Cyber Micro Weld

precyzyjne zgrzewanie quasi-jednoczesne
z zintegrowanym systemem kontroli jakości

O projekcie

Wybierz język:
       

Przedmiotem projektu jest przeprowadzenie badań przemysłowych i prac rozwojowych nad opracowaniem wysoko-precyzyjnych, wieloelementowych zgrzewarek bazujących na innowacyjnym półprzewodnikowym systemie sterowania, który umożliwi wykonywanie wieloelementowych części zgrzewanych w jednym cyklu pracy podzielonym na sterowane przez mikroprocesor mikrocykle zgrzewania. Dodatkowo, system kontroli monitorować będzie kinetykę narastania prądu w każdym z mikrocykli, co pozwoli na aktywne korekty wykonywanych zgrzein w trakcie ich formowania i wprowadzanie korekt na bieżąco w trakcie procesu, a nie po jego zakończeniu, gdy już nie ma możliwości wykonania korekty zgrzeiny. Proponowane rozwiązanie zostało opracowane w wyniku własnych prac B+R i stanowi przełomowe oraz nieznane dotąd podejście do procesu zgrzewania oraz systemu jego kontroli.

Zastosowanie tego rodzaju zgrzewarek będzie miało szczególne znaczenie w produkcji elementów złożonych i o wysokim stopniu precyzji m.in. w branży automotive oraz AGD. Wdrożenie wysoko-precyzyjnych urządzeń zgrzewalniczych w procesie produkcji elementów dla przemysłu wprowadzi nowy standard jakości, a jednocześnie ograniczy liczbę wadliwych elementów, zmniejszając tym samym ilość odpadów produkcyjnych i zapotrzebowanie na surowiec. Dodatkowo, nowoczesne narzędzia przyspieszą i zautomatyzują proces produkcji, a także obniżą jego kosztowność.

Cel główny projektu

Celem głównym projektu jest opracowanie nowego produktu w postaci innowacyjnej zgrzewarki wielopunktowej, który zamierzamy osiągnąć w wyniku zaplanowanych prac B+R. Prace te zostały podzielone na 4 etapy, w które wchodzą badania przemysłowe i prace rozwojowe. W ich trakcie zostaną opracowanie i przetestowane kluczowe elementy technologii, wykonane prototypy urządzenia oraz przeprowadzone testy w warunkach rzeczywistych. Zaprojektowane rozwiązanie zostanie wdrożone do działalności gospodarczej Wnioskodawcy, znacząco podnosząc konkurencyjność i innowacyjność naszej firmy na tle całej branży.

Proponowane rozwiązanie ma na celu eliminację kluczowych oraz powszechnych problemów technologicznych w znanych na rynku zgrzewarkach. Nowe rozwiązanie pozwala na zastosowanie układu elektronicznego, który przełącza prąd między poszczególnymi gałęziami narzędzia, dociskając jednocześnie wszystkie elementy zgrzewane. W ten sposób powstaną mikrocykle zgrzewania, których częstotliwość – w zależności od poszczególnych przypadków – wynosić będzie od 10 Hz do 10 kHz.

Takie rozwiązanie pozwala na

icon-s

Ograniczenie

Ograniczenie prądu zgrzewania do prądu pojedynczej zgrzeiny
icon-s

Uproszczenie

Maksymalne uproszczenie narzędzia poprzez redukcję liczby dodatkowych ruchomych elementów
icon-s

Formowanie jednoczesne wszystkich zgrzein

Co w przypadku np. niewłaściwego kontaktu przy wstępnym umieszczeniu detali w narzędziu będzie skorygowane w samym procesie zgrzewania podczas dociskania do siebie detali
icon-s

Wykonywanie

Wykonywanie wielu zgrzein w jednym cyklu produkcyjnym.

W proponowanym rozwiązaniu problem braku kontroli w trakcie trwania procesu zostanie wyeliminowany poprzez zastosowanie precyzyjnego czujnika odległości oraz zmniejszenie siły docisku w ostatniej fazie procesu zgrzewania. W konsekwencji, urządzenie będzie w stanie samodzielnie dokonać kontroli procesu produkcyjnego i już w jego trakcie wdrożyć korekty, co pozwoli na niemal całkowite wyeliminowanie wyrobów niezgodnych (ewentualne niezgodności mogą wynikać z błędnego doboru parametrów produkcji).

Zastosowanie omawianego układu jest trudne w przypadku tradycyjnych narządzi zgrzewających składających się ze skomplikowanych układów dociskowych. W związku z tym, w projekcie zostanie zaproponowana zupełnie nowa, uproszczona konstrukcja urządzenia.

Nowe narzędzie pozwoli na wykonanie w jednej operacji wielu zgrzein jednocześnie, a także zminimalizuje wpływ prądów upływu. Nie będzie to wymagało zastosowania dodatkowych części elektronicznych (jak pary elementów kluczujących), a jedynie pojedynczych fragmentów, co dodatkowo uprości konstrukcję i obniży koszty wytworzenia. Zastosowanie dwóch płyt dociskowych, zamocowanych bezpośrednio do głównego siłownika zgrzewarki, pozwoli na łatwe i tanie wykorzystanie środków kontrolujących proces zgrzewania w postaci czujnika odległości.

Nowo projektowane urządzenie składa się z następujących modułów:

01.

Opartego na własnej kompilacji systemu android, umożliwiającego nie tylko integrację z innymi urządzeniami, a także łatwą rozbudowę o kolejne funkcjonalność.

02.

Systemów do telemetrii działające po protokołach TCP/IP, CAN, ProfiBus oraz GPRS, umożliwiających komunikację nie tylko w obrębie zakładu produkcyjnego, ale również automatyczną z serwisem oraz przekazywanie danych do centralnych systemów zarządzania produkcją.

03.

Modułów szybkich wyjść cyfrowych, zaopatrzonych w półprzewodnikowe wzmacniacze do sterowania tranzystorami IGBT, przeprowadzających proces quasi-jednoczesnego, wieloelementowego zgrzewania.

04.

Opracowania układu pomiarowego do precyzyjnego i szybkiego mierzenia prądu zgrzewania współpracującego z projektowanym sterownikiem.Pomiar prądu jest niezwykle ważnym elementem i w przypadku projektowanego rozwiązania będzie wykonywany na dwa niezależne sposoby: w źródle prądowym, gdzie pomiar będzie przeprowadzony podobnie jak w standardowych rozwiązaniach oraz przez pomiar przy pomocy osobnych pętli indukcyjnych, zamontowanych na każdej z gałęzi zgrzewających poszczególne detale.

To pozwoli nie tylko kontrolować sumaryczny prąd zgrzewania, ale również dynamikę narastania prądu oraz jego szczytowe wartości na każdej z gałęzi zgrzewania, które będą świadczyć o jakości wykonanej zgrzeiny na poszczególnych elementach.

05.

Opracowania systemu laserowego mierzącego odległości między narzędziami zgrzewającymi.
Układ do precyzyjnego pomiaru odległości pomiędzy narzędziami zgrzewalniczymi będzie wykorzystany w systemie kontroli jakości na trzy sposoby:

  • Pierwszym zastosowaniem będzie pomiar wstępnego docisku detali i zgniecenia garbów zgrzewalniczych. W przypadku odchyłek od zakładanej wartości przemieszczenia dla danego procesu możliwe będzie określenie, czy detale umieszczone w urządzeniu wykonane zostały we właściwych tolerancjach co pozwoli na 100% kontrolę jakości detalu przy braku konieczności wykonywania dodatkowego procesu kontrolującego.
  • Drugim sposobem będzie pomiar dynamiki formowania się zgrzeiny w czasie procesu zgrzewania, a następnie wykorzystanie jako trigger do zmiany siły docisku.
  • Po procesie, a być może jeszcze nawet w jego trakcie, nastąpi kontrola jakości – co automatycznie wydłuży cykl zgrzewania w przypadku nieosiągnięcia docelowej odległości między narzędziami zgrzewalniczymi. Kontrola posłuży do oceny jakości zgrzanego detalu. Jeśli odległość nie będzie w zadanych granicach – operator będzie informowany o możliwym błędzie procesu zgrzewania.

06.

Badania modułu dynamicznej zmiany siły docisku w trakcie procesu zgrzewania.
Podczas procesu zgrzewania jednym z bardzo niekorzystnych zjawisk jest wyprysk zgrzeiny. Jest on wynikiem nadmiernego rozgrzania spoiny przy jednoczesnej dużej sile docisku. Projektowany układ będzie starał się dynamicznie kontrolować, w trakcie procesu, obie te wartości. Z jednej strony, podjęta zostanie próba kontroli siły docisku (co jest to dość kłopotliwe z uwagi na dużą inercję układu – duża masa elementów i duże siły w układzie) oraz bardzo dynamicznego zmniejszenia prądu przepływającego przez spoinę po jej upłynnieniu (co objawia się szybką zmianą odległości między narzędziami zgrzewalniczymi – dlatego system zarządzania procesem zgrzewania jest tak skomplikowany).

07.

Badania nad ultradźwiękowym systemem kontroli docisku oraz kontroli zgrzeiny po procesie.

Układ, nad którym są prowadzone badania, składać się będzie z zabudowanych w narzędziach zgrzewalniczych nadajników i odbiorników ultradźwięków, które będą przeprowadzały dwie analizy częstotliwościowe: po przyłożeniu docisku do detali oraz po wykonaniu zgrzewania. Analiza częstotliwościowa badać będzie częstotliwości rezonansowe detalu. W ten sposób przed procesem zgrzewania określić będzie można równomierność docisku poszczególnych detali, co jeszcze przed wykonaniem zgrzeiny pokazywać będzie dane z kontroli jakości geometrii zgrzewanych elementów, a po procesie zgrzewania – wstępnie określi jakość powstałych spoin.

Program Operacyjny Inteligentny Rozwój 2014-2020

Przedsiębiorstwo Aparatury Spajalniczej „ASPA” Sp. z o.o. realizuje projekt „Cyber Micro Weld – wysokowydajny system wieloelementowego spajania w oparciu o cyfrowy proces sterowania mikrocyklami impulsów prądowych i trójstopniowy system kontroli spoiny w ramach Działania 1.1 Projekty B+R przedsiębiorstw, Poddziałanie 1.1.1 Badania przemysłowe i prace rozwojowe realizowane przez przedsiębiorstwa w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014 – 2020.

 

Numer umowy: POIR.01.01.01-00-0995/17-00

Wartość projektu: 9 393 364,77 zł

Wkład Funduszy Europejskich: 6 016 077,18 zł

 

Celem projektu jest opracowanie nowego produktu w postaci wysokowydajnego systemu do jednoczesnego wieloelementowego zgrzewania rezystancyjnego.

 

W projekcie zaplanowano przeprowadzenie prac rozwojowych (2 etapy), badań przemysłowych (2 etapy), oraz prac przedwdrożeniowych (1 etap). Efektem zaplanowanych prac B+R będzie powstanie 5 prototypów urządzeń wraz z dokumentacją techniczną, a efektem prac przedwdrożeniowych będzie głównie przeprowadzenie działań związanych z procesem certyfikacji maszyny. Produkt powstały w wyniku badań będzie gotowy do wprowadzenia na rynek, a jego wdrożenie nastąpi w działalności gospodarczej Wnioskodawcy, znajdującej się na terenie RP.

 

 

Projekt współfinansowany przez Unii Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014 – 2020. Projekt realizowany w ramach konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju Szybka Ścieżka.
polski