Testanlage für Winkelmessgeräte

Ausgangslage

TomTom-Tools stellt präzise Messgeräte für Zementofen her. Zu diesen Messgeräten wird eine, von der Firma selbst entwickelte, Software an die Kunden ausgeliefert. Unter anderem kann in dieser Software, dem Messgerät entsprechend, ein Winkelwert ausgelesen werden.

Um die Genauigkeit dieser Angaben zu prüfen, wurde bereits vor langer Zeit ein Servomotor beschafft. Damit sollte eine Testanlage konzipiert werden, die Präzise auf einen Winkel positioniert werden kann und so als Referenz zum Messgerät dient.

Das Projekt wurde vertagt, da entweder Zeit oder Fachwissen fehlten. Als die Diplomarbeit zum Abschluss des Studiums anstand bot sich die Möglichkeit, die Idee umzusetzen.

Die Problemstellung sah folgendermassen aus:

1.     Wie wird der Motor gesteuert?
2.     Wie bedient der Tester die Anlage?
3.     Kann der Motor ohne passende Originalteile betrieben werden?

Lösungsansatz

Eine Eigenentwicklung wäre, obwohl zum Umsetzten spannender, im Vorliegenden Fall nicht sinnvoll gewesen. Die Anlage generiert kein Umsatz und kann nicht an Kunden verkauft werden. Sie dient lediglich dem Qualitätsmanagement. Dies war der Grund, weshalb die Logik auf einem ESP32 M5Stack Core basiert. 

Programmiert wurde mit Arduino. Im Programmcode wurde darauf geachtet, dass z.B. jede Bewegungsfunktion als separates Objekt behandelt wurde. Die daraus resultierenden Funktionen und Prozeduren wurden im Hauptprogramm von einem Zustandsautomat genutzt. 

Die Stapelbarkeit des M5Stack erwies sich als Vorteil, da es ein RS232-Modul dazu gibt. Dieses konnte dem Hauptgerät angesteckt werden und die Verbindung zum Treiber war auf einfachste Weise realisiert. Der Code auf dem M5Stack sendet die Befehle des Benutzers über die serielle Schnittstelle, als String, an den Motorentreiber. Sämtliche Kommandos mussten aus dem Motorenhandbuch gelernt werden. Weiter wurde ein «Graphical User Interface» (GUI) mit HTML geschrieben. Diese Website wird ebenfalls vom M5Stack gehostet.

Das Endprodukt

Dem Kunden konnte ein Gerät ausgeliefert werden. das aus den nachstehenden Bauteilen besteht.

Der Motor aus dem Motor DR1010C80 von Yokogawa mit dem dazugehörigen Treiber/Controller UC1010C8CB. Kabel zur Stromversorgung und Kommunikation mussten selber hergestellt werden.
Die Logik ist auf einen M5Stack Core programmiert. Der M5 hat das Modul RS232F gekoppelt. Über diese serielle Schnittstelle werden die Kommandos als String an den Controller gesendet. Der M5Stack verarbeitet weiter die Antworten des Controllers und hostet die HTML-Webpage welche als GUI dient. 

Die Webpage verfügt über einen Start/Reset Knopf, ein Eingabefeld für den Nullpunkt-Offset sowie drei Spalten für die verschiedenen Bewegungsmodi. Darunter folgen der Ausführen- und Stopp-Knopf.

Ein JavaScript sorgt dafür, dass die Eingaben auf der HTML-Seite vom M5Stack als String verarbeitet, werden können. Die Verarbeiteten Werte werden anschliessend als String an den Controller gesendet. 

Die Geräte, welche getestet werden sollen, werden mit Magneten am Metallblock auf dem Servomotor befestigt. Der Motor selbst ist an einer Halterung festgeschraubt und so fixiert.

Ansichten des Produkts

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Einsatz

Wie es die Auftragsstellung erforderte, wird die Testanlage in der Werkstatt von TomTom-Tools GmbH zur Qualitätssicherung der Winkelmessgeräte eingesetzt. Es kann dabei zwischen einer Wandhalterung und einer Tischhalterung gewählt werden. Der Bediener kann über das M5Stack eigene Wireless-Netzwerk von jedem Geschäfts-PC mit Wlan auf die GUI zugreifen. Stimmt der angegebene Winkel von der Messsoftware von TomTom-Tools mit dem eingestellten Wert des Motors überein, kann das Gerät ausgeliefert werden.

Ausblick

Dank der Verwendung von M5Stack können theoretisch weitere Anwendungsmöglichkeiten gefunden werden. Mit wenig Aufwand kann die Firmware angepasst werden, um die neuen Funktionen zu erfüllen. Durch das Verwenden von HTML kann auch das GUI einfach angepasst werden.

Beurteilung

Das Projekt konnte zeitgerecht und zufriedenstellend abgeschlossen werden. Wegen des Alters des Motors und vieler anfänglicher Unklarheiten betreffend der Motorenfunktion konnte das Projekt als herausfordernd angesehen werden. Trotz dieser Ausgangslage konnte ein benutzerfreundliches Werkzeug hergestellt werden, mit dem die Qualität der TomTom-Tools Winkelmessgeräte weiter optimiert werden kann.