background image

 

 

1

 

AUMON 

 

I Wstęp, zużycie i trwałośd ostrza 

1.  Zjawiska powodujące zużycie ostrza 

Ścieranie mechaniczne, adhezja, dyfuzja, odkształcenia plastyczne, utlenianie, zużycie 
wytrzymałościowe (wykruszenia, wyłamania, pęknięcia) 

 

2.  Dyfuzja przy skrawaniu stali narzędziem z węglików spiekanych 

Przy obróbce (szczególnie z dużą prędkością) następuje dyfuzja. W jej wyniku następuje rozkład 
węgliku wolframu i powstają złożone związki żelaza, wolframu i węgla. Np. F3W3C Do 
przedmiotu przechodzi Fe C Co a po stronie ostrza kobalt TiC-WC. 

3.  Formy wytrzymałościowego zużycia ostrza 

Pęknięcia, wyłamania, wykruszenia. Pęknięcia ostrza występują z reguły przy obróbce 
przerywanej, gdy ostrze narażone jest na wielokrotne, częste uderzenia mechaniczne i cieplne. 
Zmęczenie mechaniczne powoduje powstawanie pęknięd równoległych do krawędzi, zaś cieplne 
– prostopadłych. Z upływem czasu oba pęknięcia łączą się i powodują wyłamanie otoczonego 
przez nie segmentu a następnie znacznego fragmentu ostrza. Drobne wykruszenia krawędzi 
powstają w wyniku miejscowego przekroczenia wytrzymałości doraźnej ostrza. Zmiany geometrii 
powodują wzrost obciążenia, a więc zwiększoną podatnośd na zużycie oraz kolejne wykruszenia. 
Wyłamanie ostrza powstaje z podobnych przyczyn co wykruszenie, z tą różnicą, że jest znacznie 
większe. Przy wyłamaniu następuje chwilowy spadek siły skrawania, ponieważ następuje 
odsunięcie krawędzi skrawającej od materiału. Przy wykruszeniu następuje gwałtowny wzrost siły 
skrawania, ponieważ krawędź skrawająca zostaje stępiona. Spalenie ostrza powstaje w wyniku 
wzrostu temperatury skrawania spowodowanym nadmiernym zużyciem ostrza. Następuje 
odpuszczenie materiału ostrza i ścięcie wierzchołka. 

4.  Bezpośrednie i pośrednie wskaźniki zużycia ostrza, zakres ich stosowania 

background image

 

 

2

 

Bezpośrednie – geometryczne miary zużycia stosowane w laboratoriach. Wyróżnia się 3 
podstawowe: krater na powierzchni natarcia(K=KT/KM), zużycie wrębowe(VBc, VBb, VBmax, 
VBn), starcie powierzchni przyłożenia(KE). Pośrednie wskaźniki zużycia to zmiany wielkości 
fizycznych spowodowane zużyciem ostrza, na podstawie których można ocenid to zużycie. 
Zaliczamy do nich chropowatośd powierzchni obrobionej, kształt i kolor wióra, siły skrawania, 
drgania i hałas, emisję akustyczną, temperaturę w strefie skrawania i szereg innych 
odpowiednich dla danych warunków skrawania. 

5.  Okres trwałości ostrza, kryterium trwałości i jego dobór 

Czas skrawania do stępienia ostrza nazywamy okresem trwałości ostrza T.  Kryterium trwałości 
ostrza jest to dopuszczalna(krytyczna) wartośd zużycia ostrza lub jego wykruszenie , wyłamanie. 
Dobór kryterium zależy od wielu czynników. Powinno jak najlepiej charakteryzowad  stan 
nieprzydatności  narzędzia do dalszej pracy. Powinno byd tez w danych warunkach możliwe do 
określenia. W zależności od przypadku różne są kryteria doboru(laboratorium - określona 
wartośd wybranego wskaźnika zużycia (bezpośredniego) lub kombinacja takich wartości; 
produkcja jednostkowa – człowiek sprawdza, może to byd kolor i kształt wióra, piski narzędzia, 
stan powierzchni, doświadczenie operatora; produkcja seryjna – czas, liczba sztuk; 
zautomatyzowane systemy wytwarzania – wskaźniki pośrednie (mierzone przy użyciu 
odpowiednich czujników). 

6.  Losowy charakter zużycia i trwałości ostrza, współczynnik zmienności 

Zużycie ostrza jest wielkością losową, to znaczy, że kolejne ostrza pracujące w tych samych 
warunkach skrawania zużywają się nieco inaczej i ulegają stępieniu po rożnym czasie. Liczne 
występowanie przedwczesnych, zwłaszcza katastroficznych stępieo ostrza, prowadzące do 
niesymetryczności rozkładu świadczy o źle dobranych warunkach pracy. Współczynnik 

zmienności  

  jest ważną miarą jakości narzędzi i doboru warunków skrawania. Dla 

właściwych warunków nie większy niż 0.15. 

7.  Niezawodny okres trwałości ostrza – zdefiniowad, podad wzory 

 

Jest to taki założony czas, przed upływem którego nie występowało stępienie ostrza (z pewnym 
prawdopodobieostwem). 

 

background image

 

 

3

 

8.  Określanie kooca trwałości ostrza 

Laboratorium – określona wartośd wybranego wskaźnika bezpośredniego zużycia lub kombinacja 
takich wartości, mikroskop; produkcja jednostkowa – człowiek sprawdza, może to byd kolor i 
kształt wióra, piski narzędzia, stan powierzchni, doświadczenie operatora; produkcja seryjna – 
czas, liczba sztuk; zautomatyzowane systemy wytwarzania – wskaźniki pośrednie: drgania i hałas, 
siła skrawania, emisja akustyczna. 

9.  Zależnośd T(vc) – wyprowadzid wzór Taylora 

 

 

 

 

 

10. Zależnośd T(vc, ap, f), okresowa prędkośd skrawania 

                                   

     

 

11. Dobór parametrów skrawania 

background image

 

 

4

 

Wydajnośd objętościowa Q=f*a*Vc;  głębokośd skrawania największa jaka możliwa (uwaga na 
moc obrabiarki, oraz sztywnośd OPUN)  lub równa naddatkowi; posuw jak największy 
możliwy(uwaga jak wyżej) oraz na wpływ chropowatości powierzchni obrobionej Rt=f^2/8re; 
prędkośd skrawania odpowiadająca przyjętemu okresowi trwałości ostrza dla dobranych f i ap 
Vc= C

VT

*f^Yv*ap^Xv 

12. Zadania układów AUMON 

Diagnozowanie stanu narzędzi skrawających, w tym: wykrywanie KSO, diagnostyka zużycia ostrza 
(wykrywanie kooca okresu trwałości); wykrywanie nadmiernych drgao;  wykrywanie kolizji; 
inne(diagnostyka postaci wióra, wykrywanie narostu, powstawania zadziorów, wykrywanie 
brakującego narzędzia lub przedmiotu). 

13. Co to jest kolizja, jej przyczyny i skutki 

Kolizja jest to niepożądane zderzenie zespołów obrabiarki, narzędzia lub przedmiotu 
spowodowane ich wzajemnymi przemieszczeniami. Przyczyny powstawania kolizji: -błędy w 
programie NC, -błędy w obsłudze, -nieprawidłowe wprowadzenie wymiaru narzędzia, -awaria 
układu sterowania NC, -ustawienie i zerowanie obrabiarki, -nieprawidłowe wymiary przygotówki. 
Około 70% wszystkich kolizji spowodowane jest przez błąd człowieka. Skutkiem może byd 
zniszczone narzędzie lub przedmiot obrabiany a także czasem np. imak narzędziowy. 

14. Struktura logiczna układu nadzoru narzędzia i PS 

Strefa skrawania-> wielkości fizyczne-> czujniki-> sygnały-> przetwarzanie sygnałów (filtry, RMS, 
FFT, statystyka)-> miary sygnałów-> integracja miar, diagnoza-> rozkaz-> akcja! 

15. Struktura sprzętowa układu nadzoru narzędzia i PS 

Czujniki-> układ wstępnego przygotowywania sygnału (wzmacniacze sygnałów)-> układ 
interpretacji  sygnałów (np. komputer)-> sterowanie procesem na podstawie wyników np. 
sterowanie CNC. 

 

II Wielkości fizyczne wykorzystywane w AUMON 

1.  Diagnostyka stanu narzędzia metodami bezpośrednimi 

Do metod bezpośrednich zaliczamy pomiar radioaktywności (czujniki promieniowania używane 
do oceny ubytku masy ostrza, kłopotliwe ze względu na BHP; pokrycie ostrza cząstkami 
radioaktywnymi i mierzenie spadku radioaktywności), oporu elektrycznego (wyłącznie metoda 
laboratoryjna ze względu na długie przygotowywanie ostrza), temperatury sił skrawania i siły 
termoelektrycznej (zużycie ostrza powoduje wzrost sił i mocy skrawania oraz tarcia co zwiększa 
jego temperaturę), wymiarów przedmiotu obrabianego, odkształceo i przemieszczeo (w wyniku 
zużycia narzędzia ulega zmianie głębokośd skrawania, a wraz z nią wymiar przedmiotu 
obrabianego lub odległośd imaka narzędziowego od powierzchni obrobionej), obrazu narzędzia 
(analiza obrazu powierzchni ostrza, która ulega zużyciu), położenia krawędzi skrawającej 
(laserowe lub dotykowe układy pomiarowe, służące do dokładnego określania położenia 

background image

 

 

5

 

krawędzi skrawającej w układzie współrzędnych obrabiarki), chropowatości powierzchni 
obrobionej (zużywaniu się narzędzia towarzyszy wzrost chropowatości powierzchni obrobionej, 
metody optyczne lub laserowe). Przy diagnostyce bezpośredniej często używa się sond 
dotykowych, czujników optycznych i laserowych itp. (w zależności od metody). 

2.  Zależnośd sił skrawania od zużycia ostrza 

Aby prawidłowo monitorowad stan zużycia ostrza przy pomiarze sił skrawania należy wybrad 
sygnały tych sił, które najbardziej odzwierciedlają stan ostrza. Możliwe są warianty: siła 
posuwowa
 (najbardziej skorelowana ze zużyciem ostrza);  stosunek siły posuwowej do siły 
głównej Ff/Fc (stosując taki stosunek możemy zredukowad wpływ przypadkowej zmiany 
głębokości warstwy skrawanej z uwagi na małą wrażliwośd siły Fc na zużycie ostrza, ale dośd silnie 
powiązaną z parametrami skrawania); stosunek sumy sił posuwowej i odporowej do siły głównej 
(ff+fp/fc) przy czym dodatkowe zastosowanie siły odporowej Fp daje dokładniejsze rezultaty z 
uwagi na jej wrażliwośd na zużycie ostrza. 

3.  Wpływ KSO na przebieg sił przy frezowaniu 

Gdy nastąpi KSO podczas frezowania nie zniszczą się jednocześnie wszystkie ostrza. Będziemy 
obserwowali wzrost sił skrawania na tych ostrzach, które są zużyte, a inne będą działały 
prawidłowo. 

4.  Przebieg sił skrawania przy wykruszeniu ostrza 

Przy wykruszeniu nastąpi gwałtowny wzrost siły posuwowej Ff i odporowej Fp (trochę mniej 
wrażliwa na wykruszenie). Związane jest to, z nagłą stratą ostrości ostrza. Siła główna często jest 
niezmienna lub może minimalnie rosnąd. 

5.  Przebieg sił skrawania przy wyłamaniu ostrza 

Podczas wyłamania następuje gwałtowny spadek siły odporowej Fp oraz posuwowej Ff. Jest to 
spowodowane skróceniem narzędzia i gorszym ,,stykiem’’ z przedmiotem obrabianym .  Siła 
główna prawie się nie zmienia. 

6.  Emisja akustyczna – co to jest, jej źródła w PS 

Emisja akustyczna to zanikająca fala sprężysta, będąca efektem gwałtownego wyzwolenia energii 
nagromadzonej w materiale przez propagujące mikro uszkodzenia (wzrost mikro szczelin, 
dyslokacje) w materiale. Jej źródła w PS to: ścinanie i plastyczna deformacja materiału 
obrabianego, pękanie materiału obrabianego i narzędzia, tarcie pomiędzy materiałem 
obrabianym, narzędziem i wiórem, uderzenia i pękanie wiórów. 

7.  Demodulacja AE – co to jest, jak się robi, do czego służy 

Formy demodulacji: uśrednienie lub wyznaczanie wartości skutecznej. Demodulacja jest to 
pewna zmiana otrzymanego sygnału tak, aby w łatwy sposób można było go zarejestrowad i 
interpretowad. 

8.  Przebieg AE w trakcie wybuchu 

background image

 

 

6

 

W trakcje wybuchu amplituda sygnału akustycznego gwałtownie skacze. Po chwili stopniowo 
spada (zanika).  Jej przebieg jest tożsamy z przebiegiem zanikającej fali sprężystej. 

9.  Zastosowanie AE przy mikroobróbkach 

Główną zaletą stosowania AE w mikroobróbce w porównaniu do czujnika siły/wibracji jest to, że 
daje bardzo dobry stosunek sygnału do zakłóceo (singal/noises) dla małych warstw skrawania (od 
prawie 10^-3 do 10^-1). Stosowanie czujników siły/wibracji jest lepsze dla warstw skrawania od 
10^-1 do 10^1. 

10. Wpływ łamania wióra na przebieg sygnału AE 

Dzięki AE podczas łamania wióra możemy monitorowad  postad naszego wióra, a w związku z tym 
zużycie narzędzia. Podczas gdy wiór nie jest łamany (jest spiralny rurkowy) nie następuje łamanie 
i nie ma AE. Analogowa wartośd skuteczna sygnału AE jest przekształcana do postaci cyfrowej, 
która wyraźnie identyfikuje zakłócenia w łamaniu wióra. 

 

III Czujniki stosowane w układach AUMON 

1.  Czujniki (mierzone wielkości fizyczne) w układach DNiPS w zależności od typu obrabiarki 

Dla różnych obrabiarek zalecany jest inny typ czujnika:  tokarka (odkształcenia elementu 
obrabiarki, sił jednoosiowy, sił trójosiowy); tokarka z narzędziem obrotowym (takie same jak dla 
tokarki + czujnik mocy); centrum obróbkowe (mocy); szlifierka (mocy, AE); prasa(sił jednoosiowy, 
drgao); wiercenie/frezowanie duże średnice (mocy, drgao); wiercenie/frezowanie małe średnice 
(mocy, momentu skręcającego, AE); gwintowanie (momentu skręcającego); 
wiercenie/rozwiercanie wielowrzecionowe (momentu skręcającego); gwintowanie 
wielowrzecionowe (momentu skręcającego, AE); nacinanie uzębieo (mocy, drgao). 

2.  Przemysłowe czujniki mocy silnika, zakres stosowania, zakłócenia 

Moc silnika jest wprost proporcjonalna do obciążenia silnika, natomiast prąd jest funkcją 
kwadratową. Przemysłowe czujniki podłączane są pomiędzy zasilaniem a silnikiem obrabiarki. 
Zastosowanie czujników mocy np. przy wierceniu zależne jest od mocy silnika i średnicy wiertła, a 
także od tego czy silnik jest wysokiej jakości. Przy użyciu czujnika mocy silnika istnieje wiele 
możliwości zakłóceo: w strefie skrawania (przedmiot obrabiany, chłodziwo, warunki skrawania, 
poprzednie operacje, narzędzie), we wrzecionie (temperatura, odkształcenia cieplne, tarcie 
działające na łożysko, masa bezwładna wrzeciona), w skrzynce prędkości (temperatura, tarcie), w 
silniku (straty elektryczne, tarcie), w układzie sterowania (charakterystyka pętli sprzężenia, 
zakłócenia z sieci). Pomiar mocy zawiera informacje z całego układu, a nie ze strefy skrawania. 
Jest to metoda stosunkowo łatwa i tania do zastosowania. Czujnik mocy mierzy moc silnika 
napędu głównego lub posuwowego bezpośrednio na podstawie napięcia i natężenia. Natężenie 
jest mierzone za pomocą 1-3 czujników Halla. Metoda daje ogólnie mało zadowalające wyniki, 
ponieważ moc jest proporcjonalna do głównej siły skrawania – mało wrażliwej na zużycie ostrza. 

3.  Czujniki odkształceo elementów obrabiarki 

background image

 

 

7

 

Czujniki te działają na zasadzie elementu piezoelektrycznego.  Podstawową zasadą działania jest 
pośredni pomiar sił. Mierzymy odkształcenia sprężyste elementów obrabiarki.  Czujnik 
montujemy na mocno obciążonym elemencie, przy czym obciążenie powinno byd bezpośrednio 
zależne od siły skrawania. Musimy zamocowad czujnik z odpowiednim napięciem wstępnym.  
Stosujemy je zwłaszcza do wykrywania kolizji. Kołki pomiarowe oraz RetroBolt. RetroBolt – 
czujnik sił działających na śrubę mocującą, kołki pomiarowe – mierzą quasi-statyczne i 
dynamiczne odkształcenia elementów obrabiarki: prostopadłe lub równoległe, przenosząc 
znikomy procent obciążenia. 

4.  Zakłócenia sygnału siły posuwowej z czujnika w oprawie łożyska śruby tocznej 

Czujnik siły posuwowej montowany jest w oprawach łożysk wałków, śrub pociągowych lub 
wrzecion. Jest kompromisem miedzy dokładnością a łatwością instalacji. Zbudowany jest z dwóch 
współosiowych pierścieni. Istnieje wiele możliwości zakłóceo. Przed rozpoczęciem skrawania 
przeprowadza się tarowanie czujników, czyli pomiar aktualnej wartości sygnału, która odpowiada 
zerowej sile skrawania.  Zakłócenia sygnału: zmiennośd sygnału Ff w czasie ruchu jałowego 
(przyczyna: sam czujnik siły – współpraca pary śruba toczna – łożysko pomiarowe); przebieg 
sygnału Fp na początku skrawania (drgania wykresu i spadek siły Fp)( przyczyna:  nie dośd szybkie 
uwolnienie się napięd w łaocuchu kinematycznym); zmiennośd sygnału siły Ff w czasie skrawania 
ze stałymi parametrami (przyczyna: gromadzenie się napięd w łaocuchu kinematycznym posuwu). 

5.  Przemysłowe czujniki sił skrawania – budowa, zasada montażu 

Mogą byd jedno-, dwu- i trzy-składowe. Instaluje się je tak, żeby przenosiły niewielka częśd 
obciążenia (do 10%). Zalecane są 3 główne konfiguracje montażu: płyta pomiarowa (precyzyjna 
podkładka montowana miedzy zespołami obrabiarki. Zawiera 1 lub 2 przetworniki i musi byd 
instalowana na drodze przenoszenia siły. Płyty pomiarowe zapewniają najdokładniejszy pomiar 
sił, są jednak czasem trudne do zainstalowania w istniejących obrabiarkach); wnęki (umożliwiają 
łatwiejszą instalację niż płyta pomiarowa, czujnik jest montowany w precyzyjnie wykonanej 
wnęce na połączeniu śrubowym; jego obciążenie wstępne uzyskuje się dzięki dopasowywaniu 
grubości podkładki, która wraz z grubością czujnika przekracza o około 15 mikronów wysokości 
wnęki); trzecie rozwiązanie (jest podobne do poprzedniego ale zamiast podkładki występuje 
nastawny klin. Unika się dzięki temu dopasowywania podkładki kosztem nieco większej wnęki i 
samego klina, oraz można montowad czujnik bezpośrednio w elemencie obrabiarki a nie na 
połączeniu). 

6.  Porównanie sygnałów sił z laboratoryjnego i przemysłowego siłomierza 

Przy użyciu laboratoryjnego siłomierza parametr głębokości zużycia VB=VB(Ff,ap) lub 
VB=VB*Ff,ap(Fc,f)+. Zauważamy, ze siła Fc nie jest w ogóle zależna od zużycia ostrza. Przy użyciu 
siłomierza przemysłowego można zauważyd, ze siła skrawania Fc jest dośd mocno zależna od 
zużycia. Wynika to ze sprzężeo skośnych niedoskonałego układu pomiarowego, czyli z wpływu 
siły Ff na sygnał Fc. Otrzymane wyniki wskazują zatem, że czujnik przemysłowy nie zawsze może 
byd użyty w taki sam sposób jak laboratoryjny. Tutaj parametr VB może byd określony wzorem 
VB=VB(Ff,ap). 

7.  Czujniki momentu i siły osiowej 

background image

 

 

8

 

Bardzo dobre wyniki w monitorowaniu gwintowników i wierteł można uzyskad dzięki specjalnym 
oprawkom narzędziowym. Czujnik momentu może byd wykorzystywany do monitorowania 
zużycia i KSO, wykrywania braku skrawania, błędów głębokości gwintowania, zbyt dużej lub malej 
średnicy gwintowanego otworu, uszkodzenia lub braku gwintownika. Czujnik taki zbudowany jest 
z rotora, oprawki, tensometrów oraz statora. Stator montowany jest 5mm od rotora i służy do 
zasilania i odbioru sygnału. Przykładem takiego czujnika może byd magnetostrykcyjny czujnik sil i 
momentów. Innym przykładem czujnika momentu i siły jest czujnik prądów wirowych do 
monitorowania procesów wiercenia. Zaletą jest to, że umożliwia pomiar momentu skręcającego 
bez przebudowy struktury mechanicznej obrabiarki, mogącej zredukowad jej sztywnośd. Są 
również dostępne bardzo dobre cztero-składowe dynamometry obrotowe mierzące trzy 
składowe siły skrawania i moment na obracającym się wrzecionie, ale ich koszt wynosi około 
30000USD. 

8.  Przemysłowe czujniki drgao i AE 

Przemysłowe czujniki AE przystosowane są do trudnych warunków panujących w strefie 
skrawania. Większośd czujników przeznaczonych jest do odbioru sygnałów AE z powierzchni 
obrabiarki. Budowa: przetwornik wykonany jest z materiału piezoelektrycznego, zwykle 
ceramicznego. Czułośd i charakterystyka rezonansowa przetwornika zależy od jego wymiarów 
geometrycznych i od rodzaju materiału. Płaską charakterystykę uzyskujemy dzięki starannemu 
odizolowaniu przetwornika od obudowy, przez co unika się oddziaływania niepożądanych 
rezonansów czy pasmowych wytłumieo sygnału. Inne podjęcie polega na odbiorze sygnałów AE 
przez strumieo chłodziwa, który może byd skierowany bezpośrednio na narzędzie lub PO. Zaletą 
jest zbliżenie się do strefy skrawania. Używamy jej, gdy liczne połączenia zakłócają przekazywanie 
sygnału lub gdy sygnał jest zakłócony przez sygnał pochodzący od innych narzędzi. Sygnał może 
byd zakłócony przez bąbelki powierza w strumieniu chłodziwa. 

9.  Badanie charakterystyki czujnika AE metodą Nilsena Hsu 

Metoda polega na łamaniu grafitu ołówkowego. Proces łamania może byd źródłem wzorcowych 
sygnałów AE pod warunkiem, że zostanie przeprowadzony według ścisłej procedury. Zalecane są 
grafity firmy Pentel o d=0,5mm i twardości 2H. Proces wykonujemy przy pomocy tulei z teflonu. 
Czujnik zamieszczony jest na gładkiej płycie o określonych wymiarach i w odległości 50mm od 
niego łamany jest grafit. Można przyjąd, że widmo zarejestrowanych drgao z przybliżeniem 
oddaje charakterystykę amplitudową czujnika wraz z całym torem przenoszenia sygnału. 

10. Wpływ drogi sygnału AE na jego charakterystykę i przebieg 

Im droga większa tym bardziej sygnał AE jest słaby. Najlepszy wynik uzyskamy przy pomiarze 
bezpośrednim (w jednej płaszczyźnie). Przechodzenie sygnału przez połączenia osłabia sygnał i 
należy wtedy dostosowad wzmocnienie (należy uważad na przeregulowanie). 

 

IV Przetwarzanie sygnałów w AUMON – obróbka wstępna, dziedzina czasu 

1.  Zadania przetwarzania sygnałów w AUMON 

background image

 

 

9

 

Wstępna obróbka sygnałów (filtrowanie, przetwarzanie A/C (próbkowanie, wyznaczanie wartości 
skutecznej, obliczenia wartości średniej, analiza widmowa, analiza statystyczna itd.)); rejestracja i 
wyznaczanie miar sygnałów; transformacja do dziedziny częstotliwości (FFT, STFT, WT); wybór 
miar. 

2.  Wstępna obróbka sygnału w układach AUMON 

 

Wstępne wzmocnienie: 

 

Filtrowanie górno- i dolno-przepustowe: 

 

Pasma przepustowe i zaporowe: 

background image

 

 

10

 

 

Obszary przejściowe: 

 

Próbkowanie 

Sprowadzenie sygnału AE do niskoczęstotliwościowego przez modulację (bez wyznaczania miar 
AE) 

3.  Przetwarzanie A/C, aliasing 

Przetwarzanie A/C: 

 

background image

 

 

11

 

Aliasing (częstotliwośd próbkowania): 

 

4.  Filtry o skooczonej i nieskooczonej odpowiedzi impulsowej 

Filtry o skooczonej odpowiedzi impulsowej: 

 

 

Filtry o nieskooczonej odpowiedzi impulsowej: 

background image

 

 

12

 

 

5.  Charakterystyka podstawowych filtrów o nieskooczonej odpowiedzi impulsowej 

Filtr Butterwortha: 

 

Maksymalnie płaski w paśmie przenoszenia – najmniejsze zniekształcenia sygnału 

 

Dośd powolny spadek wzmocnienia w paśmie przejściowym 

 

Filtr ogólnego stosowania 

 

Filtr Czebyszewa I: 

 

Zoptymalizowany dla najszybszego spadku wzmocnienia w paśmie przejściowym 

 

Zafalowania w paśmie przepustowym 

 

Stosowad, gdy ważny jest szybki spadek wzmocnienia i brak zafalowao w paśmie 
zaporowym 

 

Filtr Czebyszewa II: 

 

Zoptymalizowany dla najszybszego spadku wzmocnienia w paśmie przejściowym 

 

Zafalowania w paśmie zaporowym 

background image

 

 

13

 

 

Stosowad, gdy ważny jest szybki spadek wzmocnienia i brak zafalowao w paśmie 
przepustowym 

 

Filtr eliptyczny: 

 

Najszybszy spadek wzmocnienia w paśmie przejściowym 

 

Zafalowania w paśmie przepustowym i zaporowym 

 

Stosowad, gdy ważny jest szybki spadek wzmocnienia 

 

Filtr Bessela: 

 

Najbardziej liniowa charakterystyka fazowa 

 

Bardzo powolny spadek wzmocnienia w paśmie przejściowym 

 

Stosowad, gdy ważny jest czasowy przebieg sygnału 

 

6.  Porównanie filtrów o skooczonej i nieskooczonej odpowiedzi impulsowej 

FIR 

IIR 

wymagają więcej współczynników 

wymagają mniej współczynników 

działają wolniej 

działają znacznie szybciej 

potrzebują więcej pamięci 

potrzebują mniej pamięci 

są łatwiejsze do projektowania i zastosowania 

rekurencyjna natura filtrów IIR sprawia, że są 

trudniejsze do projektowania i zastosowania 

background image

 

 

14

 

mają liniową fazę – należy je stosowad gdy jest 

to ważne 

przesunięcie fazowe jest nieliniowe, stąd filtry te 

mogą byd stosowane tam, gdzie nie jest to 

istotne, np. w monitorowaniu 

są stabilne z natury, odporne 

na błędy zaokrągleo 

mogą byd niestabilne, błędy 

zaokrągleo się kumulują 

 

7.  Wybór typu filtru 

 

8.  Typowe przygotowanie sygnału AE 

 

9.  Potrzeba wstępnego filtrowania sygnału AE 

Niezbędne górno-przepustowe filtrowanie sygnałów AE musi byd wykonywane na możliwie 
wczesnym etapie obróbki tego sygnału. 

Wstępny (buforujący) stopieo wzmocnienia powinien byd jak najsłabszy, aby nie występowało 
przesterowanie sygnału. 

Przy korzystaniu ze zdemodulowanej postaci sygnału należy koniecznie upewnid się, czy przed 
demodulacją nie był on zniekształcony. Przesterowanie wzmacniacza (po filtrowaniu) jest łatwe 
do rozpoznania w przebiegu sygnału oryginalnego jako jego nasycenie („obcięcie” od góry i od 
dołu). Przesterowanie przedwzmacniacza sygnałami o niskiej częstotliwości (przed filtrowaniem), 
po filtrowaniu objawia się charakterystycznymi spadkami amplitudy sygnału do zera. W 
przypadku wysokich częstotliwości przesterowanie przedwzmacniacza jest praktycznie 
niewykrywalne. 

background image

 

 

15

 

10. Możliwe zakłócenia sygnału AE w trakcie jego wstępnego przetwarzania analogowego 

Niezrozumiałe, krótkotrwałe spadki amplitudy do zera - zniekształcenie spowodowane przez 
aparaturę pomiarową, a nie rzeczywisty przebieg sygnału. 
Chwilowe zaniki amplitudy - przesterowanie wzmacniacza. 
Stałe przesterowanie wzmacniacza składowymi o niskich i wysokich częstotliwościach. 

11. Podstawowe miary sygnałów w dziedzinie czasu 

 

 

 

12. Wykorzystanie stosunków składowych sił skrawania do diagnostyki zużycia ostrza 

background image

 

 

16

 

 

13. Miary sygnału AE 

 

14. Wykrywanie KSO na podstawie analizy rozkładu β AE

rms

 

 

background image

 

 

17

 

 

15. Podstawy i zastosowanie analiza głównych składowych w AUMON 

PCA (Principal Komponent Analysis) to jedna ze statystycznych metod analizy czynnikowej. 

Zbiór danych składający się z N obserwacji, z których każda obejmuje K zmiennych, można 
interpretowad jako chmurę N punktów w przestrzeni K wymiarowej. np. pomiary 2 składowych sił 
skrawania – zmienne Fx i Fy. 

PCA polega na takim obrocie układu współrzędnych który maksymalizuje wariancję pierwszej 
współrzędnej, następnie wariancję drugiej współrzędnej, itd.… 

Przekształcone wartości współrzędnych nazywane są ładunkami wygenerowanych czynników 
(składowych głównych). 

Uzyskana nowa przestrzeo obserwacji, w której najwięcej zmienności wyjaśniają początkowe 
czynniki (składowe główne). 

Zastosowanie: 

 

background image

 

 

18

 

16. Podstawy i zastosowanie analiza widma osobliwego w AUMON 

SSA (Singular Spectrum Analysis SSA) to nowa technika nieparametrycznej analizy szeregów 
czasowych 
Rozkłada sygnał na sumę trzech niezależnych składowych: 

 

wolnozmienny trend reprezentujący lokalną średnią 

 

różnicę między sygnałem a średnią (składową oscylacyjną) 

 

szum pozbawiony jakiejkolwiek struktury 

Te trzy składowe traktuje się jak nowe sygnały i wyznacza z nich omówione poprzednio 
podstawowe miary (np. średnią, wariancję, RMS, skośnośd, kurtozę itd.) 

Zastosowanie: diagnostyka zużycia ostrza przy toczeniu oparta na SSA sygnałów drgao w 2 
kierunkach. 

17. Podstawy i zastosowanie entropii permutacji w AUMON 

 

Zastosowanie: Wykrywanie KSO przy frezowaniu w oparciu o pomiary prądu silnika. 

 

V Przetwarzanie sygnałów w AUMON – dziedzina częstotliwości, wybór miar 

1.  Charakterystyka i przykłady sygnałów stacjonarnych 

Sygnały stacjonarne mają charakterystyki widmowe stałe w czasie. 

Deterministyczne – chwilowa wartośd sygnału w dowolnej chwili jest przewidywalna (np. 
współpracujące koła zębate) 

Losowe – widmo bez wyraźnych maximów, w pewnym zakresie płaskie (np. deszcz padający na 
parasolkę).  Wartości przypadkowe, wartośd chwilowa nieprzewidywalna. 

background image

 

 

19

 

 

2.  Charakterystyka i przykłady sygnałów niestacjonarnych 

Sygnały niestacjonarne mają zmienne charakterystyki widmowe. 

Ciągłe – podobne do sygnałów przejściowych i losowych (np. młot pneumatyczny) 

Przejściowe – impuls mechaniczny jest krótkotrwałym wybuchem energii (np. uderzenie 
młotkiem o kowadło) 

 

W sygnałach niestacjonarnych składowe widmowe mogą się pojawiad i zanikad, dlatego do ich 
opisu potrzebna jest charakterystyka czasowo-częstotliwościowa. 

3.  Istota transformaty Fouriera 

Transformata Fouriera to iloczyn obustronnie nieskooczonych sygnałów. 

 

Wykorzystuje funkcje Eulera (sinusoidy) jako podstawowe elementy składowe. Sinusoida o każdej 
częstotliwości jest mnożona przez cały sygnał (porównywana z sygnałem). 

 

background image

 

 

20

 

4.  Dyskretne przekształcenie Fouriera 

 

5.  Wpływ KSO na widmo sygnału siły skrawania przy frezowaniu 

 

 

 

 

Przed KSO 

 

 

 

Po KSO 

6.  Miary sygnałów oparte na transformacie Fouriera 

Bezpośrednie wykorzystanie wartości współczynników  DFT X*m+ jest niepraktyczne – jest ich 
wiele, energia przepływa między sąsiednimi prążkami.  

Zwykle stosuje się wyznaczanie miar widma Fouriera, np.: amplitudy dominujących prążków, moc 
sygnału w wybranych pasmach, energia w pasmach, miary statystyczne spektrum (średnia 
częstotliwośd, wariancja, skośnośd, kurtoza), częstotliwośd najwyższego prążka. 

7.  Transformata Fouriera sygnałów stacjonarnych i niestacjonarnych 

Sygnały stacjonarne: charakterystyki widmowe stałe w czasie, nie jest potrzebna informacja o 
czasie, transformata pracuje dobrze dla sygnałów stacjonarnych. 

Sygnały niestacjonarne: mają zmienne spektrum, amplituda zmienna w czasie. 

8.  Na czym polega krótkookresowa transformata Fouriera 

STFT odpowiada kiedy w sygnale x(t) występuje krótka sinusoida e

jωt

. Jest to zestaw filtrów. Daje 

dobrą informację o czasie, ale nie daje informacji o częstotliwości sygnału. 

9.  Wybór długości okna do STFT 

background image

 

 

21

 

Szerokie okno – zła rozdzielczośd w czasie, dobra rozdzielczośd częstotliwości 

Wąskie okno – dobra rozdzielczośd w czasie, zła rozdzielczośd częstotliwości 

10. Zasada nieoznaczoności Heisenberga 

Rozdzielczośd w czasie i częstotliwośd nie mogą jednocześnie byd arbitralnie duże! 

Nie możemy dokładnie wiedzied, w której chwili występuje składowa o określonej częstotliwości; 
możemy wiedzied jakie zakresy częstotliwości występują w jakich przedziałach czasu. 

11. Transformata falkowa –wzory, rodzaje, stosowane miary 

 Falka – funkcja okna. Wyszukiwanie składowych o wysokich częstotliwościach (wąskie okno). 
Wyszukiwanie składowych o niskich częstotliwościach (szerokie okno). Rodzaje: dyskretna, 
wielopoziomowa, pakietowa. 

12. Modelowanie zależności miary od wykorzystanej części okresu trwałości ostrza 

 

13. Ocena powiązania miar sygnału ze zużyciem przy pomocy współczynnika determinacji 

 

 

 

14. Ocena powtarzalności zależności miary od stanu narzędzia 

Dysponując kilkoma okresami trwałości ostrza można określid powtarzalnośd przebiegu miary. 
Wyznacza się średnią przebiegu SF

Tfav

 i traktuje jako uśredniony model zależności SF(∆T). 

Następnie wyznaczamy współczynnik determinacji R

r

2

, który pozwala określid, na ile przebiegi są 

powtarzalne. Odrzuca się miary, dla których R

r

2

 jest mniejsze od założonego progu. 

15. Eliminacja miar podobnych – cel, sposób postępowania 

background image

 

 

22

 

 

16. Ocena przydatności miar sygnałów do diagnostyki zużycia 

Wybieramy z dostępnych miar np. 15 typu RMS, energia, skośnośd. Liczymy liczbę przekroczeo. 
Sumujemy. 

 

VI Podejmowanie decyzji w układach AUMON – jedna miara 

1.  Diagnostyka zużycia ostrza w układach komercyjnych 

Niezależnie od sposobu obróbki i użytego czujnika 

 

2.  Podstawowe założenia działania układów ADONiS 

 

zdobywanie przez układ większości niezbędnych informacji w trakcie obróbki pierwszego 
przedmiotu 

background image

 

 

23

 

 

automatyczne wyznaczanie dopuszczalnej wartości miary na podstawie decyzji 
użytkownika o stępieniu ostrza (uczenie układu) 

 

określanie nie tylko momentu stępienia ostrzy lecz także ocena wykorzystanej części 
okresów trwałości 

 

autodiagnostyka układu 
 

3.  Ogólne zasady uczenia układu ADONiS 

 

4.  Oszacowanie wykorzystanej części okresu trwałości ostrza w układzie ADONiS 

 

background image

 

 

24

 

 

 

VII Podejmowanie decyzji w układach AUMON – wiele miar, sieci neuronowe 

1.  Obszar zastosowania sztucznej inteligencji 

Zastosowanie do wielu problemów, których rozwiązanie nie daje się ująd w ścisłe reguły oraz 
wymagają tak dużej liczby obliczeo, że są niewykonalne. W tych przypadkach rozwiązania 
wymagają pewnej dozy inteligencji. 

2.  Budowa i działanie biologicznego neuronu 

Biologiczny neuron składa się z jądra, wielu dendrytów (wejścia) i aksonu, czyli jedynego wyjścia. 
Synapsy na koocach dendrytów i aksonów przekazują informacje. Akson jest połączony poprzez 
synapsy z dendrytami innych neuronów. Dendryty dostarczają do komórki poziom sygnału. Jeśli 
sygnał osiągnie wartośd progową, neuron pobudza się i sygnał jest przekazywany do kolejnych 
komórek. 

3.  Budowa i działanie sztucznego neuronu 

 

background image

 

 

25

 

4.  Uczenie pojedynczego neuronu 

Uczenie odbywa się z nauczycielem. Każdemu zestawowi danych wejściowych x

1

+x

2

 odpowiada 

zadana wartośd wyjścia z, z którą będzie porównywana odpowiedź neuronu y. Uczenie ma na 
celu minimalizację energetycznej funkcji błędu. 

5.  Budowa sieci neuronowej jednokierunkowej, trzywarstwowej 

 

6.  Uczenie sieci neuronowej metodą wstecznej propagacji błędów 

Wyjścia y są porównywane z wartościami zadanymi z

k

. Po przedstawieniu (iteracji) sieci całego 

zbioru wyznaczane są nowe wartości wag neuronu wyjściowego dla następnej iteracji, a 
następnie wartości wag neuronów w warstwie ukrytej.  

7.  Wybór konfiguracji wejśd do NN diagnozującej zużycie w oparciu o siły skrawania 

Zwracamy uwagę na: 

 

wynik sieci 

 

prędkośd uczenia (szybko, wolno) 

 

cenę czujnika 

 

wynik uczenia 

 

błędy testowania 

 

wyrazistośd wyników 

 

błędy uczenia 

 

zakłócenia pomiędzy sygnałami wejściowymi 

 

8.  Pruning komórek – do czego służy, na czym polega, jak się prowadzi 

Do czego służy: gdy badamy sieci o różnych wejściach, ale tej samej liczbie komórek w warstwie 
ukrytej to częśd z nich może byd zbędna i powinna byd wyeliminowana 

background image

 

 

26

 

Na czym polega: gdy średni błąd uczenia e

u

 spadnie poniżej zadanego progu, przeprowadza się 

pruning komórek, czyli obcinanie zbędnych gałęzi 

Jak się prowadzi: program analizuje zmiennośd wyjśd komórek w warstwie pośredniej w trakcie 
prezentacji całego zbioru uczącego, następnie wybiera wyjście najmniej zmienne (mniejsze od 
parametru pruningu), a na koocu usuwa je i zaczyna trening ponownie. 

9.  Zależnośd przebiegu uczenia sieci od stanu początkowego, rola zakłóceo 

Jakośd uczenia sieci zależy od przypadkowo dobranych wartości inicjujących uczenie.  

Mimo znacznych zakłóceo błędy uczenia systematycznie maleją, a więc sied nie traci zdobytej 
wiedzy i nie musi uczyd się od początku.  

Wprowadzenie zakłóceo losowych daje wyraźną poprawę wyników uczenia, jednakże sied 
pozostaje w dalszym ciągu duża. Ponadto występują znacznie wyższe wartości błędów 
testowania niż uczenia.  

10. Przesuwanie wag sieci – efekty 

Komórki, których wyjścia mają małą zmiennośd mogą zostad zepchnięte poza zakres i stracid 
wrażliwośd na wartośd sygnałów z warstwy poprzedniej.  

Komórki, których zmiennośd spada znacznie przestają brad udział w działaniu sieci i mogą zostad 
usunięte. 

Pogorszenie wyników sieci uczących. 

11. Ograniczenia zastosowania NN w diagnostyce zużycia ostrza 

 

 

background image

 

 

27

 

VIII Podejmowanie decyzji w układach AUMON – wiele miar, logika rozmyta, algorytmy 
hierarchiczne 

1.  Logika binarna a rozmyta 

W tradycyjnej teorii zbirów i przetwarzania danych zbiór elementów jest ściśle określony i 
pojedynczy element należy do tego zbioru lub nie. 

W teorii zbiorów rozmytych element może należed do wielu zbiorów z różnym stopniem 
przynależności. Taka logika jest znacznie bliższa rzeczywistości, zwłaszcza potocznej, i zgodna z 
naturalnym sposobem rozumowania człowieka. 

Stwórzmy zbiór sił skrawania „niskie” co będzie znaczyło ~300N i zbiór sił skrawania „wysokie” co 
oznacza ~600N. Zarejestrowana siła 400N będzie jednocześnie należała do obu tych zbiorów, ale 
ponieważ jest bliższa „niskim” niż „wysokim”, przynależnośd do pierwszego z nich będzie większa 
niż do drugiego. Możemy powiedzied, że siła jest w 66% niska zaś w 33% wysoka.  

Taka właśnie charakterystyka stanowi podstawę teorii zbiorów rozmytych i jest całkowicie 
odmienna od klasycznej teorii zbiorów. 

2.  Przetwarzanie zmiennych rzeczywistych na zbiory rozmyte (zmienne lingwistyczne) 

 

 

3.  Budowa bazy wiedzy i wnioskowanie w logice rozmytej 

 

background image

 

 

28

 

 

 

4.  Zakres zastosowania, wady i zalety logiki rozmytej 

Podstawowymi zaletami systemów logiki rozmytej są: 

 

brak konieczności tworzenia modelu matematycznego - baza wiedzy tworzona jest w postaci 
zestawu praktycznych reguł 

 

baza wiedzy definiowana jest jako zestaw praktycznych zasad wnioskowania za 
pośrednictwem zmiennych lingwistycznych 

 

duża skutecznośd wnioskowania przy danych zakłóconych lub niepewnych, które występują 
nader często w zastosowaniach przemysłowych (tu zakres zastosowania) 

 

zawartośd danych wejściowych i duża prędkośd przetwarzania  
 

5.  Integracja miar przy pomocy algorytmu hierarchicznego 

 

Etap I: Oszacowanie zużycia ostrza w oparciu o pojedyncze miary (sieci neuronowe, logika 
rozmyta, model zależności miary od zużycia) 
 
Etap II: Integracja pojedynczych wyników we wspólne oszacowanie zużycia (sieci neuronowe, 
uśrednianie) 

Dowolna liczba miar w pierwszym etapie. W drugim etapie można eliminowad wyniki znacznie 
odbiegające  od średniej, nietypowe. 

 

IX Podejmowanie decyzji w układach AUMON – wykrywanie KSO, wióry 

1.  Przebieg sił skrawania towarzyszący KSO przy toczeniu 

background image

 

 

29

 

 

2.  Wykrywanie KSO w oparciu o wartości graniczne lub nauczony przebieg sygnału 

Katastroficznemu stępieniu ostrza towarzyszy najczęściej znaczny wzrost sił skrawania a także 
emisji akustycznej czy drgao. Fakt ten jest wykorzystywany w większości znanych strategii 
wykrywania KSO. 

Główne założenia: 

 

zapamiętywana jest wartośd mierzonego sygnału towarzyszącego skrawaniu 
narzędziem ostrym, a przynajmniej nadającym się do dalszej pracy, w najprostszym 
przypadku jest to maksymalna wartośd sygnału w czasie operacji Fmax_0 

 

na podstawie wartości wyznacza się krytyczny poziom sygnału, oznaczający 
katastroficzne stępienie ostrza jako Fmax_0*L2F gdzie L2F=1,5-3,0 

 

KSO jest sygnalizowane po przekroczeniu poziomu krytycznego, przy czym w celu 
ograniczenia liczby fałszywych alarmów wymagane jest, by przekroczenie to trwało 
co najmniej założony czas del=1-20ms. 

 

Stałe dla całej operacji granice mogą byd stosowane wówczas, gdy przebieg sygnału jest w jej 
trakcie w przybliżeniu ustalony. Jednak jeśli narzędzie skrawa z różnymi parametrami skrawania, 
fragmenty operacji, w czasie których parametry te są niskie, byłyby oczywiście nadzorowane 
bardzo źle ze względu na duży dystans sygnału prawidłowego od progu ustalonego dla 
najwyższych w czasie operacji parametrów. 

Gdy w przebiegu operacji można wyróżnid etapy o wyraźnie różnych poziomach sygnału, można 
zastosowad granice oddzielne dla każdego występującego zestawu parametrów skrawania. 

Ponieważ katastroficznemu zużyciu ostrza może towarzyszyd nie tylko wzrost ale i spadek 
wartości sygnału diagnostycznego wynikający ze spadku przekroju warstwy skrawanej, 
stosowane są także granice dolne, których przekroczenie od góry oznacza KSO. 

Wykrywanie KSO oparte na nauczonym przebiegu: 

background image

 

 

30

 

Jeśli przebieg zmienności sygnału w czasie operacji jest bardziej złożony, tzn. nie można go 
podzielid na etapy o ustalonej wartości, cały czas trwania operacji może byd podzielony na równe 
niewielkie odcinki. Granice określane są oddzielnie dla każdego z nich na podstawie najwyższej 
zarejestrowanej wartości sygnału. 

 

Strategia taka jest bardzo wrażliwa na niewielkie nawet przesunięcia w czasie przebiegu operacji- 
zbyt wczesne wystąpienie etapu, w którym sygnał jest wysoki powoduje fałszywy alarm. Uniknąd 
tego można stosując technikę: granica dla danego odcinka czasu wyznaczana jest na podstawie 
maksymalnej wartości sygnału w odcinku poprzedzającym, aktualnym i następnym. Powoduje to 
rozszerzenie stref z wysoką wartością sygnału i ograniczenie fałszywych alarmów. 

 

3.  Wykrywanie KSO w oparciu o rozpoznawanie wzorca 

background image

 

 

31

 

W odróżnieniu od strategii opisanych we wcześniejszym punkcie nie śledzi się wartości sygnałów, 
lecz ich zmiany. Sama jego wartośd, a tym bardziej wartośd w poprzednich operacjach nie jest 
brana pod uwagę, a więc nie jest potrzebna. 

Wielkości sterujące w tej strategii nie są zatem zależne od parametrów skrawania i nie jest 
istotna dokładna wartośd samej siły, co oznacza że nie jest wymagana wysoka dokładnośd 
statyczna zastosowanego czujnika. 

Strategia oparta jest na rozpoznawaniu charakterystycznego przebiegu sił skrawania 
towarzyszącego KSO. Układ pamięta szereg obrazów. Pamiętane są także przebiegi sił 
towarzyszące skrawaniu przerywanemu. Układ stale śledzi przebieg sił i w razie zidentyfikowania 
jednego z zapamiętanych obrazów sygnalizuje alarm w przeciągu mniej niż 10ms. 

 

4.  Strategia wykrywania KSO przy toczeniu opracowana w TH Aachen 

Strategia opracowana w TH Aachen bazuje na granicach dynamicznych tzn. dopasowujących się 
do wartości sygnału na bieżąco, lecz z ograniczoną szybkością. Strategii tej nie należy mylid z 
wzorem przebiegu, który nie zmienia się w czasie jednego cyklu obróbki, czy rozpoznawaniem 
obrazu. Tu wykrywane są bardzo szybkie zmiany sił powodujące przekroczenia jednej lub obu 
granic, które po takim przekroczeniu przestają się dopasowywad. Układ monitorujący stale (tzn. 
częściej niż co 1ms) oblicza dolną i górną granicę na podstawie średniej siły Fs oraz amplitudy 
składowej dynamicznej Fd. W rezultacie uzyskuje się zmienne w czasie pasmo tolerancji. Dzięki 
temu ignorowane są zmiany sił wynikające ze zmian warunków skrawania takich jak nawet 4-
krtnne zmiany głębokości skrawania czy twardości, które występują zwłaszcza przy wstępnej 
obróbce lanych lub kutych przygotówek. 

background image

 

 

32

 

 

Wady: 

 

potrzeba wykrycia szybkiego wzrostu i spadku siły, trwającego około 0,1ms sprawia że 
koniczne jest stosowanie czujnika o bardzo dobrych właściwościach dynamicznych 

 

nawet znacznym wyłamaniom ostrza nie musi towarzyszyd istotne zmniejszenie 
przekroju warstwy skrawanej a w konsekwencji wyraźne zmniejszenie siły skrawani 

 

5.  Strategia wykrywania KSO przy toczeniu opracowana w ZAOiOS 

W instytucie technologii maszyn PW podjęto próbę eliminacji wad strategii TH Aachen. 

Oparto się przy tym na podstawowych cechach charakteryzujących przebieg sił skrawania po 
wykruszeniu lub wyłamaniu ostrza, upraszczając je nieco: 

 

średnie wartości sił skrawania zmieniają się na skutek KSO w czasie 0,5-2ms 

 

po KSO siły utrzymują się na zmienionym poziomie przez co najmniej jeden obrót PO 

Pierwsza z wyróżnionych cech umożliwia odróżnienie zmian sił spowodowanych przez KSO od 
wynikających np. ze zmian naddatku. Druga pozwala na eliminację naturalnych, często bardzo 
dużych i szybkich zakłóceo sił pochodzących od nierównomierności procesów zachodzących w 
strefie skrawania oraz od łamania wióra. Nadzorowana może byd dowolna składowa siły 
skrawania: Ff, Fp, Fc lub inna wygodna do pomiaru miara pod warunkiem wystarczających 
właściwości dynamicznych układu pomiarowego. 

background image

 

 

33

 

 

6.  Filtry cyfrowe zastosowane w detektorze KSO ZAOiOS 

 

Z prawej strony pokazano przebieg zmiennej składowej siły po kolejnych etapach tej obróbki, 
czyli skutki filtrowania.  

Cyfrowe filtry zastosowane w detektorze oparte są na ogólnym schemacie: 

y=2

-sh

x+(1-2

-sh

)y

B

 

gdzie: sh- stała filtru będąca liczbą naturalną 
x= wielkośd wejściowa (poddawana filtrowaniu) 
y- wielkośd wyjściowa (wynik filtrowania) 
y

B

- poprzednia wartośd wielkości wyjściowej y. 

 

background image

 

 

34

 

Filtry te są bardzo szybkie, ponieważ wykorzystują jedynie operacje dodawania, odejmowania i 
przesuwania bitowego w prawo (shr- Shift right) liczb całkowitych. 

Na wstępie detektor pobiera wartośd siły F z przetwornika analogowo-cyfrowego. Jeżeli 
poprzednia wartośd siły F

s

 nie mieści się w wyznaczonych granicach, sygnał jest filtrowany słabym 

filtrem pomocniczym (sh=1), który eliminuje jedynie impulsowe zmiany siły. Jeśli wartośd F

s

 jest 

zawarta w wyznaczonych granicach, stosowany jest filtr główny (sh=2). Jak widad na rys 
amplituda zmian Fs jest po takim filtrowaniu znacznie mniejsza od amplitudy oryginalnej wartości 
siły F. Z kolei na podstawie Fs oblicza się wolnozmienną składową siły skrawania F

sG

, stanowiącą 

podstawę do wyznaczania szerokości pasma tolerancji. 

7.  Wykrywanie KSO przy frezowaniu 

 

Na powyższym rysunku przedstawiono strategie wykrywania KSO przy frezowaniu opartą na 

śledzeniu błędów przewidywania przebiegu siły Fs prostopadłej do osi frezu za pomocą modelu 
autoregresji pierwszego rzędu. Siłę tę wyznaczono jako pierwiastek sumy kwadratów sił 
mierzonych siłomierzem w dwóch osiach Fx i Fy.  

Wykruszenia, a tym bardziej wyłamania powodują nagłe zmiany w powtarzalnym przebiegu 
śledzonej siły. Chwilowy znaczny wzrost błędu przewidywania przekraczający bezwładne granice 
może byd wykorzystywany jako sygnał KSO. 

background image

 

 

35

 

 

W tym rozwiązaniu śledzona cecha sygnału jest szczególnie wrażliwa na zmiany przebiegu 
sygnału towarzyszące KSO, przy czym tym razem nie jest on uśredniany co jedno przejście ostrza. 
Wykrycie KSO następuje w ciągu 5ms od jego rzeczywistego wystąpienia. Wzmocnienie sygnału 
jest automatycznie dopasowywane do różnych rzeczywistych wartości siły w celu utrzymania go 
na poziomie najbardziej odpowiednim do zastosowanego algorytmu. Dzięki temu układ może 
monitorowad zarówno duże narzędzia wykonujące obróbkę zgrubną, jak i małe narzędzia 
wykaoczające, na zupełnie różnych obrabiarkach, bez ręcznego ustawiania układu czy fazy 
uczenia. 

8.  Rozpoznawanie postaci wióra z wykorzystaniem transformaty falkowej sygnału sił