Door: Redactie - 7 juli 2023 |
Niemand wil gekraak, gekras, geklop of gezoem horen tijdens het rijden. Maar hoe kan de subjectieve geluidsperceptie gekwantificeerd en objectief gemeten worden? thyssenkrupp Presta test dit door structuurgeluid te meten tijdens end-of-line tests. Joachim Sutterlüty, Karsten Mauersberger, Michael Sauerwein en Julius Ellmann hebben de vroegere externe elektronica vervangen door hoogwaardige ELM-meetklemmen in combinatie met TwinCAT Scope. Dit bespaart veel ingenieurswerk en tijd, evenals ruimte en geld.
Slechts enkele momenten zijn cruciaal in het leven van een stuursysteem – wanneer thyssenkrupp Presta het in een end-of-line testbank test, zoals bij elk stuursysteem het geval is. Naast diverse functionele tests speelt het geproduceerde geluid een essentiële rol. “Akoestische tests moeten ervoor zorgen dat bestuurders tijdens het rijden geen hinderlijke geluiden waarnemen”, legt Joachim Sutterlüty, hoofd automatisering bij thyssenkrupp Presta, uit. Het vertalen van deze geluidspercepties in meetbare waarden is de taak van de experts van het thyssenkrupp Presta Acoustic Center of Excellence. Samen met klanten analyseren en definiëren zij het geluidsgedrag vanaf de ontwikkelingsfase op prototypes en proefseries, en meten zij subjectieve akoestische eigenschappen in objectieve termen. Dit geluidsprofiel en de toegestane limieten vormen later de basis voor het meten van structuurgeluid in de productie.
Indien het geluidsspectrum van een stuursysteem buiten dit profiel ligt, wordt het van de testbank teruggestuurd naar een bewerkingsstation, waar het gemeten structuurgeluidsspectrum wordt gebruikt om te beslissen of het onderdeel moet worden aangepast of gedemonteerd. Zoals Joachim Sutterlüty zegt: “Met deze sensoren, in combinatie met de meetklemmen en de PC-based control van Beckhoff, kunnen we het geluid zo nauwkeurig evalueren dat de werknemer de oorzaak van het geluid nauwkeurig kan vaststellen op basis van het weergegeven spectrum.”
Er zijn veel prototypesproeven nodig voordat een dergelijk geluidsprofiel kan worden ontwikkeld. Daarom maakt thyssenkrupp Presta gebruik van een groot aantal testopstellingen in de prototypewerkplaats, waar de akoestiek van een stuursysteem wordt ontworpen. Deze moeten vervolgens in acht worden genomen in de volledig geautomatiseerde assemblagefabriek. “Aangezien de ontwikkeling ongelooflijk dynamisch is, met vaak veranderende varianten, hebben we een zeer hoge mate van flexibiliteit nodig,” zegt Joachim Sutterlüty. Daarom ontwerpt en automatiseert Presta alle testopstellingen volledig in eigen huis en koopt het alleen de mechanische opstelling en de elektrische componenten in. Wat betreft de elektrische componenten vertrouwt de automobieltoeleverancier al meer dan 20 jaar op Beckhoff-componenten. Nu maakt het ook gebruik van de hoogwaardige meettechnologie ELM3604 EtherCAT Terminals en TwinCAT Scope voor het verzamelen van meetgegevens.
Het vorige concept was gebaseerd op een extern systeem voor akoestische tests, waarvoor complexe interfaces en signaalsplitters nodig waren om te communiceren met het eigenlijke besturingssysteem van de testopstelling. Zoals elektrotechnisch ingenieur Michael Sauerwein zegt: “Alleen al deze apparatuur vereiste een aparte schakelkast en veroorzaakte herhaaldelijk problemen tijdens de inbedrijfstelling, van complexe EMC-afscherming tot dubbele kalibratie en bedradingsfouten.” Andere overwegingen waren de projectplanning, configuratie en programmering van het afzonderlijke systeem. Met PC-based control, EtherCAT en de high-end meetklemmen was hij in staat om deze interfaces volledig te elimineren, wat resulteerde in aanzienlijke winst op het gebied van flexibiliteit en tijd, evenals een aanzienlijke vermindering van complexiteit en kosten. “Globaal genomen besparen we ongeveer 5% van de investeringskosten per testmodule,” zegt Joachim Sutterlüty.
In 2020 werd het nieuwe concept uitgebreid getest en onderzocht in een eerste testfabriek in Eschen. De Beckhoff-technologie werd vervolgens geïntegreerd in het testveld en de sensorsignalen werden parallel aan een eerder systeem verzameld om de resultaten te verifiëren. Zou de hoogwaardige meettechnologie van Beckhoff in de buurt komen van het externe systeem? Akoestisch expert Julius Ellmann licht toe: “We wilden zien of we het oude systeem konden vervangen door iets dat dezelfde meetkwaliteit zou kunnen bieden.” Immers, sommige sensorsignalen moeten synchroon met een hoge resolutie van 24 bits en tot 20 ksamples/s worden vastgelegd. Aan alle eisen met betrekking tot metrologische complexiteit werd voldaan, en dat tegen een veel betere prijs-kwaliteitverhouding. De ELM360x EtherCAT-meetklemmen zijn direct geïntegreerd in EtherCAT. Ze zijn ook zeer flexibel wat betreft het aantal kanalen en kunnen met behulp van TwinCAT Scope snel worden geconfigureerd voor gegevensverzameling. “Met de overstap naar ELM-meettechnologie konden we dankzij de gunstige prijs het aantal meetkanalen uitbreiden. Samen met geoptimaliseerde meetsensortechnologie konden we ook de meetkwaliteit verbeteren,” legt Julius Ellmann uit.
Het succes van de omschakeling was grotendeels te danken aan de flexibiliteit en openheid van PC-based control. Dit werd bevestigd toen TwinCAT werd geïntegreerd in de externe evaluatiesoftware, wat noodzakelijk was omdat Joachim Sutterlüty niet bereid of in staat was om afstand te doen van de bestaande evaluatiesoftware van de vorige fabrikant, aangezien verschillende afdelingen functies van de software gebruiken. “Maar de TwinCAT Scope API van Beckhoff is een krachtige interface voor het uitlezen van gegevens,” zegt Maurus Kaelin van Sales bij Beckhoff Zwitserland. De interface van de evaluatiesoftware bleek echter een bottleneck te zijn. “We moesten de software-interface optimaliseren zodat de datapakketten snel genoeg konden worden ontvangen en geanalyseerd,” herinnert Karsten Mauersberger, die de software voor de testopstellingen ontwikkelt, zich.
Pascal Dresselhaus, Product Manager TwinCAT, was samen met zijn ontwikkelingsteam van Scope aanwezig om samen met thyssenkrupp Presta en de leverancier van de evaluatiesoftware de best mogelijke prestaties voor de toepassing te bereiken. “Joachim Sutterlüty en zijn team stelden hun eisen aan een krachtige, geavanceerde interface voor gegevensverzameling,” herinnert Pascal Dresselhaus zich. Veel TwinCAT-gebruikers kennen TwinCAT Scope alleen van de integratie in Microsoft Visual Studio voor de analyse van meetgegevens en de inbedrijfstelling van machines. Naast de front-end in de TwinCAT engineeringomgeving is er echter ook een uitgebreide programmeerinterface (API) voor TwinCAT Scope (TE1300). Met name in de .NET-omgeving kan deze worden gebruikt om bijvoorbeeld de grafieken van een Scope View als Control te integreren in uw eigen visualisatie. Hierdoor zijn alle grafieken klaar, inclusief de back-end met de Scope Server. Veel Scope-functies kunnen sterk worden aangepast, waardoor het in sommige gevallen zelfs niet merkbaar is dat een Beckhoff TwinCAT Scope zijn rol vervult.
In dit specifieke geval werd de API echter niet op de conventionele manier gebruikt voor visuele weergave, maar voor het doorgeven van de vastgelegde meetgegevens van de ELM3604-Terminals. Met behulp van voorbeeldcode met geavanceerde databuffers kon een soepele integratie met de externe software worden gegarandeerd. “Wat betreft functionaliteit was het mogelijk om de applicatie direct te implementeren op basis van de huidige staat van de Scope API. Onze ondersteuning bestond voornamelijk uit het schrijven van een soort best practice voor het gebruik van hoogwaardige data,” zegt de productmanager van TwinCAT Scope and Analytics.
De openheid van de softwareoplossing was een belangrijk criterium voor thyssenkrupp Presta. Dit was zeer voordelig bij de integratie van de evaluatiesoftware en de vele exportformaten. Tegelijkertijd behoudt thyssenkrupp Presta ook de mogelijkheid om de analysemogelijkheden in TwinCAT te gebruiken. “Alle opties zijn beschikbaar, vooral die met TwinCAT Analytics,” benadrukt Pascal Dresselhaus. “We hebben uitstekende engineeringproducten voor gegevensanalyse met meer dan 100 algoritmen. Van cyclustijden van de testopstellingen tot frequentieanalyses van geluidsontwikkeling, zodra de gegevens beschikbaar zijn in het Scope-formaat (.svdx), kan TwinCAT Analytics worden gebruikt om vele waardevolle inzichten uit de gegevens te halen,” aldus de productmanager, die de extra mogelijkheden voor thyssenkrupp benadrukt.
Wat ongeveer twee jaar geleden begon met een eerste concept, heeft zich nu in de praktijk bewezen: naast de testopstelling in het hoofdkantoor in Eschen zijn de eerste systemen al regelmatig in bedrijf in de productievestiging in Hongarije. “Andere systemen zijn momenteel onderweg naar China en Mexico of worden daar al geïnstalleerd,” aldus de automatiseringsdeskundige. Vanwege de positieve resultaten op het gebied van zowel meetnauwkeurigheid als testsnelheid, evenals de eenvoudigere implementatie- en inbedrijfstellingsprocessen, zal het concept op basis van de hoogwaardige meettechnologie van EtherCAT Terminals de basis vormen voor alle toekomstige akoestische meetmodules. In de toekomst zullen alle nieuwe akoestische testsystemen in het productiegebied ermee worden uitgerust. Dit komt doordat de voordelen van PC-based control overtuigend zijn, zoals Joachim Sutterlüty uitlegt: “We kunnen externe meettechnische hardware volledig vervangen.”
IndustrieVandaag is een onafhankelijk platform met het laatste nieuws over de procesindustrie, industrial processing, productie industrie, maakindustrie en elektronica industrie.
Neem contact met ons op:
Tel +31 (0)23 737 07 63
Email via contactpagina
