Legosortiermaschine Sortierung: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
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(Anforderungstabelle)
 
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''Teammitglieder: [[Benutzer: Tobias_Brandt| Tobias Brandt]], [[Benutzer: Marc_Eidhoff| Marc Eidhoff]]


Dies ist ein Unterartikel von der [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legoteil_Z%C3%A4hlmaschine  Legoteil_Zählmaschine], welcher den genauen Aufbau der Separierung beschreibt.
[[Datei:Legosortiermaschine_Sortiereinheit_Schraegansicht_CAD-Konstruktion.PNG|600px|thumb|rechts|Abb. 1: CAD-Konstruktion-Sortiereinheit]]
''Dies ist ein Unterartikel von der [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legoteil_Z%C3%A4hlmaschine  Legoteil_Zählmaschine], welcher den genauen Aufbau der Sortiereinheit beschreibt.''


Die Sortiereinheit der Legosortiermaschine stellt einen der drei wichtigen Bereiche dar. Aufgabe der Sortiereinheit ist die Übernahme eines Legoteils von der Bildverarbeitung und der physikalische Transport in  das richtige Fach. Nach einer ausführlichen Ist-Analyse wurde beschlossen, die Einheit von Grund auf neu zu konzipieren. Im Vordergrund stand dabei auch das Anwenden von methodischen Konstruktionstechniken und das Einüben der Kanban-Methode zur Prozesssteuerung. Diese Wiki-Seite soll die Ergebnisse dieser Konstruktionsbemühungen dokumentieren.
Die Sortiereinheit der Legosortiermaschine stellt einen der drei wichtigen Bereiche dar. Aufgabe der Sortiereinheit ist die Übernahme eines Legoteils von der Bildverarbeitung und der physikalische Transport in  das richtige Fach.  
 
= Anforderungen =




= Anforderungen und Ziele im Wintersemester 2018/2019 =


Im Pflichtenheft wurden folgende Aufgaben festgehalten, welche im SS2018 bearbeitet werden sollen:
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|-
|-
Zeile 14: Zeile 16:
!Anforderungstitel
!Anforderungstitel
!Beschreibung der Spezifikation
!Beschreibung der Spezifikation
!Links
!Arbeitsergebnisse
|-
| 165
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Fertigung der Teile mit Hilfe von 3D Drucker und Laserschneidsystem (Hamm)
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams/Sortierung/CAD-Dateien/Stückliste_Sortiereinheit.xls Stückliste]
|-
| 166
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Zusammenbau
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Komponententest_Sortiereinheit_Klappensteuerung.docx Funktionsprüfprotokoll]
|-
| 166.1
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| 3D-Druck-Teile kontrollieren und ggfs. entgraten
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams/Sortierung/CAD-Dateien/Stückliste_Sortiereinheit.xls Stückliste]
|-
| 166.11
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Segmentierte Klappen und Anschläge verbinden und kleben
|[https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams/Sortierung/CAD-Dateien/Stückliste_Sortiereinheit.xls Stückliste]
|-
| 166.2
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| LaserCutter Teile kontrollieren und gegebenenfalls entgraten
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams/Sortierung/CAD-Dateien/Stückliste_Sortiereinheit.xls Stückliste]
|-
| 166.3
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Wellen an die Testklappe
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
| 166.4
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Grundgerüst montieren
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
| 166.5
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Eine Klappe testweise einbauen und auf Funktion prüfen
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
| 166.6
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Verschrauben der Acrylglasplatten
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
| 166.61
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Erstellen und Anbringen einer Stütze für die Einführung der Teile
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
| 166.7
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Verkleben der Acrylglasplatten
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
|-
| 310
| 166.8
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Definition von Zielen und Erstellung einer Ist-Analyse
| Weitere Klappen des Mitteltowers fertigstellen
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Ziele_und_Aufgaben_im_Semester_2017.2F2018 Link]
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Montageliste.docx Montageliste]
|-
|-
| 320
| 166.9
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Erstellung eines Funktionsflussdiagramms
| Steckverbindung von Sortiereinheit und Schaltschrank
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Funktionsfluss Link]
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams/Sortierung/Servomotoren/Dokumente/Sub-D_Stecker_Belegung.docx Pinbelegung]
|-
|-
| 330
| 160
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Erstellung eines Morphologischen Kastens
| Konzept aus WS17 umsetzen
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Morphologischer_Kasten Link]
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Komponententest_Sortiereinheit_Klappensteuerung.docx Funktionsprüfprotokoll]
|-
|-
| 340
| 130
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Bewertung der Lösungsvarianten nach VDI 2221
| 1. Erkannt: Automatische Feinsortierung in gesonderte Fächer 2. Nicht erkannt: Ausschuss in seperates Fach 3. Erkannt Fremdteil: Ausschuss in seperates Fach
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Bewertung_der_L.C3.B6sungsm.C3.B6glichkeiten Link]
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Funktionsprüfprotokoll.docx Funktionsprüfprotokoll]
|-
|-
| 370
| 131
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Erstellung von Feinkonzepten
| Überprüfung ob die Fächer richtig angesteuert werden. Teilkontrolle in den Kästen
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Vorentwicklung Link]
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Komponententest_Sortiereinheit_Klappensteuerung.docx Funktionsprüfprotokoll]
|-
|-
| 0110
| 132
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in drei Kategorien
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Die Sortierung der Legoteile erfolgt in drei Kategorien:
| Überprüfung ob alle nicht erkannten Teile in einem seperaten Fach liegen
1. 'Erkannt': Automatische Feinsortierung in gesonderte Fächer,
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Komponententest_Sortiereinheit_Klappensteuerung.docx Funktionsprüfprotokoll]
 
2. 'Nicht erkannt': Ausschuss in ein separates Fach "nicht erkannt",
 
3. 'Erkannt - Fremdteil': Ausschuss in ein separates Fach "Fremdteil"
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Teilkonzept:_Vorsortierung Link]
|-
|-
| 0111
| 133
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in drei Kategorien
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Zur Feinsortierung der erkannten Teile werden die ursprünglichen Einlagen der LEGO-Kästen verwendet
| Fremdteilsortierung kontrollieren
|  
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Dokumentation/22_Pruefprotokolle/Komponententest_Sortiereinheit_Klappensteuerung.docx Funktionsprüfprotokoll]
|-
|-
| 0112
| 134
| REQ10.2230
| REQ10.2320
| Sortierung der Legoteile in drei Kategorien
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Jedes aus der Bildverarbeitung kommende Teil wird über einen Klappenmechanismus zum passenden Fach geleitet.
| Ansteuerung der Klappen anpassen
|  
| [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/SRC\Arduino\Serielle_Steuerung\Serielle_Steuerung.ino Arduino Programm]
|-
|-
| 0130
| 135
| REQ10.2310
| REQ10.2320
| Rückführung nicht erkannter Teile
| Sortierung der Legoteile in die Kästen
| Nicht erkannte Teile können manuell in den Bunker zurückgeführt werden
| Justieren der mechanischen Teile (Einstellen der Klappen)
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortierung#Teilkonzept:_R.C3.BCckf.C3.BChrung Link]
| [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortiereinheit_Anfertigung#Testaufbau Wiki Artikel]
|}
|}


='''Konstruktionsplanung'''=


=Ziele und Aufgaben im Semester 2017/2018 =
Zum besseren Verständnis werden die Teilkonzepte der letzten Semester noch einmal aufgegriffen und im folgenden Abschnitt unter der Konstruktionsplanung erläutert. Der Inhalt der Planung wurde vom Vorsemester erledigt und gehört nicht zu den Arbeitsergebnissen des Sommersemesters 2018. Die Konstruktionsplanung ist unter folgendem Unterartikel zu finden:  
 
=== [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Konstruktionsplanung_Legosortiermaschine Konstruktionsplanung Legosortiermaschine] ===
 
Team: [[Benutzer:Alexander Soschnikow|Alexander Soschnikow]], [[Benutzer:Paul Klages|Paul Klages]]
 
Ziel: Die Legoteile werden von der Bildverarbeitung über ein neu entwickeltes Sortierverfahren direkt in die Legokästen sortiert.
 
Aufgaben:
 
- Abbau des Linearläufers und eventueller Rückbau
 
- Auswahl eines neuen Sortierverfahrens
 
- Entwicklung des neuen Verfahrens
 
- Konstruieren der Sortieranlage
 
- Aufbau der Sortierung
 
='''Systementwurf'''=
==Funktionsfluss==
[[Datei:Funktionsflussdiagramm.png|800px]]
 
Hier zu sehen ist das Funktionsflussdiagramm der Sortierung, das sowohl die einzelnen erforderlichen Funktionen der Sortierung aufweist, als auch zeitgleich den Fluss des Legoteils beschreibt.
 
Vom Bediener wird das Legoteil in den Bunker gegeben, wo es durch die Vereinzelung und durch die Bildverarbeitung in das im Folgenden beschriebene System der Sortierung gelangt.
 
Von der Bildverarbeitung übergeben, muss das Legoteil zunächst abgebremst werden, um eventuelle Schäden am Legoteil zu vermindern. Nach der Abbremsung erfolgt die Sortierung selber, welche eine Vorsortierung in die drei Kategorien ''erkanntes Teil'', ''erkanntes Fremdteil'' und ''nicht erkanntes Teil'' vornimmt. Danach erfolgt durch den ''Transport A'', ''Transport B'' oder ''Transport C'' der Abtransport des Teiles entweder in die ''Feinsortierung'' für die erkannten Teile, die ''Rückführung'' für die nicht erkannten Teile oder die ''Einlagerung A'' für die erkannten Teile, die allerdings nicht zu dem momentan ausgewählten Kasten gehören.
 
Die Rückführung erfolgt je nach Umsetzung manuell über den Bediener oder automatisch. Nach der Feinsortierung der Legoteile werden diese über den ''Transport D'' in die ''Einlagerung B'' überführt.
 
Die Vorsortierung und die Feinsortierung kann in einem System umgesetzt werden, daher hier die Systemgrenze der ''Sortierung''. Gleiches trifft auf die Transporte der drei Hauptkategorien zu, daher die Systemgrenze der ''Zuführung''.
 
 
==Morphologischer Kasten==
[[Datei:Morphologischer_Kasten-SS17.png|1200px]]
 
 
Aufgeführt sind verschiedene Lösungsmöglichkeiten der einzelnen Teilfunktionen der Sortierung.
 
Beispielhaft werden im Folgenden vier Lösungen detailierter beschrieben.
 
===<span style="color:red;">Lösungsmöglichkeit A</span>===
 
Die ''Lösungsmöglichkeit A'' beschreibt eine völlig neue Konzeptidee, bei der eine Klappenbox aus Acrylglas gebaut werden soll, die direkt in die originalen Legokasteneinlagen sortiert.
 
 
*Abbremsung:  Fliegengitter
 
*Vorsortierung:  Klappenmechanismus
 
*Transport A:  Schacht
 
*Feinsortierung:  Klappenbox
 
*Transport B:  Schacht
 
*Transport C:  Schlauch
 
*Transport D:  nichts
 
*Einlagerung A:  Legokasten
 
*Einlagerung B:  original Legokasteneinlagen
 
*Rückführung:  Förderband
 
 
Bei dieser Lösungsmöglichkeit wird der Transport A-D in der Feinsortierung -der Klappenbox- selbst realisiert.
 
===<span style="color:green;">Lösungsmöglichkeit B</span>===
 
Die ''Lösungsmöglichkeit B'' übernimmt den Voraufbau des letzten Jahrganges und erweitert diesen um eine elektrisch angesteuerte Klappe im Hauptrohr.
 
 
*Abbremsung:  Rohr
 
*Vorsortierung:  keine
 
*Transport A:  Rohr
 
*Feinsortierung: Linearschlitten + Klappe
 
*Transport B:  Rohr
 
*Transport C:  Rohr
 
*Transport D:  Rohr
 
*Einlagerung A:  einzelne schwarze Box
 
*Einlagerung B:  schwarze Boxen
 
*Rückführung: manuell durch Auffangbehälter
 
 
Hierbei sind Transport A-D in einer Lösungsmöglichkeit kombiniert, sowie beide Einlagerungen.
 
 
===<span style="color:yellow;">Lösungsmöglichkeit C</span>===
 
Die ''Lösungsmöglichkeit C'' stellt eine Erweiterung der ''<span style="color:green;">Lösungsmöglichkeit B</span>'' dar, indem im Hauptrohr statt einer Klappe, mehrere Klappen verbaut sind und somit die Auflösung der Auffangboxen vergrößert werden kann, um eine feinere Sortierung zu ermöglichen.
 
 
*Abbremsung:  Rohr
 
*Vorsortierung:  keine
 
*Transport A:  Rohr
 
*Feinsortierung:  Linearschlitten + n-Klappen
 
*Transport B:  Schlauch
 
*Transport C:  Schlauch
 
*Transport D:  nichts
 
*Einlagerung A:  einzelne schwarze Box
 
*Einlagerung B:  schwarze Boxen
 
*Rückführung:  manuell durch Auffangbehälter
 
 
Zusammengefasst werden hier Transport A-C, sowie beide Einlagerungen.
 
 
===<span style="color:blue;">Lösungsmöglichkeit D</span>===
 
 
Die ''Lösungsmöglichkeit D'' ist inspiriert von Flughäfenförderbändern und ist nur durch die Ausmaße der kompletten Anlage auf die Sortiergenauigkeit eingeschränkt.
 
Das Karussel, auf welchem die schwarzen Boxen befestigt sind, ist beliebig erweiterbar und kann auch um Ecken geführt werden, um den vorhandenn Platz optimal auszunutzen.
 
 
*Abbremsung:  Fliegengitter
 
*Vorsortierung:  keine
 
*Transport A:  Schacht
 
*Feinsortierung:  langes Karussel
 
*Transport B:  Schacht
 
*Transport C:  Schacht
 
*Transport D:  Schacht
 
*Einlagerung A:  einzelne schwarze Box
 
*Einlagerung B:  schwarze Boxen
 
*Rückführung:  manuell durch Auffangbehälter
 
 
Transport A-D, sowie Einlagerung A und B werden in einem Schacht bzw. einer Boxmatrix realisiert.
 
 
==Bewertung der Lösungsmöglichkeiten==
[[Datei:Bewertung.png|800px]]
 
Zur Bewertung der Lösungsvarianten wurden zunächst Kriterien definiert, anhand derer die Konzepte bewertet werden. Die Kriterien lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen, in funktionale und nicht funktionale Kriterien. Funktionale Kriterien sollen die Funktionsfähigkeit der Lösungsvariante bewerten. Dazu gehört die Minimierung von Gefahren, dass Legoteile verkanten, brechen oder dem System verloren gehen. Auch die Sortiergeschwindigkeit und der benötigte manuelle Aufwand bei Betrieb spielen eine Rolle bei der Bewertung. Zu den nicht funktionalen Kriterien gehören geschätzte Kosten, Komplexität und Zeitbedarf. Die Wiederverwertung der Vorarbeit wurde ebenfalls als ein wichtiges Kriterium definiert. Anschließend wurden alle Kriterien gewichtet (1(nicht wichtig)-10(wichtig)) und alle Lösungsvarianten mit Noten (1(niedrig)-4(hoch)) bewertet.
 
Als beste Lösungsmöglichkeit stellt sich die ''<span style="color:red;">Lösungsmöglichkeit A</span>'' heraus, da sie zwar kaum bis keine Vorarbeit der Vorsemester nutzt und sehr komplex ist, dafür aber in Sortiergeschwindigkeit, dem manuellen Aufwand während des Betriebes und der Bruch-, Verkantungs-, sowie Velrustgefahr übertrifft.
 
Diese Lösungsvariante wurde als finale Variante ausgewählt und soll nun im Seminar umgesetzt werden.
 
 
='''Hauptteil'''=
=='''Vorentwicklung'''==
===Teilkonzept: Fügen===
 
Die Klappenbox soll aus durchsichtigen Acrylglas-Platten realisiert werden. Das hat den Vorteil, dass der ganze Mechanismus einsehbar ist. Ebenfalls besteht die Möglichkeit auf den Laser-Cutter und Acrylglas Reserven der Hochschule zuzugreifen, was die Umsetzung der Konstruktion günstiger und schneller umsetzbar macht. Mit dem Laser-Cutter können die Platten mit hoher Auflösung aus CAD-Dateien zugeschnitten werden.
 
Das Fügen soll durch Verzahnung der Acrylglas-Platten realisiert werden. Sie sollen mit Hilfe von [https://www.conrad.de/de/acrifix-192-acrylglaskleber-539813-100-g-539813.html lichthärtendem Reaktionsklebstoff] verklebt werden.
 
[[Datei:Fügekonzept.png|300px]]
 
Weiterhin sollen Kleinteile mit einem 3D-Drucker gefertigt werden, welcher ebenfalls von der Hochschule gestellt wird, was einen günstigen und einfachen Fertigungsweg ermöglicht.
Diese können ggf. auch verklebt werden, wozu sich ein [https://www.conrad.de/de/uhu-alleskleber-kraft-flex-clean-transparent-45040-42-g-478764.html Alleskleber] eignet.
 
===Teilkonzept: Klappengestaltung===
 
Für die Klappen wird 5mm starkes Acrylglas verwendet, welches an der Unterseite eingekerbt wird, um eine einfache Anbringung des Stahldrahtes zu ermöglichen.
 
[[Datei:Sortierung_Klappengestaltung.PNG|50px]]
 
===Teilkonzept: Klappenlagerung===
 
Für die Lagerung der Klappen wird lediglich ein Loch auf beide Seiten der Wände gebohrt, durch welches der Stahldraht gesteckt wird.
 
[[Datei:Sortierung_Klappenlagerung.PNG|350px]]


===Teilkonzept: Trichter===
='''Anfertigung der Sortiereinheit'''=


Mit Hilfe einer <span style="color:red;">Anschlagplatte</span>, kann die <span style="color:green;">Klappe</span> passgenau mit dem Trichter und der Wand (schwarz) abschließen, um so Kanten oder Verkantungsgefahren zu vermeiden.
Der Zusammenbau der Sortiereinheit ist unter folgendem Unterartikel zu finden:
=== [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legosortiermaschine_Sortiereinheit_Anfertigung Anfertigung der Sortiereinheit] ===


[[Datei:Sortierung_Trichter.PNG|200px]]
=='''Einsortierung'''==


===Fächer mit Aufklebern des Inhalts markieren===


===Teilkonzept: Stellerauswahl===


Bevor verschiedene Servos gegenübergestellt werden können, müssen zunächst einige Kriterien festgelegt werden.
Für die Einsortierung der Legoteile in die entsprechenden Kisten wurden diese mit Aufklebern versehen (siehe Abbildung 2). Dadurch ist ein besserer Überblick garantiert und händisch kann nachverfolgt werden, ob die Maschine die Legoteile richtig einsortiert hat.


*Das erste Kriterium für die Servos ist, dass diese mit 5V Versorgungsspannung betrieben werden können.
Außerdem wurde eine Liste erstellt, diese in Abbildung 3 zu erkennen ist, welche die Anzahl der Teile beinhaltet. Die Liste wurde ausgedruckt, zur Sortiermaschine gelegt und zudem an folgendem Speicherort abgelegt: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum_2015/trunk/Teams\Sortierung\Einsortierung\Einsortierung.xlsx Teileliste]


*Das zweite Kriterium ist, dass das Drehmoment des Servos bei 5V Versorgungsspannung ausreicht, die für das jeweilige Servo zugehörige(n) Klappe(n) zu bewegen.


Um das Design der Drehmomentübertragung von Servo zu Welle zu vereinfachen, soll nach Möglichkeit ein Servotyp für alle Wellen eingesetzt werden.


<gallery widths="500" heights="300">
  Aufkleber_Kiste.JPG|Abb. 2: Aufkleber in den Fächern der Kiste
  Liste_Legoteile.PNG|Abb. 3: Liste der Legoteile
</gallery>


Auf vielen Wellen sind mehrere kleine Klappen befestigt und auf wenigen eine große Klappe.
='''Zusammenfassung'''=


==Umsetzung des Konzeptes==


Für die Vorsortierung werden drei Servos benötigt, die jeweils eine große Klappe bewegen.
In dem WS18/19 wurde die Umsetzung des Konzeptes der Sortiereinheit weitergeführt und aufgebaut.
Nachdem alle Teile geliefert wurden, konnten diese nachbearbeitet werden und der Aufbau erfolgen.


Bei der Feinsortierung in die weiße Einlage werden zwei Servos benötigt, für zwei große Klappen.
Zuerst wurde ein Testaufbau mit einer Klappe realisert und auf Funktion geprüft.
Hierbei wurde entdeckt, dass die Ruderhörner auf jede Klappe einzelnd angepasst werden muss.  


In dem Tower für die Feinsortierung in die rote Einlage, müssen sechs Servos verbaut, die in allen Fällen, bis auf einem Fall, mehrere Klappen auf einer Welle bewegen müssen.
Anschließend wurde die Sortiereinheit nach folgenden Arbeitsschritten zusammengebaut:


Testklappe:
*Steckverbindung von Sortierinheit und Schaltschrank
*Eine Testklappe fertigen
*Klappe und Anschläge für den Testaufbau entgraten
*Testklappe zusammen kleben
*Welle anbringen
*Welle an dem Servo ausrichten
*Drehwinkelbegrenzung im Arduinoprogramm ermitteln
*Klappmechanismus von der Klappe an dem Anschlag austesten


Die Extremfälle der Klappen wäre für die Größte eine Abmessung von ca. 263mm x 200mm x 5 mm.
Gesamtaufbau:
*Acrylglasplatten verkleben
*Klappen zusammen kleben
*Acrylglasplatten verschrauben
*Grundgerüst aus Acrylglas zusammen setzen
*Anschläge in Grundgerüst einbauen
*Wellen mit Servo ausrichten und Ruderhörner bearbeiten
*Wellen an die Klappen Kleben
*Stütze aus Boschprofil für den Einwurf fertigen und einbauen
*Drehwinkelbegrenzung im Arduinoprogramm ermitteln


[[Datei: Sortierung Weißer Kasten Klappe.PNG|400px]]
Anschließend wurde die erstellte/geänderte Software durch Unit- und Integrationstests getestet.


Der Fall der wenigsten kleinen Klappen auf einer Welle wären drei Klappen, mit den Abmessungen von ca. 1: 51mm x 60mm x 5mm, 2: 43mm x 60mm x 5mm, sowie 3: 86mm x 60mm x 5mm.
Der Endzustand ist eine vollfuntkionsfähige Legosortierteinheit der eine Fachnummer übergeben wird und das zugehörige Teil in das richtige Fach zuverlässig einsortiert.


[[Datei: Sortierung Roter Kasten Klappe.PNG|400px]]
==Liste offener Punkte (LOP)==
 
Alle Pflichten wurden in diesem Semester erledigt und es gibt keine offene Punkte.
 
Nach [http://www.plexiglas.de/product/plexiglas/de/ueber/faq/Pages/eigenschaften.aspx ISO 1183] beträgt die Dichte von Plexiglas <math>1,19 \frac{g}{cm^3}</math>, wodurch sich die Gewichte für die Klappen wie folgt berechnen lassen:
 
*Groß:
<math>263 cm^3 \cdot 1,19 \frac{g}{cm^3} = 312,97 g = 0,313 kg</math>
 
*Klein:
** <math>15,3 cm^3 \cdot 1,19 \frac{g}{cm^3} =  18,207 g = 0,018 kg</math>
** <math>12,9 cm^3 \cdot 1,19 \frac{g}{cm^3} =  15,351 g = 0,015 kg</math>
** <math>25,8 cm^3 \cdot 1,19 \frac{g}{cm^3} =  30,702 g = 0,031 kg</math>
 
<math>\to 0,018 kg + 0,015 kg + 0,033 kg = 0,066 kg</math>
 
 
Ausgehend vom dem jeweils größt möglichen Hebelarm ergeben sich folgende mindestens benötigte Drehmomente:
 
<math>M = r \cdot F = r \cdot m \cdot a = [m] \cdot [kg] \cdot [\frac{m}{s^2}] = [Nm]</math>
 
*Groß:
 
<math>0,1 m \cdot 0,313 kg \cdot 9,81 \frac{m}{s^2} = 0,307 Nm = 30,7 Ncm</math>
 
 
*Klein:
 
<math>0,06 m \cdot 0,066 kg \cdot 9,81 \frac{m}{s^2} = 0,039 Nm = 3,9 Ncm</math>
 
 
 
Wie bereits erwähnt, soll nach Möglichkeit ein Servotyp für alle Klappen bzw. Wellen verwendet werden.
 
Daher wird im Folgenden nur mit dem mindestens Benötigten Drehmoment der großen Klappe gearbeitet.
 
 
Aufgelistet sind zehn verschiedene Standard-Servos unterschiedlicher Hersteller und Anbieter.
 
[[Datei:Sortierung Morphologischer Kasten Servo.png|1400px]]
 
 
Diese zehn Servos werden nun anhand verschiedener Kriterien miteinander verglichen.
 
[[Datei:Sortierung Bewertung Servo.png|1600px]]
 
 
Anhand dieser Gegenüberstellung und der Bewertung der einzelnen Servos, lässt sich deutlich erkennen, dass „DS4020“ das beste Servo für unsere Anwendung ist, knapp gefolgt von „BMS-410C“, welches zwar im Preis überzeugt, dafür aber in allen anderen Kriterien Abzüge bekommt.
 
 
 
Da die fertige Konstruktion als CAD-Modell die wahren Maße der Klappen offenbart hat, wurde die Drehmomentberechnung aktualisiert.
 
Allerdings lässt sich erkennen, dass sich zwar die Welle geändert hat, die das größte Drehmoment beansprucht, jedoch das benötigte Drehmoment nicht wesentlich.
 
[[Datei:Sortiermaschiene_Drehmomentberechnung_aktualisiert.PNG|1200px]]
 
 
 
Links zu den Servos:
 
[https://www.conrad.de/de/modelcraft-standard-servo-bms-410c-analog-servo-getriebe-material-kunststoff-stecksystem-jr-404753.html BMS-410C]
 
[https://www.conrad.de/de/hitec-standard-servo-hs-311-analog-servo-getriebe-material-polyamid-stecksystem-jr-209893.html HS-311]
 
[https://www.conrad.de/de/modelcraft-standard-servo-rs2-mgbb-analog-servo-getriebe-material-metall-stecksystem-jr-205111.html RS2 MG/BB]
 
[https://www.conrad.de/de/reely-standard-servo-rs-610wp-mg-analog-servo-getriebe-material-metall-stecksystem-jr-1365926.html RS-610WP MG]
 
[https://www.mouser.de/search/ProductDetail.aspx?R=0virtualkey0virtualkey900-00360 Feedback 360]
 
[https://www.mouser.de/search/ProductDetail.aspx?R=0virtualkey0virtualkey900-00008 Continuous Rotation]
 
[https://www.conrad.de/de/savoex-standard-servo-sc-0254mg-digital-servo-getriebe-material-metall-stecksystem-jr-453576.html SC-0254MG]
 
[https://www.conrad.de/de/savoex-standard-servo-sc-0251mg-digital-servo-getriebe-material-metall-stecksystem-jr-453640.html SC-0251MG]
 
[https://www.conrad.de/de/master-standard-servo-ds4020-digital-servo-getriebe-material-kunststoff-stecksystem-uni-graupner-jr-futaba-1556177.html DS4020]
 
[https://www.conrad.de/de/futaba-standard-servo-s-3152-digital-servo-getriebe-material-kunststoff-stecksystem-futaba-233957.html S 3152]
 
===Teilkonzept: Stellerbefestigung===
 
Die Servos werden auf eine kleine Platte geschraubt, die wiederum mit dem Kasten verklebt ist.
 
[[Datei:rotary-anatomy.png|300px]]
 
===Teilkonzept: Drehmomentübertragung===
 
An Servo- und Klappenachse sind Flügelhörner, wie im Modellbau üblich, befestigt. Diese sollen mit dem 3D-Drucker gefertigt werden. Die beiden Flügelhörner sind elastisch durch [https://www.conrad.de/de/zugfedern-17324-abm-o-x-l-55-mm-x-39-mm-inhalt-5-st-889254.html Federn] gekoppelt. So kann der Servo auch übersteuert werden, ohne einen Schaden am Servo und am Klappenmechanismus zu bewirken. Im Fall der Übersteuerung wird lediglich eine Feder gestaucht und die andere gestreckt.
 
[[Datei:Sortierung_Drehmomentübertragung.PNG|400px]]
 
 
Eine weitere Alternative zur Drehmomentübertragung ist ein Flügelstellglied, welches pneumatisch und nicht elektrisch angetrieben wird.
 
Der Vorteil dieses Stellgliedes ist, dass die Endpositionen leicht und mit viel Kraft angesteuert werden können.
Ein weiterer Vorteil pneumatischer Antriebe ist, dass sie keine Kraftregulierung benötigen und dadurch elastisch stellbar sind.
 
[[Datei:Sortierung_Drehmomentübertragung_Alternative.PNG|400px]]
 
===Teilkonzept: Vorsortierung===
 
Für die Vorstortierung gibt es verschiedene Lösungsansätze.
Einerseits vom Prinzip der Klappenbox und als 4-3-Wegeventil, wobei es für dieses Ventil drei verschiedene Ideen gibt.
 
Einmal die Idee mit drei verschiedenen Stellungen des Fliegengitters, um das Teil in die gewünschte Richtung abzulenken,
 
einmal mit einer Stellung des Fliegengitters und einer Klappe auf zwei Seiten, die in der mittleren Stellung oben sind und durch die Schwerkraft nach unten fallen, sobald das Gestell wieder in Ausgangslage gefahren ist und
 
einmal mit einer Stellung des Fliegengitters, aber Schächten unterhalb, die in jeweils andere Richtungen führen.
 
 
[[Datei:Sortierung_Vorsortierung.PNG|400px]]
 
===Teilkonzept: Rückführung===
 
Geplant ist per Förderband, optional kann eine Kiste verwendet werden.
 
 
===Teilkonzept: Abbremsung===
 
Da vergangene Semester von beschädigten oder zerstörten Legoteilen durch das Herauspusten aus der Bildverarbeitungsbox berichteten, soll ein schräges Fliegengitter montiert werden, sodass die Luft zwar entweichen kann, die Teile aber dennoch im System bleiben.
 
[[Datei:Sortierung_Abbremsung.PNG|400px]]
 
=='''CAD-Konstruktion'''==
-empty-
 
=='''Fertigung'''==
===Servos===
[[Datei:Servoanschluss.jpg|100px|thumb|right|Anschlüsse des Servos]]
Für das korrekte Anschließen der Servos ist die richtige Verpolung zu beachten. Der Servo bietet drei verschiedenfarbige Anschlussmöglichkeiten: Orange(PWM-Signal), Rot(5V) und Braun(Ground). Für die Einsortierung der Legoteile werden insgesamt 11 Servos verwendet. Die Nummerierung kann dem Bild rechts entnommen werden.
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='''Ausblick'''=
='''Ausblick'''=


Im kommenden Wintersemester 17/18 sind noch folgenden Aufgaben zu erledigen, um das Projekt erfolgreich abzuschließen:
Für das nächste Semester sind folgende Aufgaben zur Verbesserung der Sortierung möglich:
 
*einfarbige Klappen
-Beschaffung
*rechter Einschub mit den Fächern 14-16 Entnahme erleichtern
 
*Teile bleiben manchmal im Einführungsschacht liegen (evtl. zusätzliche Druckluftdüsen)
-Fertigung der Platten
 
-Zusammenbau


-Inbetriebnahme




<!-- =='''Schluss'''== -->
<!-- =='''Schluss'''== -->


<!-- ''Dies ist ein Unterarikel von der [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legoteil_Z%C3%A4hlmaschine  Legoteil_Zählmaschine], welcher den genauen Aufbau der Sortierung beschreibt.'' -->
''Dies ist ein Unterartikel von der [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Legoteil_Z%C3%A4hlmaschine  Legoteil_Zählmaschine], welcher den genauen Aufbau der Sortiereinheit beschreibt.''

Aktuelle Version vom 11. Februar 2019, 16:27 Uhr

Teammitglieder: Tobias Brandt, Marc Eidhoff

Abb. 1: CAD-Konstruktion-Sortiereinheit

Dies ist ein Unterartikel von der Legoteil_Zählmaschine, welcher den genauen Aufbau der Sortiereinheit beschreibt.

Die Sortiereinheit der Legosortiermaschine stellt einen der drei wichtigen Bereiche dar. Aufgabe der Sortiereinheit ist die Übernahme eines Legoteils von der Bildverarbeitung und der physikalische Transport in das richtige Fach.


Anforderungen und Ziele im Wintersemester 2018/2019

Im Pflichtenheft wurden folgende Aufgaben festgehalten, welche im SS2018 bearbeitet werden sollen:

Spezifikations-ID Anforderungs-ID Anforderungstitel Beschreibung der Spezifikation Arbeitsergebnisse
165 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Fertigung der Teile mit Hilfe von 3D Drucker und Laserschneidsystem (Hamm) Stückliste
166 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Zusammenbau Funktionsprüfprotokoll
166.1 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen 3D-Druck-Teile kontrollieren und ggfs. entgraten Stückliste
166.11 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Segmentierte Klappen und Anschläge verbinden und kleben Stückliste
166.2 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen LaserCutter Teile kontrollieren und gegebenenfalls entgraten Stückliste
166.3 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Wellen an die Testklappe Montageliste
166.4 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Grundgerüst montieren Montageliste
166.5 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Eine Klappe testweise einbauen und auf Funktion prüfen Montageliste
166.6 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Verschrauben der Acrylglasplatten Montageliste
166.61 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Erstellen und Anbringen einer Stütze für die Einführung der Teile Montageliste
166.7 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Verkleben der Acrylglasplatten Montageliste
166.8 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Weitere Klappen des Mitteltowers fertigstellen Montageliste
166.9 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Steckverbindung von Sortiereinheit und Schaltschrank Pinbelegung
160 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Konzept aus WS17 umsetzen Funktionsprüfprotokoll
130 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen 1. Erkannt: Automatische Feinsortierung in gesonderte Fächer 2. Nicht erkannt: Ausschuss in seperates Fach 3. Erkannt Fremdteil: Ausschuss in seperates Fach Funktionsprüfprotokoll
131 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Überprüfung ob die Fächer richtig angesteuert werden. Teilkontrolle in den Kästen Funktionsprüfprotokoll
132 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Überprüfung ob alle nicht erkannten Teile in einem seperaten Fach liegen Funktionsprüfprotokoll
133 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Fremdteilsortierung kontrollieren Funktionsprüfprotokoll
134 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Ansteuerung der Klappen anpassen Arduino Programm
135 REQ10.2320 Sortierung der Legoteile in die Kästen Justieren der mechanischen Teile (Einstellen der Klappen) Wiki Artikel

Konstruktionsplanung

Zum besseren Verständnis werden die Teilkonzepte der letzten Semester noch einmal aufgegriffen und im folgenden Abschnitt unter der Konstruktionsplanung erläutert. Der Inhalt der Planung wurde vom Vorsemester erledigt und gehört nicht zu den Arbeitsergebnissen des Sommersemesters 2018. Die Konstruktionsplanung ist unter folgendem Unterartikel zu finden:

Konstruktionsplanung Legosortiermaschine

Anfertigung der Sortiereinheit

Der Zusammenbau der Sortiereinheit ist unter folgendem Unterartikel zu finden:

Anfertigung der Sortiereinheit

Einsortierung

Fächer mit Aufklebern des Inhalts markieren

Für die Einsortierung der Legoteile in die entsprechenden Kisten wurden diese mit Aufklebern versehen (siehe Abbildung 2). Dadurch ist ein besserer Überblick garantiert und händisch kann nachverfolgt werden, ob die Maschine die Legoteile richtig einsortiert hat.

Außerdem wurde eine Liste erstellt, diese in Abbildung 3 zu erkennen ist, welche die Anzahl der Teile beinhaltet. Die Liste wurde ausgedruckt, zur Sortiermaschine gelegt und zudem an folgendem Speicherort abgelegt: Teileliste


  • Abb. 2: Aufkleber in den Fächern der Kiste

    Abb. 2: Aufkleber in den Fächern der Kiste

  • Abb. 3: Liste der Legoteile

    Abb. 3: Liste der Legoteile

Zusammenfassung

Umsetzung des Konzeptes

In dem WS18/19 wurde die Umsetzung des Konzeptes der Sortiereinheit weitergeführt und aufgebaut. Nachdem alle Teile geliefert wurden, konnten diese nachbearbeitet werden und der Aufbau erfolgen.

Zuerst wurde ein Testaufbau mit einer Klappe realisert und auf Funktion geprüft. Hierbei wurde entdeckt, dass die Ruderhörner auf jede Klappe einzelnd angepasst werden muss.

Anschließend wurde die Sortiereinheit nach folgenden Arbeitsschritten zusammengebaut:

Testklappe:

  • Steckverbindung von Sortierinheit und Schaltschrank
  • Eine Testklappe fertigen
  • Klappe und Anschläge für den Testaufbau entgraten
  • Testklappe zusammen kleben
  • Welle anbringen
  • Welle an dem Servo ausrichten
  • Drehwinkelbegrenzung im Arduinoprogramm ermitteln
  • Klappmechanismus von der Klappe an dem Anschlag austesten

Gesamtaufbau:

  • Acrylglasplatten verkleben
  • Klappen zusammen kleben
  • Acrylglasplatten verschrauben
  • Grundgerüst aus Acrylglas zusammen setzen
  • Anschläge in Grundgerüst einbauen
  • Wellen mit Servo ausrichten und Ruderhörner bearbeiten
  • Wellen an die Klappen Kleben
  • Stütze aus Boschprofil für den Einwurf fertigen und einbauen
  • Drehwinkelbegrenzung im Arduinoprogramm ermitteln

Anschließend wurde die erstellte/geänderte Software durch Unit- und Integrationstests getestet.

Der Endzustand ist eine vollfuntkionsfähige Legosortierteinheit der eine Fachnummer übergeben wird und das zugehörige Teil in das richtige Fach zuverlässig einsortiert.

Liste offener Punkte (LOP)

Alle Pflichten wurden in diesem Semester erledigt und es gibt keine offene Punkte.

Ausblick

Für das nächste Semester sind folgende Aufgaben zur Verbesserung der Sortierung möglich:

  • einfarbige Klappen
  • rechter Einschub mit den Fächern 14-16 Entnahme erleichtern
  • Teile bleiben manchmal im Einführungsschacht liegen (evtl. zusätzliche Druckluftdüsen)



Dies ist ein Unterartikel von der Legoteil_Zählmaschine, welcher den genauen Aufbau der Sortiereinheit beschreibt.

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