Die heutige Fertigungstechnik ist durch hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und –genauigkeiten geprägt. Der Einsatz der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung leistet heute einen wichtigen Beitrag zur Sicherung ihrer Wettbewerbsfähigkeit. Moderne Produktionseinrichtungen sind mit schnellen, leistungsfähigen Werkzeugmaschinen und Komponenten, wie Motorspindeln als auch Hochleistungswerkzeugen und –schneidstoffen, ausgerüstet. Sie nutzen die enormen Fortschritte im Bereich der Automatisierungstechnik, um die Produktivität unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte weiter zu erhöhen.
Die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit führt zu hohem Verschleiß bzw. zu hoher Belastung von Werkzeug und Maschine und verlangt vielfältige Maßnahmen zur Prozessüberwachung und –regelung, Diagnose und Instandhaltung, um Störungen und Ausfälle möglichst zu vermeiden.
Um das Ziel einer hohen Produktivität zu erreichen, müssen die Maschinenstillstandzeiten minimiert und eine hohe Prozesssicherheit während der beaufsichtigten und unbeaufsichtigten Bearbeitung erreicht werden.
Die zu überwachenden Vorgänge können sich zum einen auf den Prozess und zum anderen auf die Maschine beziehen. Aus diesem Grund müssen sowohl der Prozess, d. h. Werkzeug und Werkstück, als auch wichtige Maschinenkomponenten beobachtet werden[Ver04].
Die Überwachung des Prozesses hat das Ziel, eine möglichst hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten. Die Prozesssicherheit beinhaltet, dass die vorgegebene Produktqualität eingehalten und Prozessstörungen (z. B. Werkzeugbruch) verhindert, bzw. beseitigt werden [Wec01].
Dennoch sind derzeit nur ca. 10% der Maschinen mit Überwachungseinrichtungen ausgerüstet. Ursache für die geringe Verbreitung der Systeme sind vor allem die weit vom Zerspanprozess entfernt angebrachten Sensoren und damit verbunden die geringe Zuverlässigkeit der Ereignisinterpretation und das Auslösen von Fehlalarmen. Aber auch die aufwändige Nachrüstung und das Fehlen einheitlicher Schnittstelle zur Maschine und zur Steuerung sind wichtige Gründe für die fehlende Akzeptanz bei den Anwendern[Ada97].
Ziel dieser Arbeit ist den heutigen Stand der Technik bezüglich der Prozessüberwachung mittels Körperschall und des eventuellen Einsatzes von Multifunktionssensoren bei der Zerspanung zu ermitteln.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Prozessüberwachung in der Zerspanung
- Aufnahme von Prozessinformationen
- Körperschall und Acoustic- Emission
- Körperschall
- Schallemission
- Acoustic-Emission
- Entstehung von akustischer Emission bei der Zerspanung
- Sensortechnik zur Aufnahme von Körperschall
- Signalverarbeitung und Signalanalyse
- Signalverarbeitung und Kennwertermittlung
- Methoden zur Signalverarbeitung und Störungsidentifikation
- Kenngrößen und Auswertestrategien zur Analyse der Sensorausgangssignale
- Analyse von Körperschallsignalen
- Aufnahme und Analyse von Prozessäußerungen
- Analyse gemessener Körperschallsignale im Zeitbereich
- Analyse gemessener Körperschallsignale im Frequenzbereich
- Waveletbasierte Signalanalyse
- Störungsidentifikation
- Toleranzbänder, Schwellen und Grenzwerte
- Mustererkennungs- und Klassifizierungsverfahren
- Modellbasierte Verfahren
- Bewertung der Strategien zur Störungsidentifikation
- Nutzung der Schallemissionsanalyse zur Prozessüberwachung
- Zukünftige Entwicklungen
- Datenaufnahme
- Datenverarbeitung
- Analyse
- Zusammenführung von Sensoren
- Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit dem aktuellen Stand der Technik in der Prozessüberwachung mittels Körperschall. Sie untersucht die Anwendung von Multifunktionssensoren in der Zerspanung, um die Prozesssicherheit zu optimieren und Störungen zu vermeiden.
- Einsatz von Körperschall zur Prozessüberwachung in der Zerspanung
- Analyse von Körperschallsignalen zur Störungsidentifikation
- Bewertung verschiedener Strategien zur Störungsidentifikation
- Potenziale und Herausforderungen des Einsatzes von Multifunktionssensoren
- Zukünftige Entwicklungen im Bereich der Körperschall-basierten Prozessüberwachung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt den Kontext der Prozessüberwachung in der modernen Fertigungstechnik dar. Kapitel 2 erläutert die verschiedenen Arten der Prozessüberwachung und fokussiert auf die Überwachung des Zerspanprozesses, um eine hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten.
Kapitel 3 beschreibt die Aufnahme von Prozessinformationen, während Kapitel 4 sich mit Körperschall und Acoustic-Emission beschäftigt. Kapitel 5 analysiert die Entstehung von akustischer Emission bei der Zerspanung.
Kapitel 6 befasst sich mit Sensortechnik zur Aufnahme von Körperschall. In Kapitel 7 werden Signalverarbeitung und Signalanalyse diskutiert, einschließlich verschiedener Methoden zur Störungsidentifikation und Analyse der Sensorausgangssignale.
Kapitel 8 geht detailliert auf die Analyse von Körperschallsignalen ein, inklusive der Analyse im Zeit- und Frequenzbereich sowie der Anwendung von Wavelet-basierten Methoden. Kapitel 9 erläutert die Störungsidentifikation anhand von Toleranzbändern, Schwellen und Grenzwerten, sowie mithilfe von Mustererkennungs- und Modellbasierten Verfahren.
Kapitel 10 bewertet die verschiedenen Strategien zur Störungsidentifikation. Kapitel 11 diskutiert die Nutzung der Schallemissionsanalyse zur Prozessüberwachung.
Schlüsselwörter
Prozessüberwachung, Zerspanung, Körperschall, Acoustic-Emission, Sensortechnik, Signalverarbeitung, Signalanalyse, Störungsidentifikation, Multifunktionssensoren, Fertigungstechnik, Prozesssicherheit.
- Arbeit zitieren
- Andriy Panchenko (Autor:in), 2006, Prozessüberwachung mit Körperschall in der Zerspanung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/67392
