In-Prozess Verschleißmessung profilierter Schleifscheiben mit Radarsensorik

Für die Herstellung hochpräziser Werkstücke wird vorrangig das Fertigungsverfahren Schleifen im letzten Schritt der Prozesskette eingesetzt. Angesichts der hohen geforderten Oberflächenqualitäten sowie Form- und Lagetoleranzen am Bauteil ist es essenziell, den Schleifprozess zuverlässig zu überwachen und flexibel auf Veränderungen zu reagieren. Die direkte Messung des Schleifscheibenverschleißes während des Schleifprozesses stellt eine große technologische Herausforderung dar. Aufgrund einer Vielzahl an Störgrößen (Kühlschmierstoff, Späne, etc.) können optische oder taktile Messsysteme nicht verwendet werden.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz der Messung des Radialverschleißes von profilierten Schleifscheiben verfolgt. Es wird ein neuartiger Radarsensor eingesetzt, der im frequenzmodulierten Dauerstrichbetrieb in einem Frequenzbereich von 82 GHz bis 99 GHz arbeitet. Die Radartechnologie ermöglicht eine berührungslose Messung mit gleichzeitig hoher Auflösung, ohne von prozessbedingten Störgrößen beeinflusst zu werden. Mithilfe einer dielektrischen Linse wird das Radarsignal auf einen Messfleck mit einem Durchmesser von 5 mm fokussiert.

Für eine direkte In-Prozess Messung des Schleifscheibenverschleißes wurde ein Messsystem konzipiert und in eine Versuchsmaschine integriert. Die Messgenauigkeit des Systems beträgt bis zu ±1,7 µm, wobei die Schleifscheibenspezifikation das Messergebnis nicht beeinflusst. Messungen am geraden Schleifscheibenprofil korrelieren unter realen Prozessbedingungen sehr gut zwischen den Messdaten des Radarsensors und dem, über ein Einstechverfahren bestimmten, Verschleiß der Schleifscheibe (Plättchenmethode). Die berechneten Ausgleichsgeraden beider Verschleißkurven weichen nach einem Meter Schleifweg im Mittel um 6,1 µm voneinander ab. Mit dem Steigungswert der Verschleißkurven wurde ein Kennwert ermittelt, mit dem sich unterschiedliche Schleifscheibenspezifikationen bezüglich Ihres Verschleißverhaltens vergleichend bewerten lassen. Dadurch lässt sich der Einfluss der Einstellparameter (Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Eingriffstiefe) auf das Verschleißverhalten von Schleifscheiben bestimmen und der Zerspanprozess optimal auslegen, weil die Verschleißauswirkungen sofort dokumentiert werden. Durch ein Abscannen der Schleifscheibenoberfläche mit dem Sensor kann ein digitaler Zwilling der Schleifscheibe erstellt werden. Dadurch wird ein virtuelles Abbild der Schleifscheibe erstellt, anhand dessen der Verschleißzustand der Schleifscheibe dargestellt und der optimale Zeitpunkt für den Abrichtvorgang bestimmt werden kann.

Untersuchungen an profilierten Schleifscheiben zeigen, dass die Betrachtung von kritischen Profilbereichen wie z. B. der Spitze von Radienprofilen möglich ist, wenn die Breite des zu messenden Profils größer als der Messfleckdurchmesser ist.