DD293533A5 - Verfahren zum ueberwachen der bearbeitungsbedingungen an einer werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung "Verfahren zum UEberwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine" betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zustandssignalen, die den Spanprozesz klassifizieren, um eine sichere Erkennung von Werkzeugbruch und anderer Prozeszzustaende, beispielsweise bei Dreh- und Ausbohrvorgaengen, zu gewaehrleisten. Ziel ist es, ein aufwandarmes Verfahren anzugeben, welches gegenueber bisher bekannten Verfahren eine sicherere Unterscheidung des Werkzeugbruches von anderen Prozeszzustaenden, beispielsweise UEberdrehen von Lunkern oder Quernuten, ermoeglicht. Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, welches mit elementaren Signalverarbeitungs- und Klassifikationsverfahren das Ziel der Erfindung bei Gueltigkeit ueber einen groszen Bereich der Spanprozeszbedingungen loest. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz ein den Spanprozesz abbildendes zeitabhaengiges Signal durch ansich bekannte Kreuzkorrelation mit je einem Mustersignalverlauf zu einem oder mehreren Zwischensignalen korreliert ist, dasz diese Mustersignalverlaeufe unterscheidbaren charakteristischen Signalverlaeufen entsprechen, die durch Bruch oder verschiedene andere Prozeszzustaende erzeugt werden, und dasz die Zwischensignale nach ansich bekannten Klassifikationsverfahren auswertbar sind.{Spanprozeszueberwachung; Klassifikation; Signalverarbeitung; Werkzeugmaschine; Havariesignal; Werkzeugbruch; Drehen; Ausbohren}

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Überwachung der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine.

Unabhängig von der Verwendung bestimmter Sensorsignale läßt sich eine Gruppe Verfahren herauslösen, bei denen entweder zulässige, auch zeitabhängige, Grenzen des Absolutwertes von Si jnalen festgelegt werden oder eine Limitierung der maximalen Änderungsgeschwindigkeit, beispielsweise nach einer Differenzierung, des Signals erfolgt und bei Überschreiten der Grenzen ein Bruchsignal erzeugt wird. Wie beispielsweise in DD-WP 216888.

Diese Gruppe nutzt eine sehr grobe Signalbeschreibung und kann deshalb die feinen Unterschiede zwischen Bruch und

Prozeßstörung, beispielsweise bei Überdrehen von Lunkern, Quernuten und Bohrungen, nur unsicher erkennen. Demzufolge ist

mit einer hohen Fehlidentifikationsrate zu rechnen.

Eine weitere Gruppe nutzt die Unterschiede zwischen Bruch und Prozeßstörung im spektralen Bereich. Durch Bandpaßfilterung wird beispielsweise nur der für Bruch relevante Frequenzbereich wie in DD-WP 216888 oder in UD-WP 253776A1 ausgewertet.

Spektrale Verfahren sind relativ aufwendig. Dennoch berücksichtigen sie ebenfalls nicht die feinen Unterschiede zwischen Bruch und Prozeßstörung. Demzufolge ist auch noch mit einer hohen Fehlidentifikationsrate zu rechnen.

Außerdem führen sehr schmale Bandpässe zu einem erheblichen Nachschwingen, welches die Auswertung erschwert.

Ein weiterer, praktisch aber bedeutsamer Mangel besteht darin, daß keine allgemein gültigen Entwurfsmethoden für derartige Verfahren bekannt sind, die eine einfache Anpaßbarkeit an spezifische Prozeßbedingungen erlauben. Besonders schwierig ist die Bestimmung der prozeßzustandsrelevanten Frequenzbereiche.

Eine andere Gruppe bildet aus mehreren Sensorsignalen neue Signale, beispielsweise durch Quotientenbildung nach

DE-OS 2251333 oder DE 3043827 A1 und führt sie einer weiteren Verarbeitung zu. Hier ist der hohe Realisierungsaufwand als

nachteilig einzuschätzen.

Ebenfalls mehrere Sensorsignale verwendet DE-OS 3415305A1, wobei als Zwischensignale die Streuungen der Signale ausgewertet werden. Die Unterscheidung zwischen Prozeßstörung und Bruch wird auf rein empirischer Grundlage getroffen.

Hier erscheinen Bedenken bezüglich der Sicherheit dieser Unterscheidung angebracht. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die Tatsache, daß die Aussagekraft des Motorstromes als Sensorsignal bei abnehmender Schnittieistung nachläßt.

Die Mängel bekannter Verfahren zur sicheren Unterscheidung eines Bruches von anderen Prozeßzuständen liegen in der

Grobheit der Signalbeschreibungen durch auch zeitabhängige Amplitudenschwellen begründet. Nimmt man weiter zeitabhängige Schwellwerte hinzu, so erreicht man zwar eine feinere Signalbeschreibung, aber die Auswertung ist stärker von lokalen Störungen beeinflußt.

Für alle diese Verfahren ist es typisch, daß sie für die Ermittlung unterscheidbarer Prozeßzustände willkürlich ausgewählte Merkmale eines Sensorsignals benutzen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein aufwandarmes Verfahren zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine, beispielsweise für Dreh- und Ausbohrvorgänge, anzugeben, welches gegenüber bisher bekannten Verfahren eine sichere Unterscheidung des Werkzeugbruches von anderen Prozeßzuständen, beispielsweise Überdrehen von Lunkern oder Quernuten bei Schrupp- und Schlichtschnitten, ermöglicht und einfach an spezifische Prozeßzustände anpaßbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Patentliteratur sowie eigene Untersuchungen zeigen die Grenzen der bekannten Verfahren, wie Absolutwertüberwachung

oder spektraler Verfahren zur Unterscheidung von Werkzeugbruch und anderer Prozeßzustände.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine, beispielsweise für Dreh- und Ausbohrvorgänge, anzugeben, welches mit elementaren Signalverarbeitungs- und Klassifikationsverfahren das Ziel der Erfindung bei Gültigkeit über einen großen Bereich der Spanprozeßbedingungen löst.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer

Werkzeugmaschine mit einem den Spanprozeß abbildenden zeitabhängigen Signal, das mit einem Sensor gewonnen wird und

mit einem Kreuzkorrelationsverfahren, dadurch gelöst, daß das den Spanprozeß abbildende zeitabhängige Signal durch Kreuzkorrelation mit je einem Mustersignalverlauf zu einem oder mehreren Zwischensignalen korreliert ist, daß diese Mustersignalverläufe unterscheidbaren charakteristischen Signalverläufen entsprechen, die durch Bruch oder verschiedene andere Prozeßzustände erzeugt werden und daß die Zwischensignale nach an sich bekannten Klassifikationsverfahren auswertbar sind.

Als den Spanprozeß abbildende Signale sind prinzipiell alle Signale geeignet, die von dynamischen prozeßspezifischen Größen

abhängig sind. Solche Signale sind bekanntlich Kräfte, Momente, Dehnungen, aber auch Motorströme oder Körperschallgrößen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine solch hohe Selektivität, daß es auch bei bisher kaum geeigneten Signalen eine sichere Auswertung ermöglicht.

Die Mängel bekannter Verfahren zur sicheren Unterscheidung eines Bruches von anderen Prozeßzuständen liegen in der Grobheit der Signalbeschreibung durch auch zeitabhängige Amplitudenschwellen begründet. Nimmt man weiter zeitabhängige Schwellwerte hinzu, so erreichte man zwar eine feinere Signalbeschreibung, aber die Auswertung ist starker von lokalen Störungen beeinflußt.

Es wurde gefunden, daß Bruch und verschiedene Prozeßzustände charakteristische und unterscheidbare Signalverläufe erzeugen. Diese charakteristischen Signalverläufe können im Rahmen der Maschineninbetriebnahme einmalig aus mehreren Experimenten gewonnen werden. Jeder Mustersignalverlauf entspricht jeweils einem charakteristischen Signalverlauf.

Bildet man nun erfindungsgemäß die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen einem solchen Mustersignalverlauf und dem

Sensorsignal, so entsteht ein Zwischensignal mit einem sehr deutlichen Maximum genau dann, wenn das Sensorsignal dem charakteristischen Signalverlauf ähnelt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt so nicht nur ein Vergleich bestimmter Signalwerte des Sensorsignals, beispielsweise der Minima oder Maxima, mit Referenzwerten, sondern der gesamte Signalverlauf geht in die Auswertung ein und begründet die hohe Störsicherheit und Selektivität.

Erfindungsgemäß erfolgt die Auswertung dadurch, daß ein oder mehrere Zwischensignale mit einem an sich bekannten

Klassifikationsverfahren zu einem oder auch mehreren Zustandssignalen verarbeitet werden.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung zur Bildung eines Havariesignals bei Werkzeugbruch.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels zur Bildung eines Havariesignals bei Werkzeugbruch an einer Drehmaschine näher erläutert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit an sich bekannten Dehnmeßstreifen die Signalverläufe der Dehnung einer Meßstelle am Werkzeugträgergehäuse gemessen. Meßstellen am Werkzeugträgergehäuse sind deshalb gut geeignet, weil sie eine mechanisch geschützte Anordnung des Sensors und eine einfache Signalübertragung ermöglichen, den Arbeitsraum nicht beeinträchtigen und keine Sonderausführungen für die Werkzeuge oder Werl-zeugaufnahmen erfordern. Die Ermittlung geeigneter Meßstellen ist dem Fachmann bekannt.

Die Anwendung bekannter Verfahren zur Überwachung ist wegen des zu geringen Signal/Störverfcältp.issen der Dehnmeßstreifensignale eingeschränkt oder erfordert Dehnu igstransformatoren.

Das so gewonnene Dehnungssignal wird durch die an sich bekb inte Kreuzkorrelation mit zwei Mustersignalverläufen mittels angepaßter Filter zu je einem Zwischensignal korreliert.

Es wurde gefunden, daß ein erster charakteristischer Signalverlauf nur beim Überdrehen von Quernuten odar Bohrungen und ein zweiter charakteristischer Signalverlauf bei Quernuten oder Bohrungen und Werkzeugbruch auftritt. Diese charakteristischen Signalverläufe können in einer einmaligen Lernphase aus mehreren Experimenten gewonnen werden. Jeder Mustersignalverlauf entspricht jeweils einem charakteristischen Signalverlauf.

Claims (1)

1. Verfahren zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine mit einem den Spanprozeß abbildenden zeitabhängigen Signal, das mit einem Sensor gewonnen wird und mit einem Kreuzkorrelationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das den Spanprozeß abbildende zeitabhängige Signal durch Kreuzkorrelation mit je einem Mustersignalverlauf zu einem oder mehreren Zwischensignalen korreliert ist, daß diese Mustersignalverläufe unterscheidbaren charakteristischen Signalverläufen entsprechen, die durch Bruch oder verschiedene andere Prozeßzustände erzeugt werden und daß die Zwischensignale nach an sich bekannten Klassifikationsverfahren auswertbar sind.

   Anwendungsgebiet

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zustandssignalen, die den Spanprozeß klassifizieren, um eine sichere Erkennung von Werkzeugbruch und andorer Prozeßzustände, beispielsweise bei Dreh- und Ausbohrvorgängen, zu gewährleisten. Damit werden Voraussetzungen zur automatischen Überwachung von Zerspanvorgängen, insbesondere der Verhinderung von Folgeschäden bei Werkzeugbrüchen, geschaffen und eine bedienerarme beziehungsweise bedienerlose Fertigung ermöglicht.