WO2014064319A1 - Method for monitoring the roughness of a part in real time during a machining process - Google Patents

Method for monitoring the roughness of a part in real time during a machining process Download PDF

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WO2014064319A1
WO2014064319A1 PCT/ES2013/070740 ES2013070740W WO2014064319A1 WO 2014064319 A1 WO2014064319 A1 WO 2014064319A1 ES 2013070740 W ES2013070740 W ES 2013070740W WO 2014064319 A1 WO2014064319 A1 WO 2014064319A1
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model
quadratic
vibration
axis
tooth
Prior art date
Application number
PCT/ES2013/070740
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Raúl Mario DEL TORO MATAMOROS
Rodolfo Elías HABER GUERRA
José Ramón ALIQUE LÓPEZ
Original Assignee
Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Universidad Politécnica de Madrid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic), Universidad Politécnica de Madrid filed Critical Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/30Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring roughness or irregularity of surfaces

Definitions

  • the invention is part of the field of industry, specifically in the processes of machining parts using numerical control machines (CNC).
  • CNC numerical control machines
  • the main object of the present invention is a method for monitoring the surface roughness of a piece in real time during the machining process of said piece.
  • the surface roughness of a machined part constitutes one of the most important characteristics to know the quality of the piece, constituting an evaluation of the effectiveness of the manufacturing process carried out.
  • the procedure used for the measurement of surface roughness can become a differentiating element in terms of competitiveness, since it influences criteria such as performance and productivity of the manufacturing strategies used to form parts.
  • nanomechanized, micromachining and macromachining terms a widely accepted definition for these terms is their literal meaning, that is, nanomechanizing for machining dimensions between 1 and 999 nm, micromachining for dimensions between 1 and 999 ⁇ and macromechanized for dimensions larger than 1 mm. It should be noted that the micro and nano ranges vary depending on factors such as the machining method, the type of product, the material, among others. It should also be noted that to frame the technology used on a certain scale, it is not necessary that the piece that is manufactured has all its dimensions on that scale.
  • profilometers or roughness meters are devices equipped with a needle that touches the surface whose roughness is to be measured. High variations of the surface are measured by moving the needle (or the surface). The movements of the needle are converted into electrical signals that are then amplified, digitized and introduced to the computer to analyze the data.
  • the probe head and the needle are small-scale versions of traditional contact profilometers.
  • the measurement is recorded when there is a change in the constant movement of the microsensor (damped).
  • needles of extraordinarily small sizes are available, such as 0.125 mm in diameter and 10 mm in length.
  • This threshold step change in the micro-movement is recorded as a measurement point.
  • a drawback of the measurement of the roughness in parts in the microscale with profilometers is related to the positioning of the micro-piece for inspection with the profilometer.
  • a pre-positioning system is needed, using supports, shims, holes or some system that allows the piece to be placed under the probe head. In short, these are complex systems.
  • Some methods are also known for monitoring or measuring different variables or events, such as roughness, which are carried out in-process, that is, during manufacturing operations. These methods are mainly focused on macroscale machining operations. Among these methods, we can highlight the technologies that propose the monitoring of surface roughness in-process from the measurement of variables that characterize the temporal behavior of cutting operations.
  • documents US6626029 and US7463994 which propose methods for measuring surface roughness in polishing, cylindrical grinding or surface machining operations, can be cited.
  • the measurement is made from the measurement of the acoustic emission during the process of cutting and using a high frequency piezoelectric transducer.
  • the second document uses the principle of thermo-electromotive force that is generated during the contact of electrical conductive materials.
  • Document US7792604 develops a technology that introduces control actions in the machine position control system, softening the changes in the speed of advancement that lead to an improvement in surface roughness.
  • document US4926309 describes an adaptive controller for adjusting surface roughness, during mass production of parts, from its estimation using a mathematical model, which uses as input the speed of advance of the machine and surface roughness Measurement of the last piece manufactured.
  • document US3829750 describes a similar procedure applied to grinding processes from the measurement of process variables, such as torque, temperature and vibrations. Make an adjustment of the speed of advance using stochastic optimization strategies of a figure of merit, as is the case of the material starting cup and its relation to the desired surface roughness.
  • document US6671571 also focused on issues of finishing but in this dimensional case, and that develops a procedure that automatically introduces compensations in the program of the piece that is manufactured from the measurement that is made of its geometric dimensions once the machining operations are completed.
  • document US4974165 describes a real time control system of the movement of the cutting tool in turning operations to obtain a suitable machining profile through the continuous measurement of the real diameter of the piece swivel
  • the inventors of the present application have developed a method of monitoring surface roughness in real time relatively simple and easy to implement, and that provides precise results that allow the operator to make the most appropriate decisions during the machining process itself.
  • the use of the process of the invention allows both to improve the quality of the machined parts and to reduce the total time spent, thus improving the net productivity of the process. It is an especially useful method in micro-machining processes, where the operator cannot verify the results of the operations by himself, although it is applicable to any general machining process. For this reason, in the present application the term "machining” also encompasses "micro-machining.”
  • the method of the invention to monitor in real time the roughness of a piece during a machining process basically comprises the following steps: obtaining a representative incremental hybrid model of the machining process; and evaluate the incremental hybrid model in real time to obtain surface roughness. Next, each of these steps is described in more detail: Obtaining an incremental hybrid model
  • an incremental hybrid model representative of the machining process is obtained that allows surface roughness to be obtained from data of the feed per tooth and the vibration of the machine on the Z axis.
  • the feed per tooth is defined as the distance that each tooth of the tool advances in relation to the piece for each turn it makes. This information is obtained from the speed of advance of the machine, its speed of rotation and the geometric information of the tool, which are normally available internally in the machine, specifically in its controller.
  • the vibration of the machine on the Z axis is measured using an accelerometer installed in the clamp or clamping mechanism of the piece.
  • the incremental hybrid model is formed by a function that is obtained from the superposition of a global model and a local model.
  • the global model provides a first general approximation that allows roughness to be obtained from the quadratic value of the feed rate per tooth and the mean quadratic vibration on the Z axis, and is formed by a polynomial of two inputs of order m.
  • the local model meanwhile, allows us to approximate more precisely those areas of the global model that do not adequately represent the behavior of the machining process, and is obtained using the Fuzzy k-Neighbors Neighbors approach with a number of neighbors k and a blur coefficient p.
  • This model is adjusted based on a set of data that includes the quadratic value of the feed per tooth, the average quadratic value of the vibration on the Z axis and the surface roughness obtained from a piece previously machined by the machine.
  • any number of samples can be used as long as they are sufficient to adequately characterize the process behavior, although in a preferred embodiment of the invention at least 20 samples are used.
  • the incremental hybrid model is obtained by implementing the following steps:
  • the data used (advance by quadratic tooth and quadratic mean vibration on the Z axis) vary between very different ranges.
  • global and local models work in extreme conditions that could lead to the discarding of some of the input variables, losing information that could be relevant.
  • a normalization of the mean quadratic vibration in the Z axis and the advance by quadratic tooth is carried out prior to the adjustment of the global and local models.
  • the mean quadratic vibration on the Z axis is normalized in relation to its maximum value within the data set, and the feed per quadratic tooth is normalized relative to the radius of the tool.
  • the incremental hybrid model is obtained, it is possible to adjust the order m of the polynomial of the global model, the number of neighbors k of the local model and the blur coefficient p of the local model based on a simulated tempering algorithm, thus improving the accuracy of the surface roughness values obtained.
  • the evaluation of the incremental hybrid model in turn comprises the following steps:
  • the effective start of the machining is detected taking into account the moment in which the tool contacts the part, preferably depending on the conductivity of the machine-tool-part assembly (in the case of electrically conductive materials). This operation prevents errors related to the start of taking measurements before the machining process has actually begun.
  • the acquired vibration data on the Z axis is filtered to eliminate the harmonics of frequencies below the rotation frequency of the tool.
  • This filtering can be accomplished in different ways, but in a preferred embodiment of the invention a-high pass digital filter with infinite impulse response (IIR) Butterworth 6 or order and whose cutoff frequency is used is equal to half of the tool's rotation frequency.
  • IIR infinite impulse response
  • this method will be coded as a computer program and implemented, in its simplest version, by means of a computer connected to the machine, to obtain the feed per tooth, and to a vibration sensor that allows to obtain the vibration in the axis Z.
  • the invention also extends to computer programs, particularly computer programs arranged on or within a carrier, adapted to carry out the invention.
  • the program may have the form of source code, object code, an intermediate source of code and object code, for example, in partially compiled form, or in any other form suitable for use in the implementation of the process of the invention.
  • the carrier can be any entity or device capable of supporting the program.
  • the carrier could include a storage medium, such as a ROM, a CD ROM, a semiconductor ROM, a magnetic recording medium, a flexible disk or a hard disk.
  • the carrier can be a transmissible carrier, for example, an electrical or optical signal that could be transported through electrical or optical cable, by radio or by any other means.
  • the carrier may be constituted by said cable or other device or medium.
  • the carrier could be an integrated circuit in which the program is included, the integrated circuit being adapted to execute, or to be used in the execution of the corresponding processes.
  • Fig. 1 shows the acquisition and processing system used to acquire the data necessary to carry out the process of the invention.
  • Fig. 2 shows the behavior of the real roughness compared to the estimated one considering the training data corresponding to a micromachining process.
  • Fig. 3 shows the behavior of the real roughness compared to that estimated during microfiber operations (validation in process).
  • Fig. 4 shows the behavior of the error in process during the microfusing operations of Fig. 3.
  • Ra The surface roughness and specifically the Ra is one of the most used industrial indicators to evaluate the surface quality of a machined part. Ra is defined: R
  • the roughness is normally expressed in microns, or in our case in nanometers, and Ra is defined as the arithmetic mean of the absolute values of the points with distance and, with respect to the midline of the measured roughness profile.
  • the surface roughness mechanism at low cutting speeds includes not only geometric considerations, but also the effects of minimum chip thickness, elastic recovery, and drag action.
  • the vibration signal from an accelerometer is the vibration signal from an accelerometer.
  • the vibration signal from an accelerometer is a relatively non-invasive sensor to the process, robust and whose cost and signal processing is not as expensive with acoustic emission sensors nor as invasive as force sensors.
  • variables used to model and characterize the surface finish are the advance by quadratic tooth and the quadratic mean vibration in the Z axis of the machine.
  • the incremental models proposed by Pedrycz where the axis of the model design exploits the principle of incrementality. Following this principle, any model must begin with its most generic form and the simplest form one could imagine. However, it is not necessary to stop the design in this step, since if necessary, the model is iteratively refined (adjusted) by invoking some more refined (and localized) technique to model some particular regions of the space of entry.
  • the present invention is based on this principle, proposing the development of an incremental hybrid model.
  • the basic or global model has to be as simple as possible, so linear regression techniques are presented as a viable solution, because they are easy to develop. After building the basic model, additional hybrid models need to be refined with an incremental counterpart such as the fuzzy k-Nearest Neighbors fuzzy clustering algorithm.
  • the present invention employs a non-parametric technique called incremental hybrid model, which was developed by W. Pedrycz and K.C. Kwak in “The development of incremental models”. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2007. 15 (3): p. 507-518.
  • This technique uses a basic or global model that captures the general behavior of the system and overlays a local model that captures its local behavior.
  • a local smoothing strategy based on the fuzzy clustering algorithm described by S. B. Roh, T.C. Ahn and W. Pedrycz in "The refinement of models with the aid of the fuzzy k-nearest neighbors approach”. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2010. 59 (3): p. 604-615.
  • the procedure for obtaining the global model consists in calculating and storing the parameters of the function to be adjusted (in our case the polynomial).
  • the evaluation of the algorithm at an objective point that consists in evaluating the function at that point with the parameters obtained during training, that is, the values of advance per quadratic tooth and quadratic mean vibration in the Z axis obtained in the described experiments.
  • F-kNN Fuzzy k-Nearest Neighbors
  • N ⁇ d t D ⁇ where D is the set of entry points for the algorithm and one of the closest neighbors to q.
  • n i is the i.-e. if .mo neighbor of the target point q
  • p is blur coefficient
  • the incremental model is responsible for meshing the two models described above.
  • the basic model training consists of performing the training of the basic and incremental models. So be
  • the data can be normalized.
  • Simulated tempering is a meta-heuristic search method for solving global optimization problems that simulates the physical process of material tempering, which consists of heating these materials and then slow cooling them down. increase the size of its crystals and reduce its defects, and thereby minimize the energy of the entire system.
  • the method was proposed independently by S. Kirkpatrick, CD Gelatt and MP Vecchi, of the "IBM Thomas J. Watson Research Center", in 1983 and by Vlado Cerny, of the Institute of Physics and Biophysics of the University of Comenius (Bratislava) , in 1985.
  • the algorithm is an adaptation of the Metropolis-Hastings algorithm, which is a Monte Cario type method for generating state samples of a thermodynamic system.
  • the algorithm in each iteration the algorithm generates a point randomly and calculates the distance between the new point and the previous one through a probability distribution with a scale proportional to the temperature.
  • the algorithm accepts all new points that reduce the desired objective, but also accepts points that increase it with a certain probability. By accepting the points that increase the objective, the algorithm avoids getting caught in local minimums, and allows a greater exploration of the search space for more possible solutions.
  • the algorithm according to its progress, selects a tempering schedule to systematically decrease the temperature. With the decrease in temperature, the algorithm reduces the search space until it converges to a minimum.
  • the simulated tempering method consists mainly of three relationships:
  • T ( ⁇ k) ' Planning of the "tempering temperature" T in k steps of tempering time.
  • the probability of acceptance is based on the opportunity of a
  • tempering planning disrupts the balance every time the temperature changes, and in this way, at best, this should be done carefully and gradually.
  • T ⁇ k T Q e a ⁇
  • the simulated tempering algorithm is executed iteratively, generating new states that minimize energy - System C
  • the simulated tempering algorithm begins its execution with initial values of the parameters of the hybrid mcremental model ,
  • the acceptance or rejection criteria is based on the Metropolis algorithm.
  • the simulated tempering algorithm simulates, iteratively, the metal tempering process as you search for a solution.
  • a random disturbance is generated on the design variables m, k, p which, in turn, generates a change in the objective function, that is, the MAE behavior index.
  • the temperature index decreases at each iteration of the algorithm, thus reducing the size of the disturbance as the search progresses.
  • Each set of model parameters obtained by this method is replaced in the equations of the incremental hybrid model and the accuracy of the model is evaluated with each of the training data.
  • the MAE performance index is evaluated by comparing the simulated responses with the desired responses.
  • the new parameters take the place of the previous parameters. Otherwise, the new parameters of the model are not immediately discarded, but are subject to a probability evaluation process where the probability P of the cost of the new parameters, meters (MAE and mw r ) is calculated with relation to the best previous cost ( riULV ), using the Boltzmann equation: (MAE PREV -MAE NEW )
  • the probability P is then compared with a threshold value n (which is a value between 0 and 1 generated by a uniform distribution). If P> n, then the new model parameters are accepted as
  • the main objective is to obtain an optimal modeling of the parameters that serve to achieve a fast and precise model through the minimization of the mean absolute error (MAE) as an index of performance.
  • the optimal adjustment of the modeling parameters is done offline using the simulated tempering method, obtaining an incremental hybrid model capable of representing with very good precision the actual behavior of the process.
  • the process of the invention has two clearly differentiated phases: first, training of a representative model of the micromachining process; and secondly, roughness evaluation based on the model obtained in the previous phase.
  • the training phase of the model is only carried out once for each specific machine, and the hybrid model obtained can then be used to assess the roughness in real time during the machining of a part as many times as necessary.
  • Fig. 1 shows the experimental setup used for the data acquisition and processing.
  • the vibration sensor (2) installed in the clamp or clamping mechanism of the part to measure the vibration of the machine tool (1) on the Z axis is observed.
  • the analog signal of the sensor (3) is acquired by acquisition cards (4) and is processed by a real time acquisition and processing program embedded in a high performance computing device (5).
  • the data acquired and processed are made available on a local network (6), and can be accessed through a remote web client (7).
  • the information necessary for the calculation of the advance per tooth such as the speed of advance of the machine, the speed of rotation and the geometric information of the tool, is also made available in the local network (6) through a server of real time data (8) of the numerical control 1 (CNC) of the machine (10).
  • Both computing devices are interconnected through the fieldbus (9).
  • Table 1 shows the set of 21 experimentally obtained data that have been used in this example to carry out the adjustment of the described incremental hybrid model. This table shows not only the feed data per tooth, vibration on the Z axis and surface roughness, but also a large number of auxiliary data:
  • PosY Position on the Y axis of the tool tip, relative to the origin of the part [mm].
  • PosX Position on the X axis of the tool tip, relative to the origin of the part [mm].
  • f Feed rate [mm / min].
  • n Speed of rotation [1 / min].
  • Accel rms Mean quadratic value of the vibrations in the data range [g].
  • Ra Average absolute surface roughness in the interval [nm].
  • Rq Mean quadratic surface roughness in the interval [nm].
  • Rp Maximum height of the surface peak in the interval [nm].
  • Samples / Interval otal samples in the interval for roughness measurement.
  • the model has as its output the average absolute surface roughness
  • R a expressed in nanometers (nm) and as inputs the quadratic value of the feed per tooth () normalized in relation to the radius of the tool (F), both expressed in nanometers (nm), and the mean square vibration in the Z axis ( rms ) normalized in relation to its maximum value (A " IUA ) during a temporary window
  • Figs. 2-4 graphically show the results of the estimation of the surface roughness of some processes using the model obtained.
  • Fig. 2 shows the estimated surface roughness values when the own data from Table 1 used to calculate it is entered into the model obtained. Obviously, the result is that the actual and estimated values coincide, so the error is 0%.
  • Fig. 3 shows an example of prediction of surface roughness with new data corresponding to a microfressing process.
  • the estimated roughness values and actual roughness values, which were subsequently measured with a profilometer, have been represented.
  • the monitoring method used follows quite precisely the real roughness behavior in most cases.
  • Fig. 4 illustrates the error behavior in the roughness estimate corresponding to Fig. 3, observing that the absolute average error among all the tests performed is 10.9%.

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Abstract

The invention relates to a method for monitoring the surface roughness of a part in real time during a machining process carried out by a machine-tool. The method comprises the following steps: obtaining an incremental hybrid model representing the machining process and evaluating the incremental hybrid model in real time in order to obtain the surface roughness. This method is especially useful in micro-machining processes, where the operator cannot personally check the results of the operations, though it is also applicable to machining operations in general. The described method is simple and easy to implement, providing precise results allowing operators to make appropriate decisions during the machining process. The use of the method according to the invention allows the quality of the machined parts to be improved while reducing the total production time.

Description

DESCRIPCIÓN  DESCRIPTION
Método para monitorizar en tiempo real la rugosidad de una pieza durante un proceso de mecanizado Method to monitor in real time the roughness of a piece during a machining process
Objeto de la invención Object of the invention
La invención se enmarca dentro del campo de la industria, concretamente en los procesos de mecanizado de piezas mediante máquinas de control numérico (CNC) .  The invention is part of the field of industry, specifically in the processes of machining parts using numerical control machines (CNC).
El objeto principal de la presente invención es un procedimiento para monitorizar la rugosidad superficial de una pieza en tiempo real durante el propio proceso de mecanizado de dicha pieza. The main object of the present invention is a method for monitoring the surface roughness of a piece in real time during the machining process of said piece.
Antecedentes de la invención Background of the invention
La rugosidad superficial de una pieza mecanizada constituye una de las características más importantes para conocer la calidad de la pieza, constituyendo una evaluación de la efectividad del proceso de fabricación llevado a cabo. El procedimiento empleado para la medición de la rugosidad superficial puede convertirse en un elemento diferenciador en lo que a competitividad se refiere, ya que influye en criterios como el rendimiento y la productividad de las estrategias de fabricación utilizadas para la conformación de piezas .  The surface roughness of a machined part constitutes one of the most important characteristics to know the quality of the piece, constituting an evaluation of the effectiveness of the manufacturing process carried out. The procedure used for the measurement of surface roughness can become a differentiating element in terms of competitiveness, since it influences criteria such as performance and productivity of the manufacturing strategies used to form parts.
Actualmente, es posible conseguir de modos relativamente sencillos una medida precisa elevada de la rugosidad de piezas mecanizadas a macroescala. Sin embargo, esta precisión y sencillez se reduce a medida que disminuye la escala dimensional a la que se trabaja, llegando a ser crítica en la microescala y la nanoescala. En otras palabras, la determinación del acabado de piezas pequeñas a microescala es bastante más difícil, siendo especialmente problemática cuando los requerimientos de rugosidad se encuentran entre 0,3 nm y 7,0 nm. Nótese que el ajuste y acabado de micro- piezas puede afectar a la calidad y funcionamiento de ensamblajes a más alto nivel. Aunque no existe un consenso generalizado con relación a la definición de los términos nanomecanizado , micromecanizado y macromecanizado, una definición ampliamente aceptada para estos términos es su significado literal, es decir, nanomecanizado para el mecanizado de dimensiones entre 1 y 999 nm, micromecanizado para dimensiones entre 1 y 999 μιη y macromecanizado para dimensiones mayores de 1 mm. Hay que resaltar que los rangos micro y nano varían en dependencia de factores como el método de mecanizado, el tipo de producto, el material, entre otros. También cabe destacar que para enmarcar la tecnología empleada en una determinada escala, no es necesario que la pieza que se fabrique tenga todas sus dimensiones en esa escala. Currently, it is possible to achieve a relatively high precise measurement of the roughness of macroscale machined parts in relatively simple ways. However, this precision and simplicity is reduced as the dimensional scale at which it works is reduced, becoming critical in the microscale and nanoscale. In other words, determining the finish of small microscale parts is much more difficult, being especially problematic when the roughness requirements are between 0.3 nm and 7.0 nm. Note that the adjustment and finishing of micro parts can affect the quality and operation of assemblies at a higher level. Although there is no generalized consensus regarding the definition of nanomechanized, micromachining and macromachining terms, a widely accepted definition for these terms is their literal meaning, that is, nanomechanizing for machining dimensions between 1 and 999 nm, micromachining for dimensions between 1 and 999 μιη and macromechanized for dimensions larger than 1 mm. It should be noted that the micro and nano ranges vary depending on factors such as the machining method, the type of product, the material, among others. It should also be noted that to frame the technology used on a certain scale, it is not necessary that the piece that is manufactured has all its dimensions on that scale.
Actualmente, los procedimientos con mayor arraigo en la industria para medir de forma precisa la rugosidad superficial de fabricación se llevan a cabo post-proceso, es decir, una vez concluidas las operaciones de fabricación, influyendo por tanto en el tiempo total de fabricación de la pieza. Para ello, normalmente se utilizan los denominados perfilómetros o rugosímetros , que son unos dispositivos dotados de una aguja que toca la superficie cuya rugosidad se desea medir. Las altas variaciones de la superficie son medidas moviendo la aguja (o la superficie) . Los movimientos de la aguja se convierten en señales eléctricas que luego son amplificadas, digitalizadas e introducidas al ordenador para analizar los datos. Currently, the procedures with greater roots in the industry to accurately measure the surface roughness of manufacturing are carried out post-process, that is, once the manufacturing operations are completed, thus influencing the total manufacturing time of the piece. For this, the so-called profilometers or roughness meters are normally used, which are devices equipped with a needle that touches the surface whose roughness is to be measured. High variations of the surface are measured by moving the needle (or the surface). The movements of the needle are converted into electrical signals that are then amplified, digitized and introduced to the computer to analyze the data.
En el caso microescala, la cabeza del palpador y la aguja son versiones a escala reducida de los perfilómetros de contacto tradicionales. Sin embargo, a diferencia del método de contacto tradicional, la medición se registra cuando se presenta un cambio en el movimiento constante del microsensor (amortiguado). Actualmente se dispone de agujas de tamaños extraordinariamente pequeños, como por ejemplo de 0.125 mm de diámetro y 10 mm de largo. Cuando la punta se acerca al objeto a medir, su micromovimiento es amortiguado por la proximidad a la superficie de la pieza. Este cambio de paso de umbral en el micro- movimiento se registra como un punto de medición . Un inconveniente de la medición de la rugosidad en piezas en la microescala con perfilómetros está relacionado con el posicionamiento de la micropieza para inspeccionarla con el perfilómetro . Debido al tamaño tan reducido de las piezas, es difícil ver físicamente debajo de la cabeza del palpador la posición de la pieza a medir para alinear el movimiento de la aguja con la pieza. Se necesita un sistema de pre-posicionado, usando soportes, calzas, agujeros o algún sistema que permita situar la pieza bajo la cabeza del palpador. En definitiva, se trata de sistemas complejos. In the microscale case, the probe head and the needle are small-scale versions of traditional contact profilometers. However, unlike the traditional contact method, the measurement is recorded when there is a change in the constant movement of the microsensor (damped). Currently, needles of extraordinarily small sizes are available, such as 0.125 mm in diameter and 10 mm in length. When the tip approaches the object to be measured, its micromotion is damped by the proximity to the surface of the piece. This threshold step change in the micro-movement is recorded as a measurement point. A drawback of the measurement of the roughness in parts in the microscale with profilometers is related to the positioning of the micro-piece for inspection with the profilometer. Due to the small size of the pieces, it is difficult to physically see the position of the piece to be measured under the probe head to align the movement of the needle with the piece. A pre-positioning system is needed, using supports, shims, holes or some system that allows the piece to be placed under the probe head. In short, these are complex systems.
También son conocidos otros procedimientos de medición post-proceso, como los descritos en los documentos US7630086, US6163973 y US5608527. El primero de estos documentos describe el uso de un emisor láser para detectar defectos de fabricación en la superficie de obleas de silicio, discos magnéticos o sustratos de vidrio transparente, obtenidos mediante operaciones de pulido. Los otros dos documentos emplean un método de medición de la rugosidad superficial sin contacto cuya finalidad es, por una parte, evitar colisiones agresivas del instrumento palpador con la pieza y, por otra, detectar imperfecciones en los rodillos de prensado en la fabricación de planchas de metal, respectivamente. Other post-process measurement procedures are also known, such as those described in US7630086, US6163973 and US5608527. The first of these documents describes the use of a laser emitter to detect manufacturing defects on the surface of silicon wafers, magnetic discs or transparent glass substrates, obtained by polishing operations. The other two documents employ a method of measuring surface roughness without contact whose purpose is, on the one hand, to avoid aggressive collisions of the stylus instrument with the part and, on the other, to detect imperfections in the pressing rollers in the manufacture of plates of metal, respectively.
También son conocidos algunos métodos para la monitorización o medida de diferentes variables o eventos, como la rugosidad, que se llevan a cabo en-proceso, es decir, durante las operaciones de fabricación. Estos métodos están enfocados principalmente a operaciones de mecanizado en la macroescala. Entre tales métodos, se pueden destacar las tecnologías que plantean la monitorización de la rugosidad superficial en-proceso a partir de la medición de variables que caracterizan el comportamiento temporal de las operaciones de corte . Some methods are also known for monitoring or measuring different variables or events, such as roughness, which are carried out in-process, that is, during manufacturing operations. These methods are mainly focused on macroscale machining operations. Among these methods, we can highlight the technologies that propose the monitoring of surface roughness in-process from the measurement of variables that characterize the temporal behavior of cutting operations.
Como ejemplo, se pueden citar los documentos US6626029 y US7463994, que proponen métodos para medir la rugosidad superficial en operaciones de pulido, rectificado cilindrico o de mecanizado de superficies . En el caso del primer documento, la medición se realiza a partir de la medición de la emisión acústica durante el proceso de corte y empleando un transductor piezoeléctrico de altas frecuencias. El segundo documento utiliza el principio de la fuerza termo-electromotriz que se genera durante el contacto de materiales conductores eléctricos . As an example, documents US6626029 and US7463994, which propose methods for measuring surface roughness in polishing, cylindrical grinding or surface machining operations, can be cited. In the case of the first document, the measurement is made from the measurement of the acoustic emission during the process of cutting and using a high frequency piezoelectric transducer. The second document uses the principle of thermo-electromotive force that is generated during the contact of electrical conductive materials.
Existen también tecnologías que utilizan estrategias de control en bucle cerrado para controlar la rugosidad superficial en tiempo real o introducir acciones de control para conseguir su mejora. El documento US7792604 desarrolla una tecnología que introduce acciones de control en el sistema de control de posición de las máquinas, suavizando los cambios en la velocidad de avance que conlleven a una mejora de la rugosidad superficial. De forma similar, el documento US4926309 describe un controlador adaptativo para ajusfar la rugosidad superficial, durante la fabricación en serie de piezas, a partir de su estimación mediante un modelo matemático, que utiliza como entradas la velocidad de avance de la máquina y la rugosidad superficial medida de la última pieza fabricada. De forma similar, el documento US3829750 describe un procedimiento parecido aplicado a procesos de rectificado a partir de la medición de variables del proceso, como par, temperatura y vibraciones. Realiza un ajuste de la velocidad de avance empleando estrategias de optimización estocásticas de una figura de mérito, como es el caso de la taza de arranque de material y su relación con la rugosidad superficial deseada . There are also technologies that use closed-loop control strategies to control surface roughness in real time or introduce control actions to achieve improvement. Document US7792604 develops a technology that introduces control actions in the machine position control system, softening the changes in the speed of advancement that lead to an improvement in surface roughness. Similarly, document US4926309 describes an adaptive controller for adjusting surface roughness, during mass production of parts, from its estimation using a mathematical model, which uses as input the speed of advance of the machine and surface roughness Measurement of the last piece manufactured. Similarly, document US3829750 describes a similar procedure applied to grinding processes from the measurement of process variables, such as torque, temperature and vibrations. Make an adjustment of the speed of advance using stochastic optimization strategies of a figure of merit, as is the case of the material starting cup and its relation to the desired surface roughness.
Otras tecnologías implementan algoritmos de optimización para el ajuste o selección del conjunto de parámetros de mecanizado en procesos de fabricación. Entre ellas puede destacarse el documento US5903474, que reivindica un método para lograr la selección óptima de los parámetros de mecanizado en operaciones de torneado a partir del desgaste de la herramienta y aplicando estrategias de optimización multi-obj etivo . Other technologies implement optimization algorithms for the adjustment or selection of the set of machining parameters in manufacturing processes. Among them, document US5903474, which claims a method to achieve the optimal selection of machining parameters in turning operations from tool wear and applying multi-objective optimization strategies, can be highlighted.
También resulta de especial interés el documento US6671571, enfocado también a temas de acabado pero en este caso dimensional, y que desarrolla un procedimiento que introduce de forma automática compensaciones en el programa de la pieza que se fabrica a partir de la medida que se realiza de sus dimensiones geométricas una vez concluidas las operaciones de mecanizado. Con vista también al control del acabado dimensional, el documento US4974165 describe un sistema de control de tiempo real del movimiento de la herramienta de corte en operaciones de torneado para obtener un perfil de mecanizado adecuado a través de la medición continúa del diámetro real de la pieza giratoria. Also of special interest is document US6671571, also focused on issues of finishing but in this dimensional case, and that develops a procedure that automatically introduces compensations in the program of the piece that is manufactured from the measurement that is made of its geometric dimensions once the machining operations are completed. With a view also to the control of the dimensional finish, document US4974165 describes a real time control system of the movement of the cutting tool in turning operations to obtain a suitable machining profile through the continuous measurement of the real diameter of the piece swivel
En definitiva, aunque actualmente existen varios procedimientos que tienen como objetivo la monitorización de la rugosidad de una pieza en tiempo real durante el proceso de mecanizado, ninguno de ellos consigue obtener resultados completamente satisfactorios . In short, although there are currently several procedures that aim to monitor the roughness of a piece in real time during the machining process, none of them get completely satisfactory results.
Descripción de la invención Description of the invention
Los inventores de la presente solicitud han desarrollado un método de monitorización de la rugosidad superficial en tiempo real relativamente sencillo y fácil de implementar, y que proporciona resultados precisos que permiten al operador tomar las decisiones más oportunas durante el propio proceso de mecanizado. El uso del procedimiento de la invención permite tanto mejorar la calidad de las piezas mecanizadas como disminuir el tiempo total empleado, mejorando asi la productividad neta del proceso. Se trata de un método especialmente útil en procesos de micro-mecanizado, donde el operario no puede comprobar por si mismo el resultado de las operaciones, aunque es aplicable a cualquier proceso de mecanizado en general. Por ese motivo, en la presente solicitud el término "mecanizado" abarca también "micro-mecanizado".  The inventors of the present application have developed a method of monitoring surface roughness in real time relatively simple and easy to implement, and that provides precise results that allow the operator to make the most appropriate decisions during the machining process itself. The use of the process of the invention allows both to improve the quality of the machined parts and to reduce the total time spent, thus improving the net productivity of the process. It is an especially useful method in micro-machining processes, where the operator cannot verify the results of the operations by himself, although it is applicable to any general machining process. For this reason, in the present application the term "machining" also encompasses "micro-machining."
El procedimiento de la invención para monitorizar en tiempo real la rugosidad de una pieza durante un proceso de mecanizado, donde dicho proceso es llevado a cabo por una máquina dotada de una herramienta de mecanizado, comprende fundamentalmente los siguientes pasos: obtener un modelo híbrido incremental representativo del proceso de mecanizado; y evaluar el modelo híbrido incremental en tiempo real para obtener la rugosidad superficial. A continuación, se describe cada uno de dichos pasos con mayor detalle: Obtención de un modelo híbrido incremental The method of the invention to monitor in real time the roughness of a piece during a machining process, where said process is carried out by a machine equipped with a machining tool, basically comprises the following steps: obtaining a representative incremental hybrid model of the machining process; and evaluate the incremental hybrid model in real time to obtain surface roughness. Next, each of these steps is described in more detail: Obtaining an incremental hybrid model
En este primer paso, se obtiene un modelo híbrido incremental representativo del proceso de mecanizado que permite obtener la rugosidad superficial a partir de datos del avance por diente y de la vibración de la máquina en el eje Z. El avance por diente se define como la distancia que avanza cada diente de la herramienta con relación a la pieza por cada vuelta que realiza. Esta información se obtiene a partir de la velocidad de avance de la máquina, su velocidad de giro y la información geométrica de la herramienta, que normalmente se encuentran disponibles internamente en la máquina, específicamente en su controlador. Por otro lado, la vibración de la máquina en el eje Z se mide utilizando un acelerómetro instalado en la mordaza o mecanismo de sujeción de la pieza . In this first step, an incremental hybrid model representative of the machining process is obtained that allows surface roughness to be obtained from data of the feed per tooth and the vibration of the machine on the Z axis. The feed per tooth is defined as the distance that each tooth of the tool advances in relation to the piece for each turn it makes. This information is obtained from the speed of advance of the machine, its speed of rotation and the geometric information of the tool, which are normally available internally in the machine, specifically in its controller. On the other hand, the vibration of the machine on the Z axis is measured using an accelerometer installed in the clamp or clamping mechanism of the piece.
El modelo híbrido incremental está formado por una función que se obtiene a partir de la superposición de un modelo global y un modelo local. El modelo global proporciona una primera aproximación general que permite obtener la rugosidad a partir del valor cuadrático de la velocidad de avance por diente y la vibración media cuadrática en el eje Z, y está formado por un polinomio de dos entradas de orden m. El modelo local, por su parte, permite aproximar con mayor precisión aquellas áreas del modelo global que no representan adecuadamente el comportamiento del proceso de mecanizado, y se obtiene empleando la aproximación Fuzzy k-Nearest Neighbours con un número de vecinos k y un coeficiente de borrosidad p. The incremental hybrid model is formed by a function that is obtained from the superposition of a global model and a local model. The global model provides a first general approximation that allows roughness to be obtained from the quadratic value of the feed rate per tooth and the mean quadratic vibration on the Z axis, and is formed by a polynomial of two inputs of order m. The local model, meanwhile, allows us to approximate more precisely those areas of the global model that do not adequately represent the behavior of the machining process, and is obtained using the Fuzzy k-Neighbors Neighbors approach with a number of neighbors k and a blur coefficient p.
Este modelo se ajusta partir de un conjunto de datos que comprende el valor cuadrático del avance por diente, el valor cuadrático medio de la vibración en el eje Z y la rugosidad superficial obtenidos de una pieza mecanizada previamente por la máquina. En principio, se puede utilizar cualquier número de muestras siempre que sean las suficientes como para caracterizar adecuadamente el comportamiento del proceso, aunque en una realización preferida de la invención se usan al menos 20 muestras. Asi, en una realización preferida de la invención el modelo híbrido incremental se obtiene implementando los siguientes pasos : This model is adjusted based on a set of data that includes the quadratic value of the feed per tooth, the average quadratic value of the vibration on the Z axis and the surface roughness obtained from a piece previously machined by the machine. In principle, any number of samples can be used as long as they are sufficient to adequately characterize the process behavior, although in a preferred embodiment of the invention at least 20 samples are used. Thus, in a preferred embodiment of the invention the incremental hybrid model is obtained by implementing the following steps:
Obtener un conjunto de datos de vibración media cuadrática en el eje Z, avance por diente cuadrático y rugosidad superficial a partir de una pieza mecanizada por la máquina. Obtain a set of data of quadratic mean vibration on the Z axis, advance by quadratic tooth and surface roughness from a piece machined by the machine.
Ajusfar, a partir de dicho conjunto de datos, el modelo global mediante un algoritmo de mínimos cuadrados .  Adjust, from this data set, the global model using a least squares algorithm.
Ajusfar, a partir de dicho conjunto de datos, los modelos locales de la rugosidad superficial aplicando la técnica Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) y empleando una norma euclídea para el cálculo de la cercanía entre vecinos .  Adjust, based on this data set, local models of surface roughness by applying the Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) technique and using a Euclidean standard for the calculation of proximity between neighbors.
Formar el modelo híbrido incremental a partir de la superposición del modelo global y el modelo local.  Form the incremental hybrid model from the superposition of the global model and the local model.
Los datos empleados (avance por diente cuadrático y vibración media cuadrática en el eje Z) varían entre rangos muy distintos. Como consecuencia, los modelos global y local trabajan en condiciones extremas que podrían llevar a que se descarte alguna de las variables de entrada, perdiéndose información que podría ser relevante. Para evitarlo, en una realización preferida de la invención se lleva a cabo una normalización de la vibración media cuadrática en el eje Z y del avance por diente cuadrático previamente al ajuste de los modelos global y local. Preferentemente, la vibración media cuadrática en el eje Z se normaliza con relación a su valor máximo dentro del conjunto de datos, y el avance por diente cuadrático se normaliza con relación al radio de la herramienta. The data used (advance by quadratic tooth and quadratic mean vibration on the Z axis) vary between very different ranges. As a consequence, global and local models work in extreme conditions that could lead to the discarding of some of the input variables, losing information that could be relevant. To avoid this, in a preferred embodiment of the invention a normalization of the mean quadratic vibration in the Z axis and the advance by quadratic tooth is carried out prior to the adjustment of the global and local models. Preferably, the mean quadratic vibration on the Z axis is normalized in relation to its maximum value within the data set, and the feed per quadratic tooth is normalized relative to the radius of the tool.
Una vez obtenido el modelo híbrido incremental, es posible ajusfar el orden m del polinomio del modelo global, el número de vecinos k del modelo local y el coeficiente de borrosidad p del modelo local en base a un algoritmo de temple simulado, mejorando así la precisión de los valores de rugosidad superficial obtenidos . Once the incremental hybrid model is obtained, it is possible to adjust the order m of the polynomial of the global model, the number of neighbors k of the local model and the blur coefficient p of the local model based on a simulated tempering algorithm, thus improving the accuracy of the surface roughness values obtained.
En definitiva, estos pasos se llevan a cabo para cada máquina que se desee caracterizar por medio del procedimiento descrito, siendo el resultado último una función de dos entradas (avance por diente cuadrático y vibración media cuadrática en el eje Z) y una salida (rugosidad superficial) . b) Evaluar el modelo híbrido incremental In short, these steps are carried out for each machine that you want to characterize by means of the procedure described, being the The last result is a function of two inputs (feed per quadratic tooth and mean quadratic vibration on the Z axis) and one output (surface roughness). b) Evaluate the incremental hybrid model
Una vez ajustado el modelo híbrido incremental de la máquina en cuestión de acuerdo con los datos anteriores, únicamente es necesario introducir datos de avance por diente cuadrático y vibración media cuadrática en el eje Z obtenidos en tiempo real durante un proceso de micromecanizado para obtener la rugosidad superficial instantánea en ese momento. Once the incremental hybrid model of the machine in question has been adjusted according to the previous data, it is only necessary to enter feed data per quadratic tooth and quadratic mean vibration in the Z axis obtained in real time during a micromachining process to obtain the roughness Superficial instant at that time.
Preferentemente, la evaluación del modelo híbrido incremental comprende a su vez los siguientes pasos: Preferably, the evaluation of the incremental hybrid model in turn comprises the following steps:
Adquirir el avance por diente y la vibración en el eje Z durante una ventana temporal cuya duración es proporcional al período de rotación de la herramienta, preferentemente 10 veces dicho período de rotación. Acquire the feed per tooth and the vibration on the Z axis during a time window whose duration is proportional to the period of rotation of the tool, preferably 10 times said period of rotation.
Calcular el valor medio cuadrático de la vibración en el eje Z durante dicha ventana temporal y normalizarlo con relación al valor máximo de la vibración dentro de la misma ventana de datos .  Calculate the mean quadratic value of the vibration on the Z axis during said time window and normalize it in relation to the maximum value of the vibration within the same data window.
Normalizar el avance por diente cuadrático con relación al radio de la herramienta.  Normalize the feed per square tooth relative to the radius of the tool.
Introducir los valores normalizados de avance por diente cuadrático y de vibración media cuadrática en el eje Z en el modelo híbrido incremental para obtener la rugosidad superficial instantánea.  Enter the normalized values of feed per quadratic tooth and average quadratic vibration on the Z axis in the incremental hybrid model to obtain instantaneous surface roughness.
En una realización preferida de la invención, antes de comenzar la adquisición de datos se detecta el inicio efectivo del mecanizado teniendo en cuenta el momento en que la herramienta contacta con la pieza, preferentemente en función de la conductividad del conjunto máquina-herramienta-pieza (en caso de materiales conductores de electricidad) . Esta operación evita que se produzcan errores relacionados con el inicio de la toma de medidas antes de que haya comenzado realmente el proceso de mecanizado . In a preferred embodiment of the invention, before starting the data acquisition, the effective start of the machining is detected taking into account the moment in which the tool contacts the part, preferably depending on the conductivity of the machine-tool-part assembly ( in the case of electrically conductive materials). This operation prevents errors related to the start of taking measurements before the machining process has actually begun.
En otra realización preferida de la invención, los datos de vibración en el eje Z adquiridos son filtrados para eliminar los armónicos de frecuencias por debajo de la frecuencia de giro de la herramienta. Este filtrado se puede llevar a cabo de diferentes modos, aunque en una realización preferida de la invención se emplea un filtro digital de respuesta infinita al impulso (IIR) de Butterworth pasa-alto, de 6o orden y cuya frecuencia de corte es igual a la mitad de la frecuencia de giro de la herramienta. In another preferred embodiment of the invention, the acquired vibration data on the Z axis is filtered to eliminate the harmonics of frequencies below the rotation frequency of the tool. This filtering can be accomplished in different ways, but in a preferred embodiment of the invention a-high pass digital filter with infinite impulse response (IIR) Butterworth 6 or order and whose cutoff frequency is used is equal to half of the tool's rotation frequency.
Normalmente, este método será codificado como un programa de ordenador e implementado, en su versión más simple, por medio de un ordenador conectado a la máquina, para obtener el avance por diente, y a un sensor de vibración que permite obtener la vibración en el eje Z. En consecuencia, la invención se extiende igualmente a los programas de ordenador, particularmente los programas de ordenador dispuestos sobre o dentro de una portadora, adaptados para llevar a la práctica la invención. El programa puede tener la forma de código fuente, código objeto, una fuente intermedia de código y código objeto, por ejemplo, en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para uso en la puesta en práctica del procedimiento de la invención. Normally, this method will be coded as a computer program and implemented, in its simplest version, by means of a computer connected to the machine, to obtain the feed per tooth, and to a vibration sensor that allows to obtain the vibration in the axis Z. Accordingly, the invention also extends to computer programs, particularly computer programs arranged on or within a carrier, adapted to carry out the invention. The program may have the form of source code, object code, an intermediate source of code and object code, for example, in partially compiled form, or in any other form suitable for use in the implementation of the process of the invention.
La portadora puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de soportar el programa. Por ejemplo, la portadora podría incluir un medio de almacenamiento, como una memoria ROM, una memoria CD ROM, una memoria ROM de semiconductor, un soporte de grabación magnética, un disco flexible o un disco duro. The carrier can be any entity or device capable of supporting the program. For example, the carrier could include a storage medium, such as a ROM, a CD ROM, a semiconductor ROM, a magnetic recording medium, a flexible disk or a hard disk.
Además, la portadora puede ser una portadora transmisible, por ejemplo, una señal eléctrica u óptica que podría transportarse a través de cable eléctrico u óptico, por radio o por cualesquiera otros medios . Cuando el programa está incorporado en una señal que puede ser transportada directamente por un cable u otro dispositivo o medio, la portadora puede estar constituida por dicho cable u otro dispositivo o medio. In addition, the carrier can be a transmissible carrier, for example, an electrical or optical signal that could be transported through electrical or optical cable, by radio or by any other means. When the program is incorporated into a signal that can be carried directly by a cable or other device or medium, the carrier may be constituted by said cable or other device or medium.
Como variante, la portadora podría ser un circuito integrado en e que está incluido el programa, estando el circuito integrad adaptado para ejecutar, o para ser utilizado en la ejecución de lo procesos correspondientes . As a variant, the carrier could be an integrated circuit in which the program is included, the integrated circuit being adapted to execute, or to be used in the execution of the corresponding processes.
Breve descripción de las figuras Brief description of the figures
La Fig. 1 muestra el sistema de adquisición y procesamiento utilizado para adquirir los datos necesarios para llevar a cabo el procedimiento de la invención.  Fig. 1 shows the acquisition and processing system used to acquire the data necessary to carry out the process of the invention.
La Fig. 2 muestra el comportamiento de la rugosidad real frente a la estimada considerando los datos de entrenamiento correspondientes a un proceso de micromecanizado . Fig. 2 shows the behavior of the real roughness compared to the estimated one considering the training data corresponding to a micromachining process.
La Fig. 3 muestra el comportamiento de la rugosidad real frente a la estimada durante unas operaciones de microfresado (validación en proceso) . Fig. 3 shows the behavior of the real roughness compared to that estimated during microfiber operations (validation in process).
La Fig. 4 muestra el comportamiento del error en proceso durante las operaciones de microfresado de la Fig . 3. Fig. 4 shows the behavior of the error in process during the microfusing operations of Fig. 3.
Realización preferida de la invención Preferred Embodiment of the Invention
Se describe a continuación con mayor detalle un ejemplo de realización de la invención donde se explica el proceso llevado a cabo para elegir las variables y los algoritmos utilizados en la invención. En este ejemplo concreto, el cálculo del modelo híbrido se ha aplicado a un proceso de micromecanizado.  An embodiment of the invention will be described in greater detail below, explaining the process carried out to choose the variables and algorithms used in the invention. In this specific example, the calculation of the hybrid model has been applied to a micromachining process.
Elección de variables representativas del proceso de micromecanizado Choice of variables representative of the micromachining process
La rugosidad superficial y específicamente la Ra es uno de los indicadores industriales más utilizado para evaluar la calidad superficial de una pieza mecanizada. La Ra se define: R The surface roughness and specifically the Ra is one of the most used industrial indicators to evaluate the surface quality of a machined part. Ra is defined: R
La rugosidad se expresa normalmente en mieras, o en nuestro caso en nanómetros, y se define la Ra como la media aritmética de los valores absolutos de los puntos con distancia y, con respecto a la linea media del perfil de rugosidad medido. The roughness is normally expressed in microns, or in our case in nanometers, and Ra is defined as the arithmetic mean of the absolute values of the points with distance and, with respect to the midline of the measured roughness profile.
Sin embargo en la literatura no están claros cuales son las variables que mayor influencia tienen en la rugosidad superficial, al menos en la microescala. Por ello, se ha llevado a cabo un estudio experimental de las diferentes variables implicadas en el proceso de mecanizado para determinar cuáles de ellas son las más adecuadas para predecir la rugosidad de la pieza en tiempo real. Las consecuencias del estudio realizado permiten concluir que las variaciones en la rugosidad superficial con la velocidad de corte tienen diferentes comportamientos para diferentes valores de avance por diente . However, in the literature it is not clear which are the variables that have the greatest influence on surface roughness, at least in the microscale. Therefore, an experimental study of the different variables involved in the machining process has been carried out to determine which of them are the most suitable to predict the roughness of the piece in real time. The consequences of the study carried out allow us to conclude that variations in surface roughness with cutting speed have different behaviors for different values of feed per tooth.
Además, en general un aumento en la velocidad de corte conduce a una reducción en la rugosidad. Esto se produce fundamentalmente por los siguientes motivos: In addition, in general an increase in cutting speed leads to a reduction in roughness. This occurs primarily for the following reasons:
- El mecanismo de rugosidad de la superficie a bajas velocidades de corte incluye no sólo las consideraciones geométricas, sino también los efectos del espesor de la viruta mínimo, la recuperación elástica, y la acción de arrastre. - The surface roughness mechanism at low cutting speeds includes not only geometric considerations, but also the effects of minimum chip thickness, elastic recovery, and drag action.
- El aumento de la tasa de desgaste a bajas velocidades dará lugar a una tensión no uniforme sobre la herramienta y a una rápida propagación del desgaste, que afectará significativamente las características de la superficie.  - Increasing the rate of wear at low speeds will lead to a non-uniform tension on the tool and a rapid spread of wear, which will significantly affect the surface characteristics.
- El efecto de la microestructura de la pieza de trabajo, cuando el espesor de la viruta es en el orden o menor que el promedio tamaño de grano .  - The effect of the microstructure of the workpiece, when the thickness of the chip is in the order or less than the average grain size.
- La tasa de aumento de la tensión superficial debido al efecto de tamaño y el efecto de flujo de plástico (similar al arrastre) que depende de la combinación pieza-herramienta. - The rate of increase in surface tension due to the effect of size and the flow effect of plastic (similar to drag) that depends on the tool-piece combination.
Las observaciones experimentales revelaron que la interacción de la velocidad de corte y la carga de viruta (avance por diente) es un criterio fundamental para decidir la rugosidad de micro-canales en operaciones de micro-fresado. Las observaciones experimentales mostraron también que los niveles de avance por diente y la interacción de la velocidad de corte y carga de viruta son factores cruciales en la operación micro-fresado. La variación drástica de la presión especifica de corte y las fuerzas de corte a menores avances por diente indica claramente el efecto del espesor mínimo de la viruta en el micro-mecanizado. Por tanto, una de las variables elegidas para la estimación de la rugosidad superficial en esta invención ha sido el avance por diente, señal que puede obtenerse a partir de señales internas de la máquina. Experimental observations revealed that the interaction of cutting speed and chip loading (feed per tooth) is a fundamental criterion for deciding the roughness of micro-channels in micro-milling operations. Experimental observations also showed that the levels of feed per tooth and the interaction of the cutting speed and chip loading are crucial factors in the micro-milling operation. The drastic variation of the specific cutting pressure and the cutting forces at lower feed per tooth clearly indicates the effect of the minimum chip thickness on the micro-machining. Therefore, one of the variables chosen for the estimation of surface roughness in this invention has been the feed per tooth, a signal that can be obtained from internal machine signals.
Sin embargo una sola variable es insuficiente para hacer una buena predicción de la rugosidad superficial en tiempo real. Es necesario utilizar otra variable medida que sea capaz de capturar de forma sistemática y en tiempo real la influencia de aspectos como el run- out, la geometría de la herramienta y el efecto del tamaño con vistas a capturar de forma más realista el mecanismo de eliminación de material en la micro-escala y su influencia en la rugosidad. However, only one variable is insufficient to make a good prediction of surface roughness in real time. It is necessary to use another variable that is able to systematically capture in real time the influence of aspects such as run-out, tool geometry and the effect of size with a view to more realistic capture of the elimination mechanism of material in the micro-scale and its influence on the roughness.
De todas las variables analizadas, la que ofrece mejor relación señal ruido y cuyo coste del sensor es más económico es la señal de vibración procedente de un acelerómetro . Ciertamente se trata de un sensor relativamente poco invasivo al proceso, robusto y cuyo coste y procesamiento de señales no es tan costoso con los sensores de emisión acústica ni tan invasivos como los sensores de fuerza. Of all the variables analyzed, the one that offers the best signal-to-noise ratio and whose cost of the sensor is cheaper is the vibration signal from an accelerometer. Certainly it is a relatively non-invasive sensor to the process, robust and whose cost and signal processing is not as expensive with acoustic emission sensors nor as invasive as force sensors.
En definitiva, en la presente invención las variables utilizadas para modelar y caracterizar el acabado superficial son el avance por diente cuadrático y la vibración media cuadrática en el eje Z de la máquina . Ultimately, in the present invention the variables used to model and characterize the surface finish are the advance by quadratic tooth and the quadratic mean vibration in the Z axis of the machine.
Experimentos realizados Se realizaron más de 200 experimentos con el objetivo de estudiar y analizar el comportamiento de las variables en procesos de microtaladrado y microfresado . A modo de ejemplo, se pueden mencionar los experimentos realizados en Wolframio (WCu) , utilizando fresas y brocas de 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm y 1,8 mm de diámetro, que permiten estudiar una zona muy amplia y potencialmente muy importantes desde el punto de vista comercial y de la eficiencia de los procesos de micromecanizado . Se analizó un rango de velocidades de giro entre las 8000 rpm y las 45000 rpm, y se midieron acabados superficiales desde los 70nm hasta los 500nm. Experiments performed More than 200 experiments were carried out with the objective of studying and analyzing the behavior of the variables in microtaladrado and microfresado processes. As an example, we can mention the experiments carried out in Tungsten (WCu), using 0.2 mm, 0.5 mm, 1 mm and 1.8 mm diameter drills and drills, which allow studying a very wide area and potentially very important from the commercial point of view and the efficiency of micromachining processes. A range of turning speeds between 8000 rpm and 45000 rpm was analyzed, and surface finishes were measured from 70nm to 500nm.
Selección del modelo representativo del proceso de micromecanizado En la actualidad se han producido grandes progresos en las técnicas y métodos para el modelado de sistemas complejos y de gran escala. Sólo a través de un modelo o una representación similar se puede llegar a comprender, evaluar, controlar y optimizar de forma efectiva un sistema. La tarea de modelado de un proceso consiste en obtener una representación del comportamiento del mismo por medio de representaciones matemáticas (ecuaciones diferenciales, ecuaciones integrales, etc.). La complejidad y no linealidad de algunos procesos, convierten a la tarea del modelado por medio de técnicas clásicas en una labor difícil y costosa. Selection of the representative model of the micromachining process At present there have been great advances in the techniques and methods for modeling complex and large-scale systems. Only through a model or similar representation can a system be understood, evaluated, controlled and optimized effectively. The task of modeling a process is to obtain a representation of its behavior through mathematical representations (differential equations, integral equations, etc.). The complexity and non-linearity of some processes make the task of modeling through classic techniques a difficult and expensive task.
En general, uno de los principales inconvenientes a la hora de seleccionar un modelo para un sistema es que se necesita saber previamente la estructura del modelo (modelo paramétrico) antes de realizar cualquier aproximación. Desafortunadamente, en la mayoría de los problemas reales, la definición de la estructura o forma funcional del modelo no es un problema que pueda ser fácilmente resuelto y, cualquier decisión a este respecto podría influir muy subjetivamente en la naturaleza del problema. Por esta razón, se han desarrollado técnicas no paramétricas o de modelo libre, que se basan en el uso de un modelo genérico simple que se va ajusfando iterativamente . In general, one of the main drawbacks when selecting a model for a system is that you need to know the structure of the model (parametric model) before making any approximation. Unfortunately, in most real problems, the definition of the structure or functional form of the model is not a problem that can be easily solved and, any decision in this respect could very subjectively influence the nature of the problem. For this reason, non-parametric or free model techniques have been developed, which are based on the use of a simple generic model that is iteratively adjusted.
De entre los distintos métodos de modelo libre ■repuestos e la literatura, destacan los modelos increméntales propuestos por Pedrycz, donde el eje del diseño del modelo explota el principio de incrementalidad . Siguiendo este principio, cualquier modelo debe comenzar por su forma más genérica y por la forma más simple que uno pudiera imaginar. Sin embargo, no es necesario detener el diseño en este paso, ya que si es necesario, el modelo se refina (ajusta) de forma iterativa mediante la invocación de alguna técnica más refinada (y localizada) para modelar algunas regiones en particular del espacio de entrada. La presente invención toma como base este principio, proponiendo el desarrollo de un modelo híbrido incremental. El modelo básico o global tiene que ser lo más simple posible, por lo que las técnicas de regresión lineal se presentan como una solución viable, debido a que son fáciles de desarrollar. Después de construir el modelo básico, los modelos híbridos adicionales necesitan ser refinados con una contraparte incremental como, por ejemplo, el algoritmo de agrupamiento borroso Fuzzy k- Nearest Neighbors. Among the different free model methods ■ spare parts and literature, the incremental models proposed by Pedrycz, where the axis of the model design exploits the principle of incrementality. Following this principle, any model must begin with its most generic form and the simplest form one could imagine. However, it is not necessary to stop the design in this step, since if necessary, the model is iteratively refined (adjusted) by invoking some more refined (and localized) technique to model some particular regions of the space of entry. The present invention is based on this principle, proposing the development of an incremental hybrid model. The basic or global model has to be as simple as possible, so linear regression techniques are presented as a viable solution, because they are easy to develop. After building the basic model, additional hybrid models need to be refined with an incremental counterpart such as the fuzzy k-Nearest Neighbors fuzzy clustering algorithm.
En definitiva, para modelar el proceso de micromecanizado la presente invención emplea una técnica no paramétrica denominada modelo híbrido incremental, que fue desarrollado por W. Pedrycz y K.C. Kwak en "The development of incremental models". IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2007. 15(3): p. 507-518. Esta técnica emplea un modelo básico o global que captura el comportamiento general del sistema y le superpone un modelo local que captura el comportamiento local del mismo. Adicionalmente, con el objeto de suavizar las transiciones entre el modelo global y el modelo local, se utiliza una estrategia de suavizado local basada en el algoritmo de agrupamiento borroso descrito por S. B. Roh, T.C. Ahn y W. Pedrycz en "The refinement of models with the aid of the fuzzy k- nearest neighbors approach". IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2010. 59(3): p. 604-615. In short, to model the micromachining process the present invention employs a non-parametric technique called incremental hybrid model, which was developed by W. Pedrycz and K.C. Kwak in "The development of incremental models". IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2007. 15 (3): p. 507-518. This technique uses a basic or global model that captures the general behavior of the system and overlays a local model that captures its local behavior. Additionally, in order to smooth the transitions between the global model and the local model, a local smoothing strategy based on the fuzzy clustering algorithm described by S. B. Roh, T.C. Ahn and W. Pedrycz in "The refinement of models with the aid of the fuzzy k-nearest neighbors approach". IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2010. 59 (3): p. 604-615.
Modelo global Global model
Cuando no se dispone de un conocimiento previo del sistema a modelar, la utilización de modelos genéricos tales como regresiones lineales o polinomios de segundo orden son, en general, buenas opciones para representar el comportamiento global del sistema. En nuestro caso en particular, el modelo global del sistema a modelar se obtiene ajustando un polinomio de grado m mediante el algoritmo de mínimos cuadrados. La salida del modelo global tendría, por tanto, la siguiente expresión: B(xi) = fB(xiAXi)) (b) When prior knowledge of the system to be modeled is not available, the use of generic models such as linear regressions or second-order polynomials are, in general, good options for representing the overall behavior of the system. In In our particular case, the global model of the system to be modeled is obtained by adjusting a polynomial of degree m using the least squares algorithm. The output of the global model would therefore have the following expression: B ( x i) = f B ( x iAXi)) (b)
X, . . . t X,. . . t
siendo el i-esimo punto de entrada y (x't) el valor de salida delbeing the i-th entry point and (x ' t ) the output value of the
X X
punto ' . point ' .
El procedimiento para la obtención del modelo global consiste en calcular y almacenar los parámetros de la función a ajustar (en nuestro caso el polinomio) . La evaluación del algoritmo en un punto objetivo q consiste en evaluar la función en ese punto con los parámetros obtenidos durante el entrenamiento, es decir, los valores de avance por diente cuadrático y vibración media cuadrática en el eje Z obtenidos en los experimentos descritos. The procedure for obtaining the global model consists in calculating and storing the parameters of the function to be adjusted (in our case the polynomial). The evaluation of the algorithm at an objective point that consists in evaluating the function at that point with the parameters obtained during training, that is, the values of advance per quadratic tooth and quadratic mean vibration in the Z axis obtained in the described experiments.
Modelo local Local model
El procedimiento elegido para la obtención del modelo local en el modelado híbrido incremental es la aproximación Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) . F-kNN es la versión borrosa de kNN, que consiste en promediar el valor de los puntos más cercanos al punto objetivo. El algoritmo kNN asume, por tanto, que puntos cercanos tienen un valor similar. Para calcular la cercanía se utilizará la norma euclídea, aunque utilizando la normalización que más adelante se describirá, veremos que equivale a utilizar otra norma.  The procedure chosen to obtain the local model in incremental hybrid modeling is the Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) approach. F-kNN is the fuzzy version of kNN, which consists of averaging the value of the points closest to the target point. The kNN algorithm therefore assumes that nearby points have a similar value. To calculate the proximity the Euclidean norm will be used, although using the normalization that will be described later, we will see that it is equivalent to using another norm.
El aprendizaje de F-kNN es perezoso, por lo que en esta fase sólo necesitamos almacenar los datos conocidos (puntos de entrada y valores) . A la hora de evaluar, a partir de un punto objetivo q, obtenemos el siguiente conjunto: The learning of F-kNN is lazy, so in this phase we only need to store the known data (entry points and values). When evaluating, from an objective point q, we obtain the following set:
N = {dt D} siendo D el conjunto de puntos de entrada para el algoritmo y uno de los k vecinos más próximos a q. N = {d t D} where D is the set of entry points for the algorithm and one of the closest neighbors to q.
La similitud entre los puntos de N y q se calcula de la siguiente forma : The similarity between the points of N and q is calculated as follows:
Figure imgf000018_0001
donde ni es el i .-e .si .mo vecino del punto objetivo q, y p es coeficiente de borrosidad.
Figure imgf000018_0001
where n i is the i.-e. if .mo neighbor of the target point q, and p is blur coefficient.
Podemos ahora calcular el valor del punto objetivo q utilizando media de los valores objetivos de los puntos del conjunto ponderada por la similitud S:
Figure imgf000018_0002
We can now calculate the value of the objective point q using average of the objective values of the points of the set weighted by the similarity S:
Figure imgf000018_0002
Modelo híbrido incremental Incremental Hybrid Model
El modelo incremental se encarga de engranar los dos modelos descritos anteriormente. The incremental model is responsible for meshing the two models described above.
El entrenamiento del modelo básico consiste en realizar el entrenamiento de los modelos básico e incremental. Así pues, sea The basic model training consists of performing the training of the basic and incremental models. So be
°(x) la función que evalúa el modelo básico. Entonces podemos calcular el error de la predicción del modelo básico de la siguiente forma : s(x) = t(x)-yB(x) f ° ( x ) the function that evaluates the basic model. Then we can calculate the prediction error of the basic model as follows: s (x) = t (x) -y B (x)
Estos errores constituyen el conjunto D, entrada del modelo local donde se calculan los vecinos de q utilizando (f), y son memorizados en su entrenamiento . La evaluación de un punto q por parte del modelo incremental se obtiene añadiendo a la salida del modelo básico el término compensatorio calculado por el modelo local siguiendo la ecuación ( g ) , es decir :
Figure imgf000019_0001
These errors constitute the set D, input of the local model where the neighbors of q are calculated using (f), and are memorized in their training. The evaluation of a point q by the incremental model is obtained by adding to the output of the basic model the compensatory term calculated by the local model following equation (g), that is:
Figure imgf000019_0001
En la presente invención se trabaja con datos (rugosidad, avance por diente cuadrático y vibración media cuadrática en el eje Z) cuyos valores varían en rangos muy distintos. Esto hace que tanto el algoritmo global como local trabajen en condiciones extremas en las que pueden descartar alguna de las variables de entrada y sólo dar peso a la que tenga un dominio más amplio. Por ejemplo, en el modelo local, la selección de vecinos descartará las variables con rangos cortos, pues influyen poco en la norma.  In the present invention we work with data (roughness, advance by quadratic tooth and quadratic average vibration on the Z axis) whose values vary in very different ranges. This makes both the global and local algorithm work in extreme conditions in which they can discard some of the input variables and only give weight to the one with a wider domain. For example, in the local model, the selection of neighbors will discard the variables with short ranges, since they have little influence on the norm.
Para evitar este problema, se pueden normalizar los datos. Si To avoid this problem, the data can be normalized. Yes
X- denotamos por la variable j del punto de entrada i, podemos obtener los puntos normalizados de la siguiente forma: X- denoted by the variable j of the entry point i, we can obtain the normalized points as follows:
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000019_0002
n
Figure imgf000019_0003
n
Figure imgf000019_0003
donde
Figure imgf000019_0004
media de la variable j-ésima, es su desviación típica y n es el número de puntos de entrada. continuación, se resumen todo los pasos del algoritmo para la btención del modelo incremental Primeramente se realiza la parte del entrenamiento del modelo a partir de los datos objetivo, para posteriormente evaluar el modelo obtenido con los nuevos datos a considerar .
where
Figure imgf000019_0004
mean of the jth variable, is its standard deviation and n is the number of entry points. Next, all the steps of the algorithm for the incremental model collection are summarized First, the part is performed of the training of the model from the objective data, to later evaluate the model obtained with the new data to consider.
Entrenamiento : Training :
1. Obtención de los parámetros de entrenamiento:  1. Obtaining training parameters:
a. Parámetros del modelo global básico (el orden del polinomio m) .  to. Parameters of the basic global model (the order of polynomial m).
b. Parámetros del modelo local (k y p, aunque no son necesarios durante el entrenamiento) . c. Datos de entrada y valores de salida ( y ) ·  b. Parameters of the local model (k and p, although not necessary during training). C. Input data and output values (y) ·
2. Normalización de y ' mediante (h) . 2. Normalization of y 'by (h).
3. Entrenamiento del modelo global : 3. Training of the global model:
a. Cálculo de los coeficientes del polinomio.  to. Calculation of the polynomial coefficients.
4. Cálculo de los errores utilizando la ecuación (g) 4. Calculation of errors using equation (g)
5. Entrenamiento del modelo local utilizando los errores: 5. Training of the local model using the errors:
a. Memorización de los datos de entrada y los errores correspondientes  to. Memorization of the input data and corresponding errors
Evaluación : Evaluation :
1. Obtención de los puntos de evaluación  1. Obtaining the evaluation points
2. Normalización de los puntos de evaluación con (h) , pero con μ y o del entrenamiento  2. Normalization of the evaluation points with (h), but with μ and or of the training
3. Evaluación del modelo básico en cada punto de evaluación  3. Evaluation of the basic model at each evaluation point
4. Evaluación del modelo local en cada punto de evaluación con (g) 4. Evaluation of the local model at each evaluation point with (g)
5. Evaluación del modelo incremental en cada punto de evaluación con (f) 5. Evaluation of the incremental model at each evaluation point with (f)
6. Desnormalización de los datos usando la inversa de (h)  6. Data normalization using the inverse of (h)
Optimización de los parámetros del modelo híbrido en base al algoritmo de temple simulado Por último, se puede utilizar el algoritmo del temple simulado para optimizar los parámetros del modelo híbrido obtenido en los pasos anteriores. El temple simulado (SA, Simulated Annealing) es un método de búsqueda meta-heurística para la resolución de problemas de optimización global que simula el proceso físico de templado de materiales, el cual consiste en el calentamiento de estos materiales y luego su lento enfriamiento para aumentar el tamaño de sus cristales y reducir sus defectos, y de esa forma minimizar la energía de todo el sistema. Optimization of the hybrid model parameters based on the simulated tempering algorithm Finally, the simulated tempering algorithm can be used to optimize the parameters of the hybrid model obtained in the previous steps. Simulated tempering (SA) is a meta-heuristic search method for solving global optimization problems that simulates the physical process of material tempering, which consists of heating these materials and then slow cooling them down. increase the size of its crystals and reduce its defects, and thereby minimize the energy of the entire system.
El método fue propuesto de forma independiente por S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt y M. P. Vecchi, del "IBM Thomas J. Watson Research Center", in 1983 y por Vlado Cerny, del Instituto de Física y Biofísica de la Universidad de Comenius (Bratislava) , in 1985. El algoritmo es una adaptación del algoritmo de Metropolis-Hastings , que es un método de tipo Monte Cario para generar muestras de estados de un sistema termodinámico . The method was proposed independently by S. Kirkpatrick, CD Gelatt and MP Vecchi, of the "IBM Thomas J. Watson Research Center", in 1983 and by Vlado Cerny, of the Institute of Physics and Biophysics of the University of Comenius (Bratislava) , in 1985. The algorithm is an adaptation of the Metropolis-Hastings algorithm, which is a Monte Cario type method for generating state samples of a thermodynamic system.
Básicamente, en cada iteración el algoritmo genera un punto de forma aleatoria y calcula la distancia entre el nuevo punto y el anterior mediante una distribución de probabilidad con una escala proporcional a la temperatura. El algoritmo acepta todos los puntos nuevos que reducen el objetivo deseado, pero además, también acepta los puntos que lo incrementan con una cierta probabilidad. Al aceptar los puntos que incrementan el objetivo, el algoritmo evita quedarse atrapado en mínimos locales, y permite una mayor exploración del espacio de búsqueda por más posibles soluciones. El algoritmo, según su avance, selecciona una planificación del templado para sistemáticamente disminuir la temperatura. Con el decremento de la temperatura, el algoritmo reduce el espacio de búsqueda hasta converger a un mínimo. Basically, in each iteration the algorithm generates a point randomly and calculates the distance between the new point and the previous one through a probability distribution with a scale proportional to the temperature. The algorithm accepts all new points that reduce the desired objective, but also accepts points that increase it with a certain probability. By accepting the points that increase the objective, the algorithm avoids getting caught in local minimums, and allows a greater exploration of the search space for more possible solutions. The algorithm, according to its progress, selects a tempering schedule to systematically decrease the temperature. With the decrease in temperature, the algorithm reduces the search space until it converges to a minimum.
El método de temple simulado consiste principalmente en tres relaciones : The simulated tempering method consists mainly of three relationships:
ST(X) : Densidad de probabilidad del espacio de estado de ^n X = [x1 i = !,...,£> ST ( X ): Probability density of the state space of ^ n X = [x 1 i =!, ..., £>
parámetros ' , refiriéndose a T r como la temperatura . h(vAE)y : A partir de la variación de la energía, obtenida como la diferencia entre el valor actual y el anterior, calcular la probabilidad de aceptación de una nueva función de coste. parameters', referring to T r as the temperature. h ( v AE) and : From the variation of the energy, obtained as the difference between the current value and the previous one, calculate the probability of acceptance of a new cost function.
T( ^k)' : Planificación de la "temperatura de templado" T en k pasos de tiempo de templado . T (^ k) ': Planning of the "tempering temperature" T in k steps of tempering time.
La probabilidad de aceptación está basada en la oportunidad de un The probability of acceptance is based on the opportunity of a
F  F
nuevo estado con "energía" , relativo al estado previo con new state with "energy", relative to the previous state with
"energía" , e- T l -AE/T "energy", e- T l -AE / T
liAE) -E.. T -E T AE/T liAE) -E .. T -E T AE / T
e k+1 +e k l+e - Ek+\ ~ Ek e k + 1 + e k l + e - E k + \ ~ E k
La ecuación anterior no es más que la distribución de Boltzmann, siendo la diferencia de energía entre los estados consecutivos y el valor de energía en cada instante, se determina mediante la función de coste a minimizar. The above equation is nothing more than the Boltzmann distribution, the difference in energy between the consecutive states and the energy value at each instant, is determined by the cost function to be minimized.
Considerando el conjunto de estados x , con una energía e(xJ) , un conjunto de distribuciones de probabi .li.dad rp(x)' y la distribución de energía por estado d(e(x)) r el algoritmo también puede ser descrito a partir de la energía total E■ Considering the set of states x, with an energy e (x J ), a set of probability distributions .li.dad r p (x) 'and the distribution of energy by state d (e (x)) r the algorithm also can be described from total energy E ■
E = p(x)d(e(x)) i A partir de un estado de referencia x , el valor máximo de entropía S S del sistema puede obtenerse como,
Figure imgf000023_0001
E = p (x) d (e (x)) i From a reference state x , the maximum entropy value SS of the system can be obtained as,
Figure imgf000023_0001
El empleo de multiplicadores de Lagrange para limitar la energía al valor medio 1 T , conduce a la distribución mas probable de Gibbs G(x)' normalizada :
Figure imgf000023_0002
donde ^ 7 es la funci.ó,n de parti.ci.ó,n
The use of Lagrange multipliers to limit energy to the average value 1 T, leads to the most likely distribution of Gibbs G (x) 'normalized:
Figure imgf000023_0002
where ^ 7 is the function of participation, n
Hamiltoniano utilizado como función de ener  Hamiltonian used as an ener function
Para las distribuciones de los estados (m) , introducidas anteriormente, y probabilidades de aceptación del tipo como la definida en (14), se mantiene el principio de equilibrio del balance detallado. Por ejemplo, dada las distribuciones de estados consecutivos G(xK) y G(xK,^ ) , apli .cando el cri .teri .o de aceptación,For the distributions of the states (m), introduced above, and probabilities of acceptance of the type as defined in (14), the equilibrium principle of the detailed balance sheet is maintained. For example, given the distributions of consecutive states G (x K ) and G (x K , ^ + í ), applying the first term of acceptance,
AE) = h(El , resultan iguales AE) = h (E l , are equal
G(xk)h (AE(x)) = G(xk+l) G (x k ) h (AE (x)) = G (x k + l )
Lo anterior es suficiente para establecer que todos los estados del sistema pueden ser muestreados. Sin embargo, la planificación del templado interrumpe el equilibrio cada vez que la temperatura cambia, y de esta forma, en el mejor de los casos, esto debe realizarse cuidadosamente y de forma gradual. The above is sufficient to establish that all system states can be sampled. However, tempering planning disrupts the balance every time the temperature changes, and in this way, at best, this should be done carefully and gradually.
Un aspecto importante en el algoritmo de temple simulado, es la selección del rango de los parámetros a ser buscados. En la práctica, el cálculo de sistemas continuos requiere de su discretización, por lo que podemos asumir que el espacio de trabajo puede ser discretizado sin mucha pérdida de información. Existen, además, ciertas restricciones necesarias cuando se utilizan funciones de coste con valores integrales. En varias aplicaciones se suelen utilizar técnicas para reducir el espacio inicial a medida que progresa la búsqueda. Por ejemplo, para muchos sistemas físicos es posible escoger como función de densidad de probabilidad del espacio de estado de los parámetros, la siguiente distribución de Boltzmann : g(AX) = (2nT)-D/2e-^/(2T>;Ax = Xr An important aspect in the simulated tempering algorithm is the selection of the range of the parameters to be searched. In practice, the calculation of continuous systems requires discretization, so we can assume that the workspace can be discretized without much loss of information. There are also certain restrictions required when used cost functions with integral values. In several applications, techniques are often used to reduce the initial space as the search progresses. For example, for many physical systems it is possible to choose as a probability density function of the state space of the parameters, the following Boltzmann distribution: g (A X ) = (2nT) - D / 2 e- ^ / (2T >; Ax = Xr
(P) tomándose Ax en la pra.cti■ca como la desvi■aci■ó.n entre dos estados consecutivos, y siendo adema ,s ±T , una medida de las fluctuaciones de la distribución # en el espacio de dimensión un de x . A partir de(P) taking Ax in pra.cti ■ ■ ca as desvi aci ■ ó.n between two consecutive states and being adema, s ± T, a measure of fluctuations in the distribution # dimensional space one of x. From
&(^* r se γ1Ξί demostrado que basta con obtener un mínimo global de la energía v 7 si selecciona que varíe de la forma: & ( ^ * r is γ 1Ξί shown that it is sufficient to obtain a global minimum of energy v 7 if you select to vary in the form:
' U (q) siendo la temperatura inicial y se escoge lo suficientemente grande. Usualmente, también suele realizarse la planificación de la temperatura de forma exponencial, es decir: ' U (q) being the initial temperature and large enough is chosen. Usually, temperature planning is also usually done exponentially, that is:
T{k) = TQ e a~ T {k) = T Q e a ~
T(k + \) a T(k)  T (k + \) to T (k)
donde ci es una constante de reducci■ó-n cuyos valores tí-pi■cos se ajustan entre 0,8 y 0,99. Por otra parte, para una variación rápida de la temperatura 1 , también se utiliza con frecuencia where ci is a reduction constant whose values are adjusted between 0.8 and 0.99. On the other hand, for a rapid variation of temperature 1 , it is also frequently used
T(k) = TQ/k T (k) = T Q / k
W (s) W (s)
En aplicaciones prácticas del algoritmo, a partir del cálculo de la variación de energía Δ£" y a partir de la probabilidad de aceptación h(^AE)' definida en (p) , se utilizan criterios de aceptación-rechazo del estado actual Λ , empleando el algoritmo de Metrópolis. Según este criterio, la probabilidad de aceptación se In practical applications of the algorithm, from the calculation of the energy change Δ £ "and from acceptance probability h (^ AE) ' as defined in (p), criteria they used Acceptance-rejection of the current state Λ , using the Metropolis algorithm. According to this criterion, the probability of acceptance is
D  D
compara con un número entre 0 y 1, generado de forma aleatoria mediante una distribución uniforme, evitando de esta manera que ocurra una convergencia prematura hacia un mínimo local y poder continuar la búsqueda del mínimo global. compare with a number between 0 and 1, generated randomly by a uniform distribution, thus preventing premature convergence towards a local minimum and continuing the search for the global minimum.
El algoritmo de temple simulado se ejecuta de forma iterativa, generando nuevos estados que minimicen la energía -C del sistemaThe simulated tempering algorithm is executed iteratively, generating new states that minimize energy - System C
(función objetivo), su ejecución terminará teniendo en cuenta varias condiciones diferentes : a) El nivel de energía
Figure imgf000025_0001
es menor o igual que cierto valor prefijado límite.
(objective function), its execution will end up taking into account several different conditions: a) The energy level
Figure imgf000025_0001
It is less than or equal to a certain preset limit value.
b) Se ha alcanzado el nivel de tolerancia preconcebido para la variaci ■ó-n dΛe energí-a LA-JF-1 . b) it has reached the level of tolerance for variation preconceived or ■ Λ-nd and Energi-A- J L F- 1.
c) Se alcanza un máximo número de iteraciones predeterminadas. d) Se ha sobrepasado el tiempo máximo permitido de ejecución del algoritmo .  c) A maximum number of predetermined iterations is reached. d) The maximum allowed execution time of the algorithm has been exceeded.
En el caso concreto descrito en el presente documento, el algoritmo de temple simulado comienza su ejecución con valores iniciales de los parámetros del modelo híbrido mcremental
Figure imgf000025_0002
,
In the specific case described in this document, the simulated tempering algorithm begins its execution with initial values of the parameters of the hybrid mcremental model
Figure imgf000025_0002
,
Mñ . . . . . . M ñ . . . . . .
donde υ es el orden inicial del modelo, el numero inicial de vecinos es Kυ y Pnυ es el valor i.ni.ci.al del coeficiente de borrosidad y se evalúa el índice de comportamiento MAE (error absoluto medio), como función objetivo o de "energía del sistema", mediante las expresiones (t) y (u) : where υ is the initial order of the model, the initial number of neighbors is K υ and Pn υ is the i.ni.ci.al value of the blur coefficient and the MAE behavior index (mean absolute error) is evaluated as a function objective or "system energy", using the expressions (t) and (u):
Figure imgf000025_0003
Como paso siguiente en la ejecución del algoritmo, de forma iterativa los parámetros HIM de modelado actuales son perturbados
Figure imgf000025_0003
As a next step in the execution of the algorithm, iteratively the current HIM modeling parameters are disturbed
HIM HIM
para generar otro NEW y se vuelve a evaluar el índice MAE. El criterio de aceptación o de rechazo está basado en el algoritmo de Metrópolis. El algoritmo de temple simulado simula, de forma iterativa, el proceso de templado de metales a medida que busca una solución. Se genera una perturbación aleatoria sobre las variables de diseño m ,k ,p que, a su vez, genera un cambio en la función objetivo, es decir, el índice de comportamiento MAE. Estas perturbaciones dependen de un índice de temperatura, T y una tasa de reducción de temperatura (OÍ= [0.5,0.99]) . En el trabajo de D. Y. Sun and P. M. Lin en "The solution of time optimal control problems by simulated annealing, " Journal of Chemical Engineering of Japan, vol. 39, pp . 753-766, 2006, se puede encontrar una descripción detallada de este parámetro de control de la temperatura. to generate another NEW and the MAE index is reassessed. The acceptance or rejection criteria is based on the Metropolis algorithm. The simulated tempering algorithm simulates, iteratively, the metal tempering process as you search for a solution. A random disturbance is generated on the design variables m, k, p which, in turn, generates a change in the objective function, that is, the MAE behavior index. These disturbances depend on a temperature index, T and a temperature reduction rate (OÍ = [0.5,0.99]). In the work of DY Sun and PM Lin in "The solution of time optimal control problems by simulated annealing," Journal of Chemical Engineering of Japan, vol. 39, pp. 753-766, 2006, a detailed description of this temperature control parameter can be found.
El índice de temperatura disminuye en cada iteración del algoritmo, reduciendo así el tamaño de la perturbación a medida que progresa la búsqueda. Cada conjunto de parámetros del modelo obtenidos por este método se sustituye en las ecuaciones del modelo híbrido incremental y se evalúa la precisión del modelo con cada uno de los datos de entrenamiento. El índice de rendimiento MAE se evalúa comparando las respuestas simuladas con las respuestas deseadas . The temperature index decreases at each iteration of the algorithm, thus reducing the size of the disturbance as the search progresses. Each set of model parameters obtained by this method is replaced in the equations of the incremental hybrid model and the accuracy of the model is evaluated with each of the training data. The MAE performance index is evaluated by comparing the simulated responses with the desired responses.
Si el índice de rendimiento es menor que el índice de rendimiento anterior, entonces los nuevos parámetros toman el lugar de los parámetros anteriores. En caso contrario, los nuevos parámetros del modelo no se descartan inmediatamente, sino que se someten a un proceso de evaluación de probabilidad donde se calcula la probabi .li.dad P del coste de los nuevos pará,metros (MAEi mw r ) con relación al mejor coste anterior ( riULV ) , utilizando la ecuación de Boltzmann: (MAEPREV-MAENEW ) If the performance index is lower than the previous performance index, then the new parameters take the place of the previous parameters. Otherwise, the new parameters of the model are not immediately discarded, but are subject to a probability evaluation process where the probability P of the cost of the new parameters, meters (MAE and mw r ) is calculated with relation to the best previous cost ( riULV ), using the Boltzmann equation: (MAE PREV -MAE NEW )
P = e T (v) P = e T (v)
Se compara entonces la probabilidad P con un valor umbral n (que es un valor entre 0 y 1 generado mediante una distribución uniforme) . Si P > n, entonces se aceptan los nuevos parámetros del modelo comoThe probability P is then compared with a threshold value n (which is a value between 0 and 1 generated by a uniform distribution). If P> n, then the new model parameters are accepted as
MAENFW MAEPRFV MAE NFW MAE PRFV
si < rnc' y se rechazan si P < n. Este mecanismo evita una convergencia prematura a un mínimo local y permite acercarse al mínimo global. Después de esta etapa, se reduce el índice de temperatura por medio de una planificación del templado utilizando la constante de reducción OÍ= [0.5,0.99]. yes < rnc 'and are rejected if P <n. This mechanism prevents premature convergence to a local minimum and allows to approach the global minimum. After this stage, the temperature index is reduced by means of a tempering planning using the reduction constant OÍ = [0.5.0.99].
Todo este proceso se repite hasta que bien el índice de rendimiento MAE haya alcanzado un nivel mínimo aceptable o hasta que el valor de la temperatura haya alcanzado un valor demasiado bajo como para perturbar los parámetros. El objetivo principal es obtener un modelado óptimo de los parámetros que sirvan para conseguir un modelo rápido y preciso a través de la minimización del error medio absoluto (MAE) como índice de rendimiento. El ajuste óptimo de los parámetros de modelado se realiza off-line utilizando el método de temple simulado, obteniéndose un modelo híbrido incremental capaz de representar con muy buena precisión el comportamiento real del proceso . This whole process is repeated until the MAE performance index has reached a minimum acceptable level or until the temperature value has reached a value too low to disturb the parameters. The main objective is to obtain an optimal modeling of the parameters that serve to achieve a fast and precise model through the minimization of the mean absolute error (MAE) as an index of performance. The optimal adjustment of the modeling parameters is done offline using the simulated tempering method, obtaining an incremental hybrid model capable of representing with very good precision the actual behavior of the process.
En definitiva, el procedimiento de la invención presenta dos fases claramente diferenciadas: en primer lugar, entrenamiento de un modelo representativo del proceso de micromecanizado; y en segundo lugar, evaluación de la rugosidad a partir del modelo obtenido en la fase anterior. La fase de entrenamiento del modelo sólo se lleva a cabo una vez para cada máquina concreta, pudiendo posteriormente utilizarse el modelo híbrido obtenido para evaluar la rugosidad en tiempo real durante el mecanizado de una pieza tantas veces como sea necesario . In short, the process of the invention has two clearly differentiated phases: first, training of a representative model of the micromachining process; and secondly, roughness evaluation based on the model obtained in the previous phase. The training phase of the model is only carried out once for each specific machine, and the hybrid model obtained can then be used to assess the roughness in real time during the machining of a part as many times as necessary.
La Fig. 1 muestra el montaje experimental empleado para la adquisición y procesamiento de datos. Se observa el sensor de vibración (2) instalado en la mordaza o mecanismo de sujeción de la pieza para medir la vibración de la máquina herramienta (1) en el eje Z. La señal analógica del sensor (3) es adquirida mediante tarjetas de adquisición (4) y se procesa mediante un programa de adquisición y procesamiento de tiempo real embebido en un dispositivo de cómputo de alto rendimiento (5) . Los datos adquiridos y procesados se ponen a disposición en una red local (6), pudiéndose acceder a ella a través de un cliente web remoto (7) . La información necesaria para el cálculo del avance por diente, como la velocidad de avance de la máquina, la velocidad de giro y la información geométrica de la herramienta, se pone a disposición también en la red local (6) a través de un servidor de datos de tiempo real (8) del contro 1 numérico (CNC) de la máquina (10) . Ambos dispositivos de cómputo se encuentran interconectados a través del bus de campo (9) . Fig. 1 shows the experimental setup used for the data acquisition and processing. The vibration sensor (2) installed in the clamp or clamping mechanism of the part to measure the vibration of the machine tool (1) on the Z axis is observed. The analog signal of the sensor (3) is acquired by acquisition cards (4) and is processed by a real time acquisition and processing program embedded in a high performance computing device (5). The data acquired and processed are made available on a local network (6), and can be accessed through a remote web client (7). The information necessary for the calculation of the advance per tooth, such as the speed of advance of the machine, the speed of rotation and the geometric information of the tool, is also made available in the local network (6) through a server of real time data (8) of the numerical control 1 (CNC) of the machine (10). Both computing devices are interconnected through the fieldbus (9).
La Tabla 1 muestra el conjunto de 21 datos obtenidos experimentalmente que se han utilizado en este ejemplo para llevar a cabo el aj usté del modelo híbrido incremental descrito. Se presentan en esta tabla no sólo los datos de avance por diente, vibración en el eje Z y rugosidad superficial, sino también un gran número de datos auxiliares : Table 1 shows the set of 21 experimentally obtained data that have been used in this example to carry out the adjustment of the described incremental hybrid model. This table shows not only the feed data per tooth, vibration on the Z axis and surface roughness, but also a large number of auxiliary data:
PosY : Posición en el eje Y de la punta de la herramienta, respecto al origen de la pieza [mm] .PosY: Position on the Y axis of the tool tip, relative to the origin of the part [mm].
PosX: Posición en el eje X de la punta de la herramienta, respecto al origen de la pieza [mm] . f : Velocidad de avance [mm/min] . PosX: Position on the X axis of the tool tip, relative to the origin of the part [mm]. f: Feed rate [mm / min].
n : Velocidad de giro [1/min] . n: Speed of rotation [1 / min].
fz : Avance por diente [um] .r: Radio de la herramienta [mm] . fz: Feed per tooth [um] .r: Tool radius [mm].
Accel rms : Valor medio cuadrático de las vibraciones en el intervalo de datos [g] .  Accel rms: Mean quadratic value of the vibrations in the data range [g].
Accel max : Valor máximo de las vibraciones en el intervalo de datos [g] .  Accel max: Maximum value of the vibrations in the data range [g].
Ra: Rugosidad media absoluta de la superficie en el intervalo [nm] . Rq: Rugosidad media cuadrática de la superficie en el intervalo [nm] . Ra: Average absolute surface roughness in the interval [nm]. Rq: Mean quadratic surface roughness in the interval [nm].
Rv: Máxima profundidad del valle de la superficie en el intervalo [nm] .  Rv: Maximum depth of the surface valley in the interval [nm].
Rp : Altura máxima del pico de la superficie en el intervalo [nm] . Rp: Maximum height of the surface peak in the interval [nm].
Muestras/Intervalo : otal de muestras en el intervalo para la medición de rugosidad. Samples / Interval: otal samples in the interval for roughness measurement.
-w -w
Cn  Cn
[Ό ro ro l Í-O 1 ÍO [Ό l ro  [Ό ro ro l Í-O 1 ÍO [Ό l ro
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o co Cn co o O ro o Cn CO O Cn co co Os CO co ro Cn Cn Cn Cn Cn CO CO
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Cn ~-t- T) o Cn O 7-o 7-o os O! co Cn o σ> ro os Ji.  Cn ~ -t- T) or Cn O 7-o 7-o os O! with Cn or σ> ro os Ji.
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Cn Cn cn n n Cn Cn cn n n
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O O O O O O o O  O O O O O O o O
CO CO O O O co o O  CO CO O O O co o O
Tabla 1: Datos experimentales utilizados para la elaboración del modelo híbrido incremental Empleando este conjunto de datos como datos de partida, el modelo híbrido incremental correspondiente a la máquina utilizada en este ejemplo queda ajustado de la siguiente forma: Table 1: Experimental data used for the development of the incremental hybrid model Using this data set as the starting data, the incremental hybrid model corresponding to the machine used in this example is adjusted as follows:
Orden del modelo: Model Order:
Número de vecinos :  Number of neighbors:
Coeficiente de borrosidad  Blur coefficient
El modelo tiene como salida la rugosidad superficial media absoluta The model has as its output the average absolute surface roughness
( Ra ) , expresada en nanometros (nm) y como entradas el valor cuadratico del avance por diente ( ) normalizado con relación al radio de la herramienta ( F ) , ambos expresados en nanometros (nm) , y la vibración media cuadrática en el eje Z ( rms ) normalizada con relación a su valor máximo ( A"ÍUA ) durante una ventana temporal( R a), expressed in nanometers (nm) and as inputs the quadratic value of the feed per tooth () normalized in relation to the radius of the tool (F), both expressed in nanometers (nm), and the mean square vibration in the Z axis ( rms ) normalized in relation to its maximum value (A " IUA ) during a temporary window
Matemáticamente, se puede representar como:
Figure imgf000031_0001
Mathematically, it can be represented as:
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V r Amax j ^ V r A max j ^
Por último, las Figs . 2-4 muestran gráficamente los resultados de la estimación de la rugosidad superficial de algunos procesos utilizando el modelo obtenido. Concretamente, la Fig . 2 muestra los valores de rugosidad superficial estimados cuando se introducen en el modelo obtenido los propios datos de la Tabla 1 empleados para calcularlo. Evidentemente, el resultado es que los valores reales y estimados coinciden, por lo que el error es el 0%.  Finally, Figs. 2-4 graphically show the results of the estimation of the surface roughness of some processes using the model obtained. Specifically, Fig. 2 shows the estimated surface roughness values when the own data from Table 1 used to calculate it is entered into the model obtained. Obviously, the result is that the actual and estimated values coincide, so the error is 0%.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de predicción de la rugosidad superficial con datos nuevos correspondientes a un proceso de microfresado . Se han representado los valores de rugosidad estimados y los valores de rugosidad reales, que fueron medidos con posterioridad con un perfilómetro . Como se aprecia visualmente, el método de monitorización empleado sigue con bastante precisión el comportamiento de la rugosidad real en la mayoría de los casos. Para comprobarlo, la Fig . 4 ilustra el comportamiento del error en la estimación de la rugosidad correspondiente a la Fig. 3, observándose que el error medio absoluto entre todas las pruebas realizadas es de un 10.9%. Fig. 3 shows an example of prediction of surface roughness with new data corresponding to a microfressing process. The estimated roughness values and actual roughness values, which were subsequently measured with a profilometer, have been represented. As can be seen visually, the monitoring method used follows quite precisely the real roughness behavior in most cases. To check it, Fig. 4 illustrates the error behavior in the roughness estimate corresponding to Fig. 3, observing that the absolute average error among all the tests performed is 10.9%.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para monitorizar en tiempo real la rugosidad de una pieza durante un proceso de mecanizado, donde el procedimiento es llevado a cabo por una máquina dotada de un cabezal al que está acoplada una herramienta de mecanizado, caracterizado porque comprende los siguientes pasos : obtener un modelo híbrido incremental del proceso de mecanizado a partir de un conjunto de datos de la velocidad por diente cuadrática, de la vibración media cuadrática en el eje Z y de la rugosidad superficial obtenidos a partir de una pieza mecanizada por la máquina, estando el modelo híbrido incremental formado por la superposición de un modelo global y un modelo local, donde el modelo global está formado por un polinomio de dos entradas de orden m y el modelo local se obtiene empleando la aproximación Fuzzy k-Nearest Neighbours con un número de vecinos k y un coeficiente de borrosidad p; y evaluar dicho modelo híbrido incremental introduciendo datos de velocidad de avance por diente cuadrática y vibración media cuadrática en el eje Z obtenidos en tiempo real durante un proceso de mecanizado para obtener la rugosidad superficial instantánea en ese momento. 1.- Procedure to monitor in real time the roughness of a piece during a machining process, where the procedure is carried out by a machine equipped with a head to which a machining tool is coupled, characterized in that it comprises the following steps: Obtain an incremental hybrid model of the machining process from a set of data for the velocity per quadratic tooth, the mean quadratic vibration on the Z axis and the surface roughness obtained from a piece machined by the machine, being the incremental hybrid model formed by the superposition of a global model and a local model, where the global model is formed by a polynomial of two inputs of order m and the local model is obtained using the Fuzzy k-Nearest Neighbors approach with a number of neighbors k and a blur coefficient p; and evaluate said incremental hybrid model by introducing feed rate data per quadratic tooth and quadratic mean vibration on the Z axis obtained in real time during a machining process to obtain instantaneous surface roughness at that time.
2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde el conjunto de datos de vibración media cuadrática en el eje Z, velocidad de avance por diente cuadrática y rugosidad superficial empleado para formar el modelo híbrido incremental está formado por al menos 20 muestras. 2. Method according to claim 1, wherein the set of data of quadratic mean vibration on the Z axis, feed rate per quadratic tooth and surface roughness used to form the incremental hybrid model is formed by at least 20 samples.
3. - Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde el paso de obtención del modelo híbrido incremental comprende : 3. - Method according to any of claims 1-2, wherein the step of obtaining the incremental hybrid model comprises:
- obtener un conjunto de datos de vibración media cuadrática en el eje Z , velocidad de avance por diente cuadrática y rugosidad superficial a partir de una pieza mecanizada por la máquina; ajustar, a partir de dicho conjunto de datos, el modelo global mediante un algoritmo de mínimos cuadrados; ajustar, a partir de dicho conjunto de datos, los modelos locales de la rugosidad superficial aplicando la técnica Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) y empleando una norma euclídea para el cálculo de la cercanía entre vecinos; y formar el modelo híbrido incremental a partir de la superposición del modelo global y el modelo local. - obtain a set of data of quadratic mean vibration on the Z axis, feed rate per quadratic tooth and surface roughness from a piece machined by the machine; adjust, from said data set, the global model using a least squares algorithm; adjust, based on this data set, local models of surface roughness by applying the Fuzzy k-Nearest Neighbors (F-kNN) technique and using a Euclidean standard for the calculation of proximity between neighbors; and form the incremental hybrid model from the superposition of the global model and the local model.
4.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que además comprende el paso de normalizar la vibración media cuadrática en el eje z y el avance por diente cuadrático previamente al ajuste del modelo global y el modelo local. 4. Method according to claim 3, further comprising the step of normalizing the average quadratic vibration in the z axis and the advance by quadratic tooth prior to the adjustment of the global model and the local model.
5.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, donde la vibración en el eje Z se normaliza con relación a su valor máximo dentro del conjunto de datos, y el avance por diente se normaliza con relación al diámetro de la herramienta. 5. Method according to claim 4, wherein the vibration in the Z axis is normalized in relation to its maximum value within the data set, and the feed per tooth is normalized in relation to the diameter of the tool.
6.- Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-5, que además comprende el paso de ajustar el orden m del polinomio del modelo global, el número de vecinos k del modelo local y el coeficiente de borrosidad p del modelo local en base a un algoritmo de temple simulado. 6. Method according to any of claims 3-5, which further comprises the step of adjusting the order m of the polynomial of the global model, the number of neighbors k of the local model and the blur coefficient p of the local model in base to a simulated tempering algorithm.
7. - Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el paso de evaluación del modelo híbrido incremental comprende : a) adquirir el avance por diente cuadrático y la vibración en el eje Z durante una ventana temporal cuya duración es proporcional al período de rotación de la herramienta; 7. - Method according to any of the preceding claims, wherein the step of evaluation of the incremental hybrid model comprises: a) acquiring the advance by quadratic tooth and the vibration in the Z axis during a time window whose duration is proportional to the period of tool rotation;
b) calcular el valor medio cuadrático de la vibración en el eje Z y normalizar con relación a su valor máximo durante dicha ventana temporal ; c) normalizar el avance por diente cuadrático con relación al radio de la herramienta; b) calculate the mean quadratic value of the vibration on the Z axis and normalize in relation to its maximum value during said time window; c) normalize the feed per square tooth relative to the tool radius;
d) introducir los valores normalizados de vibración media cuadrática en el eje z y de avance por diente cuadrático en el modelo híbrido incremental para obtener la rugosidad superficial instantánea .  d) Enter the normalized values of mean quadratic vibration on the z axis and feed per quadratic tooth in the incremental hybrid model to obtain instantaneous surface roughness.
8.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, donde la ventana temporal tiene una duración correspondiente a 10 veces el período de rotación de la herramienta. 8. Method according to claim 7, wherein the time window has a duration corresponding to 10 times the period of rotation of the tool.
9.- Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7-8, que además comprende, antes de comenzar la adquisición de datos, el paso de detectar el inicio efectivo del mecanizado teniendo en cuenta el momento en que la herramienta contacta con la pieza . 9. Method according to any of claims 7-8, which also comprises, before starting the data acquisition, the step of detecting the effective start of the machining taking into account the moment in which the tool contacts the part.
10.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, donde la detección del momento en que la herramienta contacta con la pieza se determina en función de la conductividad del conjunto máquina- herramienta-pieza. 10. Method according to claim 9, wherein the detection of the moment in which the tool contacts the part is determined based on the conductivity of the machine-tool-part assembly.
11.- Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7-10, que además comprende un paso de filtrado de los datos de vibración en el eje Z adquiridos. 11. Method according to any of claims 7-10, which further comprises a step of filtering the acquired vibration data on the Z axis.
12.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, donde el filtrado se lleva a cabo mediante un filtro digital de respuesta infinita al impulso (IIR) de Butterworth pasa-alto de 6o orden cuya frecuencia de corte es igual a la mitad de la frecuencia de giro de la herramienta. 12. Method according to claim 11, wherein the filtering is carried out by a digital filter of infinite impulse response (IIR) of Butterworth high-pass of 6 or order whose cutoff frequency is equal to half of the tool rotation frequency.
13.- Programa de ordenador que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador lleve a la práctica el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12. 13. Computer program comprising program instructions to make a computer carry out the procedure according to any of claims 1 to 12.
14.- Programa de ordenador según la reivindicación 13, incorporado en medios de almacenamiento . 14. Computer program according to claim 13, incorporated in storage media.
15.- Programa de ordenador según la reivindicación 13, soportado en una señal portadora. 15. Computer program according to claim 13, supported on a carrier signal.
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