Utilização de diafragmas piezelétricos para o monitoramento da qualidade superficial de peças de aço na retificação plana

Abstract

Pesquisadores tem avaliado um grande número de técnicas de monitoramento para controlar a condição superficial de peças. O diafragma piezelétrico de titanato zirconato de chumbo (PZT) é utilizado em muitos campos de pesquisa, mas estes sensores não são comuns no mo-nitoramento dos processos de usinagem. Este trabalho propõe um método para monitorar a condição superficial da peça (usinagem normal e queima) usando um diafragma piezelétrico e técnicas de extração de características. Uma comparação é feita com o sensor convencional de emissão acústica (EA), que é um sensor amplamente utilizado no monitoramento dos proces-sos de usinagem. Os ensaios de usinagem foram realizados em uma máquina de retificação de superfícies utilizando aço ABNT 1045 e rebolo CBN, onde os sinais foram coletados a 2 MHz. As peças foram cuidadosamente analisadas por meio de inspeção visual, rugosidade superficial, medidas de dureza e análises metalográficas. Estudo do conteúdo de freqüência de ambos os sinais foi realizado com o objetivo de selecionar bandas estreitamente relacionadas com a condição da superfície da peça. Filtros digitais foram aplicados aos sinais puros e as características foram extraídas e analisadas. Os valores RMS (Root Mean Square) filtrados nas faixas selecionadas para ambos os sensores apresentaram um ajuste melhor à regressão linear, o que é altamente desejável para estabelecer um limiar para detecção da queima e im-plementação em um sistema de monitoramento. Além disso, os resultados do índice RMSD (Root Mean Square Deviation) mostraram um excelente comportamento para o monitoramen-to da queima decorrente do processo de retificação para ambos os sensores. O método foi va-lidado usando um rebolo diferente, o que mostra claramente sua eficácia e demonstra o uso potencial do diafragma piezelétrico de baixo custo para o monitoramento da queima no pro-cesso de retificação.

Researchers have evaluated a great number of monitoring techniques in order to control the surface condition of ground parts. Piezoelectric diaphragm of lead zirconate titanate (PZT) are used in many fields, but these sensors are not common in the monitoring of machining pro-cesses. This paper proposes a method for monitoring the workpiece surface condition (normal grinding and burn) by using a piezoelectric PZT diaphragm transducer and feature extraction techniques. A comparison is made with conventional acoustic emission sensor, which is a traditional sensor in the monitoring of machining processes. Grinding tests were performed in a surface-grinding machine with SAE 1045 steel and CBN grinding wheel, where the signals were collected at 2 MHz. The workpieces were thoroughly analysed through visual inspec-tion, surface roughness and hardness measurements, and metallographic analyses. Study on the frequency content of both signals was carried out in order to select bands closely related to the workpiece surface condition. Digital filters were applied to the raw signals and features were extracted and analyzed. The RMS values filtered in the selected bands for both sensors presented a better fitting to the linear regression, which is highly desirable for setting a threshold to detect burn and implementing into a monitoring system. Also, the RMSD index results show an excellent behavior for grinding burn monitoring for both sensors. The method was validated by using a different grinding wheel, which clearly shows its effectiveness and demonstrates the potential use of the low-cost piezoelectric diaphragm for grinding burn mon-itoring.