Physik
Ein Block Stahl offenbart im feinstrukturellen Bereich mikrometergroße Kristallite, die seine Struktur ausmachen. Greift jetzt eine Schneide ein, reißt sie diese Kristallite aus dem Gefüge – eine Kaskade aus Mikrorissen sendet hochfrequente Impulse durch Werkstück und Werkzeug. Ähnliches geschieht beim Schweißen: Das Material wird in die schmelzflüssige Phase überführt und härtet anschließend schnell aus, was Druckwellen durch sich fügende und wieder aufbrechende Kristallitverbände verursacht.
Signalerfassung und -verarbeitung
Die Druckwellen regen über die Spannvorrichtung oder das angekoppelte Werkzeug kontaktierende Maschinenteile zu Schwingungen an. Diese wiederum werden von einem Sensor detektiert, in einem Vorverstärker verstärkt und an den Messcomputer weitergeleitet. Dank der extrem hohen Abtastrate des Optimizer4D können so Ereignisse im Mikrosekundenbereich detektiert werden.
Und das ist auch notwendig. Denn je schneller die Zerspanung, je feiner das Gefüge, umso schneller folgen die Druckwellen aufeinander, umso höher werden die maximalen Schwingungsfrequenzen.
Dabei werden nicht nur Vorgänge an der Oberfläche registriert, sondern auch Ereignisse aus der Tiefe des Materials: Der Optimizer4D ermöglicht einen Blick ins Innere der Zerspanung, in Bohrungen, unter Kühlflüssigkeiten.
Darstellung und Datenauswertung
Die Schwingungssignale werden vom Optimizer4D in ein dreidimensionales Prozessbild umgewandelt, das die Intensität des Signals in Zeit und Frequenz darstellt. Jeder Produktionsprozess vom Zerspanen über Bohren bis zum Schweißen erzeugt dabei eine typische Landschaft, dessen Ausprägung Aufschluss über die geleistete Gefügeveränderung gibt:
Hohe Impulswellen deuten auf eine erhöhte Zerspanungsleistung hin; je niedriger und je weniger zerklüftet die Prozesslandschaft erscheint, desto niedriger ist die mittlere Zerspanungsleistung und desto gleichmäßiger die Zerspanung. In der Regel ist es günstig, wenn die Maximalkräfte und die Wechselbelastungen an Werkzeugschneide und im Material niedrig sind.
Weiterhin spiegeln sich Material- und Prozesseigenschaften in der Prozesslandschaft und geben Aufschluss über Kühl- und Schmiermittel, Materialhärte und Zähigkeit, Drehzahl und Spanwinkel, die Zahl der Mikrorisse in der Abkühlphase beim Schweißen, und verschiedenes mehr.
