Check weigher

Overveld machines

Check

weigher

Avans Hogeschool Breda

Studenten : Joey Belleter

Opleiding : Mechatronica

Stagedocent : Hans Langen Titel stageopdracht : Check weigher Bedrijf : Overveld Machines

Afdeling : Engineering

Voorwoord

Dit is het afstudeerverslag van Joey Belleter, ter afronding van de opleiding mechatronica aan de Avans Hogeschool te Breda. Het afstudeerproject omvat het analyseren, storingsvrij en optimaal functionerend maken van het laatst ontworpen type weegsysteem (check weigher) bij Overveld machines te Hoogerheide. Dit type check weigher voert afhankelijk van de

toepassing een dynamische of statische weging uit die dienst moet doen in productielijnen ter controle van het productgewicht (

e

-teken registratie).

Dit project is in het leven geroepen omdat het recent ontworpen type check weigher niet naar behoren functioneert. Dit levert foutieve waardes op voor het productgewicht. Het resultaat is dat product (in dit geval zakjes chips) dat niet voldoet aan de gewichtseisen terecht komt tussen eindproduct dat wel voldoet. En dat product dat wel voldoet aan de gewichtseisen wordt verwijdert uit de productielijn (afblaasinstallatie).

In dit rapport wordt de check weigher geanalyseerd. Aan de hand van de resultaten worden oplossingen aangedragen voor het verhelpen van de gevonden problemen.

Om dit rapport goed op te kunnen stellen wordt er gebruik gemaakt van kennis die

gedurende de opleiding Mechatronica is opgedaan op het gebied van verslaglegging. Vragen konden gesteld worden aan de heren Ad Nieuwlaat (bedrijfsbegeleider/hoofd productie), Jack de Nijs (ingenieur), Johan van Overveld (bedrijfsleider) en de heer Hans Langen

(docentbegeleider).

Mijn dank gaat uit naar de heren technici van de Electro en mechanica afdeling van Overveld machines. Deze hebben mij geholpen bij het verwerven van documentatie, praktijkinzicht en kennis over het toegepast type check weigher. In het bijzonder wil ik bedanken de heren Ad Nieuwlaat, Jack de Nijs, John Augustijn, Piet van Loon, Johan van Overveld en Hans Langen. Zij hebben mij gedurende het afstudeerproces begeleid en geholpen met het verwerven van theoretische kennis en inzicht. Ik wil hen dan ook bedanken voor de goede begeleiding en kennis die mij geboden is. Zonder deze heren was dit project niet mogelijk geweest.

Inhoud

Voorwoord ... 2 Samenvatting ... 4 1. Inleiding ... 5 2. Probleem- en doelstellingen ... 6 3. Probleemanalyse ... 7

4. Constructie en werking van de check weigher ... 8

5. Analyse van de check weigher ... 12

6. Controleren van de motor dimensies ... 13

7. Trillingsmeting en analyse ... 14

8. Aanpassingen aan de check weigher ... 17

9. Keur/ijk eisen ... 18

10. Weegprincipes ... 23

11. Kostenberekening en concurrentie positie ... 27

12. Conclusie ... 29

13. Aanbevelingen ... 29

Literatuur ... 30

Bijlage 1: PMD ... 31

Bijlage 2: Weegindicator/controller FLEX ... 43

Bijlage 3: Brushles DC-motor BLHM450KC-A ... 65

Bijlage 4: Load cell 1042 C6 ... 72

Bijlage 5: Proximity sensor WTB140-P430 ... 74

Bijlage 6: Constructie delen / berekenen massatraagheid ... 76

Bijlage 7: Tandriem pulley (20-3M-9 en 30-3M-9) ... 78

Bijlage 8:Tandriem HTD255-3M-9 ... 79

Bijlage 9: Rondsnaar poly/flex PFRG5 ... 81

Bijlage 10: Dimensioneren van het motortje (600g product)... 83

Bijlage 11: Kostenberekening Overveld Machines (huidige staat) ... 86

Bijlage 12: Opengewerkte load cell ... 92

Bijlage 13: Stroomdoorgang gemeten op de motor ... 93

Bijlage 14: Meetinstrumenten ... 94

Samenvatting

Overveld machines te Hoogerheide heeft een type check weigher ontworpen welke door middel van een statische of dynamische weging het gewicht van passerend product in productielijnen controleert (

e

-teken registratie).

Het volgende probleem doet zich voor:

- De weging valt niet binnen de voorgeschreven fouttoleranties van het productgewicht. Aan de hand van dit probleem zijn de volgende doelstellingen opgesteld:

- Het analyseren van de check weigher op het gebied van mechanische trillingen.

- Onderzoek plegen op het gebied van elektronische filtering (welke filtering is aanwezig en wat valt er nog te halen op dit gebied).

- Dynamische en statische weegprincipes doorgronden en het ontwerp van de check weigher aan de hand hiervan verbeteren en optimaliseren.

- De bediening van de weger analyseren en optimaliseren.

Om kennis te vergaren over de toegepaste componenten van de weger, trillingsanalyse, systeemdynamica en demping is er eerst documentatie verzameld en doorgenomen. Testen van de check weigher met verschillende instellingen voor het aantal samples, de sample rate en de filtering resulteerde in de conclusie dat deze onderheven is aan:

- Passieve trillingen (doorgegeven van de fundering aan de check weigher) - Actieve trillingen (opgewekt door de componenten van de check weigher)

Na analyse van de check weigher, met in acht name van de wetten van het eikwezen en de Europese eisen voor e-teken registratie is gebleken dat de combinatie indicator/load cell niet voldoet aan de vereiste nauwkeurigheid t.b.v. e-teken registratie voor de gewenste

gewichtsklasse van 5 tot 125g (eikeenheid van 1g waar deze 0,2g dient te zijn). Dit houd in dat al zou de opstelling trillingsvrij gemaakt worden. Dan nog mag deze niet gebruikt worden voor het beoogde doel. Voor de hogere gewichtsklassen zou de combinatie indicator/load cell wel kunnen voldoen, maar hier is verder onderzoek voor nodig.

1. Inleiding

De check weigher ontworpen bij Overveld Machines wordt verkocht aan productiebedrijven die het weegsysteem gebruiken ter controle van het productgewicht (

e

-teken registratie). Het

e

-teken (ook EEG-teken of geschat symbool) is een teken dat lijkt op de kleine letter

e

en dat in Europa op voorverpakkingen te vinden is die zijn afgevuld in overeenstemming met de Europese Richtlijnen (Hoofdstuk 9). In Nederland zijn deze richtlijnen geïmplementeerd in het hoeveelheidsaanduidingenbesluit (Warenwet).

Een afnemer van de check weigher is de chipsfabriek van Burts chips gelegen in Devon

(Engeland). Het product (zakjes chips) moet voldoen aan bepaalde gewichtseisen (moet liggen tussen een wettelijk bepaald minimum en een door de klant opgegeven maximum gewicht). De zakjes worden afgevuld en gesealed waarna ze over de check weigher getransporteerd worden. Deze weegt de zakjes individueel (in dit geval dynamisch). Voldoet een zakje aan de gewichtseisen dan wordt deze ongehinderd verder getransporteerd als zijnde eindproduct. Voldoet een zakje niet dan stuurt de check weigher een afblaassysteem (gepositioneerd op de afvoerband) aan dat het zakje dat niet voldoet verwijdert uit de productielijn.

Het type check weigher dat deze wegingen uit moet voeren functioneert nog niet naar behoren waardoor de weging verkeerde waardes oplevert. De opdracht vanuit Overveld machines luid dan ook de check weigher te analyseren en aan de hand van de analyse

oplossingen aan te dragen. Uiteindelijk moet hieruit de optimale oplossing (met betrekking tot prijs/kwaliteit/levertijd/capaciteit) voortvloeien.

2. Probleem- en doelstellingen

Probleemstelling

Het probleem is dat het recent ontworpen type check weigher niet naar behoren functioneert waardoor de weging te onnauwkeurig is.

Doelstellingen

Het analyseren en optimaliseren van het nieuwe type check weigher met betrekking tot de volgende punten:

 Trillingen mechanisch

- Welke vormen van trilling komen voor op de check weigher? - Wat is de grootte van de trillingen?

- Wat is de frequentie van de trillingen?

- Welke invloed hebben de trillingen op de weegnauwkeurigheid?

- Hoe zijn deze trillingen te voorkomen wanneer er spraken is van actieve trillingen (trillingen veroorzaakt door de weegopstelling zelf).

- Hoe zijn deze trillingen te dempen wanneer er sprake is van passieve trillingen (trillingen doorgegeven van de ondergrond naar de machine).

 Filtering elektronisch

- Wat is er mogelijk op het gebied van elektronische filtering (demping) op de huidige weegopstelling?

- Is het rendabel en zinvol om extra filtering toe te passen?  Dynamisch en statisch wegen

- Beide weegprincipes moeten met de vereiste nauwkeurigheid en systeemeisen (productiecapaciteit, nauwkeurigheid etc.) uit te voeren zijn.

 Bediening

- Hoe functioneert de check weigher?

- Wat moet behouden of verbeterd worden bij aanpassingen van de weger?

Verder moet er een uitgebreide 2-talige handleiding gemaakt worden (Nederlands-Engels) die betrekking heeft op het onderhoud en bediening.

Sub doelen

1. In kaart brengen van en kennis verwerven over de toegepaste onderdelen op de check

weigher (DC-motor, proximity-sensor, load cell, tandriem, rondsnaren, achterliggende elektronica en de FLEX check module).

2. Meer kennis verwerven op het gebied van systeemdynamica, weegprincipes en

trillingsanalyse.

3. Probleemanalyse

De onnauwkeurige wegingen komen tot stand doordat de weegopstelling onderheven is aan trillingen. Dit zijn:

- Passieve trillingen doorgegeven van de fundering aan de weegopstelling

- Verstorende trillingen veroorzaakt door de mechanische onderdelen van de check weigher (DC-motor, tandriem, rondsnaren, lagering, aandrijf en meelooprol). De passieve trillingen zijn te dempen door de aanwezige elektronische filtering op de check weigher juist in te stellen. Deze vorm van demping is geïmplementeerd door de leverancier van de FLEX check module (PENKO) om passieve trillingen op de weeginstallatie te dempen. Als er voor wordt gekozen om de juiste dempende machinevoeten te gebruiken kunnen deze trillingen met nog eens 90% vermindert worden waardoor er minder elektronische filtering nodig is (dit komt de meetsnelheid ten goeden).

De filtering ontworpen door PENKO filtert ook deels de verstoringen ten gevolge van de structurele trillingen, maar is niet in staat om alle trillingen waaraan de check weigher onderheven is weg te filteren.

Om deze trillingen effectief te verhelpen is het van belang te weten: - Welke componenten trillingen veroorzaken.

- Wat de amplitude en frequentie van de trillingen zijn die door ieder component veroorzaakt worden.

- Welke invloed iedere trilling heeft op de nauwkeurigheid van de metingen. Deze gegevens kunnen worden verkregen door het uitvoeren van trillingsmetingen en trillingsanalyse. Zodra dit gebeurt is kan er effectief naar oplossingen worden gezocht.

4. Constructie en werking van de check weigher

De check weigher bestaat uit een samenstelling van ingekochte en zelf te produceren componenten. Alvorens het analyseren van de weger kan plaatsvinden is het van belang te weten welke componenten effect kunnen hebben op de weegresultaten. In tabel 1 staan de componenten met omschrijving vermeld. De uitgebreide documentatie is opgenomen in de bijlagen.

Tabel 1: Componenten van de Check weigher

Component Omschrijving Bijlage

Weegindicator/controller FLEX

Processor voor het sturen van de wegingen en het verwerken van meetresultaten

2 Borstelloze DC motor Aandrijving t.b.v. productverplaatsing over de weger 3

Load cell Opname-element gewicht voor de wegingen 4

Proximity-sensor (WTB140-P430)

Sensor voor detecteren van het chipszakje op het weegplatform 5 Constructie delen 4x kogellager (6000-2Z-Q2), 2x tandriem pulley, aandrijfrol,

meelooprol

6 20-3M-9 en 30-3M-9

tandriem pulley

Tandriem pulley van de aandrijfrol (30 tanden) en de DC-motor (20 tanden)

7 Tandriem HTD255-3M-9 Tandriem overbrenging tussen DC-motor en aandrijfrol 8 Rondsnaar (poly/flex

PFRG5)

Rondsnaren om het product over het weegplatform te transporteren

9

Voor ingebruikname van de weger moet eerst de weegindicator/controller ingesteld worden. Dit gebeurt m.b.v. de handleiding uit bijlage 2. Tot de instellingen behoren:

- De verschillende productrecepten (deze zijn productafhankelijk en bevatten instellingen als: minimum en maximum gewicht, tare gewicht (correctiegewicht t.b.v. verpakkingsmateriaal), aantal te nemen samples, sensor delay).

- Dead load op de load cell (gewicht van het mee te wegen weegframe). - Kalibreren (0 gewicht en referentie gewicht instellen).

- Sample rate (aantal te nemen samples per seconde).

- Filtering (het type filtering en de sterkte van het toegepaste filter met als doel het dempen van de aanwezige trillingen).

Wanneer product (chips zakje) op de weegband komt wordt dit gedetecteerd door de

proximity-sensor. Deze stuurt hierop een signaal naar de indicator/controller welke een aantal samples van de load cell registreert en uitmiddelt tot een gemiddelde waarde van het

betreffende product. Deze waarde wordt als zijnde het productgewicht verwerkt en weergegeven op het touch screen. Voldoet deze niet aan de gewichtseisen dan stuurt de indicator/controller een signaal naar de afblaasinstallatie (gemonteerd op de transportband na de check weigher) en wordt het zakje uit de productielijn verwijdert.

Om een beeld te vormen van de check weigher is deze in figuur 1 t/m 5 afgebeeld met de componentnamen.

Figuur 1: Complete check weigher Noodstop

Reset knop Touch screen (weegindicator/ controller FLEX)

Figuur 3: Zij aanzicht toevoer Proximity_sensor DC-motor Hoekverstelling weegband Span inrichting rondsnaren

Borging Load cell t.b.v. transporteren weger

Steunpunten weegband Borging weegband

Rondsnaar Meelooprol Hoofdschakelaar Tandriem pulley aandrijfrol Tandriem Tandriem pulley DC-motor Aandrijfrol Figuur 5: Toevoer

5. Analyse van de check weigher

Analyse van de check weigher is nodig om de afkomst, grote en frequentie van de trillingen te achterhalen.

Er is onderzoek gedaan naar de manier waarop de constructie van de check weigher minder trillingsgevoelig gemaakt kan worden. Dit kan door:

- Materialen te gebruiken met een grotere relatieve demping *ζ+

- De stijfheid van de constructiedelen te verhogen waardoor ook de natuurlijke eigen frequentie van de constructie hoger- en de amplitudes van de trillingen kleiner worden.

- Er voor te zorgen dat alle componenten goed uitgelijnd, gebalanceerd, voorzien van de juiste speling en met de juiste spanning gemonteerd zijn.

- Proximity-sensor zo ver mogelijk naar voor plaatsen met als gevolg dat er binnen de beschikbare weegtijd meer samples gemaakt kunnen worden.

- Zo min mogelijk afwijking van de load cell genereren door (afmetingen van de constructie conform de specificaties van de producent/leverancier te kiezen, het zwaartepunt van de constructie juist te kiezen).

- Ook kan er voor worden gekozen om dempers toe te passen. De voorkeur gaat uit naar het voorkomen van de trillingen in plaats van het dempen hiervan.

- Zodra de constructie van de check weigher geoptimaliseerd is de optimale filter instellingen te bepalen en in te stellen.

De planning was om eerst trillingsmetingen en analyse te doen op de opstelling. En vervolgens aan de hand van de resultaten de ontwerpaanpassingen te doen die het meest effect zouden hebben.

Zo zouden wanneer de trillingen van de motor voor de meeste verstoring van de meting zorgden, eerst deze trillingen verholpen worden. Zodra dit gebeurt was (controle met behulp van trillingsmeting en analyse) en de opstelling voldeed nog niet aan de gestelde

nauwkeurigheidseisen (controle door testen met product). Dan zouden de trillingen die vervolgens het meeste effect op de meting hebben worden verholpen.

Dit zou gebeuren totdat de check weigher voldeed aan de gestelde eisen en er een constructie gerealiseerd was die garandeerde dat iedere geproduceerde check weigher een vergelijkbaar resultaat op zou leveren (voldeed aan de gestelde eisen). Het was ook mogelijk dat de

trillingsmetingen en analyse een dermate grote verstoring zouden tonen dat het rendabeler zou zijn om het ontwerp van de opstelling in grote lijnen aan te passen.

6. Controleren van de motor dimensies

Het is belangrijk de motordimensies te controleren. Als deze niet juist zijn en de motor wordt overbelast of kan overbelast worden wanneer deze een groter productgewicht moet

verplaatsen (wel een toelaatbaar gewicht). Dan introduceert dit naast dat de levensduur van de motor drastisch wordt verkleind ook een hoop extra trilling in de motor en de daar aan verbonden constructie.

Het controleren van de dimensies is gedaan aan de hand van de motorgegevens uit bijlage 3 en de massatraagheid van de onderdelen berekend in bijlage 6. Er is uitgegaan van het maximaal toelaatbaar productgewicht van 600 gram. De berekeningen zijn opgenomen in Bijlage 10.

Om te beginnen is de massatraagheid uitgerekend van het product en de verschillende componenten die aangedreven worden. De totale massatraagheid is berekend door de massatraagheid van alle onderdelen naar de motorzijde te verplaatsen.

Met de totale massatraagheid en de maximale acceleratie snelheid is het acceleratie koppel bepaald. Dit bedraagt 0,173Nm.

Vervolgens zijn het frictie en last koppel bepaald. De som hiervan bedraagt 0,045Nm. Dit resulteert in:

Het maximaal aanloopkoppel is terug te vinden in bijlage 3 en mag 0,24Nm bedragen. Het koppel na aanloop is het last + frictie koppel en bedraagt 0,045Nm en mag 0,1Nm zijn. Dit houd in dat het gevraagde koppel binnen het werkgebied van de motor valt.

De maximale snelheid van het motortje bedraagt 3000 omw/min => 50Hz (koppel bedraagt dan nog 0,1Nm). Dit is toegestaan aangezien het koppel dat na aanloop gevraagd wordt 0,045Nm bedraagt.

Dit ligt ruim boven de snelheid die van de motor gevraagd word wat betekend dat deze voldoet aan de gestelde eisen.

7. Trillingsmeting en analyse

De trillingsmetingen en analyse zijn gedaan met als doel het opsporen van trillingen, welke invloed hebben op de weegresultaten van de check weigher. De metingen hebben echter ook nog een ander verschijnsel aan het licht gebracht.

Zo werd tijdens metingen met de versnelling opnemer op de motor een sinus-vormige verstoring gemeten (gemeten als weergegeven in figuur 6).

Figuur 6: Meting stroomdoorgang op de motor

Het meetresultaat is weergegeven in bijlage 13. De oorzaak van deze verstoring bleek het analoge signaal van de indicator naar twee frequentieregelaars in de besturingskast te zijn (deze zijn voorheen gebruikt voor het aansturen van een aanvoer en afvoerband en dienen als optie voor de check weigher). Dit signaal wekte een inductiespanning op in de bekabeling van de motor. De motor gaf deze verstoring via aarde weer door aan het weegframe.

Het aansluiten van het schild van de twee signaaldraden heeft dit probleem verholpen. Dit had echter geen zichtbare verbetering van de nauwkeurigheid van de check weigher tot gevolg. Waardoor niet gezegd kan worden dat het signaal daadwerkelijk invloed had op de wegingen. Buiten het fijt dat een inductiesignaal op welke machine dan ook niet wenselijk is.

Na het meten van de verstoring is de bekrachtiging van de frequentieregelaars helemaal uitgeschakeld. Dit had wel tot gevolg dat de meetwaarden stabieler werden (Minder

fluctuatie en minder hoge piekgewichten in de wegingen). De verbetering resulteerde echter niet in het benaderen van de vereiste nauwkeurigheid.

Voor het opsporen van de trillingen (trillingsbronnen) die effect hebben op de wegingen zijn metingen gedaan met behulp van een versnelling opnemer (Piezo element Kistler

8776A50M1) , een coupler (Kistler5114) en een digitale scope (PicoScope 2202). De gegevens van deze componenten zijn opgenomen in bijlage 14. Hieruit blijkt dat de begrenzende factor de versnelling opnemer is met een frequentiebereik van 1 tot 7000 Hz. De te meten

frequenties die de wegingen kunnen beïnvloeden vallen binnen dit bereik.

Bijlage 15 toont een aantal metingen, gemaakt met de versnelling opnemer. Het eerste frequentie spectrum en scope beeld zijn gemaakt met stilstaande weegopstelling. Bij het frequentie spectrum is op de horizontale as de frequentie in Hz weergegeven, en op de verticale as de mate waarin het frequentiesignaal terug komt in de meting in dBu. Bij het scope beeld geeft de horizontale as de tijd en de verticale as het signaal in mV weer. In het frequentiespectrum is te zien dat in het laagfrequente gebied een aantal frequenties sterk naar voor komen. Deze worden waargenomen alvorens de weger draait, wat wil zeggen dat de aanwezigheid van deze frequenties niet wordt veroorzaakt door de mechanische componenten van de weger. Aangezien er geen mechanische demping op de weger aanwezig is zullen deze frequenties door de fabriekshal aan de weger worden doorgegeven. In een productieomgeving zullen deze absoluut hoger zijn dan in de fabriekshal van Overveld Machines. Met als gevolg dat de invloed van deze trillingen op de wegingen groter zal zijn. Het scope beeld geeft het daadwerkelijke meetsignaal weer in het voltage dat wordt

teruggekoppeld. Te zien is dat dit signaal bij stilstand slechts enkele millivolts is en nagenoeg niet fluctueert. Dit houd in dat op dit moment de invloed van de trillingen afkomstig van de fabriekshal relatief klein is (gecontroleerd door wegingen uit te voeren). Deze kleine fluctuatie uit zich tijdens een ongefilterde metingen toch in een afwijking van ≈8g. Met (digitale)

demping van de indicator is deze verstoring goed weg te filteren.

De frequentiespectra met draaiende weegopstelling zijn gemaakt bij de volgende snelheden: - Snelheid van de rondsnaren: 81 m/min

- Frequentie van de rondsnaren: 1,24 Hz - Frequentie van de aandrijfrol: 11,61 Hz - Frequentie van de tandriem: 4,10 Hz - Frequentie van de motor as: 17,42 Hz

In het frequentiespectrum van de draaiende weger komen aanzienlijk meer frequenties naar voor. Ook is te zien dat het basisniveau is gestegen wat over het algemeen duid op losheid van de constructie. Tevens is de hoogte van de pieken gestegen (aanwezigheid van bepaalde frequenties). Het scope signaal geeft ook een veel grotere fluctuatie van het signaal weer. Dit geeft aan dat de trillingen veroorzaakt door de weeropstelling zelf een grote invloed

uitoefenen op de wegingen (gecontroleerd door wegingen uit te voeren). Deze kleine fluctuatie uit zich tijdens een ongefilterde metingen toch in een afwijking van ±70g. Met (digitale) demping van de indicator is deze verstoring niet voldoende weg te filteren. Ook verloopt de meting veel te langzaam wanneer de filtering toeneemt (geen 120 zakjes per minuut haalbaar).

Het laatste frequentiespectrum van bijlage 15 bevat het load cell [–] (rood) en het load cell [+] (blauw) signaal. De uitleg van de load cell zelf komt in hoofdstuk 10 aan bod. Voor nu is het voldoende te weten dat de weegindicator een waarde voor het gewicht verkrijgt uit het verschil tussen de twee load cell signalen (paars). En dit doet met een bepaalde sample frequentie (maximaal 1600 samples per seconde). In tegenstelling tot de frequentiespectra verkregen van de versnelling opnemer geeft dit spectrum geen piekwaarden die er op kunnen duiden dat een frequentie dominant aanwezig is (stoorfrequentie). Het vermoeden bestaat dan ook dat de indicator regelelektronica bevat die rekent met het voortschrijdend

gemiddelde van de meetwaarden (waar deze een maximaal van 1600 samples uithaalt). In dit geval drukken zich de trillingen niet uit in een bepaalde sterk aanwezige

trillingsfrequentie maar komen deze tot uitdrukking in een verandering van het gemiddelde (waar alle trillingsfrequenties in zitten). Resulterend in de veranderlijke meetwaarden. De scope beelden geven eveneens een grote fluctuatie van het signaal weer met voor het oog niet zichtbaar terugkerende frequenties van het signaal.

Hier kan dan ook geen conclusie aan verbonden worden met betrekking tot het aanpassen van de check weigher.

8. Aanpassingen aan de check weigher

Naar aanleiding van de trillingsmetingen/analyse en het gesprek met de heer Vincent M. van der Wel (deskundige van PENKO Engineering B.V. op het gebied van keur eisen m.b.t. onder andere de

e

-teken registratie). Zijn er ontwerpaspecten aan bod gekomen die na aanpassing een aanzienlijk beter weegresultaat tot gevolg zouden hebben.

Het betreft hier de volgende punten:

Aanpassen van het frame van de check weigher

-

Het weegplatform zo ondersteunen dat er zeker geen doorbuiging plaatsvindt (de load cell moet waterpas gemonteerd worden met max. 1° scheefstelling)

- Isolatie aanbrengen tussen het weegplatform en de kast zodat er geen afwijking plaatsvindt t.g.v. stroomdoorgang (wel het weegplatform aarden op de kast zodat er zeker geen potentiaalverschil is tussen beiden)

Aanpassen van de aandrijving

- De borstelloze DC-motor vervangen door een borstelloze servomotor waarvan de snelheid traploos te regelen is bij constant koppel of een andere trillingsvrije motor

Aanpassen van het transportdeel

- Overstappen op een transportband in plaats van de rondsnaren (beter uit te lijnen, makkelijker te spannen, minder complexe constructie van aandrijf- en meelooprol) - Zorgen voor een goed uitgelijnd weegplatform dat zo stijf en licht mogelijk met een

lage wrijving tussen geleideplaat en weegband (antistatisch uitgevoerd)

- Weegband juist spannen, tandriem juist spannen en de tandwielen van de weegband en de motor goed uitlijnen ten opzichten van elkaar

Aanpassen van het weegframe

- Hoekverstelling verwijderen van het weegframe (de hoekverstelling heeft verplaatsing van het zwaartepunt van de constructie tot gevolg)

- Zwaartepunt van het weegframe in het midden van de load cell positioneren - Testen en uitzoeken welke mate van filtering/demping nodig is en deze aanbrengen

(effect analyseren door nogmaals te testen)

Deze punten zullen allen (al dan niet gezamenlijk) de prestaties m.b.t. nauwkeurigheid en meetsnelheid verbeteren. Het is echter niet zeker dat met deze aanpassingen de check weigher voldoet aan de internationale aanbevelingen (zie hoofdstuk 9) zodat deze geschikt wordt bevonden voor handelsdoeleinden ter controle van het (

e

) merk.

9. Keur/ijk eisen

Om de check weigher te mogen gebruiken voor het controleren van productgewicht (

e

-teken registratie) ten behoeven van handelsdoeleinden moet deze gekeurd en geijkt zijn.

Een keuring is een verplichte controle op een meetinstrument waarbij wordt nagegaan of het instrument aan de wettelijke eisen voldoet. De eerste keuring vindt plaats op het moment dat het meetinstrument op de markt komt en in gebruik wordt genomen. Daarna volgen

periodieke herkeuringen als dit wettelijk verplicht is, of als de zegels zijn verbroken,

bijvoorbeeld na reparatie. Dit gebeurt in Nederland door het NMi (Nederlands Meetinstituut). Als onafhankelijk meetinstituut heeft het NMi jarenlange ervaring op het gebied van testen, certificeren, keuren en kalibreren. Dit instituut is dan ook goed op de hoogte van de nationaal en internationaal geaccepteerde eisen voor verschillende meetmiddelen.Ook is het een belangrijke partner voor overheden en in internationale overleggen (OIML, WELMEC, IEC). NMi-certificaten en testrapporten worden dan ook wereldwijd geaccepteerd.

Een van deze eisen is de internationale aanbeveling OIML R51 voor automatic catchweighing instruments (terug te vinden op www.oiml.org/publications/R/R051-1-e06.pdf). Hierin zijn de weeginstrumenten ingedeeld in categorie X en Y (afhankelijk van de manier waarop deze gebruikt worden).

Categorie X geld alleen voor check weighers die worden gebruikt ter controle van

voorverpakte producten onderheven aan OIML R87 quantity of product in prepackages (terug te vinden op www.oiml.org/publications/R/R087-e04.pdf). Hier valt de check weigher van Overveld Machines onder.

Onder categorie Y vallen alle overige type vang weeg instrumenten (catchweighing

instruments) zoals weeg-prijs labelers, post/verscheep weegschalen, en weegschalen die losse ladingen van los materiaal wegen.

Een weeginstrument kan zowel onder categorie X als Y vallen, wanneer deze bijvoorbeeld is voorzien van twee aparte bedrijfsinstellingen waardoor deze kan functioneren als zowel een check weigher als een weeg-prijs labeler.

Categorie X is verder onderverdeeld in 4 nauwkeurigheidsklasse: XI, XII, XIII, en XIIII.

Figuur 7: Nauwkeurigheidsklasse, verificatieschaal interval en aantal verificatieschaal intervallen Figuur 7 geeft de het verband aan tussen de verificatieschaal interval, het aantal verificatieschaal intervallen en de nauwkeurigheidsklasse waar de weger onder valt. (afhankelijk van de toegepaste load cell).

De toegepaste load cell is een speciaal type C6 uitvoering en heeft het maximaal aantal verificatieschaal intervallen van Y = 20000 gespecificeerd in bijlage 4. Met een maximaal gewicht (Emax) van 20kg. De verificatieschaal interval e (ook wel Vmin) is dan:

Deze waarde ligt tussen de 0,1 en de 2g in. Er is dus spraken van een XIII weegsysteem (zie figuur 7).

Figuur 8: Maximale gemiddelde fout voor X type wegers

Figuur 8 geeft de maximaal gemiddelde fout aan die een weger mag hebben binnen het weegbereik. Het minimum gewicht dat gewogen wordt is 20g. Dit is 20 van de 20000 verificatieschaal intervallen. Bij de XIII weger houd dit in dat de maximaal gemiddelde fout:

De maximale standaardafwijking mag zijn als gespecificeerd in figuur 9.

Figuur 9: Maximale standaardafwijking Voor de minimale waarde van 20g geeft dit:

Initial verification: 0,0048 x 20 = 0,096g standaard deviatie. In-service inspection: 0,006 x 30 = 0,12g standaard deviatie. Voor de maximale waarde van 600g geeft dit:

Initial verification: 0,8g standaard deviatie. In-service inspection: 1,0g standaard deviatie.

Dit waren de eisen als gespecificeerd door de leverancier van de indicator en load cell (de firma PENKO). Medewerkers van deze firma (de heren Bert van de Weerd van de

verkoopafdeling en Mario van den Heuvel van onderhoud en keuring) claimde dat de combinatie van indicator en load cell voldeed aan de wettelijke eisen en dat deze geschikt bevonden waren voor het door Overveld Machines beoogde doel.

Concurrerende check weigher fabrikanten gebruiken voor dit doel (binnen het gewichtbereik van 7 tot 125g) echter andere load cells. De load cell geleverd door PENKO is een strain gauge load cell (doorbuig load cell met rek strookjes uit bijlage 4).

De concurrentie gebruikt hiervoor EMFR (Electromagnetic Force Restoration) load cells. Uit navraag is gebleken dat deze load cells hiervoor gebruikt worden vanwege betere

Naar aanleiding van deze bevindingen heeft er een gesprek plaatsgevonden met de heer Vincent M. van der Wel (deskundige van PENKO Engineering B.V. op het gebied van keur eisen m.b.t. onder andere de

e

-teken registratie).

In eerste instantie was de heer van der Wel er ook van overtuigd dat de load cell in

combinatie met de indicator in staat zou moeten zijn aan de eisen van de

e

-teken registratie te voldoen. Uit controle is echter gebleken dat de check weigher niet aan de eisen met betrekking tot de

e

-teken registratie kan voldoen. De Nederlandse eisen gesteld aan de verificatieschaal interval voor bepaalde gewichtsklassen ten behoeven van de

e

-teken registratie zijn:

Net weight of the package to be checked Display unit of the checking weigher ≥ 5 g ≤ 0,1 g ≥ 15 g ≤ 0,2 g ≥ 35 g ≤ 0,5 g ≥ 125 g ≤ 1 g ≥ 350 g ≤ 2 g ≥ 1.750 g ≤ 5 g ≥ 3.500 g ≤ 10 g ≥ 7.000 g ≤ 20 g

Hieruit blijkt dat de check weigher van Overveld Machines geschikt is voor controle van

e

-teken registratie vanaf een gewicht van 125g. En hiermee dus niet geschikt is voor het

beoogde doel (20g). PENKO is ook niet in staat hier geschikte weegapparatuur voor te leveren. Navraag bij het NMi bevestigde deze bevindingen. Wanneer er toch product gecontroleerd moet worden met een nominaal gewicht van 20g moet de vulinstallatie van de producent die de weger in gebruik neemt ingesteld worden op een vulgewicht van 20,8g. Deze extra vulling compenseert voor de onnauwkeurigheid van de weegopstelling.

Hoewel 0,8g op zichzelf niet veel lijkt komt dit bij lijnsnelheden van 120 p/min toch neer op: Aangezien er meerdere lijnen zijn (gemiddeld genomen 5) die zo’n 24 uur per dag draaien, komt dit op een:

Dit komt overeen met het weggeven van:

Geen enkele producent zal dit acceptabel vinden.

De Nederlandse eisen zijn afgeleid uit de handleiding voor verpakkers en importeurs van

e

-gemarkeerde voorverpakte producten van het WELMEC (European Cooperation in Legal Metrology) (terug te vinden op www.welmec.org/fileadmin/user_files/publications/6-4.pdf en

http://eur-lex.europa.eu/LexUriserv/LexUriserv.do?uri=CELEX:31976L0211:NL:HTML).

Figuur 10: Toelaatbare negatieve fout t.b.v. e-teken registratie

In figuur 10 is de eis afgebeeld met betrekking tot de toelaatbare negatieve afwijking voor producten waar het

e

-teken op vermeld is. Deze bedraagt voor 20g zakjes:

Hierbij wordt geëist dat:

 De gemiddelde inhoud van de voorverpakte producten niet minder is als de nominale inhoud.

 Slechts een klein deel van de voorverpakte producten een inhoud mag hebben lager dan de nominale inhoud minus de maximaal toelaatbare fout (TU1-limiet) (niet meer als 2,5%). Deze voorverpakte producten worden “defectives” genoemd.

 Geen van de voorverpakte producten een inhoud mag hebben lager dan de nominale inhoud minus twee maal de maximaal toelaatbare fout (TU2-limiet). Deze voorverpakte producten worden ook wel “inadequates” genoemd.

 De meetfout bij de bepaling van de werkelijke inhoud van een

e

-voorverpakking mag ten hoogste gelijk zijn aan 1/5 van de toegelaten fout in minus geldend voor de nominale hoeveelheid Qn van de desbetreffende

e

-voorverpakking.

De Nederlandse eisen zijn in deze iets strenger als de algemene Europese eisen. Maar aangezien de meeste klanten van Overveld Machines nog altijd in Nederland zitten zal de check weigher aan deze eisen moeten voldoen.

10.

Weegprincipes

Fabrikanten van check weighers passen twee type load cells op grote schaal toe. Dit zijn de:

- Strain-gauge load cell (het weegprincipe berust op het doorbuigen van de load cell). - EMFR (Electromagnetic Force Restoration) load cell (het weegprincipe berust op het in

stand houden van een bepaalde positie van het weegplatform door middel van een magnetisch veld).

Dit zijn twee totaal verschillende toepassingen die beiden gebruikt worden voor het wegen van het product dat over de check weigher passeert.

Strain-gauge load cell

De strain-gauge Load cell is over het algemeen een aluminium of RVS huis met hierin een wheatstone bridge. Dit is een elektronisch circuit dat is opgebouwd uit vier weerstanden. Hiervan zijn er 3 bekend en 1 dient bepaald te worden. Oorspronkelijk werden deze circuits opgebouwd als in figuur 11 en gebruikt voor het bepalen van een onbekende weerstand.

Figuur 11: Wheatstone bridge

Rx is hier de onbekende weerstand die gemeten dient te worden. R1, R2 en R3 waarvan R2 in te

stellen is. Als de bekende weerstandswaarde van het serie circuit R1/R2 gelijk is aan de

weerstandswaarde van het onbekende serie circuit R3/Rx, dan zal het voltage tussen de twee

meetpunten B en D 0V zijn en vloeit er geen stroom door de galvanometer Vg (een

elektromechanisch meetinstrument waarbij elektrische stroom wordt omgezet in een verdraaiing van een meetnaald waarmee de grootte van de stroom af te lezen is).

Wanneer de weerstandswaarde van de twee serie circuits niet gelijk is, zal de richting van de stroom aangeven of R2 te hoog of te laag is. R2 wordt aangepast tot de galvanometer 0

aangeeft en de weerstandswaarde van de twee circuits dus gelijk is. Aan de hand van de weerstand van R2 is op deze manier ook gelijk Rx bepaald. Dit kan met zeer hoge precisie.

De wheatstone bridge van de strain-gauge load cell bevat 4 variabele weerstanden (rek strookjes) voor de gewichtsmeting. Deze zijn zo gepositioneerd dat wanneer de load cell doorbuigt (binnen de gebruiksnormen) de weerstandswaarde van de rek strookjes lineair verandert (figuur 13 toont dit principe). Ook bevat de load cell 2 variabele weerstanden (rek strookjes) t.b.v. temperatuurcompensatie, 2 vaste ingangsweerstanden, en 1 vaste weerstand tussen het negatieve sensor signaal en de negatieve excitatie.

De doorbuiging verhoud zich ook lineair t.o.v. de kracht die op de load cell wordt uitgeoefend. Dit heeft tot gevolg dat er ook een lineair verband is tussen het toenemen van de

weerstandswaarde en de kracht die op de load cell wordt uitgeoefend. Het elektrisch circuit van de load cell ziet er uit als dat van figuur 12 (bijlage 12 toont een opengewerkte load cell). De voeding bestaat hier uit +5V en een -5V DC, deze staan op de +excitation en de -excitation. Ook heeft de load cell een +sense en –sense kabel welke in het schema zijn weergegeven. Deze koppelen de voedingsspanningen terug zodat er rekening gehouden kan worden met de impedantie van de voedingskabels en er gerekend wordt met de daadwerkelijke voedingen van de load cell.

De meetwaarden worden verkregen uit het verschil tussen de +signal en –signal kabel (ordegrote van 0 tot 20mV). Omdat zich in het circuit van de –signal kabel een extra vaste weerstand bevind ontstaat er in kombinatie met de weerstandswaarde van het rek strookje een vervangingsweerstand (hierdoor ontstaat het verschil met de +signal zijde). Dit

spanningsverschil staat voor een bepaalde doorbuiging van de load cell welke weer gelijk staat aan een bepaalde belasting. Hier wordt de waarde van het product gewicht uit afgeleid.

EMFR (electromagnetic force restoration) load cell

De EMFR load cell bestaat uit een hefboom met daarop een weegplatform die in zijn nul positie gehouden wordt door een elektromagneet (een spoel waardoor een stroom gestuurd wordt waardoor er een magnetisch veld ontstaat). Een fotocel registreert de positie van de hefboom en geeft deze door aan een CPU welke de positie van de hefboom regelt en aan de hand hiervan een gewichtswaarde genereert. In figuur 14 is de load cell schematisch

weergegeven.

Figuur 14: EMFR load cell

De waarde van de fotocel bij nul stand van de hefboom (onbelast) is opgeslagen in de precision control van de CPU. Dit is de waarde die de precision control wil handhaven. Wanneer de fotocel afwijkende waarden terugkoppelt (er is gewicht op het weegplatform geplaatst waardoor de hefboom verplaatst is) zal door de precision control het verschil tussen de gewenste en de actuele waarde berekend worden. Deze waarde wordt in de PID controller omgezet naar een bepaalde stroom welke in combinatie met de spoel gerelateerd is aan de kracht die het magnetisch veld uitoefent op de hefboom om deze terug naar zijn gewenste positie (nul positie) te brengen. De benodigde kracht om de hefboom terug te brengen naar zijn nul positie staat in verband met de last op het weegplatform. Immers moment is kracht maal arm. De lengte van de 2 armen is bekend evenals de kracht waarmee het magnetisch veld aan de ene arm trekt. Dit drukt zich in figuur 14 uit als:

Hierbij is er een lineair verband tussen de last die op het weegplateau rust en de stroom door de spoel om de hefboom terug in de nul positie te brengen.

De stroom die door de spoel gestuurd wordt gaat vervolgens door een meetweerstand naar de nul. Deze stroom in combinatie met de meetweerstand resulteert in een bepaald voltage dat varieert afhankelijk van de stuurstroom want:

Het hieruit resulterende voltage wordt gemeten en naar een AD converter gestuurd welke het analoge signaal omzet naar een digitale waarde. Vervolgens drukt een Microprocessor van de CPU de digitale waarde uit in een gewichtswaarde als g of kg.

In figuur 15 is de tijdresponsie van de verschillende type load cells afgebeeld.

Figuur 15: Tijdresponsie verschillende type load cells

Te zien is dat de Wipotec weigh cells (EMFR load cells) de beste tijdresponsie hebben en dus sneller betrouwbare metingen kunnen leveren. Navraag bij concurrerende check weigher fabrikanten resulteerde in de conclusie dat deze enkel en alleen EMFR load cells gebruiken voor het lage gewichtsbereik (5 tot 125g). Navraag bij het Nederlands Meetinstituut NMi bevestigde dat fabrikanten voor hoge snelheden en lage gewichten (hoge vereiste nauwkeurigheid) uitsluitend gebruik maken van EMFR load cells. De reden hiervoor is simpelweg dat deze sneller en nauwkeuriger zijn als de strain-gauge load cells.

Het voordeel van de strain-gauge load cell is dat deze vele malen goedkoper is als de EMFR variant om aan te schaffen. Dit is de reden dat deze wel toegepast worden bij minder nauwkeurige en minder snelle toepassingen.

De opstelling bij Overveld machines zal dan ook nooit aan de eisen voldoen zolang er met een strain-gauge load cell gewogen wordt.

11.

Kostenberekening en concurrentie positie

Op de markt van de dynamische weegopstellingen (waar check weighers toe behoren) is er veel concurrentie gaande. Bekende namen in de wereld van de weegtechniek concurreren met scherpgeprijsde nieuwkomers die een deel van de markt hopen te bemachtigen. Overveld Machines hoopt ook een stukje van deze markt in handen te krijgen.

De check weigher van Overveld Machines is ontworpen om complete machinelijnen te verkopen bestaande uit bijvoorbeeld een collator belt, seal checker en een check weigher. Hierbij moet afstelling/omschakeling, onderhoud/reparatie, garantie en troubleshooting zo snel en efficiënt mogelijk gebeuren (door Overveld Machines). De bedoeling is niet om als standalone unit te concurreren met bedrijven die al jaren check weighers produceren en dus de nodige ervaring hebben op dit gebied.

Hoewel het niet de bedoeling is om te concurreren met deze bedrijven als standalone unit speelt de prijs van de check weigher als onderdeel van de machinelijn wel degelijk een rol. Het probleem is namelijk dat concurrenten wegers ontwikkelen die universeel toepasbaar, en vrij gemakkelijk in bestaande machinelijnen te integreren zijn. Vaak worden er hierbij ook

cursussen aangeboden om basisonderhoud en reparaties aan de wegers uit te voeren zodat het productiebedrijf dit zelf in de hand heeft en de tijd dat de lijn stil moet liggen minimaal blijft (geen reistijden). Ook zijn er producenten die alleen een bepaald merk weger in de productielijnen willen, omdat ze daarvan al weten dat de service, garantie en productkwaliteit goed zijn. Vaak zijn dan de spareparts al beken en/of voorradig en is er binnen het bedrijf al kennis van het werken aan, onderhouden van, en het eventueel ook repareren van de wegers.

Het gevolg hiervan is dat de check weigher als onderdeel van de machinelijn aantrekkelijk geprijsd, slim ontworpen en betrouwbaar moet zijn om een stukje van de markt te veroveren. Om de concurrentiepositie van Overveld machines in beeld te brengen is er een

kostenberekening van de huidige weger gemaakt (geen EEG goedkeuring voor

e

-teken registratie) (zie bijlage 11). Vervolgens zijn offertes aangevraagd bij de concurrenten om te kijken wat geleverd wordt tegen welke prijs. De offertes zijn niet in het verslag opgenomen om de rechten van intellectuele eigendom niet te schenden.

De kostenberekening van de huidige check weigher komt uit op een €19.125,- (zie bijlage 11 “kosten berekening Overveld Machines (huidige staat)”) exclusief aanvoerband, afvoerband, afblaasinstalatie, en USB kaart t.b.v. productregistratie (productregistratie is verplicht en moet terug te vinden zijn tot op een jaar na controle van het product, maar hoeft niet noodzakelijk uitgevoerd te worden met de USB kaart wanneer er een printer aangesloten is op de weger). Met invoerband, afvoerband en afblaasinstallatie zal dit naar schatting uitkomen op een

€25.000,- tot €26.000,-. Een USB kaart met productregistratie kost nog eens een extra €523,-.

In gedachte houdende dat de gewenste weegnauwkeurigheid hier nog niet behaald is. Of er gewerkt moet worden met een 0,8g productcompensatie per verpakking.

De berekening zonder weegdeel geeft aan wat de weger zal kosten zonder weegband, weegframe, load cell, indicator, motor en driver voor de motor. Dit bedrag komt neer op een €12.896,- (zie bijlage 11 “zonder weegdeel”). Dit zou een optie zijn wanneer er gebruik gemaakt wordt van de weegkit van WIPOTEC of een andere leverancier. Deze weegkit kost een €10.083,- exclusief aanvoerband, afvoerband, afblaasinstallatie, en USB kaart t.b.v. productregistratie.

Met invoerband, afvoerband en afblaasinstallatie zal dit naar schatting uitkomen op een

€28.000,- tot €29.000,-. Een USB kaart met productregistratie kost nog eens een extra €773,-.

Hier voldoet de weger wel aan de vereiste nauwkeurigheid en hoeft er niet gecompenseerd te worden door bij te vullen.

Wanneer men de check weigher compleet van WIPOTEC koopt kost dit €20.727,- inclusief aanvoer/afvoer band, afblaas installatie en 12 maanden garantie, exclusief USB kaart t.b.v. productregistratie. De verzendkosten zijn hier niet in meegerekend. Deze zullen ± €300,- bedragen waardoor de prijs op een €21.000,- uit komt. De USB kaart kost hier ook een extra

€773,-. Hier voldoet de weger wel aan de vereiste nauwkeurigheid en hoeft er niet

gecompenseerd te worden door bij te vullen.

Wanneer men de check weigher compleet van GARVENS koopt kost dit €14.700,- inclusief aanvoer/afvoer band, afblaas installatie en 12 maanden garantie, exclusief transportkosten en USB kaart t.b.v. productregistratie. Transportkosten zullen hier ook een €300,- bedragen waardoor de prijs op een €15.000,- uit komt. Het USB pakket kost hier een €2.780,-. Hier voldoet de weger wel aan de vereiste nauwkeurigheid en hoeft er niet gecompenseerd te worden door bij te vullen.

Deze prijzen en de toch al verzadigde markt in beschouwing genomen, kan er geconcludeerd worden dat het zeer moeilijk (nagenoeg onmogelijk) is de concurrentie met deze producenten van check weighers aan te gaan. In samenwerkingsverband is er misschien nog een

bescheiden bedrag te verdienen aan check weigher toepassingen door bijvoorbeeld complete check weighers van de concurrent te integreren in bestaande Overveld lijnen.

12.

Conclusie

Om betrouwbare meetresultaten te realiseren zal er op een andere weegmethode

overgestapt moeten worden omdat de huidige indicator met load cell niet aan de vereiste nauwkeurigheid voldoet voor het gewenste meetbereik van 5 tot 125g (eikeenheid is 1g waar deze 0,2g moet zijn). Nadat dit gebeurt is zullen ook enige aanpassingen aan de opstelling moeten plaatsvinden. Deze aanpassingen hebben als doel de passieve trillingen te dempen en het opwekken van actieve trillingen zo veel mogelijk te voorkomen (waar dit niet mogelijk is ook de actieve trillingen dempen).

Mocht dit alles gebeurt zijn dan is de check weigher van Overveld Machines nog niet concurrerend met wegers van andere fabrikanten (prijsverschil van €5.000,- tot €10.000,-). Terwijl deze wegers een hogere capaciteit hebben en voldoen aan de eisen omtrent de nauwkeurigheid.

13.

Aanbevelingen

De volgende aanbevelingen worden gedaan met betrekking tot het produceren van of handel in check weighers door Overveld Machines:

- Investering in de huidige weegopstelling met PENKO apparatuur stop zetten. De vereiste nauwkeurigheid wordt op dit moment niet gehaald en PENKO beschikt niet over de juiste apparatuur om deze nauwkeurigheid wel te halen. De

mogelijkheid tot compensatie is er wel, mits de producent bereid is 0,8g per product weg te geven. Hoewel dit in eerste instantie niet veel lijkt zal geen enkele producent bereid zijn om 691200g = 691,2kg product per dag weg te geven. - Geen weegopstelling ontwikkelen met load cell en indicator van een andere

fabrikant. Deze oplossing is op dit moment prijstechnisch niet aantrekkelijk. Ook zullen klanten naar Overveld Machines komen met klachten en problemen met de weegapparatuur terwijl er op dit moment geen kennis is aangaande die

weegapparatuur. Resultaat is ontevredenheid van klanten betreffende de service met als gevolg verlies van klanten.

- Een samenwerkingsverband aangaan met een fabrikant van check weighers is een mogelijkheid om ook aan de wegers nog een bescheiden bedrag te verdienen zonder al te veel risico te lopen. Men koopt dan de garantie van 1 tot 2 jaar op de check weigher over. Ook wordt er bij afname van meerdere wegers korting verstrekt. Wanneer de weger vervolgens in een bestaande machinelijn van Overveld Machines geïntegreerd wordt kan hier winst uit gehaald worden. Is dit niet mogelijk dan kan Overveld Machines beter niet meer investeren in de ontwikkeling van dit type weger.

Literatuur

- Roloff / Matek machineonderdelen theorieboek, D. Muhs, H. Wittel, M. Becker, D. Jannasch, J. Voßiek, 9039523215, Academic service

- Roloff / Matek machineonderdelen tabellenboek, D. Muhs, H. Wittel, M. Becker, D. Jannasch, J. Voßiek, 9039523223, Academic service

- Rapportagetechniek Elling R. 9001291384 Wolters-Noordhoff 2005

- Engineering Mechanics Dynamics, J.L. Meriam, L.G. Kraige, 978047126606 John Wiley & Sons, Inc.

- Regeltechniek voor HTO, J. Schrage, H. van Daal, J. Stroeken, 9055744719, HB uitgevers

- Sterkteleer, Russell C. Hibbeler, 9789043010795, Pearson Education

- Documentatie beschikbaar van de vakken uit het 2e leerjaar van de opleiding mechatronica en de voltooide minoren ontwerpen en construeren en

automatisering in de machinebouw, gevolgd en succesvol afgerond aan Avans hogeschool te Breda

- Methodisch ontwerpen JCF de Beer 9039524556 Academic service 2006 - Elektrische netwerken voor HTO elektrotechniek, C.A.R. van den Eijnden, C.J.G.

Spoorenberg, 9789055742622, HB uitgevers

- Electronics a systems approach, Neil Storey, 0131293966, Pearson Prentice Hall - Documentatie Overveld Machines

- Internet

Bijlage 1: PMD

PROJECT MANAGEMENT DOCUMENT

Project: Check weigher Versie: 1

Startdatum: 1 februari 2011 Einddatum: 24 juni 2011

Akkoord Bedrijf Akkoord Hogeschool Opsteldatum: 01-02-2011

Ad Nieuwlaat Hans Langen

Student: Joey Belleter

Uitvoeringsgegevens

Bedrijfsgegevens: Overveld Machines B.V. Edisonweg 5 4631 SN, Hoogerheide tel. 0164-612254 Bedrijfsbegeleiding: Ad Nieuwlaat tel. 0164-612254 mob. 0655321483 e-mail: Ad.nieuwlaat@overveld.com

Onderwijsinstelling: Avans Hogeschool

Academie voor Technologie en Management (ATM) Lovensdijkstraat 61

Postbus 90116 4800 RA Breda tel. 0765-250500 tel. 0765-250504

Hogeschoolbegeleiding: Hans Langen

tel. 0765-238949

e-mail: hh.langen@avans.nl

Afstuderend student: Joey Belleter

De Gebrande Hoef 15 4727 TD Moerstraten tel. 0165-301304 mob. 0630033818 e-mail: joeybelleter@hotmail.com

Inhoudsopgave

Uitvoeringsgegevens 2

Inhoudsopgave 3

Situatiebeschrijving 4

Bedrijfsbeschrijving 4

Probleemstelling voor het project 5 Afbakening project (systeemgrenzen) 5

Doelstelling 6 Relevante documenten 7 Werkzaamheden 7 Eisen 7 Externe voorwaarden 8 Functionele eisen 8

Kwaliteitsbewaking van de projectuitvoering 8

Tijd 8 Geld 8 Organisatie 9 Informatie 9 Bijlage 1: Planning 10 Bijlage 2: Toleranties 12

Situatiebeschrijving

Bedrijfsbeschrijving

Overveld Machines is gespecialiseerd in het ontwikkelen, produceren en installeren van machines en complete installaties op het gebied van verpakken en intern transport. Tot het productenpakket behoren verpakkings-, weeg- en palletiseermachines, palletiseerrobots en pick & place units. Daarnaast worden er complete transportbanden, rollenbanen,

kettingbanen, dozenopzetmachines en verpakkingslijnen voor de chemie, voedingsindustrie en transportoverslagbedrijven geproduceerd. Alle machines kunnen geleverd worden als standaardproduct of op turnkey-basis bij de klant geïnstalleerd worden.

Overveld Machines is bijna 40 jaar actief op de Nederlandse en Belgische markt. Door de geografische ligging worden deze twee landen als thuismarkt gezien. In deze landen is een enorme know-how opgebouwd op het gebied van interne transportsystemen in

productieprocessen. Deze ervaring is volledig te danken aan alle turnkey projecten die de firma opgeleverd heeft. Dit betreffen veelal op maat gemaakte productielijnen die te maken hebben met intern transport, verpakken en palletiseren. Hierdoor is door de jaren heen een groot aantal machines ontwikkeld die telkens toegepast worden in deze projecten. Uit deze machines zijn een aantal producten gekozen die geschikt gemaakt zijn om een actief

exportbeleid mee te gaan voeren. Deze machines zijn onderworpen aan een volledig re-engineeringsproces en zo geschikt gemaakt om in serie te kunnen worden geproduceerd. Momenteel wordt er gewerkt aan het opbouwen van een dealernetwerk in europa.

Overveld Machines is opgericht in 1963 door de heer J.C. van Overveld en kan dus terugvallen op meer dan 40 jaar ervaring in de machinebouw.

Probleemstelling voor het project

Overveld Machines heeft een nieuwe weegmachine (check weigher) ontwikkeld die in de verschillende transportlijnen het gewicht van het passerende producten moet registreren. Bij de ene lijn gebeurt deze weging statisch en bij de andere dynamisch.

Het probleem is echter dat de weegmachine moeilijk stabiel te krijgen is, waardoor de weging foutieve waardes oplevert. Dit probleem komt bij de dynamische weegmachines voor. Het resultaat is dat product (bijvoorbeeld zakjes chips) dat niet voldoet niet uit de transportlijn wordt verwijdert maar terecht komt tussen de eindproducten die wel voldoen.

Afbakening project (systeemgrenzen)

De projectopdracht bestaat uit: een analyse van de aanwezige check weigher voor zowel dynamische als statische wegingen met betrekking tot trillingen in de machine en bediening van de weeginstallatie. Ook dient er een tweetalige handleiding (Nederlands-Engels)

geschreven te worden die betrekking heeft op het onderhoud en de bediening.

Dit houdt in dat er onderzoek gedaan moet worden naar de toegepaste check weigher. Uit het onderzoek moet een conclusie te trekken zijn. Aan de hand hiervan zullen beslissingen

worden genomen met betrekking tot de oplossingen voor de check weigher.

De gehele opdracht zal door de stagiair uitgevoerd worden waarbij de bedrijfsbegeleider optreed als mentor, aanspreekpunt voor vragen en informatiepunt.

Doelstelling

Hoofddoelen :

Het analyseren en optimaliseren van het nieuwe type check weigher met betrekking tot de volgende punten:

• Trillingen mechanisch

- Welke vormen van trilling komen voor op de check weigher? - Wat is de grootte van de trillingen?

- Wat is de frequentie van de trillingen?

- Welke invloed heeft de trilling op de weegnauwkeurigheid?

- Hoe zijn deze trillingen te voorkomen wanneer er spraken is van actieve trillingen (trillingen veroorzaakt door de weegopstelling zelf).

- Hoe zijn deze trillingen te dempen wanneer er sprake is van passieve trillingen (trillingen doorgegeven van de ondergrond naar de machine).

• Filteringen elektronisch

- Wat is er mogelijk op het gebied van elektronische filtering (demping) op de huidige weegopstelling?

- Is het rendabel en zinvol om extra filtering toe te passen? • Dynamisch en statisch wegen

- Beide weegprincipes moeten met de vereiste nauwkeurigheid en systeemeisen (productiecapaciteit, nauwkeurigheid etc.) uit te voeren zijn.

• Bediening

- Hoe functioneert de check weigher?

- Wat moet behouden of verbeterd worden bij aanpassingen van de weger? Verder zal er een uitgebreide 2-talige handleiding gemaakt moeten worden (Nederlands-Engels) die betrekking heeft op het onderhoud en bediening.

Subdoelen:

De volgende subdoelen komen hierbij aan de orde:

• In kaart brengen van en kennis verwerven over de toegepaste onderdelen op de check weigher (DC-motor, proximity-sensor, load cell, tandriem, rondsnaren, achterliggende

elektronica en de FLEX check module).

• Meer kennis verwerven op het gebied van systeemdynamica, weegprincipes en trillingsanalyse.

• Door methodisch ontwerpen tot een optimale weegopstelling komen. • Opstellen van een PMD (project management document)

• Maken van een projectplanning

• Maken en bijhouden van een projectdossier • Maken van een afstudeerverslag

Relevante documenten

Hieronder staat een lijst van de reeds aanwezige, schriftelijke en digitale informatie, wat van belang is voor de uitvoering van de opdracht.

De documentatie van Overveld Machines zal informatie verschaffen over de verschillende toegepaste instrumenten waar het project betrekking op heeft.

Er zal gebruik gemaakt worden van: • Documentatie Overveld Machines • Internet

• Informatie aanvraag leveranciers

• Documentatie beschikbaar van de vakken uit het 2e leerjaar van de opleiding

mechatronica en de voltooide minoren ontwerpen en construeren en automatisering in de machinebouw, gevolgd en succesvol afgerond aan Avans hogeschool te Breda

• Rapportagetechniek Elling R. 9001291384 Wolters-Noordhoff 2005 • Methodisch ontwerpen JCF de Beer 9039524556 Academic service 2006

• Engineering Mechanics Dynamics, J.L. Meriam, L.G. Kraige, 978047126606 John Wiley & Sons, Inc.

• Regeltechniek voor HTO, J. Schrage, H. van Daal, J. Stroeken, 9055744719, HB uitgevers • Roloff / Matek machineonderdelen theorieboek, D. Muhs, H. Wittel, M. Becker, D. Jannasch, J. Voßiek, 9039523215, Academic service

• Roloff / Matek machineonderdelen tabellenboek, D. Muhs, H. Wittel, M. Becker, D. Jannasch, J. Voßiek, 9039523223, Academic service

• Sterkteleer, Russell C. Hibbeler, 9789043010795, Pearson Education

• Elektrische netwerken voor HTO elektrotechniek, C.A.R. van den Eijnden, C.J.G. Spoorenberg, 9789055742622, HB uitgevers

• Electronics a systems approach, Neil Storey, 0131293966, Pearson Prentice Hall

Werkzaamheden

Voor een overzicht van de werkzaamheden zie de planning in bijlage 1.

Eisen

De eisen die gesteld worden aan het analyseren en oplossen van de gevonden problemen met betrekking tot de werking van de check weighers bestaan uit externe voorwaarden en

functionele eisen.

Externe voorwaarden

Er dient voldaan te worden aan de veiligheids- en ergonomische eisen van Overveld Machines en van de firma waaraan de check weighers geleverd dienen te worden. De check weigher moet voldoen aan de door het OIML (Organisation Internationale de Métrologie Légale) vastgestelde eisen met betrekking tot de afwijking van de wegingen (zie bijlage 2).

Functionele eisen

• Meetresultaten moeten correct en betrouwbaar zijn.

• Het moet veilig en verantwoord zijn om onderhoud en metingen uit te voeren. • Onderhoud, reparatie en omschakeltijden dienen zo klein mogelijk te zijn.

• De handleiding (zowel Nederlands als Engels) moet duidelijk en begrijpbaar zijn voor gekwalificeerd personeel.

Kwaliteitsbewaking van de projectuitvoering

De kwaliteitsbewaking zal gedurende het gehele project plaatsvinden in de vorm van controle en zo nodig bijsturing door de bedrijfsbegeleider (de heer Ad Nieuwlaat) en schoolbegeleider (de heer Hans Langen). Ook de afstuderend student zelf zal zorg dragen aan

kwaliteitsbewaking door de beschikbare documentatie aandachtig door te nemen en te controleren. Ook dient deze de betrouwbaarheid van documentatie verworven van bronnen als bijvoorbeeld het internet te controleren.

Tijd

Het project omvat 21 weken en is gebaseerd op een totaal van 105 werkdagen met een minimum van 8 uur per werkdag. Dat staat voor 840 uur aan projecttijd. Vakantiedagen dienen in overleg met de bedrijfsbegeleider afgesproken te worden en zijn niet meegenomen in de afstudeertijd. In bijlage 1 is de planning opgenomen die gedurende het project

doorlopen dient te worden.

Geld

Aan de analyse van de check weigher is niet direct een budget verbonden. Wanneer bekend is wat de metingen verstoord kan er naar oplossingen gezocht worden. Hierbij wordt de

effectiviteit van iedere oplossing afgewogen tegen de kosten. In overleg zal een oplossing gekozen worden.

Organisatie

Figuur 16: Organogram

Figuur 1: Organogram

De organisatie tijdens het afstuderen ziet er als volgt uit:

- De afstuderend student rapporteert rechtstreeks aan de bedrijfsbegeleider (Ad Nieuwlaat) en verzoekt om ondersteuning waar dit nodig is.

- Ook wordt er begeleiding geboden door docentbegeleider (Hans Langen). - De afstuderend student dient zelfstandig aan het project te werken.

Informatie

Alle communicatie zal via de bedrijfs- en docentbegeleider verlopen.

• Er is directe interactie met de bedrijfsbegeleider de heer Ad Nieuwlaat. Deze is beschikbaar voor vragen omtrent het project.

• De docentbegeleider is beschikbaar voor vragen met betrekking tot het afstudeerproces.

• Tijdens het afstuderen zal een projectdossier en een product verslag gemaakt worden. De tussentijdse versie hiervan zal ter controle ingeleverd worden op 04-04-2011. De

definitieve versie zal op 08-06-2011 ingeleverd worden bij de bedrijfs- en docentbegeleider.

Bijlage 2: Toleranties

Figuur 17: Toelaatbare afwijking weeginstrument

Zakje van 20g

Initial verification: 0,0048 x 20 = 0,096g standaard deviatie. In-service inspection: 0,006 x 30 = 0,12g standaard deviatie.

Zakje van 30g

Initial verification: 0,0048 x 30 = 0,144g standaard deviatie. In-service inspection: 0,006 x 30 = 0,18g standaard deviatie.

Zakje van 40g

Initial verification: 0,0048 x 40 = 0,192g standaard deviatie. In-service inspection: 0,006 x 40 = 0,24g standaard deviatie.

Zakje van 150g

Initial verification: 0,0024 x 150 = 0,36g standaard deviatie. In-service inspection: 0,003 x 150 = 0,45g standaard deviatie.

Zakje van 300g

Initial verification: 0,0016 x 300 = 0,48g standaard deviatie. In-service inspection: 0,002 x 300 = 0,6g standaard deviatie.

Zakje van 600g

Initial verification: 0,8g standaard deviatie. In-service inspection: 1,0g standaard deviatie.

e

ig

h

In

d

ic

a

to

r/

C

o

n

tr

o

ll

e

r

ty

p

e

F

F

L

L

E

E

X

X

Bijlage 2: Weegindicator/controller FLEX

PENKO a

F

F

L

_L

E

_E

X

_X

Indicator/

Controller

COMM.PORT. RS 232 9 6 5 1 COMM.PORT. RS 485 full duplex (RS 422) ETHERNET UDP

1 2 3 4 C SH IE L D S HI E L D - SI G N A L + SI G N A L - S EN S E - E XC ITA TI O N + SE N S E + EX C ITA TI O N COM G R O U N D G R O U N D G R O U N D G R O U N D G R O U N D G R O U N D G R O U N D G R O U N D - S IG N A L +S IG N A L - S E N S E - EXC ITA T ION + S E N S E + EXC ITA T ION WIRING CONNECTIONS:

LOAD CELL(S), IN/OUTPUTS & POWER SUPPLY

Indicator/Controller:

F

F

L

L

E

E

X

X

8 1 15 9 Connector at FLEX 15p sub-D Female 8 1 15 9

RS232/RS422 ETHERNET USB CANBUS PROFIBUS RS232: 2=Rx, 3=Tx, 5=Gnd 7=RTS, 8=CTS RS422: 1=-Tx, 4=+Rx, 6=-Rx, 9=+Tx INPUTS OUTPUTS 1=CAN-L1, 2=CAN-H1 3=Gnd, 4=Shield 5=CAN-L2, 6=CAN-H2 1 2 3 4 5 6 1=Earth, 3=RxD/TXD-P, 4=CNTR-P, 5=Gnd, 6=+5V, 8=RxD/TxD-N LOADCELL

1 2 3 4 5 6 7 8 C 1 2 3 4 C 4=-Sense, 5=+In, 6=-In, 9-15=Gnd1=+Vexc, 2=+Sense, 3=-Vexc

Digital outputs 1-4

MAINS SUPPLY TYPE: S/N: SUPPLY: AC POWER SUPPLY 230Vac 50/60Hz

1

2

3

4

COMMON FOR OUTPUTS -0Vac or 0Vdc -24Vac or 24Vdc out1 out2 1 2 Out3 Out4 3 4 C

Common max.35V \ 0,5A

Digital inputs 1-8

1 2 3 4 C 5 6 7 8 C 9 10 11 12 C 13 14 15 16 C COM COM COM COM WIRING CONNECTIONS:

Optional boards 8in/16out, 16in/8out

Indicator/Controller:

F

F

L

L

E

E

X

X

Optional board 8in/16out

INPUTS OUTPUTS OUTPUTS OUTPUTS OUTPUTS 1 2 3 4 5 6 7 8 C 1 2 3 4 C 5 6 7 8 C 9 10 11 12 C 13 14 15 16 C

Optional board 16in/8out

INPUTS INPUTS OUTPUTS OUTPUTS

1 2 3 4 5 6 7 8 C 9 10 11 12 13 14 15 16 C 1 2 3 4 C 5 6 7 8 C

Digital outputs 1-4, 5-8, 9-12, 13-16

Out1 out2 1 2 Out3 Out4 3 4 C

COMMON FOR OUTPUTS -0Vac or 0Vdc

-24Vac or 24Vdc Common max.35V \ 0,5A

Out5 Out6

5 6

Out7 Out8

7 8 C

COMMON FOR OUTPUTS -0Vac or 0Vdc

-24Vac or 24Vdc Common max.35V \ 0,5A

Out9 Out10

9 10

Out11 Out12

11 12 C

COMMON FOR OUTPUTS -0Vac or 0Vdc

-24Vac or 24Vdc Common max.35V \ 0,5A

Out13 Out14

13 14

Out15 Out16

15 16 C

COMMON FOR OUTPUTS -0Vac or 0Vdc

-24Vac or 24Vdc Common max.35V \ 0,5A

Digital inputs 1-8, 9-16

1 2 3 4 5 6 7 8 C 9 10 11 12 13 14 15 16 C

1 2 3 4 5 6 7 8 C 9 10 11 12 13 14 15 16 C

d n d n d n d n d n d n d n d n + V o lt a g e + C u rr e n t + C u rr e n t G ro u n d G ro u G ro u + C u rr e n t + C u rr e n t G ro u G ro u + C u rr e n t + C u rr e n t G ro u G ro u + C u rr e n t G ro u + V o lt a g e G ro u WIRING CONNECTIONS:

Optional boards 8in/16out, 16in/8out

Indicator/Controller:

F

F

L

L

E

E

X

X

Optional board analog in/out

ANALOG INPUTS REF SD CARD ANALOG OUTPUTS

+I1- Sh +I2- Sh +V1- Sh +V2- Sh R Gnd

EJECT +I1- +I2- +I3-

+I4-Analog Inputs

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314

+I1- Sh +I2- Sh +V1- Sh +V2- Sh R Gnd

Current inputs, 0/4 - 20/24mA Voltage inputs, 0 - 10VDC

16 Bit Analog input

A D

16 Bit Analog input

A D

16 Bit Analog input

A D

16 Bit Analog input

A D

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

+Iin 1 -Iin 1 Shield +Iin 2 -Iin 2 Shield +Vin 1 -Vin 1 Shield +Vin 2 -Vin 2 Shield

Reference voltage

10VDC reference out

10V

13 14

+10VDC Ground

Analog outputs (mA)

1 2 3 4 5 6 7 8

+I1- +I2- +I3-

+I4-Current outputs, 0/4 - 20/24mA

16 Bit Analog output

D A

16 Bit Analog output

D A

16 Bit Analog output

D A

16 Bit Analog output

D A

1 2 3 4 5 6 7 8