Älykäs syöttölaite ja puskurivarasto
Kokki, Teemu (2016)
2016
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202401171481
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202401171481
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä suunniteltiin älykäs syöttölaite ja puskurivarasto. Työn toimeksiantajana toimi Ginolis Oy, joka on Oulunsalossa, Uppsalassa ja San Diegossa toimiva automaatioalan yritys. Työn tavoitteena oli suunnitella valmiina olevan prototyypin pohjalta toimiva syöttölaite. Syöttölaitteen tarkoituksena on liikutella paletteja lasin päällä ilman erillisiä kiskoja tai liikeratoja käyttäen magneettien vetovoimaa lasin läpi. Syöttölaite on täysin automatisoitu.
Työhön kuuluivat tutkimukset magneettien vetovoimasta, laitteen suunnittelu ja testaaminen. Erilaisten magneettien ja niiden yhdistelmien vetovoimia tutkittiin omavalmisteisessa testiympäristössä kalavaakaa apuna käyttäen ja teoriaa tutkimalla. Suunnittelussa tarvittiin mallintamisen lisäksi hammashihna- ja kierukkaruuvikäytön mitoittamista, vääntömomenttien laskemista erilaisilla vaihdevälityksillä ja lujuustarkastelua herkimmille materiaaleille.
Lähtötietojen perusteella ja valmista prototyyppiä tutkimalla aloitettiin suunnittelu. Prototyyppi oli ideasta pelkistetty versio, jossa kaikki oli toteutettu mahdollisimman edullisesti ja yksinkertaisesti. Prototyypissä oli tavallista kookkaampi runko, suppea liikealue ja liikettä vain kolmen akselin suuntaisesti.
Syöttölaitteen suunnittelussa keskityttiin laitteen sisällä olevan mekaniikan suunnitteluun, johon kuului suoraa liikettä ja pyörimisliikettä toteuttavia toimilaitteita neljän akselin suuntaisesti sekä lasin päällä liukuvien palettien suunnitteluun. Mekaniikka sisälsi neljä moottoria, jotka suorittivat neljää liikettä. Liikkeet oli laakeroitu käyttäen lineaarijohteita, urakuulalaakereita ja neulapainelaakereita. Liikkeiden voimansiirto oli toteutettu hammashihnoin, kierukkaruuvilla ja liikeruuvilla. Työssä perehdyttiin myös magneettien mitoittamiseen vetovoiman ja liukumisen optimoimiseksi. Tämä tapahtui teoriaa tutkimalla, mutta pääasiallisesti toimivan laitteen avulla testaamalla. Erilaisia kokoluokkia ja yhdistelmiä vaihdeltiin. Palettien liikuttelussa tuli etsiä sopiva magneettien yhdistelmä kitkan minimoimiseksi, mutta vetovoiman maksimoimiseksi. Näin liikkeestä saadaan tasainen.
Työn tuloksena saatiin toimiva automaattinen syöttölaite ja siihen liittyvät 3D-mallit ja työpiirustukset. Syöttölaitteen testaamisen aikana todettiin kuitenkin kehittämisen kohteita toimilaitteiden toiminnasta. Myöskään palettien liike ei ollut aivan riittävän tasainen. Toimilaitteiden voimansiirtomekaniikkaa tulee parantaa seuraavaan syöttölaitteeseen joko toleroinnin tai säätömahdollisuuksien avulla ahdistuksen ja hyötysuhteen heikkenemisen poistamiseksi. Myös magneetteihin ja liukupintoihin pitää vielä perehtyä syöttölaitteen toiminnan parantamiseksi. The commissioner of this thesis work was an automation industry company Ginolis Ltd. Ginolis was founded in 2014, when Finnish Global Innovation Network (GIN) merged with the Swedish com-pany Sigolis. Afterwards Ginolis acquired JOT Automation’s Life Science Division and along with that opened a new office in San Diego, California in 2015. Ginolis also acquired the business of Wegera Oy and formed a subsidiary of Ginolis Ltd., Ginolis Tools. Ginolis Tools is a machine and assembly service provider.
The purpose of this thesis was to design an intelligent feeder based on a prototype built in the company earlier. The intelligent feeder was part of a customer project in 2015. The idea behind the intelligent feeder was to have a feeder that was easy to clean and what was suitable for laboratory conditions. Therefore tracks were not an option.
In this intelligent feeder special palettes move on top of a glass plate and carry different objects of choice. Palettes are moved from underneath the glass using only magnetism as an anchor for the palettes. The robot underneath the glass had both rotational and linear motion in the direction of four axes. Palettes were slid on top of the glass on plastic feet that were made from POM plastic
The design work was done mainly in the spring of 2015 in the Ginolis Ltd. Oulunsalo offices in co-operation with the automation and mechanical engineers in the company. The result of this thesis work was a fully automated, all-electric feeder.
The final product was a functional feeder although it had its faults. Problems were found for example in the design of different actuators and in magnetic force calculations in action. Power trans-mission in the actuators had unnecessary stress causing loss in efficiency and due to imperfect magnetic combinations, the movement of the palettes was not steady enough. Nevertheless, after testing a lot of important information was produced to make the later intelligent feeders even better.
Työhön kuuluivat tutkimukset magneettien vetovoimasta, laitteen suunnittelu ja testaaminen. Erilaisten magneettien ja niiden yhdistelmien vetovoimia tutkittiin omavalmisteisessa testiympäristössä kalavaakaa apuna käyttäen ja teoriaa tutkimalla. Suunnittelussa tarvittiin mallintamisen lisäksi hammashihna- ja kierukkaruuvikäytön mitoittamista, vääntömomenttien laskemista erilaisilla vaihdevälityksillä ja lujuustarkastelua herkimmille materiaaleille.
Lähtötietojen perusteella ja valmista prototyyppiä tutkimalla aloitettiin suunnittelu. Prototyyppi oli ideasta pelkistetty versio, jossa kaikki oli toteutettu mahdollisimman edullisesti ja yksinkertaisesti. Prototyypissä oli tavallista kookkaampi runko, suppea liikealue ja liikettä vain kolmen akselin suuntaisesti.
Syöttölaitteen suunnittelussa keskityttiin laitteen sisällä olevan mekaniikan suunnitteluun, johon kuului suoraa liikettä ja pyörimisliikettä toteuttavia toimilaitteita neljän akselin suuntaisesti sekä lasin päällä liukuvien palettien suunnitteluun. Mekaniikka sisälsi neljä moottoria, jotka suorittivat neljää liikettä. Liikkeet oli laakeroitu käyttäen lineaarijohteita, urakuulalaakereita ja neulapainelaakereita. Liikkeiden voimansiirto oli toteutettu hammashihnoin, kierukkaruuvilla ja liikeruuvilla. Työssä perehdyttiin myös magneettien mitoittamiseen vetovoiman ja liukumisen optimoimiseksi. Tämä tapahtui teoriaa tutkimalla, mutta pääasiallisesti toimivan laitteen avulla testaamalla. Erilaisia kokoluokkia ja yhdistelmiä vaihdeltiin. Palettien liikuttelussa tuli etsiä sopiva magneettien yhdistelmä kitkan minimoimiseksi, mutta vetovoiman maksimoimiseksi. Näin liikkeestä saadaan tasainen.
Työn tuloksena saatiin toimiva automaattinen syöttölaite ja siihen liittyvät 3D-mallit ja työpiirustukset. Syöttölaitteen testaamisen aikana todettiin kuitenkin kehittämisen kohteita toimilaitteiden toiminnasta. Myöskään palettien liike ei ollut aivan riittävän tasainen. Toimilaitteiden voimansiirtomekaniikkaa tulee parantaa seuraavaan syöttölaitteeseen joko toleroinnin tai säätömahdollisuuksien avulla ahdistuksen ja hyötysuhteen heikkenemisen poistamiseksi. Myös magneetteihin ja liukupintoihin pitää vielä perehtyä syöttölaitteen toiminnan parantamiseksi.
The purpose of this thesis was to design an intelligent feeder based on a prototype built in the company earlier. The intelligent feeder was part of a customer project in 2015. The idea behind the intelligent feeder was to have a feeder that was easy to clean and what was suitable for laboratory conditions. Therefore tracks were not an option.
In this intelligent feeder special palettes move on top of a glass plate and carry different objects of choice. Palettes are moved from underneath the glass using only magnetism as an anchor for the palettes. The robot underneath the glass had both rotational and linear motion in the direction of four axes. Palettes were slid on top of the glass on plastic feet that were made from POM plastic
The design work was done mainly in the spring of 2015 in the Ginolis Ltd. Oulunsalo offices in co-operation with the automation and mechanical engineers in the company. The result of this thesis work was a fully automated, all-electric feeder.
The final product was a functional feeder although it had its faults. Problems were found for example in the design of different actuators and in magnetic force calculations in action. Power trans-mission in the actuators had unnecessary stress causing loss in efficiency and due to imperfect magnetic combinations, the movement of the palettes was not steady enough. Nevertheless, after testing a lot of important information was produced to make the later intelligent feeders even better.