Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schleifscheibenverschleißmessung an profilierten Schleifscheiben durch Radarsensorik - profiRadar -

Das Schleifen von Werkstücken stellt häufig den letzten Schritt zur Produktion hochpräziser Werkstücke dar. Durch die vorgelagerten Prozessschritte besitzen die Werkstücke bereits vor der Schleifbearbeitung einen hohen materiellen Wert, so dass eine sichere Prozessführung wichtig ist, um möglichst keinen Ausschuss zu produzieren. Da es sich insbesondere beim Profilschleifen um einen abbildenden Fertigungsprozess handelt, ist die Überwachung der Schleifscheibengeometrie im Schleifprozess besonders wichtig.

Im hier beantragten Forschungsprojekt soll ein neuer Ansatz zur Vermessung des Schleifscheibenverschleißes mit einem Radarsensor verfolgt werden. Mit dem neuen Messsystem wird es auch erstmals möglich, fein profilierte Schleifscheiben während des Schleifens vermessen zu können. Zusammen mit einer Drehwinkelmessung wird ein 3D Modell der Schleifscheibe erstellt, das für alle weiteren Berechnungen verwendet wird. Daraus wird dann bspw. kontinuierlich das IST-Profil der Schleifscheibe berechnet und mit einem SOLL-Profil verglichen.

Die angestrebten Forschungsergebnisse haben für KMU aus dem Bereich der Schleifbearbeitung eine hohe wirtschaftliche Bedeutung, da durch den Einsatz eines unter Prozessbedingungen einsetzbaren Messsystems zur Schleifscheibenverschleißmessung die Produktivität gesteigert werden kann. Ein unbemerkter Verschleiß führt zu Ausschussteilen, welche schlussendlich hohe Kosten verursachen. Wird jedoch vorbeugend zu häufig abgerichtet, führt dies zu einem hohen Schleifscheibenverbrauch und somit zu hohen Werkzeugkosten. Dies gilt insbesondere für die Einzelteil- und Kleinserienfertigung, da hier nur sehr bedingt auf Erfahrungswerte zum Schleifscheibenverschleiß zurückgegriffen werden kann.

Durch den Einsatz des Messsystems kann die Wettbewerbsfähigkeit der KMU aus dem Bereich der Schleifbearbeitung gesteigert werden, da durch das sensorgesteuerte zielgerichtete Abrichten der Schleifscheibe die Produktionskosten gesenkt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts „profiRadar“ wurde ein Messsystem entwickelt und aufgebaut, mit dem der Verschleiß von profilierten Schleifscheiben während der Zerspanung vermessen und überwacht werden kann. Dabei wird ein Radarsensor eingesetzt mit dem eine in-situ Messung des Prozesses ermöglicht wird.

Das Messsystem ist so aufgebaut, dass es in verschiedene Maschinentypen eingebaut werden kann. Durch zwei Linear-Präzisionsachsen kann der Sensor sowohl axial als auch tangential zur Schleifscheibenoberfläche bewegt und somit immer im optimalen Messabstand zur Schleifscheibenoberfläche gehalten werden.

Es wurde ein Mess- und Steuerungsprogramm programmiert, mit dem die Ansteuerung des Sensors sowie die Datenaufnahme und -auswertung erfolgt. Im Programm wird das Radarsignal mit der vorliegenden Achsposition und dem aktuellen Drehwinkel der Schleifscheibe zu einem Messpunkt verknüpft und darüber der vorliegende Schleifscheibendurchmesser sowie den -verschleiß berechnet und visualisiert.

Punktmessungen an unterschiedlichen Schleifscheiben zeigen, dass die Schleifscheibenspezifikation keinen Einfluss auf das Radarsignal und damit auf das Messergebnis hat. Das Messsystem hat unter realen Einsatzbedingen inklusive aller Störgrößen (Kühlschmierstoff, Schwingungen, ...) eine Genauigkeit von ± 1,6 µm.

Bei der Messung unterschiedlich profilierter Schleifscheiben wurde die Grenze des Messsystems aufgezeigt. Aufgrund von physikalischen Randbedingungen des Radarsystems können filigrane Schleifscheibenprofile nicht vermessen werden, da es zu Interferenz des Messsignals kommt. Die die punktuelle Betrachtung von kritischen Bereichen der Profile, wie bspw. der Spitze von Radienprofilen ist jedoch möglich und kann zuverlässig erfasst werden.