Introduzione

CiS.01 è un sistema per il riconoscimento automatico di fratture in componenti meccanici che possono presentarsi durante fasi di messa sotto carico.

CiS.01 è particolarmente idoneo per riconoscere fratture durante il raddrizzamento per piegatura di alberi di acciaio temprato.

Le particolarità che si presentano durante i relativi processi di produzione sono state prese in ampia considerazione nel dimensionamento del sistema di misurazione.

Migliaia di alberi di acciaio devono essere rottamati ogni giorno dall'industria automobilistica durante il processo di produzione perché non resistono alle alte sollecitazioni applicate durante il raddrizzamento per piegatura.

D'altra parte, il rischio di montare alberi difettosi in un cambio è costantemente presente, in quanto non è stato riconosciuto il danneggiamento subito dal componente meccanico nel corso della produzione.

Vantaggi

CiS.01 si applica per ottenere miglioramenti in due settori specifici:

1.        filtraggio totale dei componenti difettosi;

2.        preparazione ed approntamento di informazioni per ottimizzare il processo di produzione e per ridurre gli scarti.

Per ottenere questi vantaggi, nel CiS.01 sono state integrate nuove capacità relative ai seguenti aspetti:

·         riconoscimento ottimale del segnale (sensore, amplificatore, analisi)

·         adattamento della misura al particolare componente

·         complesse funzioni di autodiagnosi per la verifica della disponibilità

·         memorizzazione di tutti i dati di misura da utilizzare per l'analisi statistica

·         preparazione ed approntamento di tutte le informazioni (Intranet, e-mail, ecc.)

·         semplice uso grazie all'automazione di numerosi processi di configurazione

Analisi dei segnali

Il segnale sottoposto a trasduzione dal sensore viene amplificato e filtrato in funzione della frequenza, in modo da sopprimere innanzitutto le sue armoniche a bassa frequenza spesso derivanti da anomalie meccaniche.

Figura 1: ampiezza del segnale

Le parti di segnale di ampiezza maggiore del limite di disturbo ("Noise Limit", tipicamente pari al 2,5 ‰ del campo di misura) vengono sottoposte ad un'analisi dell'energia.

Una grande ampiezza del segnale porta ad un rapido aumento dell'energia del segnale stesso, mentre una piccola ampiezza fa aumentare l'energia molto lentamente.

Figura 2: energia del segnale

L'energia del segnale in caso di frattura del componente meccanico segue di regola l'andamento della curva riportata in figura.

Il componente viene considerato fratturato se la curva cresce oltre il valore limite dell'energia "Limit Crack".

Il componente viene considerato rotto se la curva cresce oltre il valore limite dell'energia "Limit Break".

Il valore limite per la soppressione del segnale si riferisce all'ampiezza del segnale.

I valori limite di frattura e rottura si riferiscono all'energia del segnale.

Una frattura viene riconosciuta chiaramente nell'intervallo inferiore del campo di misura dell'energia. La distanza tra l'energia di frattura e l'energia di rottura può essere scelta sufficientemente grande per poter distinguere chiaramente tra la frattura ed il segnale di rottura notevolmente maggiore.

Condizioni per un'alta precisione di riconoscimento

1.        Buon accoppiamento del sensore alla macchina

2.        Trasmissione ed amplificazione del segnale con basso livello di disturbi

3.        Parametrizzazione del sistema di misurazione in funzione del componente meccanico

4.        Costante sensibilità di misura dell'intero sistema di misurazione

Vi è tutta una serie di influenze che riducono la riconoscibilità di fratture durante il raddrizzamento per piegatura e che, se non tenute presenti, possono portare a risultati di misura scorretti

Sistemi del sensore

Tutti i sistemi composti da sensori piezoelettrici possiedono forti caratteristiche di risonanza in diversi intervalli di frequenza.

L'esatto andamento della curva di risonanza dipende innanzitutto dalla struttura del sensore specifico e viene influenzato inoltre dal montaggio sul componente di macchina e dal componente di macchina stesso.

Un'affermazione affidabile sulla sensibilità del sistema del sensore può essere quindi fatta solo al termine del suo montaggio definitivo sulla raddrizzatrice. Le misure di sensibilità in un campo di misura a bassa frequenza ed alle condizioni di laboratorio non consentono di trarre conclusioni esatte sulla risposta impulsiva del sensore impiegato alle condizioni di produzione.

Il CiS.01 risolve questo problema eseguendo la taratura del sensore direttamente dopo il montaggio sulla macchina.

L'impulso viene generato dal sensore di misura stesso.

Se l'eccitazione necessaria per la taratura fosse generata da un secondo attuatore impulsivo speciale, non sarebbe noto né il tipo di accoppiamento dell'attuatore né quello del sensore.

Il CiS.01 impiega il sensore di misura anche per generare l'impulso di eccitazione. In tal modo l'accoppiamento per l'eccitazione impulsiva e la misura della risposta impulsiva è identico e può essere quindi determinato senza ambiguità.

L'elemento piezoelettrico è integrato in un alloggiamento cilindrico di acciaio da bonifica.

L'alloggiamento viene fissato al componente di macchina per mezzo di una vite di fermo.

L'elemento di ceramica piezoelettrica al suo interno possiede quindi una grande superficie di contatto con il componente di macchina.

Non vi sono direzioni preferenziali per il montaggio del sensore CiS. 

La superficie di contatto deve essere il più possibile piana, levigata ed esente da impurità e rivestimenti che potrebbero attenuare la trasmissione del segnale.

La distanza di montaggio del sensore dall'albero è inversamente proporzionale all'energia ceduta da una frattura che il sensore è in grado di trasformare in segnale utile.

Disturbi del segnale

Il sistema di misurazione possiede amplificatori differenziali e traslatori che consentono la soppressione quasi totale dei disturbi.

Per tener conto dei disturbi di natura elettrica o meccanica a cui può essere soggetto il luogo di montaggio, il CiS.01 possiede di un sistema regolabile per la soppressione del segnale di disturbo.

Configurazione in funzione del componente meccanico

L'energia ceduta dal componente meccanico durante la formazione della frattura dipende principalmente dal precarico del componente stesso. Tale precarico dipende fortemente dalla resistenza alla trazione del componente ed in particolare dalla resistenza alla trazione del tratto di componente sollecitato a flessione.

Piccole sezioni del componente meccanico hanno complessivamente resistenze alla trazione diverse da quelle di grandi sezioni.

Le particolarità geometriche del componente possono portare alla riduzione della resistenza alla trazione.

Se necessario, il CiS.01 offre la possibilità di definire 15 configurazioni di misura diverse per lo stesso componente meccanico.

Le configurazioni di misura possono essere realizzate combinando diversamente le posizioni del punzone e dell'incudine contrapposto.

Per ogni posizione di misura si possono regolare singolarmente l'amplificazione del segnale, la soppressione del segnale di disturbo e le soglie di rifiuto per la frattura e la rottura (complessità diversa della struttura dell'albero, fori dell'olio, gole, ecc.).

Anche le condizioni di misura possono essere diverse per componenti meccanici diversi.

Il CiS.01 offre pertanto una memoria per 50 componenti diversi, nella quale si possono conservare le diverse parametrizzazioni in funzione delle posizioni definite per svolgere la misura.

Una volta eseguite, le parametrizzazioni eseguite possono essere ricaricate manualmente specificando la designazione del componente o indicando un numero di accesso alla raddrizzatrice.

Costante sensibilità di misura

Ad ogni cambio del componente meccanico (la raddrizzatrice trasmette un segnale di trasporto al CiS.01) viene eseguita un'autodiagnosi su tre livelli:

1.        con una misura di confronto capacitiva si controlla se il cavo del sensore è intatto e se il sensore è collegato elettricamente;

2.        eccitando il sistema di misurazione con un segnale elettrico sinusoidale di taratura si esegue il confronto tra la curva caratteristica del sistema di trasmissione ed curva di riferimento memorizzata nell'apparecchio;

3.        l'accoppiamento attuale tra il sensore ed il componente di macchina viene rilevato eseguendo una prova impulsiva e viene quindi confrontato con il valore determinato in fase di installazione.

Tali prove vengono eseguite in parallelo ad ogni cambio del componente per un numero massimo di 8 sensori collegati.

La sostituzione di sensori o l'esecuzione di trasformazioni della macchina che modificano l'accoppiamento tra il sensore e la macchina stessa comporta di solito la modifica della configurazione di misura e viene considerata dal CiS.01 come un disturbo.

In seguito ad una trasformazione senza sostituzione o scambio dei singoli sensori, l'accoppiamento può essere riportato nell'intervallo preassegnato controllando ed eventualmente modificando l'adattamento dei sensori.

Se ciò non è possibile, l'accoppiamento modificato deve essere memorizzato.

L'accoppiamento modificato influenza la sensibilità di misura: l'accoppiamento è direttamente proporzionale alla sensibilità.

Protezione contro l'accesso non autorizzato

Qualsiasi modifica della configurazione dell'apparecchio è protetta da un sistema di codici di accesso a 5 livelli.

Ciò consente di escludere che il personale non qualificato possa eseguire modifiche arbitrarie ed erronee.

Dati di misura per l'analisi statistica

Il CiS.01 possiede una memoria dei valori di misura che, a seconda della capacità prevista, è in grado di memorizzare i dati derivanti dalla misurazione di 400.000 componenti.

Per ogni componente meccanico sottoposto a misurazione vengono memorizzati un numero progressivo, un rimando al tipo di componente, la data e l'ora della misura, il numero di corse di raddrizzamento ed i risultati della misura. Ogni corsa di raddrizzamento viene inoltre memorizzata insieme al relativo risultato della misura.

Analizzando tali dati si possono riconoscere modifiche dei segnali di disturbo derivanti, ad esempio, dal cambiamento di utensili o dello stato della macchina in generale.

In tal modo si possono adottare provvedimenti precoci per compensare l'usura che influenza negativamente l'affidabilità della misura o il risultato del raddrizzamento (aumento di scarti, ecc.).

Le modifiche operate in fase di prefabbricazione diventano spesso evidenti solo osservando il risultato del raddrizzamento dei relativi componenti.

Un'analisi a lungo termine di tutti i dati di misura può contribuire ad individuare i vantaggi e gli svantaggi associati a modifiche effettuate in diverse fasi di processo.

Piccoli insiemi parziali dei dati statistici possono essere emessi su una stampante collegata alla porta parallela o su un terminale collegato alla porta seriale del CiS.01.

Per l'emissione di grandi quantità di dati statistici viene offerto un trasferimento dati basato sul protocollo FTP (File Transfer Protocol/Intranet, tecnologia Internet).

Nella trasmissione FTP, i dati vengono integrati in un file PC e possono così essere direttamente archiviati, documentati e sottoposti ad ulteriori analisi statistiche.

Informazioni sullo stato dell'apparecchio

Oltre alla trasmissione delle statistiche di misura, il collegamento in linea offre altri parametri di sistema, quali i valori di accoppiamento dei sensori o la parametrizzazione dei singoli componenti meccanici.

Il CiS.01 possiede inoltre un proprio WEB Server, il quale consente l'accesso protetto a quasi tutti i parametri dell'apparecchio e del componente meccanico.

L'accesso avviene mediante WEB Browser, per cui le impostazioni e le interrogazioni possono essere svolte comodamente con un PC o un Notebook attraverso un collegamento Intranet con il CiS.01.

Impostazioni: semplici ed automatiche

L'impostazione della sensibilità di misura e della soppressione del segnale di disturbo sia per le funzioni dell'apparecchio sia per la parametrizzazione dei singoli componenti meccanici è supportata da funzioni di apprendimento.

Tutte le impostazioni dell'apparecchio vengono eseguite per mezzo di parametri software che possono essere immessi dall'utente mediante tastiera o Web Browser.