Online felületfelügyelet menetkavarás közben
Az IFW kutatási projektje a felületi minőség meghatározására a szálfelhajtási folyamat során.
A szálpörgetés széles körben használt eljárás a szálak előállítására. Ez a cikk egy olyan módszer kifejlesztését írja le, amely a fonalfelület minőségének meghatározására szolgál a fonalforgácsolási folyamat során. Az eljárást a Hannoveri Egyetem Gyártástechnikai Intézete és a Bornemann Gewindetechnik GmbH und Co KG egy együttműködési projekt keretében közösen fejlesztette ki.
A csavarhajtások a szó legszorosabb értelmében hajtják a gazdaságot. Különböző formáikban használják őket például a szerszámgépekben, a járművekben, az emelő- és szállítótechnikában. Működésük biztosítása érdekében a csigahajtásokat szoros gyártási tűréshatároknak vetik alá. A geometriai tűrések betartása mellett a csigahajtás hatékony használatának előfeltétele a meghatározott tribológiai tulajdonságokkal rendelkező felület biztosítása.
A menet geometriája erősen befolyásolja a menethajtás alkalmazási területét. A trapézmenetek például nehéz terhek mozgatására szolgálnak, mivel a mély menetes szárnyak nagy erők átvitelét teszik lehetővé. Ha a terhelés csak az egyik irányban nagy, például csigasajtókban, akkor fűrészes menetet használnak. A trapéz- és a fűrészes menetek általában a menetforgácsolási eljárással készülnek. Ennek okai egyrészt az általában kis tételméretek, másrészt az eljárásból adódó kedvező felületi tulajdonságok.
A 2. ábra a pörgetési folyamat folyamat kinematikáját mutatja. A gyártási folyamat során a felület minőségét az örvénylés során elsősorban a kopás állapota és a vágóélek helyzeti pontossága határozza meg. Jelenleg azonban nem lehetséges a folyamat során a szerszámkopás vagy a felület ellenőrzése. Egyrészt a menetszél a helyzete miatt nehezen elérhető, másrészt a szerszám és a munkadarab forgása a folyamat során megnehezíti a mérési adatok rögzítését.
Ezen okok miatt a gép felületminőségét jelenleg csak szúrópróbaszerűen, a személyzet tapasztalatai alapján ellenőrzik. A selejt elkerülése és a csigahajtások magas minőségének biztosítása érdekében a Bornemann Gewindetechnik GmbH és a Leibniz Universität Hannover Gyártástechnikai és Szerszámgépipari Intézete (IFW) közös projektje a trapézmenetek felületi minőségének folyamattal párhuzamos ellenőrzésére szolgáló mérőrendszer kifejlesztésére irányul.
A vortex módszer
A mérési feladat elemzéséhez először a gyártási folyamat kinematikáját kell figyelembe venni. A menetforgatásnál a menetfelületet a forgó giroszkóp és a munkadarab együttes mozgása hozza létre (lásd a 2. ábrát). Az örvénylő giroszkópon általában három és nyolc közötti, a kerületén egyenletesen elosztott vágóélek vannak, amelyek a menet kontúrját adják vissza.
A gyártási folyamat kinematikája mellett a későbbi alkalmazás is befolyásolja a kiválasztandó mérési módszert. Mivel a menetes anya és a menetes orsó közötti érintkezés ideális esetben a teljes menetes szárnyon történik, a minőség értékeléséhez a teljes menetes szárnyfelület rögzítésére van szükség.
A munkadarab forgása a folyamat során kizárja mind a tapintásos, mind a kis mérési tartományú optikai módszereket a felület érzékelésére, mivel az érzékelő további mozgására lenne szükség a teljes szárny érzékeléséhez. A megfelelő mérési módszernek lehetővé kell tennie a teljes menetszárny egy mérési folyamat során történő érzékelését. Erre a célra egy monokróm ipari kamera szolgál.
A működés bizonyítására a kamerával olyan szálakat rögzítettek, amelyek felülete a követelményeknek megfelelő (OK), illetve olyan szálakat, amelyek felülete a követelményeknek nem megfelelő (NOK). Egy TR 65×7-es trapézszál és egy TR 80×10-es trapézszál felületének képeit a 3. ábra mutatja. Az eltérő felületi tulajdonságok miatt a felületek visszaverődési viselkedése nagyon eltérő. A kép szürkeérték-eloszlása ezért a felület minőségével együtt változik.
A sematikus hisztogram azt mutatja, hogy a maximális érték amplitúdója jelentősen csökken az NOK felületű szálaknál az OK felületűekhez képest. A szürkeérték-maximum változása a különböző menetméretek esetében eltérő. Ahhoz, hogy a megváltozott reflexiós viselkedést a felület ellenőrzésére fel lehessen használni, ezért szükséges, hogy a megváltozott menetméret esetén is meg lehessen határozni az OK és az NOK felület közötti határt.
Kihívások a felvételi követelmények miatt
A képfeldolgozás alkalmazása a gyártási folyamatban megbízható és megismételhető megkülönböztetést igényel a NOK és OK felületek között. A pontos megkülönböztetés lehetővé tétele érdekében a képfelvétel során azonosítani és elemezni kell a befolyásoló változókat.
A felvett képet befolyásoló azonosított változókat a 4. ábrán egy Ishikawa-diagram mutatja be. A képfeldolgozás célváltozója (piros) az érdesség. A képfelvétel vezérlő változói (zöld) az expozíciós idő és az expozíció iránya. A vezérlő változókat úgy kell beállítani, hogy az adott peremfeltételek (narancssárga), például a munkadarab sebessége mellett tiszta képet kapjunk a felületről. Azokat a peremfeltételeket, amelyeket a vezérlőváltozókkal nem lehet kompenzálni, más intézkedésekkel kell kompenzálni, például a kamera szennyeződés elleni lezárásával.
Az azonosított befolyásoló változókat egy szerszámgépen végzett tesztelés során elemezték annak érdekében, hogy a vezérlő változókat a lehető legszabályozottabban lehessen beállítani. A rögzített képek felhasználásával jelenleg a felületek szürkeérték-különbségén alapuló képfeldolgozó algoritmus kifejlesztése folyik.
Outlook
A folyamathoz optimalizált mérési elrendezést jelenleg dolgozzák ki a szabályozott manipulált változó beállítása alapján. A beállítás biztosítja, hogy az algoritmus az örvénylési folyamat során is használható legyen. A bemutatott felületfelügyeleti rendszer a menetkavarás minőségellenőrzési rendszerének része. A következő lépésben a bemutatott rendszer és egy másik, a fonal geometriai paramétereit a sodrógépen rögzítő rendszer kerül üzembe helyezésre. Ezt követi egy minőségellenőrző algoritmus kifejlesztése a mérési adatokon alapuló online minőségértékeléshez. A megállapított minőségi állapotból később ajánlásokat fogunk levezetni az üzemeltetők számára.
Visszaigazolás
Az „Online minőségellenőrzés a fonalverésnél – Quali-Wirb” című kutatási projektet a Német Szövetségi Gazdasági és Éghajlatvédelmi Minisztérium (BMWK) finanszírozza a KKV-k központi innovációs programjának (ZIM) részeként, a Német Szövetségi Parlament döntése alapján, és az „Otto von Guericke” Ipari Kutatási Egyesületek Német Szövetsége (AiF) felügyeli. Az IFW és együttműködő partnere, a Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co KG köszönetét fejezi ki a projekt pénzügyi támogatásáért.
B. Denkena, H. Klemme, N. Klages
Gyártástechnikai és Szerszámgépek Intézete (IFW)
Leibniz Egyetem Hannover