Correlation between electromechanical impedance and surface quality of ground workpieces

Abstract

A retificação é um processo de manufatura de extrema importância para a produção de partes de alta precisão e para garantir sua qualidade superficial. Medições elétricas desempenham um importante papel em métodos de monitoramento indireto, os quais garantem a eficiência do processo. No entanto, métodos tradicionais utilizam sensores de alto custo e requerem esforços computacionais expressivos. Este estudo discute correlações entre a técnica da Impedância Eletromecânica (EMI) e parâmetros mecânicos e elétricos do processo da retificação. A técnica EMI aplicada na retificação é inédita e tem a vantagem de empregar equipamentos de baixo custo, que requerem um sistema de monitoramento mais simples, quando comparado com as técnicas tradicionalmente utilizadas. Este trabalho propõe apresentar o potencial desta técnica, a qual poderia substituir satisfatoriamente os métodos tradicionais. Dois conjuntos de testes laboratoriais foram realizados independentemente para estudar a correlação entre medições EMI e parâmetros do processo. O primeiro conjunto de testes estudou a técnica EMI aplicada na retificação plana tangencial, enquanto o segundo, na retificação cilíndrica de mergulho. Em ambos os testes, experimentos foram realizados em um ambiente controlado para isolar as variáveis de interesse e as medidas EMI foram investigadas para diversas bandas de frequências. Para a retificação plana, fortes correlações entre EMI e espessura equivalente de corte, rugosidade média, microdureza e sinais de potência foram encontradas. Para a retificação cilíndrica, correlação entre rugosidade média e os índices de dano foram obtidos. Esses resultados permitem inferir informações sobre o processo da retificação através do monitoramento indireto.

Grinding is a machining process of utmost importance to produce high precision parts and guarantee surface quality. Several techniques have been studied throughout the years to improve the quality of workpieces manufactured by the grinding process. Electrical measurements play a key role during indirect monitoring methods which enhance the process efficiency due to the continuity of the operation by an on-line monitoring system. However, well-established methods, such as acoustic emission and vibration signals, employ high-cost sensors and require tough computational efforts. This study discusses correlations among Electromechanical Impedance (EMI) technique and mechanical and electrical parameters from grinding. The EMI technique applied in grinding is innovative and has the advantage of employing cheaper equipment and requiring a simpler monitoring system when compared to traditional techniques. This work aims to show the potential of that new technique, which can appropriately replace the traditional ones. To this end, two experimental tests sets were conducted independently to study the correlation between EMI measurements and parameters from the process. The first studied the EMI technique on surface grinding, while the second studied on cylindrical grinding. In both, tests were performed in a controlled environment to isolate the variables of interest and EMI was investigated for several frequency bands. For the surface grinding, strong correlations among EMI and equivalent chip thickness, roughness, and microhardness of the workpiece, as well as power signals were found out. The RMSD (root-mean-square deviation) index for the real part of the signature in the band 80-85 kHz showed a good correlation with roughness and power, while the CCDM (correlation coefficient deviation metric) index for the imaginary part of 50-55 kHz showed good correlation with microhardness. For the cylindrical grinding, the correlation between surface roughness and damage indices was studied and the best correlation was found to be with the CCDM index in the frequency band of 125-130 kHz. Those results allow the user to infer information about the grinding process through indirect monitoring.