Abrasive waterjet cutting is a competitive manufacturing technology in many industrial sectors e.g. aerospace, defense and automotive industries. Advances in technological sectors based on user requirements are forcing machine manufacturers to increase robustness and stability of their products by improving automation, in order to reduce downtimes and related costs. Taking this into consideration the abrasive water jet focusing tube is one of the critical components, as its wear progression requires constant supervision, so one can timely detect the detrimental effects on the cutting performance. This thesis describes an innovative propaedeutic approach for monitoring the effect of the waterjet focuser wear progression along the lifetime working hours on its natural frequency, by means of accelerometers. This result is allowed by two main activities on the focuser: the first investigates the sensitivity of its first mode eigen frequency to the wear progression, whilst the second demonstrates the possibility of tracking said frequency from the in-line vibration signal delivered by the accelerometer, during operation. Besides, this research work lays out a foundation of prognostics and health monitoring of focusing tube using digital twining of the abrasive water jet focusing tube. A proper FEM model was tuned to describe the machine head dynamic behavior and corresponding eigen frequencies, providing us with significant information about the health of the focusing tube over its life span. Furthermore, the accelerometer could be even positioned on the mixing chamber, providing Focusing tube wear related information. The developed FEM model was used to analyze different wear profiles of the Focusing tube and compute the 1. The evolution of the system dynamics in different health conditions. 2. The development and the training of monitoring and prognostics algorithms.
Il taglio a getto d'acqua abrasivo è una tecnologia di produzione competitiva in molti settori industriali, ad es. industria aerospaziale, della difesa e automobilistica. I progressi nei settori tecnologici basati sulle esigenze degli utenti stanno costringendo i produttori di macchine ad aumentare la robustezza e la stabilità dei loro prodotti migliorando l'automazione, al fine di ridurre i tempi di fermo e i relativi costi. Tenendo conto di ciò, il tubo di focalizzazione del getto d'acqua abrasivo è uno dei componenti critici, poiché la sua progressione dell'usura richiede una supervisione costante, in modo da poter rilevare tempestivamente gli effetti dannosi sulle prestazioni di taglio. Questa tesi descrive un approccio propedeutico innovativo per monitorare l'effetto della progressione dell'usura del focheggiatore a getto d'acqua lungo le ore di lavoro della vita sulla sua frequenza naturale, mediante accelerometri. Questo risultato è consentito da due attività principali sul focheggiatore: la prima indaga la sensibilità della sua frequenza propria del primo modo alla progressione dell'usura, mentre la seconda dimostra la possibilità di tracciare tale frequenza dal segnale di vibrazione in linea fornito dall'accelerometro, durante l'operazione. Inoltre, questo lavoro di ricerca pone le basi della prognosi e del monitoraggio dello stato di salute del tubo di messa a fuoco mediante l'avvolgimento digitale del tubo di messa a fuoco a getto d'acqua abrasivo. È stato messo a punto un modello FEM appropriato per descrivere il comportamento dinamico della testa della macchina e le corrispondenti frequenze proprie, fornendoci informazioni significative sulla salute del tubo di messa a fuoco durante la sua durata. Inoltre, l'accelerometro potrebbe essere posizionato anche sulla camera di miscelazione, fornendo informazioni relative all'usura del tubo di messa a fuoco. Il modello FEM sviluppato è stato utilizzato per analizzare i diversi profili di usura del tubo di messa a fuoco e calcolare il 1. L'evoluzione della dinamica del sistema nelle diverse condizioni di salute. 2. Lo sviluppo e l'addestramento di algoritmi di monitoraggio e prognostica.
Development of digital twin for abrasive water jet focusing tube prognostics
NAEEM, AHMAD JUNAID;Khan, Faiz Ullah
2020/2021
Abstract
Abrasive waterjet cutting is a competitive manufacturing technology in many industrial sectors e.g. aerospace, defense and automotive industries. Advances in technological sectors based on user requirements are forcing machine manufacturers to increase robustness and stability of their products by improving automation, in order to reduce downtimes and related costs. Taking this into consideration the abrasive water jet focusing tube is one of the critical components, as its wear progression requires constant supervision, so one can timely detect the detrimental effects on the cutting performance. This thesis describes an innovative propaedeutic approach for monitoring the effect of the waterjet focuser wear progression along the lifetime working hours on its natural frequency, by means of accelerometers. This result is allowed by two main activities on the focuser: the first investigates the sensitivity of its first mode eigen frequency to the wear progression, whilst the second demonstrates the possibility of tracking said frequency from the in-line vibration signal delivered by the accelerometer, during operation. Besides, this research work lays out a foundation of prognostics and health monitoring of focusing tube using digital twining of the abrasive water jet focusing tube. A proper FEM model was tuned to describe the machine head dynamic behavior and corresponding eigen frequencies, providing us with significant information about the health of the focusing tube over its life span. Furthermore, the accelerometer could be even positioned on the mixing chamber, providing Focusing tube wear related information. The developed FEM model was used to analyze different wear profiles of the Focusing tube and compute the 1. The evolution of the system dynamics in different health conditions. 2. The development and the training of monitoring and prognostics algorithms.| File | Dimensione | Formato | |
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