Automaattinen iskuvasaralaite tuotannon testaukseen

Abstract

Opinnäytetyössä suunniteltiin ja valmistettiin automaattinen iskuvasaralaite RF-suodattimien tuotannon testaukseen. Laite korvaa tuotannon testauksessa tehtävän manuaalisen vasaroinnin. Testauslaite suunniteltiin osaksi automatisoitua teollisuusrobotin käyttämää testaus- ja virityslinjastoa. Laitteen kehityksessä keskeisimpiä vaatimuksia olivat hyvä säädettävyys, toistettavuus, työkiertojen ohjelmoitavuus ja testauksen seurattavuus.

Työn alussa tutkittiin RF-suodattimiin sekä keskeismodulaatiosäröön liittyvää teoriaa, jonka jälkeen perehdyttiin erilaisiin voima-anturointityyppeihin. Selvisi, että dynaamisen iskuvoiman tarkasteluun soveltuvat parhaiten pietsosähköisten voima-anturien lisäksi venymäliuskapohjaiset anturit.

Laitteen lyöntiaktuaattoriksi valittiin solenoidi, sillä sitä käytetään laajasti elektroniikkateollisuuden automaatiossa. Ideana oli, että solenoidin iskuvoimaa voitaisiin säätää muuttamalla sille lähetetyn sähköpulssin leveyttä. Idea päätettiin validoida proof-of-concept-prototyypin avulla. Prototyyppiin kehitettiin tietokoneelta ohjattava pulssigeneraattori, joka mahdollisti lyhyiden, säädettävien sähköpulssien lähettämisen. Prototyyppi todisti, että pulssinleveyttä säätämällä voidaan vaikuttaa solenoidin tuottaman iskun voimakkuuteen ja että idea oli jatkokehityskelpoinen.

Laitteen lopullinen suunnittelu sisälsi toimi- sekä mittalaitteiden valinnan, mekaniikkasuunnittelun sekä ohjauksen suunnittelun. Laitteelle kehitetty sulautettu ohjausjärjestelmä mahdollisti lopuksi laitteen käytännön testauksen. Testauksessa tutkittiin kahden erilaisen solenoidin suorituskykyä ja lyöntivoiman toistettavuutta. Lyöntivoimatestien perusteella päädyttiin laitteessa käyttämään pienempää solenoidia, sillä sen lyöntivoima oli sovellukseen ideaalinen. Toistettavuustesteistä selvisi, että solenoidi tuotti iskuja todella hyvällä toistettavuudella.

Mekaniikkasuunnittelun työkaluna käytettiin SolidWorks 2015 -ohjelmaa, laitteen ohjaus toteutettiin Arduino-mikrokontrollerilla ja sen graafinen käyttöliittymä tehtiin Visual Studio 2015 -ohjelmalla.

The subject of this thesis was to design and produce an automated impact hammer system for RF-filter production testing. The system was designed to be part of a fully automated tuning and testing line. The main requirements of the system were good controllability, repeatability and programmability.

Firstly, intermodulation distortion and the Device Under Test were researched. After that, the theory associated with the impact force was researched and different force sensors were studied. Solenoid was chosen as the impact actuator, since they are widely used in the electronics industry. The idea was to adjust the impact force of the solenoid by changing the electrical pulse width given to the solenoid. The idea was validated with a proof-of-concept-prototype. A computer controlled pulse generator was developed for the prototype. The prototype showed that the pulse width can be adjusted to affect the intensity of the impact generated by the solenoid and the idea was worth further development.

The planning phase included the selection of the measuring equipment and actuators together with mechanical design and software and hardware design. The embedded control system allowed the practical testing of the system. Two different solenoids were compared with impact force tests. The impact force tests showed that the smaller solenoid was ideal to the application. The smaller solenoid was then tested with repeatability tests that proved a good repeatability of the system.

As a result, a fully automated impact hammer system was developed and its performance was validated. The system’s impact force variation was less than two percent, which is considered a success. The system was also introduced for testing use and further development.

The mechanical design was carried out using the SolidWorks 2015 software, the embedded system with the Arduino microcontroller and the graphical user interface with the Visual Studio 2015 software.