Thema des Masterprojekts

Optische Schneidstrahlerfassung und Auswertung beim Hochdruck-Wasserabrasivstrahlschneiden

Hintergrund / Ziele

Das übergeordnete Ziel des gesamten Forschungsprojekts „Entwicklung einer Feinschneidanlage zur Erschließung neuer Anwendungsgebiete für das Hochdruck-Abrasivwasserstrahlschneiden“ ist die Optimierung der Schneidanlage. Da Automation eines der grundlegenden Werkzeuge der Optimierung ist, zielt dieses Masterprojekt auf die Implementierung eines aktiven Regelkreises zum selbstständigen Ausgleich eventueller Schneidfehler während des laufenden Schneidprozesses durch den Roboterarm der Schneidanlage ab.

Die zu detektierenden Fehler (Regelgrößen)

1. Jetlag

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Der Jetlag-Fehler (synonym: Strahlnachlauf, Schleppfehler) bezeichnet die Differenz zwischen Strahleintritt und –austritt beim Schneiden eines Werkstückes.

Da sich Wasser stets den Weg des geringsten Widerstandes sucht, neigt der Strahl beim Wasserstrahlschneiden dazu, in den bereits geschnittenen Spalt auszuweichen. Dieser Effekt vergrößert sich, je höher die Vorschubgeschwindigkeit und je dicker und härter das zu schneidende Material ist.

Beim Trennen von nichtlinearen Konturen kommt es dadurch besonders bei engen Radien und Ecken zu Hinterschneidungen, die die Qualität des Schnittergebnisses stark beeinträchtigen.

2. Konus

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Unter dem Begriff Konus (synonym: Kegel-Effekt, Schnittwinkelfehler, Taper) versteht man den Winkel, um den die Schnittkantengeometrie von 90° abweicht.

Idealerweise müsste die Spaltbreite an der Werkstückunterseite der an der Werkstückoberseite entsprechen um parallele Schnittflächen zu erhalten.  Je nach Vorschubgeschwindigkeit ist dies allerdings nicht der Fall.

Der abrasive Wasserstrahl verliert, bedingt durch Reibung an den Schnittflächen, mit zunehmender Schnitttiefe an Energie. Dies äußert sich in einem V-förmigen Schnittspalt (vgl. Abbildung links). Durch eine Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit kann die Energie des Strahls örtlich länger auf das Werkstück wirken und es entstehen parallele Schnittflächen (vgl. Abb. Mitte).

Bsp. bisheriger Aufnahmen

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In Vorversuchen wurde die Machbarkeit des Vorhabens untersucht und als gegeben beurteilt.

Das oben dargestellte Bild wurde während des Schneidprozesses aufgenommen und anschließend manuell ausgewertet. 

Die vorangegangenen Versuchsreihen beschäftigten sich mit der Analyse des Schneidstrahls bei der Bearbeitung des Werkstoffes Glas.

Hierbei wurden Ergebnisse bei

  •  Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 50 und 350 mm/min, 
  •  Abrasivmittelströmen von 100 bis 350 g/min, 
  •  Materialdicken von 5 bis 25 mm und
  •  Wasserdrücken von 2500 und 3000 bar 


erfasst und ausgewertet. 

Anfangsphase und Ausblick

Inhalt der ersten Projektphase ist die Auswahl und Beschaffung einer geeigneten Hardware-, Softwarekombination.

In diesem Zuge findet aktuell ein Austausch mit Kamera- und Sensorherstellern jeglicher Art statt. Da eine Vielzahl von Prozessüberwachungssystemen am Markt verfügbar ist und auch diverse Ansätze denkbar erscheinen, müssen alle Optionen gründlich untersucht und gegenüber gestellt werden.

Ziel der ersten Projektphase ist es, ein Monitoring-System zusammenzustellen, was unabhängig von Material des Werkstückes, Vorschubgeschwindigkeit und sonstigen Einflüssen verlässliche und verwendbare Informationen liefert.

Weiter Informationen und aktueller Projektstatus

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Details zum Projekt

Bearbeitet von: Anne te Kaat
Bearbeitungszeitraum:
Beginn: 15. März 2011
Ende: 14. September 2012