Prädiktives Prozessüberwachungssystem für rotierende Werkzeuge auf Basis von Surface Acoustic Wave (SAW) Sensoren

Angesichts hoher Investitionskosten marktüblicher rotierender Messsysteme für Zerspanprozesse ist ihr Einsatz in Werkzeugmaschinen wirtschaftlich oft unattraktiv. Das Forschungsvorhaben SAW-2-Sense untersucht daher den Einsatz kostengünstiger SAW-Sensoren an rotierenden Werkzeughaltern als berührungslose Alternative für in-situ Dreh- und Biegemomentmessungen. In Kombination mit Edge-Computing ergänzt es sich zu einem vollständig nachrüstbaren Prozessüberwachungssystem. Als Anwendungsbeispiel dient hierfür im Vorhaben die Nutzung der Prozessdaten zur prädiktiven Werkzeugzustandsüberwachung beim Fräsen. Die Zerspanung ist zentral für den deutschen Maschinenbau, besonders für KMU, die von solchen Überwachungssystemen angesichts hoher Kosten und schneller Innovationszyklen profitieren können. SAW-Sensoren nutzen akustische Oberflächenwellen zur Messung physikalischer Größen und zeichnen sich durch Wartungsfreiheit, Robustheit und ihren passiven Betrieb aus, was sie grundsätzlich als Sensoren für rotierende Zerspanwerkzeuge attraktiv macht. In diesem Bereich besteht weiterer Forschungsbedarf zur praktischen Anwendung und Optimierung der Messung an rotierenden Werkzeugen. Auf der an der OVGU entwickelten instantanen Frequenzmessung basierend, wird eine präzise, hochfrequente Auswertung der Sensoren am rotierenden System untersucht. Maschinelles Lernen analysiert diese Daten anschließend direkt in der Maschinenumgebung für eine Verschleißerkennung in Echtzeit. Hierdurch soll Ausschuss reduziert sowie die Werkzeuglebensdauer bestmöglich ausgenutzt werden. Die Nutzung der SAW-Sensoren soll den vermehrten Einsatz von Prozessüberwachungssystemen in der Zerspanung fördern, wodurch Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der KMU gefördert werden. SAW-2-Sense bietet somit einen innovativen, kosteneffizienten und leicht nachrüstbaren Lösungsansatz zur weiteren digitalen Transformation der Zerspanungsbranche, von der insbesondere KMU profitieren.