Das von ihnen entwickelte System kann die Temperatur von Bearbeitungs- oder Schneidprozessen in Bereichen messen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zugänglich sind. Infrarot-Thermografiekameras sind in diesen Umgebungen ungeeignet, da keine direkte Sichtlinie zum Schneidpunkt des Werkzeugs besteht. Auch Thermoelemente oder andere Sensoren können aufgrund ihrer Verschleißanfälligkeit und der Schwierigkeit, einen geeigneten Messpunkt zu finden, nicht angebracht werden. Die Forscher haben diese Herausforderung jedoch durch den Einsatz eines faseroptischen Pyrometers gemeistert (ein Pyrometer ist ein berührungsloses Temperaturmessgerät).
Glasfasern dienen als Übertragungsmedium und senden Lichtimpulse zur Datendarstellung. Dank ihrer geringen Größe (die Faser misst 62,5 Mikrometer) können damit auch kleinste Bereiche erfasst werden. „Zum Vergleich: Der durchschnittliche Durchmesser eines jungen Haares beträgt etwa 100 Mikrometer“, erklären die Forscher. Sie verwendeten eine typische Kommunikationsfaser, wie sie beispielsweise zur Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen in Datennetzen eingesetzt wird.
Das Pyrometer bestimmt die Temperatur eines Objekts anhand der von ihm abgegebenen Strahlung: Je höher die Strahlung, desto höher die Temperatur. Das System misst Strahlung in zwei verschiedenen Farben und berechnet die Temperatur aus dem Verhältnis beider Signale. „Es ist so kalibriert, dass es ab 300 Grad messen kann und bis zu 1000 Grad erreichen kann, da die aus Quarzglas bestehende Faser sehr hohen Temperaturen standhält“, erklärt Carmen Vázquez, Professorin am Institut für Elektronische Technologie der UC3M und Koordinatorin des Projekts.
Die Erfassung von Temperaturdaten während des Zerspanungsprozesses hilft bei der Analyse des Werkzeugverschleißes. „Dadurch lässt sich die Werkzeugstandzeit optimieren und die Produktivität steigern“, erklärt Carmen. Ebenso wichtig ist die Sicherstellung der Oberflächenintegrität des bearbeiteten Materials; in den meisten Fällen ist die Temperatur ein Indikator für die durch die Bearbeitung verursachten Schäden.
Dieses System ist in Umgebungen anwendbar, in denen Werkzeugmaschinen zur Teilefertigung eingesetzt werden. Es ist beispielsweise im Luft- und Raumfahrtsektor relevant. Bei der Bearbeitung von Triebwerkskomponenten ist es sehr wichtig, „übermäßige Temperaturen während der Bearbeitung zu vermeiden, da diese zu übermäßigen Eigenspannungen oder Phasenübergängen führen und somit die Dauerfestigkeit beeinträchtigen können“, um potenzielle Probleme im Flug zu verhindern. Carmen Vázquez erklärt, dass „der Prototyp bereits im Feld eingesetzt und auf verschiedenen Maschinen im Sektor verwendet werden könnte“.
Zu den Projektforschern gehören neben Carmen Vázquez Alberto Tapetado, Doktorand an der UC3M; Henar Miguélez, Professor am Institut für Maschinenbau; José Díaz Álvarez, Professor am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik; und Ernesto García, beide von der UC3M. Die Forschung wurde im Rahmen eines vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit finanzierten Projekts des Nationalen Plans und des von der Autonomen Gemeinschaft Madrid geförderten Forschungsprogramms SINFOTON-CM durchgeführt. Sie wurde von der Gruppe „Displays und photonische Anwendungen“ des Fachbereichs Elektronische Technologie in Zusammenarbeit mit der Gruppe „Fertigungstechnologien und Konstruktion mechanischer und biomechanischer Komponenten“ des Fachbereichs Maschinenbau durchgeführt.
