PRÁCTICA DE CHATTER SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS

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1 PRÁCTICA DE CHATTER SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS Desarrollar un sistema capaz de supervisar un proceso y en caso necesario, intervenir para corregirlo si su evolución no es aceptable. Es necesario dotar a la máquina de: Sensores Capacidad de reacción Funciones de una máquina sensorizada: MONITORIZADO: seguimiento de parámetros de proceso DIAGNÓSTICO: detectar y reconocer anomalías CONTROL: controlar y eliminar anomalías

2 SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS Anomalías a detectar en proceso de mecanizado: Colisiones Desgaste de herramienta Rotura de herramienta Chatter SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS Esquema de un sistema para la supervisión automática SENSORIZACIÓN SENSORES ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL A/D EXTRACCIÓN DE RASGOS Momentos estadísticos FFT Series temporales CLASIFICACIÓN Y ACCIÓN CORRECTORA - Fase : Adquisición y acondicionamiento de señales que contengan información del proceso a supervisar - Fase : Extracción de rasgos característicos - Fase : Detección de anomalías, clasificación y acción de control. Desarrollo de estrategias a partir de los rasgos característicos obtenidos en la fase

3 SENSORIZACIÓN CADENA DE MEDIDA: Sensor Acondicionamiento de señal: amplificación y filtrado Adquisición de datos SENSOR: Instrumento que convierte un fenómeno físico que se quiere medir en una señal eléctrica (voltaje). Sensibilidad: Relación entre la respuesta eléctrica y la excitación mecánica. Se mide voltios por unidad del parámetro físico a medir. Acelerómetro: V/(m/s ) Rango de frecuencias: frecuencias en las que la sensibilidad del transductor coincide, dentro de una tolerancia especificada, con la nominal. Linealidad: Un sensor se dice lineal cuando existe proporcionalidad entre el parámetro medido y la señal eléctrica dada por el sensor. Los sensores se comportan linealmente (dentro de un error admisible) en un rango de amplitudes del parámetro a medir. SENSORES EN EL MONITORIZADO DE PROCESOS: Fuerza : medida de la fuerza de corte por medio de una plataforma dinamométrica compuesta de sensores piezoeléctricos. Acelerómetros: medida de vibraciones en cabezal, pieza, etc. Emisión acústica: ondas de presión generadas al disiparse energía almacenada internamente en el material. Esta disipación de energía puede ser debida a diferentes fenómenos como movimiento de dislocaciones, fricción, fracturas, crecimiento de grietas,..., fenómenos que tienen lugar durante el corte. Corriente de motores de avance de los carros y de cabezal Termopares

4 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL Suele estar compuesta de dos etapas: Amplificación La señal obtenida de los sensores suele ser débil. El amplificador incrementa esta tensión de salida del sensor hasta un nivel suficiente para poder realizar la adquisición de datos de manera adecuada por medio de la tarjeta Filtrado Eliminar señales de alta frecuencia que se encuentran superpuestas y no interesan. Para ello, se emplean filtros pasa bajo analógicos. ADQUISICIÓN DE DATOS POR MEDIO DE TARJETA Las tarjetas de adquisición de datos permiten la adquisición de señales analógicas provenientes de sensores en tiempo real. Para el muestreo de señales analógicas, es necesaria la conversión analógico-digital (A/D) de las señales. La conversión A/D supone el paso de una señal analógica en una señal digital, es decir, discreta tanto en el tiempo como en amplitud.

5 Frecuencia de muestreo Discretización de señal analógica en intervalos de tiempo uniformes: t Fs: frecuencia de muestreo (Hz): nº de muestras/seg f s = t Muestreo de señales f Nyquist = Teorema de Shannon: con un intervalo de discretización t, no es posible muestrear correctamente señales con frecuencias superiores a la frecuencia de Nyquist fs ALIASING Para una señal con un contenido limitado a fmáx: f S f máx

6 Muestreo de señales fs= 0 Hz fs= 0 Hz fs= 0 Hz fs= Hz fespúrea = Hz RANGO de VOLTAJE Puede ser: Unipolar: para voltajes positivos (0-0 V) bipolar: para voltajes positivos y negativos (± 0V) El rango de voltaje es configurable. Rangos de voltaje: 0-.,.,, 0 V ±.,.,, 0V

7 Resolución Determina el número de niveles L para representar una señal B La resolución B se da en bits. Se cumple que L = Para bits, L=8 niveles. Suponiendo rango de 0 V, cada nivel corresponde a.v. Para bits, L=09 niveles (. 0 - V) Resolución Un aumento en el número de bits da lugar a un aumento de la resolución

8 Resolución Influencia del rango de entrada (señal unipolar o bipolar) Resolución Rango de voltaje controlable 8

9 Extracción de rasgos característicos Objeto: obtener rasgos más sensibles del fenómeno a monitorizar Métodos basados en: Dominio del tiempo Valores medios, eficaces, ratios, factores de cresta Rasgos descriptores de la función de distribución de un proceso aleatorio: media, varianza, desviación, skewness, kurtosis Coeficientes de series temporales (AR, MA, ARMA) Dominio de la frecuencia: FFT Dominio tiempo-frecuencia: Wavelets DETECCIÓN DE ANOMALÍAS Y ACCIÓN CORRECTORA Generación de estrategias que a partir de los rasgos caracterícticos, detecten las anomalías y en caso necesrio realicen la acción correctora para corregirla: Parada de proceso Cambio de herramienta Modificación de las condiciones de corte 9