İzole iletkenlerde hassas merkez kaçıklığı (eş merkezlilik) ölçüm tekniği ve kabloların ve tellerin ilgili parametreleri
Giriş
Otomotiv, Telekom, koaksiyel, kontrol, kumanda vb. gibi birçok farklı amaçlı tel ve kablo imalatçıları, belirlenmiş kablo parametrelerini sağlamak için ekstrüzyon hatlarında ölçme ve kontrol teknolojilerini kullanmaktadırlar. Bu, süreç optimizasyonu ve kalite temini için önemlidir ayrıca ürünlerin assembling safhasında da bu talep edilmektedir. Bu durumlarda, montaj hata oranları istatistiksel olarak kaydedilir, tescillenir ve imalatçıya tahsis edilir. Bu nedenle, kablo tesisleri, kabloları güvenilir yüksek kalite standartlarında tedarik etmeyi amaçlarlar.
Kablo ekstrüzyonundaki zorluklar
Kablo ekstrüzyon sürecindeki zorluk, izolasyon içerisindeki dar toleranslarda iletkenin eş merkezliliği, eksantriklik ölçüm değerlerini, iletken çapını, kablonun dış çapını ve dış çapın ovalliğini temin etmektir. Ektrüzyon sürecinde, ölçüm değerlerinde görüntüleme için özel bir cihaz olmadan belirlenemeyecek olan sapmalar meydana gelebilir. Kablodaki yumrular, çökmeler, hatalar veya çıplak kısımlar, montaj esnasında arızalara yol açabilir. Montaj sürecinin başında, kablo veya tel uzunlamasına kesilir ve sonrasında fişlere uyacak şekilde uçlardan soyulur. Soyma için kullanılan çekme kuvvetleri tam olarak belirlenmiştir. İletken izolasyon içinde çekme kuvvetlerindeki sapmalar, soyma esnasında karışmalara yol açabilir. Yenilikçi ölçme ve kontrol teknolojisinin kullanımı, kabloların yüksek talepleri ve gereksinimleri karşılamalarını sağlar ve ayrıca ektrüzyon hattının süreç optimizasyonu için yapılabilecekleri tanımlar.
Dönen / salınan iletken
Kablo ekstrüzyon hatlarındaki ölçme ve kontrol teknolojileri için gereksinimler oldukça hassastır, toleransların birkaç mikrometre içinde sağlanabilmesi gerekir. Ekstrüzyon hattı kontrolü için çapın ortalama değeri veya izolenin et kalınlığı yeterliyken, kısa süreli değişikliklerin, özellikle iletkenin merkezlilik değerlerinin güvenilir kaydı ve görüntülenmesi, minimum et kalınlığı bakımından ek olarak gereklidir. İletkenin direk olarak extruder kafası önündeki hafif salınımları, özellikle iletken bir düzlemde salmıyorsa veya dönüyorsa, telin merkezcilliğinde önemli sapmalara yol açabilir. Bu tip eksantride geleneksel bir grafik görüntülemesiyle gösterilemezler. Sabit bir eksantrisitenin hızlı dönen vektörü, operatöre ancak standart ekranın ötesinde bir görüntülemeyle gösterile bilinir.
Bir iletkenin açı pozisyonu
Ekstrüzyon sürecinde, kılavuz makaralı veya makarasız bir kablonun, ölçme düzleminde işlerken hafif bir açılı pozisyonuna sahip olması mümkündür. Eksentrisite ölçme sistemlerinin, böyle bir pozisyon oluşsa bile doğru ölçme değerlerini oluşturmaları gerekmektedir (resim 6’ a bakın).
İletkenin sarkması veya bükülmesi
İletkenin bir ektrüzyon hattında işlerken gerildiğini varsaysak bile hala birtakım bükülmeler sergileyebilir ki bunlar eksentrisite ölçme sisteminine girerken belirlenmelidir. Özel ölçümler olmadan, 5-20 metre aralığındaki görünmeyen eğri yarıçapı bile 40 mikro metreye kadar eksentrisite hatalarına yol açabilir. Sadece ideal durumda, kılavuz makaralar iletkenin bu mükemmel olmayan gerilmesini dengeleyebilir veya tersine hatayı arttırabilir. Bu nedenle, amaç kılavuz makaraları tamamen ortadan kaldırmaktır.
İzolasyon içinde iletkenin merkezcilliğini ölçmek, yüksek kalitede bir kablonun üretilmesini sağlar. Kablonun üretilmesi esnasında, ölçme sistemi, açılı kablo pozisyonları ve iletkenin eğri yarıçapları gibi ölçme sistemini etkileyebilecek olan üretimle ilgili değişkenlerin etkisini tamamen dengelemelidir. Merkez ölçüm sistemleri entegre edilmiş veya harici işlemci sistemiyle birlikte, dağılım grafiği formunda eksentrisitenin kısa süreli değişikliklerini gösterir. Sistem, yüksek kaliteli kabloların üretimi için zemin yaratır ve böylece, montaj sürecinde güvenilir, kusursuz bir kablo sağlar. Bunun sonucunda, süreç güvenirliliğine ve ayrıca maliyet düzenlemesine katkıda bulunur.
Salınım, kablonun açılı pozisyonda seyri veya ölçme düzleminde kablonun bükülmesi gibi etkenler altındaki iletkenin merkez ölçümü için kullanılan ölçme sistemi
Ölçme sistemi (resim 1) optik ve endüktif bir ölçme tekniğine dayanır. İki optik ölçme düzlemi arasında konumlanan endüktif ölçme sistemiyle, iletkenin tam pozisyonu belirlenir. Optik sistemle, kablonun pozisyonu ölçülür. İki pozisyon birbirlerinden ayrıldığında bir eksentrisite değeri meydana gelir. Aynı anda optik sistem, kablonun çapını ve ovalliğini hassas olarak yakalar. Ölçme sisteminde tüm gerekli hesaplamalar ve analizler yapılır. Ekrana ve kontrol ünitesine veya bir hat bilgisayarına verilerin aktarılması için ölçme değerleri farklı ara yüzlerden temin edilir.
Endüktif ölçme devresi
Kablo, iletkene birkaç mili amperlik alternatif akım üreten bir toroidal transformatörden geçer. Alternatif akım, ideal olarak iletkeni dairesel şekilde saran bir manyetik alan oluşturur ve yoğunluk mesafenin karesiyle azalarak katlanır. Ölçme sisteminde, endüktif sensörler, iletkenin çevresinde radyal olarak, belirlenen mesafede yerleştirilirler. Bu sensörlerin yardımıyla, manyetik alan kuvvetinin yoğunluğunun dağılımından iletkenin tam pozisyonu yüksek hassasiyetle hesaplanır.
Çoklu optik sensörlerin birleşimine ve endüktif sensörlerin özel tasarımına bağlı olarak, kablodaki açılı pozisyon veya büküm belirlenir ve otomatik olarak dengelenir. Bu hassas eksentrisite ölçümünü sağlar.
Ölçüm kafasının kablo pozisyonuna otomatik merkezlenmesine bağlı olarak, ölçme sistemi, kablodaki çekme kuvvetleri değişse bile daima hassas (kesin) ölçme değerleri sağlayabilir. Kılavuz makaralar, otomatik ayarlama kafalarıyla gereksizdir.
İletkenin ölçme kafasının merkez pozisyonuna alınması için kullanılan endüktif ölçme sistemi Ferro manyetik muhafazasıyla birlikte, çevresel değişkenlerin eksen kaçıklığı ölçme değeri üzerinde etki yaratmalarını önler. Bu nedenle, geçen bir forklift ‘in, hareket ettirilen soğutma teknesinin veya değişen zemin şartlarının bile ölçme sonucu üzerinde bir etkisi olmaz.
Optik ölçme devresi
Optik ölçüm, “Pulse-Driven” Laser diyotlarla birleşen difraksiyon (kırılma) analizi ilkesine dayanır; laser diyotlardan gelen ışık huzmesi, kablonun gölgesini her eksen için her bir ölçme atım anında 0.25 mikro saniye pozlama süresi ile CCD sensörlere yansıtır. Sistem, 4 eksende (8 noktada) gölgenin pozisyonunu ve genişliğini ölçerler. Sinyal işlemcileri, iletkenin belirlenen pozisyonuyla bağlantılı olarak gölgenin pozisyonundan eksentrisitenin tam değerini hesaplarlar ve dört gölgenin genişliklerinden dış çap ve ovallik hesaplanır.
Dış çapın ölçüm değerleri-iletkenin çapıyla (Et kalınlığı) birlikte istendiğinde- ölçüm değerleri ilgili nominal değere ulaştıracak şekilde ekstrüderin vida hızını veya hat hızını değiştirmeye uygundur. Ayrıca, düşük toleranslı ölçüm değerleri montaj için oldukça önemlidir. Bu değerlerin her biri dalga empedansını (örneğin bükülü LAN kabloları) ve bunun sonucunda, veri aktarma kablosunun Yapısal Geri Dönüş Kaybı (SRL) değerini etkiler, özellikle de bu değerlerdeki sapmalar periyodik olarak meydan geldiğinde. Hızlı Fourier Dönüşümünün (FFT) yardımıyla, 2.500 ölçüm/saniyelik yüksek tarama oranı, hem akım hem de gelecekteki CAT tanımlamaları için 3.000 metre/dakika hat hızlarında bile iletim frekansına bağlı olarak SRL için bir tahmin oluşturmak için uygundur. Eğer kablo yalıtımı için minimum et kalınlığıyla ilgili bir tanımlama verilirse, o zaman herhangi bir eksentrisite kaçıklığı izolasyon malzemesinin tüketiminde artışa yol açar. Bu nedenle, eksentrisiteler ekonomik nedenlerle azaltılmalıdırlar.
Ölçme tekniği vasıtasıyla üretimle ilgili değişkenlerin dengelenmesi konusundaki örnekler
Salınım yapan eksentrisite değerlerinin kaydı
Saniyede 2.500 ölçümlük bir tarama oranıyla, ölçme sistemi, yüksek tek değer hassasiyetiyle salınım yapan eksentrisite değerlerini kaydeder. Bunlar saçılım grafiği biçiminde görüntülenirler (Resim 3,4 ve 5). Saçılım grafiği, işlemci tabanlı ekranda ve kontrol cihazlarında devam eden ölçümün görüntülenmesi için de ek bir yol sağlar ve bunun yardımıyla, eksentrisitenin kısa süreli değişikliklerinin dağılımı grafiksel olarak gösterilebilir. Her nokta, eksentrisiteyle ilgili değerin ve yönün tek bir ölçüm değerini temsil eder. Saçılım grafiğinin genel dağılımı, eksentrisitenin standart sapmasını gösterir. Genellikle belirli bir hız aralığında ve/veya sırasıyla sancının veya açıcının belirli sarım derecelerinde meydana gelen bu salınımlardan kaçınmak için çoğunlukla extruder kafasına yakın bir noktada iletkeni klavuz makaradan geçirmek yeterli olur. Kablonun enine kesitinden eksentrisiteyi göstermek (resim 2) operatöre extruder kafasını merkezlemede yardımcı olur. Resim 3, eksentrisitenin her saniye yapılan 2.500 tekli ölçüm değerlerinin her bir değerlerinin rastgele tip dağılımını gösterirken, resim 4, eksentrisite değerlerinin halka tipi dağılımını gösterir ki bu genellikle ekstrüder kafasından önce dönen (salınım yapan) iletkenin bir sonucudur. Resim 5, saçılım grafiğinin elips tipteki dağılımını gösterir-bu durum, iletken extruder kafasına direk olarak girmeden önce tek yönde salınım yaparken veya titreşirken meydana gelebilir ve böylece ek eksentrisite değişikliklerine neden olabilir. Bu sürekli rotasyon eksentrisitesi, eksentrisitenin standart sunumuyla da görünemeyebilir (resim 2’de gösterildiği gibi).
İzolasyon içinde iletkenin yüksek ölçüm doğruluğunu sağlayabilmek için, optik ölçüm eksenleri, endüktif sensörlerle aynı seviyede konumlandırılmalıdır. Bu konumlandırmada, optik yollar endüktif sensörlerle gölgelenirler. Bu nedenle, optik ölçme düzlemleri bölünür. Bir optik ölçüm düzlemi, endüktif sensör düzleminden önce biri de sonra düzenlenir. Bunun neticesinde, sadece bir mutlak düz ve yatay iletken doğru ölçüm sonuçlarını oluşturabilir. Ancak pratikte, iletkende tipik olarak hafif açılı pozisyonlar veya bükümler beklenmek zorundadır. Bu, ölçme cihazının, söz konusu şartlar altında bile kesin ölçme değerlerini kaydetmek zorunda olduğu anlamını taşır.
Kablonun eğimli pozisyonunun ölçülmesi
Resim 6, düz bir hatta göre geçen bir kabloyu gösterir. Ancak, kablo gerçekte istenen üretim hattına eğimli bir pozisyonda akmaktadır. Resimde kablonun eğimli pozisyonu daha iyi anlaşılabilmesi için abartılmıştır. Düz veya eğimli bir çizginin -bu durumda düz iletkenin- 2 noktayla tanımlandığı bilinmektedir. Birinci ve ikinci optik ölçme cihazı vasıtasıyla, kablonun eğimli pozisyonları tanımlanır ve bunun ölçüm sonuçlarına olan etkisi belirlenerek, tam olarak dengelenir.
Kablonun sarkmasının veya bükülmesinin belirlenmesi
Resim 7‘de sarkan veya bükülen bir kablo gösterilmektedir. Daha iyi anlaşılabilmesi için kablonun bükülme resmi oldukça abartılmıştır ve pratikte bu olmaz. İletkenin bükümü, pozisyonu ve eğri yarıçapı 3 noktayla tanımlanan bir daireyle tanımlanabilir. Bu bilgiyle, işlemci sistemi, endüktif ölçme düzleminde kablonun tam pozisyonunu hesaplayabilir ve açılı pozisyonun ve/veya bükmelerin etkisini tam olarak dengeleyebilir. Resimde gösterildiği gibi, ölçme sistemi, kablonun pozisyonu 4 noktada ölçülebilecek şekilde oluşturulur (Pı, P2, P3 ve P4 olarak resimde gösterildiği gibi). Buna bağlı olarak, ölçme sistemi, iletkenin düzensiz deformasyonlarını bile belirleyebilir.
Resim7: kablodaki sarkmayı veya bükülmeyi belirleme tekniği
Sonuç
Tanıtılan teknolojiyle, izole içindeki iletkenin merkez kaçıklığını ve aynı zamanda ürün parametrelerini, dış çapı, ovalliği ve et kalınlığını kesin olarak ölçmek mümkündür. Ölçme tekniği, saçılım grafiği şeklinde iletkenin dönen veya tek düzlemde salınım yapan eksentrisite değerlerini kaydeder. Bu “saçılım grafiği”, eksentrisitenin kısa süreli değişikliklerinin dağılımının görüntülenmesini sağlar.
Her 4-eksenli ölçüm ve aynı zamanda 8 noktalı eksentrisite ölçümünde, ölçme düzleminde kablonun eğimli pozisyonu fark edilebilinir. Ölçme sistemi, hem yatay hem de dikey pozisyonda iletkenin hareketli pozisyonunu otomatik olarak dokunmadan dengeler, böylece de ölçme sonuçları etkilenmez. Ölçme sistemi aynı zamanda, kablo ölçme kafasından sarkık veya eğri açı ile geçse bile doğru ölçme değerlerini kaydeder.
Ekstrüzyon hatlarında tanımlanan ölçme teknolojisinin kullanımı, kusursuz montaj için yüksek kalitedeki kabloların üretilmesini sağlar. Aynı zamanda bu proses güvenirliliğine ve bunun sonucunda da maliyetlerin düşürülmesine katkıda bulunur.