Σχεδιασμός, κατασκευή και συναρμολόγηση έξυπνου εγαλείου κρουστικής λάξευσης.

Abstract

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εξετάζεται ο σκοπός, ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός έξυπνου εργαλείου κρουστικής λάξευσης, ικανό να κατεργάζεται εύθραυστα, ψαθυρά υλικά όπως το μάρμαρο και άλλους λίθους που χρησιμοποιούνται στη γλυπτική, χρησιμοποιούμενο είτε χειροκίνητα από το χέρι ενός τεχνίτη / γλύπτη ή προσαρμοσμένο σε πνευματικό σφυρί, ή προσαρμοσμένο σε μηχανή ψηφιακής καθοδήγησης προκειμένου να καταγράφει και να εξάγει τεχνολογικά μεγέθη και μεταβλητές που περιγράφουν και τεκμηριώνουν τη διαδικασία της κρουστικής λάξευσης μέσω αισθητηρίων και ηλεκτρονικών διατάξεων που ενσωματώνονται σε αυτό. Το έξυπνο εργαλείο κρουστικής λάξευσης που παρουσιάζεται στη παρούσα διατριβή, έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί για να λειτουργεί τόσο ως εργαλείο χειρός, ή προσαρμοσμένο σε πνευματικό σφυρί ή ως ένα έξυπνο εργαλείο λάξευσης σε ολοκληρωμένο σύστημα ψηφιακά καθοδηγούμενης μηχανής γλυπτικής, ενώ από τον σχεδιασμό και τη κατασκευή έχει τη δυνατότητα εναλλαγής της μπροστινής σμίλης με οποιαδήποτε άλλη σμίλη κρίνεται αναγκαία. Εκτός από τη δυνατότητα εναλλαγής της σμίλης, ώστε το εργαλείο να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες τις διαδικασίες και διεργασίες κρουστικής λάξευσης, ενσωματώνει επίσης τη δυνατότητα εναλλαγής του οπίσθιου τμήματος που δέχεται τις κρούσεις και της εναλλαγής του τμήματος των μηκυνσιομέτρων. Οι επιλογές εναλλαγής δίνουν στο τελικό χρήστη την επιλογή και την ελευθερία να αλλάξει τον τρόπο ανταπόκρισης του εργαλείου σε κάθε λίθο και διαδικασία σκαλίσματος και να προσαρμόσει το εργαλείο για τις τρέχουσες ανάγκες ενώ παράλληλα γίνεται η χαρτογράφηση της διαδικασίας κρουστικής λάξευσης. Το έξυπνο εργαλείο κατασκευάστηκε κυρίως από ανοξείδωτο χάλυβα και ενσωματώνει αισθητήρες και ηλεκτρονικά συστήματα στο εσωτερικό του κύριου τμήματος προκειμένου να αποθηκεύει και να εξάγει μετρήσεις όπως το φορτίο και τις δυνάμεις που ασκούνται στο εργαλείο, τη συχνότητα χτυπημάτων, τις γωνίες, τις γραμμικές επιταχύνσεις, τις γωνιακές επιταχύνσεις σε τρείς άξονες και τις θερμοκρασίες, ασύρματα, μέσω Bluetooth ή μέσω κάρτας Micro SD και USB καλωδίου. Στη παρούσα διατριβή, περιλαμβάνονται όλα τα στάδια του σχεδιασμού και τα στάδια της προτυποποίησης της αρχικής ιδέας με έμφαση στην εμφάνιση και στη λειτουργικότητα του έξυπνου εργαλείου κρουστικής λάξευσης. Η ιδέα για το έξυπνο εργαλείο κρουστικής λάξευσης ήταν να δημιουργηθεί ένα έξυπνο εργαλείο – προϊόν το οποίο να πληροί όλες τις προδιαγραφές της αγοράς και της εργαλειομηχανής του μηχατρονικού γλύπτη, συμπεριλαμβανομένων της αισθητικής του σχεδιασμού, της εύκολης κατασκευής και του κόστους και της πλήρως λειτουργικότητάς του τόσο στα χέρια έμπειρων γλυπτών ή στην εφαρμογή του σε εργαλειομηχανή αριθμητικού ελέγχου.

This thesis examines the purpose, the design and manufacturing of a smart, percussion carving tool, capable of processing brittle materials like marble and other carving stones, either manually by the hand of a sculptor or adjusted in a percussive pneumatic hammer or guided by a digitally driven machine in order to measure and record the technological variables and sizes that describe and document the very carving process through the sensors and electronic devices that the smart tool incorporates. The smart percussion carving tool presented in this thesis is designed and manufactured to act both as a manual hand tool, or attached in a pneumatic hammer or as a complete smart tool system attached in a digitally guided carving machine whilst it has the ability by design and manufacturing to have its front chisel part removed and replaced by any type of chisel available. Besides the ability to have its front part replaced, so the tool can be used in all carving procedures, it also incorporates the ability to have the strain gauges’ part replaced and the back piece that is being hit by the hammer replaced as well. That gives the end user, the choice and the freedom to change how the tool responds to each stone and each carving procedure and adapt the tool to current needs while mapping the entire carving process. The smart tool is manufactured mostly by Stainless Steel and it incorporates sensors and electronic systems on the inside of the main part in order to save and export measurements like the tool’s load and forces upon it, carving frequency, angles in three axes, angle speeds in three axes, linear velocities in all three axes and temperatures, wirelessly, via Bluetooth or via micro SD card and USB cable. Included in this thesis, are all the stages of designing, including the very first stages of prototyping and idea brainstorming regarding the smart tool’s appearance and functionality. The idea for the smart carving tool was to create a tool - product, that meets all the market’s standards and the requirements set by the mechatronic sculptor machine, including the aesthetics of the design, the easy manufacturing, to be budget efficient and fully functional both in the hands of experienced sculptors or attached to a numerical control machine.