Entwicklung eines Softsensors zur kontinuierlichen Charakterisierung des Randschichtzustandes
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Qualifizierung eines in-process fähigen, multisensoriellen Regelungskonzepts für einen ggf. aus mehreren Zielgrößen zusammengesetzten Randschichtzustand. Dieses Regelungskonzept soll exemplarisch für den Anwendungsfall des Außenlängsdrehens von vergütetem 42CrMo4 mittels geeigneter Modellansätze umgesetzt werden. Die Herausforderung bei diesem Zerspanungsprozess ist es, die Ausbildung randnaher thermisch induzierter weißer Schichten (White Layer) und der mit ihnen einhergehenden, aus technischer Sicht nachteiligen Zugeigenspannungszustände zu vermeiden. Dagegen sind mechanisch induzierte weiße Schichten, die mit Druckeigenspannungen einhergehen, zuzulassen, sodass durch das Regelungskonzept mehrere Zielgrößen simultan adressiert werden, die in gegenseitiger Abhängigkeit zueinander stehen.
Gegenstand der ersten Förderphase ist die Konzeption eines geeigneten Softsensors, mit dem die während des Bearbeitungsprozesses auftretenden Charakteristika der Randschicht kontinuierlich erfasst werden. Der entwickelte Softsensor soll eine modular erweiterbare Struktur besitzen, mit der sowohl der Einbezug weiterer Sensorprinzipien als auch zusätzlicher Informationen aus Simulationsroutinen ermöglicht wird. Um die Güte des Softsensors bei der Erfassung der weißen Schichten zu quantifizieren, wird entsprechend des „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM) dessen Messunsicherheiten ermittelt.
Antragsteller:
Projektbearbeiter:
Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza
wbk Institut für Produktionstechnik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Tel.: +49 721 608-44017
E-Mail: gisela.lanza@kit edu
Alexander Geiser wbk Institut für Produktionstechnik Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Tel.: +49 1523 9502615 E-Mail: alexander.geiser@kit.edu
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze
wbk Institut für Produktionstechnik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Tel.: +49 721 608-42440
E-Mail: volker.schulze@kit edu
Apirak Tienkaew
wbk Institut für Produktionstechnik Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Tel.: +49 173 267 2889 E-Mail: apirak.tienkaew@kit.edu
Dr.-Ing. Bernd Wolter
Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Saarbrücken
Tel.: +49 681 9302-3883
E-Mail: bernd.wolter@izfp.fraunhofer.de
Teffi Saravanapavan Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) Saarbrücken Tel.: +49 681 9302-3659 E-Mail: teffi.saravanapavan@izfp.fraunhofer.de
Publikationen
Böttger, David & Gonzalez Fernandez, German & Geiser, Alexander & Kempf, Daniel & Lanza, Gisela & Schulze, V. & Wolter, Bernd. (2024). Soft sensor for in-line quality control of turning processes based on non-destructive testing techniques and advanced data fusion. Production engineering. 18. https://doi.org/10.1007/s11740-023-01254-y
Güray, Alpcan & Böttger, David & Gonzalez Fernandez, German & Stamer, Florian & Lanza, Gisela & Wolter, Bernd & Schulze, V.. (2023). Modeling the effect of workpiece temperature on micromagnetic high-speed-3MA-testing in case of AISI 4140. Procedia CIRP. 117. 133-138. https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.03.024
Stampfer, Benedict. Entwicklung Eines Multimodalen Prozessmodells zur Oberflächenkonditionierung Beim Außenlängsdrehen Von 42CrMo4. Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie. https://doi.org/10.5445/IR/1000156133
Böttger, David & Strass, Benjamin & Wolter, Bernd & Güray, Alpan & Gauder, Daniel & Schulze, V. & Lanza, Gisela. (2022). In-situ Materialanalyse mit Mikromagnetik und ML-Verfahren/In-situ material analysis with micromagnetics and ML methods – Detection of quality-critical features on AISI4140 with micromagnetic NDT. wt Werkstattstechnik online. 112. 797-801. https://doi.org/10.37544/1436-4980-2022-11-12-71
B. Stampfer, G. Gonzalez, E. Segebade, M Gerstenmeyer, V Schulze. „Material parameter optimization for orthogonal cutting simulations of AISI4140 at various tempering conditions“ Procedia CIRP 102 (2021): 198–203. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.09.034
Böttger, David & Stampfer, Benedict & Gauder, Daniel & Lanza, Gisela & Schulze, V. & Strass, Benjamin & Wolter, Bernd. (2021). Working point determination of 3MA micromagnetic NDT-technique for production integrated detection of white layer during turning of AISI4140. Procedia CIRP. 101. 9-12. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.02.002
Gauder, Daniel & Biehler, Michael & Gölz, Johannes & Stampfer, Benedict & Böttger, David & Häfner, Benjamin & Wolter, Bernd & Schulze, V. & Lanza, Gisela. (2021). Development of a methodical approach for uncertainty quantification and meta-modeling of surface hardness in white layers of longitudinal turned AISI4140 surfaces. tm – Technisches Messen. 88. https://doi.org/10.1515/teme-2021-0037
D. Böttger, B. Stampfer, D. Gauder, B. Straß, B. Häfner, G. Lanza, V. Schulze, B. Wolter. „Concept for soft sensor structure for turning processes of AISI4140“ tm – Technisches Messen 87 (12) (2020): 745–756. https://doi.org/10.1515/teme-2020-0054
B. Stampfer, D. Böttger, D. Gauder, F. Zanger, B. Häfner, B. Straß, B. Wolter, G. Lanza, V. Schulze. „Experimental identification of a surface integrity model for turning of AISI4140“ Procedia CIRP 87 (2020): 83–88. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.067
V. Schulze, F. Zanger, B. Stampfer, J. Seewig, J. Uebel, A. Zabel, B. Wolter, D. Böttger. „Surface conditioning in machining processes – Glossar“ tm – Technisches Messen 87 (11) (2020): 661–673. https://doi.org/10.1515/teme-2020-0044