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| '''Autor:''' [[Benutzer:Rene_Katz|René Katz]], [[Benutzer:Leon_Broelemann|Leon Brölemann]]
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| '''Betreuer:''' [[Benutzer:Mirekgoebel|Prof. Dr. Mirek Göbel]]
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| Das [[Praktikum Produktionstechnik]] im Rahmen des Studiengangs Mechatronik 7. Semester legt den Fokus auf die praktische Automatisierungstechnik. Übergeordnetes Ziel ist ein tiefgreifendes Verständnis über die Elemente produktionstechnischer Anlagen und deren Vernetzung. Hierfür wurde unser Kurs in sieben Gruppen aufgeteilt, die jeweils individuelle, aktuelle und innovative Projekte zugeteilt bekommen haben. Das praxisnahe Arbeiten in Teams deckt dabei nicht nur Lernfortschritte in dem Arbeiten mit mechatronischen Systemen, sondern auch die Organisationsfähigkeit innerhalb von Teams. Abschließende Ergebnispräsentationen sorgen für einen ganzheitlichen Abschluss der Projekte.
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| Das in der Überschrift und im nachfolgenden Artikel beschriebene Projekt wurde während des Wintersemesters 2020/2021 durchgeführt.
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| =Projekt=
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| Der [https://industrial.omron.de/de/products/quattro Adept Quattro Picker Roboter 650H] ist ein Hochgeschwindigkeits-Parallelroboter, der ideal für den Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharma- und Verpackungsindustrie ist. Quattro ist ein vierachsiger Roboter mit hoher Traglast, der sich durch hohe Geschwindigkeit und Präzision auszeichnet.
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| Aufgrund von Erneuerungsmaßnahmen der Produktionslinie innerhalb der [https://www.kuchenmeister.de/de/ Kuchenmeister GmbH], wurde ein Quattro Picker Roboter an die Hochschule Hamm-Lippstadt gespendet. Der Roboter wurde vollständig zerlegt, ohne Gehäuse und teilweise mit beschädigten bzw. fehlenden Bauteilen an die Hochschule gesendet.
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| Hauptaufgabe dieses Projektes ist die Inbetriebnahme des Quattro-Roboters. Hierzu kann die Hauptaufgabe in folgende Teilaspekte gegliedert werden:
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| *Mechanischer Aufbau
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| *Elektrischer Aufbau
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| *Programmierung
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| Nach Abschluss des Projektes soll der Roboter in der Lage sein, mithilfe eines Kamerasystems die Objekte auf einem bewegten Förderband zu erkennen und die Position zu identifizieren. Anschließend wird der Roboterarm mit den vier integrierten Servomotoren präzise zur Position des Objektes bewegt und dann mithilfe eines Vakuumsauggreifers aufgenommen. Danach soll das aufgenommene Objekte an eine definierte Position befördert werden. Der Quattro-Roboter soll abschließend in das Projekt [[Modulares mechatronisches Produktionssystem (MPS) zur Fertigung eines Pneumatikzylinders]] integriert werden.
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| =Vorgehen nach V-Modell=
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| [[Datei:V-Model.JPG|500px|rechts|V-Modell <ref name="[Quelle V-Model]"> Quelle V-Modell: Inhalt der Vorlesung im Praktikum von Prof. Dr. Göbel'' </ref> |mini]]
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| Bei der Planung und Durchführung des Projektes wurde das V-Model angewendet.
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| Zur Durchführung dieses Projektes wurde hier das Vorgehensmodell des V-Modells (V = Validation & Verifikation) in Absprache mit dem Betreuer „Göbel“ gewählt. Um eine durchgängige Gegenüberstellung von Validation und Verifikation in der Entwicklung zu gewährleisten, ist diese Vorgehensweise gewählt worden.
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| Anhand der Struktur des V-Modells wird sich nun auch dieser Wikipedia Artikel orientieren, der nach Fertigstellung einen ganzheitlichen Blick auf den Entwicklungsprozess aber auch mit dem Ausblick auf das adaptive Potenzial dieser Anlage geben soll.
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| *Validation: Machen wir die richtige Arbeit?
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| *Verifikation: Machen wir die Arbeit richtig?
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| ==Anforderungdefinition==
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| In der Phase der Anforderungsdefinition haben wir alle Anforderungen an das System zusammengetragen. Diese Phase dient der Findung aller Funktionen, die das System später erfüllen muss und des besseren Verständnisses für das Themenumfeld. Die Erkenntnisse wer-den dokumentiert und das Resultat der Anforderungsdefinition stellt für uns die Einkaufsliste dar. In diesem Dokument stehen die Anforderungen an das Verhalten des Systems und an die Nutzerinteraktion. Die Anforderungsdefinition dient als Grundlage, um sowohl die zu erbringende Leistung festzuhalten sowie als Roadmap zum Ziel des Projektes. Alle weiteren Entwicklungsschritte bauen auf der Anforderungsdefinition auf.
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| ===Aufgaben===
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| *Funktionsweise des Systems definieren -> Anforderungen definieren
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| *Dokumente sichten und ordnen
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| *Bestandsaufnahme der vorhandenen Bauteile
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| *Funktionsfähigkeit der vorhandenen Bauteile testen
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| *Fehlende Bauteile, zur Erreichung der Anforderungen identifizieren
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| *Fehlende Bauteile in die Einkaufsliste einpflegen
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| *Dokumentation der Ergebnisse
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| ===Vorgehen===
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| Als initialer Ausgangspunkt dient hier das Zielverhalten des Systems. Mithilfe der Praktikumsaufgabe und den Betreuern haben wir das präzise Verhalten des Roboters festgelegt. Darauf aufbauend haben wir dann die vorhandenen Dokumente, Schaltplan und Technische Zeichnung vom Aufbau, gesichtet und geordnet. Anschließend wurde eine Bestandsaufnahme und ein Funktionstest der vorhandenen Bauteile durchgeführt. Die Realisierbarkeit der Anforderungen an das Zielverhalten des Roboters wurde dann mit den vorhandenen Bauelementen gegenübergestellt. Das Resultat daraus waren die fehlenden Bauteile, die dann in der Einkaufsliste eingepflegt wurden. Eine kontinuierliche Dokumentation der Ergebnisse wurde parallel durchgeführt.
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| ===Hindernisse/Probleme===
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| *Es musste viel Rücksprache mit den Betreuern getroffen werden, um die Anforderungsdefinition finalisieren zu können.
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| *Die ganzheitliche Identifikation der fehlenden Bauteile stellte sich zu dem Projektstatus als sehr schwer heraus.
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| **Lösung: Die essenziellen Bauteile konnten ganzheitlich erfasst werden, allerdings waren Kabellängen und Kanallängen von Anfang an nicht absehbar. Die Teile waren aber im Lager der Hochschule vorhanden, weshalb das Problem obsolet wurde.
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| ===Ergebnis===
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| ====Anforderungsdefinition====
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| Der Delta Picker Roboter muss die abgebildeten Beispielelemente auf dem einem fahrenden Förderband mithilfe eines Kamerasystems automatisch erkennen, pneumatisch aufnehmen und an einem bestimmten Ort wieder ablegen. Das System soll über ein mobiles Panel steuerbar sein.
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| [[Datei:Anforderungsdefinition Picker.png|links|800px|Anforderungsdefinition zum Delta Picker Roboter|mini]]
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| Die Datei finden Sie im SVN: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_Picker/01_Anforderungsdefinition/Anforderungsliste.xlsx Anforderungsdefinition]
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| ====Einkaufsliste====
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| [[Datei:Einkaufsliste_Picker.png|links|800px|Einkaufsliste zum Delta Picker Roboter|mini]]
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| Die Datei finden Sie im SVN: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/_Projektplanung/Einkaufsliste.xlsx Einkaufsliste aller Projekte]
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| ==Funktionaler Systementwurf==
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| ===Aufgaben===
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| Während des funktionalen Systementwurfs wird die Architektur des Systems entwickelt und so das Systemin mehrere Module aufgeteilt. Die einzelnen Module werden kurz beschrieben und ihre Funktionalität erläutert. Zudem werden Schnittstellen und Abhängigkeiten zwischen den Modulen definiert.
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| ===Vorgehen===
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| Als erstes wurde der Adept Smart Controller als Mittelpunkt des Systems definiert. Alle Komponenten, welche mit diesem kommunizieren, wurden graphisch mit diesem verbunden. Auch eine Kommunikation der verschiedenen Komponenten untereinander wurde dargestellt.
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| ===Hindernisse/Probleme===
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| Welche Komponenten wie mit anderen Komponenten kommunizieren musste zuvor nach der Literatur entnommen werden und war nicht instinktiv ersichtlich. Die Funktion der einzelnen Komponenten wurde zum Start der Anfertigung noch nicht geprüft. Daher war es zu dem Zeitpunkt noch nicht möglich die genauen Kommunikationsmechanismen zu beschreiben.
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| ===Ergebnis===
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| [[Datei:Funktionaler Systementwurf Picker.png|links|800px|Funktionaler Systementwurf zum Delta Picker Roboter|mini]]
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| Die Datei finden Sie im SVN: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_Picker/02_Funktionaler_Systementwurf/Funktionaler%20Systementwurf.pptx Funktionaler Systementwurf]
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| ==Technischer Systementwurf==
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| In der Phase des technischen Systementwurfs werden die Module weiter unterteilt und die gewünschte Funktionalität detailliert beschrieben. Anschließend werden die Schnittstellen zwischen den einzelnen Modulen detailliert dargestellt. Am Ende dieser Entwurfsphase liegt der ”Architektur- und Schnittstellenbericht“ vor. In diesem Dokument sind die Architektur sowie die Schnittstellendefinitionen enthalten.
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| ===Aufgaben===
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| *Modulfunktion identifizieren
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| *Anschlussart festlegen, (Leitungscharakteristik)
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| *Elektrischen Anschlussplan erstellen
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| *Visuelle Dokumentation der Ergebnisse
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| ===Vorgehen===
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| Als initialer Ausgangspunkt dient hier der funktionale Systementwurf, der im Schritt davor erstellt wurde. Nun werden die einzelnen Modulfunktionen mithilfe der Literatur, dem Modulhersteller und mithilfe des Handbuchs von Adept identifiziert. Die Leitungscharakteristik ist zum Teil von dem vorhandenen Bestand vorgegeben. Die zusätzlichen Anschlüsse werden dann auf Basis der Modulfunktion und der Schnittstelle festgelegt. Anschließend haben wir den Elektrischen Anschlussplan erstellt und visuell dargestellt. (Siehe Ergebnis)
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| ===Hindernisse/Probleme===
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| *Modulkommunikation mit einzelnen Signalverbindungen feststellen. Teilweise waren nicht alle Informationen dem Handbuch zu entnehmen.
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| *Integration der Kamera und Pneumatikventil (Art der Ansteuerung nicht bekannt)
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| ===Ergebnis===
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| [[Datei:Technischer_Systementwurf_Picker.png|links|550px|Technischer Systementwurf zum Delta Picker Roboter|mini]]
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| [[Datei:Technischer_Systementwurf2_Picker.png|rechts|550px|Elektrische Verbindung zwischen Controller und Roboter|mini]]
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| Die Datei finden Sie im SVN: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_Picker/03_Technischer_Systementwurf/Technischer%20Systementwurf.pptx Technischer Systementwurf]
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| ==Komponentenspezifikation==
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| Für jedes Teilsystem werden Aufgabe, Verhalten, innerer Aufbau und Schnittstelle zu anderen Teilsystemen festgelegt. Dies ist bereits eine sehr detaillierte tiefe Phase. Die Vorgabe war unterhalt der Module lediglich eine Komponentenebene zu bilden und nicht weiter zu vertiefen.
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| ===Aufgaben===
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| *Zu beschreibende Komponenten seperieren
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| *Ein- und Ausgänge bestimmten
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| *Aufgaben, Parameter, Schnittstellen und Verhalten dokumentieren
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| ===Ergebnis===
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| [[Datei:Komponentenspezifikation Picker.png|links|300px|Komponentenspezifikation zum Delta Picker Roboter|mini]]
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| Die Datei finden Sie im SVN: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Delta_Roboter_Adept_als_Picker/04_Komponentenspezifikation/Komponentenspezifikation.xlsx Komponentenspezifikation]
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| ==Entwicklung==
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| ===Aufgaben===
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| Die in der Entwicklung zu erledigenden Aufgaben sind in der Anforderungslist definiert.
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| Dazu zählen die Aufgaben:
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| *Schaltschrank
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| **Schaltschrank am Rahmen des Roboters anbringen
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| **Controller, Netzteil, Reihenklemmen und Vakuumsaugdüse im Schaltschrank integrieren
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| **Schaltschrank mit Leitungsdurchführungen versehen
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| **Leitungsverlegung Gesamtanlage (inkl. Druckluft)
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| *Mechanischer Aufbau
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| **Front Panel und Pendant Panel an Gestell anbringen
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| **Installation der Kamera
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| *Vakuum-Greifer
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| **Druckluftversorgung sicherstellen
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| **Druckluftleitungen verlegen
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| **Vakuumsaugdüse einbauen und anschließen
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| **Ansteuerung durch Smart-Controller realisieren
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| *Arbeitsfläche
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| **Inbetriebnahme des Industrie-Computers
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| *Förderband
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| **Roboter über Förderband stellen
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| **Ansteuerung des Förderbandes
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| *Dokumentation
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| ===Vorgehen===
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| ====Schaltschrank====
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| [[Datei:Schematischer Aufbau des Schaltschranks Picker.jpg|300px|Schematischer Aufbau des Schaltschranks|mini]]
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| Die Schaltschrankinstallation erfolgte nach sorgfältiger Planung und anfertigung einer schematischen Aufbauskizze , da die Unberücksichtigung kleiner Details im Endeffekt zu großen Problemen führen kann. Zunächst gilt es die folgenden Rahmenbedingungen zu berücksichtigen:
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| *Endgültige Position des Schaltschranks
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| *Kabelführung innerhalb und außerhalb des Schaltschranks
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| *Geringer Bauraum --> Optimale Nutzung der Fläche gewährleisten
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| *Alle benötigten Bauteile müssen untergebracht werden
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| Zunächst haben wir alle Bauteile zusammengestellt, die innerhalb des Schaltschranks verbaut und angeschlossen werden sollen. Dazu gehören Netzteil, Vakuumsaugdüse, Controller, Reihenklemmen und ein Leitungsschutzschalter (Charakteristik C10). Der Schematische Aufbau und die Aufteilung ist in der Abbildung rechts zu sehen (maßstabsgetreu). Zusätzlich wurde ein Hauptschalter und das Bedienpanel an der Vorderseite des Schranks eingelassen. Anschließend wurde die praktische Umsetzung der Planung durchgeführt.
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| *Kanäle und Hutschienen wurden mithilfe von selbstschneidenen Schrauben auf der Grundplatte nach Zeichnung befestigt
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| *Einsenkung für Hauptschalter und Panel mit einer Stichsäge gefertigt und entgratet
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| *Bauteile auf den Hutschienen angebracht
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| *Zugang für die externe Kabelführung gebohrt und gesägt
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| *Controller mithilfe einer Halterung befestigt, um einen Abstand zur Grundplatte zu gewährleisten (Belüftung)
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| *Verkabelung aller Bauteile
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| (Bild fertiger Schaltschrank)
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| ====Mechanischer Aufbau====
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| Das Front Panel in die Schaltschranktür eingelassen, damit der zugehörige NOT-AUS Schalter statisch an einem bestimmten Ort verbaut ist. Das Pendant Panel ist an einem Harken am Gestell aufgehangen, um es jederzeit mobil verwenden zu können.
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| Die Befestigung der Kamera wurde mit Hilfe einer selbst gebauten Halterung und Nutensteinen am Gestell befestigt.
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| ====Vakuum-Greifer====
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| Für den Auschluss der Vakuumsaugdüse wurde eine Druckluftversorgung in unmittelbarer Nähe sichergestellt. Die Ansteuerung der Vakuumsaugdüse kann mittels Ansteuerung des Ausgangs XDIO am Smart-Controller ermöglicht werden.
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| ====Förderband====
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| Um die Funktion und das Ziel der Anlage zu gewährleisten, ist ein funktionstüchtiges und steuerbares Förderband nötig. Eine neue Fördertechnik musste nicht angeschafft werden, da ein paralleles Projekt ([[Modulares mechatronisches Produktionssystem (MPS) zur Fertigung eines Pneumatikzylinders]]) bereits ein Förderband verwendet, worin diese Anlage integriert werden konnte. Folgende Schritte sind umzusetzen.
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| *Gesamtanlage auf die endgültige Position mittig über dem Förderband bringen
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| *Ansteuerung des Förderbands sicherstellen
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| (Bild Position Roboter)
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| ===Hindernisse/Probleme===
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| ====Schaltschrank====
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| Währen der Anforderungsdefinition wurde festgestellt, dass das mitgelieferte Netzteil die geforderte Leistung für das System nicht abrufen kann. Daraufhin musste ein leistungsstärkeres Netzteil bestellt werden, welches andere Maße besitzt. Die Maße mussten in die Planung mit einbezogen werden.
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| ====Mechanischer Aufbau====
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| Die Befestigung und Ausrichtung der Kamera stellte eine Herausforderung dar.
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| ====Vakuum-Greifer====
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| (Vakuumsaugdüse fehlt)
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| ====Arbeitsfläche====
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| Der Industrie Computer ist nur mit der veralteten Software ausgestattet. Außerdem ist ein editieren der Programme nicht möglich, da dieser Computer vorher nur als Slave benutzt wurde. Die ACE Software war nur auf einen Fernzugriff ausgelegt.
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| ====Förderband====
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| Bei der Positionsänderung des Roboters ist darauf zu achten, dass das Parallelprojekt nicht behindert oder beschädigt wird und ausreichend Platz ist, um Reparaturarbeiten am Roboter durchzuführen. Dafür musste das Parallelprojekt zuerst teilweise zerlegt werden, um das Robotergestell ohne Beschädigungen an die vorgesehene Position zu bringen. Anschließend wurde die Arbeitsfläche so positioniert, dass der Arbeitsraum des Roboters gut überschaubar ist.
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| ===Ergebnis===
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| ==Komponententest==
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| ==Integrationstest==
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| ==Abnahmetest==
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| ==Systemtest==
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| =Zusammenfassung=
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| =Ausblick=
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| =Projektunterlagen=
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| =Literaturverzeichnis=
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