ARKKIMAISEN KAPPALEEN OIKAISU SERVOTEKNIIKALLA
Mekaniikka
LAHDEN AMMATTIKORKEAKOULU Mekatroniikka
Opinnäytetyö Kevät 2007 Mikko Salonen
Salonen, Mikko: Arkkimaisen kappaleen oikaisu servotekniikalla
Mekatroniikan opinnäytetyö, 42 sivua, 10 liitesivua Kevät 2007
TIIVISTELMÄ
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli luonnostella ja suunnitella laite arkkimaisen kappaleen oikaisuun käyttäen modernia servotekniikkaa. Työn laajuuden vuoksi se jaettiin kahteen osaan: automaatio- ja mekaniikkasuunnittelu. Tämä opinnäytetyö käsittelee kyseisen aiheen mekaniikkasuunnittelua. Ideana oli, että automaatio- ja mekaniikkasuunnittelija tekevät yhteistyötä koko projektin läpi.
Työ aloitettiin luonnostelemalla kaikki mahdolliset rakennevaihtoehdot, joilla pystytään toteuttamaan arkkimaisen kappaleen oikaisu. Näistä luonnoksista valit- tiin parhaaksi todettu jatkokehittelyä varten. Tämän jälkeen valitusta rakenteesta tehtiin yksityiskohtaisemmat suunnitelmat ja piirustukset. Piirustusten tekoon käytetyt ohjelmat olivat AutoCAD ja ProE. Laitteen toiminnan mallintamiseen käytettiin animaationteko-ohjelmaa. Moottorit mitoitettiin käyttämällä erilaisia moottorinmitoitusohjelmia.
Lopputuloksena oli periaatteessa toimiva laite. Laitetta varten löydettiin käytettä- vät teknologiat ja toimilaitteet, joilla arkkimaisen kappaleen oikaisu onnistuu.
Tämän opinnäytetyön laajuuteen ei kuulunut prototyypin valmistaminen, joten on vaikea tietää varmasti, kuinka laite toimisi käytännössä. Arviomme mukaan laite toimisi kuitenkin suunnitellulla tavalla.
Avainsanat: Lineaariservomoottori, servojärjestelmä, moottorinmitoitustyökalu, lineaarijohde, paljeimukuppi, ejektori
Salonen, Mikko: Alignement of a wooden sheet using modern servo technology
Bachelor's Thesis in Mecatronics, 42 pages, 10 appendices Spring 2007
ABSTRACT
The objective of this thesis was to draft and design a device that is able to align a wooden sheet using modern servo technology. Because the scope of the work, it was divided into two separate sections: automation and mechanical designing.
This thesis deals with mechanical designing of the subject in question. The idea was that teamwork between automation and mechanical designers continues through the whole project.
Work was started by drafting all the different structures for the machine that can carry out the alignment of a wooden sheet using modern servo technology. From these drafts the structure that was considered to be the best was selected. After that more detailed designs and drawings of the selected structure were made. Different tools that were used were AutoCAD and ProE for drawings. Also different motor sizing programmes and an animation programme were used for illustrating how the machine works.
The final result was a working machine in principle. The technology and operating devices were found for the machine so that it can carry out the alignment of a wooden sheet. It is difficult to evaluate how the machine works in practice be- cause the construction of a prototype was not included in this thesis. However, our assessment is that it would work in practice as planned.
Key words: : Linear servomotor, servo-system, motor sizing programmes, linear motion guide, bellows suction pad, ejector
1 JOHDANTO 1
1.1 Toimeksianto 2
1.1.1 Olemassa olevat ratkaisut 2
1.1.2 Työn tavoitteet 3
2 ERI RAKENNEVAIHTOEHTOJEN LUONNOSTELU 3
2.1.1 Mahdolliset riskipisteet 4
2.2.1 Toiminnan kuvaus 4
2.2.2 Tartunta oikaistavaan arkkiin 6
2.2.2.1 Paljeimukuppitesti 7
2.2.2.2 Paljeimukuppitestin yhteenveto 8
2.2.2.3 Tartuntaelementin toiminta hihnakuljettimen lomassa 9 2.2.3 Erilaiset rakennevaihtoehdot oikaisulaitteelle 10 2.2.3 Erilaiset rakennevaihtoehdot oikaisulaitteelle 11
2.2.4 Liikeprofiilit 16
2.2.4.1 Liikkeiden mallinnus 17
2.3 Rakenteen valinta 18
3 VALITUN RAKENTEEN KEHITTELY 19
3.1 Servojärjestelmän suunnittelu 19
3.1.1 Lineaariservomoottorit 20
3.1.2 Lineaariservomoottoreiden mitoitus 22
3.1.2.1 Moottorin mitoitustyökalut 23
3.1.2 Laakerointi 28
3.2 Ohjaus 31
4 YHTEENVETO 32
4.1 Työn tavoitteiden täyttyminen 32
4.1.1 Riippumattomuus kuljettimesta 32
4.1.2 Mahdollisimman suuri tarkkuus 33
4.1.5 Tartunnan toteutus viiluarkin alapintaan 33
4.1.3 Koon optimointi 33
4.1.4 Huoltovapaus ja luotettavuus 34
4.2 Jatkosuunnitelmat ja oma arvio työstä 35
LIITTEET 37
1 JOHDANTO
Teen opinnäytetyöni Raute Oyj:lle. Työskentelin opinnäytetyötä edeltävän kesän Rautella, mekaniikkasuunnittelun osastolla. Työtehtäviin kuului mm. asiakasdo- kumenttien laatimista ja päivittämistä sekä suomen että englannin kielellä, erilai- sia laitesuunnitteluun liittyviä tehtäviä ja konelinjojen koeajoihin liittyviä tehtäviä asiakkaan toimitiloissa.
Raute Oyj on kansainvälinen puutuotetoimialaa palveleva teknologiayritys. Raute valmistaa koneita ja kokonaisia tuotantolaitoksia vaneri- ja viiluteollisuuteen, LVL-teollisuuteen, lastulevy- ja MDF-teollisuuteen parkettiteollisuuteen sekä ohutlevyteollisuuteen. Raute toimii maailmanlaajuisesti. Toimipisteet sijaitsevat Jyväskylässä, Kajaanissa, Vancouverissa sekä päätoimipiste Nastolassa. Liike- vaihto vuonna 2005 oli noin 109 miljoonaa euroa ja henkilöstön määrä noin 540.
1.1 Toimeksianto
Opinnäytetyöni liittyy ensisijaisesti vaneriteollisuuteen viilunkäsittelyyn. Tosin sitä voidaan soveltaen hyödyntää myös muissa lukuisissa teollisuuden sovelluksis- sa. Opinnäytetyön aiheena on ratkaista lähtötietojen pohjalta viiluarkin oikaisu.
Tarkoituksena on suunnitella kokonaan uusi laite.
Opinnäytetyön laajuuden vuoksi mekaniikka ja automaatio on päätetty erottaa omiin alueisiinsa. Kumpaankin kokonaisuuteen valittiin oma tekijänsä. Oma ko- konaisuuteni on mekaniikka. Automaatio-osuutta suunnittelee Joonatan Luukka, joka opiskelee automaatiotekniikkaa Kymenlaakson ammattikorkeakoulussa.
Teimme tiivistä yhteistyötä koko projektin ajan.
Opinnäytetyössä päätimme pitäytyä suunnittelussa, koska projekti on laaja. Sen tuloksena syntyi alustava suunnitelma laitteesta, joka kykenee suoriutumaan sille määritellyistä tehtävistä. Prototyypin rakennus ja valmistuskuvat jätettiin tietoises- ti pois aikataulun vuoksi. Opinnäytetyössäni tutkin arkin oikaisua ja suhteellisen uutta tekniikkaa.
1.1.1 Olemassa olevat ratkaisut
Arkkeja oikaistaan nykyisin paljon vasteilla ja oikaisukuljettimilla. Näillä oi- kaisutavoilla ongelma on ohuiden viilujen reunojen taipuminen. Taipumista tapah- tuu, kun viilu ajetaan vastetta päin tai oikaisukuljettimen reunaa myöten. Lisäksi nämä oikaisulaitteet vaativat oman kuljettimen.
Arkin oikaisua tehdään myös hihna- ja pyöräpareilla, joissa oikaisu tapahtuu no- peuseroa hyödyntämällä. Hihnaparilla tehtävässä oikaisussa ei pystytä kontrolloi- maan pistettä, jonka ympäri arkki käytännössä kääntyy. Pyöräparilla tehtävää oi- kaisua ei voida käyttää, jos arkissa on liimapinta.
1.1.2 Työn tavoitteet
Tavoitteena on löytää täysin uusi menetelmä arkin oikaisuun. Tutkimme, miten päästään vielä parempiin oikaisutarkkuuksiin kuin olemassa olevilla ratkaisuilla.
Tarkoituksena on myös arkin kääntymispisteen kontrollointi ja arkin oikaisun on- nistuminen, vaikka arkissa olisi liimapinta. Alla oleva Taulukko (1) sisältää tiivis- tetysti tavoitteet suunnittelun tuloksena syntyvälle laitteelle.
TAULUKKO 1. Työn tavoitteet
- riippumattomuus kuljettimesta (laitteen itsenäinen toiminta) - mahdollisimman suuri tarkkuus (virhetoleranssi pienuus) - koon optimointi
- huoltovapaus
- tartunnan toteutus viiluarkin alapinnasta
2 ERI RAKENNEVAIHTOEHTOJEN LUONNOSTELU
Lähtökohtana luonnostelun alussa oli etsiä kaikki mahdolliset tavat, joilla oikaisu voidaan toteuttaa tavoitteiden mukaan. Tässä vaiheessa on määritellään laitteen oikeaan toimintaan vaadittavat ehdot, jotka suunnitellun laitteen tulee täyttää. Erit- täin tärkeänä voidaan pitää niin sanottujen riskipisteiden ja kompastuskivien mää- rittelyä. Näin saadaan heti alussa kohdistettua huomio oikeisiin kohtiin ja näin ollen vältytään turhalta suunnittelulta, jos ongelmaan ei löydykään ratkaisua.
2.1 Lähtötiedot
Alla olevasta listasta näkyy laitteen toiminnan määrittelyn kannalta oleelliset asiat:
- linjan nopeus 1 m/s
- arkkeja kulkee linjalla 200 mm välein
- viiluarkin koko 2700 mm x 1300 mm (paino n.9 kg) - linja: normaali hihnakuljetin
- hihnakuljettimen hihnojen välit 300 mm
2.1.1 Mahdolliset riskipisteet
Suurimpana ongelmana tässä vaiheessa pidimme arkkiin tarttumista. Arkin yläpin- ta voi olla liimoitettu, joten emme voi käyttää sitä tartuntapisteenä. Arkki kulkee hihnakuljettimella, joten tartunta arkin alapuolelta tuntui yhtä ongelmalliselta.
Tässä vaiheessa ei myöskään ollut selvää, millä keinolla huokoisesta arkista saa- taisiin pitävä ote.
Arkit kulkevat hihnakuljettimella nopeudella 1 m/s, ja arkkien väli kuljettimella on 200 mm. Ongelma oli arkkien oikaisu ja paikoitus vaikuttamatta linjaston toi- mintaan. Pohdimme, millaisilla toimilaitteilla oikaisu saadaan toteutettua.
2.2.1 Toiminnan kuvaus
Arkinoikaisuun ja paikoitukseen tarvittava kulma- ja paikkatieto saadaan ko- nenäköjärjestelmältä. Konenäkö käsittelee arkista otetun kuvan, jonka perusteella se laskee arkin kulman sekä etäisyyden referenssipisteeseen. Konenäkö lähettää käsitellyn tiedon oikaisulaitteen ohjausjärjestelmälle. Seuraavassa selitän laitteen toiminnan vaiheittain:
Ohjausjärjestelmä laskee kullekin akselille oman liikekäyrän. Liikekäyrän perus- teella servovahvistin ohjaa jokaisen akselin arkin suuntaiseen asentoon.
Ohjausjärjestelmä ohjaa oikaisulaitteen lähtöasemaan, josta se synkronoituu lin- jaston kanssa samaan nopeuteen valokennolta saadun signaalin jälkeen. Arkin alapuolelle saavuttuaan liikkeenohjaus ohjaa tartuntayksikön ylös, jolloin imuku- pit kiinnittyvät arkin alapintaan ja arkki nousee linjastolta.
Liikkeenohjaus suorittaa arkinkulmanoikaisun ja samaan aikaan liikkeenohjaus hakee arkille oikean sivuttaissiirtymän, eli ajaa viilun reunan referenssipisteeseen.
Ohjausjärjestelmän tulee ottaa huomioon kulmavirheen oikaisun aiheuttama viilun reunan paikan muutos ja laskea tämän perusteella sivuttaissiirtymä referenssipis- teeseen. Lopuksi arkki lasketaan takaisin linjastolle ja liikkeenohjaus aloittaa vä- littömästi valmistelut seuraavaa arkkia varten.
KONENÄKÖ Kulma ja etäisyys
referenssipistees een
VIILUARKKKI TAKAISIN LINJALLE VIILUARKIN
OIKAISU TARTUNTA KIIHDYTYS (linjastonopeus) Oikaisulaitteiston
valmistelu
SEIS
Kulman kääntö ja reunan paikoitus
OHJAUSJÄRJESTELMÄ
Viiluarkin suuntainen
asento
KUVIO 1. Oikaisulaitteen toiminnan kuvaus
2.2.2 Tartunta oikaistavaan arkkiin
Halusimme selvittää tartuntaan liittyvät ongelmat jo tässä vaiheessa suunnittelua, jotta turhalta työltä vältyttäisiin. Alipainekomponentteihin erikoistuneen Schmalz:n edustajan kanssa kävimme keskustelua imukupin tarttumisesta huokoi- seen arkkiin. Näiden keskusteluiden perusteella päätimme testata, kuinka hyvin silikonista valmistetuilla paljeimukupeilla saadaan tartuttua viiluarkin pintaan.
(Helkiö 2006.)
2.2.2.1 Paljeimukuppitesti
Testimateriaaliksi valittiin kuusi erilaista viiluarkkia. Arkin koko oli noin 500 mm x 250 mm. Alla oleva kuvio (2) on yhdestä testissä käytetyistä viiluarkeista. Valit- simme tarkoituksella erittäin reikäisiä arkkeja, jotta pystyimme testaamaan tartun- nan toimivuutta imukupin osuessa reiän kohdalle.
KUVIO 2. Testissä käytetty viiluarkki
Testissä käytettiin silikonista valmistettua paljeimukuppia (halkaisija 40 mm).
Neljä imukuppia oli kiinnitetty tasaisin välimatkoin noin 40 mm:n levyiselle muo- vilistalle. Kaikki imukupit liitettiin SEG-20-HS-tyyppiseen ejektoriin, jonka imu- teho on 124 l/min ilmankulutuksen ollessa 180 l/min. Yhdelle imukupille jää imu- tehoksi 31 l/min. Paineilma johdettiin ejektorille on/off-tyyppisen venttiilin kautta.
Imutehoa mitattiin tartuntayksikköön liitetyn alipainemittarin avulla. (Vacuum Components & Complete Systems Catalogue 2005/2006)
KUVIO 3. Imukuppitestilaitteisto
2.2.2.2 Paljeimukuppitestin yhteenveto
Tartunta onnistui kaikkiin arkkeihin vähintään tyydyttävästi. Hankalin tilanne on, jos imukuppi on kokonaan irti viilun pinnasta. Tällöin imuteho on n. 20 %. Imute- ho todettiin kuitenkin riittäväksi kaikissa muissa tilanteissa.
Imukuppipalkki jaetaan osiin, jotta imuteho ei jää liian pieneksi yhden tai useam- man imukupin ollessa irti viilun pinnasta. Päädyimme ratkaisuun, jossa kolmea imukuppia kohden on aina yksi ejektori. Tällöin tartuntaelementissä on kuusi eril- listä imualuetta, jolloin tartunnan onnistumiseen ei vaikuta yhden tai useamman imukupin huono tartunta.
Imukuppeihin perustuva tartunta todettiin toimivaksi ratkaisuksi. Tällä ratkaisulla arkin pinnasta saadaan jämäkästi pitävä ote ja arkki pysyy erinomaisesti kiinni tartuntaelementissä. Kuviossa (4) on hahmotelma koko tartuntaelementistä, kuva on piirretty ProE 3D -suunnitteluohjelmalla.
KUVIO 4. Hahmotelma tartuntaelementistä
Ilman kulutus on melko suuri, jos käytetään kuutta ejektoria, kun yhden ilmanku- lutus on 180 l/min. Jos tämä tuntuu liian suurelta, voidaan yksittäiset ejektorit korvata monivaihe-ejektorilla. Tässä tapauksessa kuuden yksittäisen ejektorin korvaamiseen riittää kaksi monivaihe-ejektoria. Yhden monivaihe-ejektorin il- mankulutus on 197 l/min. Monivaihe-ejektoreita käyttämällä ilmankulutusta saa-
daan pienennettyä noin 60 %. Kääntöpuolena on, että monivaihe-ejektorin hankin- takustannukset ovat noin 20 % suuremmat.
Jotta ohjausjärjestelmälle saadaan tieto tartunnan onnistumisesta, molempiin tar- tuntapalkkeihin lisätään alipainetunnistimet. Kaiken kaikkiaan kyseisen imukuppi- tartunnan toimivuus todettiin riittäväksi kaikilla arkkityypeillä. Imukuppitartunta ei ole esteenä oikaisulaitteen toteutukselle.
2.2.2.3 Tartuntaelementin toiminta hihnakuljettimen lomassa
Kulmavirhe oikaistaan kääntämällä tartuntaelementtiä sen keskinivelen ympäri.
Viilun reunan paikoitukselle jäävä tila määräytyy sen mukaan, kuinka paljon tar- tuntaelementtiä joudutan kääntämään. Tästä syystä on oleellista, että tartuntaele- mentin profiili ei vie liikaa tätä paikoitustilaa.
KUVIO 5. Tartuntaelementti hihnakuljettimen hihnojen välissä
Kuvioista (6) voimme nähdä, että elementtiä käännettäessä 6 astetta jää paikoituk- selle vielä 63 mm tilaa tartuntaelementin molemmille puolille. Voimme pitää tätä riittävänä, sillä 6° kääntö on aika ääripäästä. Jotta tartuntaelementin törmäys kulje- tinhihnoihin voidaan estää, tulee asia huomioida ohjelmoinnissa. Kääntökulman kasvaessa tulee ohjelman estää tiettyjä raja-arvoja käyttäen tartuntaelementin tör- mäys hihnoihin.
KUVIO 6. Tartuntaelementin kääntö
2.2.3 Erilaiset rakennevaihtoehdot oikaisulaitteelle
Luonnostelun tuloksena oikaisulaitteelle syntyi neljä erilaista rakennevaihtoehtoa.
Eroavaisuudet löytyvät pääasiassa rakenteista ja pienistä toiminnallisista eroista.
Laite kiinnitetään jo olemassa olevan kuljetinhihnaston runkoon poikittaisilla ne- liöputkipalkeilla. Palkkien koot voidaan määritellä melko vapaasti, koska näiden massat eivät vaikuta oikaisussa käytettäviin laitteisiin tai niiden liikkeisiin. Itse tartunta toteutetaan alipaineeseen perustuvilla paljeimukupeilla. Imukupit on kiin- nitetty kahdelle noin 1500 mm pituiselle alumiinikiskolle.
Neljässä seuraavassa luvussa esittelen kaikki läpikäydyt ja toteuttamiskelpoisiksi todetut rakennevaihtoehdot.
Rakenne 1
Kuljettimen suuntaisesti (suunta X) kulkeva lineaarimoottorin johde kiinnitetään toisesta päästään nivelletysti poikittaisiin neliöputkipalkkeihin. Kiinnitys määräy- tyy valittavan lineaarimoottorin ja sen johteen mukaan. Toinen pää kiinnitetään kaarevaan johteeseen
X- suunnan johdetta kääntämällä saadaan viiluarkin sivuttaissiirtymä toteutettua.
Kääntämisessä käytetään lineaarijohteen etupäähän asennettua pienehköä lineaa- rimoottoria, jonka liikerata on enintään noin 300 mm. Viilun kulmavirheen oikai-
su tapahtuu perinteisellä pyörivällä servomoottorilla, joka kiinnitetään X-suunnassa liikkuvaan lineaarimoottorin kelkkaan.
KUVIO 7. Hahmotelma rakenteesta 1
Rakenne 2
Rakenne 2 poikkeaa rakenne 1:stä siten, että sivuttaissiirtymä toteutetaan lineaa- rimoottoriin kiinnitetyllä poikittain asennetulla lineaarimoottorilla tai vaihtoehtoi- sesti kuularuuvilla. Tämä moottori on huomattavasti pienempi kuin suuntaan X kulkeva moottori.
KUVIO 8. Hahmotelma rakenteesta 2
Rakenne 3
X-suuntaan kulkeva liike on toteutettu kahdella rinnakkaisella lineaarimoottorilla.
Näitä moottoreita kontrolloimalla saadaan toteutettua sekä suoraviivainen X- suunnan liike, että moottoreiden nopeuserolla pyörivä liike.
Sivuttaissiirtymä toteutetaan lineaarimoottorikelkkojen päälle kiinnitettävällä pie- nikokoisella lineaarimoottorilla tai vaihtoehtoisesti kuularuuvilla. Myös lineaari- moduulin käyttö on mahdollista. Kelkkojen päälle kiinnitetty profiili nivelletään kelkkoihin siten, että toinen ns. nivelreikä työstetään pitkäksi. Tämä on pakollista tartuntaelementin pyörivän liikkeen aikaansaamiseksi.
KUVIO 9. Hahmotelma rakenteesta 3
Rakenne 4
Myös tässä vaihtoehdossa X-suunnan liike on toteutettu kahdella samansuuruisella lineaarimoottorilla. Näitä moottoreita kontrolloimalla toteutetaan pyörivä liike (nopeuserolla). Sivuttaissiirtymä toteutetaan kuten rakenteessa 1 eli lineaarimoot- toreita kääntämällä.
Koko laitteisto on nivelletty toisesta päästä ja vapaata päätä käännetään joko ka- ramoottorilla tai lineaarimoottorilla. Kelkkojen päälle kiinnitetty profiili nivelle- tään kelkkoihin siten, että toinen nivelreikä työstetään pitkäksi. Tämä on pakollis- ta tartuntaelementin pyörivän liikkeen aikaansaamiseksi kuten rakenteessa 3.
KUVIO 10. Hahmotelma rakenteesta 4
2.2.4 Liikeprofiilit
Moottorin liikkeille luotiin profiilit vallitsevien aikakriteereiden perusteella. Pro- fiilit on tehty Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Koko oikaisutapahtuman suorit- tamiseen on aikaa max. 1,5 s linjanopeuden ollessa 1 m/s. Oikaisu pitää suorittaa 1,5 sekunnin sisällä, ja toimilaitteen pitää ehtiä kotiasemaan odottamaan uutta oikaistavaa viiluarkkia. X-suunnan liikeprofiili oikaisutilanteessa näkyy kuviossa (11), tämän liikeprofiilin mukaan kotipaikanhakuun jää aikaa noin 0,44 s. Näin moottorille jää hetki lepoaikaa. Miinusnopeudella tarkoitetaan kuviossa ta- kaisiniskua.
Kuvion periaatteelliset kiihdytykset ovat 40 m/s², tämä arvo ei kuitenkaan käytän- nössä pidä paikkaansa vaan se tulee olemaan suurempi. Tämä johtuu siitä, että haluttua nopeutta ei saavuteta käytännössä suoraviivaisesti. Käytännössä liikepro- fiili on sinimuotoisen käyrän mukainen, jolloin tarvittava kiihdytys on kuvion nousuja jyrkempi.
X-suunnan liike
-4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Aika (s)
Nopeus (m/s)
KUVIO 11. X-suunnan liikeprofiili
Z-suunnan liikeprofiili näkyy kuviossa (12). Profiilissa näkyy 100 mm edestakai- nen liike, liikkeiden välissä on n. 0,23 s tauko. 100 millimetriä on maksimiliike Z-akselilla.
Z-suunnan liike
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Aika (s)
Nopeus (m/s)
KUVIO 12. Z-suunnan liikeprofiili
Moottorin mitoitukset tehdään kuvioissa (11 ja 12) esitettyjen liikeprofiilien mu- kaan.
2.2.4.1 Liikkeiden mallinnus
Eri rakenteiden vertailun helpottamiseksi ja liikkeiden hahmottamiseksi päätimme mallintaa liikeratoja tekemällä pienet animaatiot jokaisesta rakennevaihtoehdosta.
Ohjelmana animaatioiden teossa käytettiin Macromedian Flash 8:aa. Ohjelma ei ollut minulle entuudestaan tuttu, joten käytön opetteluun kului jonkin aikaa. Inter- netistä löytyy hyviä ohjeita animaatioiden tekemisestä kiinnostuneille aloittelijoil- le.
Koska animaatioilla oli tarkoitus kuvata liikkeitä, teimme niistä yksinkertaisia ja pelkistettyjä. Kuviossa (13) näkyy pysäytetty frame rakenne 3:n animaatiosta. Ani- maation teko kyseisellä ohjelmalla perustuu eri kerroksille piirtämiseen, jolloin efektit saadaan näkymään halutulla tavalla.
Liikkeiden mallintaminen havaittiin hyväksi keinoksi eri tilanteiden selventämi- seen ja kuvaamiseen. Mallinnus helpottaa myös oikean rakennevaihtoehdon valin- nassa, varsinkin kun vaihtoehtoja on monia.
Animaatiot helpottavat rakenne-ehdotusten esittelyä sellaisillekin henkilöille, jot- ka eivät ole aikaisemmin tutustuneet aiheeseen. Animaatioiden teko sujuu melko vaivattomasti ohjelmaan perehtymisen jälkeen.
2.3 Rakenteen valinta
Rakenteen valinta tehtiin neljän edellä mainitun rakenteen väliltä. Valintaan vai- kuttivat rakennevaihtoehdon hinta, liikkuvien akselien lukumäärä ja toteutetta- vuus. Suurena apuna valinnassa olivat animaatiot ja niiden avulla saatu todenpe- räinen käsitys laitteen toiminnasta. Valinta tehtiin yhdessä työnohjauksen, auto- maatiosuunnittelun ja mekaniikkasuunnittelun kanssa.
KUVIO 13. Liike kuvio Macromedia Flash 8 ohjelmasta
Päätimme yhteisymmärryksessä valita rakenne 3:n kuvio (9). Muihin verrattuna tämän rakenteen selkeitä etuja olivat vähäinen akseleiden määrä, kustannusarvio, rakenteen yksinkertaisuus ja toimivuus. Meidän arviomme mukaan rakenne 3:n toimivuus oli käytännössä paras.
Suurimpana valintaan vaikuttavana tekijänä oli rakenteen yksinkertaisuus. Raken- ne 3 on selvästi muita yksinkertaisempi. Kaikki oikaisuun tarvittavat liikkeet to- teutetaan kolmella akselilla. Selvänä etuna on myös se, että kaikki kolme akselia perustuvat samaan teknologiaan. Komponenttien määrä on rakenne 3:ssa saatu minimoitua, mikä lisää luotettavuutta ja huoltovapautta.
3 VALITUN RAKENTEEN KEHITTELY
3.1 Servojärjestelmän suunnittelu
Tässä sovelluksessa laitteistolta edellytetään hyvää liikkeen hallintaa, jolloin toi- milaitteiden vaatimukset ovat suuret. Sovelluksessa tarvitaan suuria kiihtyvyyksiä, hyvää paikoitustarkkuutta sekä kestävyyttä. Kun vaatimukset otetaan huomioon, on selvää, että toimilaitteina toimii servojärjestelmä.
Servojärjestelmäksi kutsutaan (suljettua) säätöjärjestelmää. Servojärjestelmän tehtävä on säätää liikkeen aikana mekaanisia suureita: asemaa, kiihtyvyyttä, vään- tömomenttia tai voimaa. Järjestelmä koostuu toimilaitteesta, anturista ja vahvisti- mesta. Oleellista servojärjestelmässä on, että sen on kyettävä reagoimaan nopeasti ohjearvon muutoksiin eli sillä on oltava lyhyt vasteaika. Tärkeää on myös, että ohjearvoa pystytään seuraamaan hyvin ilman värähtelyn syntymistä. ( Airila 2000.)
3.1.1 Lineaariservomoottorit
Lineaariservomoottori koostuu primääriosasta ja sekundääriosasta. Primääriosat ja sekundääriosat ovat valmistajilla omissa vakiomitoissa, sekundääriosia liitetään toisiinsa vaaditun liikematkan pituudelta. Lineaariservomoottorin rakennetta voi verrata perusservoon: otetaan tavallinen pyörivä servomoottori ja avataan se ta- soksi. Kuviossa (14) näkyy pyörivä servomoottori, joka avataan tasoksi näin syn- tyy lineaariservomoottori. Staattoriosa eli sekundääriosa on tasona alla ja rootto- riosa eli primääriosa liikkuu sen päällä. Mikään ei estä toteuttamasta lineaarimoot- tori-ratkaisua toisin päin, jolloin primääriosa olisi kiinteänä paikallaan ja sekun- dääriosa olisi liikkuva. Tämän ratkaisun selkeänä etuna voidaan pitää sitä, että kaapelointia ei tarvitse vetää itse liikkeen mukaan. Näin ollen ei myöskään tarvita energiansiirtoketjua ja rakenteesta saadaan yksinkertaisempi. (Ilonen 2006)
KUVIO 14. Lineaariservomoottorin rakenne (Beckhoff Automation. 2006)
Rakenteen erillisinä osina ovat moottorinkelkka, johon primääriosa kiinnitetään, sekä johdekelkat ja lineaarijohteet, joihin moottorinkelkka kiinnitetään. Mootto- rinkelkka, lineaarijohteet ja johdekelkat tulee mitoittaa ja suunnitella sovelluksen mukaan. Ne eivät tavallisesti kuulu lineaariservomoottorin toimitukseen.
KUVIO 15. Lineaariservomoottorirakenne kokonaisuus (Sew-eurodrive. 2006)
Lineaariservomoottorin suurimpia etuja ovat olematon joustavuus, pienet välykset, vähäinen kitka ja pieni luonnollinen värähtely. Tällä saadaan aikaan hyvä paikoi- tustarkkuus ja hyvät dynaamiset ominaisuudet. Koska mekaaninen rakenne on yksinkertainen ilman kuluvia osia, saadaan järjestelmästä myös luotettava. (Beck- hoff Automation.)
Lineaariservomoottoreilla päästään muita toimilaiteratkaisuja suurempiin nopeuk- siin ja kiihtyvyyksiin. Lineaariservomoottoreiden joissain sovelluksissa käytetään vesijäähdytystä, tällöin moottorin jatkuva voima voi nousta jopa 25-30 %.
KUVIO 16. Lineaariservomoottori ja kestomagneettirata
Moottorinkelkka Primääriosa Lineaarijohteet Johdekelkat
Sekundääriosa
Lineaariservomoottoreiden käyttö on yleistynyt Suomessa vasta 2000-luvulla.
Suurin este lineaariservomoottoreiden yleistymiselle on ollut niiden korkea hinta.
Varsinkin kestomagnetoidut sekundääriosat ovat melko kalliita. Lähdemateriaalia lineaarimoottoritekniikasta oli erittäin vaikea löytää. Tietoa löytyi lähinnä mootto- rinvalmistajilta.
3.1.2 Lineaariservomoottoreiden mitoitus
Lineaariservomoottorit voidaan mitoittaa liikkeenmallien mukaisesti tarvittavien kiihtyvyyksien mukaan. Maksimivoimat eli ns. piikkivoimat lasketaan tilanteessa, kun kiihtyvyys on suurin. Jatkuvavoima on suoraan se voima, joka tarvitaan kit- kavoiman voittamiseksi. Dynamiikan peruslain Newtonin toisen lain avulla saa- daan laskettua tarvittavat voimat.
) / (
) (
) (
s2
m kiihtyvyys a
kg massa m
N voima F
missä ma F
=
=
=
=
(1)
Kun tähän kaavaan lisätään vielä kitkasta aiheutuvat liikettä vastustavat voimat, saadaan kaava muotoon:
s kitkavastu F
s m kiihtyvyys a
kg massa m
N voima F
missä
F a m F
=
=
=
=
×
×
=
µ
µ
) / (
) (
) (
2
(2)
Kitkavastus toimii vastustavana voimana kiihdytyksessä ja laskee voiman tarvetta jarrutuksessa. Tässä sovelluksessa kitkavastus syntyy käytettävistä lineaarijohteis- ta ja kelkoista. Kitkavastus saadaan laskettua seuraavalla kaavalla:
tyvyys putouskiih g
roin kitka
µ
massa(kg) m
) n vastus(N itiivistee
laa f
s(N) kitkavastu F
missä
g m f
F
µ
=
=
=
=
=
×
× +
=
ker ker
µ µ
(3)
Valmistajasta ja mallista riippuen lineaarijohteiden laakeritiivisteen vastus (f) vaihtelee muutamasta Newtonista kymmeniin Newtoneihin. Lineaarijohteen kit- kakerroin (µ) on luokkaa 0.003-0.005 riippumatta valmistajasta tai mallista.
3.1.2.1 Moottorin mitoitustyökalut
Moottorit voidaan mitoittaa perinteisesti laskemalla käsin tarvittavat voimat luvun 3.1.1 kaavoja (1-3) käyttäen. Mitoitukseen löytyy myös työkaluja, jotka ovat moottorin valmistajien omia mitoitusohjelmia. Nämä ohjelmat ovat usein ilmaisia ja ladattavissa valmistajien verkkosivuilta.
Seuraavassa kohdassa on esimerkki opinnäytetyöni moottoreiden mitoituksesta.
Esimerkkiohjelmana mitoituksen selventämiseksi on käytetty Beckhoff:n lineaa- riservomoottorin mitoitusohjelmaa. Mitoitus voidaan tehdä minkä tahansa muun- kin valmistajan ohjelmalla samaa periaatetta noudattaen. Teimme mitoituksia myös Siemensin, Bosch Rexrothin ja Tecnotionin ohjelmilla. Kaikilla ohjelmilla pääsimme samoihin tuloksiin.
Tehdään mitoitus X-akselin moottorille. Liikuteltava massa on yhteensä 50 kg, mutta koska X-akselin liike toteutetaan kahdella moottorilla, on yhden moottorin kuorma 25 kg. Liikkeen nousukulma on 0° ja kitkavoima on 30 N. Moottori pyri- tään mitoittamaan ilmajäähdytyksellä. Liikeprofiili on kuvion (9) mukainen.
Mitoitus aloitetaan täyttämällä moottorisovelluksen tiedot kohtaan Application Data:
- Temp heatsink ( jäähdytysslevyn lämpötila, normaali 30 °C ) - Rtherm heatsink ( moottorin lämpövastus. Ilmajäähdytyksellä arvo on 0,05 K/W, vesijäähdytyksellä arvo on 0,02 k/W )
- Moving mass ( liikutettava massa esim. 25 kg ) - Inclinement angle ( liikkeen nousukulma )
- Friction Force ( sovelluksen kitkavoimat esim. 30 N ) - Power supply ( kytkentäjännite ).
KUVIO 17. Lineaarimoottorin mitoitus X-akselille
Kun nämä tiedot on syötetty, voidaan liikeprofiili määrittää kohdassa Profile. Lii- keprofiilin määritykselle on ohjelmassa monia erilaisia vaihtoehtoa. Me käytämme tässä tSin2 profiilia. TSin2 profiiliin syötetään piste kerrallaan halutut paikka- ja aikatiedot. TSin2 profiili ottaa huomioon sen, että liike ei ole käytännössä suora- viivaista, vaan ohjelma muuttaa kiihtyvyyskäyrän sinimuotoiseksi. Tämä näkyy
hyvin kuviossa (18), jossa on kuvattu liikeprofiilin mukainen kiihtyvyys ajan funktiona.
- Moving distance ( liikematkan pituus määritellyllä aikavälillä ) - Maximum speed ( suurin nopeus tämän liikematkan aikana ) - Time ( aika jonka puitteissa liikematka on toteuduttava ).
Tähän kohtaan luodaan niin monta eri välipistettä kuin tarvitaan koko liikeprofii- lin aikaansaamiseksi.
Välipisteiden määrittelyn jälkeen valitaan Motor parameters ( Moottorin paramet- rit ) kohdasta jokin moottori. Tässä kohdassa näkyy kaikki kyseisen moottorin tiedot. Kokeilemme ensin simulointia moottorilla AL2024-0000 painamalla ikku- nan alakulmassa olevaa Start Simulation of motor AL2024-0000 painiketta.
KUVIO 18. Simuloinnin tulokset X-akselin mitoitukselle moottorilla AL2024- 0000
Simuloinnin tulokset aukeavat uuteen ikkunaan, kuvio (18). Ikkunan vasemmasta alakulmasta näemme heti, että moottorin mitoitus on ehdottomasti liian tiukka, koska moottorin käämin lämpötila nousee > 100 °C:een. Moottorin käämin eristys vaurioituu, kun lämpötila nousee > 100 °C.
Vaihdamme moottorin yhtä kokoa isompaan, eli kokeilemme simulointia mootto- rilla AL2815-0001. Nyt lämpötila nousee enää 73 °C ja voimme pitää tätä mootto- ria sopivana meidän sovellukseemme kuvio (19).
KUVIO 19. Simuloinnin tulokset X-akselin mitoitukselle moottorilla AL2815- 0000
Simuloinnin tuloksista näemme myös seuraavat käyrät, jotka ohjelma on laskenut liikeprofiilin ja tarvittavien voimien mukaan: liikematka, nopeus, kiihtyvyys, jerk, voima, teho, jännite, virta, lämpötila sekä voiman ja nopeuden suhde. Edellä mai- nitut tiedot ovat liitteenä (1) lopussa.
Tehdään mitoitus Z-akselin moottorille samalla tavalla kuin X-akselille. Liikutel- tava massa on yhteensä 30 kg. Liikkeen nousukulma on 0° ja kitkavoima on 15 N.
Moottori pyritään mitoittamaan ilmajäähdytyksellä. Liikeprofiili on kuvion (10) mukainen.
KUVIO 20. Simuloinnin tulokset Z-akselin mitoitukselle moottorilla AL2012- 0000
Tulokseksi Z-akselin moottorille saadaan moottori AL2012-0000 kuvio (20). Liit- teessä (2) näkyvät Z-akselin moottorille nopeus, jerk, voima ja kiihtyvyys.
Mitoituksen tuloksena saimme valittua Taulukon (2) mukaiset moottorit.
TAULUKKO 2. Sovellukseen mitoitetut moottorit
Moottori Moottori jatkuva voima (Frms) Moottorin piikki voima (Fpeak)
X-akseli AL2815-0001 750 N 2250 N
Z-akseli AL2012-0000 300 N 900 N
Mitoitusohjelmia käyttämällä säästetään paljon aikaa ja vaivaa, ja mitoitusvirhei- den riski pienenee. Ohjelma ohjaa käyttäjän mitoitusprosessin läpi järjestelmälli- sesti ja pyytää tarvittavat tiedot. Kun sopiva moottori on löydetty, ohjelma analy- soi annetut tiedot ja yhdistää ne moottorin suoritusarvoihin. Lopputuloksena saa- daan kattava raportti moottorin toiminnasta, niillä liikkeillä, jotka siihen on määri- telty. Jos liikeprofiilit, massat tai kitkat muuttuvat projektin aikana voi ne muuttaa ohjelmaan ja tarkistaa, onko moottori vielä sopiva vai joudutaanko se vaihtamaan.
Me koimme moottorinmitoitusohjelmat hyödylliseksi työkaluksi moottoreiden mitoituksessa.
3.1.2 Laakerointi
Ennakkotietojen perusteella valitsimme lineaarijohteeksi THK:n HSR-R20 ja li- neaarijohdekelkaksi THK:n HSR 20 R. Kun lineaarijohteet on valittu, on hyvä tarkistaa lineaarijohteiden kestävyys jokaisessa sovelluksessa erikseen. Sovelluk- sen mukaisilla kuormituksilla lasketaan kestoikä johteiden lineaarilaakereille.
X-akselin lineaarilaakereiden kestävyyden tarkistus tehdään tässä tapauksessa ho- risontaalisen akselin mukaan, kun huomioon otetaan moottoreiden kiihdytysvoi- mat ja kuorman aiheuttamat voimat. Massakeskipiste sijaitsee kuvion (21) mukai- sesti X-akselin kelkkojen välissä.
W
W
F P1
P3
P2
P4
KUVIO 21. Massakeskipisteen sijainti oikaisulaitteessa
Alla olevalla kaavalla (4) lasketaan lineaarilaakereiden säteiskuormitus. Kaavat ( 4-6 ) ovat peräisin: (Linear rail systems 2006, 31-33.)
) / (
) ( var
2 4
4
2 2
0
2 4
3 2 1
0 2 4
1
4 3 2 1
s m tyvyys putouskiih g
m an s toisista en etäisyy
hdekelkkoj lineaarijo
l
maan(m) työntövoi
ren pituus vipu
l
) tuvuus(m/s tai hidas
kiihtyvyys a
voimat(N) heuttamat
kuorman ai W
mitus säteiskuor P
P P P missä
l mal P W
P
P W P P P
=
=
=
=
=
=
=
=
=
+
=
=
=
=
=
=
(4)
Kelkkoja kuormittava vaakakuormitus lasketaan kaavalla (5):
) / (
) ( var
rmitukset t vaakakuo
kohdistuva 2
2 3
0
2 4
1
0 3 4
1
s m tyvyys putouskiih g
m an s toisista en etäisyy
hdekelkkoj lineaarijo
l
maan(m) työntövoi
ren pituus vipu
l
) tuvuus(m/s tai hidas
kiihtyvyys a
kelkkoihin P
P missä
l P mal P
T T
T T
=
=
=
=
=
≈
=
≈
(5)
Nimellinen kestoikä lineaarilaakerille saadaan laskettua kaavalla (6). Dynaamisen kuormituksen perusarvo tulee katsoa valmistajan luettelosta valitulle lineaarikel- kalle.
Kuormitus P
rvo sen perusa kuormituk
Dymaanisen C
kestoikä Nimellinen
L missä
P L C
=
=
=
×
= 50
3
(6)
Sijoitetaan sovelluksen arvot kaavaan (4), jolloin saadaan x-akselin säteiskuormi- tus.
N 496,5 m
0,216 2
m 0,150 m/s
50 kg 25 4
N P 250
2 3
1 ≈
×
× + ×
= P =
Sijoitetaan sovelluksen arvot kaavaan (5), jolloin saadaan X-akselia kuormittava vaakakuormitus laskettua.
7N , m 361
0,216 2
m 0,125 m/s
50 kg P 25
P
2 4T
1T ≈
×
×
= ×
≈
Koska vaaka- ja säteiskuormitus kohdistuvat samaan aikaan lineaarilaakereihin, ne pitää laskea yhteen. Tämän yhteenlaskun tulos on kokonaiskuormitus, joka koh- distuu lineaarilaakeriin. Yhteenlaskusta saadaan:
N 858,2 N
496,5 N
7 , 361
P= + =
Kun kokonaiskuormitus on tiedossa voidaan lineaarilaakerin kestoikä määrittää kaavalla (6). Dynaamisen kuormituksen perusarvo valitulle lineaarikelkalle HSR 20 R:lle on 13,8 kN.
N km
N 50 207894
2 , 858 13800 L
3
≈
×
=
Z-akselin kuormitukset lineaarilaakereille lasketaan samalla tavalla kaavoilla (4- 6). Näitä kaavoja käyttämällä Z-akselin kokonaiskuormitukseksi (P) saadaan 585 N, joten lineaarilaakerin kestoiäksi (L) saadaan.
N km
N 50 656356
585 13800 L
3
≈
×
=
Koska X- ja Z-suunnan laakereille laskettu kestoiän ero on huomattavan suuri ja X-suunnan laakerin liikematka yhden työkierron aikana huomattavasti pidempi, tulee X-suunnan laakeri mitoittaa uudestaan. Valitaan valmistajan luettelosta ko- koa suurempi johdekelkka ja johde. Lasketaan kestoikä uudestaan tämän laakerin dynaamisen kuormituksen perusarvolla, joka on 21,3 kN.
N km
N 50 764439
2 , 858 21300 L
3
≈
×
=
Lineaarilaakerin kestoiän perusteella voimme sanoa, että lineaarilaakerit kestävät hyvin sovelluksen kuormitukset. Kestoikään vaikuttavat muutkin ulkoiset seikat, joita tässä tapauksessa on vaikea arvioida. Tämän arvion mukaan voimme pitää valittuja lineaarilaakereita riittävinä sovelluksessa käytettäväksi.
3.2 Ohjaus
Oikaisulaitteen liikkeidenohjaukseen löytyi opinnäytetyön aikana monia hyviä vaihtoehtoja. Koska tämä opinnäytetyö toimii myös tutkimustyönä uusiin teknolo- gioihin, oli siihen hyvä sisällyttää sitä myös ohjausteknologian kannalta. Teolli- suus PC:n valintaan vaikutti olennaisesti tarve testata tätä teknologiaa osana sovel- lusten liikkeenohjauksessa. Tämän projektin automaatio-osiossa on käsitelty tar- kemmin eri liikkeenohjausvaihtoehdot ja niiden toiminta. Liitteistä (3) löytyy tar- kempi kuvaus tämän projektin liikkeenohjauksesta.
KUVIO 22. Teollisuus PC (Beckhoff Automation. 2006)
4 YHTEENVETO
Kehittelyn tuloksena syntyi mittakuvat suunnitellun oikaisulaitteen kokoonpanosta (kuvio 23). Valmistuskuvien teko ei kuulunut opinnäytetyöni laajuuteen. Valmis- tuskuvat tehdään, jos Raute päättää valmistaa prototyypin laitteesta.
KUVIO 23. Hahmottelukuva oikaisulaitteesta
4.1 Työn tavoitteiden täyttyminen
Lopuksi arvioin työn tavoitteiden toteutumista. Työn tavoitteet on tiivistetty taulu- kossa (1) tämän dokumentin alussa. Alla on käyty jokainen kohta yksitellen läpi.
4.1.1 Riippumattomuus kuljettimesta
Suunniteltu laite toimii täysin itsenäisesti riippumatta kuljettimen toiminnasta.
Ainoana poikkeuksena on kuljettimen nopeustieto, jonka oikaisulaite tarvitsee toimiakseen oikein. On myös hyvä huomata, että oikaisulaitteen toiminta ei vaiku- ta kriittisesti kuljettimen toimintaan. Oikaisulaitteen toimiessa oikein se ei vaikuta linjaston kapasiteettiin. Oikaisulaitteen toiminnan keskeytyminen laitevian tai jonkin muun teknisen ongelman sattuessa ei myöskään estä linjaston normaalia toimintaa. Ongelma oikaisulaitteessa ei siis keskeytä tuotantoa, ainoastaan oi- kaisutapahtuma jää puuttumaan. Näin ollen voidaan todeta tavoitteen laitteen itse- näisestä toiminnasta toteutuneen.
4.1.2 Mahdollisimman suuri tarkkuus
Projektin alussa oli jo selvää, että oikaisulaitteen liikkeet ja toiminta perustuvat servojärjestelmään. Tarvittavien liikenopeuksien ja kiihtyvyyksien ollessa huomat- tavan suuret päädyimme käyttämään lineaariservomoottoritekniikkaa. Tämän tek- niikan tuomina etuina on järjestelmän vähäinen jousto, pienet välykset ja värähte- lemättömyys. Kun järjestelmässä käytetään vielä magneettista paikoitusanturia ( valmistajan ilmoittama tarkkuus < 100 µm), on kaiken tämän tuloksena vähin- täänkin riittävä paikoitustarkkuus. Oikaisulaitteen kaikki liikkeet, eli kulmanoikai- su ja reunanpaikoitus referenssipisteeseen, toteutetaan tätä samaa lineaariservo- moottoritekniikkaa käyttäen. Tämä takaa tarkkuuden säilymisen koko oikaisutilan- teessa. Tavoitteiden tarkkuusvaatimus voidaan katsoa täyttyneeksi.
4.1.5 Tartunnan toteutus viiluarkin alapintaan
Tartunnan toteuttaminen viiluarkin alapintaan osoittautui täysin mahdolliseksi.
Käyttämällä ejektoreita ja niihin liitettyjä silikonipaljeimukuppeja viiluarkista saadaan pitävä ote. Kun vielä tartuntaelementin koko saatiin optimoitua kuljetti- men hihnojen väliin sopivaksi, saatiin tartuntaelementistä toimiva kokonaisuus.
4.1.3 Koon optimointi
Lineaarimoottoreiden liikematkat ovat oikaisulaiteessa melko lyhyet. X-suunnan liikematka on vajaan metrin ja Z-suunnan liike on 100 mm. Liikkeiden ollessa lyhyitä ei laitteen kokokaan kasva kovin suureksi. Oikaisulaitteen suurimmaksi osakokoonpanoksi jää täten oikaisuelementti, jonka ulkomitat ovat 1580 x 1200 mm. Kun katsoo kuviota (23), voi laite näyttää kookkaalta. Todellisuudessa laite on aika kompaktin kokoinen eikä vaadi paljoakaan tilaa toimiakseen kuljettimen alla.
4.1.4 Huoltovapaus ja luotettavuus
Oikaisulaitteen kulumisherkimmät osat ovat selvästi silikonipaljeimukupit. Niiden kestoikää on vaikea arvioida, koska niillä ei ole tehty käytännön kulutustestejä.
Voi hyvinkin olla, että viiluarkit kuluttavat silikonipaljeimukuppeja melko nope- asti. Yksittäiset silikonipaljeimukupit ovat toisaalta aika edullisia ja helppoja vaih- taa. Jos kuitenkin käytännön testit osoittavat, että silikonipaljeimukupit kuluvat käyttöön nähden liian nopeasti, tulee harkita jonkin muun materiaalin käyttöä.
Lineaariservomoottoritekniikan käyttö tuo myös huollon kannalta etuja muihin ratkaisuihin nähden. Itse lineaariservomoottorissa ei ole liikkuvia osia, näin ollen ei myöskään kulumista tapahdu. Lineaariservomoottoria voidaan pitää huoltova- paana. Ainoat kuluvat osat ovat lineaarilaakereissa joihin lineaariservomoottorin kelkka on kiinnitetty. Oikein mitoitettuna ja huollettuna lineaarilaakerit kestävät jopa kymmeniä vuosia.
Yksinkertaisen rakenteensa ja käytettyjen tekniikoiden kautta oikaisulaitteesta on saatu melko huoltovapaa ja luotettava. Rakenteen yksinkertaisuus oli myös tär- keänä alkukriteerinä, kun suunnittelu aloitettiin.
4.2 Jatkosuunnitelmat ja oma arvio työstä
Mielestäni koko projektia ja sen tavoitteiden täyttymistä voidaan pitää melko on- nistuneena. Uskon, että jos Raute päättää rakentaa prototyypin kyseisestä oi- kaisulaitteesta, on tässä opinnäytetyössä ja Joonatan Luukan automaatio- osuudessa riittävät eväät koko laitteiston toteuttamiseen. Mekaniikka-suunnittelun kannalta projektin seuraava vaihe olisi valmistuskuvien teko.
Omalta osaltani tämän opinnäytetyön tekeminen on ollut erittäin opettavainen kokemus. Opinnäytetyö on ollut haastava alusta loppuun. Haasteita työhön on tuonut erityisesti uusien teknologioiden tutkiminen ja koulussa opittujen asioiden soveltaminen käytännön suunnittelutyössä. Opinnäytetyö on myös antanut hyvän käsityksen tuotekehityssuunnittelusta ja suunnittelutyöstä yleisesti.
Haastavimpana osana pidän eri rakennevaihtoehtojen luonnostelua. Kun vaihtoeh- toja on useita, kaatuu kokonaisuus helposti niskaan. Ainoat lääkkeet tähän ovat järjestelmällisyys ja pitkäjänteisyys. Kokonaisuutta pitää vain lähteä purkamaan järjestelmällisesti pienempiin osiin. Laajuudeltaan opinnäytetyö on ollut mielestä- ni riittävä, tunteja työhön on käytetty yli neljäsataa.
LÄHTEET
Airila, M. 1993. Mekatroniikka. 6. muuttumaton painos. Otatieto. Oy Yliopisto- kustannus, Helsinki
Beckhoff Automation. 2006. [online]. [viitattu 19.12.2006]. Saatavissa:
http://www.beckhoff.fi
Helkiö, T. Sales Manager. Oy Schmalz Ab. Palaveri 20.10.2006. Nastola.
Ilonen, T. Key Account Manager. Siemens. Palaveri 2006. Nastola.
Oy Schmalz Ab, Vacuum Components & Complete Systems Catalogue 2005/2006.
Rollco AB. 2006. Linear rail systems [online]. [viitattu 20.11.2006] . Saatavissa:
http://www.rollco.fi
Sew-eurodrive. 2006. [online]. [viitattu 10.10.2006]. Saatavissa: http//:www.sew- eurodrive.de
LIITTEET
LIITE 1: X-suunnan lineaarimoottorin simulointitiedot LIITE 2: Z-suunnan lineaarimoottorin simulointitiedot
LIITE 3: Sulautettu teollisuus PC( Joonatan Luukka 2007. Opinnäytetyö. Arkki- maisen kappaleen oikaisu servotekniikalla (automaatio). Kymenlaakson ammatti- korkeakoulu)
LIITE 1/1
LIITE 1/2
LIITE 1/3
LIITE 1/4
LIITE 1/5
LIITE 2/1
LIITE 2/2
