Avaliação de três

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 16813 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O monitoramento on-line das condições de corte é essencial na fabricação inteligente, e as vibrações são um dos sinais mais eficazes no monitoramento das condições de usinagem. Geralmente, os acelerômetros com fio tradicionais devem ser instalados em uma plataforma imóvel ou estável, como um porta-ferramenta ou torno, para detectar vibrações. Tais métodos de instalação fariam com que os sinais sofressem interferências de ruído mais graves e uma baixa relação sinal-ruído, resultando em menos sensibilidade a informações valiosas. Portanto, este estudo desenvolveu um novo sistema de detecção no rotor (ORS) sem fio de três eixos para monitorar o processo de torneamento. O nó sensor do acelerômetro do Sistema Micro Eletromecânico (MEMS) pode ser montado em uma peça rotativa ou rotor de fuso e é mais sensível na detecção das vibrações de todo o sistema do rotor sem qualquer modificação do sistema de torno e interferência no procedimento de corte. Os módulos processador, aquisição de dados e Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0+ foram desenvolvidos e depurados para cooperar com um acelerômetro triaxial piezoelétrico, com amplitude de vibração não superior a ± 16 g. Uma série de testes de torneamento foram realizados e os resultados foram comparados com os dos acelerômetros com fio comerciais, o que comprovou que o sistema ORS pode medir o sinal de vibração do sistema do rotor de forma mais eficaz e sensível do que os acelerômetros com fio, demonstrando assim o monitoramento preciso da usinagem. parâmetros.

O corte é uma das tecnologias de fabricação mais essenciais e fundamentais1. O monitoramento online do processo de corte é essencial para melhorar a eficiência da produção, a qualidade do produto e o desempenho econômico. No entanto, a aquisição de um sinal é o primeiro e mais crucial passo, e a qualidade do sinal adquirido determina diretamente a precisão dos processos subsequentes. Portanto, o desenvolvimento de sensores de monitoramento inteligentes para monitoramento on-line do processo de corte tornou-se uma questão importante2.

Vários sensores indiretos têm sido empregados para adquirir informações dinâmicas3,4; entretanto, todos esses sistemas de sensores geralmente requerem fios para transmissão de dados e fornecimento de energia, bem como equipamentos especiais de aquisição de dados, limitando a instalação de sistemas de sensores. Além disso, os sistemas de sensores comerciais são geralmente muito caros para serem usados ​​pelas fábricas convencionais. Para superar estas limitações, o design e desenvolvimento de sensores integrados têm atraído recentemente o interesse de vários investigadores.

Em 1997, Santochi et al.5 descreveram um novo conceito de ferramentas de corte com a integração de extensômetros para sensores dentro da haste da ferramenta para medir as forças em operações de torneamento. Goyal et al.6 fabricaram um sistema de sensor sem contato de baixo custo para detectar sinais de vibração de rolamentos defeituosos. Albrecht et al.7 apresentaram um método para medir as forças de corte provenientes dos deslocamentos de eixos rotativos. De Oliveira et al.3 e Rizal et al.8 projetaram um protótipo funcional de um dinamômetro híbrido montado em um elemento sensor de força recém-projetado. Liu projetou e construiu um dinamômetro montado em um fuso giratório baseado em rede de Bragg de fibra9. Ting et al. projetou e fabricou um sensor multieixo feito de filme de fluoreto de polivinilideno10.

Recentemente, considerando as vantagens dos componentes piezocerâmicos em termos de rigidez e sensibilidade, eles têm sido utilizados como sensores devido ao seu excelente potencial na miniaturização e integração de sensores para controle de vibrações e monitoramento de operações de corte11. Qin et al.12 projetaram um sistema integrado de medição de força de corte para medir a força axial e o torque no processo de fresamento com base nos sensores do sistema microeletromecânico piezoresistivo (MEMS). Chen et al.13 projetaram ferramentas de torneamento inovadoras baseadas no filme piezoelétrico. Drossel et al.14 apresentaram um conceito de sensor baseado em sensores de filme piezoelétricos montados diretamente na ferramenta de fresamento atrás da pastilha intercambiável.