Valutazione di un tre

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16813 (2022) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Il monitoraggio online delle condizioni di taglio è essenziale nella produzione intelligente e le vibrazioni sono uno dei segnali più efficaci nel monitoraggio delle condizioni di lavorazione. In generale, gli accelerometri cablati tradizionali dovrebbero essere installati su una piattaforma immobile o stabile, come un portautensili o il banco di un tornio, per rilevare le vibrazioni. Tali metodi di installazione causerebbero ai segnali interferenze di rumore più gravi e un basso rapporto segnale-rumore, con conseguente minore sensibilità alle informazioni preziose. Pertanto, questo studio ha sviluppato un nuovo sistema di rilevamento wireless sul rotore (ORS) a tre assi per monitorare il processo di tornitura. Il nodo sensore accelerometro Micro Electromechanical System (MEMS) può essere montato su un pezzo rotante o sul rotore del mandrino ed è più sensibile nel rilevare le vibrazioni dell'intero sistema del rotore senza alcuna modifica del sistema del tornio e interferenza nella procedura di taglio. Il processore, l'acquisizione dati e i moduli Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0+ sono stati sviluppati e sottoposti a debug per cooperare con un accelerometro triassiale piezoelettrico, con un'ampiezza di vibrazione non superiore a ± 16 g. Sono stati condotti una serie di test di rotazione e i risultati sono stati confrontati con quelli degli accelerometri cablati commerciali, che hanno dimostrato che il sistema ORS può misurare il segnale di vibrazione del sistema rotore in modo più efficace e sensibile rispetto agli accelerometri cablati, dimostrando così il monitoraggio accurato della lavorazione parametri.

Il taglio è una delle tecnologie di produzione più essenziali e fondamentali1. Il monitoraggio online del processo di taglio è essenziale per migliorare l’efficienza produttiva, la qualità del prodotto e la performance economica. Tuttavia, l'acquisizione di un segnale è il primo e il passo più cruciale e la qualità del segnale acquisito determina direttamente l'accuratezza dei processi successivi. Pertanto, lo sviluppo di sensori di monitoraggio intelligenti per il monitoraggio online del processo di taglio è diventato una questione importante2.

Sono stati impiegati vari sensori indiretti per acquisire informazioni dinamiche3,4; tuttavia, tutti questi sistemi di sensori richiedono generalmente cavi per la trasmissione dei dati e l'alimentazione, nonché speciali apparecchiature di acquisizione dati, limitando l'installazione di sistemi di sensori. Inoltre, i sistemi di sensori commerciali sono generalmente troppo costosi per essere utilizzati dalle fabbriche convenzionali. Per superare queste limitazioni, la progettazione e lo sviluppo di sensori integrati hanno recentemente attirato l'interesse di diversi ricercatori.

Nel 1997, Santochi et al.5 hanno descritto un nuovo concetto di utensili da taglio con l'integrazione di estensimetri per sensori all'interno del gambo dell'utensile per misurare le forze nelle operazioni di tornitura. Goyal et al.6 hanno fabbricato un sistema di sensori senza contatto a basso costo per rilevare segnali di vibrazione dei cuscinetti difettosi. Albrecht et al.7 hanno presentato un metodo per misurare le forze di taglio derivanti dagli spostamenti degli alberi del mandrino rotante. De Oliveira et al.3 e Rizal et al.8 hanno progettato un prototipo funzionale di un dinamometro ibrido montato su un elemento di rilevamento della forza di nuova concezione. Liu progettò e costruì un dinamometro montato su un mandrino rotante basato su un reticolo in fibra di Bragg9. Ting et al. progettato e fabbricato un sensore multiasse costituito da una pellicola di fluoruro di polivinilidene10.

Recentemente, considerati i vantaggi dei componenti piezoceramici in termini di rigidità e sensibilità, sono stati utilizzati come sensori grazie al loro eccellente potenziale nella miniaturizzazione e nell'integrazione di sensori per il controllo delle vibrazioni e il monitoraggio delle operazioni di taglio11. Qin et al.12 hanno progettato un sistema integrato di misurazione della forza di taglio per misurare la forza assiale e la coppia nel processo di fresatura basato sui sensori del sistema microelettromeccanico piezoresistivo (MEMS). Chen et al.13 hanno progettato strumenti di tornitura innovativi basati sulla pellicola piezoelettrica. Drossel et al.14 hanno presentato un concetto di sensore basato su sensori a pellicola piezoelettrica montati direttamente sull'utensile di fresatura dietro l'inserto indicizzabile.