki se nahajajo na stranskih ploščicah. Iz postavljenega baznega sistema bo potrebno izmeriti pravokotnost privarjenih ploščic (vseh treh), pozicijo sredinske ploščice, pozicijo še četrte luknje Ø18, pozicije navoja M8 na sredinski ploščici ter prisotnost vstavljenih tulk na luknjah Ø18.

 

Pri razvijanju kontrolne priprave smo se soočili z željo stranke združiti meritev obeh kosov na eni kontrolni pripravi. Žal to ni bilo možno, saj sama geometrija enega in drugega merjenca tega nista dopuščali. Potrebno je bilo izdelati dve kontrolni pripravi. Obe sta se nahajali na isti merilni mizi., Na prednjo stran smo pod mizo postavili zaboj za slabe kose, na zadnji strani pa smo postavili elektro omaro.

 

 

Kot je bilo v članku že omenjeno, obstajajo dotični in brez-dotični načini merjenja. V našem primeru smo se odločili za dotični način meritve. Razlog je bil predvsem robustnost meritve in hitrost zajema meritve. Vse meritve se opravlja z LVDT (ang. Linear variable diferential transformer) senzorji. LVDT senzor je senzor pozicije. Sestavljen je iz treh ali več tuljav, znotraj katerih je magnetno permeabilno jedro. Jedro deluje kot drsnik, ki se giblje skozi navitje. na

na principu elektromagnetne indukcije. Ko pride do premikanja drsnika skozi elektromagnetni fluks, ki obdaja elektromagnetna jedra, privede do tega, da se inducira napetost. S tem se spremeni napetost v sekundarni tuljavi. Resolucija senzorja je skoraj neskončna (v našem primeru 0,1µm). Poznamo DC in AC tipe LVDT senzorjev, DC potrebujejo še dodatno vezje. [1]

 

Slika 9: Primer izvedbe DC LVDT senzorja, na skrajni desni strani se vidi signalno vezje

 

Vse merilne točke na merjencih so bile izmerjene s pnevmatskimi LVDT senzorji, proizvajalca Metro. Senzor ima pnevmatski  priključek, na katerega priključimo tlak 0,5bar. Pri prisotnosti tlaka se tipalo senzorja iztegne (do 20 mm), pri izključenem tlaku pa ga vzmet povleče nazaj v izhodiščno lego.

 

Slika 10: Primer izvedbe LVDT senzorja v realnosti

 

Merjenje pozicije centra lukenj je bilo opravljeno s pomočjo XY-mizic. Omenjena mizica je zasnovana tako, da se preko koničnega nastavka postavi v sam center luknje in nato preko dveh LVDT merilnih senzorjev odčita  vrednost obeh koordinat.

 

Slika 11: XY merilna mizica

Krmilni sistem naprave je prikazan na sliki 12. Osrednji element krmiljenja je kompakten industrijski računalnik B&R APC2100. Procesor je dvojedrni Intel Atom E3827, sistem ima 4 GB RAM-a in 24V napajanje. Namesto diska uporablja 64 GB CFast kartico, ki je podobna CompactFlash karticam, le da namesto PATA vmesnika uporablja hitrejši SATA vmesnik. Vse to omogoča, da lahko PC obratuje brez hladilnih ventilatorjev. Na enoti sta dva Ethernet vmesnika ter dodatni vmesnik za PowerLink, CAN in RS232 komunikacije. Operacijski sistem PC-ja je Windows Embedded 7, paralelno z njim pa teče še sistem ARwin za delo v realnem času, ki zagotavlja deterministične odzive krmilnega sistema. Win7 in ARwin si podatke izmenjujeta preko virtualne-ga TCP/IP vmesnika preko RAM-a z dvojnim dostopom. Oba sistema sta med seboj neodvisna. Program za upravljanje naprave teče znotraj ARwin sistema in lahko obratuje, tudi če bi se operacijski sistem Win7 zaradi napake ustavil.

Večino enot krmilnega sistema povezuje hitra Ethernet povezava s protokolom PowerLink. PowerLink je standardiziran protokol z lastnostmi trdega realnega časa. Zagotavlja deterministične prenose podatkov v časovnih intervalih od 400 us navzgor. PowerLink povezuje APC2100 in I/O enote (X20 BC0083), medtem ko poteka komunikacija z LVDT merilni sondami preko Ethernet IP protokola.

 

Slika 12: Blokovni diagram krmilnega sistema naprave

 

Enota X20 BC0083 je vmesnik do X2X vodila, na katerem so I/O moduli sistema, digitalni vhodi in izhodi. Digitalne izhode in vhode smo potrebovali za krmiljenje pnevmatskih cilindrov (primik XY merilnih mizic, vpenjanje merjenca), proženje LVDT senzorjev ter za priklop senzorike (foto celice, reed stikala).

    Razvoj aplikacije za napravo poteka v programskem okolju B&R Automation Studio z možnostjo uporabe vseh PLCopen jezikov, ter jeziki, C, C++, BASIC. Programske jezike je mogoče kombinirati, izberemo lahko najprimernejšega za določeno funkcijo. V konkretnem primeru je aplikacija napisana v PLCopen jeziku ST (Structure Text). Sestavljena je iz dveh delov: iz programske in sekvenčne logike in grafičnega vmesnika HMI.

     Osrednji del sekvenčne logike je zadolžen za izvajanje kontrolne sekvence naprave. Ker se na napravi lahko izvaja meritev dveh kosov hkrati (dolg in kratek), mora naprava kontrolirati, da je pravi kos v pravem gnezdu, da se meritve ne zamenjajo med obema merjencema in še posebej, da se postopek kontrole pravilno zaključi. Postopek kontrole se zaključi z graviranjem dobrega kosa, oziroma izmetom (v zaboj s slabimi kosi) slabega kosa. Pri izmetu slabega kosa se kontrolira ali je operater vrgel v izmet pravi kos (dolgi ali kratki).

     Na kontrolno napravo je priključena tudi gravirna postaja z gravirnikom, ki  na dober kos vgravira točno določeno gravuro. Gravura se sestoji iz naslednjih znakov: zaporednega dneva v letu, leta, zaporednega števila kosa, izmene (A,B,C).

     Na gravirni postaji se lahko vrši tudi kontrola tesnosti cevi. Kontrola tesnosti cevi je namenjena kontroli ali je bila mogoče cev pri varjenju prežgana. Kontrola tesnosti se izvede na sledeči način: V cevi se vzpostavi tlak 5 barov. Če tlak v cevi ne pade pod določeno mejo v določenem času, potem cev tesni. To pomeni, da pri varjenju ni bila poškodovana.

     Vsi podatki o meritvah se zapišejo v lokalno bazo, ki vsebuje .txt datoteke. V bazi se za vsak kos beležijo: enoznačna koda kosa (gravura), ali je bil kos dober ali slab, vse meritve, ki so bile opravljene na kosu. Ob vsaki menjavi izmene se avtomatsko generira nova datoteka z meritvami, ki ima točno določeno obliko imena.

 

DELO S KONTROLNO NAPRAVO

 

     Operater ima z manipulacijo kosov veliko dela, takt proizvodnje kosov pa je kratek. Zaradi tega mora biti prikaz meritev zelo nazoren, še posej nazorno mora biti prikazano, ali je kos opravil kontrolo ali ne. Na podlagi uspešnosti opravljene kontrole mora operater odložiti kos na graviranje ali v izmet.

Na zaslonu ima operater v numerični in grafični obliki prikazane vse meritve in skupni indikator, ki mu prikaže, kaj naj s kosom napravi (Slika 13, 14).

 

Slika 13: Zaslon, ki prikazuje, da so bile vse meritve znotraj tolerančnega območja

 

Slika 14: Zaslon, ki prikazuje, da meritve niso bile znotraj tolerančnega območja

 

Vsaka merilna točka ima na zaslonu naslednje informacije: Nominalna in izmerjena vrednost merilne točke, izračunana TP (True Position), grafični prikaz TP točke in indikator, ki kaže ali je meritev znotraj tolerance (Slika 15). Vrednost TP prikazuje kako daleč je izmerjena pozicija od nazivne pozicije merilne točke (Slika 16).

 

Kontrolno napravo je potrebno redno kalibrirati. Postopek kalibriranja zagotavlja, da v meritvah niso vključeni razni pogreški zaradi

obrabe nastavkov merilnih sond, obrabe baznih nastavkov, itd.. Pri postopku kalibriranja se postavi v kontrolno napravo etalon, ki je bil v merilnici natančno premerjen v vseh merilnih točkah, ki se merijo tudi na kontrolni napravi. Te meritve se potem vnese v tabelo merilnih točk. V tej tabeli so tudi nazivne meritve in maksimalne dovoljene tolerance (Slika 17).

 

 


Slika 15: Numerični in grafični prikaz meritve centra luknje

 

Slika 16: Definicija TP True Position

 

Med kalibriranjem se dejanske meritve kontrolne naprave izenačijo z merami etalona. Od tega trenutka naprej so merilne sonde kontrolne naprave umerjene, naprava pozna, kakšne so nazivne vrednosti merilnih točk ter maksimalne dovoljene tolerance.

 

Slika 15: Tabela za vnos mer etalona, nazivnih mer in toleranc

 

4   SKLEP

 

V proizvodnji že delujejo tri kontrolne priprave za kontrolo šestih različnih kosov. Kontrolne priprave izpolnjujejo vse strankine zahteve:

  • Kontrola vseh merilnih točk, z resolucijo 0,01mm.
  • Zapis meritev v .txt datoteko. Upoštevanje pravil pri generiranju imena datotek in zapisa v datoteke. Avtomatsko generiranje datotek ob menjavi izmene.
  • Zagotavljanje pravilnega rokovanja s kosi. Ne sme se zgoditi, da se slab kos gravira ali da gre dober kos v izmet. Ne sme se zgoditi zamenjava med dolgim in kratkim kosom pri postopku kontrole in graviranja.

Z omenjenimi kontrolnimi napravami je stranka zagotovila 100% kontrolo kosov v proizvodnji. Vsak dober izdelan kos ima gravuro, ki skrbi za sledljivost kosa. Vsaka gravura je enoznačna in ima v bazi zapis z vsemi izmerjenimi točkami.

 

 

 

Razvoj kontrolne naprave za 100% kontrolo funkcionalnih dimenzij

Zastopništva