V7 - Prozessüberwachung zur Sicherung der Bauteilfunktionalität Flashcards
(82 cards)
Bauteileigenschaften und Funktionalität
Störeinflüsse bei der Fertigung
Aus Werkstoffbeanspruchung folgt Werkstoffmodifikation. –> Funktionseigenschaften des Bauteils werden verändert.
Fertigungstechnologien werden durch Störeinflüsse und Fehler beeinflusst.
Fehler und Störeinflüsse können minimiert, meist jedoch nicht vollständig beseitigt werden.
Fehlerarten in der Fertigung
Systematische Fehler:
* Systembedingt
* Unter gleichen Randbedingungen reproduzierbar
* Korrigier- bzw. kompensierbar
Zufällige Fehler:
* Nicht systematisch beschreibbar
* Um systematische von zufälligen Fehlern zu trennen, ist die Anwendung statistischer Auswerteverfahren erforderlich.
Werkzeugverschleiß beim Fräsen
- Werkzeugverschleiß nimmt stets zu
- Ausbrüche sind schwer prognostizierbar
- Erfassung ist im Prozess nur indirekt möglich
Auswirkungen von Verschleiß auf das Bauteil: Oberflächengüte
Folgen:
* Erhöhte Kerbwirkung
* Erhöhte Reibwerte von Funktionsflächen
* Schlechtere Strömungsverhältnisse
Auswirkungen von Verschleiß auf das Bauteil: Maßhaltigkeit
Folgen:
* Funktion von Passungen bedroht
* Rundlaufabweichungen
Informationsquellen von Fertigungsprozessen
- Jeder Fertigungsprozess beinhaltet eine Vielzahl von Informationen.
- Die meisten Informationen sind nicht unmittelbar zugänglich.
- Durch den Einsatz technischer Sensoren lässt sich eine Vielzahl von Informationen erfassen und weiterverarbeiten.
Überwachungssystem
Überwachungsstrategie
- Feste Grenzen (online)
- Mitlaufende Schwellen (online)
- Überwachung aus Stichproben (Offline)
Online-Prozessüberwachung
Messung erfolgt während der Bearbeitung (z.B.: Rattererkennung)
Vorteile:
* Eingriff während des Prozess
* Kein zusätzlicher Prüfschritt in der Fertigungsfolge
* 100% Prüfung der Produkte möglich
Nachteile:
* Messung kann den Prozess beeinflussen (z.B.: Steifigkeitseinbußen)
* Prozess kann die Messung beeinflussen (z.B.: Kühlschmierstoff)
Offline-Prozessüberwachung
Messung erfolgt nach der Bearbeitung (z.B.: Röntgenografische Eigenspannungsmessung)
Vorteile:
* Prozess beeinflusst die Messung nicht
* Messung beeinflusst den Prozess nicht.
Nachteile:
* Zusätzlicher Prüfschritt in der Fertigungsfolge
* Fehlererkennung erst im Anschluss an die Bearbeitung
* Prüfaufwand verursacht Kosten, sodass Stichproben anzustreben sind
7 Schritte zur Prozessüberwachung
- Ursache für Funktionsverlust suchen
- Geeignte Messgröße finden
- Applikation geeigneter Sensoren
- Aufbau Messkette
- Aufzeichnen funktionierender Prozesses
- Überwachungstrategie/Sollwertvorgabe finden
- Implemetieren des Überwachungssystems
Definition physikalische Größe & Messung
Eine physikalische Größe besteht stets aus einem Zahlenwert und einer Maßeinheit.
Der Vergleich zur Bestimmung des Zahlenwerts wird als Messung bezeichnet.
Beispiele physikalischer Größen
Mechanische Größen
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Kraft
Thermische Größen
Temperatur
Wärmefluss
Thermische Leitfähigkeit
Spezifische Wärme
Elektrische Größen
Elektrische Leitfähigkeit
Spannung
Strom
Ladung
Magnetische Größen
Permeabilität
Magnetischer Fluss
Strahlung
Energie
Intensität
Reflexion
Chemische Größen
Konzentration
pH-Wert
Messabweichung
Der aus dem Vergleich gewonnene Schätzwert weist stets eine Messabweichung zum wahren Wert der physikalischen
Größe auf.
Auflösung und Messgenauigkeit beeinflussen die Messabweichung.
Messprinzip
Das Messprinzip ist die physikalische Grundlage der Messung.
Dehnung (Beispiele):
piezoelektrischer Dehnungsaufnehmer
Messung der Ladungsverschiebung durch Verformung des Piezokristalls
Dehnungsmessstreifen
Messung der Widerstandänderung durch Dehnung der Messmäander
Linearmaßstab
Messung der Längenänderung und Berechnung der Dehnung
Definition und Klassifikation von Sensoren
Ein Sensor ist ein technisches Bauteil zur Erfassung einer physikalischen Größe.
Überall Eingang Energie:
Ausgang identischer Art; Energie –> Wandler (Mechnaik, Feder, Membrane)
Ausgang unterschiedlicher Art; Energie –> Aktiver Sensor (Piezoeffekt, Thermoelektrischer Effekt)
Ausgang unterschiedlicher Art; Energie + Hilfsenergie –> Passiver Sensor (Elektrischer Widerstand, Hall-Effekt)
Technische Sensoren in der Zerspanung - Prozess
Technische Sensoren in der Zerspanung - Sensoren
Dehnungsmessstreifen - DMS
- Eine äußere Kraft verursacht Spannung und Dehnung am Objekt
- Dehnungsmessstreifen wandeln mechanische Dehnungen in eine Widerstandsänderung
- Überlagerung von mechansicher und thermischer Dehnung!
Theta=F/A=E*e
e=delL/L
R=p+l/A
e=delR/R0/k
DMS - Vor- und Nachteile
Vorteile
* Universell und einfach anwendbar
* Klein / geringe Masse
* Großer Frequenzbereich (0… > 50kHz)
* Geringe Rückwirkung auf Messobjekt
* Hervorragende Linearität über einen großen Dehnungsbereich
* Niedrige und vorhersagbare Temperatureffekte
* Hohe zeitliche Stabilität
* Geringe Kosten
Nachteile:
* relative Widerstandsänderung sehr gering (elektrische Brückenschaltung unumgänglich)
* Temperatureinsatzgrenzen
* nicht wieder verwendbar
* Schutzmaßnahmen erforderlich gegenüber:
1. Feuchtigkeit
2. Temperatur (Temperaturgradienten!)
3. Ionisierender Strahlung
4. Magnetfeldern
Piezoelektrische Sensoren
Piezoelektrischer Effekt:
Deformation entlang polarer Achse erzeugt ein Dipolmoment auf
gegenüberliegenden Flächen
- Ladungsverschiebung wird über einen Ladungsverstärker in ein
Spannungssignal gewandelt - Klasse: Aktiver Sensor
Kraftsensoren
Beschleunigungssensoren - Aufbau
