فرآيند توليد کردن دقيق که به وسيله انتشار اکوستيک کنترل مي شود

خلاصه :
ضروريات کنوني در صنايع با تکنووژي بالا مانند نيمه هادي ، اپتيک MEMS ، غيره ، نيازي براي فرايندهاي توليدي اظهار داشته که بتوانند مشخصه هاي کوچکتر خيلي زيادي را به طور قابل اطمينان در مقاومت خيلي بالا توليد کنند ، در سيستم هاي در حال کنترل که مي توانند براي شناسايي ، کنترل و بهبود بخشيدن توليد اين مشخصه هاي کوچکتر که براي برآوردن ضروريات زياد در دقت و کيفيت مورد نياز مي باشند اين نوشته در مورد ضروريات منحصر به فرد از کنترل کردن

فرايندهاي توليدي دقيق و مناسب بودن انتشار اکوستيک (AE ) را به عنوان يک تکنيک کنترل در مقياس دقيق بحث مي کند ، سپس جزئيات روي استفاده از تکنولوژي حس گر AE در کنترل کردن فرآيندهاي توليد دقيق داده مي شوند ؛ مخصوصاً خرد کردن ، برنامه ريزي مکانيکي ، شيميايي خيلي دقيق.
مقدمه :
ضروريات کنوني درصنايع با تکنولوژي بالا مانند نيمه هاي ، اپتيک MEMS و غيره نيازي براي فرايندهاي توليدي اظهار داشته که بتوانند مشخصه هاي کوچکتر خيلي زيادي را به طور قابل اطمينان در مقاومت خيلي بالايي توليد کنند . اين نياز رو به افزايش براي توانايي جهت توليد مشخصه ها در کوچکترين مقياس هاي طولي و دقت بيشتري مي تواند در منحني تانيگاچي ارائه شود ( شکل ۱ ) که توضيح مي دهد که کوچکترين صحت قابل حصول ( و در نتيجه ، کوچکترين

مشخصه قابل توليد ) به عنوان يک عملکردي از زمان کاهش مي يابد . در سيستم هاي کنترل شونده که مي توانند براي شناسايي کردن به کنترل و بهبود بخشيدن توليد اين مشخصه هاي کوچکتر مورد استفاده قرار بگيرند که براي برآوردن نيازهاي رو به افزايش در دقت و کيفيت مورد نياز مي شوند . کنترل کردن بر اساس حس گر ، اطلاعات با ارزشي درباره فرايند توليدي مي دهد که مي تواند به عنوان هدف دوگانه از کنترل فرايند و کنترل کردن کيفيت عمل کند و در نتيجه بخشي از هر محيط توليدي خواهد بود که به طور کامل اتومات شده است . به هر حال ، براي هر حس گر که مي خواهد به عنوان يک ابزار کنترلي استفاده

شود ، يک اندازه بالاي از اطمينان و اعتماد در مشخص کردن و فرايند توليد مورد نياز مي باشد . همانطور که در مرور مقاله قبلي به وسيله دورنفليد و ديگران توضيح داده شد ، انتشار اکوستيک (AE ) يک ميزان بالايي از اطمينان را در شناسايي پديده هاي متعدد مرتبط با جابجايي مواد توضيح داده است ، مخصوصاً در مقياس کوچک ، از اين رو به مناسب بودن براي کنترل فرايند توليد دقيق اعتبار مي دهد . اين کار حساسيت AE را در سه نظام توليدي مختلف توضيح مي دهد که در منحني تانيگاچي ترسيم شده است ، مقياس هاي خيلي دقيق ، سنتي / نرمال ( شکل ۱ ) .

ضروريات براي تکنولوژي حس گر در مقياس دقيق :
در فرآيندهاي جابجايي مواد در مقياس دقيق ، ضخامت قطعات شکل يافته مي توانند در نظمي از چند ميکرون يا کمتر باشند و در بعضي موارد بدون مقياس مي شوند . در اين مقياس هاي طولي ، سطح ، سطح کوچک و شرايط لبه از مشخصه هاي ماشين شده و مکانيسم اصلي براي شکل گيري قطعه به طور نزديکي توسط ويژگيهاي مواد و ساختار کوچک از مواد قطعه تحت تأثير قرار گرفته است مانند رفتار شکننده / انعطاف پذير ، انشعاب کريستا لوگرافيک از مواد در سطوح

مشترک قطعه / ابزار و ويژگيهاي ميکروتوپوگرافيکي مانند فضاهاي خالي ، مراحل ثانويه و تخصيص فاصله اي مي باشند . يک تنوعي از حس گرها ( که هر کدام از آنها يک درجه اي از قابليت کاربر دارند بستگي به سطح دقت نياز شده يا نوع پديده يا پارامتر کنترل دارد که نياز به اندازه گيري دارد ) براي گرفتن اطلاعات

ضروري درباره فرايند توليد مورد استفاده قرار مي گيرند . شکل ۲ که به عنوان يک گزارش براي يک نمودار مشابه از مقاله مرور شده قبلي عمل مي کند ، چندين طبقات مختلف از حس گرها و قابليت کاربرد آنها را براي سطح دقت( از مقياس قديمي شروع مي شود و به طرف سطوح جابجايي مواد بالا حرکت مي کند )و نوع پارامتر کنترل را ترسيم مي کند . به هر حال ، مهم است توجه کنيم که مرزها براي هر نوع حس ضرورتاً مرزهاي « سخت » نمي باشند و اينکه به طور ممتد تکنولوژي حس گر در حال بهبود باعث مي شود حس گرها يک دامنه وسيعتري را از پارامترهاي کنترل را با حساسيت رو به افزايش بپوشانند .( همانند اين

نوشته ،مقدمه اخير از سلولهاي بار برشي يک مثال خوبي مي باشند ) تکنيک هاي اندازه گيري قديمي مانند سلولهاي بار براي اندازه گيري پارامترهاي کنترل مقياس قديمي مناسب مي باشند مانند نيروهاي برشي و رانشي در دامنه هايي از چندين تا صدها نيوتن مي باشند . به هر حال ، حس گرهاي قديمي ممکن است علامت لازم را براي نسبت صدا (S/N ) و حساسيت کافي مورد نياز براي مشخص کردن به طور قابل اطمينان سطح پاياني را ندارد و همچنين سطح کوچک آسيب ديده و نيروهاي برشي در مقياس خيلي با دقتي با توجه به نيروهاي برشي با افتهاي پايين ( تقريباً ۱۳/۰ ) مي باشند و قدرت مصرف در ماشين با دقتي موجود مي باشد .

منابع براي AE در توليد کردن دقت :
ماشين داران مدتي زياد از پيش زمينه هاي مناسب در طول ماشين به عنوان يک وسيله اي از کنتر کردن فرايند برش استفاده کرده اند ،ماشين داران با مهارت قادرند حتي تنوع کمي در فرسايش ابزار و سطح آن را به راحتي با گوش کردن به فرايند ماشين مورد قضاوت قرار دهند . صداي منحصر به فرد داده شده به وسيله فلزات در طول به هم ريختن پلاستيک جديد نمي باشد ، همراه با صداي قوطي داده شده به وسيله قوطي که از نظر پلاستيکي به عنوان يک چيز

مشترک به هم ريخته مي شود نمونه هاي بالا همه خصوصيات مشترک از توليد يک موجهاي فشار الاستيک را در بين يک وسيله با توجه به نقص پلاستيک دارند . واژه انتشار اکوستيک معمولاً به انتشار موج الاستيک در فرکانس بر مي گردد ( دامنه اي در حدود KHZ 2000 -20 دارد ) . برخلاف تکنيک هاي غير مخربي فراسونيک (NDT ) که يک وسيله اي از اسکن شدن فعال مي باشند ( به عبارت ديگر توليد ، انتقال و جمع آوري سيگنال ) ، انتشار اکوستيک اکثراً يک وسيله

اي مجهول از اسکن مي باشد که بيشتر يک ميکروفن يا ديگر حس گري را نگه مي دارد و براي پديده هاي متعددي گوش مي کند . در ماشين کردن دقيق ، AE مي تواند به چندين منابع در سطح مشترک قطعه / وسيله نسبت داده شود ( در شکل ۳ نشان داده شده است ) در سطح مشترک قطعه در ماشين کردن

قديمي ، AE به طور معمول در ناحيه شير اوليه توليد مي شود ( ناحيه شير جلوي ابزار ) و همچنين در شير ثانويه ( ناحيه تماس بين ابزار و قطعه ) و ناحيه شير سومي ( تماس بين سطح ماشين شده و فلونک ) توليد مي شود . در حاليکه در مقياس ماشين کردن قديمي که DOC به طور معمول روي نظم دهها ميکرون و بالاتر مي باشد ، AE به ميزان زيادي با توجه به مالش اصطکاک در سطح مشترک قطعه / ابزار مي باشد که شامل هر دو ناحيه شير ثانويه و سومي مي باشد . به هر حال ، در مقياس دقيق و پائين تر باور مي شود که اکثريت سيگنال AE و توليد آن در ارتباط نوک ابزار با مشخصه هاي ميکروساختاري از قطعه کاري توليد مي شوند مانند فضاهاي خالي ، شمول ها ، مرزهاي قطه و ارتباط بزرگ آن در ناحيه شير مي باشد . ( شکل ۳ ) .

کنترل کردن پوشش چرخ خردکن بر اساس AE :
هم اکنون يک فرايندخردکردن قديمي به توالي پيچيده اي از کارها به جهت شروع کردن توليد روي يک قطعه کار احتياج دارد ، شامل مجموعه تجهيزات ، ماشين کردن نمونه هاي قسمت اوليه ، قط ابزار و کنترل مکرر و تصحيح کردن پارامترهاي فرايند مي باشند . AE مي تواند به عنوان يک وسيله اي براي اتوماسيون کامل از همه اين مراحل عمل کند . به هر حال در خرد کردن ، دو محدوديت اصلي از راه حل هاي کنترل کردن بر اساس AE ، اکسيد شدن سطح RMS و اشباع علائم مي باشند . علي رغم اين محدوديت ها ، AE مي تواند براي بررسي تماس بين سطوح حرکتي خيلي موثر باشد . بخش زير روي يک تحليل AE RMS سريع

تمرکز مي کند و تکنيکي را براي کنترل کردن شرايط چرخ در خرد کردن ترسيم مي کند . يک روش جديد براي فرايند کنترل کردن بر اساس تحليل کوتاه مدت از الگوهاي AE RMS پيشنهاد مي شود . از آنجا که تغييرات AE RMS بعد از يک دوره قابل توجهي از زمان روي مي دهد ، ارزيابي کوتاه مدت مي تواند يک راه حل براي کاربرد قابل اطمينان AE باشد . شکل ۴ يک سيستم پيشنهاد شده اي را نشان مي دهد که انتشار اکوستيک از تماس بين ابزار الماسي و چرخ خرد کن به دست آمد . ( با چرخ خردکن و قطعه کاري در کنترل خرد کردن ) و به يک سطح RMS برگردانده مي شود و به وسيله کامپيوتر با استفاده از يک برد تبديل A/D به

دست آمده است . اندازه دامنه نمونه بستگي به راه حل انتخاب شده در مسير دايره اي از ۶۰ تا ۵۰۰ KHz فرق دارد . يک اندازه نمونه KHz 2 در اين مورد براي کشيدن هر چرخش از چرخ خردکن مورد استفاده قرار گرفته ، که با يک راه حلي از حدود mm5/0 مطابقت مي کند . جهت قادر بودن به اندازه گيري تماس ابزار الماس با هر ذره آن ،محاسبات RMS بايد با استفاده از يک زمان ثابت خيلي سريع انجام شود . زمان ثابت به عنوان متوسط زمان سپري شده براي دو هيتز متوالي بين قطعات درشت و ابزر الماس محاسبه مي شود . اين محاسبات براي شش شبکه انجام و همچنين براي چرخ اکسيد آلومينيوم ساختار L انجام مي گيرد . فاصله متوسط که بين ذره ها اندازه گيري شد در حدود mm38/0 همراه با سرعت خرد کردن m/s45 بود ، بنابراين يک ثابت زماني ms10 يافت شد . اين سيستم مي تواند بر اي راه حل هاي ارزيابي متفاوتي مورد استفاده قرار گيرد شامل :
ارزيابي پوششي : در طول اين عملکرد پوششي ، رابطه بين پوشش دهنده و چرخ خردکن مي تواند به طور اکوستيکي ترسيم شود . کمبود تماس بين ابزار پوششي و چرخ خردکن به عنوان نواحي تاريک در نقشه ظاهر خواهد شد .
ترسيم توپوگرافي : در اين مورد نقشه شبيه به مورد به دست آمده براي عملکرد پوششي مي باشد اما از عمق پوشش برشي نزديک صفر يا با يک اندازه اي نزديک به ضخامت قطعه از شکل افتاده براي عملکرد استفاده مي کند در اين مورد نقشه سطح فعال را از چرخ خرد کننده نشان مي دهد که به معني اين است که سطح که واقع در تماس با قطعه کاري در طول خردکردن مي باشد .
ارزيابي خردکردن : در طول شروع عملکرد خرد کردن ، ارتباط بين چرخ خردکننده و قطعه کاري مي تواند ارزيابي شود . در اين مورد يک نقشه متفاوت به دست مي آيد که يک محور زمان خرد شدن مي باشد و ديگري متوسط انرژي اکوستيک را در کل طول چرخ در ميان پرامترش نشان مي دهد .
ترسيم کردن توپوگرافي چرخ خرد کننده :
شکل ۵ يک خروجي را از سيستم ترسيم اکوستيک نشان مي دهد زماني که در طول يک طريقه عمل ترسيمي توپوگرافيکي استفاده شده است ، مسيرهاي عمودي و افقي به ترتيب پيرامون و عرض چرخ را با يک راه حل قسمتي از mm2 مي باشند .عمق ارتباط بين ابزار الماس و چرخ خرد کننده استفاده شده mm1 بود ( در دامنه تماس الاستيک ) شدت رنگ ، اندازه انتشار اکوستيک RMS اندازه گيري شده از ارتباط بين ابزار پوششي و ذره هاي زبر را نشان مي دهند .

نواحي تيره تر با انرژي اکوستيک پايين تر مطابقت يافته که به وسيله حس گر کشف شده است . مارک به نشان L مانند در سطح چرخ به جهت ارزيابي عملکرد سيستم ايجاد مي شود . نواحي تيره ،نواحي پوشيده شده با چرخ را نشان مي دهد که ابزار پوششي و ارتباط پايين تر با خرده هاي زبر مي باشد . مهمترين پوشش عمودي پيوند يافته روي سمت چپ در نتيجه عملکرد خرد کننده بوده که با قطعه کاري نشان داده شده در شکل a8 ساخته شده است . در اين شکل مارک L توليد شده روي سطح چرخ و يک تصوير بزرگنمايي شده از ارائه آن در نقشه گرافيکي AE نشان داده مي شود .

مکانيسم پوشش چرخ :
شکل ۶ دو آزمايش را براي توضيح دادن تأثير پوشش چرخ و رفتار آن در نقشه AE ارائه مي کند .هر بند در گراف يک چرخه خردکن تنها يا يک قطعه کار تنها را در يک خط توليد از ترکيبات اتوماتيو را نشان مي دهد . مواد قطعه کاري ، اينکونل و چرخ خردکن يک درجه سختي زياد و تخصيص اکسيد آلومينيوم هم کم داشته است ( DR A.RV ) آزمايش دوم يک شروع عملکرد خردکن از فولاد : AISI 434 سخت شده با استفاده از چرخ خرد کننده اکسيد آلومينيوم سفيد بود (AA 60 GV

) . تصوير ترکيبي از چندين ترسيم در شکل ۶ ، دو نوع متفاوت از عملکرد پوشش چرخ را نشان مي دهد . در اولين آزمايش الگوي ثابت اطراف چرخ نشان مي دهد که آن خرده ها را از دست نمي دهد . در دومين آزمايش ،تغيير شکل ها بر اين دلالت مي کنند که چرخ واقعاً خرده ها را از دست مي دهد . اين نتايج با چک کردن اندازه قطعه کاري تصديق مي شوند .

کنترل آسياب بر اساس AE :
سيستم ترسي گرافيکي AE RMS سريع استفاده شده براي کنترل کردن کار AE براي خردکردن نيز براي کنترل کردن فرايند آسياب کردن نيز مورد استفاده قرار مي گيرد . کار قبلي که به وسيله دي و دورنفلد يک ميزان بالايي از حساسيت سيگنال AE را براي مکانيسم شکل گيري قطعه افرادي در آسياب کردن ايجاد کرده است ، همراه با گوناگوني مشخص شده و مشاهده شده در سيگنال AE ( در طول تکنيک هاي فرايندي سيگنال اختلاف زمان ) همراه با مراحل مختلف از فرايند

شکل گيري قطعه با افزايش مشخصي در سيگنال AE مشاهده شده روي شروع شکل گيري قطعه ( با توجه به تأثير اوليه از وارد شدن با قطعه کاري ) و خروج وارد شده از قطعه کاري مي باشد ( شکل a7 را ببينيد ) . در کار کنترل کردن آسياب ،يک کشف ROMI سه محوري با مرکز آسياب کردن CNC همراه با حس گر AE مي باشد که به طور مستقيم به قطعه کاري چسبيده است . سيگنال AE RMS در طول يک عملکرد ماشيني معمول جمع آوري شده است ( ۶ برنده ورودي

RPM 200 mm1/0 Doc محوري mm2/0 ) در روش ممتد مشابه براي تکنيک و پارامترهاي سيستم DAQ استفاده شده در تکنيک کنترل کردن خرد کردن مي باشد . هر اطلاعات عمودي که در شدت AE RMS مي باشد در شکل b7 مطابقت يافته با يک چرخش دسته ، ترسيم شده است همراه با يک اسپايک مشخص در AE تنها مي باشد که با توجه به تماس اوليه از ورودي با قطعه کاري اتفاق مي افتد ( شبيه به همان است که در شکل a7 ديده شده است ) چرخش هاي اضافه دسته در طول محورهاي افقي نشان داده شده است ، يک کلي در حدود ۲۰۰ چرخشي در ترسيم شديد مي باشد .