Entwicklung eines optischen Sensorverbundsystems für wassermischbare Kühlschmierstoffe in Einzelanlagen

Ziel des Projektes OPTSee

Ziel des Projektes „OPTSee“ ist die Entwicklung eines neuartigen sowie intelligenten Sensorverbundsystems zur Kühlschmierstoffanalyse in metallverarbeitenden Einzelanlagen. Durch die Kombination zweier optischer Sensoren in Verbindung mit innovativen KI-basierten Analysealgorithmen werden so signifikante Prozessgrößen von wassermischbaren Kühlschmierstoffen (wmb KSS) vollautomatisch bestimmt. Das Sensorverbundsystem besteht aus zwei optischen Sensoren zur Bestimmung des Brechungsindexes und des Absorptionsspektrums. Das eingebettete System übernimmt die Fusion der Sensordaten und bestimmt mittels KI-basierter sowie statistischer Verfahren relevante Parameter des KSS, die eine Beurteilung des KSS-Zustands ermöglichen. Das zu entwickelnde Sensorverbundsystem zur intelligenten Überwachung von KSS in Einzelanlagen ist hoch innovativ und hat ein großes Potenzial die Qualitätserhaltung, die Nachhaltigkeit sowie die Wirtschaftlichkeit von metallverarbeitenden Maschinen dauerhaft zu verbessern.

Optisches Mulitsensorsystem

Das im Projekt zu entwickelnde, integrierte sowie optische Sensorverbundsystem, bestehend aus einem Prozessrefraktometer und einem NIR-Spektrometer, liefert über den Stand der Technik hinausgehende Informationen für die Bewertung von Kühlschmierstoffen. Mit verbesserter Übersicht über den Zustand des KSS in Einzelanlagen kann eine verlängerte Standzeit erreicht werden. Der ressourcenschonende Umgang mit dem KSS kann zu einem nicht zu vernachlässigenden Wettbewerbsvorteil in der Kühlschmierstoffindustrie führen. Zu dieser gehören nicht nur unzählige Unternehmen, welche Kühlschmierstoffe für Maschinen in der Zerspannung, Schleifprozessen und in der Blechbearbeitung einsetzen, sondern dieses Sensorverbundsystem würde ebenfalls Anwendung bei Herstellern von Kühlschmierstoffen finden.

Optische Sensoreinheit

Die optische Sensoreinheit besteht aus zwei Komponenten. So kommt hierbei ein Prozessrefraktometer zum Einsatz, welches den Brechungsindex der Flüssigkeit anhand einer Hell-Dunkel-Grenze eines Photodiodenarrays bestimmt. Diese Funktion wird durch ein Nahinfrarotspektrometer (NIR-Sensorsystem) ergänzt, welches die wellenlängenspezifische Absorption von ausgesendeter nahinfraroter Strahlung durch das KSS detektiert. Zum Einsatz kommen MEMS-FPI NIR-Spektraldetektoren, die sich neben der sehr kompakten Bauweise, durch die Möglichkeit der selektiven und somit gezielten Auswertung einzelner Spektralbanden auszeichnen. Die beiden Sensorkomponenten werden in ein gemeinsames Gehäuse integriert, um eine einfache und möglichst praktikable Applikation des Sensorverbundsystems in den KSS-Kreislauf zu ermöglichen. Die optische Sensoreinheit übermittelt gewonnene Messdaten zur Auswertung an das eingebettete System, welches ebenfalls eine Teilkomponente des Sensorverbundsystems darstellt.

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