6. Analiza przenośników taśmowych
Przenośniki taśmowe są wykorzystywane we wszystkich gałęziach przemysłu, gdzie występuje zapotrzebowanie na przetransportowanie elementu, np. z jednej linii montażowej na drugą. Pozwala to na elastyczność produkcji i co za tym idzie zoptymalizowanie działania linii produkcyjnej. Aby zapewnić elastyczność działania, czyli zwiększenie tempa oraz poprawę wydajności produkcji, stosuje się wiele różnego rodzaju czujników, sensorów, rejestratorów oraz manipulatorów. Te elementy są instalowane na odpowiednich dla działu produkcji miejscach w celu zoptymalizowania produkcji. Przykładem takiego działania może być linia produkcyjna do wytwarzania puzzli. Puzzle nie są skomplikowaną zabawką lecz wyprodukowanie jednego pudełka układanki składa się z wielu czynności, które w dalszej części dyplomaci postarają się przybliżyć. Etap całej produkcji zaczyna się od zaprojektowania wzoru o odpowiednich wymiarach oraz określenia na ile części zostanie pocięty. Wybrany wzór jest tworzony w specjalistycznym oprogramowaniu, a następnie wydruk wzoru nanoszony jest na arkusz o wcześniej założonych wymiarach. Proces produkcyjny zaczyna się, gdy maszyna drukująca pobiera arkusz do stworzenia kolorowej faktury. Po nadrukowaniu wzoru odpowiednia ilość arkuszy trafia przenośnikiem taśmowym na dział, w którym podklejane są wzory do tektury wzmacniającej strukturę powstałego później puzzla. Klej nanoszony jest przez rolkę, która namoczona jest klejem. Zabieg ten pozwala na równomierne pokrycie klejem całej powierzchni arkusza. Po wyklejeniu, dane arkusze „ przesyłane” są przenośnikiem taśmowym na kolejną linię produkcyjną, którą jest stanowisko do cięcia odpowiednich kształtów. Kształty te zostały zaprojektowane w specjalistycznym programie i za pomocą matrycy wyposażonej w noże są cięte według wcześniej ustalonego wzoru. Po wycięciu gotowe puzzle trafiają przenośnikiem taśmowym do „ pakowarki”. Czynność ta jest poprzedzona dwoma etapami. Pierwszy z nich ocenia czy żaden element obrazka nie posiada uszkodzeń mechanicznych. Sprawdza to kamera przemysłowa wyposażona w odpowiednie algorytmy wykrywania i przetwarzania informacji. Puzzle posiadające uszkodzenia są wykrywane i cały pocięty arkusz trafia do recyklingu. Fakt, że niszczony jest cały arkusz i jeden kompletny zestaw puzzli trafia do „śmieci” może zastanawiać. Takie pytanie zostało zadane kierownikowi produkcji przez dyplomantów. W odpowiedzi na nie dowiedzieli się, że bardzo mały procent puzzli ma uszkodzenia mechaniczne. Co jest zasługą wymiany w określonym czasie ostrzy do cięcia puzzli. Drugim etapem jest sprawdzenie czy wszystkie elementy (np. 200) zostały umieszczone w folii służącej do zabezpieczenia puzzli przed wilgocią. Kamera uczestnicząca w tym procesie odpowiedzialna jest również za rejestrowanie pakietów puzzli. Informacje są kierowane do głównego komputera w celu określenia wydajności produkcji. Gotowy pakiet w postaci puzzli zapakowanych w folię trafia na przenośnik taśmowy i kierowany jest do wcześniej złożonych spodów ( składanie spodów jest tajemnicą firmy) tekturowego opakowania. Gdy pakiet zostanie umieszczony w spodzie kartonika, przyssawka z górną częścią opakowania przykrywa spód kartonika i powstaje produkt. Gotowy produkt, odpowiednio zapakowany trafia na ostatnią linię do paletyzacji, w której pudełka są ustawiane na palecie po przykładowo 100 sztuk. Ilość sztuk na palecie zależy od gabarytów gotowego produktu. W czasie jednej zmiany (12 h) możliwe jest produkowanie trzech rodzajów puzzli oraz dwóch rodzajów gier planszowych danej serii.
Dyplomanci po uzyskaniu w miarę wyczerpujących informacji ( większość informacji była niejawna) jak powstaje dany produkt, postanowili wykorzystać w pracy dyplomowej magisterskiej kamerę, która wykrywa dany kolor w skali R, G, B i za pomocą serwomechanizmu wykorzystanego z pracy inżynierskiej jest segregowany do danego pojemnika składającego się z trzech komór segregacyjnych.
Na Akademii Morskiej w Gdyni, w ramach prac dyplomowych w katedrze Automatyki Okrętowej, powstały trzy przenośniki taśmowe. Dyplomanci przeprowadzając analizę przenośników taśmowych postanowili wykorzystać informacje w nich zawarte. Każdy z modeli przenośnika taśmowego posiada różne zastosowanie i posiada odmienne podzespoły i moduły elektroniczne do zasilania i sterowania. Autorzy trzech prac dyplomowych są współautorami artykułu, który zakwalifikował się na sympozjum organizowane przez Politechnikę Gdańską. Dokładniejsze informacje nt. sympozjum są zawarte w rozdziale 10 pracy dyplomowej magisterskiej.
Zaczynając analizę trzech przenośników taśmowych, dyplomanci postanowili działać według następujących kryteriów:
budowa szkieletu modelu przenośnika taśmowego,
wykonanie rolek: napędowej i prowadzącej,
wykonanie taśmy transportowej,
jednostka napędowa,
moduły elektroniczne wykonawcze.
Szkielet modelu przenośnika taśmowego jest jednym z głównych elementów do stworzenia
„linii produkcyjnej” lub w przypadku dyplomantów do wykonania stanowiska laboratoryjnego. Każdy z trzech przenośników posiada odmienną konstrukcję szkieletową. Dwie konstrukcje są spawane przez dyplomantów. Trzecia z nich posiada szkielet z profili aluminiowych firmy Rexroth Bosch Group, która dostarcza podzespoły do budowy profesjonalnych linii produkcyjnych. Rolki napędowe i prowadzące zostały samodzielnie zaprojektowane przez wszystkich dyplomantów. Każdy z „projektantów” obawiał się tzw. uślizgu taśmy na rolce. W tym celu dyplomanci zastosowali:
Wiktor Miszke - zastosował specyfik do konserwacji podwozi samochodowych, co eliminowało uślizg taśmy na rolkach,
Piotr Trella, Michał Meyer - zastosowali wał napinający, który eliminował uślizg,
Kamil Bargieł, Krzysztof Cirocki - zaprojektowali rolki z nacięciami wzdłuż rolki co 1 mm oraz zastosowali naprężenie rolki prowadzącej, te zabiegi powodują ciągłą pracę bez żadnych niepowołanych czynników.
Taśma transportowa we wszystkich przypadkach była wykonywana na zamówienie. Długości taśmy różnią się od siebie we wszystkich pracach, ponieważ wielkość modelu i co za tym idzie długość taśmy transportowej, była ograniczona miejscem w danym laboratorium. Typ taśm, który zastosowali dyplomanci wykorzystywany jest w przemyśle oraz kasach w hipermarketach.
Jednostki napędowe stanowiły jedno z najtrudniejszych założeń projektowych, które musieli przedsięwziąć dyplomanci. Wiktor Miszke w swojej pracy zastosował silnik wycieraczek z Forda Escorta (rocznik 1992) o napięciu zasilania 12 V DC. Zmiany prędkości odbywały się za pomocą regulacji napięcia o trzech wartościach: 12 V- szybko, 5 V- średnio,
3.3 V- wolno. Napięcie było pozyskiwane z wyjścia zasilacza komputerowego ATX. Sterowanie prędkością odbywało się za pomocą układu sterowania zbudowanego na przekaźnikach. Piotr Trella oraz Michał Meyer zastosowali do napędu przenośnika taśmowego silnik
3- fazowy (3x230 V) o mocy 0.37 kW. Dodatkowo zastosowali motoreduktor kątowy firmy Lenze połączony z wałem napędowym. Obroty znamionowe silnika wynosiły 1440 obr./min., a obroty znamionowe przekładni 186 obr./min. Bargieł Kamil i Krzysztof Cirocki zastosowali jako jednostkę napędową silnik unipolarny krokowy, który charakteryzuje się następującymi parametrami: liczba kroków- 200, napięcie- 2.8 V DC, prąd fazowy- 1.56 A, waga- 0.54 kg. Do sterowania silnikiem krokowym wykorzystano sterownik SSK-01. Zasilanie pochodziło z modułu zasilającego MZ-01 z transformatorem 230/25.5 V.
Ostatnim etapem analizy przeprowadzonej przez dyplomantów był opis elementów elektronicznych wykonawczych. Wiktor Miszke wykorzystał do określenia położenia elementu na taśmie transportowej dwa czujniki optyczne. Składają się one z dwóch diod świecących i dwóch fototranzystorów BPX43-4 umieszczonych po przeciwnych stronach. Zastosowano dwie pary czujników aby można było określić prędkość z jaką porusza się element na taśmie transportowej. Po wykryciu elementu, robot Kawasaki pobierał klocek i przenosił go na odpowiednie miejsce na palecie. Z kolei dyplomanci Piotr Trella i Michał Meyer zastosowali trzy czujniki na taśmie transportowej. Umieścili pierwszy czujnik optyczny na początku przenośnika taśmowego. Po wykryciu elementu przenośnik przyśpieszał docierając do czujnika indukcyjnego. Czujnik ten służył jako punkt kontrolny przed dotarciem do trzeciego czujnika, po wykryciu którego taśma zatrzymywała się i robot (do samodzielnego montażu) chwytał element i przenosił go w kierunku zależnym od typu segregowania. Sterowanie odbywało się za pomocą sterownika PLC firmy SIEMENS. Natomiast dyplomanci Kamil Bargieł i Krzysztof Cirocki zaprojektowali i wykonali bramkę świetlną z układem segregującym w zależności od wysokości elementu (praca inżynierska) oraz wykrycie koloru elementu w skali RGB za pomocą kamery internetowej (praca magisterska). Bramka świetlna była wykonana z trzech wskaźników laserowych oraz trzech fototranzystorów BPW-17. Elementy zostały zamontowane po przeciwległych stronach, na trzech różnych wysokościach (niski, średni, wysoki). Po wykryciu elementu informacja z czujnika trafia do mikrokontrolera ATMEL i zgodnie z zaprogramowanym ruchem względem wysokości, element kierowany był do jednej z trzech komór segregujących. Zastosowana w pracy magisterskiej kamera wykrywała kolor w skali R, G, B. Gdy element znajdował się w polu widzenia kamery, zostawał odczytywany i przetworzony kolor elementu. Następnie serwomechanizm w zależności od koloru, kierował element do jednej z trzech komór segregujących. Dodatkowo dyplomanci stworzyli interfejs użytkownika w celu zobrazowania działania układu wykrywania i przetwarzania obrazu. Uruchamianie pracy przenośnika w trybie pracy magisterskiej odbywało się za pomocą przycisku START w interfejsie. Komunikacja komputera z zestawem edukacyjnym ALTERA DE- 2 odbywała się przez port LPT w komputerze oraz złącze JP2 w zestawie edukacyjnym.
Powyższa analiza pozwala stwierdzić, iż pomysłowość i abstrakcyjne myślenie wyróżnia dyplomantów uczelni technicznych w realizowaniu założeń projektowych, które zaowocują w przyszłej pracy zawodowej lub naukowej.