Prestanda- och effektivitetstestning av aktuatorer

En Dewesoft-kund, LOGICDATA, utvecklar mekatroniska system för justerbara möbler för hem och kontor. Företaget strävar ständigt efter att skapa ny och bättre teknik. Genom att implementera branschledande lösningar i sina produkter förlitar de sig på noggranna tester före lansering. Företaget har byggt upp en dedikerad testbänk för aktuatorers effektivitet, och flexibiliteten hos datainsamlingssystemet DEWE-43A förenklar det dagliga arbetet.

LOGICDATA grundades 1994 och har sitt huvudkontor i den lilla staden Deutschlandsberg i södra Österrike. Med kontor i både Österrike och USA samt produktionsanläggningar i Tjeckien och Ungern består LOGICDATA-teamet av över 300 branschledande experter. År 2021 gick företaget samman med den kinesiska tillverkaren JIECANG för att kombinera resurser och stärka den gemensamma tillväxten.

LOGICDATA grundades 1994 och har sitt huvudkontor i den lilla staden Deutschlandsberg i södra Österrike. Med kontor i både Österrike och USA samt produktionsanläggningar i Tjeckien och Ungern består LOGICDATA-teamet av över 300 branschledande experter. År 2021 gick företaget samman med den kinesiska tillverkaren JIECANG för att kombinera resurser och stärka den gemensamma tillväxten.

Efter att ha vunnit flera utmärkelser använder företaget en rad intelligenta elektronik-, mekatronik- och inbyggda mjukvarulösningar för att producera justerbara möbler för hem och kontor.

Testning av aktuatorer

LOGICDATA testar inbyggda aktuatorer som driver benen på elektriskt höj- och sänkbara kontorsbord. Höjdjusteringsmekanismen, drivsystemet i de teleskopiska benen, består i grunden av en borstlös likströmsmotor, en växellåda och ett spindelsystem med integrerad broms som arbetar med hastigheter upp till 80 mm/s.

Med den ökande efterfrågan på kundanpassade lösningar leder företagets strategi ”One Vision. One Provider” till ökad modularitet, Premium Modular Solutions, och ett växande produktutbud. För att säkerställa stabil drift över produktens livslängd måste nya prototypdesigner analyseras och verifieras på kort tid. LOGICDATA genomför mer än 200 tester innan en aktuator godkänns.

Företaget måste säkerställa att komponenterna rör sig jämnt och tyst under olika belastnings- och hastighetsförhållanden. En distribuerad modell med aktuatorintegrerade töjningsgivare i varje bordsben, i stället för en central sensor, ger högre känslighet vid vertikal rörelse. Detta intelligenta skyddssystem, ISP, minimerar systemskador och identifierar effektivt kollisioner.

Testlösningen

Herr Andreas Pichler, mekanikexpert, visade oss runt i sitt laboratorium med många professionellt uppbyggda testuppställningar. ”Det är avgörande att analysera verkningsgraden för varje enskild komponent i hela drivkedjan,” säger han, ”för att vi ska kunna förstå alla energiförluster och därmed identifiera möjligheter till optimering.” För detta ändamål har LOGICDATA byggt en specifik testbänk för aktuatorers effektivitet.

Ingenjörerna spänner fast testobjektet i en gul hållare i teststativet och ansluter det elektriskt. DEWE-43-enheten i skåpet mäter trefasiga motorspänningar och strömmar, samt förflyttning, kraft, vridmoment och hastighet, till exempel 38 mm/s upp till högre hastigheter på 80 mm/s. DewesoftX-programvaran möjliggör därefter beräkning av verkningsgrad i realtid genom att jämföra den mekaniska uteffekten med den elektriska ineffekten.

Motkraften justeras via en kontrollpanel med pneumatik för att simulera olika belastningar. Ingenjörerna jämför dessutom det resulterande stödmomentet med den applicerade kraften, vilket ger insikt i verkningsgraden hos det integrerade spindelsystemet. På detta sätt utvärderar de aktuatorns viktiga självlåsande egenskaper, till exempel att ett skrivbord inte får sjunka ned när någon sitter vid det. Testuppställningen kan även anpassas för att uppfylla olika kundkrav.

DEWE-43A datainsamlingssystem

DEWE-43A väger mindre än ett kilogram och är tillräckligt liten för att rymmas i handen. DAQ-instrumentet är lätt och portabelt, men samtidigt robust och kraftfullt. Varje enhet är CNC-fräst ur ett massivt aluminiumblock och erbjuder åtta högfrekventa analoga ingångar samt åtta SuperCounter-ingångar. Instrumentet erbjuder dessutom ett mycket konkurrenskraftigt förhållande mellan pris och prestanda.

DEWE-43A är lämpad för ett brett spektrum av dynamiska datainsamlingsapplikationer. Instrumentet levereras med den avancerade programvaran DewesoftX för datainsamling, registrering och analys. Dewesoft har utvecklat denna programvara utifrån en kärnfilosofi, en programvara för alla testapplikationer. Denna kombination gör DEWE-43A till en schweizisk armékniv för test och mätning.

Standardräknare som finns i de flesta DAQ-system idag ger endast heltalsupplösning, till exempel 1, 1 eller 2, 2. Som ett resultat ligger deras utdata alltid ett sampel efter de analoga sensordata, vilket är ett problem i tillämpningar som rotations- eller torsionsvibration, där även en liten fasförskjutning kan påverka resultaten.

SuperCounter löser detta problem genom att extrahera flyttalsvärden som 1,37, 1,87 och 2,37 och synkronisera dem exakt i tid med övriga data. En SuperCounter är två räknare i en. Signalen matas parallellt till båda räknarna, där underräknaren mäter den exakta tidpunkten för signalens stigande flank och därmed beräknar och perfekt synkroniserar det verkliga räknarvärdet med de analoga signalerna.

Dewesofts SuperCounter®-teknologi är kompatibel med flera typer av givare, såsom pulsgivare, kugghjulssensorer och närhetssensorer. DEWE-43A och andra Dewesoft-system som SIRIUS, MINITAURs och KRYPTON kan konfigureras med en eller flera SuperCounter-ingångar.

DEWE-43A stöder även sensorteknologin TEDS (Transducer Electronic Data Sheet), vilket gör det möjligt för ingenjörer att snabbt bygga upp testuppställningar på plats och genomföra olika typer av tester, såsom:

• motorprestandatester,

• livslängdstester,

• accelerations- och retardationsprofiler.

Visualisering och rapportering

Den anpassade DewesoftX-programvaran delar upp mätskärmen i två delar. På vänster sida visas en schematisk bild av hela aktuatorn, med motor och växellåda överst och spindelsystem med teleskopmekanism nederst. Olika färger visualiserar uppmätta värden som elektrisk och mekanisk effekt, kraft, vridmoment, verkningsgrad, position och hastighet. Enheten, till exempel mm/s, gör att ytterligare kanalbeskrivningar inte behövs, vilket ger en enklare och mer överskådlig uppställning.

På höger sida visas rubrikinformation, till exempel vilket test som utförs, vilken designversion som används, vilka testkriterier som gäller och vem som ansvarar för testet. Testparametrar kan justeras via kontrollkanaler och visas i en mindre skiss. Programvaran sparar all data i en datafil för att möjliggöra senare reproducerbarhet.

Dewesoft-uppställningen visar redan resultaten i realtid under testningen, presenterade i en tabell för omedelbar utvärdering. Programvaran uppdaterar rapporten kontinuerligt och den är färdig så snart ingenjörerna avslutar testet, en funktion som sparar mycket tid.

Livslängdssimulering av aktuatorer

Innan en produkt lanseras behöver LOGICDATA även förstå hur aktuatorns prestanda förändras över tid. Därför inkluderar företaget flera olika prestandamätningar i ett livslängdstest.

Använd utrustning:

• DEWE-43A: datainsamlingssystem

• DewesoftX: datainsamlingsprogramvara

• DSI-V-200: DSI-adapter för ±200 V analog ingång

• LEM LTSR 15-NP strömsensor

• KR110a 2000 N ringformad vridkraftsgivare

• ME TD110a 20 Nm vridmomentsensor

• KM26z 500 N tryck-drag-lastcell

• K+C precisionsglaslinjal M5 linjär positionssensor (2 st)

• SICK-DBS60E vinkelgivare

Under testet belastas aktuatorn med en definierad last under hela sin livslängd, samtidigt som utrustningen mäter likspänning och ström som tillförs aktuatorn. Ingenjörerna avläser kommunikationen mellan styrboxen och aktuatorn och registrerar en spänningspuls varje gång motorn roterar.

Räknarfunktionen i DewesoftX säkerställer snabb beräkning av motorhastigheten.

Testingenjörerna känner till vilken last aktuatorn ska flytta och monterar därför en kraftgivare under den. På så sätt kan de beräkna den mekaniska uteffekten. Denna information används för att beräkna aktuatorns verkningsgrad. Vid slutet av livslängdstestet jämförs resultaten över tid för att identifiera eventuella förändringar.

Slutsats

Effektivitetstestbänken är bara en av flera testuppställningar som används av LOGICDATA. Andra tester omfattar spindeltester, uthållighetstester inför produktlansering samt tester i akustiska kammare. Dessutom genomgår varje aktuator en slutkontroll direkt efter produktion i separata slutteststationer.

DEWE-43-systemets portabilitet och flexibilitet är avgörande för LOGICDATAs mätningar. Den sömlösa integrationen mellan hårdvara och mjukvara gör systemet mycket lätt att använda.

DewesoftX-programvaran beräknar avancerade matematiska funktioner i realtid, vilket ger ingenjörerna direkt insyn i resultaten och möjlighet att justera parametrar under testets gång.

”Vår utveckling av det nya och mekaniskt mer komplexa spindelsystemet hade varit omöjlig utan testbänken,” säger Andreas Pichler. ”Vi har skapat nästa generation av inline-drivna aktuatorer med hög flexibilitet vad gäller hastighet och belastning. Våra DMDinline- och DCDinline-drivsystem kommer att uppfylla olika kundkrav och sätta en ny standard i branschen. Vi har kontinuerligt optimerat Dewesoft-uppställningen för snabb utvärdering under denna omfattande produktutveckling. Snabbare framsteg gör också arbetet roligare.”

För närvarande arbetar LOGICDATA med C++ Script-funktionen i Dewesofts Mathmodule för att ytterligare förenkla testuppställningen och utöka funktionaliteten. Denna förenkling ökar testeffektiviteten och möjliggör att önskade resultat uppnås redan vid första mätningen, vilket sparar både tid och kostnader.

”Min slutsats om Dewesoft är: Du kan snabbt få mätdata, men när mer detaljerad analys krävs är det värt att fördjupa sig.”