High precision tightening of nuts and bolts together with traceability are important in many industrial assembly lines. To achieve this the nutrunner needs to accurately measure the torque which is applied to the nut, process the signal and provide the information to the controller that controls the tightening process. This is done by having a strain gauge in form of a Wheatstone bridge connected to the tightening shaft. When an excitation voltage is applied to the bridge the applied torque to the shaft can be measured in form of a voltage difference. This voltage is amplified, filtered and converted to a digital signal, this is referred to as the signal chain. Atlas Copco has provided an example of how the signal chain looks in today’s application. The signal chain consists of a gain stage and a filter stage, and the analog-to-digital conversion process is performed internally in an MCU together with several advanced digital filters. The purpose of this thesis is to analyse this signal chain, it’s performance in regards to noise and investigate if the chain can be redesigned with the same or better noise performance with other components. It should also be investigated if the conversion process can be moved from the MCU to an integrated circuit component to reduce the effects of noise from the tool motor. Hence, in addition to noise, other specifications such as power supply and physical footprint is also considered in the thesis. The goal is to define a process on how to analyse the noise, precision, speed and footprint in a front end signal chain. In addition to that, one or more alternative signal chains should be presented if the requirements of the front end can be fulfilled. A lot of effort went into researching how noise impacts a signal chain to get a thorough understanding on how to improve/rebuild an already functioning signal chain. The result was a working process on how to analyse the noise in a front end signal chain like the one described above, together with a generic noise simulation model in LTSpice which can be used if a component does not have a spice model. With the model a few alternative signal chains were considered which fulfills the noise requirements and the best performing alternative was built on a PCB in KiCAD. However, the physical PCB has not been tested due to the limited timeframe of the project and therefore only calculations and simulations act as the verifying element of the function. / Högprecisionsåtdragning av skruvar och bultar är en viktig del av många industriella tillverkningsprocesser. I detta ingår ofta spårbarhet som en viktig del för att kunna kvalitetssäkra processerna. För att åstadkomma detta måste skruvdragaren kunna mäta det moment som appliceras vid en åtdragning, bearbeta denna signal och tillhandahålla den till kontrollenheten som styr åtdragningsprocessen. Momentmätningen görs med en töjningsgivare, ofta av typen Wheatstonebrygga, som kopplas till verktygets axel. När en excitationsspänning kopplas till bryggan kan momentkraften i axeln mätas i form av en spänningsskillnad. Denna analoga signal blir sedan förstärkt, filtrerad och omvandlad till en digital signal. Denna process benämns som signalkedjan. Företaget har tillhandahållit ett exempel på hur en sådan signalkedja ser ut i en av deras nuvarande verktyg. I dagens utförande sker signalomvandlingen internt i en mikrokontroller, där den också filtreras med digitala filter. Syftet med denna avhandling är att analysera signalkedjan, dennas prestation i förhållande till brus, och undersöka ifall signalkedjan kan återskapas med samma eller bättre brusegenskaper med andra komponenter. Det undersöks även om signalomvandlingen kan flyttas från mikrokontrollern till en integrerad krets-komponent för att minska signalens påverkan från brus från verktygets motor. Som led i detta kommer även kretsens fysiska fotavtryck undersökas då det styr var på verktyget kretsen kan monteras. Målet är att definiera en process för att analysera brus, precision, hastighet och fotavtryck i ett signalgränssnitt av denna typ. Utöver detta skall en eller flera förslag till alternativa signalkedjor presenteras om de kan uppfylla kraven på gränssnittet. Mycket ansträngning gick till att undersöka hur brus påverkar en signalkedja för att få en grundlig förståelse av hur man kan förbättra och/eller bygga om en befintlig signalkedja. Resultatet blev en fungerande teoretisk analysprocess av brus i en signalkedja i ett gränssnitt av den typen som beskrivs ovan. Ytterligare resultat var en generell brussimuleringsmodell i LTSpice som kan användas då en komponent saknar Spice-modell. Med hjälp av modellen utvärderades några alternativa signalkedjor utifrån deras brusegenskaper och utifrån det bästa alternativet togs en PCB-layout fram i KiCad. Några tester på en fysisk krets har dock inte gjorts då tidsramen för projektet inte tillät tillverkning av kretskortet. Därför utgår utvärderingen av kretsens funktion enbart från teoretiska beräkningar och simuleringar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-338120 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Jansson, Jesper, Nordgren, Wilhelm |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:718 |
Page generated in 0.0028 seconds