6 serbestlik dereceli rotasyonel stewart platformu tasarımı ve yüzey pürüzlülük ölçümlerinde eğim sensörü ile konum kontrolü

Kontrol ve otomasyon sistemleri 1700'lü yıllarda başlayan sanayide makineleşme sürecinin günümüzdeki zirvesidir. Üretiminde zaman ve emek gereken, risk taşıyan aynı zamanda hataya açık olan ürünlerin üretimi, kontrolü ve taşınması işlemlerinin bir otomasyon sistemiyle yapılması en verimli çözümdür. Özellikle seri olarak yapılan ve kullanımında insan hayatı için risk taşıyan ürünlerin hatasız üretiminin ve hatalı üretilen ürünlerin kullanımını engellemek adına yapılan kontrollerin insan dikkatinden bağımsız olarak yapılması son derece önemlidir. Günümüzde paralel ve seri robotlar insan dikkatinden bağımsız, güvenli, hızlı ve stabil çalışmaların istendiği süreçlerde sanayide kendilerine yer bulmuşlardır. Seri olarak üretilen ürünlerde kısa zamanda çok sayıda ürünün üretilebilmesi daha düşük maliyette üretim yapılabilmesine olanak sağlamasına rağmen hataların kontrolü zorlaşmakta ve hatta bazen imkansız hale gelebilmektedir. Bu sebeple üretim proseslerinin güvenilirliği prosesin çok dikkatli bir şekilde izlenerek yapılan detaylı istatistiksel analizlerin sonuçlarının iyi bir şekilde yorumlanmasıyla sağlanmaktadır. İstatistiksel proses kontrol bu amaçla bir üretim prosesinin istenilen yeterliliği mevcut durumda ne oranda sağlayabildiğini matematiksel veriler yoluyla sunan bir hesaplamadır. İstatistiksel proses kontrol, aynı zamanda kontrol edilen ölçü değerinin her bir üretimde tolerans limitleri dahilinde dağılımını incelediğinden yalnızca mevcut yeterliliği değil, gelecek üretimlerdeki yeterliliği de hesaba katmaktadır. Dolayısıyla istatistiksel proses kontrolü hesaplamaları sonucunda yeterli bir proses değerinin bulunabilmesi için ürünlerin ölçülerinin tolerans limitleri dahilinde olması değil aynı zamanda her zaman düzgün bir hata dağılımı göstermesi gerekmektedir. Analiz sonucunda istenilen yeterliliğe sahip olmayan bir sonucun çıkması bu ürünün ilgili ölçüsünün sürekli olarak kontrol edilmesini gerektirerek üretim maliyetini çok önemli boyutlarda arttırdığından yapılan analizin en iyi şartlarda ve hatasız yapılabilmesi çok önemlidir. Yüzey pürüzlülük ölçüleri özellikle talaş kaldırmadan elde edilen yüzeylerde değişiklik gösterme eğilimindedir. Bir profilometre cihazı ile yüzey pürüzlülük değeri ölçülürken ölçüm ucunun ölçüm yüzeyine tam 90º olarak konumlandırılamaması yüzey pürüzlülük ölçümlerinde elde edilen hatalı ölçü değerlerinin en büyük sebebidir. İstatistiksel proses kontrolü sürecinde veriler toplanırken bir ürünün aynı ölçüsü birçok parça üzerinde ölçüldüğünden konumlandırmanın her seferinde farklı açılarda yapılması hem hatalı ölçü değerlerinin alınmasına hem de alınan hata değerlerinin düzgün bir dağılım gösterememesine sebep olmaktadır. Bu durum üretilen ürünün, istenilen proses yeterliliğine sahip olmasına rağmen sürekli olarak kontrol altında tutulmasına sebep olmakta, maliyetini yükseltmekte ve hatta bazen doğru olarak üretilen ürünün hurdaya ayrılmasına sebep olmaktadır. Bu çalışmanın amacı otomotiv sanayinde yüzey pürüzlülüğü değeri üzerine yapılan İPK çalışmaları sonucunda bulunan prosesin yeterlilik değerini önemli ölçüde arttırmak ve bu çalışmalar esnasında ölçüm parçasının hazırlanmasında kaybedilen zamanı önemli ölçüde azaltarak daha düşük maliyetli ve yüksek kalitede ürünlerin üretilmesine katkı sağlamaktır. Bu amaca ulaşmada kullanılması planlanan en önemli sistem seri çalışan ve oldukça hassas pozisyonlama özelliği bulunan bir paralel robot olan stewart platformudur. Ölçümü yapılacak parçaların geometrileri ve fiziksel özellikleri hesaba katıldığında bu çalışmada stewart platformu literatürde sıklıkla kullanılan pistonlar yardımıyla değil daha düşük maliyetli ve hassas konumlama gereken yerlerde sıklıkla kullanılan step motorlar yardımıyla yapılacaktır. Paralel robotun konumlandırılmasında eğim sensörü olarak kuvvet-denge sensörlü inklinometreden yararlanılacak ve ölçülen değer paralel robutun mikrodenetleyecisine seri olarak bağlanan inklinometrenin mikrodenetleyicisinden gönderilecektir. Bu çalışmada mevcut yüzey ölçüm teknolojileri ve çalışmada kullanılan mekanik profilometre yapısı detaylı olarak anlatılmış, deneylerde prosesin yeterliliğinin hesaplanmasında kullanılan istatistiksel proses kontrol yöntemlerinden bahsedilmiştir. Ölçümü yapılacak ürünü en iyi şekilde konumlandırmak için tasarım akış şeması oluşturulmuş ve bu şemaya göre tasarım gereklilikleri belirlenmiştir. Belirlenen tasarım gereklilikleri doğrultusunda çalışmada kullanılacak stewart platformu 3 boyutlu tasarım programı yardımıyla tasarlanmıştır. Stewart platformunun pozisyon kontrolü ters kinematik hesaplamalardan yararlanılarak geliştirilen algoritma ile gerçekleştirilmiştir. 3 boyutlu olarak gerçekleştirilen tasarım simulink programında mekanik olarak modellenmiş ve gerekli hareket kısıtları tanımlanarak ters kinematik simulasyonu ile, tasarlanan modelin hareketi gözlemlenmiş ve geometrik yöntemle hesaplanan ters kinematik analiz doğrulanmıştır. Konumlandırılması yapılacak ölçüm yüzeyinin eğimini ölçmede kullanılabilecek eğim sensörünün seçilebilmesi için mevcut teknolojiler teorik olarak incelenmiş ve uygun sensörün seçimi yapılmıştır. Stewart platformunun mekanik yapısı ve sahip olduğu eyleyicilerin kontrolünde kullanılan mikrodenetleyiciler ile inklinometre sensörünün kontrolünde kullanılan mikrodenetleyici ve aralarında oluşturulan seri iletişim devre elemanlarını kapsayan sistem yapısı incelenmiş ve detaylı olarak anlatılmıştır. Çalışmanın sonunda paralel platformların hassas konumlandırma kabiliyetlerinden yararlanılarak yüzey pürüzlülük ölçümü yapılacak ürünlerin ölçüm yüzeylerinin profilometrenin ölçüm ucuyla tam 90º'lik açıya sahip olacak şekilde konumlandırılması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada örneklenen yüzey pürüzlülük ölçüsü gibi krtitik karakteristiğe sahip ölçülerin tolerans limiteri dahilinde üretilebilineceğini kanıtlayan ve zorunlu olarak yapılan istatistiki yöntemler ve hesaplamalar anlatılmış ve sunulan sistemin istatistiksel olarak proses yeterliliğine katkısı araştırılmıştır. Sunulan çözüm sayesinde yüzey pürüzlülük ölçüm prosesinin istatistiksel olarak yeterliliğinin arttırılması sağlanmış ve kontrol sıklığı önemli ölçüde azaltılarak üretim maliyetleri düşürülmüştür. Oluşturulan sistem ile birlikte yüzey pürüzlülük ölçümlerinde ölçüm numunelerinin rotasyonel bir RSS-SPM ile konumlandırılması ilk kez yapılmış ve bu proses operatör dikkatinden bağımsız hale getirilerek yeni sistemin katkısı incelenmiştir.