• No results found

An example of simulation of virtual machine tools

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "An example of simulation of virtual machine tools"

Copied!
47
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)PRIMER SIMULACIJE VIRTUALNIH OBDELOVALNIH STROJEV Magistrsko delo. Študent:. Luka KUTNJAK. Študijski program 2. stopnje:. Strojništvo. Smer:. Proizvodni sistemi in tehnologije. Mentor:. red. prof. dr. Jože BALIČ. Somentor:. dr. Simon KLANČNIK. Maribor, Oktober 2015.

(2) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Vložen original sklepa o potrjeni temi magistrskega dela. - II -.

(3) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Jožetu Baliču in somentorju dr. Simonu Klančniku za pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.. - III -.

(4) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. KAZALO. 1. 2. UVOD ................................................................................................................................ 1 1.1. OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA ......................................................... 1. 1.2. NAMEN, PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE MAGISTRSKEGA DELA........................................ 1. 1.3. PREGLED VSEBINE ......................................................................................................... 2. RAČUNALNIŠKE SIMULACIJE.................................................................................. 3 2.1. SIMULACIJSKI MODELI .................................................................................................. 4. 2.2. VRSTE SIMULACIJ.......................................................................................................... 5. 2.2.1. Zvezna simulacija ................................................................................................. 6. 2.2.2. Diskretna simulacija ............................................................................................. 6. 2.2.3. Hibridna ali kombinirana simulacija .................................................................... 7. 2.2.4. Simulacija v realnem času .................................................................................... 7. 2.3 3. RAZLIKA MED SIMULACIJO IN ANIMACIJO ..................................................................... 8. PREDSTAVITEV PROGRAMSKIH ORODIJ SOLIDWORKS IN LABVIEW...... 9 3.1. SOLIDWORKS ............................................................................................................... 9. 3.2. LABVIEW .................................................................................................................. 10. 3.2.1 4. 5. Navidezni instrumenti NI ................................................................................... 10. VIRTUALIZACIJA STROJA ...................................................................................... 12 4.1. OBDELOVALNI STROJ LAKOS 150G .......................................................................... 12. 4.2. MODELIRANJE STROJA ................................................................................................ 13. 4.3. DODAJANJE VIRTUALNIH POGONOV ............................................................................ 16. IZDELAVA VIRTUALNEGA INSTRUMENTA V OKOLJU LABVIEW ............. 19 5.1. PRIPRAVA PROJEKTA V LABVIEW-U .......................................................................... 19. 5.1.1. Dodajanje SolidWorks Assembly-ja v LabVIEW projekt ................................. 19. 5.1.2. Dodajanje virtualnih osi v projekt ...................................................................... 20. 5.1.3. Dodajanje koordinatnega prostora ...................................................................... 20. 5.1.4. Konfiguracija osi ................................................................................................ 21 - IV -.

(5) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 5.1.5 5.2. Magistrsko delo. Definiranje časovne zanke .................................................................................. 21. PROGRAMIRANJE IN IZDELAVA VIRTUALNEGA INSTRUMENTA..................................... 22. 5.2.1. Funkcija Straight-Line Move.............................................................................. 22. 5.2.2. Funkcija Arc Move ............................................................................................. 25. 5.2.3. Funkcija Contour Move ...................................................................................... 27. 5.2.4. Uporabniški vmesnik .......................................................................................... 31. 5.3. ZAGON SIMULACIJE ..................................................................................................... 32. 6. SKLEP ............................................................................................................................. 37. 7. SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................................... 38. -V-.

(6) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. KAZALO SLIK Slika 2.1: Delitev modelov ........................................................................................................ 5 Slika 2.2: Vrste simulacij .......................................................................................................... 6 Slika 3.1: Obdelovalni stroj Lakos 150G ................................................................................. 12 Slika 3.2: Glavno ogrodje stroja ............................................................................................... 13 Slika 3.3: Vpenjalna plošča ...................................................................................................... 14 Slika 3.4: Vertikalna vodilna plošča ......................................................................................... 14 Slika 3.5: Primež ...................................................................................................................... 14 Slika 3.6: Končan model .......................................................................................................... 15 Slika 3.7: Definicija motorja .................................................................................................... 16 Slika 3.8: Virtualni motorji....................................................................................................... 17 Slika 3.9: Vklop dodatkov SolidWorks Motion in SolidWorks Simulation ........................... 18 Slika 4.1: SolidWorks Assembly v LabVIEW projektu ........................................................... 19 Slika 4.2: Osi in pripadajoči motorji ........................................................................................ 20 Slika 4.3: Koordinatne osi ........................................................................................................ 21 Slika 4.4: Vstavljanje funkcije Timed Loop ............................................................................. 22 Slika 4.5: Struktura projekta ..................................................................................................... 22 Slika 4.6: Straight-Line Move Funkcija ................................................................................... 24 Slika 4.7:Front panel – pomik v x-smeri .................................................................................. 24 Slika 4.8: Pomik v x-smeri ....................................................................................................... 25 Slika 4.9: Definicija krožnega pomika ..................................................................................... 26 Slika 4.10: Definicija roll, pitch, yaw ....................................................................................... 26 Slika 4.11: Funkcija Arc Move................................................................................................. 27 Slika 4.12: Preprost obdelovanec ............................................................................................. 27 Slika 4.13: Funkcija Contour Move ......................................................................................... 28 Slika 4.14: Končan program ..................................................................................................... 30 - VI -.

(7) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 4.15: Uporabniški vmesnik - nadzor ............................................................................... 31 Slika 4.16: Uporabniški vmesnik – monitoring ........................................................................ 32 Slika 4.17: Komunikacija med programoma ............................................................................ 32 Slika 4.18: Zaganjanje simulacije ............................................................................................. 33 Slika 4.19: Simulacija v teku .................................................................................................... 34 Slika 4.20: Merjenje razdalj...................................................................................................... 34 Slika 4.21: Izris poti orodja ...................................................................................................... 35 Slika 4.22: Primer trka orodja in primeža................................................................................. 36 Slika 4.23: Primer grafa trenja .................................................................................................. 36. KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 4.1: Specifikacije stroja ........................................................................................ 12. - VII -.

(8) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. PRIMER SIMULACIJE VIRTUALNIH OBDELOVALNIH STROJEV Ključne besede: Simulacije, SolidWorks, LabVIEW, virtualizacija, modeliranje, NI SoftMotion, obdelovalni stroj. UDK klasifikacija:. POVZETEK V magistrskem delu je predstavljena simulacija virtualnega obdelovalnega stroja, s pomočjo programskih paketov SolidWorks in LabVIEW. V teoretičnem delu so na kratko opisane računalniške simulacije, programska paketa, s katerima je bila simulacija izvedena, ter obdelovalni stroj Lakos 150G. V okviru praktičnega dela so bile opravljene meritve stroja, virtualizacija stroja v programskem paketu SolidWorks, izdelava uporabniškega vmesnika v programu LabVIEW za krmiljenje modela med simulacijo in zagon ter izvajanje simulacije. V praktičnem delu naloge je možno slediti korakom, ki nas vodijo skozi postopek priprave simulacije. Na koncu so predstavljene možnosti za ogled željenih rezultatov simulacije.. AN EXAMPLE OF SIMULATION OF VIRTUAL MACHINE TOOLS Key words: Simulations, SolidWorks, LabVIEW, Virtualization, Modeling, NI SoftMotion, Machine Tool.. ABSTRACT. In master thesis is presened a virtual simulation of a virtual machine tool with the help of software packages SolidWorks and LabVIEW. The theoretical part briefly describes the computer simulations, software packages with which the simulation was performed, and the machine tool Lakos 150g. Within practical part, measuring of machine was performed, virtualization of machine tool with software package SolidWorks, making of user interface in LabVIEW to control the model during simulation, and starting and runing the simulation. In the practical part of the thesis, it is possible to follow steps, that guide us through the process of preparing simulation. At the end are presented possibilites to observe the desired results of the simulation.. - VIII -.

(9) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. UPORABLJENE KRATICE. CAD -. Computer Aided Design. FS -. Fakulteta za strojništvo. VI -. Virtualni instrument. - IX -.

(10) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 1. Magistrsko delo. UVOD. 1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela Obdelovalni stroj je mehatronski sistem, katerega kompleksnost in zahteve po natančnosti postajata vse bolj zahtevna. Zasnova konstrukcij obdelovalnih strojev je predmet običajnih konfliktov, ki so prisotni v razvoju izdelkov. Visoka produktivnost in učinkovitost zahtevajo krajše obdelovalne čase, ki vodijo k snovanju lahkih komponent, za doseganje večjih pospeškov, na drugi strani, pa se povečujejo zahteve glede površinske kakovosti in natančnosti, ki zahtevajo visoko statično in dinamično togost, kar pa neizogibno vodi do večjih mas. Kombinacije številnih nasprotujočih si pogojev zahtevajo natančna merila, glede konstruiranja sodobnih več osnih obdelovalnih strojev, zaradi česar je prvi koncept le redko optimalen. Izdelava fizičnega prototipa zahteva čas in investicije, zaradi česar se vse večje število strojev razvija v obliki virtualnih prototipov in simuliranjem le-teh. Na ta način je mogoče hitro in učinkovito ovrednotiti na tisoče različic stroja, brez investiranja časa in denarja, ki sta potrebna za izdelavo fizičnih prototipov. Primer simulacije virtualnega obdelovalnega stroja bomo predstavili v magistrski nalogi.. 1.2 Namen, predpostavke in omejitve magistrskega dela Namen magistrske naloge je predstaviti primer simulacije virtualnega CNC obdelovalnega stroja z uporabo programskih paketov SolidWorks in LabVIEW in prikazati uporabnost ter prednosti takšne simulacije. Za primer virtualnega obdelovalnega stroja bomo zmodelirali namizni obdelovalni stroj Lakos 150G. Za naše potrebe bomo model stroja nekoliko poenostavili. Izdelavo gibalnih profilov in zasnovo uporabniškega vmesnika za nadzor modela ter zagon simulacije, bomo izvedli s programskim paketom LabVIEW. Pri simulaciji se bomo omejili na simuliranje premikanja posameznih komponent stroja med delovanjem.. -1-.

(11) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 1.3 Pregled vsebine Magistrsko delo je sestavljeno iz šestih glavnih poglavij, ki so razdeljena na podpoglavja. V prvem poglavju so predstavljeni problematika, osnovni cilji in predpostavke dela. V drugem poglavju so na kratko opisane računalniške simulacije. V tretjem poglavju sta predstavljena programska paketa, ki sta bila uporabljena za primer simulacije. V četrtem poglavju je predstavljena virtualizacija obdelovalnega stroja Lakos 150G. V petem poglavju sta predstavljena postopek programiranja gibalnih funkcij in izdelava uporabniškega vmesnika v programu LabVIEW. V zadnjem poglavju je podana zaključna misel oziroma sklep o nalogi.. -2-.

(12) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. RAČUNALNIŠKE SIMULACIJE. 2. Simulacija je imitacija delovanja procesa ali sistema v realnem svetu, v določenem časovnem obdobju. Za simuliranje nekega dejanja je najprej potrebno razviti model, ki predstavlja ključne značilnosti in funkcije izbranega fizičnega ali abstraktnega sistema ali procesa. Sam model predstavlja sistem, simulacija pa predstavlja delovanje sistema skozi čas. [1] Računalniška simulacija je simulacija, ki poteka na enem ali na več računalnikih v omrežju. Računalniške simulacije izvajamo s pomočjo namenskih programov, postale pa so koristen del matematičnega modeliranja mnogih naravnih sistemov v fiziki, astrofiziki, kemiji, ekonomiji, inženiringu itd. Simulacija sistemov se uporablja za raziskovanje in pridobivanje novih spoznanj v novih tehnologijah in za vrednotenje sistemov, ki so prezapleteni za analitično reševanje. Med simulacijami razlikujemo take, ki v določenih programih potekajo le nekaj minut in take, ki omrežju računalnikov potekajo več ur ali celo dni. Obseg dogodkov, ki jih je mogoče simulirati z računalnikom, zdaleč presega kakršno koli matematično modeliranje z uporabo svinčnika in papirja. Ključni problemi pri simulacijah so pridobivanje veljavnih informacij o ključnih značilnostih in obnašanju sistema, uporabi poenostavljenih aproksimacijskih metod in predpostavk v simulaciji ter validaciji rezultatov. Računalniški model sestavljajo algoritmi in enačbe, uporabljene za opis modeliranega sistema, pri tem pa je računalniška simulacija izvajanje programa, ki te algoritme in enačbe vsebuje. Tako ne gradimo simulacije, ampak zgradimo model, ki ga nato poženemo oz. poženemo simulacijo. [1] Zahteve glede vhodnih podatkov za simulacijo se lahko zelo razlikujejo. Za nekatere simulacije lahko zadostuje kot vhodni podatek le nekaj številk, medtem ko je za druge lahko potrebno več terabajtov podatkov. Tudi viri vhodnih podatkov se lahko razlikujejo: . senzorji in druge fizične naprave povezane z modelom,. . kontrolne površine, ki na kakršenkoli način vplivajo na simulacijo,. . trenutni podatki ali podatki iz preteklosti, ki so vneseni ročno,. . vrednosti pridobljene kot stranski produkt drugih procesov,. . izhodni podatki drugih simulacij, modelov ali procesov. Prav tako se lahko spreminja čas, ko so določeni podatki na voljo. Konstantni podatki so. po navadi predpisani že v modelu, saj se ne spreminjajo, ali pa inženir predpiše, da so konstantni, za vse primere simulacije. Podatki so lahko v simulacijo prebrani na začetku, iz zunanjih datotek, ali z branjem podatkov iz predprocesorja, lahko pa so posredovani v -3-.

(13) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. simulacijo med izvajanjem, npr. iz omrežja senzorjev. Sistemi, ki sprejemajo podatke iz zunanjih virov, morajo biti izredno previdni, vedoč, kaj prejemajo. Za računalnike je enostavno prebrati vrednosti iz besedilnih ali binarnih datotek, težje pa je prepoznati, kakšna je točnost podatkov. Napake so po navadi izražene s t. i. "error bars". To je grafični prikaz odstopanja podatkov, kjer so prikazana minimalna in maksimalna odstopanja, znotraj katerih se nahaja prava vrednost. Ker računalniška matematika ni popolna, zaokroževanje in krajšanje pa multiplicira nastale napake, je priporočljivo izvesti analizo napak, saj lahko tako potrdimo, da bodo izhodne vrednosti simulacije še vedno koristne. [1] V preteklosti so bili izhodni podatki simulacije predstavljeni v tabelah oz. kot matrike, ki so prikazovale, kakšen vpliv so imele spremembe parametrov na izhodne podatke. Psihologi in ostali so hitro spoznali, da ljudje hitreje zaznamo trende, in sicer z gledanjem grafov, slik in animacij, generiranih iz rezultatov. Čeprav ni nujno, da je mogoče iz takšnih rezultatov takoj prebrati numerične rezultate, je včasih na tak način lažje in hitreje predvideti določene dogodke, kot s pregledovanjem raznih tabel. [1] Računalniške simulacije se uporabljajo na različnih področjih, kot so: napovedovanje vremena, oblikovanje kompleksnih sistemov (logistični sistemi in letalski promet), simulatorji letenja za usposabljanje pilotov, napovedovanje cen na finančnih trgih, oblikovanje industrijskih procesov, simuliranje obdelovalnih strojev, simuliranje robotov itd. [1] Zanesljivost simulacij je odvisna od simulacijskega modela, zato sta verifikacija in validacija ključnega pomena pri razvoju računalniških simulacij. Drug pomemben vidik je tudi ponovljivost rezultatov, kar pomeni, da z istim simulacijskim modelom ne bi smeli dobiti različnih rezultatov, če simulacijo izvedemo večkrat. [1]. 2.1 Simulacijski modeli Simulacijski model predstavlja le aproksimacijo realnega stanja, ki pa je pogosto zelo zahtevno in ni popolnoma raziskano, zato model ne more popolnoma nadomestiti realnega stanja. Izdelava modela je razvijajoči se proces, zato je po navadi smiselno začeti z bolj enostavnim modelom in nato na tej osnovi graditi vse bolj natančne, ampak težje rešljive probleme. [5] Slika 2.1 prikazuje delitev realnih oz. simulacijskih modelov. Pri grafičnih modelih so elementi in funkcije konceptualnega modela predstavljeni v grafični obliki (npr.: x-y krivulja, skica arhitekta ...). Fizikalni modeli pa so opisani s fizikalnimi zakoni. Najbolj uporabna -4-.

(14) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. podmnožica fizikalnih modelov so računalniški. Glede na vrsto računalnika, s katerim jih izvedemo, jih delimo na analogne, hibridne in digitalne računalniške modele. Analogni računalniški modeli so primerni za simulacijo zveznih dinamičnih sistemov, odlikuje jih predvsem velika hitrost, zaradi česar so zelo primerni za simulacijo v realnem času. Digitalni računalniški modeli so primerni predvsem za simulacijo diskretnih dogodkov in diskretnih sistemov (diskretni modeli), a z uporabo numerične integracije se uspešno uporabljajo za simulacijo zveznih dinamičnih sistemov (zvezni modeli) in za simulacijo kombiniranih sistemov (kombinirani modeli). Odlikuje jih večja natančnost, široka možnost uporabe in dobre zmožnosti vhodno-izhodnih operacij. Hibridni računalniški modeli izkoriščajo dobre lastnosti analognih in digitalnih računalnikov. [6]. Slika 2.1: Delitev modelov [6]. 2.2 Vrste simulacij Simulacije, kot metodo za analizo, delimo glede na vrste modelov na: zvezno, diskretno in kombinirano simulacijo. Glede na tehniko s katero se izvajajo (vrsta računalnika), pa jih delimo na analogne, digitalne in hibridne simulacije. Glede na to razdelitev je zvezna simulacija lahko analogna ali digitalna, diskretna je vedno digitalna, kombinirana simulacija pa je digitalna ali hibridna. Delitev simulacij prikazuje slika 2.2. [6]. -5-.

(15) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 2.2: Vrste simulacij [6] 2.2.1 Zvezna simulacija Z zveznimi simulacijami lahko simuliramo sisteme, ki jih je mogoče opisati z linearnimi ali nelinearnimi, navadnimi ali parcialnimi diferencialnimi enačbami, s konstantnimi ali spremenljivimi koeficienti. Pogoj pri takšni vrsti simulacij je, da so spremenljivke stanj in njeni odvodi zvezni preko celotnega simulacijskega teka, v katerem je neodvisna spremenljivka običajno čas. Osnovni princip pri reševanju z zvezno simulacijo je uporaba integracije, s pomočjo katere iz višjih odvodov spremenljivk stanj v modelu izračunamo spremenljivke stanj, le-te pa z uporabo ustreznih operacij povežemo v paralelni simulacijski model. Po navadi delimo zvezne simulacije glede na vrsto uporabljenega računalnika na: •. analogno simulacijo in. •. digitalno simulacijo.. Z zvezno simulacijo simuliramo sisteme, ki so zvezni in paralelni, zato analogni način simulacije predstavlja najbolj naravno obliko. Pri digitalni simulaciji je potrebno integrator zamenjati z diskretnim numeričnim algoritmom, paralelno strukturo modela pa reševati zaporedno. Tak postopek zahteva več računalniškega časa, ampak je možno s primerno numerično integracijsko metodo in ustreznim vrstnim algoritmom problem zadovoljivo rešiti. [6] 2.2.2 Diskretna simulacija Pri diskretnih simulacijah se stanja sistema spreminjajo v diskretnih trenutkih. Tem spremembam pravimo diskretni dogodki. Ti dogodki se lahko izvajajo periodično, v natančno določenih trenutkih (npr. regulirni signal regulatorja), ali pa nesinhrono v odvisnosti od pogojev, ki so določeni z vrednostmi spremenljivk stanj. Drugi obliki, ki je bolj značilna za diskretno simulacijo, pa po navadi pravimo simulacija diskretnih dogodkov. Simulacija -6-.

(16) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. diskretnih dogodkov omogoča določanje stanj sistema v odvisnosti od časa, zbiranje podatkov in ustrezno statistično analizo. Statistika je ena temeljnih operacij pri tej vrsti diskretne simulacije, saj so modeli, ki jih na ta način simuliramo, običajno stohastične (naključne) narave. [6] 2.2.3 Hibridna ali kombinirana simulacija Kombinirano ali hibridno simulacijo lahko označimo kot simulacijo sistemov, ki jih lahko opišemo na celotnem intervalu opazovanja ali na delu tega intervala z diferencialnimi enačbami, pri čemer pa vsaj ena spremenljivka stanj ali njen odvod ni zvezna veličina. Po tej definiciji je vidno, da je praktično vsaka simulacija realnega problema v bistvu kombinirana simulacija. Takšna stroga definicija kombinirane simulacije je smiselna, ker je na isti način definirana tudi zvezna simulacija, kar pa ne pomeni, da orodja za zvezno simulacijo sistemov niso primerna za obravnavo realnih sistemov. Ta orodja imajo običajno tudi sicer zelo omejene možnosti kombinirane simulacije. Niso pa primerna za simulacijo sistemov, kjer so diskretni dogodki ali nezveznosti zelo pogoste. Razlog je ta, da imajo slabo razvite mehanizme za prehod iz zveznega v diskretni del modela in obratno. Medtem ko orodja za kombinirano simulacijo vedno numerično pravilno obdelujejo nezveznosti, imajo pri zveznih digitalnih simulacijskih orodjih to lastnost le redki obstoječi simulacijski jeziki. Proizvajalci šele v zadnjem času tej problematiki posvečajo večjo pozornost. [6] 2.2.4 Simulacija v realnem času Simulacija v realnem času predstavlja posebno zahtevno obliko simulacije takrat, ko je neodvisna spremenljivka sinhronizirana z realnim časom. Čas opazovanja (simulacije) je po navadi neomejen oz. precej dolg, tako da redkeje govorimo o simulacijskih tekih oz. o njihovih dolžinah. Razen sinhronizacije z realnim časom je pri tej vrsti simulacij običajno značilno tudi: •. zajemanje za računalniški sistem primerno pripravljenih podatkov realnih signalov,. •. posredovanje rezultatov v obliki realnih signalov in. •. neomejena dolžina simulacijskega teka.. S stališča uporabe simulacije v realnem času ločimo dve glavni področji, to sta razvoj in preizkušanje novih sistemov. Simulacija na teh dveh področjih predstavlja inženirsko načrtovalno orodje. Simulacija v realnem času zahteva običajno velike procesne zmožnosti računalnikov, te pa so povezane s: -7-.

(17) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. •. potrebnim računskim korakom,. •. kompleksnostjo simuliranega objekta (odvisnost od kompleksnosti realnega objekta, zahtevane natančnosti ...) in. •. potrebo po vhodno-izhodnih operacijah (odvisnost od namena simulatorja).. Simulacija v realnem času pa uvaja precej problemov, saj si pod tem pojmom običajno predstavljamo tudi priključitev realnega sistema na računalnik. Učinkovita simulacija v realnem času je možna le s specifično programsko in materialno opremo. [6]. 2.3 Razlika med simulacijo in animacijo Včasih sta simulacija in animacija vizualno podobni, vendar so načela na katerih temelji vsaka od teh tehnik zelo različne.[8] Razlika med simulacijo in animacijo v mnogih primerih predvajanja slikovnih zaporedij ni vedno jasna, kljub temu pa bistvena razlika med obema obstaja. Pri animaciji gre za oblikovanje slik, ki jih je v medsebojni odvisnosti skozi čas mogoče povzeti kot zaporedje gibanja. [9] Zaporedje slik, ob predvajanju pri zadostni hitrosti, predstavlja gladko premikajočo se sliko,. kot video ali film. Ne glede na to, kolikokrat animacijo. predvajamo, ima vedno enak začetek in konec. Vse se zgodi vedno na enak način. [7] Pri simulaciji pa, v nasprotju z animacijo, gre za vhodno usmerjeni proces, v katerem uporabnik lahko spreminja parametre, ki vplivajo na rezultat, pri tem pa končnega rezultata ne pozna v naprej. [10]. -8-.

(18) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 3. Magistrsko delo. PREDSTAVITEV PROGRAMSKIH ORODIJ SOLIDWORKS IN LABVIEW Za simulacijo našega virtualnega obdelovalnega stroja sta bila uporabljena programska. paketa SolidWorks in LabVIEW. Z uporabo SolidWorksa smo pripravili CAD-model obdelovalnega stroja, z uporabo LabVIEW-a definirali profile pomikov, nato pa s pomočjo obeh izvedli simulacijo. V nadaljevanju sledi kratka predstavitev obeh programskih paketov.. 3.1 SolidWorks SolidWorks je programski paket za računalniško podprto konstruiranje. Uporablja se tudi za enostavnejše inženirske analize in simulacije. V osnovi program zajema 3D modelirnik, modul za sestavljanje in modul za izdelavo tehniške dokumentacije. [2] Izdelava modela se po navadi začne z 2D skico (čeprav so na voljo tudi 3D skice, za izkušene uporabnike). Skica je sestavljena iz geometrij, kot so točke, linije, loki itd. Skici so dodane dimenzije za definicijo velikosti in lokacije skice. Med geometrijami so uporabljene relacije, za definicijo atributov, kot je tangentnost, paralelnost, pravokotnost in koncentričnost. Dimenzije v skici je možno spreminjati neodvisno ali v odvisnosti od ostalih parametrov v ali izven skice. [8] S pomočjo funkcij nato 2D skice pretvorimo v 3D telesa oz. part-e, ki jim kasneje dodajamo ali odvzemamo material, da dobimo želeno obliko. Telesa nato sestavljamo v tako imenovane assembly-je oz. sestave. Relacije med posameznimi telesi določimo na podoben način kot relacije med geometrijami v skici. SolidWorks vključuje tudi napredne funkcije za definiranje relacij med telesi, kot so zobniški pogoni, s katerimi je mogoče natančno reproducirati rotacijsko gibanje zobniškega pogona. [8] Na koncu je, iz part-ov in assembly-jev, mogoče izdelati tehniške risbe. Različni pogledi so avtomatsko ustvarjeni, dimenzije in tolerance pa je mogoče poljubno in enostavno dodajati na risbe. Z mnogimi dodatki je SolidWorks uporaben na različnih tehniških področjih, in sicer: strojništvo, elektrotehnika, lesarstvo itd. Prav tako ponuja dodatne zmogljivosti za analize napetosti, upogiba, gibanja in seštevka toleranc, fotorealistični rendering, obširne knjižnice komponent, načrtovanje cevi in napeljav kot tudi produktivnostna orodja. Je enostaven in -9-.

(19) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. zmogljiv programski paket, ki je zaradi relativno enostavne uporabe zelo priljubljen, kljub temu, da ga po zmogljivosti pogosto prekašajo drugi programski paketi, kot so: Catia, Unigraphics in Pro/ENGINEER. [2]. 3.2 LabVIEW LabVIEW je platforma in programsko okolje za grafični programski jezik National Instruments. Grafični jezik se imenuje G, vendar ga ne smemo zamenjevati z G-kodo. LabVIEW je pogosto uporabljen za pridobivanje podatkov, nadzorovanje instrumentov in industrijsko avtomatizacijo. LabVIEW programi/podprogrami so imenovani navidezni instrumenti (NI). Vsak NI ima tri komponente: blokovni diagram, čelno ploščo in priključno ploščo. [3] 3.2.1 Navidezni instrumenti NI Osnovna programska celica programskega paketa LabVIEW se imenuje navidezni instrument, krajše NI (ang. VI - virtual instrument). Sestavljena je iz čelne plošče (Front Panel), to je uporabniški vmesnik oz. tisti del programa, ki je ob izvajanju viden uporabniku in na katerem lahko izvajamo nastavitve in opazovanje merilnih vrednosti. V blok diagramu (Block Diagram) so grafično predstavljene vhodne in izhodne spremenljivke. Vhodne spremenljivke ali kontrole so izvor podatkov za program. Pri izvajanju programa se iz njih preberejo podatki in nato obdelujejo s posameznimi funkcijami. Izhodne spremenljivke ali indikatorji so spremenljivke, v katere program izpisuje rezultate svojih funkcij oziroma računanj. [3] Blok diagram je okno, v katerem z usmerjanjem toka podatkov med funkcijami izdelujemo program. Praktični izgled blok-diagrama je povezava funkcij oz. blokov v smiselno celoto. Programer ima pri tem olajšano delo, saj so povezave različnih tipov oz. različnih barv. Primer: oranžna povezava pomeni tip spremenljivke z decimalno vejico, modra cela števila, vijolična znakovne nize in zelena logične spremenljivke. Pri spremenljivkah je povezava tanka, pri enodimenzionalnem polju ima podvojeno, pri večdimenzionalnem polju pa početverjeno debelino. V blok-diagramu ločimo programske funkcije, ki vhodnim spremenljivkam priredijo izhodne spremenljivke in programske strukture, ki so namenjene upravljanju in izvajanju programa. Tudi v programskem paketu LabVIEW lahko kreiramo lastne funkcije. Funkcije prav tako imenujemo navidezni instrumenti – NI. Kadar želimo funkcijo povezati v nov blokdiagram, jo moramo prikazati kot ikono, ki ima svoje konektorje. Ikona je grafičen element, ki je viden na blok diagramu in predstavlja našo funkcijo. Vhodne in izhodne spremenljivke so v - 10 -.

(20) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. sami funkciji povezane na konektor. Celotno priključitev vhodnih in izhodnih spremenljivk na funkcijo lahko prikažemo kot novo ikono. Izdelamo lahko poljubno globoko hirearhično zgradbo programa. [3] Programiranje v programskem paketu LabVIEW je zelo podobno risanju blok-diagrama električne sheme. Funkcije povežemo med sabo z definiranjem vhodnih in izhodnih podatkov. Za programiranje so na voljo različna orodja. V osnovi jih delimo na orodja za preizkušanje in orodja za urejanje. [3] Programsko okolje LabVIEW je mogoče razširiti z različnimi dodatnimi moduli, s čimer razširimo tudi področja uporabe programa. V našem primeru smo uporabili dodatni modul NI SoftMotion. LabVIEW NI SoftMotion modul je namenjen razvoju aplikacij za nadzorovanje gibanja. Omogoča konfiguriranje in nastavitve vseh gibalnih osi, preizkušanje konfiguracij, nastavljanje motorjev in hitro integracijo gibalnih ukazov v aplikacijo.. - 11 -.

(21) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 4. Magistrsko delo. VIRTUALIZACIJA STROJA. 4.1 Obdelovalni stroj LAKOS 150G Za naš primer virtualnega stroja smo si izbrali namizni rezkalni stroj Lakos 150G. Lakos 150 G je 3-osni frezalni stroj, ki omogoča rezkanje, graviranje in vrtanje. Gibanje omogočajo trije koračni motorji, ki jih nadzoruje vmesnik. Pozicijska resolucija stroja je 0,05 mm. Postopek frezanja omogoča serijski gravirnik, ki omogoča nastavljanje vrtilne hitrosti do 20000 vrtljajev na minuto. [4]. Slika 4.1: Obdelovalni stroj Lakos 150G Preglednica 4.1: Specifikacije stroja Dimenzije Dolžina:. 655 mm. Širina:. 440 mm. Višina:. 850 mm. Obdelovalni prostor stroja, maksimalni pomiki po posameznih oseh X. 205 mm. Y. 177 mm. - 12 -.

(22) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Z. Magistrsko delo. 130 mm Gravirnik KRESS. Vrtilna hitrost:. 0-20000 rpm. Moč:. 100W. Podajalna hitrost stroja:. 0-600 mm/min.. Pozicijska resolucija stroja:. 0,05 mm. 4.2 Modeliranje stroja Model stroja smo izdelali s pomočjo programskega paketa SolidWorks. Pred modeliranjem stroja je bilo najprej potrebno celoten stroj izmeriti in skicirati. Po izdelanih skicah in pridobljenih merah, smo lahko pričeli z izdelavo modela. Najprej smo zmodelirali posamezne komponente stroja, ki smo jih kasneje sestavili v končni model oz. Assembly. Za naše potrebe smo stroj nekoliko poenostavili. V model nismo vključili pogonskih motorjev, električne napeljave in nekaterih drugih manjših komponent, ki za našo simulacijo niso bistvenega pomena. S poenostavitvijo modela smo prihranili na času ter vplivali na hitrost in gladko delovanje simulacije, saj model zasede manj delovnega spomina. Kot prvo, smo zmodelirali glavno ogrodje stroja, na katerega so pritrjene vse ostale komponente.. Slika 4.2: Glavno ogrodje stroja - 13 -.

(23) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Sledilo je modeliranje prečnega nosilca, vpenjalne mize, primeža, podpornih nog, pomične plošče, nosilca za gravirnik itd. Na slikah 4.3−4.5 so kot primer prikazani modeli treh posameznih komponent stroja.. Slika 4.3: Vpenjalna plošča. Slika 4.4: Vertikalna vodilna plošča. Slika 4.5: Primež - 14 -.

(24) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Po končanem modeliranju posameznih delov stroja, smo le-te začeli sestavljati v končni model oz. tako imenovan sestav (ang. Assembly). Sestavljanje poteka tako, da vstavljamo posamezne komponente v model, njihov položaj ter prostostne stopnje pa določimo s pomočjo relacij med posameznimi komponentami. Relacije določamo s funkcijo Mate. Najprej smo vstavili glavno ogrodje stroja in ga fiksirali ter s tem onemogočili gibanje v vseh prostostnih stopnjah. Na glavno ogrodje smo fiksno vpeli nosilne noge, prečni nosilec, plastične čepke na koncih ogrodja in drsnike, po katerih se premika vpenjalna plošča ter nosilci gravirnika. Nato smo dodali vpenjalno ploščo, nosilce, ki omogočajo premikanje v prečni in vertikalni smeri ter nosilec gravirnika. Za dokončanje modela je bilo potrebno vstaviti le še primež, gravirnik in orodje. S tem je bilo modeliranje in sestavljanje našega virtualnega stroja končano.. Slika 4.6: Končan model. - 15 -.

(25) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 4.3 Dodajanje virtualnih pogonov Po končanem sestavljanju modela se v spodnjem levem kotu prestavimo iz načina Model v način Motion Study. V tem načinu je mogoče izdelati animacije, dodati navidezne motorje za premikanje komponent, vzmeti in blažilce med komponente ter definirati različne kontakte. Ko smo preklopili v način Motion Study, smo preverili, če je za Type of Study izbrana možnost Motion Analysis, kar je potrebno za kasnejšo delovanje simulacije. Nato smo komponente našega modela premaknili na ustrezen položaj, saj bo ta položaj kasneje predstavljal izhodiščni položaj za vse premike pri simulaciji. Za natančen premik komponent v izhodiščni položaj smo si pomagali s funkcijo Smart Dimension, s katero je mogoče določiti razdalje med komponentami. Po premiku komponent je bilo potrebno definirati še virtualne motorje, ki bodo kasneje pri simulaciji posamezne komponente premikali. Motor smo vstavili s klikom na ikono »Motor«. Po kliku se ob strani pojavijo možnosti za definicijo motorja. Pri možnosti Motor Type, je mogoče definirati tip motorja (linearni ali rotacijski), pri Component/Direction komponento, ki jo motor premika, smer premikanja in komponento, relativno na katero poteka premikanje. Pri opciji Motion pa definiramo različne funkcije gibanja (konstantna hitrost, dolžina, osciliranje, segmenti …). Po definiciji motorja se v modelu zraven komponente, ki se premika, pojavi rdeča puščica, ki kaže smer gibanja.. Slika 4.7: Definicija motorja - 16 -.

(26) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. V naš model smo vstavili 4 motorje, 3 linearne in enega rotacijskega. Linearni motorji služijo za premikanje po x,y in z oseh, rotacijskega pa smo dodali na gravirnik in poganja orodje. Pri vseh 4-ih motorjih smo pod opcijo Motion, kot vrsto gibanja, definirali Distance, saj bomo pomike v simulaciji definirali z razdaljo. Ostale nastavitve za našo simulacijo niso pomembne zaradi česar smo pustili privzete vrednosti. Motorje smo tudi ustrezno poimenovali. Motor, ki premika pomično ploščo, smo poimenovali x-os, motor, ki premika gravirnik v prečni smeri, smo poimenovali y-os, motor, ki premika gravirnik v vertikalni smeri, smo poimenovali z-os, motor na gravirniku pa smo poimenovali vreteno. Ko motor definiramo in dodamo v model, se zraven komponente, na katero je bil motor dodan prikaže rdeča puščica, ki kaže smer delovanja motorja. Na Slika 4.8 je prikazan model z dodanimi vsemi motorji, prikazani so z rdečimi puščicami. Prav tako so po dodajanju vsi motorji vidni v drevesni strukturi na levi strani programa.. Slika 4.8: Virtualni motorji Z vstavitvijo motorjev je bil model v SolidWorksu končan. Za kasnejšo simulacijo je bilo potrebno vključiti še dodatka SolidWorks Motion in Solidwork Simulation. Oba dodatka sta že vključena v SolidWorks Premium različici programa. Dodatka je mogoče aktivirati pod opcijo Add-Ins.. - 17 -.

(27) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 4.9: Vklop dodatkov SolidWorks Motion in SolidWorks Simulation. - 18 -.

(28) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 5. Magistrsko delo. IZDELAVA VIRTUALNEGA INSTRUMENTA V OKOLJU LABVIEW. 5.1 Priprava projekta v LabVIEW-u 5.1.1 Dodajanje SolidWorks Assembly-ja v LabVIEW projekt Po izdelanem modelu v programu SolidWorks, smo v programu LabVIEW izdelali virtualni instrument in vmesnik, s katerim smo krmilili naš model med simulacijo. Kot že omenjeno, smo morali za naš projekt LabVIEW razširiti z dodatnim modulom NI SoftMotion, ki vsebuje funkcije za definicije gibalnih profilov. Brez tega razširitvenega modula simulacija ni mogoča. Odprli smo LabVIEW in ustvarili nov projekt. Po kreiranju novega projekta se odpre okno Project Explorer, kjer je potrebno uvoziti informacije o našem SolidWorks modelu v LabVIEW projekt in ustvariti NI SoftMotion virtualne osi za motorje, vključene v naš model. Za uvoz informacij smo z desno miškino tipko kliknili na My Computer in izbrali New -> SolidWorks Assembly. Ker smo imeli SolidWorks z našim modelom odprt skupaj z LabVIEWom, je bila pot do našega modela že definirana, zato smo s klikom na »OK« pot potrdili in s tem uvozili naš Assembly, skupaj z motorji iz SolidWorksa v LabVIEW projekt. Izgled strukture projekta je prikazan na Slika 5.1.. Slika 5.1: SolidWorks Assembly v LabVIEW projektu. - 19 -.

(29) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 5.1.2 Dodajanje virtualnih osi v projekt Za simulacijo, kjer bomo uporabili SolidWorks motorje v modelu, je potrebno posamezne motorje iz modela združiti s pripadajočimi NI SoftMotion osmi. To so navidezne osi, po katerih se bodo premikali motorji in bodo kasneje uporabljene pri ustvarjanju profilov gibanja. Zopet smo z desnim miškinim gumbom kliknili na My Computer in tokrat izbrali New -> SoftMotion Axis. Odpre se nam okno Axis Manager, kjer s klikom na Add New Axis dodajamo osi. V našem primeru smo dodali 4 osi, pri tem pa je vsak motor povezan s svojo osjo. Za lažji pregled smo osi ustrezno preimenovali. Po končani definiciji so osi dodane v strukturo projekta. Definirane osi in propadajoči motorji iz SolidWorks modela so prikazani na Slika 5.2. Pod Axis Name so prikazane dodane osi, pod Bound Hardware pa pripadajoči SolidWorks motorji.. Slika 5.2: Osi in pripadajoči motorji 5.1.3 Dodajanje koordinatnega prostora Osi v modulu NI SoftMotion je mogoče združiti v koordinati prostor za izvedbo usklajenih gibov v več oseh naenkrat. Koordinatni prostor smo dodali na podoben način kot Assembly in Softmotion Axes, le da smo tokrat izbrali New -> SoftMotion Coordinate Space. V oknu za konfiguriranje smo kot koordinatne osi dodali x, y in z osi. Po končani konfiguraciji je koordinatni prostor dodan v strukturo projekta kot Coordinate Space1. Na Slika 5.3 je prikazano okno, za definicijo koordinatnih osi. Na levi stani so prikazane osi, ki so na voljo, na desni pa osi, s katerimi definiramo koordinatni prostor.. - 20 -.

(30) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.3: Koordinatne osi 5.1.4 Konfiguracija osi SolidWorks motorji, povezani z osmi so smatrani kot servo motorji, ampak ker osi niso povezane s strojno opremo, smo morali narediti še majhno spremembo v nastavitvah. V lastnostih za vsako os je bilo potrebno vključiti opcijo Enable Drive on Transition to Active Mode. 5.1.5 Definiranje časovne zanke Na enak način, kot v prejšnjih korakih, smo v naš projekt vstavili virtualni instrument izbrali smo New -> VI. Ko smo dodali virtualni instrument (VI), sta se odprli dve novi okni, Front Panel in Block Diagram, s pomočjo katerih smo izdelali virtualni instrument. V oknu Front panel, gradimo uporabniški vmesnik, ki je kasneje viden pri delovanju simulacije in s pomočjo katerega nastavljamo in krmilimo model, v oknu Block Diagram pa poteka programiranje gibalnih profilov. Programiranje vedno poteka v določeni časovni zanki, zato smo najprej v okno Block Diagram vstavili funkcijo Timed Loop, ki predstavlja časovno zanko in v katero kasneje vstavljamo vse ostale funkcije. Funkcije vstavljamo tako, da jih izberemo v oknu Functions in jih prenesemo v okno Block Diagram. Po vstavljeni funkciji smo v levem zgornjem kotu, kjer so parametri zanke, kliknili z desnim miškinim gumbom in izbrali Configure Input Node. Odpre se okno za definiranje časovne zanke. Pod Source Type je bilo potrebno izbrati opcijo Synchronize to Scan Engine, ostale vrednosti so ostale privzete.. - 21 -.

(31) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.4: Vstavljanje funkcije Timed Loop Po končani definiciji je struktura projekta izgledala tako, kot je prikazano na Slika 5.5.. Slika 5.5: Struktura projekta. 5.2 Programiranje in izdelava virtualnega instrumenta Po definirani časovni zanki smo lahko začeli definirati profile gibanja in izdelovati kontrolni vmesnik. 5.2.1 Funkcija Straight-Line Move Kot prvo smo sprogramirali raven pomik, ki bo pomikal vpenjalno mizo v x-smeri. To smo storili tako, da smo v časovno zanko vstavili funkcijo Straight-Line Move. Funkcija je prikazana - 22 -.

(32) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. kot grafični blok, ki ima na levi strani vhode ( resource, execute, position, velocity …) na desni pa izhode (error out, resource out, done). Z desnim klikom na blok in izbiro Properties, lahko določamo, katere spremenljivke so prikazane kot vhod oz. izhod. Z desnim klikom na vsak vhod ali izhod lahko dodamo kontrolo, konstanto ali indikator. Kontrole so lahko gumbi, s katerimi bomo funkcijo zagnali ali pa vnosna polja, v katere bomo vnašali željene vhodne ali izhodne vrednosti. S konstanto lahko nastavimo neko konstantno vrednost, ki se pri simulaciji ne bo spreminjala. Indikatorji so največkrat uporabljeni za izpis vrednosti in prikaz začetka ali konca funkcije. Vhodni podatek za vhod resource (vir, kjer bo ta funkcija delovala) v našem primeru predstavlja prej definirana x-os, zato kliknemo na x-os v Project Explorer oknu in jo prenesemo v Block Diagram. Os se prikaže kot Motion Resource in jo je potrebno povezati z vhodom resource na Straight-Line Move funkcijskem bloku. Nato je potrebno vstaviti kontrole za zagon funkcije, nastavitev dolžine premika in hitrost premika. To smo storili tako, da smo kliknili z desnim miškinim gumbom na vozlišče execute, ki odpre paleto različnih možnosti. Izbrali smo Create -> Control. S tem vstavimo kontrolo za zagon funkcije, ki obenem tudi v oknu Front Panel vstavi gumb za zagon. Enako smo storili za position in velocity, le da je kontrola za ta dva vhoda polje, kjer bomo vnašali vrednosti za položaj in hitrost. Na desni strani naše funkcije smo na podoben način vstavili indikator za izhod done, ki bo sporočil, kdaj je pomik končan. Indikator smo vstavili podobno kot kontrole, Create-> Indicator. Pri tem se v Front Panel oknu pojavi zelena lučka, ki bo zasvetila, ko bo pomik končan. Vsako kontrolo in indikator smo ustrezno poimenovali. Funkcija Straight-Line Move z dodanimi kontrolami in indikatorjem je prikazana na Slika 5.6.. - 23 -.

(33) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.6: Straight-Line Move Funkcija Po definiranju prvega pomika, je bil v oknu Front Panel dodan gumb za zagon funkcije, vnosno okno za pomik in podajalno hitrost ter indikator za konec pomika. Na Slika 5.7 je prikazan izgled vmesnika v oknu Front Panel, po programiranju pomika v ravni smeri. Oblike vnosnih polj, gumbov in indikatorjev je mogoče tudi spreminjati.. Slika 5.7:Front panel – pomik v x-smeri V Front Panel oknu smo odprli lastnosti okna za položaj in pod Data Entry omejili najvišjo vrednost vnosa na 210 mm, kolikor znaša maksimalen pomik vpenjalne mize. Na ta način smo preprečili vnos dolžine, ki je večja od maksimalnega pomika stroja. S tem smo sprogramirali samo pomik v ravni smeri. Odločili smo se, da želimo spremljati tudi položaj in hitrost vpenjalne mize v vsakem trenutku pomika, prav tako pa želimo stikalo za zasilni izklop. Za odčitavanje položaja med premikanjem je potrebno vstaviti novo funkcijo Read, ki bere trenuten položaj v danem trenutku. Vhod resource funkcije Read povežemo z x-osjo, enako kot Straight-Line Move funkcijo. Na desni strani grafičnega bloka funkcije Read, za izhoda velocity in position, ustvarimo indikatorja, ki bosta prikazovala položaj in hitrost.. - 24 -.

(34) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Za zasilni izklop pomika smo dodali funkcijo Stop Move. Vhod resource funkcije Stop Move smo povezali z izhodom resource out, funkcije Straight-Line Move. Dodali pa smo tudi kontrolo za vhod execute, s katero izvršimo zasilni izklop.. Slika 5.8: Pomik v x-smeri Enak postopek programiranja smo uporabili za premikanje po oseh y in z. Prav tako smo enake funkcije uporabili za nadzorovanje motorja, ki se nahaja v gravirniku in poganja orodje. V lastnostih funkcije smo spremenili le metodo funkcije iz Absolute v Velocity. S tem je delovanje motorja določeno s hitrostjo in ne s številom vrtljajev, ki bi jih opravil motor in se ustavil po nastavljeni vrednosti. S tem smo sprogramirali ravne pomike v vsaki smeri posebej in nadzor nad motorjem gravirnika. 5.2.2 Funkcija Arc Move Naslednjo smo vstavili funkcijo Arc Move, s katero je mogoče izvajati krožne pomike, kjer se vse tri komponente (x,y in z smer) premikajo naenkrat. Zaradi premikanja v vseh treh smereh naenkrat, je bilo potrebno, kot Motion Resource, tokrat vstaviti koordinatni prostor (Coordinate Space1), ki smo ga definirali na začetku. Na enak način, kot za pomike v ravni smeri vstavimo kontrole in indikatorje, le da imamo v tem primeru več vhodnih parametrov. Na Slika 5.9 je prikazano, kako je definiran krožni pomik. S parametri roll, pitch in yaw lahko definiramo še kot zasuka okrog posamezne osi.. - 25 -.

(35) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.9: Definicija krožnega pomika. Slika 5.10: Definicija roll, pitch, yaw Za krožni pomik smo prav tako vstavili funkcijo Stop Move, ki služi kot zasilni izklop in jo povezali, enako kot pri ravnih pomikih. V tem primeru ni bilo potrebno vstaviti funkcije Read Data, saj smo jih vstavili pri ravnih pomikih za vse tri osi, kjer odčitavajo trenutni položaj na vsaki osi.. - 26 -.

(36) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.11: Funkcija Arc Move 5.2.3 Funkcija Contour Move Modul NI Soft Motion vključuje tudi funkcijo Contour Move, s katero lahko simuliramo premikanje komponent po določeni poti oz. izvedemo več zaporednih gibov. Te gibe je možno definirati s pomočjo zunanje datoteke, ki vsebuje koordinate za premik posameznih komponent, ali pa koordinate vnesemo direktno v tabelo, v samem programu. Funkcija iz tabele bere dolžine premikov v posamezni osi in jih izvaja. Na ta način je mogoče, npr. simulirati premikanje komponent in pot orodja pri obdelavi nekega izdelka. V ta namen smo zmodelirali preprost izdelek. Izdelek je prikazan na Slika 5.12.. Slika 5.12: Preprost obdelovanec Cilj je bil, da orodje opiše pot, ki jo opravi, da odstrani vse 4 robove s surovca in na sredini vgravira črko L. Premike komponent smo definirali s pomočjo koordinat, po kateri se posamezne komponente premikajo. V SolidWorksu smo stroj premaknili v začetni položaj in s - 27 -.

(37) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. pomočjo funkcije Show Dimension izračunali koordinate pomikov, jih zapisali v beležnici in shranili kot tekstovno datoteko. Ta datoteka bo v našem projektu predstavljala vir informacij oz. vhodne podatke za pomike, zato jo smo jo morali dodati v naš projekt na enak način kot na začetku osi in koordinatni prostor, pri čemer smo izbrali New->SoftMotion Table. Po uvozu datoteke se v strukturi projekta pojavi tabela Table1. Pri tej funkciji se prav tako komponente premikajo istočasno v vseh treh smereh, zato vhod resource funkcije povežemo s koordinatnim prostorom, ki smo ga že vstavili pri funkciji Arc Move. Kot dodaten Motion Resource smo vstavili tabelo, ki smo jo prej uvozili in jo povezali z vhodom Table1. Hitrost izvajanja premikov definiramo na vhodu interval. Kot pri ostalih funkcijah smo dodali še funkcijo Stop Move, za zasilni izklop.. Slika 5.13: Funkcija Contour Move Sprogramirati je bilo potrebno še funkcijo, s katero se bo stroj vrnil v začetni položaj. Za vrnitev v začetni položaj smo uporabili funkcijo Straight-Line Move. Vhod resource smo povezali na Motion Source: Coordinate Space, za vhod position pa tokrat nismo vstavili kontrole ampak konstanto, zaradi katere se ob aktiviranju funkcije stroj vedno premakne na isti položaj, definiran s konstanto, v našem primeru v izhodišče. Kot pri prejšnjih funkcijah, smo tudi tukaj vstavili še Stop Move funkcijo. Stop Move funkcijo, za zasilni izklop, smo vstavili za vse funkcije pomikov, želeli pa smo imeti le eno kontrolo oz. gumb, s katerim bi izklopili stroj med izvajanjem katere koli funkcije pomikanja. To smo storili tako, da smo vhode execute, vseh Stop Move funkcij, povezali na eno kontrolo. Tako smo z aktiviranjem te kontrole aktivirali vse Stop Move funkcije in ustavili tisti pomik, ki je se je trenutno izvajal.. - 28 -.

(38) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Na enak način smo samo na eno kontrolo povezali vhode velocity vseh funkcij, za ravne pomike ter krožne pomike. Tako je možno nastavljati hitrosti premikov za vse funkcije, le v enem nastavitvenem polju. Enako smo storili za vhode acceleration in decceleration. Zaradi boljše preglednosti smo se odločili, da bi bilo spreminjanje položaja in hitrosti smiselno prikazovati tudi grafično. V ta namen smo v oknu Front Panel dvakrat vstavili graf Waveform Chart, za prikaz položaja in prikaz hitrosti, v odvisnosti od časa. Po vstavljanju smo se prestavili v Block Diagram okno, kjer sta se prav tako vstavili dve ikoni−ki sta predstavljali grafa, ki ju je bilo ustrezno povezati. Izhode position funkcij Read Data, za x, y in z os, smo povezali na vhod grafa, ki bo prikazoval položaj, izhode velocity pa na drugi graf, ki bo prikazoval hitrost. S tem je bilo programiranje v oknu Block Diagram končano, celoten program pa je izgledal, kot je prikazano na Slika 5.14.. - 29 -.

(39) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.14: Končan program. - 30 -.

(40) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. S tem smo zaključili programiranje pomikov v oknu Block Diagram in se premaknili v okno Front Panel, kjer smo izdelali in uredili uporabniški vmesnik za nadzorovanje modela. Ko smo v Block Diagramu vstavljali kontrole in indikatorje za funkcije, so se v Front panelu istočasno dodajali kontrolni gumbi, ki služijo za zagon pomikov, nastavitvena polja za nastavljanje dolžin pomikov in indikatorji, ki sporočajo, kdaj je pomik oz. operacija končana. Oblike gumbov, vnosnih polj in indikatorjev je mogoče spreminjati ter izbirati med različnimi oblikami, ki so na voljo. 5.2.4 Uporabniški vmesnik Uporabniški vmesnik smo izdelali tako, da ima dva zavihka, med katerima je možno preklapljati. V prvem zavihku so kontrole in parametri za pomike, v drugem, pa grafi in števci, ki prikazujejo hitrosti in pomike. Uporabniški vmesnik je prikazan na Slika 5.15 in Slika 5.16.. Slika 5.15: Uporabniški vmesnik - nadzor. - 31 -.

(41) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.16: Uporabniški vmesnik - monitoring. 5.3 Zagon simulacije Po izdelanem programu in uporabniškem vmesniku, je sledil le še zagon simulacije. Za zagon simulacije je istočasno potrebno imeti odprt model v SolidWorksu in LabVIEW projekt z virtualnim instrumentom, ki smo ga izdelali. Simulacijo zaženemo s programom LabVIEW. Način, po katerem poteka komunikacija med programoma, je shematsko prikazan na Slika 5.17.. Slika 5.17: Komunikacija med programoma V Project Explorerju z desnim miškinim gumbom najprej kliknemo na My Computer in odpremo lastnosti. Premaknemo se v kategorijo Scan Engine in vključimo opcijo Start Scan Engine on Deploy in potrdimo z OK. Držimo tipko shift in izberemo My Computer, SolidWorks. - 32 -.

(42) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. assembly, NI Softmotion osi in koordinatni prostor v strukturi projekta. Kliknemo z desnim gumbom miške ter izberemo Deploy. Z desnim gumbom miške je potrebno le še klikniti na Synchronize SolidWorks Assembly, da se Assembly-ja v LabVIEWu in SolidWorksu sinhronizirata. Še enkrat kliknemo z desnim gumbom miške in izberemo Start Simulation, s čimer zaženemo simulacijo gibanja v SolidWorksu. Zagnati smo morali le še virtualni instrument, z ukazom Run.. Slika 5.18: Zaganjanje simulacije Ko je simulacija tekla, smo si razvrstili okna tako, da smo videli model v SolidWorksu in uporabniški vmesnik. Lahko smo začeli preizkušati funkcije. Na primer: v okno za pomik v xosi smo vnesli vrednost 150 mm in kliknili gumb pomakni, s tem se izvede funkcija za ravni pomik. Vpenjalna miza se v modelu premakne na položaj 150 mm od izhodiščne točke, ko je pomik končan zasveti zelena lučka. Tako smo preverili, da funkcija za pomik v x-osi pravilno deluje. Med premikanjem smo se prestavili v zavihek Monitoring, kjer smo preverili ali se pomiki in hitrosti komponent med gibanjem prikazujejo v poljih za prikaz vrednosti, kakor tudi v grafih. Na ta način smo preizkusili vse sprogramirane funkcije. Ko smo se prepričali, da sprogramirane funkcije in uporabniški vmesnik delujejo tako kot smo si zamislili, smo preizkusili še različne načine prikaza rezultatov.. - 33 -.

(43) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.19: Simulacija v teku Med simulacijo lahko spremljamo spreminjanje razdalj med komponentami. S funkcijo Smart Dimension izberemo komponente, med katerimi želimo opazovati razdaljo, s tem pa se v modelu pojavi trenutna razdaja. Razdalja se spreminja glede na pomikanje komponent.. Slika 5.20: Merjenje razdalj V SolidWorksu je mogoče prikazovati tudi različne rezultate za simulacijo. S klikom na ikono Results and Plots se na levi strani odpre okno, kjer lahko izbiramo kategorijo rezultatov, ki jih želimo opazovati. Izbiramo lahko med različnimi kategorijami rezultatov, kot so pomiki, hitrosti, pospeški, sile, momenti itd. Za vsako kategorijo je mogoče izbirati še med različnimi podkategorijami. Vse rezultate je mogoče prikazati tudi v diagramu.. - 34 -.

(44) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Želeli smo, da se nam izrisuje pot, ki jo opravi orodje med delovanjem stroja. Na ta način je možno preveriti, če se orodje med obdelovanjem nevarno približa primežu oz. kateremu izmed ostalim delom stroja, s tem pa si lažje tudi predstavljamo, kako se je orodje premikalo v obdelovalnem prostoru stroja. V ta namen je v SolidWorksu na voljo funkcija Trace Path. Za vklop te funkcije smo kliknili ikono Results and Plots, izbrali smo kategorijo Displacement/Velocity/Acceleration, v pod-kategoriji pa Trace path. Izbrati je bilo potrebno še točko, za katero smo želeli, da se izrisuje pot, v našem primeru konico orodja. Nato smo zagnali simulacijo in pot, ki jo je opravljala konica orodja, se je izrisovala s črno linijo. Primer je prikazan na Slika 5.21.. Slika 5.21: Izris poti orodja Prav tako je mogoče preveriti, ali je med simulacijo prišlo do trkov med deli stroja. Za preverjanje trkov je najprej potrebno simulirati želene gibe stroja. Ko smo s simulacijo zaključili, v LabVIEW-u z desnim miškinim gumbom kliknemo na My Computer in pod Utilities izberemo Scan Engine Mode ter nato Switch to Configuration. Premaknemo se v SolidWorks in v Motion Analysis drevesni strukturi kliknemo na naš model ter izberemo Check Interference. Odpre se okno, kjer izberemo komponente stroja, za katere želimo preveriti, če je med njimi prišlo do trka in nastavimo časovno območje simulacije, v katerem želimo preveriti trke. S klikom na Find Now SolidWorks začne preverjati ali je med izbranimi komponentami prišlo do trkov. V primeru trka se izpiše čas, v katerem je prišlo do trka, ter volumen prekrivanja obeh komponent. V modelu se geometrije komponent, ki se prekrivajo, obarvajo rdečo. Primer trka orodja in primeža je prikazan na Slika 5.22. Z izbiranjem različnih časovnih točk, se ustrezno spreminja tudi prikaz trka. - 35 -.

(45) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 5.22: Primer trka orodja in primeža Možno je simulirati tudi trenje med posameznimi komponentami, sile, navore, izgube moči zaradi trenja itd., kar pa v tej magistrski nalogi ni zajeto, saj smo uporabili zelo poenostavljen model, namen magistrske naloge pa je le prikaz postopka za izvedbo simulacije. Le kot primer, je na Slika 5.23 prikazan graf trenja.. Slika 5.23: Primer grafa trenja Pri realnih aplikacijah, je po simulaciji virtualnega obdelovalnega stroja, mogoče LabVIEW priključiti tudi na krmilnik. Z izdelanim uporabniškim vmesnikom je nato mogoče krmiliti fizični prototip stroja.. - 36 -.

(46) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 6. Magistrsko delo. SKLEP. Spoznali smo, da je takšen način simuliranja, v fazi snovanja in koncipiranja zelo koristen in učinkovit, saj nam že v začetni fazi konstruiranja stroja lahko prihrani čas in denar potreben za izdelavo fizičnih prototipov. Simulacije virtualnih prototipov, nam ponujajo možnosti, za vizualizacijo in optimizacijo zasnov in vrednotenje različnih konceptov, še preden se pojavijo stroški fizičnega prototipa. Povezovanje simulacije gibanja s CAD modeli poenostavlja pripravo simulacije, saj ta uporablja informacije, ki že obstajajo v CAD modelu, kot so različne relacije in kontakti med komponentami ter masne lastnosti le−teh. Z animacijo 3D modelov lahko s pomočjo profilov za nadzor gibanja, hitro ocenimo izvedljivost celotne idejne zasnove za naš stroj. Vizualizacija stroja kot virtualnega prototipa, nam že zgodaj v razvoju pomaga validirati splošno konceptualno zasnovo stroja, kar spodbuja boljšo komunikacijo med strankami in konstrukterji ter pomaga zmanjšati neskladja pri konstrukcijskih zahtevah, nujnimi funkcijami in inženirskimi kompromisi. S funkcijo zaznavanja trkov pri simulaciji lahko optimiramo naše gibalne profile in zmanjšamo nepotrebni mrtvi čas, hitro ocenimo "kaj če?" scenarije in varno testiramo logiko kontrolnih sistemov, brez tveganja, da bi poškodovali fizični stroj. Z validiranjem gibalnih profilov pri simulaciji, prav tako zmanjšamo nenačrtovane zaustavitve zaradi programskih napak, ki bi se lahko pojavile kasneje pri delovanju stroja. Prav tako lahko z validiranjem gibanja sistema v simulaciji, ki vključuje dejanske omejitve gibanja in mehansko dinamiko stroja, kot so mase in trenje, izračunamo oceno časa za delovni cikel stroja. Takšne simulacije lahko uporabimo tudi za primerno dimenzioniranje motorjev in njihove optimalne nastavitve. Za našo simulacijo smo uporabili le osnovne gibalne funkcije in poenostavljen model stroja, saj je bil glavni namen opisati potrebne korake za izvedbo simulacije in ne pridobivanje realnih rezultatov. Pri realni aplikaciji bi, za pridobitev rezultatov, prototip zmodelirali bolj detajlno in predpisali realne masne ter materialne lastnosti,oz. bi simulirali le tisti del stroja, ki bi nas zanimal.. - 37 -.

(47) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. 7. Magistrsko delo. SEZNAM UPORABLJENIH VIROV [1] Wikipedia:. Computer. Simulation.. [svetovni. splet]. Dostopno. na. WWW:. https://en.wikipedia.org/wiki/Computer_simulation [30.7.2015] [2] Wikipedia:. SolidWorks. [svetovni. splet]. Dostopno. na. WWW:. Dostopno. na. WWW:. https://sl.wikipedia.org/wiki/SolidWorks [30.7.2015] [3] Uvod. v. LabVIEW. [svetovni. splet]. http://studentski.net/gradivo/vis_scv_ele_eme_sno_LabVIEW_01 [30.7.2015] [4] Engraving machine Lakos 150 G user manual [svetovni splet] Dostopno na WWW: http://www.lakos.fs.uni-lj.si/images/Vsebine/Dokumenti/Lakos150/lakos150eng.pdf [2.8.2015] [5] Matjaž Hriberšek, Jure Ravnik. Numerično modeliranje in računalniške simulacije. Del 1, Gradniki numeričnega računanja. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2012 [6] Borut Zupančič; s prispevki Riharda Karbe, Draga Matka in Igorja Skrjanca. Simulacija dinamičnih. sistemov.. [svetovni. splet]. Dostopno. na:. http://msc.fe.uni-. lj.si/Download//Zupancic/SIM.pdf [3.9.2015] [7] Wikipedia:. SolidWorks. [svetovni. splet]. Dostopno. na. WWW:. https://en.wikipedia.org/wiki/SolidWorks [15.8.2015] [8] Simulation. or. animation.. [svetovni. splet]. Dostopno. na. WWW:. http://www.advancedsimtech.com/our-services/collision-reconstruction/simulation-oranimation/ [4.9.2015] [9] NI LabVIEW NI SoftMotion Module [svetovni splet] Dostopno na WWW: http://www.ni.com/labview/softmotion/ [30.7.2015] [10]. Computeranimation. [svetovni. splet]. Dostopno. na. WWW:. http://webdoc.sub.gwdg.de/ebook/diss/2003/fu-berlin/2000/137/Kap2.pdf [3.9.2015]. - 38 -.

(48)

References

Related documents

A qualitative research study using interviews and a focus group was conducted to better understand what participants experience as a result of the professional development,

With the likely temperatures, and assuming that disease does spread to Northern France, we would estimate the probability of incursion into the UK via infected midges at 5-10%

As Figures 2 and 3 show, activity around early-stage InsurTech companies also has generated considerable buzz. Moreover, experienced insurance executives have joined

- The dominance (discriminant power) of each descriptor for each taxon, expressed in a numeric index (discriminability index). To be consistent with the analysis used in

Borers in New Hampshire Apple Trees Several species of insects bore into New Hampshire apple trees, including roundheaded apple tree borer, flatheaded apple-tree borer, dogwood

Have you identified any areas where further action is required to more fully conform with the requirements of Principle 8..

in retrospect Jaffa saw that early contact with popular Australian poetry “had not only given me some idea of the spirit which still touched the Australian people, but also had led

The aim of this study is to test teacher leadership initiated by teacher professional development abroad, as a factor of organi- sational change in a structural