Einreichung. HTBLA Kaindorf 5 BHMIA. Hartner Michael. Name des betreuenden Professors DI Gerald Schnur. Einreichendes Fachgebiet Industrietechnik

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1 Einreichung HTBLA Kaindorf 5 BHMIA Grazer Straße 202 / 8530 Kaindorf Hartner Michael Theissl Mario Name des betreuenden Professors DI Gerald Schnur Einreichendes Fachgebiet Industrietechnik Thema der Projektarbeit RTTM ROOF TILE TESTING MACHINE 1

2 Stammblatt der Schüler Unsere Kontaktdaten: Vor- und Zuname des Schülers Hartner Michael Vor- und Zuname des Schülers Theissl Mario Wohnadresse Stullneggstraße t Schwanberg Wohnadresse Waldstraße Schwanberg Telefonnummer 0664 / Telefonnummer 0650 / Mobilfunknummer - Mobilfunknummer Adresse harmiy08@htlkaindorf.atat hartner.michael94@gmail.com -Adresse themay08@htlkaindorf.at at 2

3 Eidesstattliche Erklärung Wir erklären eidesstattlich, dass wir die Arbeit selbständig angefertigt, keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen Hilfsmittel benutzt und alle aus ungedruckten Quellen, gedruckter Literatur oder aus dem Internet im Wortlaut oder im wesentlichen Inhalt übernommenen Formulierungen und Konzepte gemäß den Richtlinien wissenschaftlicher Arbeiten zitiert, durch Fußnoten gekennzeichnet bzw. mit genauer Quellenangabe kenntlich gemacht haben. Durch unsere Signatur berechtige wir die Bosch Gruppe, die Einreichung zeitlich und räumlich unbeschränkt entweder selbst oder durch von ihr beauftragte Dritte unter Nennung der Urheber in Druckwerken, Internet, auf elektronischen Datenträgern sowie in der darauf bezogenen Werbung zu veröffentlichen. Datum Unterschrift der Schüler Hartner Michael Theissl Mario 3

4 Projekt Kurzbeschreibung Das Ziel unserer Diplomarbeit war es, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels akustischer Resonanzanalyse vollautomatisch ti zu realisieren. i Es können verschiedenste Werkstoffe wie Keramik-, Sinter-, Spritz- und Druckgussteile auf Rissfreiheit geprüft werden. Das Werkstück wird mittels eines elektromagnetischen Hammers angeklopft und somit in Schwingung versetzt. Der dadurch entstehende Klang wird mit Hilfe eines Mikrofons erfasst und an das Messprogramm übermittelt. Dieses Klangbild wird mit einer FFT-Analyse ausgewertet und das Frequenzspektrum des Werkstückes mit einer Referenz verglichen. Hierzu entwickelten wir einen Anlagenprototypen, auf welchem verschiedenste Werkstücke erfolgreich geprüft werden konnten. 4

5 Inhaltsverzeichnis Zielesetzung Ideenfindung Prototyp Elektromagnetischer ti Hammer Mikrofon Klangaufnahme Kommunikation Lab View Java Benutzeroberfläche Mikrocontrollersteuerung Planung der Industrieanlage Erklärung Konstruktion 5

6 Zielsetzung Das Ziel unserer Diplomarbeit ist die Automatisierung der zerstörungsfreien Prüfung von keramischen Werkstücken. Ziele: Entwurf der Steuerung Entwicklung der Platinen und Produktion Kommunikation zwischen den Komponenten (TCP/IP ; RS232) Messtechnische Realisierung Lab View Programmierung: Java, C Konstruktion und Fertigung des Prototypen Planung einer vollautomatischen Prüfanlage für die Industrie (CAD) 6

7 Projekt Ideenfindung: Der Grundgedanke einer vollautomatischen Qualitätsprüfung ist uns bei einer Exkursion in eine Ziegelei im Jahr 2008 gekommen. Dort werden Dachziegel noch manuell angeklopft und über den so entstehenden Klang auf gut oder schlecht ausgewertet. In den folgenden HTL-Jahren haben wir mit der Entwicklung eines Prüfstandes begonnen. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors, welcher auf den Ziegel geklebt wurde, konnten erste Versuche gemacht werden. Anschließend werteten wir das Messsignal mit einer FFT-Analyse im Programm Lab View aus und stellten das Frequenzspektrum in einem Graphen dar. Im Zuge unserer Diplomarbeit perfektionierten wir die Qualitätsprüfung. So verknüpfen wir das Messprogramm Lab View mit einer benutzerfreundlichen Java-Oberfläche. Die Hardwaresteuerung des Prototypen wurde mit einer selbstentwickelten Mikrocontrollersteuerung realisiert. 7

8 Projekt - Prototyp Um das Prinzip der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zu demonstrieren, haben wir uns entschieden einen Prototypen zu bauen. Der Prototyp ist für die Prüfung keramischer sowie metallischer Werkstücke ausgelegt. Der Versuchsaufbau wurde so aufgebaut, dass verschiedene Werkstücke mit unterschiedlichen geometrischen Formen geprüft werden können. Ebenso wurde der elektromagnetische Hammer, der für das Anklopfen des Werkstückes zuständig ist, selbst konstruiert und gebaut. 8

9 Projekt elektromagnetischer- Hammer Der Elektromagnet wurde eigens für diese Anwendung entwickelt. Die Besonderheit des Elektromagneten ist die gute Dynamik bei einem Hubweg von 80mm. Wir nutzten sechs übereinander angeordnete Ringmagnete, die in einem zeitlich gesteuertem Abstand bestromt werden. So wird der magnetische Anker in die Spulen gezogen. Auf der Sitze des Ankers montierten wir einen Polymere- Kunststoff-Aufsatz, welcher hervorragende Rückstoßeigenschaften und geringen Verschleiß aufweist. Vorteile: kein Verschleiß hohe Dynamik großer Hubweg geringe Kosten einfache Ansteuerung 9

10 Projekt Klangaufnahme Mit Hilfe eines handelsüblichen Mikrofons wird der Ton des Werkstückes aufgenommen und an das Messprogramm LabView übergeben, wo eine FFT-Analyse durchgeführt und das daraus resultierende Ergebnis ausgewertet wird. Das Mikrofon wandelt den Schalldruck des Klanges in eine Kapazitätsänderung um, welche mit der Audiokarte des Computers ausgewertet werden kann. Vorteile: bei jedem PC anwendbar billig einfache Auswertung 10

11 Projekt - Kommunikationsschema 11

12 Projekt Lab View Mit Hilfe des Programmes Lab View wird das Frequenzspektrum des Werkstückes nach einer FFT Analyse ausgewertet. Das Programm kommuniziert mit dem Java Programm, in dem die Visualisierung realisiert wurde und eine GUT SCHLECHT Analyse durchgeführt wird. 12

13 Projekt Benutzeroberfläche Java Kommunikation Lab View Java : TCP IP Mikrocontroller Java: RS232 Programmmenü Messung starten / stoppen Neues Bauteil anlegen Grenzen, Referenzbild, Werkstückinformationen(Name, Type, Werkstoff, Charge) Werkstückparameter einstellen Arbeiter festlegen Schichtleiter, Prüfer Schnittstellen parametrieren 13

14 Projekt Java - Benutzeroberfläche 14

15 Projekt - Mikrocontrollersteuerung Die Steuerung des Prototypen wurde selbst entwickelt und hergestellt. Die Steuerung erfolgt über einen ATmega2560 Mikrokontroller von Atmel. Hierzu haben wir ein fertig bestücktes Board gekauft, bei dem 54 I/O Pins auf die Buchsenleisten herausgeführt sind. Die Kommunikation mit dem PC erfolgt über die serielle Schnittstelle des Computers. Die Programmierung erfolgte über das AVR- Studio5 mit der Programmiersprache C. 15

16 Projekt Planung einer Industrieanlage Wir entwickelten ebenso eine vollautomatische Qualitätsprüfanlage für die Industrie. Hierzu mussten wir die Abfallförderbänder sowie die gesamte Prüfanlage im Solid Works konstruieren. Diese Anlage besitzt noch eine zusätzliche geometrische Vermessung mittels Triangulationssensoren. Die Steuerung wurde so ausgelegt, dass sie einfach von der Prozessleitung aus zu steuern ist. 16

17 Projekt Industrieanlage CAD - Konstruktion 17

18 Technische Beschreibung und Listung der Anlagen Folgende Anlagen haben wir Ihnen zu unserer Einreichung i beigelegt: 1. Einreichunterlagen in ausgedruckter Form 2. CD mit folgenden Inhalten: 1. Vorliegende Einreichunterlage als Powerpointdatei Theissl_Hartner_RTTM_Bosch.ppt 2. Film zum Prototypen und der Funktionen im Ordner Film 3. Fotos zur Entwicklungsphase und dem Projekt im Ordner Fotos 18

19 Zusammenfassung - Video 19