Jedním z posledních trendů v oblasti dřevoobráběcích strojů je inprocesní monitorování řezného procesu snímáním stavu a zatížení řezného nástroje. Vedle klasického snímání elektrických charakteristik elektromotoru pohonu vřetene přechází vývoj k bezkontaktnímu snímání mechanických veličin, přesněji charakterizujících monitorované děje. Jde o snímání mechanických silových veličin nebo v poslední době zaváděného snímání veličin akustických, jehož aplikací lze dosáhnout deklarovaného zvýšení životnosti nástroje až o 30 %, snížení ztrát prořezem až o 25 %, zvýšení produktivity o 20 %, snížení energetické náročnosti a zlepšení kvality obrobeného povrchu.

Jednou z dalších možných inprocesních snímacích metod je bezkontaktní snímání teploty nástroje. Při návrhu a vyhodnocování měřící metody je třeba vycházet z důkladné analýzy jednotlivých parametrů s ohledem na požadovanou výslednou přesnost analyzovaných veličin. Rozboru vlivu přesnosti snímání teploty, jako jednoho z podstatných vstupních parametrů napjatostní analýzy pilového kotouče v průběhu řezného procesu, je věnován tento článek.

Získané poznatky lze využít též při neprovozním měření teploty nástrojů při testování vlivů povrchových úprav, otvorových prvků, chlazení či dalších řezných podmínek na zatížení a deformace nástrojů, potřebných při vývoji nových produktivních nástrojů či technologických částí strojů.

Vliv přesnosti určení teploty zubu na napjatostní veličiny pilového kotouče

Přesnost určení napjatostních či deformačních parametrů pilového kotouče je závislá na celé řadě vlivů. Jedním z těchto vlivů je přesnost určení teploty zubu a koeficientu emisivity v této oblasti, jež je ovlivněná rychlostí snímání termovizní kamery a rychlostí otáčení kotouče. Při snímání bodovou termovizní kamerou je obraz tvořen způsobem uvedeným na obr.1. kde š_p - šířka obrazového bodu, s - dráha zpoždění tvorby obrazu, p_ij - obrazový prvek v i-tém řádku a j-tém sloupci.

Je-li rychlost otáčení kotouče vyšší, než příslušná snímací rychlost kamery, je obraz zubu tvořen též ze segmentů okolní oblasti jak je uvedeno na obr. 2.

Tím dojde ke smíšení prostředí v okrajové části zubu (oblast vně silné ohraničené pole), kterému odpovídá tzv. korigovaná emisivita - zohledňující dvě základní nepřesnosti a to vliv zmíněných rozdílných rychlostí a vliv velikosti obrazového bodu.

Jednu z možností eliminace nepřesnosti určení emisivity v oblasti zubu stanovením tzv. korigované emisivity uvádí rov. (1).

ε_k = k_p. ε_p +k_v. ε_v (1)

kde:

k_p,v . . . koeficient poměru povrchu kotouče, vzduchu v obrazu,
ε_k . . . . korigovaná emisivita,
ε_p . . . . emisivita povrchu kotouče
ε_v . . . . emisivita vzduchu.

Po dosazení konkrétních hodnot k_p =0,25, k_v =0,75, ε_p = 0,96, ε_v = 0,30 bude ε_k = 0,47.

Obr.1. Princip tvorby obrazu

Obr.2. Vliv rychlosti snímání na skladbu obrazu

Obr.3. Vliv přesnosti určení teploty zubu na celkový průběh teploty ve směru x od obvodu do středu kotouče

Vliv korigované emisivity na určení teploty zubu uvádějí rovnice (2, 3, 4):

(2)

(3)

(4)

Obr.4 Průběh radiálního a tečného napětí po poloměru kotouče v případě zadání nekorigované (čárkovaně) a korigované teploty: 1 – celkové radiální napětí, 2 – celkové tečné napětí

kde:

T_k, t_k . . korigovaná teplota zubu [K], [°C],
T_P, t_p . . teplota zubu bez uvažování vlivu v zubové mezeře [K], [°C].

Relativní chyba určení teploty zubu pak bude:

(5)

Vliv nepřesnosti určení teploty v oblasti zubu na celkový průběh teploty ukazuje obr. 3.

Relativní chyba určení celkové teploty na poloměru kouče:

(6)

Vliv nepřesnost určení teploty zubu uvádí obr. 4.

Tab.1. Změny radiálních a tečných napětí kotouče s uvažováním nekorigované a korigované teploty: σ_t - tečné napětí, σ_r - radiální napětí, ρ_σ - relativní chyba určení napětí

	σt [MPa] vnitřní obvod	σt [MPa] vnější obvod	σr [MPa] vnitřní obvod	σr [MPa] vnější obvod
při tp	381	-137	-345	0
při tk	401	-164	-366	0
ρσ [%]	4,9	16,4	5,7	0

Změny jednotlivých napětí jsou uvedeny v tab.1.

Jak je patrné, nepřesnost napětí kotouče je podstatně nižší než nepřesnost určení teploty zubu a pohybuje se od 0 do 16 %.