You probably do not come from: Sweden. If necessary, change to: United States

Vibrationsövervakning skyddar maskinverktyg

Den svenska fordonstillverkaren Scania är en av världens största tillverkare av nyttofordon och bussar men även av skepps- och industrimaskiner. I anläggningen i Stockholm produceras, bland annat, kraftfulla motorer för lastbilar och bussar. Givare övervakar den automatiserade produktionen.

Givarteknologin används för att förhindra produktionsavbrott. Den övervakar konstant maskinernas och installationernas tillstånd. Om gränsvärden överskrids får underhållspersonalen ett automatiskt meddelande eller, i kritiska situationer, kommer maskinen även att stoppas automatiskt för att undvika eventuella skador. Robert Bergkvist, automationsingenjör och ansvarig för IT- och automationsfrågor hos Scania berättar: "Vi använder t.ex. flödes- och nivågivare liksom vanliga induktiva givare för att behålla en överblick över våra produktlinjer. Dessutom är givarens data av väldigt stort värde för oss. De hjälper oss att ta alla möjliga beslut när det gäller underhållsalternativ. Datan är också väldigt hjälpfull när processer skall optimeras."

Diagnostiker förklaras med hjälp av exemplet av ett maskinverktyg

Scania använder otaliga maskinverktyg. Det verkar som om fräshuvudena skär igenom smör när de arbetar sig genom metallblock medan svarvstål skapar millimeterprecisa axlar och borrar placerar exakta borrhål. Alla processteg är helautomatiska och utförs av datorkontrollerade svarvar och fräsar. De skapar formar för cylindertoppar eller axlar för motorer på ett ögonblick.

För att kunna uppfylla de höga kvalitetsstandarderna måste maskinerna garantera en fel- och problemfri bearbetning av arbetsstycken. Den höga bearbetningshastigheten och de stora processkrafterna kräver ett snabbt reagerande diagnostiksystem som omedelbart upptäcker skador på verktyget eller kollisioner i maskinen så att den stoppas direkt för att förhindra skador på maskinen eller arbetsstycket. En permanent vibrationsdiagnostik har visat sig vara den ideala lösningen för att minska skador till ett minimum.

Pyttesmå fel, dramatiska konsekvenser

Man kan knappast föreställa sig hur stora processkrafterna verkligen är när man ser hur enkelt fräshuvudena skär igenom material med extrem rotationshastighet. Likväl är verktygen faktiskt utsatta för extrema mekaniska påfrestningar.

Även om deras kvalitet är den bästa kan ingen operatör förhindra att de går sönder under pågående användning. Även en pytteliten mekanisk defekt kan ha allvarliga konsekvenser om den uppstår under bearbetningsprocessen. T.ex. en avbruten tand i ett fräshuvud kan skada arbetsstycket och göra det oanvändbart. När detta händer på ett komplext arbetsstycke, så som en motorblock, kan skadan bli väldigt dyr. Inte enbart det dyra arbetsstycket blir oanvändbart utan även ett produktionsbortfall uppkommer. Produktionsprocessen skulle bli allvarligt avbruten.

Ovanlig vibration indikerar ett verktygsfel

Därför förser Scania sina verktygsmaskiner med ett automatiskt feldetekteringssystem. Det centrala i detta system är en högkänslig och extremt pålitlig vibrationsgivare från givarspecialisten ifm electronic.

"Vi övervakar vibrationen på motorspindeln för att kunna ersätta den i tid innan den går sönder. Därutöver visar diagnostikmjukvaran oss spindlarnas tillstånd och huruvida vi behöver anpassa eventuella processparametrar", förklarar Robert Bergkvist.

Tack vare givarens data kan processens effektivitet förbättras maximalt utan att riskera kritiska maskintillstånd så som att ett svarvstål körs för snabbt in i materialet.

Det är i en sådan situation ifm:s kompakta VSA-vibrationsgivare är till stor hjälp. Den är fast inskruvad i ett hål i spindelhuvudets hölje. Där identifierar den kontinuerligt tecken på vibrationer under bearbetningsprocessen. Den mikromekaniska accelerometern är så hyperkänslig att den även upptäcker de minsta obalanser som orsakas av en försvunnen tand i fräshuvudet som själv endast har en storlek på en millimeter. Förändringar i skärningskrafterna som t.ex. förorsakas av en trubbig borr eller för mycket spån, upptäcks och registreras som förändrade vibrationsegenskaper.

Individuella toleransgränser kan tilldelas för att läsa in verktyg, t.ex. för varningar och nivåer för avstängning. I det sist nämnda fallet blir verktygsspindeln stoppad via kommandot "stoppa spindel" så att huvudet kan tas bort från arbetsstycket. Denna säkerhet förhindrar att ett dyrt arbetsstycke skadas.

Kollisionsdetektering

En annan funktion inom vibrationsövervakning är detekteringen av kollisioner. När det gäller serieproduktioner testas vanligtvis hela fräs-, svarv- och borrprocessen med hjälp av simuleringssystem. Programrelaterade kollisioner mellan verktyg och arbetsstycke upptäcks tillförlitligt och tas hänsyn till i programmeringen. I synnerhet när individuella komponenter tillverkas kan programmeringsfel leda till kollisioner mellan verktyget och arbetsstycket eller maskindelar. I så fall stoppas maskinen så snabbt som möjligt för att minimera skador på maskinen och arbetsstycket.

Spindelövervakning

En annan skyddande funktion som ges av vibrationsdiagnostiken är övervakningen av spindeltillståndet. Vibrationsegenskaperna av ett rullager mäts i en referenskörning och sparas som "bra värde". Om lagren i en komplex spindel är utslitna så upptäcks det pga. ovanliga vibrationstecken. Om satta toleranser överskrids skickas ett felmeddelande. Det säkerställer en permanent tillståndsövervakning som ger operatören extra säkerhet.

Hur fungerar vibrationsdiagnostiker?

Vibrationsgivaren från ifm är en mikromekanisk accelerometer. Den upptäcker kontinuerligt vibrationer på icke-roterande maskinytor.

Den är ansluten till den motsvarande VSE-utvärderingsenheten. Utvärderingsenheten bedömer givarsignaler från upp till fyra vibrationsgivare och skickar dem direkt till maskinens kontrollsystem. Det säkerställer en enkel och stabil integrering.

För varje verktyg kan gränsvärdena för detekteringen av vibrationer och kollisioner lagras i maskinens styrenhet. För att kunna bestämma dessa på förhand utförs en programcykel i inläsningsläge. Separata vibrationsuppgifter kommer att lagras i styrenheten och tillhandahållas med justerbara toleransvärden. För varje ingrepp går det att ställa in ett gränsvärde.

Överskridna toleransvärden under bearbetningsprocessen tolkas som ett fel och kommer, beroende på vibrationens amplitud, att leda till ett varningsmeddelande eller även stoppa bearbetningsprocessen.

Slutförande

Verktygsbrott, kollision eller lagerskada: Processövervakning som baseras på vibrationsdiagnostik kan inte förhindra dem. Likväl, genom att stoppa maskinen kommer skadan inte bli värre medan ytterligare följdskador på arbetsstycket och maskinen kommer att förhindras effektivt. Kontinuerliga vibrationsdiagnostiker upptäcker även inneboende problem och utlöser ett varningsmeddelande till underhållspersonalen. Detta garanterar att maskinens kapacitet nyttjas fullt ut och att maskinen är maximalt skyddad.