NCC MESTEC | Chytrá snímací vrstva strojní součásti

Motivace

Hlavní motivací je poskytnutí levného monitorovacího a diagnostického prvku pro aplikace průmyslu 4.0, které efektivně indikují opotřebení anebo monitorují přetěžující či nežádoucí dynamické stavy. Cílem výzkumu bylo poskytnout levnou platformu pro snímání mechanických vibrací a rázů, které indikují přetížení, opotřebení či další poruchy při provozu strojních celků. Pro tyto aplikace lze efektivně využít piezoelektrický jev moderních smart materiálů a technologií. V rámci projektu jsou laboratorně testovány vrstvy, které aktivně indikují zatěžující stavy a kondici stroje/strojní součásti.

Komerční využití

Technologie má široké využití při snímání mechanických vibrací, rázů a vyhodnocení kondice stroje. Adoptuje některé prvky z letectví, kdy je velmi důležité sledovat kondici konstrukce a diagnostikovat přetížení, vady a případně nežádoucí opotřebení. Díky aktivnímu signálu z vrstvy se jedná o velmi levné řešení snímání mechanických konstrukcí, které je vhodné pro potřeby diagnostiky a monitorování v aplikacích Průmyslu 4.0.

Fáze vývoje

Momentálně je technologie ve fázi laboratorního ověření funkčnosti a použitelnosti. Byly testovány komerční piezoelektrické kompozity, na kterých byla technologie ověřena. Nyní se v laboratoři ověřuje využití vlastních piezoelektrických kompozitů a plastických folií pro snímání. Technologie chytré snímací vrstvy je připravena na aplikaci na konkrétní strojní součásti, především se zde nabízí monitorovaní výrobních linek/stojů a případně i dopravní infrastruktury. S výhodou lze technologii kombinovat s virtuálními dvojčaty strojních součástí pro indikaci přetížení a nežádoucích provozních stavů.

Popis

Technické řešení se týká snímací vrstvy na bázi piezoelektrických prvků upevněné na strojních součástech ke snímání jejich vibrací. Technické řešení spadá do oborů snímání mechanického přetvoření a vibrodiagnostiky. Technické řešení si klade za úkol navrhovat a koncipovat strojní součásti, především pak jejich nosné části a součásti přenášející vibrace, jako autonomní systémy s integrovanou aktivní snímací vrstvou, která je jejich nedílnou součástí. Takovou součást lze chápat jako tzv. chytrou strojní součást, představující základní stavební prvek moderních strojů sestavených pomocí technologií Průmyslu 4.0. Uvedený úkol řeší snímací vrstva pro strojní součásti na bázi piezoelektrických prvků. Její podstata spočívá v tom, že je tvořena poddajnou vrstvou piezoelektrického materiálu v epoxidové matrici vloženou mezi dvě vrstvy elektrod, z nichž alespoň jedna je opatřena poddajnou nevodivou krycí vrstvou, přičemž plocha snímací vrstvy činí alespoň 5 % relevantní plochy strojní součásti.

Další informace

Technologie aktivně generuje elektrické napětí v řádu až desítek voltů, v případě piezoelektrických folií v řádu jednotek voltů. Lze využít běžné A/D převodníky stávajících snímacích/řídicích jednotek – případně vytvořit vlastní DAQ interface. Snímaný signál je vhodné fúzovat s technologií virtuálních dvojčat pro aplikace Průmyslu 4.0.