Putkituotannon pyörrevirtatarkastuksen kelan säätöjärjestelmä
Hintikka, Vili (2025)
2025
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-2025102926684
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025102926684
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tuottaa putkituotantoon pyörrevirtatestauksen kelalle digitaalimittauksella varustettu säätöjärjestelmä, joka varmistaa kelan ja valmistetun putken välisen etäisyyden pysymisen noin 4 mm:n etäisyydellä. Lisäksi säätöjärjestelmästä piti suunnitella sellainen, että se kestää hankalia olosuhteita.
Opinnäytetyössä perehdyttiin materiaalia rikkomattomaan testausmenetelmään, NDT-tarkastukseen, joka on tärkeässä roolissa etenkin materiaalien valmistusteollisuudessa. NDT-tarkastuksilla varmistetaan laadun lisäksi tuotteen käyttöturvallisuus. Työssä tarkasteltiin materiaalia rikkomattomista testausmenetelmistä etenkin pyörrevirtatarkastusta. Pyörrevirtatarkastuksessa tutkitaan sähköä johtavan materiaalin poikkeavuuksia magneettikentän muutosten avulla.
Lisäksi opinnäytetyössä selvitettiin eri tapoja mitata etäisyyttä digitaalisesti. Etäisyyden mittaamiseen käytetyistä antureista tässä työssä tarkasteltiin optiikkaan, ultraääneen sekä induktanssiin perustuvia antureita. Tarkastelussa oli myös mukana magnetostriktiivinen lineaarianturi. Putkituotannon tekniikkaa käytiin läpi sen verran, mitä lukijan on olennaista tietää ymmärtääkseen projektin tarkoitus. Lisäksi työssä käytiin läpi sähkösuunnittelun perusteita sekä IO-Link-väylätekniikkaa.
Työn toteutusvaiheessa määriteltiin säätöjärjestelmälle vaatimusmäärittely ja suunniteltiin projektiaikataulu. Säätöjärjestelmä toteutettiin SSAB Europe Oy Hämeenlinnan putkitehtaan H4-linjalle. Olennainen osuus työn onnistumisessa oli testata eri anturityyppejä todellisessa ympäristössä. Testissä kaikilla antureilla todettiin olevan hyviä ja huonoja puolia. Parhaiten testeissä suoriutui kapealla äänikeilalla varustettu ultraäänianturi ja testiin perustuen säätöjärjestelmä toteutettiin ultraäänianturilla. Ultraäänianturin heikkoutena pidettiin sen herkkää rakennetta, mutta anturin ympärille kehitetyllä lisäsuojalla uskottiin olevan tarpeeksi suojaava vaikutus.
Anturin mittaustulosta käsiteltiin logiikassa ja anturin todellisesta etäisyydestä luotiin indikointi operaattorin valvomoon. Anturin kommunikaatio ohjelmoitavan logiikan välillä toteutettiin IO-Link-väylällä.
Toteutunut säätöjärjestelmä vastasi suunniteltua ja täytti luodun vaatimusmäärittelyn. Järjestelmän toiminnan seuraaminen jäi asiakkaalle ja jatkoseuranta näyttää, kestääkö anturi vaikeita olosuhteita. Jos toteutettu järjestelmä ei olisi pitkällä aikavälillä toimiva, todettiin vaihtoehtoiseksi ratkaisuksi kokeilla laserantureilla tai lineaarianturilla mittauksen toteuttamista.
Opinnäytetyössä perehdyttiin materiaalia rikkomattomaan testausmenetelmään, NDT-tarkastukseen, joka on tärkeässä roolissa etenkin materiaalien valmistusteollisuudessa. NDT-tarkastuksilla varmistetaan laadun lisäksi tuotteen käyttöturvallisuus. Työssä tarkasteltiin materiaalia rikkomattomista testausmenetelmistä etenkin pyörrevirtatarkastusta. Pyörrevirtatarkastuksessa tutkitaan sähköä johtavan materiaalin poikkeavuuksia magneettikentän muutosten avulla.
Lisäksi opinnäytetyössä selvitettiin eri tapoja mitata etäisyyttä digitaalisesti. Etäisyyden mittaamiseen käytetyistä antureista tässä työssä tarkasteltiin optiikkaan, ultraääneen sekä induktanssiin perustuvia antureita. Tarkastelussa oli myös mukana magnetostriktiivinen lineaarianturi. Putkituotannon tekniikkaa käytiin läpi sen verran, mitä lukijan on olennaista tietää ymmärtääkseen projektin tarkoitus. Lisäksi työssä käytiin läpi sähkösuunnittelun perusteita sekä IO-Link-väylätekniikkaa.
Työn toteutusvaiheessa määriteltiin säätöjärjestelmälle vaatimusmäärittely ja suunniteltiin projektiaikataulu. Säätöjärjestelmä toteutettiin SSAB Europe Oy Hämeenlinnan putkitehtaan H4-linjalle. Olennainen osuus työn onnistumisessa oli testata eri anturityyppejä todellisessa ympäristössä. Testissä kaikilla antureilla todettiin olevan hyviä ja huonoja puolia. Parhaiten testeissä suoriutui kapealla äänikeilalla varustettu ultraäänianturi ja testiin perustuen säätöjärjestelmä toteutettiin ultraäänianturilla. Ultraäänianturin heikkoutena pidettiin sen herkkää rakennetta, mutta anturin ympärille kehitetyllä lisäsuojalla uskottiin olevan tarpeeksi suojaava vaikutus.
Anturin mittaustulosta käsiteltiin logiikassa ja anturin todellisesta etäisyydestä luotiin indikointi operaattorin valvomoon. Anturin kommunikaatio ohjelmoitavan logiikan välillä toteutettiin IO-Link-väylällä.
Toteutunut säätöjärjestelmä vastasi suunniteltua ja täytti luodun vaatimusmäärittelyn. Järjestelmän toiminnan seuraaminen jäi asiakkaalle ja jatkoseuranta näyttää, kestääkö anturi vaikeita olosuhteita. Jos toteutettu järjestelmä ei olisi pitkällä aikavälillä toimiva, todettiin vaihtoehtoiseksi ratkaisuksi kokeilla laserantureilla tai lineaarianturilla mittauksen toteuttamista.