Günümüzde hem ekonomik hem de kaliteli üretim yapmanın önem kazanmasıyla beraber talaşlı imalat alanında takım durumunun izlenmesi, üzerinde önemle durulan araştırma alanlarından biri haline gelmiştir. TDĐ sistemlerinde genellikle iki durum gözlenmektedir, bunlar takım kırılması ve takım aşınmasıdır (Chen 2003). Takım durumunun izlenmesi aşağıdaki nedenlerden dolayı önemlidir (Jantunen 2002):
• Takım aşınması ve kırılması izlenebilirse insansız üretim yapma imkanı oluşabilir.
• Takım aşınması yüzey kalitesini ve üretilen parçaların boyut ve geometrisini etkilemektedir.
• Hem ekonomik imalat ve kaliteli parçaların üretilebilmesi için takımın aşınıncaya kadar mümkün olan optimum sürede kullanılmaya devam edilmesi gerekmektedir.
• TDĐ ile kesme teçhizatı ve tezgahının zarar görmesi dolayısıyla bu zararların ortaya çıkarabileceği maliyetler engellenebilir (Chen 2003).
3.1. TDĐ Sisteminin Yapısı
Takım durumunu izlemek için birçok araştırmalar yapılmış olmasına rağmen günümüz endüstrisinde tam olarak güvenilir bir yöntem bulunabilmiş değildir (Li ve ark. 2000). Takım durumunu izlemede takımın aşınma miktarını belirlemek için doğrudan ve dolaylı yöntemler kullanılmaktadır. Ancak takım aşınmasının ve yüzey pürüzlülüğünün doğrudan ölçülmesi kesme operasyonlarının durdurulmasını, takım ve iş parçasının sökülmesini gerektirmektedir (Savage 1999). Bu ölçme işlemine off- line ölçüm de denmektedir. Off-line ölçümde ayrıca operasyon kesintiye uğradığından ölü zaman da ortaya çıkmaktadır (Rangwala ve ark. 1990). Bu nedenle
takım durumunun on-line veya gerçek zamanlı (real time) olarak izlenmesi gerekmektedir.
Takım durumunu izlemek için yapılan ilk çalışmalarda kesme işleminin matematiksel modellenmesi üzerinde yoğunlaşılmıştır. Ancak kesme işleminin karmaşık yapısı, lineer denklem sistemleri ile ifade edilememesi ve değişik kesme parametrelerinin aşınma üzerine etkisinin belirlenememesi nedeniyle başarılı olunamamıştır. Bu nedenle aşınma ile dolaylı yoldan ilişkili olan birtakım parametrelerin kullanıldığı zeki takım durumu isleme sistemleri temel olarak veri toplama (sensörler kullanılarak), veri işleme ve karar verme mekanizmalarından oluşmaktadır (Mehrabi ve ark. 2001, Elbestawi ve ark 2006). Aşınmanın tahmin edilebilmesi için birçok sensörden gelen verinin toplanıp değerlendirilmesi (sensör entegrasyonu) daha başarılı sonuçlar vermektedir. Bir TDĐ sistemini açıklayan şematik görünüş Şekil 3.1’de görülmektedir (Sağlam 2000):
Şekil 3.1. Bir takım durumu izleme sisteminin şematik görünüşü
Đnsan yardımı ve yorumlaması olmaksızın metal kesme esnasında takım değişimleri fark edebilen zeki bir TDĐ sisteminin 3 ana unsuru vardır (Sağlam 2000):
• tanıma,
• hesaplama ve karar verme • modifikasyon’ dur
Tanıma, toplanan sensör sinyallerinin takım durumuyla ilgili bir faktörü belirlemek için ayrılması ve düzenlenmesi safhasıdır. Bu safhada algılama cihazları tarafından kesme kuvvetleri, güç tüketimi v.b. işlem değişkenleri izlenir. Hesaplama safhasında toplanan bilgiler esas alınarak performansın gerçek durumu istenilen ile karşılaştırılır. Modifikasyon safhasında ise durum ile ilgili düzeltme faaliyeti gerçekleştirilir. Đnsansız bir fabrikada bu takımın otomatik olarak değiştirilmesi veya zarar oluşmadan işlemin durdurulması olabilir.
3.2. TDĐ Đçin Veri Toplama
TDĐ sisteminde operasyonun durumunu, gelişimini izlemek, sistemden beklenen sonucun ve verimin sağlanması, meydana gelebilecek zararların engellenebilmesi v.b. açısından veri toplama önemli bir yere sahiptir. TDĐ sistemlerinde sensörlerden toplanan verilerin hızlı bir şekilde bilgisayara aktarılması için veri toplama kartı kullanılmaktadır.
Bir veri toplama sistemi oluşturulurken önceden belirlenmesi gereken bazı durumlar vardır. Veri toplama sistemi oluşturulurken yapılması gereken ilk işlem, uygun sensörlerin seçilmesidir. Sıcaklık, titreşim, güç, uzama ölçer (strain gage), gibi bir çok sensör mevcuttur (Nagdir ve ark. 2000, Silva ve ark. 1997). Bu sensörlerden okunan sinyaller sistemdeki değişiklikleri temsil edebilecek nitelikte olmanın yanında veri toplama kartının ve tezgah kontrol sisteminin girişlerine uygun ve güvenilir de olmalıdır. Ayrıca, sensörler yerleştirilirken sistemin çalışmasına ve çalışma alanına engel olmamalı, atölye şartlarında çalışmaya uygun, sağlam olmalı, düşük gürültü seviyeli ve güvenilir sinyal vermelidir (Silva ve ark. 1997).
Sensörler genellikle analog çıkış verirler, ancak elektronik sistemler dijital ortamda çalışırlar. Bu nedenle sensör verilerinin analiz edilmeden önce dijital değerlere dönüştürülmesi gerekir (Transactions in Measurement & Control. Data Acquisition - TIMCDA). Bu işlem analog-dijital dönüştürücüler vasıtasıyla yapılır. Daha doğru sonuçlar alınabilmesi için dönüştürme işleminden önce sensör sinyalleri filtreleme, amplifikasyon v.b. işlemlerden geçirilmelidirler. Bu işlemlere sinyal şartlandırma adı verilir. Sinyal şartlandırma sistemin performansını ve güvenilirliğini artırır, bu nedenle ölçme sistemlerinde önemli bir yere sahiptir. Amplifikasyon, filtreleme ve izolasyon en çok kullanılan sinyal şartlandırma yöntemleridir (TIMCDA). Amplifikasyon sinyal değerinin çok küçük olduğu durumlarda analog- dijital çeviricinin kullanabileceği seviyeye yükseltilmesi işlemidir. Filtreleme çok büyük ve çok küçük değerdeki sinyallerin değerlendirmeye etki etmemesi için yapılan işlemdir. Đzolasyon ise sinyal ile veri toplama kartının ve toprağın birbirini etkilememesi için birbirinden ayrılmasıdır. Birden fazla sinyal kullanıldığında bazen sinyalleri dahi birbirinden izole etmek gerekebilir. Bunların yanında sinyal şartlandırma yöntemlerinin veri toplama ve kontrol işleminin hızına etki edeceğine de dikkat etmek gereklidir.
Veri toplama ve kontrol sistemlerinin çok önemli bir parçası veri toplama arayüzüdür. Veri toplama arayüzü olarak seri port, paralel port, usb portu veya veri toplama kartları kullanılabilir. Günümüzde yüksek performansı, analog-digital dönüşümlerini otomatik olarak yapabilmesi ve sayıcı özellikleri nedeniyle daha çok PCI-ISA yuvalarına takılan veri toplama kartları kullanılmaktadır. Ancak veri toplama kartları kullanıldığı zaman bilgisayar TDĐ sisteminin yakınlarında olmalıdır. Bu mesafe genellikle 1-1.5 metredir. Uzaktan izleme yapabilmek için network ortamı kullanılabilir.
Veri toplama kartı seçilirken dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır. Bunlardan en önemli olanları; kanal sayısı, kanal giriş tipi, çözünürlük (resolution), analog ve dijital giriş-çıkışlar, analog giriş sınırları, dönüştürme oranı ve programlanabilirliktir.
Kanal sayısı kullanılan sensör sayısı ile ilişkilidir. Öncelikle kartın tek-uçlu (single-ended) ve diferansiyel giriş özelliği olup olmadığı kontrol edilmelidir (TIMCDA). Tek-uçlu girişler daha uzun kablolar kullanılabilmesine ve tek kablo ile bağlanıyor olmasına rağmen gürültüden etkilenirler. Diferansiyel uçlarda ise her sinyal kaynağından iki kablo gelir ve kablo mesafeleri fazla büyük olamaz ancak çevre gürültüsünden de etkilenilmez. Günümüzdeki veri toplama kartlarında genelde 8-16 veya daha fazla analog giriş bulunur.
Çözünürlük bir sinyal değerini temsil etmek için gerekli bit sayısıdır (TIMCDA). Bu bit sayısı ne kadar büyük olursa veri toplama kartı o kadar küçük değişimleri algılayabilir. Örneğin bu değer PCL-818H kartında 12 bittir ve kanal girişinin en yüksek 5 V olduğu varsayılırsa 0.001 V hassasiyete sahiptir.
Oluşturulacak olan sisteme göre kartın analog ve dijital giriş-çıkış sayıları göz önünde bulundurulmalıdır. Veri toplama kartının analog giriş sınırları özellikleri daha güvenilir ve doğru analog-dijital dönüştürmeler yapılabilmesi için önemlidir. Örneğin sensör sinyalinin en büyük değeri veri toplama kartının giriş kanalının giriş sınır değerine ne kadar yakın olursa o kadar doğru dönüştürme yapılmış olur.
Dönüştürme oranı bir saniyede yapılan analog-dijital dönüştürme sayısıdır (TIMCDA). Kullanılacak olan sisteme göre bu orana dikkat edilmeli ve buna göre bir kart seçilmelidir. Bazı uygulamalar yüksek dönüştürme oranı gerektirebilir. Buna milisaniyeler mertebesinde gerçekleşen takım kırılması da örnek olarak verilebilir.