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Aug 22, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16813 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

切削条件のオンライン監視はインテリジェント製造において不可欠であり、振動は加工条件を監視するのに最も効果的な信号の 1 つです。 一般に、従来の有線加速度計は、振動を感知するために、工具ホルダーや旋盤ベッドなどの動かないプラットフォームまたは安定したプラットフォームに設置する必要があります。 このような設置方法では、信号がより深刻なノイズ干渉を受け、信号対雑音比が低下するため、貴重な情報に対する感度が低下します。 したがって、この研究では、旋削プロセスを監視するための新しい 3 軸ワイヤレス オンローター センシング (ORS) システムを開発しました。 微小電気機械システム (MEMS) 加速度計センサー ノードは、回転するワークピースまたはスピンドル ローターに取り付けることができ、旋盤システムを変更したり切削手順に干渉したりすることなく、ローター システム全体の振動をより高感度に検出します。 プロセッサ、データ収集、および Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0+ モジュールは、振動振幅が ± 16 g 以下の圧電 3 軸加速度計と連携するように開発およびデバッグされました。 一連の旋削試験を実施し、その結果を市販の有線加速度計の結果と比較したところ、ORS システムは有線加速度計よりも効率的かつ高感度にローター システムの振動信号を測定できることが証明され、加工の正確な監視が実証されました。パラメーター。

切断は、最も重要かつ基本的な製造技術の 1 つです1。 切断プロセスのオンライン監視は、生産効率、製品品質、経済性を向上させるために不可欠です。 ただし、信号の取得は最初で最も重要なステップであり、取得された信号の品質がその後のプロセスの精度に直接影響します。 したがって、切断プロセスをオンライン監視するためのインテリジェント監視センサーの開発が重要な課題となっています2。

動的な情報を取得するために、さまざまな間接センサーが使用されています3、4。 ただし、これらのセンサー システムはすべて、通常、データ送信と電源供給用の配線、および特別なデータ収集装置を必要とするため、センサー システムの設置が制限されます。 さらに、商用センサー システムは通常、従来の工場で使用するには高価すぎます。 これらの制限を克服するために、統合センサーの設計と開発が最近、数人の研究者の関心を集めています。

1997 年に、Santochi et al.5 は、旋削加工時の力を測定するために工具シャンク内のセンサー用のひずみゲージを統合した切削工具の新しい概念を説明しました。 Goyal et al.6 は、故障したベアリングの振動信号を感知するための低コストの非接触センサー システムを製造しました。 Albrecht et al.7 は、回転するスピンドルシャフトの変位から切削抵抗を測定する方法を発表しました。 De Oliveira et al.3 と Rizal et al.8 は、新しく設計された力感知要素に取り付けられたハイブリッド ダイナモメーターの機能的なプロトタイプを設計しました。 Liu は、ファイバー ブラッグ グレーティング 9 に基づいて、回転スピンドルに取り付けられたダイナモメーターを設計および構築しました。 ティンら。 ポリフッ化ビニリデンフィルム製の多軸センサーを設計・製作しました10。

最近では、ピエゾセラミック部品の剛性と感度の利点が考慮され、振動制御や切断作業の監視のためのセンサの小型化や集積化に優れた可能性があるため、センサとして使用されています11。 Qin et al.12 は、ピエゾ抵抗微小電気機械システム (MEMS) センサーに基づいて、フライス加工プロセスにおける軸力とトルクを測定するための統合切削力測定システムを設計しました。 Chen ら 13 は、圧電フィルムに基づいて革新的な旋削工具を設計しました。 Drossel et al.14 は、刃先交換式インサートの後ろのフライス工具に直接取り付けられた圧電フィルムセンサーに基づくセンサーコンセプトを発表しました。