Pemantauan permukaan dalam talian semasa pemesinan putar benang
Projek penyelidikan IFW untuk menentukan kualiti permukaan semasa proses pemesinan putar benang.
Pemesinan putar benang ialah satu kaedah yang meluas digunakan untuk penghasilan benang. Dalam sumbangan ini, satu kaedah untuk menentukan kualiti permukaan semasa proses pemesinan putar benang dibentangkan. Kaedah ini sedang dibangunkan secara bersama oleh Institut Kejuruteraan Pengeluaran Universiti Hannover dan syarikat Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG dalam satu projek kerjasama.
Pemacu benang secara harfiah menggerakkan ekonomi. Ia digunakan dalam pelbagai bentuk, contohnya dalam mesin perkakas, kenderaan serta dalam teknologi pengangkatan dan pemindahan. Untuk memastikan fungsinya, pemacu benang tertakluk kepada toleransi pembuatan yang ketat. Selain pematuhan terhadap toleransi geometri, permukaan dengan sifat tribologi yang ditentukan juga merupakan prasyarat bagi penggunaan pemacu benang yang cekap.
Geometri benang mempunyai pengaruh yang besar terhadap bidang penggunaan pemacu benang. Sebagai contoh, benang trapezium digunakan untuk pergerakan beban yang tinggi kerana rusuk benangnya yang dalam membolehkan pemindahan daya yang besar. Jika beban tinggi hanya berlaku dalam satu arah, seperti dalam penekan gelendong, benang gergaji digunakan. Penghasilan benang trapezium dan benang gergaji biasanya dilakukan melalui kaedah pemesinan putar benang. Antara sebabnya ialah saiz kelompok pengeluaran yang biasanya kecil dan sifat permukaan yang baik yang dihasilkan melalui proses ini.
Dalam Rajah 2 ditunjukkan kinematik proses bagi kaedah pemesinan putar benang. Semasa proses pembuatan, kualiti permukaan semasa pemesinan putar sangat dipengaruhi oleh keadaan haus dan ketepatan kedudukan mata pemotong. Namun begitu, pemantauan haus alat atau permukaan semasa proses ini pada masa ini masih belum dapat dilaksanakan. Ini kerana rusuk benang sukar dicapai disebabkan kedudukannya, dan putaran alat serta bahan kerja semasa proses menyukarkan pengambilan data ukuran.
Atas sebab-sebab ini, kawalan kualiti permukaan pada mesin pada masa ini hanya dilakukan secara rawak berdasarkan pengetahuan dan pengalaman kakitangan. Bagi mengelakkan pengeluaran rosak dan memastikan kualiti tinggi pemacu benang, satu sistem pengukuran untuk pemantauan kualiti permukaan benang trapezium secara selari dengan proses sedang dibangunkan dalam projek kerjasama antara Bornemann Gewindetechnik GmbH dan Institut Kejuruteraan Pengeluaran dan Alat Mesin (IFW) di Universiti Leibniz Hannover.
Kaedah pemesinan putar benang
Untuk menganalisis tugas pengukuran, kinematik proses pembuatan perlu dikaji terlebih dahulu. Dalam pemesinan putar benang, permukaan benang dihasilkan melalui pergerakan gabungan antara cakera pemesinan putar dan bahan kerja (rujuk Rajah 2). Pada cakera pemesinan putar ini biasanya terdapat antara tiga hingga lapan mata pemotong yang diagihkan secara sekata di sekeliling lilitannya dan membentuk kontur satu alur benang.
Selain kinematik proses pembuatan, aplikasi akhir juga mempengaruhi pemilihan kaedah pengukuran. Oleh kerana sentuhan antara nat benang dan gelendong benang sebaiknya berlaku di seluruh permukaan rusuk benang, adalah perlu untuk mengukur keseluruhan permukaan rusuk benang bagi menilai kualitinya.
Putaran bahan kerja semasa proses menyingkirkan penggunaan kaedah sentuhan mahupun kaedah optik dengan julat pengukuran yang kecil untuk pengesanan permukaan, kerana pengukuran keseluruhan rusuk benang memerlukan pergerakan tambahan sensor. Oleh itu, kaedah pengukuran yang sesuai mestilah membolehkan pengesanan keseluruhan rusuk benang dalam satu proses pengukuran. Untuk tujuan ini, sebuah kamera industri monokrom telah dicadangkan.
Sebagai bukti fungsi, benang dengan permukaan yang memenuhi keperluan (lulus) dan benang dengan permukaan yang tidak memenuhi keperluan (gagal) telah dirakam menggunakan kamera. Imej permukaan bagi benang trapezium TR 65×7 dan benang trapezium TR 80×10 ditunjukkan dalam Rajah 3. Disebabkan oleh perbezaan keadaan permukaan, sifat pantulan cahaya permukaan juga berbeza dengan ketara. Taburan nilai kelabu dalam imej berubah mengikut kualiti permukaan.
Daripada histogram yang digambarkan secara skematik, dapat dilihat bahawa amplitud nilai maksimum bagi benang dengan permukaan yang gagal (n.i.O.) berkurang dengan ketara berbanding dengan benang yang lulus (i.O.). Bagi saiz benang yang berbeza, perubahan nilai maksimum kelabu juga menunjukkan tahap yang berbeza. Oleh itu, untuk menggunakan perubahan dalam sifat pantulan cahaya bagi tujuan pemantauan permukaan, adalah perlu untuk mentakrifkan sempadan antara permukaan lulus dan gagal walaupun saiz benang berubah.
Cabaran disebabkan oleh keadaan pengimejan
Penggunaan pemprosesan imej dalam proses pembuatan memerlukan kebolehan untuk membezakan permukaan lulus dan gagal dengan pasti dan boleh diulang. Bagi membolehkan pembezaan yang tepat, adalah perlu untuk mengenal pasti dan menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi semasa pengambilan imej.
Faktor-faktor yang dikenal pasti mempengaruhi imej yang dirakam ditunjukkan dalam satu rajah Ishikawa dalam Rajah 4. Pemboleh ubah sasaran (merah) dalam pemprosesan imej ialah kekasaran permukaan. Pemboleh ubah larasan (hijau) semasa pengambilan imej termasuk masa dedahan dan arah pencahayaan. Pemboleh ubah larasan ini mesti ditetapkan sedemikian rupa sehingga imej permukaan yang jelas dapat dihasilkan di bawah syarat sempadan tertentu (oren), seperti kelajuan putaran bahan kerja. Syarat sempadan yang tidak boleh dikompensasikan melalui pelarasan ini mesti dikendalikan melalui langkah-langkah lain, seperti pelindungan kamera daripada kekotoran.
Faktor-faktor yang dikenal pasti telah dikaji dalam satu susunan ujian di dalam mesin perkakas bagi membolehkan pelarasan pemboleh ubah larasan dilakukan dengan kawalan yang tinggi. Berdasarkan imej yang dirakam, satu algoritma pemprosesan imej sedang dibangunkan, yang menggunakan perbezaan nilai kelabu permukaan sebagai asas.
Hala tuju seterusnya
Berdasarkan pelarasan pemboleh ubah larasan yang terkawal, satu susunan pengukuran yang dioptimumkan untuk proses sedang dibangunkan. Susunan ini memastikan bahawa algoritma boleh digunakan semasa proses pemesinan putar benang. Sistem pemantauan permukaan yang dibentangkan merupakan sebahagian daripada sistem pemantauan kualiti dalam proses pemesinan putar benang. Dalam langkah seterusnya, sistem yang dibentangkan serta satu lagi sistem untuk pengesanan parameter geometri benang akan digunakan pada mesin pemesinan putar. Seterusnya, satu algoritma pemantauan kualiti akan dibangunkan untuk menilai kualiti secara dalam talian berdasarkan data pengukuran. Berdasarkan keadaan kualiti yang dikenal pasti, cadangan tindakan untuk pengendali akan dirumuskan pada peringkat seterusnya.
Ucapan penghargaan
Projek penyelidikan “Pemantauan Kualiti Dalam Talian semasa Pemesinan Putar Benang – Quali-Wirb” dibiayai oleh Kementerian Persekutuan bagi Hal Ehwal Ekonomi dan Perlindungan Iklim (BMWK) berdasarkan keputusan Parlimen Persekutuan Jerman dalam rangka Program Inovasi Pusat untuk Perusahaan Kecil dan Sederhana (ZIM) dan diselia oleh Persatuan Penyelidikan Industri Bersama “Otto von Guericke” (AiF). IFW dan rakan kerjasama Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG merakamkan setinggi-tinggi penghargaan atas sokongan kewangan dalam projek ini.
B. Denkena, H. Klemme, N. Klages
Institut Kejuruteraan Pengeluaran dan Alat Mesin (IFW)
Universiti Leibniz Hannover