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Leibniz Universität Inst. für Fertigungstechnik u. Werkzeugmaschinen (IFW)

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Auch lokale Materialfehler können sensorisch erkannt werden

Die beschriebenen Untersuchungen erfolgten unter jeweils konstanten Eingriffsbedingungen entlang der gefrästen Flanke des Werkstücks. In der Praxis treten Anomalien jedoch meist lokal begrenzt auf. Im Folgenden wurde deshalb in einer zweiten Versuchsreihe die Fähigkeit des sensorischen Spannsystems analysiert, ob es auch punktuelle Fehlstellen detektieren kann. Auf der Flanke eines Aluminiumwerkstücks (EN AW-7075) wurden dafür zunächst fünf Kerben als künstliche Anomalien (siehe Bild 3, links) eingebracht. Die fünf Kerben unterscheiden sich jeweils in ihrer Tiefe. Beginnend bei der ersten Kerbe mit einer Kerbtiefe von b = 10 Mikrometer, steigt mit jeder Kerbe die Tiefe um Δb = 10 Mikrometer. Die fünfte Kerbe weist somit eine Tiefe von b = 50 Mikrometer auf. Anschließend wurde die mit den Kerben versehene Flanke per Schlichtprozess bearbeitet. Dabei wurde mit einer radialen Zustellung des Werkzeugs von a_e = 0,4 Millimeter entlang der präparierten Kante gefräst. Im in Bild 3 gezeigten Diagramm ist rechts das Signal einer Halbleiter-DMS-Vollbrücke während des Schlichtvorgangs dargestellt.

Die charakteristischen Stellen im Signal (sie entsprechen den Anomalien) sind im Diagramm mit einem roten Kreis versehen. An diesen Stellen kam es während des Schlichtprozesses zu einer kurzzeitigen Verringerung der Spanungsbreite a_e aufgrund des reduzierten Materialabtrags in Folge der Kerben. Dem Diagramm kann entnommen werden, dass ab einer Kerbtiefe von b = 20 Mikrometer eine Anomalie bereits im Rohsignal, das heißt,auch ohne weitere Datenaufbereitung, sichtbar ist. Dass beweist die hohe Sensitivität der eingesetzten Messtechnik.

Fazit, Ausblick und Danksagung in puncto sensorische Spannsysteme

Anhand der Ergebnisse der vorgestellten Untersuchungen konnte das Potenzial der sensorischen Spanntechnik für die hochgenaue Prozessüberwachung beim Schlichten deutlich gemacht werden. Zum einen kann die Spanungsbreite quantitativ erfasst werden. Zum anderen ist es möglich, auch punktuelle Anomalien in der Zerspanungszone am Werkstück bei der Schlichtbearbeitung zu identifizieren. Das stellt die Grundlage dafür dar, um in Zukunft beispielsweise Materialfehler zu erkennen, die bereits bei der Herstellung des Rohteils entstanden sind, oder durch fehlerhafte vorangegangene Prozesse eingebracht wurden. Methoden, um die erfassten Daten der sensitiven Messtechnik autonom auszuwerten, sind dabei ebenfalls Gegenstand der Forschung. Das Ziel ist dabei ist es, eine robuste Klassifizierung von Prozesszuständen und die autonome Einleitung von Maßnahmen zur Prozessoptimierung zu erreichen. Man denke zum Beispiel an eine aktive Vorschubregelung. Darüber hinaus wird nicht nur die Übertragbarkeit der Methoden auf beliebige Werkstückgeometrien angestrebt, sondern es wird auch erforscht, weitere Fehlertypen wie Bauteilverzug anhand von Zwangskräften in der Aufspannung zu erkennen.

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* Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena ist Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover. Dipl.-Ing. Heinrich Klemme leitet am IFW den Bereich Maschinen und Steuerung. M. Sc. Heiko Blech ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFW, und Dr.-Ing. Christian Teige war dort Wissenschaftlicher Mitarbeiter.

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