Körperschall überwacht Qualität im Fertigungsprozess

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Das Standzeitende wurde durch einen erfahrenen Maschinenbediener definiert, der anhand der auftretenden hörbaren Geräusche und der am Werkstück fühlbaren Vibrationen diese abschätzen kann. Weitere Prozessparameter waren eine Schnittgeschwindigkeit von 26 m/s, ein Vorschub von 400 mm/min und die Verwendung von Kühlschmiermittel (Bild 4).

Die Amplitude nimmt in festen Frequenzbändern zu

Während der ersten beiden Durchläufe bestand noch kein Kontakt zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück, was sich auch deutlich im Frequenzspektrum zeigt. Die erörterte Charakteristik dieses Schleifprozesses, dass die Amplitudenerhöhungen in den unteren Frequenzbereichen bis 50 kHz (Bild 4b) und in den oberen Frequenzbereichen über 350 kHz (Bild 4a) auftreten, zeigt sich auch bei den durchgeführten Verschleißuntersuchungen.

In Bezug auf das Verhalten des Körperschallsignals in Abhängigkeit von den Durchläufen zeigt sich, dass die Amplitude in festen Frequenzbändern zunimmt. Eine Korrelation zum Verschleiß der Schleifscheibe, der sich auch durch ein Zusetzten der Poren der Scheibe mit Spänen äußert, ist im Vergleich zum Drehen einfacher möglich. Wie erwähnt wurde, nehmen die hörbaren Geräusche deutlich zu und auch die am Werkstück fühlbaren Vibrationen verstärken sich.

Prozessüberwachung kann Schleifbrand vermeiden

Das Zusetzen der Schleifscheibe ist ab dem 15. Durchlauf zu erkennen und die hörbaren Geräusche steigen ab dem 19. Durchlauf an. Ein weiteres Indiz für einen schlechter laufenden Prozess ist das Ansteigen der Spindelleistung um fünf Prozentpunkte, was ab dem 46. Durchlauf auftritt. Schließlich bildete sich am Ende des Prozesszyklus Schleifbrand auf dem Werkstück aus, der durch eine Prozessüberwachung vermieden werden soll.

Es lässt sich festhalten, dass das Verschleißen der Schleifscheibe einen kontinuierlichen Prozess darstellt und aus diesem Grund nicht als charakteristisches Ereignis im Körperschallsignal auftritt. Die Verschlechterung des Prozesszustandes kann durch das Ansteigen der Amplitude in bestimmten Frequenzbändern (Bild 4a) nachgewiesen werden, sodass über die Analyse des Körperschallsignals eine Möglichkeit zur Prozessüberwachung gegeben ist.

Körperschall-Veränderung zeigt entstehenden Schleifbrand an

Dies wird auch durch die Tatsache unterstrichen, dass der am Ende der Prozesszyklen entstehende Schleifbrand im Frequenzspektrum des Körperschallsignals herauszulesen ist, wie die Gegenüberstellung des entsprechenden Frequenzspektrums mit dem Bild der geschliffenen Werkstückoberfläche in Bild 5 verdeutlicht.

Die Amplitude bei dem dargestellten Durchlauf ist über den gesamten Frequenzbereich höher als bei einem Durchlauf, der mit einer frisch abgerichteten Schleifscheibe durchgeführt wurde. Der Schleifbrand findet sich im Frequenzspektrum durch eine starke Erhöhung der Amplitude über den gesamten Frequenzbereich wieder. Verdeutlicht wird dies durch den Verlauf der aufsummierten FFT, die an den Stellen des Schleifbrands ausgeprägte Maximalwerte aufweist, deren Größe von der Intensität des Schleifbrands abhängt.

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