Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben een systeem ontwikkeld dat de staat van verspaningsgereedschap direct op de machine bewaakt. Het systeem is bedoeld om slijtage aan snijgereedschap op te sporen. Het werkt met een flexibele tactiele sensor die tegen de snijkant van het gereedschap wordt gedrukt en zo gedetailleerde informatie over het oppervlak vastlegt. Doordat de sensor zich naar de vorm van het gereedschap voegt, registreert hij kleine kenmerken van de snijkant die kunnen wijzen op slijtage of schade. Computer-algoritmen analyseren de beelden vervolgens in real time om de staat van het gereedschap te beoordelen.
Bij verspaning wordt materiaal gecontroleerd verwijderd om onderdelen te maken. De staat van het gereedschap heeft daarbij invloed op de productiviteit, de kwaliteit van onderdelen en de stabiliteit van het proces. Snijgereedschap slijt geleidelijk tijdens gebruik. Dat kan leiden tot mindere productkwaliteit of tot gereedschapsbreuk. Om die risico’s te beperken, vervangen fabrikanten gereedschap vaak voordat het echt aan het einde van zijn levensduur is. Dat verhoogt de gereedschapskosten en zorgt voor vaker wisselen.
Volgens ORNL moet het bewakingssysteem sneller en consistenter informatie geven over gereedschapsslijtage dan methoden die gevoelig zijn voor sensorruis of wisselende beeldomstandigheden. Het systeem kan slijtage binnen enkele seconden meten en haalde volgens het laboratorium een nauwkeurigheid van 98 procent. Omdat de tactiele methode niet afhankelijk is van lichtomstandigheden, kan de techniek volgens de onderzoekers worden geïntegreerd in geautomatiseerde productieomgevingen.
“Deze innovatie overbrugt de kloof tussen nauwkeurig meten en beslissingen nemen op de fabrieksvloer,” zegt Ritin Mathews, hoofdonderzoeker van het project. “Fabrikanten krijgen een duidelijk beeld van de staat van hun gereedschap. Daardoor kunnen ze hun processen met meer vertrouwen plannen en efficiënter werken.”
De technologie moet fabrikanten helpen bepalen wanneer gereedschap echt vervangen moet worden, in plaats van te vertrouwen op schattingen of vaste vervangingsschema’s. ORNL stelt dat de aanpak verstoringen door gereedschapsbreuk kan verminderen en de arbeidskosten voor correctief onderhoud kan verlagen.
“Door deze tactiele sensor te integreren, kunnen fabrikanten verstoringen door gereedschapsbreuk beperken en arbeidskosten voor correctief onderhoud terugdringen,” aldus Mathews.
Het systeem kan vooral relevant zijn voor productieprocessen met hoogwaardige onderdelen van lastig te bewerken materialen, zoals titaniumlegeringen en superlegeringen op basis van nikkel. Volgens ORNL is het onderzoek beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Wear.
“Dit systeem maakt proactieve analyse van voortschrijdende gereedschapsslijtage mogelijk. Daardoor kunnen fabrikanten mogelijke problemen opsporen en aanpakken voordat ze de bewerking van kritieke onderdelen in gevaar brengen,” zegt Chris Tyler, groepsleider Advanced Machining and Machine Tools Research bij ORNL.
Andere ORNL-onderzoekers die aan het project meewerkten zijn Greg Corson, Josh Harbin en Scott Smith. Het project wordt ondersteund door het Industrial Base Analysis and Sustainment Program van het Amerikaanse ministerie van Oorlog. Het onderzoek is uitgevoerd bij de Manufacturing Demonstration Facility, die wordt ondersteund door het Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office van het ministerie van Energie.
