Ytterkrage, pallkragsmontering
Outer collar, pallet collar assembly
Kim Szczepanski
Teknik- och naturvetenskap
2
Sammanfattning
Ett arbete inom produktutveckling har utförts på uppdrag av Goodtech Solution AB i Karlstad. Den produkt som utvecklats är en prototyp av en robotcell. Robotcellens uppgift beskrivs som automatisk pallkragsmontering på en lina. Den här rapporten omfattar förbättringsarbetet för Ytterkragen och dess drift för vertikal rörelse och höjdpositionering. Syftet är att rapporten för detta arbete ska ligga som grund för prototypens förbättringsarbeten innan den släpps ut på marknaden.
Monteringen sker på en lina med rullband där emballaget monteras ihop i robotcellen innan det skickas vidare för nästa moment. Ytterkragens uppgift är att fixera pall/översta pallkragen/lock på emballaget för att underlätta nästa monteringsmoment. Fixeringen sker genom att cylindrar pressas mot emballaget för att uppnå önskad position. Problemen för Ytterkragen är att lockmonteringen är opålitlig då monteringen sker utan befintlig instyrning. Driften för vertikal rörelse och höjdpositionering anses vara olämplig och bör utvecklas. När monteringen sker är det viktigt att delarna som monteras ligger i linje med varandra för att inte skapa oönskad kollision. Idag finns inga möjligheter för nödvändiga justeringar mellan Krabba och Ytterkrage.
Konstruktionen ska ses över för att förenkla tillverkningen. Kort efter projektets uppstart tillkom ett önskemål från arbetsgivaren att Ytterkragen ska kunna hantera fler pallkragsstorlekar än bara en. En teoretisk undersökning som gjordes sent i projektet visar att dagens fixering är opålitlig på grund av friktionskrafter mellan tryckplåt och emballage.
Ställda mål från arbetsgivaren har varit att förbättra instyrningen av lock, utveckla driften och höjdpositionering till en mer lämplig lösning, skapa en injustering mellan Krabba och Ytterkrage, förenkla tillverkningen och få Ytterkragen att kunna hantera fler pallkragsstorlekar. Två koncept har utarbetats för instyrningen av lock. Första konceptet är att locket ska styras in i önskad position vid leveransen för att kunna monteras korrekt. Andra konceptet är att skjuva/fixera locket i önskad position med hjälp av horisontalkrafter när locket väl ligger på översta pallkragen. Utvecklad drift och höjdpositionering är enkel och säker. Injustering är skapad så att Ytterkrage kan anpassas mot Krabban vid installationen av roboten. Tillverkningen har förenklats i mån av tid då detta har haft lägst prioritet. Hanteringen av fler pallkragar sköts genom att ha en längre slaglängd på cylindrarna som fixerar pall/pallkrage/lock. Ett sent upptäckt friktionsproblem har lösts genom att låta låscylindrarna arbeta med en pulserande teknik som slutligen komplett fixerar emballaget.
Konstruktionen presenteras i CAD och är skapad med rör, profiler och plattstång av konstruktionsstål. Hållfasthetsberäkningar för materialdimensioner och fästelement har inte ingått i arbetet och har därför bestämts enligt egen bedömning och rekommendationer från handledare då det fortfarande är en prototyp. Pneumatikcylindrar, servomotor och linjärmodul har använts i konstruktionsarbetet.
Ställda mål från arbetsgivaren är avklarade. Syftet är uppnått då Goodtech Solutions AB kan använda denna rapport som underlag för prototypens förbättringsarbeten inför en framtida marknadslansering. Utvecklingsarbeten finns kvar att göra på prototypen så som
hållfasthetsberäkning av infästningar, uppdatering av motvikt och dess hävarm, hitta en alternativ drift för Krabbans vertikala förflyttning, uppdatera de två stötdämparna för Krabbans
3
Abstract
A work of product development has been executed on behalf of Goodtech Solution AB in Karlstad. The product that has been developed is a prototype of a robot cell. The robot cell’s task is described as automatic pallet collar assembly. This report contains the work of the Outer collar and its drive for vertical movement and height positioning. The purpose is that the report of this work is meant to act as a basis for the prototype’s improvement work before it is being put on the market.
The assemblage is done on a line with a conveyor belt where the packaging is assembled in the robot cell before it’s passed on to the next phase. The Outer collar’s task is to fix the pallet / top collar/lid on the package to facilitate the next assembly step. The fixation is accomplished by cylinders pressing against the packaging in order to achieve the desired position. The problems of the Outer collar are that the lid assembly is unreliable since the assembly is done without existing guiding. The drive for the vertical motion and height positioning is considered inappropriate and should be developed. When the assembly is made, it is important that the parts to be fitted are in line with each other so that undesired collision does not arise. Today there are no opportunities for necessary adjustments between the Crab and the Outer collar. The design should be reviewed to simplify manufacture. Shortly after the project’s start-up came a desire from the employer that the Outer collar is to be able to handle more pallet collar sizes than just one. A theoretical study executed late in the project shows that todays fixing is unreliable due to frictional forces between the pressure plate and packaging.
Set objectives from the employer have been to improve the lid’s guiding, developing the drive and height positioning to a more suitable solution, creating the possibility for an alignment between the Crab and the Outer collar, simplify manufacture and get the Outer collar to be able to handle several pallet collar sizes. Two concepts have been developed for guiding/fixing the lid. The first concept is that the lid should be directed into the desired position at time of delivery to be mounted correctly. The other concept is to push/fix the lid in the desired position by means of horizontal forces when the lid lies on the top collar. Developed drive and height positioning is simple and safe. Opportunities for necessary adjustments between the Crab and the Outer collar have been created
The design is presented in CAD and is created with pipes, profiles and flat bars of structural steel. Strength calculations for material dimensions and fasteners have not been part of the work and have therefore been determined in own sole discretion and recommendations from the
supervisor since it is still a prototype. Pneumatic cylinders, servo motor and linear module has been used in the design work.
so that the Outer collar can be adapted to the Crab. The manufacture has been simplified in the extent of time since this has had the lowest priority. Managing more pallet collars is handled by having a longer length of stroke for the cylinders that fix the pallet/pallet collar/lid. A late discovered friction problem has been solved by allowing the cylinders that fixes the packaging to work with a systaltic technology that finally completes the fixing of packaging.
4
Innehållsförteckning
Sammanfattning Abstract Ordlista/Benämningar ... 5 1. Inledning ... 6 1.1 Bakgrund ... 6 1.2 Problemformulering ... 10 1.3 Syfte ... 10 1.4 Mål och avgränsning ... 102. Teori och Metod ... 12
2.1 Kravspecifikation och framtagning av koncept ... 12
2.2 SolidWorks ... 12
2.3 Pneumatik/tryckluftsteknik ... 12
2.4. Linjärmodul... 13
2.5 Servomotor med broms ... 15
2.6 Material och fästelement ... 16
2.7 Krabba ... 16
2.8 Friktion ... 16
3. Resultat ... 20
3.1 Koncept ... 20
3.2 Konstruktion ... 23
3.3 Prototyp – Ytterligare konstruktionsändringar ... 33
4. Diskussion ... 39
5. Slutsatser ... 42
Tackord ... 43
Referenslista ... 44 Bilaga 1: Examensjobb ytterkrage pallkragsmontering
Bilaga 2: Kravspecifikation
Bilaga 3: Sammanställningsritning - automatisk pallkragsmontering
5
Ordlista/Benämningar
Nedan finns ord/benämningar listade som bör läsas igenom för att enklare kunna förstå rapportens innehåll.
Låscylinder – Har uppgiften att positionera och låsa fast pall/pallkrage vid monteringen. En låscylinder kan observeras i Figur 19 och Figur 20.
Tryckplåt – Plåt fast inspänd i låscylinderns belastningsände. Har i uppgift att assistera låscylinder vid fixering genom att fördela arbetstrycket över en större yta på
pall/pallkrage/lock. Se Figur 19-20 för tryckplåt.
Linjärenhet – Ett system bestående av flera komponenter som tillsammans kan utföra en linjär rörelse.
”Nolla”/nollpunkt – En bestämd position (i 2d eller 3d) som utgör ett origo för kalibrering. Kalibreringens syfte i denna situation är att skapa ett gemensamt origo/en gemensam ”nolla” mellan Ytterkrage och Krabba.
Justeringsplatta/ Justeringsplåt – En plåt som sammankopplar låscylindrarna vid de fixerade sidorna. Målet är att fästa låscylindrarna i led längs plåten för att vid installationen kunna justera endast en plåt istället för två separata enheter.
Fixerad sida/ sidor – Sidan/sidorna har en bestämd position. I denna situation är positionen bestämd med fullt utnyttjad slaglängd hos låscylindrarna. Sidan C och D i Figur 17 visar de fixerade sidorna.
6
1. Inledning
1.1 Bakgrund
Goodtech Solutions AB är verksamma inom industriell teknik. De erbjuder ingenjörstjänster inom produktutveckling, projektledning, produktionsteknik,
maskinkonstruktion samt el och automation. Företaget arbetar även med utveckling och leverans av hela system som robotceller, produktionslinjer, testriggar, höglager,
materialhantering och specialmaskiner till producerande industri. I nuläget har Goodtech Solutions AB i Karlstad utvecklat en prototyp av en robotcell för montering och
demontering av pallar med pallkragar. Innan robotcellen är redo för att komma ut på marknaden ska den utvecklas. Förbättringsarbetet delas upp i två delprojekt, Ytterkrage och Krabba. Namnen har projekten fått från de två delar på prototypen som
förbättringsarbetena utgör.
I fakulteten teknik- och naturvetenskap på Karlstads universitet har Kim Szczepanski och Edvin Persson fått i uppgift att utveckla denna robotcell. Studenterna är ansvariga för var sitt delprojekt där Kim Szczepanski står för Ytterkragen. Arbetet har utförts till största del på Goodtech Solutions i Karlstad men även på Karlstads Universitet. Kursen omfattar 22,5 högskolepoäng vilka motsvarar 15 veckors studietid. Ett studiebesök planerades äga rum tidigt i projektet för att studera den befintliga prototypen på plats. Handledare för detta arbete är Leo de Vin vid Karlstads Universitet. Arbetets examinator är Nils Hallbäck, universitetslektor och docent vid Karlstads Universitet. Uppdragsgivarens projektbeskrivning kan hittas som Bilaga 1: Examensjobb ytterkrage pallkragsmontering. Ett typiskt emballage med pall, pallkrage och lock kan observeras i Figur 1-3.
Pallkragsmonteringen sker i en robotcell och består av en robot som hanterar pall/pallkrage/lock och en assisterande robot som står för levereransen av
pall/pallkrage/lock. Monteringen sker på en lina där emballaget monteras ihop ett efter ett innan det skickas vidare för nästa moment. Packning av produkter kan ske parallellt med emballagemonteringen genom att produkterna packas i omgångar mellan varje montering av pallkrage. Krabban fixerar pallkragen, bockar ut hörnblecken och monterar pallkrage på underliggande pall/pallkragen hos Ytterkragen. Ytterkragen assisterar
Krabban genom att fixera pall eller översta pallkrage inför montering av nästa pallkrage. Den assisterar även roboten som levererar och monterar locket genom att fixera överst pallkragen inför monteringen.
7
Figur 3. En pall färdigmonterad med fyra stycken pallkragar och ett lock.
Krabban och Ytterkragen arbetar enligt nedanstående beskrivning. Uppmärksamma att i Figurerna 4-10 blandas bilderna av den äldre och den utvecklade konstruktionen. Detta är inte väsentligt för att förstå beskrivningen av hur Krabban och Ytterkragen arbetar ut utan bör endast uppmärksammas för att slippa förvirring eller missförstånd.
Pallkragsmontering: Krabba
1. Den assisterande roboten hämtar pallkragen med ett gripdon, vecklar ut den och levererar den till Krabban i position som visas i Figur 4. Efter leverans av pallkrage fixerar Krabban pallkragen efter önskad rektangulär form med hjälp av kraft från cylindrar.
2. Efter fixering bockas hörnblecken på pallkragen ut för att kunna fylla sin funktion, Krabban står kvar i läge enligt Figur 4 under utbockning av bleck. Hörnblecken kan ibland råka ut för stötar vid hanteringen av pallkragen vilket snedställer/böjer blecken.
3. Krabban roteras så att pallkragen står upprätt enligt Figur 5. Pallkragen hålls på plats med hjälp av friktionskraften som uppstår mellan pallkrage och cylindrarna som fixerar den.
8
5. Krabban släpper pallkragen, förflyttar sig upp & roterar tillbaka till startläge, se Figur 4, och är redo för nästa pallkrage. Momentet upprepas tills sista pallkragen är monterad.
Figur 4. Krabbans startposition. Figur 5. Krabbans rotationsmoment efter
utbockning av bleck. Nästa moment är att förflytta pallkragen nedåt för montering.
Figur 6. Montering av pallkrage.
Ytterkrage
1. Ytterkragen står i startläge, se Figur 7. Pallen levereras direkt från den assisterande roboten till Ytterkragen för fixering, se Figur 4. Pallen fixeras så att nästkommande pallkrage kan monteras. Fixeringen av pall/pallkrage sker med hjälp av krafter i horisontalplanet från cylindrar som sitter runt om Ytterkragen.
9
3. Efter montering släpper Ytterkragen pallen, förflyttar sig upp i lämplig höjd för att fixera den överst liggande pallkragen, se Figur 8. Översta pallkragen fixeras så att nästkommande pallkrage kan monteras. Momentet upprepas tills sista pallkragen är monterad.
4. Efter att sista pallkragen är monterad ska emballagets lock sättas på plats. Locket levereras och monteras direkt av den assisterande roboten, slutresultatet kan ses i Figur 9.
5. Emballaget är färdigmonterat i denna automationsprocess. Det ska transporteras vidare och göra plats för nästa montering. Ytterkragen förflyttar sig då uppåt så att dess nedersta punkt står ovanför emballagets högsta punkt, se Figur 10.
Emballaget transporteras vidare på rullbandet och Ytterkragen kan därefter förflyttas nedåt till startläge för att invänta nästa monteringsmoment.
Figur 7. Startläge för Ytterkrage. Figur 8. Ytterkragen står i lämpligt höjdläge för fixering av pallkrage. Notera att i figuren är maxantalet pallar dock redan monterade (5st). Nästa moment – lock.
Figur 9. Lock levererat och monterat av den assisterade roboten.
10 1.2 Problemformulering
Ytterkragen är den del på robotcellen som styr upp/fixerar pall och pallkrage för att underlätta Krabbans montering av pallkrage. I den nuvarande konstruktionen finns ingen instyrning när locket slutligen monteras på sista pallkragen. Detta göra att locket kan hamna i fel position vid monteringen och måste därmed monteras av manuellt för att sedan monteras på igen och spännas fast. Ett annat problem idag är att pallkragarna monteras på varandra utan injustering i horisontalled. Pallkragarna ligger alltså inte alltid i linje med varandra i vertikalriktning vid monteringen. Detta är säkerhetsbristande i pallkragsmonteringen och därmed skapas problem i automationsprocessen. Det tredje problemet är driften för Ytterkragen. Ytterkragen skiftar höjdläge för varje nykommande pallkrage för att alltid kunna fixera översta pallkrage. Dagens koncept för Ytterkragens drift och höjdpositionering är inte uppskattat och här vet arbetsgivaren att det finns bättre altenativ. Slutligen ska konstruktionen granskas för att se om tillverkningen av prototypen kan förenklas.
En kort tid efter projektets uppstart tillkom ett önskemål om att Ytterkragen och
Krabban ska kunna hantera fler storlekar av pallkragar. Med tanke på tidigare mål är detta ett önskemål som kan ligga utanför tidsresurserna men ambitionen har funnits att uppfylla detta önskemål.
Problemformulering enligt följande:
1. Lockmontering opålitlig/ ingen befintlig instyrning för lock. 2. Ytterkragens drift är olämplig.
3. Finns ingen injustering för nästkommande pallkrage. 4. Konstruktionen ska förenklas ur tillverkningssynpunkt.
5. Finns ingen flexibilitet för Ytterkragen att hantera pallkragar av olika storlekar.
1.3 Syfte
Arbetets syfte är att skriva en rapport som kan ligga till grund för de förbättringsarbeten som ska göras på robotcellen innan den ska ut på marknaden som enskild produkt.
1.4 Mål och avgränsning
Projektet bedömdes från början ha en stor omfattning och därför har avgränsningar gjorts. Hopp finns om att samtliga mål ska hinna uppfyllas men för att försäkra sig om att de mest relevanta målen avklaras prioriteras de. Genom att prioritera de befintliga målen från start ges arbetet möjligheten att öka i omfattning inom tidsresurserna. Målen uppfylls alltså i mån av tillgänglig tid.
11
projektbeskrivning Bilaga 1: Examensjobb Ytterkrage pallkragsmontering. Nästa prioritet har varit att arbeta vidare med utvecklingen av höjdpositionering för Ytterkrage och se över konstruktionen för att förenkla tillverkningen, se punkt 2 och 4 i uppdragsgivarens projektbeskrivning Bilaga 1: Examensjobb Ytterkrage pallkragsmontering. Önskemålet om en Ytterkrage som kan hantera fler pallkragsstorlekar än en har också varit ett mål som uppfyllts utefter ambition och tidsresurs.
På grund av önskad sekretess från Goodtech Solutions AB utelämnas specifik
12
2. Teori och Metod
2.1 Kravspecifikation och framtagning av koncept
Ett utvärderingsunderlag har utarbetats inför konceptvalet i form av en kravspecifikation. Denna kravspecifikation har använts för att utvärdera och sålla bort koncept som inte uppfyllt ställda krav och önskemål men har även varit till stor hjälp under konstruktionen genom att verka som både riktlinje och utvärderingsunderlag.Syftet med
kravspecifikationen är att säkerställa att det slutliga konceptet innefattar de krav och önskemål som ställs på Ytterkragen. Kravspecifikationen kan hittas som Bilaga 2: Kravspecifikation.
Koncept har utarbetats genom att studera konstruktion och funktion i form av CAD-modeller. Frågor och funderingar kring den nuvarande prototypens konstruktion och funktioner har besvarats av handledare. Som nyss nämnts har kravspecifikationen varit till hjälp för att arbeta fram koncept som uppfyller ställda krav och önskemål. Koncepten har utarbetats genom eget tänkande, skisser och diskussion med handledare.
2.2 SolidWorks
Under förstudien och under projektets gång har noggranna studier genomförts av den befintliga prototypen för att erhålla information om konstruktion och funktion. Studierna har skett med hjälp av befintliga CAD-modeller som underlag. Även konstruktionsarbetet utgörs och presenteras i form av CAD-modeller. CAD-verktyget som använts för
studierna och konstruktionsarbetena är SolidWorks® Premium 2011, SP5.0. CAD-modeller för bestämda komponenter har hämtats från underleverantörers websida.
2.3 Pneumatik/tryckluftsteknik
Pneumatikcylindrarna (låscylindrarna) för fixering av pallkrage har bestämts enligt företagets rekommendationer. Slaglängd för pneumatikcylindrarna har bestämts enligt egen bedömning och godkänts av handledare. Slaglängden är i lämplig för att kunna fixera två bestämda storlekar av emballage och för att kunna förflytta tryckplåten ut från
emballaget när det inte fixeras. När Ytterkragen förflyttas i höjdläge krävs ett lämpligt avstånd mellan tryckplåt och emballage för att inte skapa oönskad kollision.
Med tryckluftsteknik används gaser, oftast luft, för att överföra, lagra och styra energi. Gasen trycksätts med en kompressor och lagras därefter i ackumulatorer. Via ledningar kan den trycksatta gasen färdas till bestämda komponenter. Vanligen använda
13
Fördelar med pneumatik jämfört med motsvarande teknik är framförallt låg kostnad, minskad brandrisk/explosionsrisk och inga oljeläckage vilket underlättar underhåll och ökar säkerheten. Däremot är hastighet och precision mycket svårare att kontrollera eftersom luft/gas är mer komprimerbart än ex. vätska.
Linjärmotor/pneumatisk cylinder: En pneumatisk cylinder består av ett cylinderrör, en kolv med kolvstång och två ”lock”, ett lock i vardera änden på cylindern. När den trycksatta gasen träder in i cylinderkammaren sker en linjärrörelse genom att kolv med kolvstång förflyttar sig längs cylinderns riktning med en bestämd max. och min. slaglängd. Under linjärrörelsen sker en energiomvandling. Den trycksatta gasens energi omvandlas till energi i form av mekaniskt arbete. Rörelsen kan ske bakåt eller framåt efter önskat behov genom styrventilerna. Slaglängden kan inte bestämmas utan utnyttjas fullt ut om inte kolven belastas och ”bromsas” till ett visst läge. Figur 11 visar en skiss över hur en pneumatikcylinder arbetar.
Figur 11. Enkel skiss på en arbetande pneumatikcylinder. I figuren arbetar cylindern mot full slaglängd. För rörelse åt andra hållet vänds luften/gasen till motsatt riktning.
För mer information om pneumatik/tryckluftsteknik se referens [2] och [3]. [2] är en referens till grundläggande hydraulik men tekniken bakom pneumatik och hydraulik är i princip densamma. Pneumatik använder sig av luft/gas till skillnad från hydraulik som använder sig av vätska.
2.4. Linjärmodul
14
Linjärmodulen ska klara av att bära Ytterkragens och transportvagnens totala vikt och det moment som uppstår vid infästningen. Observera Ytterkrage, linjärmodulens
transportplatta samt distansplåtar i Figur 18 då det är de delar i konstruktionen som bestämmer nödvändig vikt och momentet för linjärmodulen. Siffror på vikt och hävarm har erhållits i SolidWorks efter att lämplig vikt tilldelats på material, fästelement och samtliga komponenter. Komponentvikt har erhållits från datablad och delar skapade i CAD har tilldelats uppskattad eller rekommenderad vikt. Hävarm har erhållits i SolidWorks genom mätning från transportplattans infästning till Ytterkragens, transportvagnens och distansplåtarnas sammanlagda tyngdpunkt. Linjärmodulens modellstorlek har dimensionerats genom kraft- och momentberäkning. Kraftberäkning enligt (1) och momentberäkning enligt (2).
Fk = m ∙ g (1)
Mk = m ∙ g ∙ L (2)
Fk
Mk [N] = kraft
L [m] = hävarmens längd (erhållen genom mätning i SolidWorks) [Nm] = moment m [kg] = massa (erhållen genom mätning i SolidWorks)
g [m/s2] = tyngdaccelerationen
En kraft- och momentmodell kan observeras i Figur 12.
Figur 12. Kraft- och momentmodell.
15
𝑣 = 𝑠𝑡 (3)
v [m/s] = hastighet s [m] = sträcka t [s] = tid
Jon Karrhammar, försäljningschef inom styr- och drivteknik från Bosch Rexroth, har assisterat vid dimensioneringen av linjärmodulens kulskruv och vagnmått. Detta har kunnat göras genom att erhålla information från den projektansvarige om nödvändig vikt, moment och maxhastighet. Rekommendationer angående linjärmodulen och dess
infästning har erhållits från Jon Karrhammar. Infästningen har även konstruerats med anpassning för resten av robotens konstruktion.
En linjärmodul består av ett flertal mekaniska och elektriska komponenter som tillsammans kan utföra en linjär rörelse. Det finns flera typer av linjärmoduler som är anpassande efter olika behov så som hastighet, vikt, moment och positionering. De kan drivas av kulskruvar, remmar, pneumatiska system, kuggstångar eller linjärmotorer. Det som ska hanteras (ex. förflyttas) fästs i en eller flera vagnar i linjärmodulen som sedan kan förflyttas (linjärrörelsen) med hjälp av exempelvis en kulskruv. Flera vagnar kan användas för att ta upp mer vikt, mer moment och för bättre hållning. [4]
Vagnarna i linjärmodulen kan förflyttas längs skenor med kullager mellan vagn och skena. Skulle endast en vagn användas på en vertikalt orienterad linjärmodul som är belastad med ett vertikalt moment skulle momentet tas upp av de yttersta kulorna mellan vagn och skena. Endast en kula utsätts då för dragkraft och en kula utsätts för tryckkraft. Genom att två vagnar används i en vertikalt orienterad linjärmodul med ett vertikalt moment utnyttjas alla kulor i vagnen för att ta upp moment. Den nedre vagnen får tryckkraften och den övre vagnen får dragkraften. På detta sätt utnyttjas alla kulor i vagnen. [6]
2.5 Servomotor med broms
Jon Karrhammar har stått för dimensionering av servomotorn med integrerad broms och dess koppling till linjärmodulen.
Servomotorn klarar erforderlig last och moment för att driva linjärmodulen. Den har en hög initialkostnad men också exakt lägesåterkoppling, snabb positionering, hög
verkningsgrad och god driftsäkerhet. [6]
Bromsen som finns integrerad i motorn existerar i säkerhetssyfte och är aktiverad så länge motorn inte har någon strömtillförsel. Får servomotorn strömtillförsel avaktiveras
16
Både linjärmodulen och servomotorn är konstruerade att vara vertikalt orienterade. Skulle strömmen gå när Ytterkragen befinner sig i ett högt höjdläge och någon broms då inte finns skulle Ytterkragen ”falla” (ledas nedåt utefter linjärmodulen med ett försumbart bromsmoment) och slutligen krascha i linjärmodulens nedre ände eller i transportbandet som emballaget står på.
För mer information om servomotorer se Bosch Rexroth webbsida, [5].
2.6 Material och fästelement
Material som använts är rör, profiler och plattstång av konstruktionsstål. Anta att svets har använts som fästelement om inget annat framgår i figurer eller nämns i texten. Viktbesparing och hållfasthetsberäkningar gällande materialdimensioner och fästelement har inte ingått i arbetet utan har valts efter egna bedömningar och rekommendationer från handledare då det fortfarande är en prototyp. Detta är eventuellt framtida
förbättringsarbeten innan den marknadslanseras.
Dimensioner på såsom cylinderfötter och plattor har eventuellt konstruerats med större dimensioner än rimligt just för infästningssyften. Materialet ska eventuellt gängas och kunna användas för infästning av andra komponenter.
2.7 Krabba
Vissa arbeten och påståenden som står skrivna i rapporten är gjorda grundat på den utvecklade Krabbans vikt. Eftersom specifik data för vikt ännu inte finns för den
utvecklade Krabban har en uppskattning gjorts av den projektansvarige och även Edvin Persson som är projektansvarig för Krabbans utvecklingsprojekt. Arbetet för Krabban har utförts parallellt med det för Ytterkragen vilket har gett mig en god insyn även i Krabbans utvecklingsprojekt. Uppskattningen om avsevärt ökad vikt hos Krabban är tillräcklig information som arbetena och påståendena grundar sig på.
Jon Karrhammar har stått för kontrollen av Krabbans drift. Med en avsevärt ökande vikt på Krabban och en ändrad hävarm har en kontroll varit nödvändig för att undersöka om de föregående komponenterna på tidigare prototyp fortfarande klarar av att utföra arbetet.
2.8 Friktion
Friktionskrafter kan motverka fixeringen av emballage och därmed motverka
Ytterkragens mål och syfte. De uppstår mellan tryckplåtarna och pall/pallkrage/lock under fixering av den sista sidan när den första sidan redan är fixerad. Figur 13 visar ett fall där långsidan är fixerad först och kortsidan är under fixering. Enda fallet då
17
Det handlar alltså om exakt fixering i båda riktningar vid samma tidpunkt. För att undkomma friktionskrafter under fixeringen ska emballaget alltså inte fixeras i ena
riktningen före den andra. Detta händer troligtvis sällan, i vilket fall måste man ta hänsyn till att fixering i en riktning kan ske före den andra. Det antas alltså att vid fixering uppstår oftast friktionskrafter mellan tryckplåt och pall/pallkrage/lock på grund av att ena sidan fixeras före den andra. Friktionskrafterna måste övervinnas av krafterna från cylindrarna som verkar i samma riktning som friktionskrafterna för att emballaget ska kunna fixeras i båda riktningar. Ett exempel presenteras på hur friktionskrafterna inverkar under
fixeringen.
Exempel på friktionskrafters inverkan:
I Figur 13 utsätts en pallkrage för ett antal krafter under fixeringen. Fixeringen sker med krafter från låscylindrar med samma storlek av kraft. Sammanlagt verkar fyra tryckplåtar på långsidorna och två på kortsidan som ännu inte är fixerad. Långsidan är fixerad och kortsidan är alltså under fixering. Krafterna som verkar på kortsidan i detta fall motverkas av friktionskrafterna som uppstår mellan tryckplåt och emballage på långsidan. Storleken på friktionskrafterna beror på de två materialens friktionskoefficient och normalkraften som uppstår av låscylindrarnas kraft vilket kan observeras i ekvation (4).
Vid jämvikt är summan av alla krafter lika med noll. Kraftsummering i riktning ↓ enligt ekvation (5), jämvikt gäller, visar att normalkraften N är lika stor som kraften F.
18 F = cylindrars inverkande kraft under fixering. N = normalkraften
Ff
µ = friktionskoefficient = friktionskraft
Figur 13. Långsidan är fixerad med krafter från två låscylindrar och normalkrafter (krafter från
låscylindrar) på motsatt sida. Kortsidan är under fixering. Friktionskrafterna uppstår mellan tryckplåtarna och emballaget.
Den statiska friktionskoefficienten för trä mot metall är ca 0,5 när materialen är torra. [1] Det antas att emballaget och tryckplåten är torr vid montering. Det vore mindre logiskt att montera ihop ett fuktigt eller blött emballage då onödigt mycket vikt tillkommer vid transport och förvaring, risken för fuktskador hos produkter uppstår och eventuellt kan mögel uppkomma under lång förvaring. Den statiska friktionskoefficienten som antas kommer att verka är ca 0,5. Beaktas ekvation (6) måste den vara mindre än 0,5 för att pall/pallkrage/lock ska kunna fixeras i båda riktningar.
Värdet 0,5 från ekvation (6) kan anses som ett gränsvärde mellan tillåten och icke tillåten friktionskoefficient. Friktionskoefficienten som antas verka är som tidigare nämnt ca 0,5. Värdet är inte bestämt eftersom det bestäms av de verkande ytornas skick som varierar från emballagedel till emballagedel. Den verkande friktionskoefficienten kan alltså inte bestämmas helt utan kommer att variera lite kring 0,5. Eftersom de två värdena
överlappar betyder det att den verkande friktionkoefficienten kommer att skifta från att i vissa fall ligga under gränsvärdet och i andra fall ligga över gränsvärdet. I teorin kommer fixeringen att stoppas i den andra riktningen vid de fall där den verkande
friktionskoefficienten ligger på 0,5 eller mer. Då det inte går att bestämma hur ofta
friktionkoefficienten kommer att ligga på 0,5 eller över betyder detta att ett obestämt antal pallkragar inte kommer att fixeras.
19
enkel lösning på friktionsproblemet. Lösningen på problemet skrevs upp i ett utlåtande och hittas som Bilaga 4: Utlåtande för examensarbete gällande pallmontering utfört hos Goodtech Solutions AB under våren 2012. Detta problem löses genom sättet att
programmera styrprogrammet för låscylindrarna. De kommer parvis på de ofixerade sidorna att verka med en pulserande kraft mot emballaget för att slutligen fixera emballaget. Genom att använda en pulserande kraft hos låscylindrarna vid fixering, minskas friktionen under avlastningen (när låscylindrarna avluftas). När kraften verkar i ena riktningen för fixering avluftas samtidigt låscylindrarna i den andra riktningen men kvarhåller sin position. Detta är för att kvarhålla emballagets position och samtidigt minska den motverkande friktionskraften. Enkelt kan man säga att fixeringen sker med pulserande krafter i växlande riktning tills fixeringen är uppnådd. [7]
Lösningen hittas som Bilaga 4: Utlåtande för examensarbete gällande pallmontering utfört hos Goodtech Solutions AB under våren 2012. Den citeras här från utlåtandet och lyder enligt följande:
20
3. Resultat
Viss sekretess är önskad från arbetsgivaren vilket gör att specifik information rörande konstruktion inte presenteras. Komponentdatablad, materialdata, eventuella beräkningar, detaljritningar och annan information som anses känslig presenteras inte i rapporten. Denna information är inte viktig för att förstå funktioner och det väsentliga i detta konstruktionsarbete.
3.1 Koncept
Samtliga lösningskoncept presenteras i följande delkapitel, 3.1. Därefter presenteras konstruktionen i nästkommande delkapitel, 3.2.
Instyrning av lock
Två koncept har arbetats fram som bör prövas fram separat och kombineras för att ta reda på vad som är optimalt för monteringsprocessen.
Det ena konceptet består av en funktion som styr in locket utefter samtliga
pallkragskanter precis innan monteringen i leveransskedet. Locket bör enligt bedömning hamna i önskad position med denna instyrning. Ett problem som kan uppstå är att locket kan hamna i kläm och fastna vilket betyder att detta får prövas fram i praktiken.
Det andra konceptet utgörs av följande. Den assisterande roboten levererar och placerar locket på översta pallkragen och därefter ska en funktion finnas som skjuver och styr in locket i önskad position genom krafter i horisontalplanet. Locket kan monteras korrekt direkt av den assisterade roboten och detta koncept ska försäkra att monteringen går rätt till alla gånger.
Drift & Höjdpositionering
Ytterkragen ska kunna förflyttas i höjdled i båda riktningar i lämplig hastighet med möjligheten att positionera sig i önskat höjdläge. Lösningen ska vara enkel och säker.
Instyrning mot Krabba
Pallkragsmonteringen fungerar om pallen/pallkragen som hanteras av Ytterkragen är i led med nästkommande pallkrage som monteras av Krabban, se Figur 14. Ju mer
21
Krabban som Ytterkragens motsvarande hörn alltid ska kalibreras mot, se Figur 16.
Krabban utgör alltså ett bestämt fast hörn vilket är riktmärket för Ytterkragen att kalibrera och fixera sig vid. Eftersom att detta hörn hos Ytterkragen som ska vara fixerat måste cylindrarna som utgör hörnet alltid verka med samma slaglängd varje gång. Cylindrarna på de här fixerade sidorna måste alltså alltid använda full slaglängd. Det är också viktigt att det de fixerade sidorna agerar före de ofixerade sidorna. På så sätt skjuver de ofixerade sidorna in pallkragen i det fixerade hörnet.
Figur 14. Vy från ovan med Krabba, Ytterkrage och emballage. Komplett emballage monterat.
Figur 15. Vy från ovan. Pilarna visar önskade justeringsmöjligheter för Ytterkragens position i horisontalplanet.
22
Det finns fler nödvändiga justeringar att göra hos låscylindrarna när Ytterkragen väl är inspänd i linjärenheten som förflyttar den i vertikalled. Därför ska en funktion finnas där låscylindrarna ska kunna justeras in/ut mot Ytterkragens centrum för att uppnå önskat läge, se Figur 30. När önskat läge är bestämt spänns låscylindern fast. Lösningskonceptet för instyrning mot Krabban utgörs alltså av dessa möjligheter att justera både Ytterkragen och dess låscylindrar i horisontalplanet.
Förenklad tillverkning
Konstruktionen ska förenklas/anpassas i mån av tid eftersom detta mål har lägst prioritet. Robotcellen är fortfarande en prototyp vilket betyder att hållfasthetsberäkningar och materialbesparingar gällande materialdimensioner kan kommas att göra i framtida förbättringsarbeten innan den marknadslanseras.
Hantering av fler pallkragsstorlekar
Ytterkragen ska kunna hantera fler storlekar av pall/pallkrage med varierande kvalité. Lösningskonceptet för detta utgörs av låscylindrar med en längre slaglängd på de två sidor som inte fixeras utefter ”nollan” hos Krabban. De två sidorna är alltså sida A och sida B i Figur 17.
23
De fixerade sidorna, sida C och sida D, som utgör det fixerade hörnet har en bestämd slaglängd hos låscylindrarna som alltid utnyttjas till max under monteringen vilket kan ses i Figur 17. Låscylindrarna vid sida A och sida B har uppgiften att styra in pallkragen och låsa fast den mot låscylindrarnas tryckplåt vid sida C och sida D. Låscylindrarna vid sida A och sida B har en längre slaglängd för att kunna hantera fler storlekar av pall/pallkrage, observera i Figur 17. Den längre slaglängden kompenserar för det extra ”tomrummet” som uppstår mellan låscylinder och pall/pallkrage när en mindre pall/pallkrage hanteras jämfört med när en större pall/pallkrage hanteras. ”Tomrummet” eller den extra distans som tillkommer när en mindre pall/pallkrage används ska alltså kompenseras med en längre slaglängd på låscylindrarna.
3.2 Konstruktion
Figur 18 visar en sammanställning av Ytterkragen tillsammans med driftkomponenterna i tredimensionell vy. I följande delkapitel förklaras resultaten av konstruktionen.
24
Instyrning av lock
Låscylindern drivs precis som tidigare av pneumatik. Precis som tidigare finns en plåt infäst i cylinders belastningsände avsedd för att kunna trycka med lämpligt tryck över pall/pallkrage/lock under fixering. Den äldre konstruktionen kan ses i Figur 19. I den utvecklade konstruktionen har tryckplåten fått ett ökat höjdmått och en horisontalt orienterad bockning för att skapa en ”trattform” som ska stå för instyrningen av lock, se Figur 20. De åtta låscylindrarna runt om Ytterkragen skapar på så sätt en trattform runt Ytterkragen som kan användas till att direkt styra in locket i önskad position under leveransen. Se Figur 21 för sammanställning av Ytterkrage och Figur 22 för instyrning av lock.
Figur 19. Föregående tryckplåts konstruktion hos Ytterkragen.
Figur 20. Utvecklad konstruktion för tryckplåten.
Figur 21. Sammanställning Ytterkrage med åkvagn (åkvagn i bakände vid infästning).
25
Åtta cylindrar, en på var sida om samtliga hörn, används för en bra hantering av emballaget. På detta sätt positioneras emballaget bättre och inbuktning av pallkragens sidor reduceras jämfört med om kraften skulle placeras i mitten på pallkragens sidor. Avståndet från varje hörn är en bedömningssak och har bestämts enligt egen bedömning, se Figur 23.
Det andra konceptet för att styra in locket i önskad position lyder enligt följande. Den assisterande roboten placerar locket på sista pallkragen med eller utan tidigare nämnd instyrning. I Figur 24 framgår att locket har placerats på översta pallkragen utan
instyrning. Efter att locket placerats på översta pallkragen kan Ytterkragen förflyttas upp i lämplig höjd för att skjuva och styra locket i önskad position med hjälp av krafter i
horisontalplanet från låscylindrarna. Detta är ett moment som liknar fixeringen av pallkrage.
Figur 23. Placering av låscylinder med hänsyn för hörnbleck.
Figur 24. Lock monterat på översta pallkrage utan instyrning.
Drift & Höjdpositionering
Driften och höjdpositioneringen ska kunna ske med någorlunda precision men framför allt med hög driftsäkerhet. I Figur 25 visas den föregående konstruktionen där
26
Figur 25. Föregående prototyps drift.
I den utvecklade konstruktionen utförs arbetet med hjälp av en servomotor och en linjärmodul. Se Figur 26 för linjärmodul med transportplatta och servomotor påkopplad. Linjärmodulen har fyra åkvagnar som döljs bakom transportplattan vilka kan ses i Figur 27.
Figur 26. Linjärenhet - linjärmodul, servomotor och
27
Linjärmodulen fästs i stativets med hjälp av skruvelement och T-spår. På linjärmodulens baksida finns två T-spår som löper längs hela modulen och är avsedda för infästning. Infästningen görs i ett antal konstruerade fästplåtar påsvetsade i stativet. Observera fästplåtar och T-spår för infästningen i Figur 28.
Figur 28. Vy bakifrån stativet. Linjärmodul (grå) för Ytterkrage till höger och linjärmodul (grå) för Krabba till vänster i figuren. Observera T-spår och fästplåt för infästning i stativet.
Instyrning mot Krabba
Som konceptet är beskrivet används ett bestämt hörn hos Krabban som Ytterkragen ”nollas”/kalibreras mot. Hörnet som ska kalibreras på Ytterkragen är motsvarande bestämt hörn hos Krabban, se Figur 29. Hörnet som kalibreras utgörs av de två
28
Figur 29. Vy från ovan med Krabba, Ytterkrage och komplett emballage i figur. Nollan ligger i hörnet till vänster i nederkant. Observera att Ytterkragen ”nollas” med cylindrarnas fulla slaglängd mot utsidan av hörnet på Krabbans pallkrage.
Anledningen är att full slaglängd vid de fixerade sidorna, sida A och sida B i Figur 29, utnyttjas alltid vid monteringen. Hörnet som kalibreringen sker mot är Krabbans motsvarande hörn med en palltjocklek vilket kan observeras i Figur 29. Cylindrarna på den fixerade sidan ska bestämma den återkommande positionen för pallkragarna.
29
För att kalibrera Ytterkragen mot Krabbans krävs att Ytterkragen och låscylindrarna ska kunna justeras i horisontalled, se Figur 30. Ytterkragen fästs därför i linjärmodulens vagnar enligt Figur 31.
Figur 30. Vy från ovan med Ytterkrage, Krabba och rullband i bild. Pilar i Figuren visar Ytterkragens och låscylindrars justeringsmöjligheter.
30
Genom att ha ett flertal distansplåtar vid infästningen kan Ytterkragens avstånd ut från stativet ändras efter behov. Observera distansplåtar i Figur 31. För att minska avståndet tas befintliga distansplåtar bort, se Figur 32. Önskas ett ökat avstånd ökas bara antalet distansplåtar vid infästningen. Distansplåtarna har en varierande tjocklek för bättre
justeringsmöjligheter. Önskas förflyttning i sidled finns så kallade slitshål vid infästningen, Se Figur 33. Slitshålen möjliggör justering för Ytterkragens position i sidled.
Spåren på distansplåtarna underlättar hanteringen. Plåtar kan läggas till eller tas bort enkelt vid/ efter installation genom att lossa lite på infästningen. Hålen i överkant underlättar också hanteringen av plåten. Är plåten krånglig att lyfta kan greppet enkelt stärkas med ett redskap i hålet när det har blottats.
Figur 32. Distansplåt vid infästningen av Ytterkrage.
Figur 33. Slitshål vid infästningen av Ytterkrage för justering i sidled
Även låscylindrarna ska kunna justeras i viss mån för att kunna ställas in efter önskat behov. Precis som tidigare har alla låscylindrar möjligheten att förflyttas längre in eller längre ut från Ytterkragen genom slitshål vid infästningen, se Figur 34-35. Läget bestäms efter önskad position och därefter skruvas cylinderenheten fast. Låscylindrarna för de fixerade sidorna sitter på en gemensam justeringsplatta, se Figur 36. Anledningen är att det fixerade hörnet utgörs av två låscylindrar per sida som måste ligga i led med varandra för att utgöra ett rätvinkligt fixerat hörn med raka sidor. Med en gemensam
31
Figur 34. Visar slitshål för justeringsmöjligheter hos ofixerade sidors cylindrar (sida C och sida D i Figur 28 för visning av ofixerade sidor).
Figur 35. Visar slitshål för justeringsmöjligheter hos fixerade sidors cylindrar.
Ytterkragen har först konstruerats med dimensioner att passa in den äldre prototypens ursprungsposition men har vid konstruktionens slut justerats in i viss mån efter Krabban just för att kunna uppfylla denna ”nolla”. Även Krabbans position har nödvändigtvis justerats in utefter Ytterkragen till viss del vilket skapat ytterligare fortsatta arbeten på prototypen.
Förenklad tillverkning
Konstruktionen har förenklats/anpassats i mån av tid. En förenkling på konstruktionen är drift och höjdpositionering för Ytterkragen. Tidigare användes en pneumatikcylinder för förflyttning, en kulskensstyrning för att avlasta cylindern från moment och styra
Ytterkragen samt en låsanordning vid sidan om kulskensstyrningen för att bestämma höjdläge. Detta kan observeras i Figur 25. Den nya konstruktionens linjärenhet innefattar mindre antal komponenter och har en enklare installation – en linjärmodul med en servomotor.
Tillverkning förenklas även med de nya justeringsmöjligheterna för Ytterkragens och låscylindrarnas position i horisontalplanet. Justeringsmöjligheterna skapar en viss tolerans för tillverkningen/ installationen vilket inte existerade på föregående prototyp.
32
Hantering av fler pallkragsstorlekar
Denna funktion har lösts enkelt genom att låta låscylindrarna på den ofixerade sidan ha en längre slaglängd än motstående sidor. Detta kan observeras i Figur 36. Låscylindrarna som utgör de fixerade sidorna har som tidigare nämnts större kraft för att de inte ska rubbas. Styrkan hos de ofixerade sidorna är lägre och slaglängden är längre. Detta gör att
pall/pallkrage/lock alltid kan pressas mot de starkare cylindrarna för att positionera sig. Slaglängden är tillräcklig för att ta två bestämda storlekar av pallar/pallkragar och utnyttjas alltid efter använd pall-/pallkragsstorlek. Låscylindern vill alltid pressa kolven i max
slaglängd. Det som avgör använd slaglängd är alltså storleken på emballaget. En låscylinder placeras på vardera sidan om pallkragens hörn för en bra hantering av emballaget, se Figur 37. Avståndet har bestämts enligt egen bedömning och ska vara tillräckligt för att inte skapa kollision mellan tryckplåt och hörnbleck. Eftersom två olika storlekar av emballage ska hanteras måttas låscylindrarna in efter den mindre storleken och på så sätt klarar Ytterkragen båda storlekarna. Med en längre slaglängd hos de ofixerade sidorna kommer låscylindrarna alltid att kunna positionera och låsa fast pall/pallkrage/lock mot det fixerade hörnet så länge tillåtna pallkragsstorlekar används.
Figur 36. Vy från ovan. Sammanställning av Ytterkrage med pallkrage. Figuren vill speciellt framhäva fixerade och ofixerade sidor.
Figur 37. En låscylinder på vardera sidan om hörnblecket för bra hantering av emballage.
Sammanställningsritning
33
3.3 Prototyp – Ytterligare konstruktionsändringar
Viktbesparing
Observera i Figur 38 att viktbesparing har gjorts på justeringsplåtarna. Att viktbesparingen är i form av cirkulära hål längs plåten är för att bevara plåtens styvhet. Viktbesparingen är gjord enligt egen bedömning och har godkänts av handledare.
Figur 38. Visar viktreducering hos justeringsplatta.
Fixtur – Ytterkrage
34
Figur 39. Visar att samtliga tryckplåtar har anpassats efter samma höjdläge för bra hantering av emballage.
Stativ
Figur 40 visar det föregående stativet och Figur 41 visar det nya stativets konstruktion. Observeras båda figurerna kan man se att infästningen för Ytterkragens linjärenhet har ändrats enligt följande. Ett flertal fästplåtar har konstruerats i stativet med
rekommenderat avstånd mellan varandra, se Figur 41. Strävorna har konstruerats på nytt och har anpassats efter fästplåtarna och rullbanan som denna robot kommer att stå intill. Strävornas storlek och läge avgör hur långt intill rullbanan roboten kan stå. Den nyare konstruktionen låter rullbanan stå på samma avstånd från stativet som tidigare.
35
Infästning för Krabbans motvikt
Infästningen för motvikten har ändrats. Motorns placering för Ytterkragens linjärenhet har fått en placering som får motorn och infästningen för Krabbans motvikt att kollidera. För att undvika kollisionen har infästningen ändrats genom att spegelvända den mot Krabbans rotationsaxel, se Figur 42 och Figur 43.
Figur 42. Tidigare infästning. Figur 43. Ny konstruktion på motviktens infästning (spegelvänd).
Infästning - Krabba
Krabbans infästning har ändrats för att kunna tillverka Krabban och Ytterkrage i linje med varandra. Som tidigare nämnts vill man se till att de har ett gemensamt origo, se Figur 29. Konstruktionen har ändrats enligt Figur 44 till Figur 45. Hållfasthetsberäkningar för nödvändiga materialdimensioner och nödvändigt fästelement bör göras innan
tillverkning eftersom Krabbans vikt har ökat avsevärt.
36
Konstruktionsändringar rörande Krabban har resulterat i fler nödvändiga utvecklingsarbeten enligt följande:
Motvikt och hävarm
Motvikten och dess hävarm för Krabban måste uppdateras på grund av den utvecklade Krabban och ändringarna runt omkring. Alla ändringar hos Krabban till infästningen i linjärenheten ger en förändrad motvikt och hävarm. Motvikten och dess hävarm står för ett mer balanserat moment hos Krabbans linjärenhet vid infästningen vilket underlättar de två rotationsmomentet som sker för Krabban. Se Figur 46 för motvikt och hävarm.
37
Linjärenhet - Krabba
Krabbans linjärenhet som står för drift- och höjdpositionering måste uppdateras då den inte klarar av att hantera Krabbans nya vikt. På grund av Krabbans ökade vikt efter
utvecklingsprojektet måste man välja en alternativ drift. Även infästningen i stativet måste ändras och anpassas efter vald drift. Den nuvarande linjärenheten kan ses i Figur 47.
38
Stötdämpare för ändlägen - Krabba
Stötdämpare för Krabbans rotationsändlägen måste uppdateras när det gäller placering, fixtur och dimension eftersom placering och vikt har ändrats hos Krabban. Stötdämparna kan observeras i Figur 48. Deras uppgift är att bromsa den rotarande rörelsen till ett mjukare stopp i rotationsrörelsernas ändlägen.
39
4. Diskussion
Tyvärr genomfördes inte studiebesöket för att studera den befintliga prototypen men ordentligt CAD-underlag har istället använts för studier av prototypens konstruktion och funktion. Handledare har alltid funnit till hands för att besvara frågor och funderingar. Kravspecifikationen har varit bra för att säkerställa att ställda krav och önskemål blir uppfyllda. För granskning av kravspecifikation se Bilaga 2: Kravspecifikation. Granskas kravspecifikation kan man konstatera att samtliga krav och önskemål är uppfyllda. Konceptgenereringen genomfördes inte med någon speciell metod utan koncepten togs fram genom studier av CAD-modeller, eget tänkande, skisser och diskussion med handledare.
Dimensionering av komponenter har fungerat bra, dock skulle jag själv velat gå in lite djupare i området om mer tid för arbetet funnits.
Målen har klarats och avgränsningarna var bra satta men de har inte följts enligt vad som bestämdes från start. Efter att ha arbetat med samtliga målsättningar fortsatte jag med nödvändiga arbeten utanför mitt område, t.ex. konstruktionsändringar kring Krabban. Detta har varit nödvändigt men lite för tidskrävande på grund av omfattningen.
Rapporten har därför fått lite mindre tillägnad tid än tänkt. Mål ska klart avgränsas för att kunna utföra arbetet inom den givna tidsramen med god tid för både arbete och rapport. Konceptet med en bockad plåt för instyrning av lock måste prövas fram i praktiken för att försäkra sig om att det verkligen fungerar. Det som kan hända är att byrålådseffekten uppstår. Locket kan alltså hamna i kläm mellan tryckplåtarna och därmed fastna.
Monteringen blir då inte utförd på tänkt sätt. Detta stoppar inte teorin om att locket kan styras in i rätt position eftersom det finns ett andra koncept. Koncepten bör prövas separat och kombinerat för att ta reda på vad som är optimalt för den automatiska monteringsprocessen.
Det har funnits en tanke om att endast en cylinder för fixering av pallkrage kan användas på samtliga sidor men denna tanke har snabbt uteslutits då hanteringen och fixeringen av pall/pallkrage/lock skulle bli sämre. Risken för inbuktning på pallkragssidorna ökas. Det tolereras självklart inte att emballaget som hanteras förstörs i automationsprocessen. Den utvecklade konstruktionen för Ytterkragens drift och höjdpositionering är mer lämplig än den föregående då den framför allt har bättre kontroll på höjdläget, har högre driftsäkerhet och en broms i säkerhetssyfte. Antalet komponenter och infästningar gör också att installationen är snabbare och lättare.
40
sidorna agera först skulle pallkragen eller möjligtvis hela emballaget tryckas undan till en lutande ställning på grund av den längre slaglängden på låscylindrarna.
Tillverkningen har kunnat förenklas genom att skapa gemensam justeringsplåt på de fixerade sidorna. Injustering mot Krabban har skapats vilket underlättar
tillverkningen/installationen av roboten. Den utvecklade konstruktionen för drift och höjdpositionering har ett mindre antal komponenter och en lättare installation.
Hantering av fler pallkragar kan nu ske med det framtagna konceptet och dess
konstruktion. Önskade pallkragsstorlekar från arbetsgivaren kan hanteras men möjlig storleksskillnad är begränsad. För stor skillnad i använd pallkragsstorlek kan inte användas i automationsprocessen. Den konstruerade Ytterkragen är avsedd att hantera pallkragar med en mycket liten storleksskillnad. Detta är eftersom cylindrarna ska placeras nära hörnen så att tryckplåten verkar med ett lämpligt avstånd från hörnblecken för en bra hantering och för att inte bukta in pallkragens sidor. Cylindrarna måttas in efter den minsta använda pallkragsstorleken. Skulle storleksskillnaden vara för stor hamnar cylindrarnas tryckplåtar i hörnen på den minsta pallkragen och i mitten på den större pallkragen vilket skapar en försämrad hantering/fixering och inbuktning på pallkragen under fixeringen. Även slaglängden skulle få ökas för att kompensera skillnaden i pallkragsstorlek vilket krånglar till konstruktionen. Ytterkragen kräver mer utrymme på ena sidan av linan och in mot stativet vilket inte är möjligt så som stativet ser ut idag. Är skillnaden i pallkragsstorlek för stor, ex. dubbel storlek, ska en separat robotcell tillverkas för respektive pallkragsstorlek.
Friktionskrafterna som tagits upp i kapitlet Teori och metod visar teoretiskt hur stor inverkan de har på fixeringen av emballage. Tankar har funnits att friktionsproblemet kan lösas med hjälp av glid-/rullager på tryckplåten eller konstruera tryckplåten med en annan kontaktyta som resulterar i lägre friktionskoefficient och därmed ger lägre och tillåten friktionskraft. Eventuella slitageskador på emballaget reduceras även tack vare den minskade friktionen. Efter samtal med Malte Svensson på Goodtech Solutions AB har lösningen blivit mycket enkel genom att ändra dagens styrprogram. Kunskaper och erfarenheter försäkrar att detta koncept är en bra lösning på problemet.
Infästningen för Krabbans motvikt har ändrats för att inte kollidera med motorn på Ytterkragens linjärenhet. Infästningen för Krabban har ändrats för att passa in med Ytterkragen så att de får den önskade ”nollan”. Krabbans vikt har ökat avsevärt under utvecklingsprojektet. Alla dessa ändringar som nyss nämnts leder till fortsatta arbeten enligt följande. Krabbans linjärenhet behöver uppdateras. Kontroll med Jon Karrhammar har meddelat att komponenter för drift från föregående prototyp inte klarar av att hantera den nya Krabbans vikt och moment. Detta gör även att linjärenhetens infästning i stativet behöver ändras. Krabbans motvikt och dess hävarm behöver uppdateras eftersom
Krabbans vikt ökat avsevärt. Då Krabbans vikt ökat och infästningens placering är ändrad måste stötdämparna för Krabbans rotationsändlägen uppdateras när det gäller placering, dimension och fixtur. Eftersom Krabban och Ytterkragen ökat avsevärt i vikt behöver speciellt stativet, infästning för Krabban, infästning för motviktens hävarm och
41
innefatta ytterligare undersökningar om att förenkla tillverkningen, viktbesparingar samt nödvändiga hållfasthetsberäkningar. Detta eftersom att det inte ingått i arbetet då det fortfarande är en prototyp.
Ytterligare fortsatt arbete skulle kunna vara att leta efter en alternativ drift till Ytterkrage. Servomotor är en riktigt bra komponent för arbetet med tanke på snabb positionering, bra lägesåterkoppling, god driftsäkerhet etc. men har en hög startkostnad.
42
5. Slutsatser
Ställda mål från arbetsgivaren har varit att förbättra instyrningen av lock, förbättra drift och höjdpositionering, skapa injusteringsmöjligheter för Ytterkrage mot Krabba, se över konstruktionen för att förenkla tillverkningen samt utveckla Ytterkragen att hantera fler pallkragsstorlekar. Problem har studerats väl och lösts med utvecklade koncept och konstruktion. Mål ställda från arbetsgivaren är därmed uppnådda. Syftet är uppnått då arbetsgivaren kan använda denna rapport till att verka som underlag för prototypens framtida förbättringsarbeten innan den kan komma ut på marknaden. Det sent upptäckta friktionsproblemet har lösts vilket säkrar fixeringen och därmed Ytterkragens mål och syfte. Det finns ytterligare förbättringsarbeten att göra på denna prototyp innan den kan marknadslanseras.
Krabbans linjärenhet och dess infästning behöver uppdateras då komponenter för drift och höjdpositionering från föregående prototyp inte klarar av att hantera den nya
Krabbans vikt och moment. Krabbans motvikt och dess hävarm behöver uppdateras då Krabbans vikt ökat avsevärt. Stötdämparna för Krabbans rotationsändlägen måste uppdateras när det gäller placering, dimension och fixtur på grund av Krabbans ökade vikt och ändrade placering. Eftersom Krabban och Ytterkragen ökat avsevärt i vikt behöver speciellt stativet, infästning för Krabban, infästning för motviktens hävarm och Ytterkragens infästning i linjärmodulens transportplatta ses över för att försäkra att nödvändiga materialdimensioner används. Framtida förbättringsarbeten bör även
innefatta ytterligare undersökningar om att förenkla tillverkningen, viktbesparingar samt nödvändiga hållfasthetsberäkningar.
Att hitta en alternativ drift till Ytterkrage kan vara ett eventuellt framtida
förbättringsarbete. Servomotor är en riktigt bra komponent för arbetet med tanke på snabb positionering, bra lägesåterkoppling, god driftsäkerhet men har en hög
43
Tackord
Tack till Leo de Vin som varit handledare vid Karlstads Universitet. Tack till Edvin Persson för information rörande Krabban.
Ett stort tack till försäljningschef Jon Karrhammar på Bosch Rexroth som hjälpt till vid dimensioneringen av komponenter tillhörande Ytterkragens linjärenhet.
44
Referenslista
Böcker
1. Björk, K. Formler och Tabeller för Mekanisk Konstruktion (6:e upplagan). Spånga: Karl
Björks Förlag HB.
2. Isaksson, O. Grundläggande hydraulik. Upplaga 1999. Luleå: Luleå tekniska universitet
Internet
3. Festo. Pneumatiska enheter. Malmö. Tillgänglig:
< http://www.festo.se/Products/Katalog/Pneumatic drives > (2012-06-21) 4. Bosch Rexroth AG. Linjärmoduler. Stockholm. Tillgänglig:
< http://www.boschrexroth.se/Produkter/Teknologier/Linjärteknik/Linear Motion Systems > (2012-05-21).
5. Bosch Rexroth AG. Servomotorer. Stockholm. Tillgänglig:
< http://www.boschrexroth.se/Produkter/Produktgrupper/Motorer/Motorer och växellådor IndraDyn/ > (2012-05-21).
Muntlig källa
Utfärdare/Author Referens/Reference Datum/Date Sida/Page
Malte Svensson 2011-11-29 1(2)
Examensjobb ytterkrage pallkragsmontering
Kort information om Goodtech Solutions.
Goodtech erbjuder ingenjörstjänster till industrin inom en rad olika områden
Ingenjörstjänster är ett viktigt affärsområde inom Goodtech. Företaget har kvalificerade medarbetare inom många discipliner som är mycket väl rustade för att åta sig uppdrag i näringslivet. Uppdragen utför vi antingen ute hos kunden eller på något av våra kontor beroende på vilket som passar bäst.
Maskin/mekanik
Projektledning, produktionsteknik, produktutveckling, maskinkonstruktion mm.
El/Automation
El-konstruktion, styrsystem, SCADA-system, spårbarhetssystem, robotteknik mm.
Systemleveranser
Goodtech Solutions utvecklar och leverera nyckelfärdiga robotceller, produktionslinjer, testriggar, höglager, materialhantering och specialmaskiner till producerande industri.
Goodtech Solutions är en oberoende leverantör
Utfärdare/Author Referens/Reference Datum/Date Sida/Page
Malte Svensson 2011-11-29 2(2) Underlag för exjobb med förbättring/utveckling av ytterkrage för pallkragsmontering.
Bakgrund:
Goodtech har utvecklat en prototyp av en robotcell för montering/demontering av pallar med pallkragar. Innan denna robotcell skall ut på marknaden som enskild produkt så behöver några punkter av produkten utvecklas och funktioner förbättras. Vi ser att detta kan vara ett lämpligt objekt att lämna ut som examensjobb då det är ett tydligt begränsat uppdrag där flera olika områden inom produktutveckling, konstruktion och tillverkning varvas i varandra.
Förutsättningar:
Vår prototyp ingick i en leverans ut till kund och är för närvarande i drift ut på site. Ett besök kommer att göras hos kund för att se produkten i drift samt få en bättre bild av vad som skall göras på respektive punkt enligt nedan. Tillgång till komplett ritningsunderlag i Solid Works finns på vår server i Karlstad.
Områden på ytterkrage som skall innefattas i jobbet. Ytterkragen är den del som styr upp pallkrage och pall för att underlätta montaget av pallkragen.
1. Förbättra instyrning av lock på ytterkrage. 2. Förbättra höjdpositionering för ytterkrage.
3. Förbättra injustering av ytterkrage mot krabba(hållaren för pallkragen). 4. Se över konstruktionen för att förenkla tillverkningen.
Målsättning:
Vårt önskemål är att rapporten från examensjobbet kan ligga till grund för de förbättringar som skall införas innan produkten kan komma ut på marknaden som enskild produkt.
Kontaktpersoner/handledare från Goodtech Solutions: Malte Svensson tel. 054-240 359
Bilaga 2: Kravspecifikation
Dokumentansvarig: Revision Sidor
Kim Szczepanski 2 1
1
Syftet med kravspecifikationen är att säkerställa att det slutliga konceptet uppnår de krav som ställs på Ytterkragen. I kravspecifikationen finns även önskemål gällande
konstruktionen för Ytterkragen som eventuellt kommer att uppfyllas. De krav och önskemål som ställs på Ytterkragen presenteras i Tabell 1.
Tabell 1. Kravspecifikation för utveckling av Ytterkrage.
Kravspecifikation Ytterkrage
Nr. Kriterium/Önskemål Krav (K) Ö.mål (Ö)
01 Ytterkrage ska kunna justera pallkrage i horisontalplanet för att underlätta Krabbans
montering av pallkrage. K
02 Ytterkrage ska kunna hantera följande storlekar av
pallkragar: 1200x800 samt 1225x815. Ö
03 Drift för Ytterkragen ska utvecklas till en säker och enkel lösning. Lämpligt höjdläge ska enkelt kunna
bestämmas. K
04 Alla produkter/ detaljer ska kunna tillverkas enkelt
utan onödigt höga kostnader eller svåra processer. Ö 05 Den utvecklade Ytterkragen ska vara kompatibel med
den ursprungliga prototypkrabban. Ö
06 Alla processer i pallkragsmonteringen ska vara
automatiserade. K
07 Produkter/ Detaljer ska vara tillverkade av material
som klarar de påfrestningar som de utsätts för. K 08 Ytterkragen ska ha en tilltalande design. Ö 09 Ytterkragen ska ha ett lågt underhållsbehov. Ö 10 Ytterkragen ska kunna hantera pallkragar med
varierande kvalité. K
11 Instyrning av lock vid montering ska finnas. K
12 Injustering mot Krabba ska finnas. K
13 Den vidareutvecklade Ytterkragen ska vara
Datum/Date Sida/Page
2012-06-19 1 (2)
Vår referens/Our reference Er referens/Your reference
Goodtech Solutions AB
Adress/Address Telefon/Telephone Telefax Bankgiro Org.nr. Internet
Gräsdalsgatan 15 Nat 054-24 03 00 Nat 054-24 03 99
SE-653 43 KARLSTAD Int +46 54 24 03 00 Int +46 54 24 03 99 5694-5934 556650-3040 www.goodtech.se
Examensarbete 2012
Utlåtande för examensarbete gällande pallmontering utfört hos Goodtech Solutions AB under våren 2012.
Vi har under våren haft 3 studenter som har utfört sina examensarbeten på vårt företag. Samtliga har varit delaktiga i vidareutveckling av vår prototyp av pallmontering där vi bygger kompletta pallar med pallkragar samt mellanlägg med hjälp av fixturer och en robot.
De har haft olika uppgifter att ansvara för under projekten och har genomfört dem med mycket bra resultat enligt vår mening.
Victor Lovén, mekatronik på Chalmers, har varit delaktig i utveckling och förändringar i
robotens rörelser och positioner genom simuleringar i programmet Robotstudio.
Edvin Persson, maskiningenjör på Karlstads Universitet, har utvecklat och konstruerat
”krabban” som hanterar och justerar pallkragen innan den monteras på pallen.
Kim Szczepanski, maskiningenjör på Karlstads Universitet, har utvecklat och konstruerat
Datum/Date Sida/Page
2012-06-19 2 (2)
Vår referens/Our reference Er referens/Your reference
Goodtech Solutions AB
Adress/Address Telefon/Telephone Telefax Bankgiro Org.nr. Internet
Gräsdalsgatan 15 Nat 054-24 03 00 Nat 054-24 03 99
SE-653 43 KARLSTAD Int +46 54 24 03 00 Int +46 54 24 03 99 5694-5934 556650-3040 www.goodtech.se
Mitt utlåtande om Kim:
Då jag har varit handledare för Kim under hans tid hos oss så har jag skapat mig en bra bild av hur han engagerat sig i de olika momenten genom examensarbetet.
När vi gick igenom omfattningen och lade ramarna för examensarbetet så var vi helt på det klara med att alla punkter kanske inte skulle hinnas med pga tidsbrist. Vi begränsade då uppdraget något och såg det som en bonus om fler av punkterna skulle gå att genomföra under projekttiden.
Vår erfarenhet säger oss att det oftast kräver mer tid än beräknat när man ger sig in i utvecklingsprojekt. Så även denna gång.
Vid utvecklingsprojekt av den här typen så krävs det stort engagemang, uthållighet, tekniskt kunnande och förmåga att angripa problemen från olika håll för att få till den bästa lösningen. Varefter konstruktionsprocessen framskrider så dyker alltid nya problem upp som måste tas hänsyn till för att resultatet i slutänden skall bli så bra som möjligt.
Ett eventuellt problem som kom fram mycket sent i processen var hur friktionskrafterna som skapas av cylinderkraften när de skall styra in pallkragen i rätt position kan påverka
funktionen. Jag har diskuterat detta med Kim och ser att det finns en enkel lösning på problemet. Om det mot förmodan skulle bli ett problem så programmeras cylindrarnas rörelser så att det första paret cylindrar gör sitt slag för att sedan avluftas (görs kraftlösa) medan andra paret cylindrarna gör sitt slag. Det andra paret cylindrar behåller sedan sin position medan de första cylindrarna påluftas igen. Denna lösning är mycket enkel att åstadkomma genom programmering.
