FASIM

Der Mittenverlauf von Tiefbohrungen, eine unerwünschte Erscheinung und ein entscheidendes Qualitätskriterium in der Fertigungspraxis, ist prozessparallel nur schwer zu erfassen. Für das Einlippentiefbohren im Bereich kleiner Durchmesser ist dies bisher nicht möglich. Ingenieure des ITW e. V. Chemnitz haben ein in-situ-Messverfahren mit optischen Dehnungssensoren untersucht. Hierbei wird eine haardünne Glasfaser mit Faser-Bragg-Gittern am Werkzeugschaft eingebettet. Ein Messgerät-Prototyp wurde entwickelt und an einer modifizierten CNC-Tiefbohrachse im Labor erprobt. Über das validierte Echtzeit-Messverfahren eröffnen sich auch neue Perspektiven zur aktiven Korrektur des Mittenverlaufs beim Tiefbohren.

Eine Sensorfaser mit bis zu 14 Faser-Bragg-Gittern wird in den Bohrerschaft entlang der Werkzeugachse eingebettet.

Eine stationäre Strahlquelle beleuchtet die auf dem Bohrer applizierten Dehnungssensoren. Die an den Gittern reflektierten Lichtwellen werden in Summe über Opto-Koppler zurückgeführt, spektral aufgefächert und auf eine schnelle Photodiodenzeile projiziert.

Eine parallele Hardware-Logik verarbeitet die optoelektronischen Signale in Echtzeit und gibt diese als phasenbezogene Biegelinie bzw. Positionswerte aus.

Das entwickelte Auswertesystem basiert auf einem kommerziellen FPGA Evaluation Board:

• Messwellenlängen: 1.525 bis 1.570 nm
• Messfrequenz: 15,3 kHz
• Drehzahlbereich: 1.000 bis 10.000 min-1
• maximale Winkelauflösung: 0,4 Grad
• Anzahl Sensorgitter: bis zu 14

• Visualisierung, Kontrolle und Aufzeichnung von Bohrvorgängen in Werkzeugmaschinen für das Tiefbohren
• Aufbau schneller Maschinen-Regelkreise zur automatischen Mittenverlaufskorrektur
• universelle Echtzeit-Messungen von Dehnung und Temperatur an schwer zugänglichen Stellen