Buelent Tasdelen 在为全球轴承制造商 SKF AB 工作时了解了压电传感器的优势。自 2020 年以来，他一直担任压电测量技术领导者奇石乐的业务发展经理。该公司专门生产测功机和设备，用于在研发应用中捕获切削力。Tasdelen 利用自己的经验开发了将压电测量引入加工监控的新产品，例如由传感器、电缆和用于自动化制造的特殊过程监控系统组成的套件。
在本次问答中，Tasdelen 谈到了新的解决方案以及压电测量的优势和局限性。
问：您从测量技术的制造商和供应商的角度了解加工。该行业目前面临哪些挑战？
与大多数行业一样，公司现在必须比以往任何时候都更加关注自己的竞争力。我来自轴承行业，深知对确保零件高质量的需求一直在增加。自动化是实现这一目标并同时提高效率的重要工具。在奇石乐，我们也看到各行各业的客户都感受到了越来越大的可持续制造压力。实现这一目标的一个重要杠杆是将废品减少到绝对最低限度。在机械加工中，切削刀具对零件质量起着重要作用。过晚更换将导致更高的废品率。然而，过早改变它会导致不必要的成本。员工对工具状态的了解有限，因此生产监控是必要的。问：您如何看待奇石乐和您自己在加工过程过程监控领域的定位？
精巧而坚固的传感器是自动化过程的基础。作为压电测功机制造商，奇石乐在机械加工研发方面拥有丰富的经验。我们在其他应用（如注塑成型和连接系统）的机器监控方面也拥有丰富的经验。将这些领域结合起来，让我们的客户从协同效应中受益，这是很自然的。来自斯凯孚的奇石乐，我带来了从研发阶段到工业应用的经验，以及广泛而深入的应用知识，结合了工艺和机器行为能力。问：压电测量技术在加工过程中的优点和局限性是什么？
测量原理基于压电效应。每个压电传感器的中心都有一个特殊的石英晶体，当施加力时会发出少量电荷。电荷和力彼此成正比。更重要的是，石英非常坚硬，固有频率很高。这使我们能够精确地测量各种极端动态力，这是测量加工力的巨大优势。
在研发应用中，我们主要使用测功机，它可以精确测量所有三个维度的加工力。然而，出于监控目的，您很少需要如此复杂的传感器。此外，测功机对于某些工业应用通常不具有成本效益，并且不容易安装到空间小且不允许更改机器结构的生产机器中。
通过专注于必需品，奇石乐提供了一种经济高效的测功机替代品。我们使用相对简单和紧凑的力或应变传感器，这些传感器可以集成在刀柄内或安装在机床表面，例如主轴外壳。多年来，我们的客户一直在其他过程监控解决方案中使用这些类型的传感器。我们现在正在将这种经验建立在加工工艺的基础上。问：测功机测量绝对切削力。使用压电传感器测量加工过程是如何工作的？
在使用测功机的研发应用中，需要进行绝对力测量。这意味着使用多个传感器测量和计算所有力矢量和扭矩。相反，对于过程监控，压电传感器通常使用户能够通过监控主力矢量来得出有关相关过程特性的结论。例如，刀具磨损的增加会导致更高的切削力或切削动力学。这些可以直接在刀柄中测量，也可以通过影响材料的力在相邻的机床部件上进行测量。由于集成了力或应变传感器，用户可以比较工艺周期并检测不规则性。刀具制造商Paul Horn GmbH与奇石乐集团之间的合作就是这种解决方案最终实现的一个例子。我们共同为车削应用提供即用型传感刀柄。这将集成工作减少到最低限度，并确保感觉工具系统在使用时具有与原始非感觉系统相同的特性。在积分过程中，力传感器在力流中以最佳位置定位，因此数据使我们能够对过程中的力条件做出相对陈述。
借助此类解决方案和连接的奇石乐Maxymos过程监控单元，可以对过程进行监控和自动化。如果测得的力超出预期范围或有其他偏差，过程监控系统可以向机器或过程控制系统提供反馈。通过这样做，监控解决方案提供了一种简单的方法来获取数据以进行过程优化。它还有助于延长刀具使用寿命，最大限度地减少转换操作，在早期阶段检测废品，避免机器崩溃和计划外停机。问：如果无法通过刀柄测量过程力，您提到机器结构上的应变传感器可能是一种替代方案。应变传感器提供精确测量的理想位置是什么，用户如何找到它？
最佳位置很大程度上取决于机器。您需要考虑机器的总刚度以及力从切削点移动到其结构的方式。另一个方面是切削力的行为，这取决于切削的方向和切割的内容。幸运的是，我们的国际服务在安装这些传感器方面拥有多年的经验。结合我们加工部门的专业知识，我们可以支持每个客户的特定需求。
问：除了刀具磨损，系统还监控什么？
监控工具是我们解决方案的主要关注点。当然，还有其他有价值的副作用。例如，即使机器没有切割，系统也可以保护机器;有时，在刀具定位过程中，刀具在以非常高的进给率移动时没有实际切削。然后，机器的力可能会导致工具与机器发生碰撞，从而导致严重损坏。我们的解决方案可以识别这种快速运动，并在发生任何事情之前停止机器。另一个例子：我们的一位客户最近注意到测量信号非常小，比定义的窗口小得多。一定是出了什么问题。该公司检查发现，已装载的零件尺寸略有偏差。换言之，监控系统是控制进料和生产零件质量的间接方式。因此，可以减少其他前期和后期质量测量，从而降低成本。
问：您的系统不是市场上第一个监控加工过程的系统。您能告诉我们奇石乐解决方案与其他久经考验的选项有什么区别吗？
最大的区别在于压电传感器固有的高频。应变计技术是另一种具有成本效益且成熟的选择。然而，在捕捉许多加工过程的高动态方面存在缺点。当然，工具会随着时间的流逝而磨损。然而，它破裂的那一刻可能会来得非常突然。最近，一位客户向我们发送了一些数据和图像。该公司发现，突然之间，而且只是在很短的时间内，测量曲线超过了极限。这只是一个小峰值，之后曲线恢复正常。但是，由于警报响起，机器停止了，他们查看了工具，确实，它被切碎了。在这种情况下，压电传感器确实发挥了它的优势。
问：机械加工是许多制造业的一部分。谁会从这个解决方案中获益最多，谁不会？
我们的第一个软件包包括传感器、监控系统、电缆和随附软件，我们专注于生产中小型零件的客户，如轴承部件、汽车部件、医疗部件、小型机械部件（如螺丝）和批量生产的手表部件。这里的一个限制因素是周期时间。我们可以快速测量，但即使是压电传感器也有其局限性。相比之下，机器的年龄从来都不是问题。当然，在规划新生产线或购买新机器时，包括自动化技术是当今的标准，并且会有测量技术的空间。但是通过我们的软件包，我们也可以改造旧机器。我们的解决方案非常灵活，无论公司使用哪种制造执行系统（MES）。目标是以相对较低的入门成本提供自动化的优势。
问：下一步是什么？您是否已经计划向生产更大零件的客户提供解决方案？
是的，我们已经在准备相应的软件包。我们正在研究的另一个想法是使系统更加智能，超越测量和监控。在某些特定情况下，我们已经致力于使系统能够补偿机器的某些误差，例如通过调节切削速度、进给量和切削深度。这将使我们的客户能够获得更好的产品质量。
