Témata
Reklama

Vyhodnocování povrchů vytvořených vodním paprskem

Tento příspěvek referuje o využití waveletové (vlnkové) transformace na signály získané z povrchů vytvořených abrazivním vodním paprskem. Pomocí waveletové dekompozice a rekonstrukce signálů získaných z povrchů vytvořených abrazivním vodním paprskem lze získat informace o základním profilu, vlnitosti a drsnosti. Analýza získaných výsledků je prezentována ve vztahu ke zvýšení účinnosti dělení materiálů abrazivním vodním paprskem. Experimentální výsledky signalizují, že waveletová transformace je účinnou pomůckou pro popis mechanismu vytváření topografie povrchu generovaného abrazivním vodním paprskem.

Poslední dobou je ve výzkumu důležitý aspekt analýzy topografie povrchu vytvořeného tou kterou technologií, s čímž je spjat i výběr vhodného matematického zpracování. Pomocí vhodně zvolené matematické analýzy topografie povrchu je možno dospět i ke zvýšení efektivity a jakosti výrobků. Například povrch generovaný abrazivním vodním paprskem sestává z řady prostorových frekvencí.

Je velmi dobře známo, že pomocí Fourierovy teorie může být signál reprezentován sumou sinů a kosinů. Siny a kosiny, které jsou obsaženy v bázi Fourierovy analýzy, jsou nelokální funkce, které mají pouze frekvenční řešení, nikoliv řešení časové. To znamená, že i když je Fourierova transformace schopna určit všechny frekvence v signálu, není schopná ukázat, kdy a kde jsou přítomné [1], [2] a [3].

U waveletové analýzy je signál transformován do série užívaných rodin waveletovských bází, přičemž pod pojmem báze vnímáme lineární fundamentální (nezávislý) systém funkcí. Waveletové transformace vycházejí z Fourierovy transformace a jsou určeny pro časově-frekvenční analýzu signálů. Používají se však především pro dekompozici signálu na signálové složky, ke kompresi a filtraci signálu. V současné době existuje mnoho waveletových bází, které je možno pro transformaci použít, přičemž pro konkrétní analýzu není nutno, aby báze byly ortonormální, resp. ortogonální. Příklady některých diskrétních ortogonálních bází jsou např. Rademacherova báze, Haarova báze, Walshova (Walsh-Paleyova) báze nebo Walshova modifikovaná báze [1].

Aplikace waveletové transformace

Jsou zde prezentovány výsledky získané stínovou metodou [4, 5] na oceli ČSN 17 251 (obr. 1), a to na straně vytvořené při posuvné rychlosti 200 mm.min-1 v měřických úrovních 2, 4 a 6 mm. Podle biortogonální (Bior 6.8) waveletové dekompozice a rekonstrukce signálu povrchu je provedeno zpracování získaných signálů z obr. 1. Waveletova dekompoziční úroveň je odhadnuta pomocí hraniční frekvence 0 a vzorkovací frekvence sample, jak je dokladováno rovnicí (1). (1)

Povrch generovaný při řezu abrazivním vodním paprskem (AWJ) je obecně charakteristický svou typickou texturou. Na připravených vzorcích AWJ bylo provedeno 12 měřických linií (obr. 1). Tedy bylo získáno 12 signálů, které byly dále analyzovány. Na obr. 2 jsou vyhodnoceny a prezentovány dva PSD signály z různých měřických stop (měřická linie 1 a 12) azobrazena vlnitost z frekvenčního pásma (0,55–1,7 mm-1) pomocí výkonové spektrální hustoty (PSD-Power Spectral Density) užitím Burg metody (tzv. Burg PSD). Obr. 3 ukazuje vykreslení tzv. waterfall získané z hodnocení signálů pomocí Burg PSD v různých měřických liniích.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Signály získané z různých zón – souřadnice [mm]; – souřadnice [a. u.] (Auxiliary units), material AISI 309, h = 8 mm
Obr. 2. Hodnocení signálů pomocí Burg PSD v různých měřických trasách (č. 1 až č. 12), materiál: AISI 309
Obr. 3. Vykreslení tzv. waterfall z vyhodnocení Burg PSD signálů v různých měřických trasách, materiál: AISI 309

Se zvyšujícím se počtem měřických stop se zvyšuje energie nízkých frekvencí.Danou analýzou získáme informaci o složkách vlnitosti (přes waveletovou rekonstrukci) ze signálu tak, že dekompoziční úroveň pro vlnitost je 4,914 8 (≈5) a pro základní profil 6,542 9 (≈7), a to podle rovnice (1). Obr. 3 ukazuje tzv. waterfall vlnitosti získané pomocí analýzy signálů waveletovou rekonstrukcí z 12 měřických linií. Je zde zřetelně patrný nárůst střední kvadratické úchylky profilu RMS (Root Mean Square) na obr. 4. Navíc signály na obr. 1 se skládají ze dvou prostorových frekvencí v jejich nízkofrekvenční oblasti, což je taktéž zřetelně patrno na obr. 2 (1. spektrální pík a 2. spektrální pík). Tyto dvě frekvenční komponenty dominují ve struktuře topografie povrchu a jejich změny signalizují hlavní aspekty AWJ řezného procesu.

 

Obr. 4. Proces zvyšování hodnot vlnitosti RMS v různých měřických trasách, materiál: AISI 309

Obr. 5 a obr. 6 udávají změnu vlnové délky, a to 1. a 2. spektrálního píku, resp. jejich statistickou analýzu výsledků. V zóně C je koncentrována informace o nízkých frekvencích, tj. vlnitosti o vlnových délkách 1,0 mm až 0,5 mm, která v této zóně nejvíc dominuje.

Obr. 5. Změna 1. spektrálního píku z 12 signálů vlnitosti, materiál: AISI 309
Obr. 6. Změna 2. spektrálního píku z 12 signálů vlnitosti, materiál: AISI 309

Závěr

Filtrování profilu povrchu je základním krokem ve vyhodnocování topografie povrchu, diagnóze a kontrole monitorování v technické praxi. Současný rozvoj v analýze signálů povrchu signalizuje, že waveletová analýza a syntéza je účinným a silným prostředkem pro geometrickou analýzu topografie povrchu. Waveletová metoda separace charakteristik AWJ povrchů byla účinně použita v řadě experimentálních analýz signálů. Výsledky z experimentů potvrzují spektrální výkonovou hustotu PSD a drsnost povrchu pomocí vypočtených parametrů (viz výše). Proto můžeme užít těchto informací z analýz waveletové transformace k vyčtení typických rysů zapsaných v signálu, jako např. křivení řezné stopy a poměrné zastoupení nízkých frekvencí ku vysokým aj. Na základě statistické analýzy je velmi dobře patrna změna nízkých frekvencí, tedy informace o vlnitosti v průběhu dělení materiálu pomocí AWJ. Byla taktéž pomocí předkládané waveletové transformace získána podrobná informace o distribuci vlnitosti, která se hlavně koncentruje v oblastivlnových délek 0,5 mm až 1,0 mm.

Ing. Jan Valíček, Ph.D., VŠB TU Ostrava

Sergej Hloch, TU FVT Košice

Literatura

  • FIALA, J.: Waveletová transformace. Material Structure. Vol. 6, no. 1, 1999.
  • RANDALL, R. B.: Frequency Analysis . Brüel & Kjaer, 1987.
  • TŮMA, J.: Zpracování signálů získaných z mechanických systémů užitím FFT. Sdělovací technika, Praha, 1997.
  • VALÍČEK, J.: Měření a analýza povrchu při řezání abrazivním vodním paprskem. In: MM Průmyslové spektrum. Praha, 2006.
  • VALÍČEK, J., et al.: Experimental analysis of irregularities of metallic surfaces generated by abrasive waterjet. In:
  • International Journal of Machine Tools and Manufacture. Vol. 47, no. 11 (2007), s. 1786–1790.

VŠB TU Ostrava

TU FVT Košice

www.vsb.cz

www.tuke.sk

hloch.sergej@fvt.sk

jan.valicek@vsb.cz

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 80716
Datum: 09. 07. 2008
Rubrika: Trendy / Nekonvenční technologie
Autor:
Firmy
Související články
Automatizované pracoviště elektroerozivního obrábění

Společnost Mesit foundry má za sebou šedesátiletou zkušenost z výroby odlitků metodou vytavitelného voskového modelu a více jak padesátiletou historii výroby vstřikovacích forem. V současnosti je dodavatelem kvalitních vstřikovacích forem pro plasty a forem pro přesné lití kovů, které využívají zákazníci, například při dodávkách největším světovým automobilkám.

Odhrotování výbuchem

Odhrotování výbuchem se odborně nazývá termické odhrotování (TEM). Jde o vysoce výkonnou a maximálně produktivní metodu odhrotování menších, tvarově složitých, jednoduchých i velmi náročných výrobků, na které jsou kladeny ty nejvyšší požadavky z hlediska čistoty, kvality, a ekonomiky výroby. Tato nekonvenční metoda je schopna stoprocentně zajistit, že se později v zabudovaných součástkách nic neuvolní. Používá se zejména po třískovém obrábění železných i neželezných kovů nebo po středním či vysokotlakém lití menších neželezných odlitků.

Inovace? Inovace ano! Ale jak?

Na příkladu rozvoje originálního plazmochemického systému příspěvek popisuje potenciál a bariéry zbytků možností a perspektiv hospodaření v naší republice po tom, co jsme zavedli tržní ekonomiku, urychleně privatizovali, sehnali investory, drželi nízké mzdy a kurz koruny k euru atd., s cílem dohnat nejen vyspělé sousedy, ale i Německo. Není tématem tohoto článku rozebírat uvedené jednotlivosti, záměrem autora bylo v praxi pomoci ekonomice této země.

Související články
Popis světlem je trvanlivý

Brzdový kryt, boty, coca-cola nebo identifikační značky skotu – průběžné značení údajů laserem je dnes ve výrobě neodmyslitelné. Vlastnosti, které skýtá značení laserem, umožňují trvalé, spolehlivé, flexibilní a automatizovatelné značení předmětů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Rozvoj a současná úloha aditivní výroby

Není pochyb o tom, že v nadcházejících letech aditivní výroba (AM) kovů (běžně známá jako 3D tisk kovů) změní způsob, jakým budou výrobci přistupovat k průmyslové výrobě, která byla v tradičním pojetí založena na ‚subtraktivních‘ procesech. Ve skutečnosti již OEM (Original Equipment Manufacturer) výrobci z různých oblastí, počínaje prototypovou automobilovou a leteckou výrobou až po výrobu zdravotnické techniky a energetických zařízení, AM metody na svých výrobních linkách využívají. A navíc si lze snadno představit, že výhody těchto technologií budou prakticky využitelné pro vytvoření reálných nástrojů používaných pro výrobu, pokud se stanou součástí výrobního procesu jako takového.

Efektivní aplikace laseru

Technické strojírenské veřejnosti není příliš známo, že v současné době existují technologické aplikace, které doslova drží srovnatelný krok s inovacemi v oblasti informačních technologií. Jednou takovou je aplikace laseru. Naší snahou bude vám tyto technologie představit.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Princip laserového čištění a jeho možnosti

Laserové čištění patří mezi mladé technologie, jež nacházejí stále nové uplatnění nejen v průmyslu. Hlavním důvodem jsou nízké provozní náklady, ekologická šetrnost k životnímu prostředí a v neposlední řadě šetrnost k čištěnému materiálu oproti konvenčním metodám.

Výhody laserem kalených povrchů

Laserové kalení již není zdaleka výsadou pouze při zušlechtění forem. Díky dostupnosti a klesajícím cenám laserů (pořizovacím i provozním) je tato technologie stále častěji uplatňována také v tradičním strojírenství pro vhodné konstrukční materiály a strojní díly.

Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Nanotechnologie v automobilovém průmyslu

Nanomateriály budou hrát v automobilovém průmyslu bezpochyby významnou roli. Výroba automobilů v budoucnosti se změní na personalizovaný a zakázkový 3D tisk z nanokompozitních materiálů, které nahradí zcela ocel a plasty. Automobil s nanosenzory, které se stanou jeho čidly, se bude sám orientovat a přizpůsobovat okolnímu prostředí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit