CZ305083B6 - Způsob sledování a systém ke sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení - Google Patents

Abstract

Předmětem řešení je způsob sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení v důsledku odběru třísky. Během celé fáze broušení se zjišťuje a zaznamenává signál reprezentující úroveň akustických emisí a počet zdvihů, načež se zaznamenaný signál akustických emisí rozdělí na vzorky signálu akustických emisí odpovídající jednotlivým zdvihům stolu brusky. Kladná část každého z těchto vzorků se porovná s předem určeným rozdělením do napěťových hladin, přičemž se pro každý zdvih stolu brusky v jednotlivých hladinách sečte počet lokálních maxim signálu akustických emisí, která zasahují do příslušné hladiny. Z počtu maxim v jednotlivých hladinách se vytvoří pro každý zdvih graf průběhu počtu lokálních maxim signálů akustických emisí v jednotlivých hladinách, grafy pro jednotlivé zdvihy se pro celý cyklus broušení seskupí do jednoho souboru křivek, které se zobrazí a v zobrazení se vyhodnotí konečný tvar souboru křivek, které pro opotřebený brousicí kotouč splývají do úzkého svazku. Zařízení obsahuje snímač (1) akustických emisí, médium (2) pro uložení souboru dat generovaných snímačem (1) a indikátor (3) počtu obráběcích zdvihů. Dále obsahuje výpočetní blok (4) četnosti lokálních maxim signálu akustických emisí s detektorem (41) lokálních maxim, blok (42) třídění lokálních maxim, zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu a blok (44) pro eliminaci nejnižší hladiny signálu. Vně výpočetního bloku (4) je uspořádán řídicí prvek (6) pro nastavení počtu hladin, řídicí prvek (7) pro nastavení šířky hladin signálu a zobrazovač (5).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení v důsledku odběru třísky.

Vynález se také týká systému ke sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení v důsledku odběru třísky, který obsahuje alespoň jeden snímač akustických emisí vznikajících při broušení, k jehož výstupu je připojeno paměťové médium pro ukládání souborů dat generovaných tímto snímačem, přičemž jeden výstup paměťového média je připojen na vstup indikátoru počtu obráběcích zdvihů.

Dosavadní stav techniky

V oboru třískového obrábění jsou známa zařízení využívající akustických emisí jako zpětné vazby k řízení řezných podmínek.

Například řešení podle JP 5702148 využívá signálů akustického snímače k ovládání přísunu brousicího kotouče do kontaktu s obrobkem a velikosti úběru jeho materiálu při rozběhu operace broušení.

Zařízení ke zjišťování nebezpečí vzniku křehkého lomu a opotřebení břitu obráběcího nástroje podle US 4 332 161 pomocí monitorování akustické emise obsahuje převaděč akustického signálu na elektrický signál, filtr nepropouštějící frekvenční složky signálů pod určitým frekvenčním rozsahem, detektor detekující amplitudy po odfiltrování těchto frekvenčních složek a porovnávací prostředky k porovnání těchto amplitud s předem určenou hodnotou amplitudy.

Podobně zařízení podle JP 60151556 obsahuje snímač detekující akustické emise, jejichž zdrojem je břit nástroje při třískovém obrábění. Zvukový signál je zesilován na určitou úroveň a převáděn na elektrický signál. Úroveň elektrického signálu odpovídá stupni opotřebení řezného nástroje, výsledek je analogově nebo digitálně zobrazován.

Na podobné myšlence je založeno řešení podle JP 61257745 používající k detekci opotřebení obráběcího nástroje akustického signálu zpracovávaného strukturou obsahující dvoucestný usměrňovač, dolní propusť a A/D převaděč, jehož digitální signál zpracovává mikropočítač.

Podle EP 642 004 Bl se při obrábění na automatizovaných obráběcích strojích používá zařízení založené na piezoelektrickém měřicím prvku, který je prostřednictvím pružné membrány udržován v kontaktu například s obráběnou součástí.

Zařízení podle RU 2 169 641 C2 využívá akustických emisí pro zjišťování opotřebení nástroje na číslicově řízených obráběcích strojích. Jeho součástí je přijímač akustických signálů, předzesilovač, pásmový filtr, integrátor a hlavní zesilovač, přičemž zařízení je spřaženo s řídicí jednotkou číslicově řízeného stroje.

EP 1 330 687 Bl řeší sledování mechanického opracování prostřednictvím akustických emisí, přičemž potřebný signál se získává ze dvou rozdílných akustických signálů ze dvou senzorů. První senzor zjišťuje akustický signál generovaný obrobkem a porovnávaný s elektromagnetickým poruchovým signálem, druhý senzor zjišťuje pouze poruchový signál, výsledný signál je přenášen do zpracovací a řídicí struktury.

- 1 CZ 305083 B6

Dokumenty RU 2 298 454 Cl a RU 2 298 455 Cl chrání způsob určování životnosti řezného nástroje.

Způsob podle RU 2 298 454 Cl obsahuje kroky zjištění signálu akustické emise vznikající při obrábění; vytvoření signálu odpovídajícího stupni opotřebení řezného nástroje; dopravení signálu do počítače pro jeho rozložení a vytvoření výkonového spektra; vyhodnocení opotřebovanosti nebo neopotřebovanosti břitové oblasti řezného nástroje podle vibrací s cílem posoudit stav řezného nástroje; předběžné stanovení akustických pásem porovnáním oscilačních hodnot pro každou frekvenci s hodnotou výkonového spektra vlnového přijímače při vibracích břitu řezného nástroje; určení měrného koeficientu jako poměru mezi výkonem generovaného signálu a výkonem signálu z rezonátoru; potom, aby se získal regenerovaný signál vibrací břitu nástroje při procesu obrábění, násobení měrného koeficientu hodnotou výkonového signálu získaného ze signálu od rezonátoru pro každou složku spektra oscilačního výkonu pracovního orgánu.

RU 2 298 455 Cl se týká pohybujícího se a rotujícího řezného nástroje. Způsob obsahuje kroky provádění obráběcího procesu; načtení signálu akustické emise vlnového přijímače umístěného na tělese vřetene prostřednictvím piezoelektrického snímače; vytvoření spojitého signálu pro vyhodnocení stupně opotřebení řezného nástroje; před startem procesu obrábění se určí specifické frekvence odpovídající intenzivnímu stupni opotřebení řezného nástroje; podle hodnoty signálu akustické emise se při specifických frekvencích posoudí stupeň opotřebení řezného nástroje.

Uvedené dokumenty popisují využití akustických emisí pro posouzení stavu opotřebení a/nebo poruchy řezného nástroje při obrábění především z hlediska umístění snímačů, jednotlivých obecných kroků prováděné činnosti.

V nových řešeních se zřejmě všeobecně používá frekvenční analýza signálu akustické emise, kde se pomocí spektrálního analyzátoru získávají výsledky měření ve formě histogramů zobrazujících distribuci amplitud. Nevýhodou tohoto způsobu je jednak požadavek použití drahého spektrálního analyzátoru, jednak obtížnost vlastního vyhodnocení histogramů pro posouzení opotřebení řezného nástroje.

Cílem vynálezu je odstranit, nebo alespoň podstatně snížit nedostatky současného stavu techniky a umožnit sledování opotřebení řezného nástroje v procesu broušení a jeho včasnou preventivní výměnu s využitím běžných prostředků měřicí a výpočetní techniky. Tím se sníží náklady nutné na realizaci uvedené činnosti, což přispěje k rozšíření tohoto způsobu sledování stavu řezných nástrojů do praxe.

Podstata vynálezu

Vynález se týká způsobu sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení, jehož podstatou je to, že během celé fáze broušení se zjišťuje a zaznamenává signál reprezentující úroveň akustických emisí a počet zdvihů, načež se zaznamenaný signál akustických emisí rozdělí na vzorky signálu akustických emisí odpovídající jednotlivým zdvihům stolu brusky a kladná část každého z těchto vzorků se porovná s předem určeným rozdělením do napěťových hladin, přičemž se pro každý zdvih stolu brusky v jednotlivých hladinách sečte počet lokálních maxim signálu akustických emisí, která zasahují do příslušné hladiny, načež se z počtu maxim v jednotlivých hladinách vytvoří pro každý zdvih graf průběhu počtu lokálních maxim signálů akustických emisí v jednotlivých hladinách, grafy pro jednotlivé zdvihy se pro celý cyklus broušení seskupí do jednoho souboru křivek, které se zobrazí a na zobrazovači se pro vyhodnocení zobrazí konečný tvar souboru křivek, které pro potřebný brousicí kotouč splývají do úzkého svazku. Způsob podle vynálezu umožňuje využít běžných prostředků měřicí a výpočetní techniky. Přitom lze u obráběcího nástroje rozlišit jeho stav z hlediska opotřebení.

-2CZ 305083 B6

Grafickým znázorněním výsledku měření jsou křivky, případně histogram.

Na základě změny charakteru rozložení a tvaru křivek v souboru získaných měřením a vyhodnocením signálů akustických emisí je možné průběžně a snadno sledovat postup opotřebení nástroje při práci a jednoznačně stanovovat hranice jeho použitelnosti.

Četnost výskytu lokálních maxim zařazených do jednotlivých hladin signálu se uloží do paměťového média. Porovnávací způsob vyhodnocování je tak velmi názorný a dobře reprodukovatelný.

Vynález se týká také systému ke sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče, jehož podstatou je to, že druhý výstup paměťového média a výstup indikátoru počtu obráběcích zdvihů jsou připojeny na vstup výpočetního bloku četnosti lokálních maxim signálu akustických emisí, jehož součástí je zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí, jehož součástí je zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí, jehož výstupem je průběh závislosti četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí, přičemž výstup zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálů je přes blok pro eliminaci nejnižšího signálu propojen se vstupem zobrazovače, pro zobrazení souboru křivek jednotlivých zdvihů pro celý cyklus broušení.

Systém je možné uspořádat ze známých a dostupných prostředků. Jeho přehlednost a snadnost tvorby případných modifikací je důsledkem dále uvedeného modulového uspořádání.

Ve výhodném provedení je na vstupu výpočetního bloku četnosti lokálních maxim signálu akustických emisí uspořádán detektor lokálních maxim připojený k výstupu paměťového média, k jehož prvnímu výstupu je připojen blok třídění lokálních maxim, jehož výstup je přiveden do zařízení pro výpočet četnosti lokálních maxim, které je součástí zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí, přičemž druhý výstup detektoru lokálních maxim je přiveden do zařízení pro výpočet četnosti lokálních maxim, jehož výstup je přiveden na vstup bloku pro eliminaci nejnižší hladiny signálu. Přitom je výhodné, když na vstupy zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí je připojen výstup řídicího prvku pro nastavení počtu hladin signálu akustických emisí a výstup prvku pro nastavení šířky pásma hladin signálu akustických emisí.

Zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí obsahuje blok výpočtu mezí jednotlivých hladin signálu akustických emisí a vnořené zařízení pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí.

Přitom je výhodné, když vnořené zařízení pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí obsahuje blok výběru dat, do něhož je přiveden výstup bloku třídění lokálních maxim a výstup bloku pro určení indexu lokálních maxim, výstup bloku výběru dat je propojen se vstupem indikátoru rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim, jehož druhý vstup je propojen s výstupem bloku výpočtu mezí, který je součástí zařízení pro řazení lokálních maxim do hladin signálu, přičemž výstup indikátoru rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim je připojen ke vstupu bloku pro určení indexu lokálních maxim, jehož druhý výstup je přiveden najeden ze vstupů bloku ukončení zdvihů, jehož druhý vstup je propojen s výstupem detektoru lokálních maxim výpočetního bloku a jehož výstup je přiveden na vstup čítače, jehož výstup je výstupem zařízení pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí a je přes blok pro eliminaci nejnižší hladiny signálu propojen se zobrazovačem.

Snížení nákladů nutných na realizaci uvedeného systému a jeho jednoduchá obsluha přispěje k praktickému rozšíření sledování stavu řezných nástrojů do průmyslové praxe. Hlavní přínos tohoto způsobu spočívá ve skutečnosti, že lze u obráběcího nástroje rozlišit jeho stav z hlediska opotřebení.

-3 CZ 305083 B6

Vyhodnocování sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče může být buď vizuální, jak je dále uvedeno a popsáno, nebo mohou být získané křivky vyhodnoceny běžnými metodami rozpoznávání obrazu a zjištění stavu opotřebení řezného nástroje může být tedy plně automatizováno.

Objasnění výkresů

Zařízení podle vynálezu je znázorněno na výkrese, kde značí obr. 1 blokové schéma zařízení, obr.

graf závislosti četnosti lokálních maxim signálu akustické emise na hladinách signálu akustické emise při zápichovém broušení rovinných ploch pro obrábění prováděné ostrým nástrojem a obr.

graf závislosti četnosti lokálních maxim na hladinách signálu při zápichovém broušení rovinných ploch pro obrábění prováděné otupeným nástrojem. Na obr. 4 je znázorněn záznam signálů akustických emisí pro jedno broušení, na obr. 5 vzorek signálu akustických emisí pro jeden zdvih, na obr. 6 kladná část vzorku signálu akustických emisí z obr. 5 a příkladné rozdělení do několika hladin a na obr. 7 jsou znázorněna lokální maxima ve třetí hladině podle obr. 6.

Příklady uskutečnění vynálezu

Základní uspořádání systému zapojení k vyhodnocování akustických emisí podle vynálezu v provedení znázorněném na obrázku obsahuje snímač i akustických emisí, paměťové médium 2 tvořené například diskovou jednotkou a umožňující ukládání souborů dat generovaných tímto snímačem, indikátor 3 čítající počty obráběcích zdvihů, výpočetní blok 4 četnosti lokálních maxim signálu tvořený obvodem pro výpočet četnosti a zobrazovač 5, který je výstupním prostředkem zařízení. Dále zařízení obsahuje prvek 6 pro nastavení počtu hladin signálu a prvek 7 pro nastavení šířky pásma hladin signálu.

Snímač i akustických emisí je připojen na vstup paměťového média 2, jehož jeden výstup je připojen na vstup indikátoru 3 počtu obráběcích zdvihů. Druhý výstup paměťového média 2 a výstup indikátoru 3 počtu obráběcích zdvihů jsou připojeny na vstupy bloku 4 četnosti lokálních maxim signálu.

Blok 4 četnosti lokálních maxim signálu obsahuje detektor 41 lokálních maxim tvořený detekčním obvodem, jehož vstup je přímo připojen k výstupu paměťového média 2 pro uložení souboru dat generovaných snímačem i, blok 42 třídění lokálních maxim, vnořené zařízení 43 pro řazení lokálních maxim do jednotlivých hladin signálu a blok 44 pro eliminaci nejnižší hladiny signálu. Vstup bloku 42 třídění lokálních maxim je připojen k prvnímu výstupu detektoru 44 lokálních maxim.

Vnořené zařízení 43 pro řazení lokálních maxim do hladin signálu obsahuje blok 431 výpočtu mezí a vnořené zařízení 432 pro výpočet četnosti. Vstup bloků 431 výpočtu mezí je připojen k výstupu prvku 7 pro nastavení šířky hladin signálu. Zařízení 432 obsahuje blok 4321 výběru dat, dvoustavový indikátor 4322 rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim, blok 4323 pro určení indexu lokálních maxim a blok 4324 ukončení činnosti vnořeného zařízení 432 pro výpočet četnosti lokálních maxim. Ve výstupu vnořeného zařízení 432 je uspořádán čítač 4235.

První vstup vnořeného zařízení 432 je prostřednictvím bloku 4321 výběru dat připojen k výstupu bloku 42 třídění lokálních maxim, jeho druhý vstup je připojen prostřednictvím bloku 4324 ukončení zdvihů ke druhému výstupu detektoru 41 lokálních maxim a třetí vstup vnořeného zařízení 432 je prostřednictvím indikátoru 4322 rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim připojen k výstupu bloku 431 výpočtu mezí.

Výstup čítače 4325 je přiveden ke vstupu bloku 44 pro eliminaci nejnižší hladiny signálu. Výstup tohoto bloku 44 je připojen na vstup zobrazovače 5.

-4CZ 305083 B6

Obvody jednotlivých bloků mohou být realizovány využitím diskrétních součástí, integrovaných obvodů, programovatelných hradlových polí, nebo naprogramovaným mikroprocesorem.

Způsob vyhodnocování akustických emisí vznikajících při procesu obrábění je dále popsán na příkladu zápichového broušení rovinných ploch obvodem brousicího kotouče na horizontální rovinné brusce.

Při tomto způsobu broušení je osa rotace brousicího kotouče rovnoběžná s broušenou plochou, přičemž obrobek se pohybuje přímočaře vratně v kolmém směru vzhledem k ose rotace brousicího kotouče. Ke změnám směru přímočarého vratného pohybu dochází na konci jednotlivých úvratí, kdy kotouč není v záběru s obrobkem.

Popsané broušení je charakteristické tím, že při posuvném vratném pohybu stolu vykonává obráběná součást dvojzdvihy. Pokud v místě záběru nástroje a broušeného obrobku směr pohybu stolu stroje odpovídá směru danému rotací brousicího kotouče, pak je tato část dvojzdvihu broušení souběžným (sousledným) zdvihem. Při pohybu stolu ve směru opačném, tj. proti směru danému rotací brousicího kotouče, je tato část dvojzdvihu broušení protiběžným (nesousledným) zdvihem. Během broušení dochází při jednotlivých zdvizích k postupnému odebírání celkového přídavku materiálu, který se má v dané části operace odstranit. V průběhu broušení se v příkladném provedení pomocí snímače akustických emisí zaznamenávají akustické emise během zdvihů o stejném smyslu pohybu obráběné součásti, tedy buď jenom při zdvizích souběžných, nebo jenom při zdvizích protiběžných. Na obr. 4 jsou zaznamenány signály akustických emisí jednoho broušení, přičemž signály jednotlivých zdvihů jsou odlišeny stupni šedi. Bíle zobrazený signál z prvního zdvihu však překrývá většinu signálů z následujících zdvihů. Vzorek signálu projeden zdvih je znázorněn na obr. 5 a jeho kladná část je znázorněna na obr. 6, kde je znázorněno rozdělení napěťového rozsahu signálu akustických emisí do několika napěťových hladin. Následně se vyhodnocuje počet lokálních maxim v jednotlivých hladinách, což je příkladně znázorněno na obr. 7 pro třetí hladinu z obr. 6. Zařízením podle vynálezu je signál akustické emise vyhodnocen. Výsledkem je soubor křivek, z nichž každá patří jednomu zdvihu a zobrazuje četnost výskytu lokálních maxim v závislosti na hladině signálu, jak je znázorněno na obr. 2 a 3. Každá křivka má specifický průběh charakterizovaný maximem a jeho polohou. V průběhu broušení se spolu se stoupajícím počtem vykonaných zdvihů postupně mění specifické průběhy jednotlivých křivek v souvislosti s opotřebením brousicího kotouče. Současně se při vzájemném porovnávání kompletních souborů křivek charakterizujících obrábění s ostiým (orovnaným) obr. 2, a otupeným brousicím kotoučem, obr. 3, projevují zřetelné odlišnosti.

V přípravné fázi experimentu se s ohledem na vypovídací schopnost výsledku měření stanoví počet pásem hladin signálu. Při malém počtu pásem hladin signálu jsou získané křivky k vyhodnocení nepoužitelné, naopak příliš velký počet pásem hladin signálu neúnosně prodlužuje dobu nutnou k výpočtu a též snižuje vypovídací schopnost získaného výsledku. V uvedeném příkladu je na základě kompromisu mezi vypovídací schopností výsledku a výpočtovým časem zvoleno 24 hladin signálu, viz obr. 2 a 3.

Při vyhodnocování akustických emisí vznikajících při procesu uvedeného broušení indikátor 3 počtu obráběcích zdvihů nejdříve zjistí počet obráběcích zdvihů, kterých je zde čtrnáct. Soubor dat signálu akustických emisí odpovídající obr. 4 se tedy rozdělí na čtrnáct polí. Každé obsahuje data signálu akustických emisí z jednoho obráběcího zdvihu, viz obr. 5.

Pole dat vstupuje do výpočetního bloku 4 četnosti lokálních maxim, kde jsou detektorem 44 lokálních maxim vybrána lokální maxima signálu v kladné části signálu a tyto hodnoty uloženy do nového pole, které je znázorněno výchylkami signálu na obr. 6. Toto nové poleje přivedeno do bloku 42 třídění, v němž jsou lokální maxima seřazena od nejnižších po nej vyšší hodnoty. Takto uspořádané pole je přivedeno do vnořeného zařízení 43 pro řazení lokálních maxim do hladin signálu, viz obr. 6, do kterých jsou lokální maxima ve vnořeném zařízení 43 zařazena. Šířka jednotlivých hladin signálu se stanoví automaticky jako podíl amplitudy o nutnou rezervu

-5CZ 305083 B6 větší, než je maximální naměřená amplituda signálu akustických emisí (odpovídající případu zápichového broušení rovinných ploch) a počtu hladin signálu. Pro každý signál je u zdvihů zpracovávaných v zařízení 43 vypočítána četnost pro jednu hladinu signálu, viz obr. 7. Počet cyklů zařízení 43 pro řazení lokálních maxim je nastaven prvkem 6 pro nastavení počtu hladin signálu. Vlastní výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu se provádí v zařízení 432 pro výpočet četnosti, které je vnořeno do zařízení 43. Pole dat z bloku 42 třídění zde vstupuje do bloku 4321 výběru dat, ve kterém je vybrán prvek pole podle indexu nastaveného v bloku 4323 pro určení indexu.

Z bloku 4321 výběru dat jsou jednotlivá lokální maxima seřazená vzestupně v bloku 42 třídění přesunuta do indikátoru 4322 rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim, ve kterém jsou testována. Rozsah indikátoru 4322 je vymezen spodní a horní úrovní, jejichž hodnoty jsou vypočteny pro každou hladinu signálu blokem 431 pro výpočet mezí. Blok 431 vypočítává meze z hodnoty prvku 7 pro nastavení šířky hladiny signálu a indexu zpracovávaného cyklu bloku 43 pro řazení lokálních maxim do hladin signálu.

Výstup indikátoru 4322 rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim je v podobě dvoustavové veličiny přiveden k bloku 4323 pro určení indexu. Blok 4323 pro určení indexu je v podstatě čítačem s nulovým počátečním stavem. Jestliže leží lokální maximum testované v indikátoru

4322 v rozsahu vymezeném spodní a horní úrovní, zvětší se obsah bloku 4323 při každém zdvihu zpracovávaném v zařízení 432 pro výpočet četnosti o jednotku. Není-li lokální maximum testované v indikátoru 4322 v rozsahu vymezeném spodní a horní úrovní, zůstane obsah bloku

4323 beze změny a současně dá blok 4323 pro určení indexu pokyn bloku 4324 ukončení zdvihů, čímž je ukončena činnost zařízení 432 pro výpočet četnosti.

K ukončení činnosti zařízení 432 pro výpočet četnosti dojde také v případě, když stav čítače bloku 4323 pro určení indexu dosáhne hodnoty indexu posledního údaje v detektoru 42 lokálních maxim.

Čítač 4325 načítá počet zdvihů zpracovaných zařízením 432 pro výpočet četnosti a po každém ukončení činnosti tohoto zařízení přenese stav čítače 4325 do bloku 44 pro eliminaci nejnižší úrovně a nastaví nový nulový stav čítače 4325. Blok 44 pro eliminaci nejnižší hladiny signálu odstraní tuto hladinu, protože data, která obsahuje, jsou tvořena zejména šumem a nemají tedy žádnou vypovídací hodnotu. Data z výstupu bloku 44 pro eliminaci nejnižší hladiny signálu jsou po ukončení činnosti výpočetního bloku 44 četnosti lokálních maxim přenesena do zobrazovače 5, kterým jsou prezentována formou histogramů nebo soustavy křivek a/nebo jsou uložena do paměťového média.

Stav trvalého rozvoje elektroniky neomezuje aktuální možnosti sestavení zařízení podle vynálezu. Všechny uvedené bloky a obvody mohou být realizovány jak pomocí diskrétních součástek, tak i integrovanými obvody, programovatelným hradlovým polem, nebo naprogramovaným mikroprocesorem (počítačem).

Příklady vyhodnocení akustických emisí vznikajících při zápichovém broušení na horizontální rovinné brusce jsou prostřednictvím grafického výstupu zobrazovače 5 znázorněny na obr. 2 a 3, kde svislá osa souřadnic udává četnost lokálních maxim signálu akustické emise a vodorovná osa souřadnic udává vzestupně řazené hladiny signálu akustické emise.

Opotřebení řezného nástroje na základě vyhodnocení signálů akustických emisí lze stanovit pouze při zachování stejných řezných podmínek. Při zápichovém broušení rovinných ploch je proto nutné separovat do samostatných souborů souběžné a protiběžné zdvihy a pro vyhodnocení použít jeden z těchto souborů. Vyhodnocení lze proto zobecnit i pro jiné způsoby třískového obrábění, například pro soustružení, frézování, obrážení, dokončovací operace, atd.

-6CZ 305083 B6

Obr. 2 znázorňuje soubor křivek získaných v jednom cyklu broušení (například vyjiskřování) vyhodnocením signálů akustických emisí řady protiběžných zdvihů prováděných orovnaným, tedy ostrým, brousicím kotoučem. Křivka a odpovídá počátečnímu zdvihu na začátku cyklu, křivka g odpovídá zdvihu na konci cyklu. V průběhu opracování při jednotlivých protiběžných zdvizích v rámci jednoho cyklu křivka postupně mění svůj průběh od a do g. Nejvyšší četnost lokálních maxim signálu akustické emise v jednotlivých po sobě jdoucích zdvizích se přesouvá směrem do nižších hladin signálu akustické emise, přičemž během odebírání materiálu se četnost lokálních maxim ve vyšších hladinách signálu podstatně snižuje (zde například pro hladinu 12 klesá z hodnoty cca 4000 u prvního zdvihu na cca 800 u posledního zdvihu).

Obr. 3 znázorňuje ve stejném souřadnicovém systému soubor křivek získaných v jednom cyklu broušení vyhodnocením signálů akustických emisí řady protiběžných zdvihů prováděných otupeným brousicím kotoučem. Zde lze křivky odpovídající jednotlivým zdvihům vzájemně od sebe jen velmi obtížně odlišit, protože se téměř překrývají a splývají do úzkého svazku.

Je zřejmé, že rozdílný charakter grafických znázornění na obr. 2 a 3 svědčí o rozdílných podmínkách obrábění. Při broušení kriticky opotřebeným brousicím kotoučem se podstatně zmenšují rozdíly v energetické náročnosti při jednotlivých zdvizích v důsledku ztráty řezivosti brousicího nástroje. V průběhu cyklů broušení dochází postupně k otupování nástroje, což se projevuje změnou tvaru souboru křivek, který přechází od uspořádání podle obr. 2 charakteristického pro ostrý nástroj k uspořádání podle obr. 3 charakteristického pro otupený nástroj. Pro přímé vizuální porovnání výstupní informace zobrazovače 5 je výhodné zobrazení popsanými křivkami. Je zřejmé, že zvláště pro obráběcí operace prováděné na jiných druzích obráběcích strojů mohou být výhodným koncovým vyobrazením například sloupkové diagramy, tzv. histogramy.

Způsob a systém zapojení podle vynálezu umožňuje využít běžných prostředků měřicí a výpočetní techniky. Snížení nákladů nutných na realizaci uvedené činnosti přispěje k praktickému rozšíření sledování stavu řezných nástrojů do průmyslové praxe. Hlavní přínos tohoto způsobu spočívá ve skutečnosti, že lze u obráběcího nástroje rozlišit jeho stav z hlediska opotřebení.

Na základě změny charakteru rozložení a tvaru křivek v souboru získaných měřením a vyhodnocením signálů akustických emisí je možné průběžně a snadno sledovat postup opotřebení nástroje při práci a jednoznačně stanovovat hranice jeho použitelnosti. Porovnávací způsob vyhodnocování je velmi názorný a dobře reprodukovatelný.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (7)

1. Způsob sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení v důsledku odběru třísky, vyznačující se tím, že během celé fáze broušení se zjišťuje a zaznamenává signál reprezentující úroveň akustických emisí a počet zdvihů, načež se zaznamenaný signál akustických emisí rozdělí na vzorky signálu akustických emisí odpovídající jednotlivým zdvihům stolu brusky a kladná část každého z těchto vzorků se porovná s předem určeným rozdělením do napěťových hladin, přičemž se pro každý zdvih stolu brusky v jednotlivých hladinách sečte počet lokálních maxim signálu akustických emisí, která zasahují do příslušné hladiny, načež se z počtu maxim v jednotlivých hladinách vytvoří pro každý zdvih graf průběhu počtu lokálních maxim signálů akustických emisí v jednotlivých hladinách, grafy pro jednotlivé zdvihy se pro celý cyklus broušení seskupí do jednoho souboru křivek, které se zobrazí a na zobrazovači (5) se pro vyhodnocení zobrazí konečný tvar souboru křivek, které pro opotřebený brousicí kotouč splývají do úzkého svazku.

-7CZ 305083 B6

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že soubory křivek pro jednotlivé cykly broušení se ukládaj í do paměťového média.

3. Systém ke sledování a vyhodnocování opotřebení brousicího kotouče pomocí akustických emisí vznikajících při broušení v důsledku odběru třísky způsobem podle nároku 1, který obsahuje alespoň jeden snímač (1) akustických emisí vznikajících při broušení, kjehož výstupu je připojeno paměťové médium (2) pro ukládání souborů dat generovaných tímto snímačem (1), přičemž jeden výstup paměťového média (2) je připojen na vstup indikátoru (3) počtu obráběcích zdvihů, vyznačující se tím, že druhý výstup paměťového média (2) a výstup indikátoru (3) počtu obráběcích zdvihů jsou připojeny na vstup výpočetního bloku (4) četnosti lokálních maxim signálu akustických emisí, jehož součástí je zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí, jehož výstupem je průběh závislosti četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí, přičemž výstup zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálů je přes blok (44) pro eliminaci nejnižšího signálu propojen se vstupem zobrazovače (5), pro zobrazení souboru křivek jednotlivých zdvihů pro celý cyklus broušení.

4. Sytém podle nároku 3, vyznačující se tím, že na vstupu výpočetního bloku (4) četnosti lokálních maxim signálu akustických emisí je detektor (41) lokálních maxim připojený k výstupu paměťového média (2), kjehož prvnímu výstupu je připojen blok (42) třídění lokálních maxim, jehož výstup je přiveden do zařízení (432) pro výpočet četnosti lokálních maxim, které je součástí zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí, přičemž druhý výstup detektoru lokálních maxim (41) je přiveden do zařízení (432) pro výpočet četnosti lokálních maxim, jehož výstup je přiveden na vstup bloku (44) pro eliminaci nejnižší hladiny signálu.

5. Systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že na vstupy zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí je připojen výstup řídicího prvku (6) pro nastavení počtu hladin signálu akustických emisí a výstup prvku (7) pro nastavení šířky pásma hladin signálu akustických emisí.

6. Systém podle nároku 5, vyznačující se tím, že zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu akustických emisí obsahuje blok (431) výpočtu mezí jednotlivých hladin signálu akustických emisí a vnořené zařízení (432) pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí.

7. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že vnořené zařízení (432) pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí obsahuje blok (4321) výběru dat, do něhož je přiveden výstup bloku (42) třídění lokálních maxim a výstup bloku (4323) pro určení indexu lokálních maxim, výstup bloku (4321) výběru dat je propojen se vstupem indikátoru (4322) rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim, jehož druhý vstup je propojen s výstupem bloku (431) výpočtu mezí, který je součástí zařízení (43) pro řazení lokálních maxim do hladin signálu, přičemž výstup indikátoru (4322) rozsahu spodní a horní úrovně lokálních maxim je připojen ke vstupu bloku (4323) pro určení indexu lokálních maxim, jehož druhý výstup je přiveden najeden ze vstupů bloku (4324) ukončení zdvihů, jehož druhý vstup je propojen s výstupem detektoru (41) lokálních maxim výpočetního bloku (4) a jehož výstup je přiveden na vstup čítače (4325), jehož výstup je výstupem zařízení (432) pro výpočet četnosti lokálních maxim v jednotlivých hladinách signálu akustických emisí a je přes blok (44) pro eliminaci nejnižší hladiny signálu propojen se zobrazovačem (5).