Diş döndürme sırasında çevrimiçi yüzey izleme
IFW’nin iplik sarma işlemi sırasında yüzey kalitesini belirlemeye yönelik araştırma projesi.
İplik döndürme, iplik üretimi için yaygın olarak kullanılan bir işlemdir. Bu makalede, iplik döndürme işlemi sırasında yüzey kalitesini belirlemeye yönelik bir yöntemin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Proses, Hannover Üniversitesi Üretim Mühendisliği Enstitüsü ve Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG tarafından bir işbirliği projesi kapsamında ortaklaşa geliştirilmektedir.
Vidalı tahrikler kelimenin tam anlamıyla ekonomiyi yönlendirir. Bunlar çeşitli şekillerde takım tezgahlarında, araçlarda ve örneğin kaldırma ve konveyör teknolojisinde kullanılmaktadır. İşlevlerini sağlamak için vidalı tahrikler sıkı üretim toleranslarına tabidir. Geometrik toleranslara uymanın yanı sıra, tanımlanmış tribolojik özelliklere sahip bir yüzey sağlamak, bir vidalı tahrikin verimli kullanımı için bir ön koşuldur.
Vida dişinin geometrisi, vida dişi tahrikinin uygulama alanı üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Örneğin, trapez dişler ağır yükleri taşımak için kullanılır, çünkü derin diş yanakları büyük kuvvetlerin iletilmesine izin verir. Vida preslerinde olduğu gibi yük sadece bir yönde yüksekse testere dişleri kullanılır. Trapez ve testere dişleri genellikle diş döndürme işlemi kullanılarak üretilir. Bunun nedenleri, bir yandan genellikle küçük parti boyutları ve diğer yandan işlemden kaynaklanan elverişli yüzey özellikleridir
Şekil 2’de dönme işleminin proses kinematiği gösterilmektedir. İmalat süreci sırasında, dönme sırasında yüzeyin kalitesi öncelikle aşınma durumu ve kesme kenarlarının konumsal doğruluğu tarafından belirlenir. Bununla birlikte, işlem sırasında takım aşınmasını veya yüzeyi izlemek şu anda mümkün değildir. Bir yandan, konumu nedeniyle diş kenarına ulaşmak zordur ve diğer yandan, işlem sırasında takımın ve iş parçasının dönmesi ölçüm verilerinin kaydedilmesini zorlaştırır.
Bu nedenlerden dolayı, makinedeki yüzey kalitesi şu anda sadece personelin deneyimine dayalı olarak rastgele kontrol edilmektedir. Iskartaları önlemek ve vida tahriklerinin yüksek kalitesini sağlamak için Bornemann Gewindetechnik GmbH ile Leibniz Universität Hannover’deki Üretim Mühendisliği ve Takım Tezgahları Enstitüsü (IFW) arasındaki ortak bir proje, trapez dişlerin yüzey kalitesinin sürece paralel olarak izlenmesi için bir ölçüm sistemi geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Girdap yöntemi
Ölçüm görevini analiz etmek için öncelikle üretim sürecinin kinematiği dikkate alınmalıdır. İplik döndürmede iplik yüzeyi, dönen jiroskopun ve iş parçasının birleşik hareketi ile üretilir (bkz. Şekil 2). Dönen jiroskop üzerinde genellikle üç ila sekiz arasında kesici kenar bulunur ve bunlar bir dişin konturunu oluşturmak üzere çevreye eşit olarak dağıtılır.
Üretim sürecinin kinematiğine ek olarak, sonraki uygulamanın da seçilecek ölçüm yöntemi üzerinde etkisi vardır. Dişli somun ve dişli mil arasındaki temas ideal olarak tüm diş kanadı üzerinde gerçekleştiğinden, kaliteyi değerlendirebilmek için tüm diş kanadı yüzeyinin kaydedilmesi gerekir.
İşlem sırasında iş parçasının dönmesi, tüm kanadı algılamak için sensörün ek hareketi gerekeceğinden, yüzey algılama için küçük bir ölçüm aralığına sahip hem dokunsal yöntemleri hem de optik yöntemleri dışlar. Uygun bir ölçüm yöntemi, tüm diş kenarının tek bir ölçüm işleminde algılanmasını sağlamalıdır. Tek renkli bir endüstriyel kamera bu amaç için tasarlanmıştır.
İşlevin kanıtı olarak, gereksinimler dahilinde (OK) yüzeylere sahip dişler ve gereksinimler dışında (NOK) yüzeylere sahip dişler kamera ile kaydedilmiştir. TR 65×7 trapezoidal iplik ve TR 80×10 trapezoidal iplik yüzeylerinin görüntüleri Şekil 3’te gösterilmektedir. Farklı yüzey özellikleri nedeniyle, yüzeylerin yansıma davranışı çok farklıdır. Bu nedenle görüntünün gri değer dağılımı yüzey kalitesine göre değişmektedir.
Şematik histogram, maksimum değerin genliğinin NOK yüzeylere sahip dişlerde OK yüzeylere sahip olanlara kıyasla önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Gri değer maksimumundaki değişim farklı diş boyutları için farklıdır. Bu nedenle, yüzey izleme için değişen yansıma davranışını kullanabilmek için, değişen bir diş boyutunda bile OK ve NOK yüzey arasındaki sınırı tanımlayabilmek gerekir.
Kabul koşullarından kaynaklanan zorluklar
Üretim sürecinde görüntü işlemenin uygulanması, NOK ve OK yüzeyler arasında güvenilir ve tekrarlanabilir ayrım yapılmasını gerektirir. Hassas ayrımı mümkün kılmak için, görüntü alımı sırasında etkili değişkenleri tanımlamak ve analiz etmek gerekir.
Çekilen görüntü üzerinde belirlenen etkili değişkenler Şekil 4’te bir Ishikawa diyagramında gösterilmiştir. Görüntü işleme için hedef değişken (kırmızı) pürüzlülüktür. Görüntü alımı için kontrol değişkenleri (yeşil) pozlama süresi ve pozlama yönünü içerir. Kontrol değişkenleri, iş parçası hızı gibi verilen sınır koşulları (turuncu) altında yüzeyin net bir görüntüsü oluşturulacak şekilde ayarlanmalıdır. Kontrol değişkenleri tarafından telafi edilemeyen sınır koşulları, kameranın kirlenmeye karşı çevrelenmesi gibi diğer önlemlerle telafi edilmelidir.
Belirlenen etkileyici değişkenler, kontrol değişkenlerini mümkün olduğunca kontrollü bir şekilde ayarlayabilmek için bir makine takımındaki bir test düzeneğinde analiz edilmiştir. Kaydedilen görüntüler kullanılarak yüzeylerin gri değer farklılıklarına dayalı bir görüntü işleme algoritması şu anda geliştirilmektedir.
Görünüm
Kontrollü manipüle değişken ayarı temelinde, süreç için optimize edilmiş bir ölçüm düzeneği şu anda geliştirilmektedir. Kurulum, algoritmanın döndürme işlemi sırasında da kullanılabilmesini sağlamaktadır. Sunulan yüzey izleme sistemi, iplik döndürme için bir kalite izleme sisteminin parçasıdır. Bir sonraki adımda, sunulan sistem ve sema makinesindeki geometrik iplik parametrelerini kaydetmek için başka bir sistem devreye alınacaktır. Bunu, ölçüm verilerine dayalı çevrimiçi kalite değerlendirmesi için bir kalite izleme algoritmasının geliştirilmesi takip edecektir. Belirlenen kalite durumu daha sonra operatörler için tavsiyeler türetmek için kullanılacaktır.
Teşekkür
“İplik fırıldağında çevrimiçi kalite izleme – Quali-Wirb” araştırma projesi, Alman Federal Meclisi’nin kararına dayanarak KOBİ’ler için Merkezi İnovasyon Programı’nın (ZIM) bir parçası olarak Alman Federal Ekonomi ve İklim Koruma Bakanlığı (BMWK) tarafından finanse edilmekte ve Alman Endüstriyel Araştırma Dernekleri Federasyonu ‘Otto von Guericke’ (AiF) tarafından denetlenmektedir. IFW ve işbirliği ortağı Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG’ye bu projedeki finansal destekleri için teşekkür eder.
B. Denkena, H. Klemme, N. Klages
Üretim Mühendisliği ve Takım Tezgahları Enstitüsü (IFW)
Hannover Leibniz Üniversitesi