GIUNTO CON SENSORI INTEGRATI PER LA MANUTENZIONE PREDITTIVA

MANUTENZIONE PREDITTIVA: TUTTI I VANTAGGI DEL NUOVO GIUNTO INTELLIGENTE AIC, CON SENSORI INTEGRATI

Con l’avvento dell’Internet of Things e dell’industria 4.0 la digitalizzazione dei processi produttivi, insieme alla raccolta e all’analisi dei dati, sono diventati il cardine attorno ai quali ruota tutta la nuova rivoluzione industriale.
Grazie ad essi è possibile avere una visione completa dell’andamento dell’azienda, compiere delle manutenzioni predittive oltre che preventive e anche ricercare l’approccio Lean tipico della filosofia Toyota, avendo coscienza di ogni problematica riguardante le macchine o la produzione.
Per ottenere i dati richiesti da queste nuove esigenze, R+W ha creato una nuova linea di giunti innovativi, gli AIC (acronimo di Artificial Intelligence Coupling), che presentano dei sensori direttamente integrati al loro interno.
In precedenza, quando si volevano effettuare più misurazioni su di un singolo componente, era necessario equipaggiarlo con sensori come vibrometri, torsiometri, dinamometri etc.
Questi elementi presentano degli ingombri incompatibili con molte applicazioni e spesso, per motivi economici e/o tecnologici, non è possibile ricorrere a soluzioni miniaturizzate; inoltre, comportano non pochi fastidi dal punto di vista dell’alimentazione e del collegamento al resto dell’elettronica industriale per l’attività di analisi dei dati raccolti.
Il giunto intelligente AIC con sensoristica integrata, utilizzato all’interno di sistemi di intelligenza artificiale, può rappresentare una svolta per tutti quegli esperti del settore che hanno dovuto affrontare queste complicazioni, proponendosi come una soluzione:
-    facile da installare, il sistema è subito pronto all’uso e si connette al resto della meccanica come un normale giunto;
-    facile da integrare con il resto dell’elettronica industriale, grazie ai moduli wireless e la possibilità di trasmettere i dati in formato CSV;
-    facile da consultare, anche tramite il proprio smartphone.
Tutto ciò fornisce non solo una risposta efficace al problema ma, data la sua semplicità, funge anche da stimolo al passaggio ad infrastrutture informatiche interconnesse.

TIPOLOGIE DI GIUNTI AIC - CON SENSORI INTEGRATI

Alla base della ricerca di R+W vi era il principale proposito di raccogliere il maggior numero di dati possibili dalle condizioni di esercizio senza interrompere il collegamento e la trasmissione del moto.
Un tale approccio consente di ottenere dei valori molto più attendibili sullo stato effettivo del componente e dell’intera catena cinematica.
Tramite la conoscenza dei cicli di lavoro realmente compiuti e dei carichi utilizzati è possibile infatti stimare con più accuratezza la vita residua del componente, in modo da programmare al meglio la manutenzione preventiva ed evolvendola in manutenzione predittiva, dal cui potenziamento deriva un duplice vantaggio: un minor rischio di fermi macchina dovuti a guasti imprevisti e la possibilità di ristudiare i vari coefficienti di sicurezza ipotizzati in fase di progetto, abbattendo le spese e allineando gli intervalli di manutenzione al fine di ridurre il numero totale di interventi.
Per prima cosa, tra i diversi campi di applicazione dei giunti, l’azienda si è occupata di quelli in cui fosse più utile ma anche più complicata l’integrazione di sensori, come ad esempio quello riguardante la sensorizzazione delle trasmissioni.
I componenti che fanno parte di queste applicazioni sono critici per il funzionamento delle macchine e perciò hanno una manutenzione preventiva molto cautelativa, a volte quasi eccessiva.
La riduzione delle inerzie e degli ingombri rappresenta un vincolo essenziale per non intaccare la funzionalità stessa del componente, rendendo l’utilizzo di sensori non sempre attuabile considerando anche la difficoltà nell’alloggiare questi ultimi nelle estreme vicinanze dell’elemento stesso da misurare.
Con i giunti intelligenti AIC, dotati di sensori integrati, si può risolvere questo annoso problema senza influenzare le funzionalità e le prestazioni degli oggetti, nel caso preso in esempio della trasmissione, e senza dover ristudiare gli spazi dedicati ai giunti preesistenti.
Infatti, tutti i giunti con uno spaziatore intermedio come i lamellari (serie LP2, LP3, LPA), i giunti con allunga (serie EZ2, ZA e ZAE) e i limitatori di coppia ST (prevalentemente nella versione flangiata STF) possono essere trasformati in giunti intelligenti AIC con sensoristica integrata, funzionali alle attività di manutenzione predittiva.
L’integrazione della sensoristica consente inoltre di migliorarne la protezione senza incidere sul costo di produzione.

STRUTTURE E CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL GIUNTO INTELLIGENTE “AIC” CON SENSORISTICA INTEGRATA 

R+W nello studio delle funzioni e delle connettività che avrebbero dovuto possedere i suoi giunti “smart” ha tratto ispirazione dai giunti torsiometrici, presenti da decenni sul mercato, i quali però, tramite la misura della coppia e della velocità angolare, calcolano solo la potenza trasmessa.
A questi ha voluto aggiungere altre funzioni integrando diverse tipologie di sensori, tra cui:
-    estensimetri in grado di misurare la coppia e le tensioni di compressione/estensione con un errore massimo del 3%;
-    giroscopi adatti a misurare la velocità angolare con un errore massimo del 3%;
-    accelerometri capaci di rilevare e misurare le vibrazioni dell’intera catena cinematica con un errore massimo del 3%.
In base alle esigenze del cliente R+W propone soluzioni personalizzate in cui è possibile integrare uno o più sensori (anche tutti) all’interno dello stesso giunto.
Riferendosi ai giunti intelligenti AIC, piuttosto che di sensori integrati, sarebbe più opportuno parlare di trasduttori di misura in quanto la grandezza voluta non viene sempre misurata direttamente ma spesso è ricavata dalle sue derivate ed in seguito convertita in segnali elettronici.
R+W, per trasmettere questa mole di dati raccolti, ha inoltre inserito all’interno del giunto dei componenti che lo rendono “smart”, ovvero capace di interconnettersi con il sistema di gestione del processo, tra cui:
-    una scheda elettronica con un microcontrollore, un amplificatore di segnale ed un modulo radio Bluetooth;
-    una batteria al litio per l’alimentazione dei sistemi con, su richiesta, un sistema di ricarica wireless ad induzione magnetica.
Questi supplementi sono particolarmente interessanti perché, prima dell’innovazione introdotta da R+W, la trasmissione del segnale e l’alimentazione dei componenti in movimento erano effettuate tramite spazzole a contatto, con tutte le instabilità e i problemi di pulizia che ne conseguono, scoraggiandone gran parte delle possibili applicazioni od obbligando all’adozione di sensori non a contatto, talvolta troppo distanti dall’elemento da misurare.
Il sistema di ricarica ad induzione magnetica è molto simile a quello presente negli smartphone di ultimissima generazione in cui il telefono si ricarica poggiato su di una base che, tramite un campo magnetico oscillante, genera delle correnti indotte all’interno dell’apparecchio senza bisogno di connessione tramite cavo di alimentazione.
A differenza dei cellulari però, il giunto, dotato di un anello di rame disposto internamente al tubolare per la formazione della corrente elettrica, non va mai a contatto con la base di ricarica che può essere disposta anche ad una distanza di 10 mm; tutto questo permette la rotazione del giunto durante la ricarica, senza interferire con la trasmissione del moto e con l’inerzia del sistema.
Tramite l’amplificatore di segnale e il modulo Bluetooth è possibile inviare i dati raccolti al computer senza bisogno di una connessione fisica, soluzione ottimale per tutte quelle applicazioni in cui le condizioni ambientali, come la presenza di alte temperature o ambienti corrosivi, rendono impossibile l’utilizzo dei classici cavi in rame rivestiti.
Il medesimo ragionamento vale per la batteria al litio che alimenta il giunto, permettendo un’autonomia di un paio di giorni nel caso di massima frequenza di comunicazione dei dati e di quasi una settimana nel caso di utilizzo nelle condizioni di minimo dispendio energetico.
Queste innovazioni permettono quindi di aver rapido accesso ai dati che possono essere analizzati istantaneamente per confutare la programmazione della manutenzione preventiva e per accorgersi dell’imminenza di guasti improvvisi e potenzialmente pericolosi, ovvero la manutenzione predittiva.

INTERCONNESSIONE 4.0

Come detto in precedenza, i dati ricavati dai giunti vengono trasferiti simultaneamente al sistema di gestione aziendale nel formato CSV grazie a dei moduli Bluetooth. Per rendere l’esperienza di utilizzo più attuale e la consultazione più immediata, R+W ha sviluppato un’apposita app per dispositivi mobili Android; tramite il suo utilizzo è possibile avere una visione d’insieme dei dati raccolti, analizzandone i valori estremi o la loro media, comparando i grafici prodotti con quelli standard di funzionamento per verificare la presenza di eventuali anomalie o, ancora, confrontandoli con altri grafici derivanti da giunti che operano nella stessa catena cinematica.
Oltre a ciò, è ovviamente possibile verificare informazioni base sullo stato di salute del trasduttore come l’energia disponibile nella batteria a litio e la potenza del segnale wireless.

APPLICAZIONI

I campi di applicazione in cui l’adozione di questo giunto fornisce la possibilità di far avanzare l’attuale stato dell’arte riguardano certamente la manutenzione preventiva e la manutenzione predittiva degli impianti industriali, i test di collaudo di nuove applicazioni in cui sia richiesto un certo lavoro di setup, la verifica dei dati teorici progettuali e il controllo in linea delle grandezze sopracitate al fine di monitorare la qualità e l’uniformità dei processi.
Il giunto con sensori integrati AIC rappresenta un chiaro esempio della volontà dell’azienda di ricercare continuamente soluzioni avveniristiche sia tecnologicamente che concettualmente, nell’ottica di semplificare le problematiche che si presentano dinanzi agli innovatori dei vari settori, con cui R+W è sempre disposta a collaborare per sviluppare soluzioni personalizzate ad hoc.