Kääminvalmistuslaitteen ohjauksen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Tässä kandidaatintyössä dokumentoidaan erityiskäämejä valmistavan laitteen ohjauksen suunnittelu, toteutus, testaus ja lopputuloksen arviointi. Työn pääasiallisena tavoitteena on etsiä sopiva laitteisto, tuottaa kytkentä ja kirjoittaa koodi, jolla kone toimii vaadittujen periaatteiden mukaisesti. Ohjauksen suunnittelua varten perehdytään laitteiston ymmärtämistä helpottavaan kirjallisuuteen ja datalehtiin. Suunniteltu toimintaperiaate toteutetaan ja testataan. Testauksen aikana mahdollisesti löydetyt epäkohdat korjataan. Lopulta arvioidaan ohjauksen onnistuneisuutta ja esitetään parannusehdotuksia. Suunnittelussa päädyttiin kahden askelmoottorin käyttöön, joita ohjataan Arduino Mega -mikrokontrollerialustan avulla. Askelmoottoreiden ohjaimille lähetetään pulssisignaaleja siten, että ne suorittavat ennalta määritellyn liikeradan. Takaisinkytkentää varten laitteeseen sijoitettiin inkrementaalinen enkooderi sekä kaksi reed-kytkintä. Reed-kytkimet varmistavat, että laitetta ei ajeta ääriasentoihinsa ja enkooderin avulla varmistetaan, että pyörimisliike toteutuu suunnitellusti. Testauksen aikana havaittiin häiriösignaaleja, jotka korjattiin sekä lyhentämällä johtimia että muuttamalla kytkentää. Pyörimisliikkeen aikana pyöritettävän kappaleen kuuluisi pysyä keskitettynä pyörimisakselille, mutta tähän tavoitteeseen päästiin vain osittain. Tavoiteltu käämi valmistettiin onnistuneesti laitteella. Tulevaisuudessa laitetta voi parantaa esimerkiksi absoluuttisella enkooderilla, siirtämällä reed-kytkimet pyörivään kappaleeseen tai lisäämällä ylimääräisiä ohjaustapoja.

The design, implementation and testing of a control system for a coil winding machine is presented in this thesis. The main goal of the thesis is to find the applicable equipment, make a fitting circuit and write the program that will perform the required tasks. To understand the required equipment, literature on the subject and data sheets are read on. The design is implemented and tested, during which any errors are fixed. In closing the capabilities of the machine are reviewed and improvements are proposed. During the design process the use of two stepper motors was decided on. The motors are controlled with an Arduino Mega microcontroller board. The microcontroller sends short pulses to the stepper motor controllers and performs the determined motion cycle. An incremental encoder was connected to provide feedback data from the rotating axle. Two reed switches make sure that the machine won’t end up hitting its mechanical limits during use. Disturbance signals were present during the initial testing, a problem which was solved by shortening the wires and changing the circuit. During the rotating motion the rotated object was meant to stay exactly on the rotation axle. Due to the exact nature of the problem and the processing speed of the microcontroller, this goal was not entirely met. The requested coil was successfully made with the machine. In the future the machine can be improved for example by switching to an absolute encoder, by moving the reed switches to rest on the rotating object or by increasing the control options available to the user.