Projekt 59: Schraubensortieranlage
Autoren: Dominik Greune, Robin Lehmann
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel
(Quelle: Eigene Darstellung)
Einführung
Im Rahmen des Elektrotechnik Fachpraktikums war es Aufgabe, ein Projekt zu entwickeln und dieses im vorgegeben Zeitraum umzusetzen. Die Idee einer Schraubensortieranlage kam nach einem absolvierten Praxissemester bei der Firma Bulten GmbH in Bergkamen. Da es sich bei dem Projekt um ein mechatronisches System handeln muss, eignet sich ein Schraubensortieranlage besonders gut. Zwei der drei Teilbereiche der Mechatronik, der Maschinenbau und die Informatik, werden in dem Projekt direkt umgesetzt. Den dritten Bereich, die Elektrotechnik, übernimmt in diesem Projekt LEGO MINDSTORMS, mit welchem das Projekt umgesetzt wurde. Zudem konnten die erlernten Inhalte des Studienschwerpunktes Global Production Engineering mit in das Projekt einfließen.
Projektplanung und Projektorganisation
Da es sich um ein selbst entwickeltes Projekt handelt, war die Zustimmung des betreuenden Professors nötig. Das Projekt gab es zuvor noch nicht an der Hochschule Hamm-Lippstadt. Daher gab es keine Vorlagen an denen sich orientiert werden konnte. Der nebenstehende Projektplan zeigt die verwendete Zeit der einzelnen Arbeitsschritte in Form einer Gantt-Chart.
Konstruktion
Die Konstruktion nahm mit 91 Tagen, wie in der Gantt-Chart dargestellt, den größen Anteil der zur Verfügung stehenden Zeit ein.
Verwendete Bauteile
- 1x LEGO MINDSTORMS Basisset (9797) NXT
- 1x LEGO MINDSTORMS Ergänzungsset (9648/9695) NXT
- 1x LEGO MINDSTORMS Light Sensor (9844) NXT
- 4x Febrotec Schraubendruckfeder RDF1409
- 15x Sechskantschraube M12x45 - 10.9, bereitgestellt durch die Firma Bulten GmbH
- 15x Sechskantschraube M12x90 - 10.9, bereitgestellt durch die Firma Bulten GmbH
- Polytetrafluorethylen-Gleitklebeband, bereitgestellt durch die Firma DuPont de Nemours
- Rödeldraht
Aufbau
Die Sortieranlage besteht aus einer Schraubenzuführung. Diese ist leicht abschüssig ausgerichtet, damit die Schrauben ohne Antrieb zum nächsten Abschnitt gelangen. Um die Rutschfähigkeit der Zuführung zu verbessern, sind die Auflageflächen mit Polytetrafluorethylen-Gleitklebeband (PTFE-Gleitklebeband) abgeklebt, um einen viel geringeren Reibungskoeffizienten μ als die LEGO-Bausteine zu ermöglichen.
Über die Zuführung gelangen die zu sortierenden Schrauben auf ein motorisiertes Fließband. Ein Lichtsensor erfasst die einzelnen Schrauben und stoppt das Fließband sobald eine Schraube in den nächsten Abschnitt, der selbst konstruierten Waage, gelangt ist. Dabei registriert der Lichtsensor beim passieren einer Schraube eine stark erhöhte Lichtstärke. Diese entsteht durch die metallische Oberfläche des Schraubenkopfes, welche das ausgestrahlte Licht deutlich stärker reflektiert als das schwarze Gummi-Fließband.
Der an das Fließband anschließende Abschnitt besteht aus der eigentlichen Sortieranlage. Diese setzt sich aus einer selbst konstruierten Waage und einer Motoreinheit zusammen. Letzteres besteht aus einem Motor, welcher eine Blockade antreibt, und einem Motor, der die gesamte Waage zur Seite bewegen kann. Da die Schrauben für einen Moment auf der Waage verweilen müssen, um gewogen zu werden, anschließend selbige ohne Antrieb verlassen müssen ist die Waage ebenfalls abschüssig konstruiert. Um die Schrauben, unabhängig von ihren unterschiedlichen Eigenschaften, immer an der selben Position für den Wiegeprozess zu stoppen ist eine nach unten absenkbare Blockade installiert.
Die Waage besteht aus einem weiteren Lichtsensor, welcher fest an dem Fahrgestell der Waage montiert ist. An der Wiegeeinrichtung, welche durch vier Schraubendruckfedern vom Fahrgestell abgekoppelt ist, befindet sich ein Kasten. Der Lichtsensor strahlt sein rotes Licht in diesen Kasten und misst die vom Kasten reflektierte Lichtstärke. Befindet sich eine Schraube auf der Waage, so sinkt durch das Gewicht der Schraube in Kombination mit den vier Federn der Kasten um einen bestimmten Wert nach unten. Dadurch nimmt die reflektierte Lichtstärke geringfügig zu.
Über die Formel F = c x s sowie m = F / g ergibt sich m = (c x s) / g mit g = 9,81 m/s2 und c = 0,022 N/mm2 kann das Gewicht der jeweiligen Schraube berechnet werden. Für das aktuelle System wird nicht das Gewicht der verschiedenen Schrauben errechnet, sondern lediglich die Differenz zwischen der aktuellen Schraube und einer Referenzschraube. Wird eine Abweichung registriert wird die gesamte Wiegeeinrichtung Mittels Motor zur Seite gefahren, sodass die Schraube in einen anderen Behälter fallen kann.
Programm
Das Programm ist mit Bricx Command Center geschrieben.
Optimierungen
Fazit
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