Körperschall überwacht Qualität im Fertigungsprozess

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Auf Grund der hohen Empfindlichkeit des verwendeten Körperschallsensors und des Messsystems werden auch kleinste Schleifbrandflecken (Bild 5a und b) wiedergegeben. Das Absinken der Amplitude zum Ende des Werkstücks hin (Bild 5f) ist darin begründet, dass die Schleifscheibe von einer Seite her verschleißt. Dadurch kommt am Ende des Durchlaufs nur der unverschlissene Teil der Schleifscheibe in Kontakt, was in besseren Schnittbedingungen resultiert.

Zerspanungsprozesse haben charakteristische Merkmale

Anhand der durchgeführten Prozessuntersuchungen ließen sich die charakteristischen Merkmale verschiedener Bearbeitungsprozesse festhalten. So zeigte sich, dass Drehprozesse durch höhere Amplituden in tieferen Frequenzbereichen gekennzeichnet sind, dagegen generieren Schleifprozesse auch höhere Amplituden in sehr hohen Frequenzbereichen.

Neben der schon in marktüblichen Systemen umgesetzten Betrachtung der aufsummierten Amplituden über die gesamte Werkzeugstandzeit bietet eine Analyse des Signals im Frequenzbereich weitere prozessrelevante Informationen. So ließ sich beispielsweise feststellen, dass zum Ende der Werkzeugstandzeit charakteristische Schwingungen bei Hartdrehprozessen auftreten, die sich auch auf der Werkstückoberfläche niederschlagen.

Körperschall kann auch zur Anschnitterkennung genutzt werden

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde eine weitere Anwendung der Prozessüberwachung mittels Körperschall entwickelt, die das gemessene Körperschallsignal mit der entsprechenden Position am Werkstück verknüpft. Bild 6 zeigt die Anwendung, die deutlich macht, wie mittels Körperschall eine Anschnitterkennung umgesetzt werden kann.

Damit ließe sich bei komplexen Geometrien eine einfache dreidimensionale Anschnitterkennung zum Einrichten des Prozesses realisieren. Weiterhin könnten derartige Systeme zur Qualitätssicherung und zur Dokumentation des Fertigungsprozesses herangezogen werden, weil sie zeigen, wo und in welchem Maße das Werkzeug Material abgenommen hat. Die Prozessüberwachung mit Körperschall ist also eine einfache Methode, die über ein umfangreiches Potenzial verfügt und sich problemlos in Bearbeitungsmaschinen integrieren lässt.

Dipl.-Ing. Andreas Sobotka M. Eng. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Produktionsmaschinen am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT), 52074 Aachen.

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