مراقبة السطح عبر الإنترنت أثناء دوران الخيط
مشروع بحثي للاتحاد الدولي للملاحم لتحديد جودة السطح أثناء عملية تدوير الخيوط
تدوير الخيوط هي عملية مستخدمة على نطاق واسع لإنتاج الخيوط. تصف هذه المقالة تطوير طريقة لتحديد جودة السطح أثناء عملية تدوير الخيوط. ويجري تطوير هذه العملية بالاشتراك بين معهد هندسة الإنتاج في جامعة هانوفر وشركة Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co KG في مشروع تعاوني.
تقود المحركات اللولبية الاقتصاد بالمعنى الحقيقي للكلمة. فهي تُستخدم بأشكالها المختلفة في الأدوات الآلية، وفي المركبات وفي تكنولوجيا الرفع والنقل، على سبيل المثال. ولضمان أدائها لوظيفتها، تخضع المحركات اللولبية لتفاوتات تصنيع صارمة. وبالإضافة إلى الامتثال للتفاوتات الهندسية، فإن ضمان وجود سطح بخصائص ترايبولوجية محددة هو شرط أساسي للاستخدام الفعال للمحرك اللولبي.
تؤثر هندسة اللولبة تأثيرًا قويًا على منطقة تطبيق محرك اللولبة. على سبيل المثال، تُستخدم الخيوط شبه المنحرفة لتحريك الأحمال الثقيلة، حيث تسمح جوانب الخيط العميقة بنقل قوى كبيرة. إذا كان الحمل مرتفعًا في اتجاه واحد فقط، كما هو الحال في المكابس اللولبية، يتم استخدام اللولبات المنشارية. عادة ما يتم تصنيع اللولبات شبه المنحرفة والمنشارية باستخدام عملية تدوير اللولب. والسبب في ذلك هو، من ناحية، أحجام الدُفعات الصغيرة بشكل عام، ومن ناحية أخرى، الخصائص السطحية المواتية التي تنتج عن هذه العملية.
يوضح الشكل 2 حركية العملية لعملية الدوران. أثناء عملية التصنيع، يتم تحديد جودة السطح أثناء الدوران بشكل أساسي من خلال حالة التآكل والدقة الموضعية لحواف القطع. ومع ذلك، ليس من الممكن حاليًا مراقبة تآكل الأداة أو السطح أثناء العملية. فمن ناحية، يصعب الوصول إلى جناح الخيط بسبب موضعه، ومن ناحية أخرى، فإن دوران الأداة وقطعة العمل أثناء العملية يجعل من الصعب تسجيل بيانات القياس.
لهذه الأسباب، يتم حاليًا فحص جودة السطح على الماكينة بشكل عشوائي فقط بناءً على خبرة العاملين. ومن أجل تجنب حالات الرفض وضمان الجودة العالية لمحركات الأقراص اللولبية، فإن مشروعًا مشتركًا بين شركة Bornemann Gewindetechnik GmbH ومعهد هندسة الإنتاج وأدوات الماكينات (IFW) في جامعة لايبنيتس هانوفر يهدف إلى تطوير نظام قياس للمراقبة المتوازية للعمليات لجودة سطح الخيوط شبه المنحرفة.
طريقة الدوامة
لتحليل مهمة القياس، يجب أولاً النظر في حركية عملية التصنيع. في دوران الخيط، يتم إنتاج سطح الخيط من خلال حركة مشتركة للجيروسكوب الدوار وقطعة العمل (انظر الشكل 2). عادة ما يكون هناك ما بين ثلاثة وثمانية حواف قطع على الجيروسكوب الدوّار، موزعة بالتساوي حول المحيط، والتي تعيد إنتاج محيط الخيط.
بالإضافة إلى حركية عملية التصنيع، يؤثر التطبيق اللاحق أيضًا على طريقة القياس التي سيتم اختيارها. نظرًا لأن التلامس بين الصامولة الملولبة وعمود الدوران الملولب يحدث بشكل مثالي على كامل جناح اللولبة بالكامل، فمن الضروري تسجيل سطح جناح اللولبة بالكامل حتى نتمكن من تقييم الجودة.
يستبعد دوران قطعة العمل أثناء العملية كلاً من الطرق اللمسية والطرق البصرية ذات نطاق القياس الصغير لاكتشاف السطح، حيث سيكون من الضروري وجود حركة إضافية للمستشعر لاكتشاف كامل الجناح. يجب أن تمكّن طريقة القياس المناسبة من الكشف عن جناح الخيط بالكامل في عملية قياس واحدة. تم تصميم كاميرا صناعية أحادية اللون لهذا الغرض.
كدليل على الوظيفة، تم تسجيل الخيوط ذات الأسطح ضمن المتطلبات (موافق) والخيوط ذات الأسطح خارج المتطلبات (NOK) بالكاميرا. تظهر صور أسطح خيط شبه منحرف TR 65×7 وخيط شبه منحرف TR 80×10 في الشكل 3. نظرًا لاختلاف خصائص السطح، يختلف سلوك الانعكاس للأسطح اختلافًا كبيرًا. وبالتالي يتغير توزيع القيمة الرمادية للصورة مع اختلاف جودة السطح.
يوضح المدرج التكراري التخطيطي أن سعة القيمة القصوى تنخفض بشكل كبير في الخيوط ذات الأسطح ذات السطوح المتداخلة غير المتداخلة مقارنةً بتلك ذات الأسطح المتداخلة. يختلف التغير في القيمة القصوى للقيمة الرمادية باختلاف أحجام الخيوط. من أجل التمكن من استخدام سلوك الانعكاس المتغير لرصد السطح، من الضروري بالتالي التمكن من تحديد الحد الفاصل بين السطح OK والسطح NOK حتى مع تغير حجم الخيط.
التحديات الناجمة عن متطلبات القبول
يتطلب تطبيق معالجة الصور في عملية التصنيع تمييزًا موثوقًا وقابلًا للتكرار بين الأسطح غير المشعة والسطوح المشعة. لتمكين التفريق الدقيق، من الضروري تحديد وتحليل المتغيرات المؤثرة أثناء التقاط الصور.
تظهر المتغيرات المؤثرة المحددة على الصورة الملتقطة في مخطط إيشيكاوا في الشكل 4. المتغير المستهدف (الأحمر) لمعالجة الصورة هو الخشونة. وتشمل متغيرات التحكم (الأخضر) للحصول على الصورة وقت التعريض واتجاه التعريض. يجب تعيين متغيرات التحكم بحيث يتم إنشاء صورة واضحة للسطح في ظل الظروف الحدودية المحددة (البرتقالي)، مثل سرعة قطعة العمل. يجب تعويض الظروف الحدية التي لا يمكن تعويضها بواسطة متغيرات التحكم بمقاييس أخرى، مثل إحاطة الكاميرا ضد التلوث.
تم تحليل المتغيرات المؤثرة التي تم تحديدها في إعداد اختبار في أداة ماكينة من أجل التمكن من ضبط متغيرات التحكم بطريقة مضبوطة قدر الإمكان. يجري حاليًا تطوير خوارزمية معالجة الصور استنادًا إلى اختلافات القيمة الرمادية للأسطح باستخدام الصور المسجلة.
الآفاق المستقبلية
ويجري حاليًا تطوير إعداد قياس مُحسَّن للعملية على أساس تعديل المتغير المتحكم فيه المتحكم فيه. يضمن الإعداد إمكانية استخدام الخوارزمية أيضًا أثناء عملية الدوران. يعد نظام مراقبة السطح المقدم جزءًا من نظام مراقبة الجودة لتدوير الخيط. في الخطوة التالية، سيتم تشغيل النظام المقدم ونظام آخر لتسجيل معلمات الخيط الهندسية على ماكينة الدوران. ويتبع ذلك تطوير خوارزمية مراقبة الجودة لتقييم الجودة عبر الإنترنت استنادًا إلى بيانات القياس. سيتم استخدام حالة الجودة المحددة لاحقًا لاستخلاص توصيات للمشغلين.
شكر وتقدير
يتم تمويل المشروع البحثي ”مراقبة الجودة عبر الإنترنت في دوران الخيوط – Quali-Wirb“ من قبل الوزارة الاتحادية الألمانية للاقتصاد وحماية المناخ (BMWK) كجزء من برنامج الابتكار المركزي للشركات الصغيرة والمتوسطة (ZIM) بناءً على قرار من البوندستاغ الألماني ويشرف عليه الاتحاد الألماني لجمعيات البحوث الصناعية ”أوتو فون غيريكه“ (AiF). يود الاتحاد وشريكه في التعاون Bornemann Gewindetetechnik GmbH & Co. KG شكرهما على دعمهما المالي في هذا المشروع.
B. Denkena، H. Klemme، N. Klages
معهد هندسة الإنتاج والأدوات الآلية (IFW)
جامعة لايبنتز هانوفر