Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag December 10, 2019

Messung thermomechanischer Beanspruchungen in laufenden Schleifprozessen

Measurement of thermomechanical loads in running grinding processes
  • Andreas Tausendfreund

    Andreas Tausendfreund studierte Physik an der Universität Bremen und ist seit 2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter am BIMAQ, Arbeitsgruppe „In-prozess Messtechnik und Optik“ Seine Arbeitsgebiete sind der Einsatz von optischen Messverfahren in Fertigungsprozessen und die Untersuchung und Beschreibung der Lichtstreuung an Nanostrukturen auf der Basis von Maxwell-Gleichungen.

    EMAIL logo
    , Dirk Stöbener

    Dirk Stöbener absolvierte ein Physik-Studium an der Universität Bremen und ist seit 2000 am BIMAQ als Leiter der Arbeitsgruppe „In-prozess Messtechnik und Optik“ tätig. Seine Forschungsinteressen umfassen akustische und optische Verfahren zur fertigungsnahen Messung von Werkstückeigenschaften wie z. B. den Dimensionen, der Verformung oder der Rauheit.

    ORCID logo
    and Andreas Fischer

    Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Fischer übernahm am 1. August 2016 die Leitung des Bremer Instituts für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) am Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Nach dem Studium der Elektrotechnik und der daran anschließenden Promotion, für die er u. a. 2010 mit dem Messtechnik-Preis der AHMT e. V. ausgezeichnet wurde, habilitierte er sich auf dem Gebiet der Messtechnik am Institut für Mess- und Sensorsystemtechnik der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik an der Technischen Universität Dresden. Zu seinen Forschungsinteressen zählen laseroptische Messsysteme für hochdynamische Strömungs-, Fertigungs- und Materialprüfungsprozesse sowie messsystemtheoretische Ansätze zur Beschreibung von Messbarkeitsgrenzen.

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Die Kenntnis der zum Beispiel während des Schleifprozesses auftretenden thermomechanischen Werkstückbeanspruchungen und der im Material verbleibenden Veränderungen lässt sich gemäß dem Konzept der Prozesssignaturen nutzen, um den Fertigungsprozess zu optimieren und mit anderen zu vergleichen (z. B. mit der Laserbearbeitung). Voraussetzung für die Erstellung einer Prozesssignatur ist, dass die Beanspruchungen während des laufenden Prozesses charakterisiert werden können. Aufgrund der rauen Prozessbedingungen gibt es beim Schleifen bisher keine prozessbegleitende Technik zur Messung der thermomechanischen Beanspruchungen in Form von Verschiebungen und Dehnungen in der bearbeiteten Randzone. Aus diesem Grund wird die Eignung der Speckle-Fotografie für prozessbegleitende Messungen von Werkstückbeanspruchungen in einem laufenden Schleifprozess ohne Kühlschmierstoff nachgewiesen und ein Konzept für eine Messung unter dem Einsatz von Kühlschmierstoffen vorgestellt.

Abstract

The knowledge of the thermomechanical workpiece loads occurring during the grinding process and of the modifications remaining in the material can be used according to the concept of process signatures, in order to optimize the manufacturing process and compare it with others (e. g. with laser processing). A prerequisite for the establishment of a process signature is that the loads can be characterized during the running process. Due to the rough process conditions, there is so far no process-accompanying technique for measuring thermomechanical stresses in the form of deformations and strains in the machined edge zone during grinding. For this reason, the suitability of Speckle photography for process-accompanying measurements of workpiece loads in a running grinding process without cooling lubricant is proven and a concept for a measurement using cooling lubricants is presented.

Award Identifier / Grant number: SFB/TRR 136

Funding statement: Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des Transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB/TRR 136 “Prozesssignaturen”, insbesondere des Teilprojekts C06.

Über die Autoren

Andreas Tausendfreund

Andreas Tausendfreund studierte Physik an der Universität Bremen und ist seit 2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter am BIMAQ, Arbeitsgruppe „In-prozess Messtechnik und Optik“ Seine Arbeitsgebiete sind der Einsatz von optischen Messverfahren in Fertigungsprozessen und die Untersuchung und Beschreibung der Lichtstreuung an Nanostrukturen auf der Basis von Maxwell-Gleichungen.

Dirk Stöbener

Dirk Stöbener absolvierte ein Physik-Studium an der Universität Bremen und ist seit 2000 am BIMAQ als Leiter der Arbeitsgruppe „In-prozess Messtechnik und Optik“ tätig. Seine Forschungsinteressen umfassen akustische und optische Verfahren zur fertigungsnahen Messung von Werkstückeigenschaften wie z. B. den Dimensionen, der Verformung oder der Rauheit.

Andreas Fischer

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Fischer übernahm am 1. August 2016 die Leitung des Bremer Instituts für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) am Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Nach dem Studium der Elektrotechnik und der daran anschließenden Promotion, für die er u. a. 2010 mit dem Messtechnik-Preis der AHMT e. V. ausgezeichnet wurde, habilitierte er sich auf dem Gebiet der Messtechnik am Institut für Mess- und Sensorsystemtechnik der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik an der Technischen Universität Dresden. Zu seinen Forschungsinteressen zählen laseroptische Messsysteme für hochdynamische Strömungs-, Fertigungs- und Materialprüfungsprozesse sowie messsystemtheoretische Ansätze zur Beschreibung von Messbarkeitsgrenzen.

Danksagung

Sie danken auch Ewald Kohls (Teilprojekt F01) und seinen Kollegen aus dem Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien (IWT) für die freundliche Unterstützung bei der Durchführung der In-Prozess-Messungen.

Literatur

1. Brinksmeier, E.; Klocke, F.; Lucca, D. A.; Sölter, J.; Meyer, D.: Process Signatures – a new approach to solve the inverse surface integrity problem in machining processes. Procedia CIRP 2014, 13, 429–434.10.1016/j.procir.2014.04.073Search in Google Scholar

2. Brinksmeier, E.; Meyer, D.; Heinzel, C.; Lübben, T.; Sölter, J.; Langenhorst, L.; Frerichs, F.; Kämmler, J.; Kuschel, S.; Kohls, E.: Process Signatures – the missing link to predict surface integrity in machining. Procedia CIRP 2018, 71, 3–10.10.1016/j.procir.2018.05.006Search in Google Scholar

3. Rastogi, P. K.: Digital speckle pattern interferometry and related techniques. New York: Wiley, 2001.Search in Google Scholar

4. Lu, M.; Wang, S.; Bilgeri, L.; Song, X.; Jakobi, M.; Koch, A. W.: Online 3D displacement measurement using speckle interferometer with a single illumination-detection path. Sensors 2018, 18, 1923 (14 S.).10.3390/s18061923Search in Google Scholar PubMed PubMed Central

5. Archold, E.; Burch, J. M.; Ennos, A. E.: Recording of in-plane surface displacements by double-exposure speckle photography. Opt. Acta 1970, 17, 12, 883–898.10.1080/713818270Search in Google Scholar

6. Stetson, K. A.: A review of speckle photography and interferometry. Opt. Eng. 1975, 14, 5, 482–489.10.1117/12.7971814Search in Google Scholar

7. Fischer, A.: Fundamental uncertainty limit for speckle displacement measurements. Applied Optics 2017, 56, 7013–7019.10.1364/AO.56.007013Search in Google Scholar PubMed

8. Tausendfreund, A.; Stöbener, D.; Dumstorff, G.; Sarma, M.; Heinzel, C.; Lang, W.; Goch, G.: Systems for locally resolved measurements of physical loads in manufacturing processes. CIRP Annals – Manufacturing Technology 2015, 64, 1, 495–498.10.1016/j.cirp.2015.03.005Search in Google Scholar

9. Tausendfreund, A.; Stöbener, D.; Fischer, A.: Precise in-process strain measurements for the investigation of surface modification mechanisms. Journal of Manufacturing and Materials Processing 2018, 2(1), 9 (11 S.).10.3390/jmmp2010009Search in Google Scholar

10. Zhou, P.; Goodson, K. E.: Subpixel displacement and deformation gradient measurement using digital image/speckle correlation (DISC). Optical Engineering 2001, 40, 8, 1613–1620.10.1117/1.1387992Search in Google Scholar

11. Kajberg, J.; Lindkvist, G.: Characterisation of materials subjected to large strains by inverse modelling based on in-plane displacement fields. International Journal of Solids and Structures 2004, 41, 3439–3459.10.1016/j.ijsolstr.2004.02.021Search in Google Scholar

12. Eman, J.; Sundin, K. G.; Oldenburg, M.: Spatially resolved observations of strain fields at necking and fracture of anisotropic hardened steel sheet material. International Journal of Solids and Structures 2009, 46, 2750–2756.10.1016/j.ijsolstr.2009.03.003Search in Google Scholar

13. Tausendfreund, A.; Stöbener, D.; Goch, G.: Measuring technique for the detection of process force related component deformations in metalworking manufacturing processes. In: Zoch, H. W.; Lübben, T. (Hrsg.): 5th International Conference on Distortion Engineering (IDE), Bremen 2015, 355–364.Search in Google Scholar

14. Tausendfreund, A.; Borchers, F.; Kohls, E.; Kuschel, S.; Stöbener, D.; Heinzel, C.; Fischer, A.: Investigations on material loads during grinding by speckle photography. Journal of Manufacturing and Materials Processing 2018, 2(4), 71 (12 S.).10.3390/jmmp2040071Search in Google Scholar

Erhalten: 2019-09-11
Angenommen: 2019-11-21
Online erschienen: 2019-12-10
Erschienen im Druck: 2020-03-26

© 2020 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 29.2.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/teme-2019-0133/html
Scroll to top button