ES2987300T3 - Máquina herramienta, en particular rectificadora, así como procedimiento para determinar un estado real de una máquina herramienta - Google Patents

Abstract

El objeto de la invención es una máquina herramienta (10), en particular una rectificadora, que comprende un dispositivo de medición (38) alojado en la máquina herramienta (10), presentando dicho dispositivo de medición (38) al menos un sensor de ruido estructural (36), y que comprende además un dispositivo de control (40) acoplable al dispositivo de medición (38) y a una unidad de herramienta (22), estando configurado el dispositivo de control (40) para detectar señales de ruido estructural provocadas por la máquina herramienta (10) mediante el dispositivo de medición (38) y para determinar una variable de estado que describe un estado real de la máquina herramienta (10), mediante la formación de un espectro diferencial (56) a partir de un espectro de referencia de banda ancha (50) y un espectro real de banda ancha (54). La invención se refiere también a un procedimiento para determinar un estado real de una máquina herramienta (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina herramienta, en particular rectificadora, así como procedimiento para determinar un estado real de una máquina herramienta

La presente divulgación se refiere a una máquina herramienta, en particular una rectificadora, que presenta lo siguiente: un equipo de medición, que está alojado en la máquina herramienta, presentando el equipo de medición al menos un sensor de ruido estructural, y un equipo de control, que puede acoplarse con el equipo de medición y una unidad de herramienta, estando configurado el equipo de control para detectar señales de ruido estructural desencadenadas por la máquina herramienta por medio del al menos un equipo de medición y determinar un estado real de la máquina herramienta.

Por el documento EP 2 587 230 A2, que forma la base para las reivindicaciones independientes, se conoce un procedimiento para el análisis de vibraciones, en el que durante el mecanizado de una pieza de trabajo mediante arranque de virutas, soldadura, conformación, unión y/o separación se detectan y se evalúan las vibraciones que se generan, detectándose un espectro de vibración en diferentes momentos o de manera (cuasi) continua y se somete a una evaluación multidimensional, y formándose una envolvente del espectro de vibración y comparándose con una envolvente de comparación.

Por el documento WO 97/38292 A1 se conoce un procedimiento para detectar y procesar señales acústicas, que se emiten desde objetos que se mueven en vaivén, oscilantes o rotatorios, para registrar y predecir variaciones del estado de los objetos, que comprende la detección y el registro de diferentes tipos de señales, que se emiten desde los objetos y tienen diferente amplitud, longitud de onda o frecuencia, un procesamiento matemático de las señales registradas y un procesamiento adicional del resultado del procesamiento matemático por medio de una calibración multivariante, para obtener información sobre el estado de los objetos.

Por el documento DE 20 2015 001 082 U1 se conoce un dispositivo de husillo para una máquina herramienta controlada por programa, con una carcasa de husillo, un husillo de trabajo montado de manera giratoria alrededor de un eje de husillo en la carcasa de husillo con un dispositivo de sujeción para sujetar una interfaz de herramienta insertada en una sección de alojamiento de herramienta del dispositivo de husillo, que está configurada para retener una herramienta de fresado o de perforación, y un equipo de sensores dispuesto en la carcasa de husillo, que presenta al menos un sensor de ruido estructural, que está configurado para detectar ondas o vibraciones de ruido estructural que se producen durante mecanizados de rectificación.

Por el documento DE 11 2010 001 558 B4 se conoce un procedimiento para la supresión de vibraciones para una máquina herramienta, para evitar el traqueteo durante el mecanizado de una pieza de trabajo con una herramienta de mecanizado, con las etapas de: detectar una vibración que se produce con el arranque de la rotación de la herramienta de mecanizado o de la pieza de trabajo; determinar si la vibración detectada desde el arranque del giro ha superado un valor umbral; el análisis de la vibración mediante el desarrollo de series de Fourier, cuando se establece que la vibración ha superado el valor umbral; adaptar un número de revoluciones de husillo de la máquina herramienta teniendo en cuenta la vibración detectada y el número de dientes cortantes de la herramienta de mecanizado; fijar una vibración propia que se produce en el caso de una marcha en vacío del husillo como valor umbral; y limitar el análisis mediante el desarrollo de series de Fourier a únicamente un intervalo de frecuencias de vibración, en el que se produce realmente el traqueteo.

En consecuencia, en el documento DE 112010 001 558 B4 non tiene lugar ninguna monitorización de banda ancha de la máquina herramienta. A ese respecto se trata sobre todo del reconocimiento del traqueteo y no de una monitorización de banda ancha con conclusiones sobre diversos estados de funcionamiento.

Las máquinas herramienta, por ejemplo rectificadoras, en particular rectificadoras cilíndricas, se conocen en el estado de la técnica. Así, por ejemplo, las rectificadoras cilíndricas pueden presentar herramientas con simetría de rotación, por ejemplo discos rectificadores. Estas pueden actuar conjuntamente de manera adecuada con una pieza de trabajo para la abrasión de material. Las rectificadoras cilíndricas pueden estar configuradas por ejemplo para el rectificado cilíndrico externo, el rectificado cilíndrico interno, además para el rectificado penetrante o rectificado penetrante oblicuo. Además de discos rectificadores, en el rectificado cilíndrico pueden emplearse básicamente también cintas rectificadoras. Además de superficies de piezas de trabajo con simetría de rotación pueden mecanizarse por ejemplo también superficies de piezas de trabajo configuradas de manera excéntrica, cuando el alojamiento de pieza de trabajo y una unidad de herramienta, por ejemplo el cabezal de husillo, pueden accionarse de manera adecuada y desplazarse en relación entre sí. De esta manera pueden mecanizarse o rectificarse por ejemplo árboles de levas, cigüeñales o piezas de trabajo similares con geometrías excéntricas. Además se conocen máquinas herramienta, que permiten un mecanizado combinado de piezas de trabajo, por ejemplo rectificadoras y tornos combinados.

Una pieza de trabajo que debe mecanizarse puede estar alojada por ejemplo entre dos puntas de un alojamiento de pieza de trabajo o si no estar alojada en un alojamiento de pieza de trabajo. Además se conoce la denominada rectificación sin puntas, en la que la pieza de trabajo en la rectificadora no está alojada (axialmente) entre puntas. Más bien, la pieza de trabajo puede alojarse y guiarse por ejemplo a través de carriles de apoyo, discos regulables, rodillos de guiado, lunetas o similares.

Las máquinas herramienta, en particular rectificadoras, pueden presentar diferentes grados de automatización. A modo de ejemplo se conocen rectificadoras convencionales, en las que un cambio de herramienta, cambio de pieza de trabajo así como un control de la operación de mecanizado se realiza sustancialmente de manera manual por parte de un operario/trabajador. Además se conocen básicamente rectificadoras, que pueden cargarse de manera automatizada con piezas de trabajo. De la misma manera pueden descargarse piezas de trabajo mecanizadas (por ejemplo rectificadas). Por consiguiente, con dispositivos de manipulación adecuados puede posibilitarse un funcionamiento sustancialmente autónomo, sin que sean necesarias intervenciones manuales de un operario. Tales máquinas herramienta o sistemas de fabricación son adecuados en particular para la fabricación a gran escala. Las máquinas herramienta están diseñadas por regla general como máquinas de una sola función y están optimizadas en particular en el sentido de maximizar una relación de tiempos principales (tiempos del verdadero mecanizado) y tiempos secundarios (por ejemplo tiempos para el cambio de las piezas de trabajo).

Las máquinas herramienta, en particular rectificadoras, pueden presentar diferentes modos de funcionamiento. A modo de ejemplo puede ejecutarse sustancialmente de manera completamente automática en un modo de funcionamiento (productivo) automatizado una tarea de mecanizado programada previamente. Por regla general, en tales modos de funcionamiento no es necesaria ninguna intervención manual por parte de un operario. Los movimientos de entrega, movimientos de avance y posicionamientos necesarios adicionales de la herramienta pueden llevarse a cabo de manera autónoma mediante la máquina herramienta gracias a trayectorias de mecanizado depositadas previamente.

Sin embargo, también se conocen modos de funcionamiento, en los que es necesario un control al menos parcialmente manual de componentes de la máquina herramienta, en particular del cabezal de husillo con la herramienta alojada. A estos pertenecen en particular las operaciones de equipado y las operaciones de configuración. Igualmente es concebible permitir que un operario (o configurador) controle el cabezal de husillo de la máquina herramienta durante la realización de operaciones de medición manuales. La configuración puede volverse necesaria, por ejemplo, cuando la herramienta (por ejemplo el disco rectificador) se cambia o al menos se ajusta. Para ello puede ser necesario, por ejemplo, aproximarse a puntos de referencia definidos de la máquina herramienta, que están predeterminados por ejemplo en la mesa de máquina o tablero de máquina. Para esto existe con frecuencia la posibilidad de aproximar el cabezal de husillo en primer lugar por medio de un movimiento grueso (marcha rápida) cerca del punto de referencia y a continuación por medio de un movimiento fino (marcha de precisión) palpar el punto de referencia para finalizar la aproximación.

Además se conoce disponer en tales máquinas herramienta sensores de aceleración o de ruido estructural y con ayuda de las señales de aceleración o de ruido estructural obtener conclusiones de un estado real de la máquina herramienta. A ese respecto, posibles estados reales son: un funcionamiento de la máquina herramienta sin mecanizar, en particular rectificar, una pieza de trabajo, rotando ya la herramienta, en particular el disco rectificador, pero no teniendo lugar ninguna abrasión de material; un rectificado del disco rectificador en la pieza de trabajo, teniendo lugar una abrasión de material; diversos estados intermedios, es decir por ejemplo un rectificado del disco rectificador en la pieza de trabajo sin abrasión sustancial de material o un contacto del disco rectificador con fluido lubricante o agente refrigerante, no rectificando el disco rectificador la pieza de trabajo.

Por ruido estructural deben entenderse en el presente documento preferiblemente vibraciones de la máquina herramienta, que se generan durante el funcionamiento de la máquina herramienta. Estas comprenden también valores de aceleración de la máquina herramienta. Se entiende que también puede estar comprendido por el término ruido estructural ruido en el sentido clásico, es decir vibraciones transmitidas a través de la atmósfera.

Se conoce evaluar señales de ruido estructural de la máquina herramienta en una banda de frecuencia predefinida. A este respecto, durante la configuración de la máquina herramienta un configurador de máquinas elige una banda de frecuencia sin ruidos ambientales perturbadores y con frecuencias de funcionamiento características de la máquina herramienta, debiendo tener lugar en esta banda entonces la evaluación de las señales de ruido estructural.

Además se conoce evaluar las señales de ruido estructural correspondientes en una representación de frecuencia, pudiendo apuntar una superación de un valor umbral predefinido un funcionamiento erróneo, por ejemplo una entrega demasiado rápida o el uso de una herramienta defectuosa o incorrecta.

Por representación de frecuencia debe entenderse en el presente documento que se determina la potencia y/o la amplitud de las señales de ruido estructural en función de la frecuencia.

Por tanto, para configurar una monitorización de este tipo de una máquina herramienta, en particular de una rectificadora, es necesario personal especializado formado y experimentado, en particular para la selección de una banda de frecuencia adecuada.

Ante este trasfondo, la presente invención se basa en el objetivo de indicar una máquina herramienta mejorada, en particular una rectificadora mejorada, así como un procedimiento mejorado para determinar un estado real de una máquina herramienta, en particular de una rectificadora.

Este objetivo se alcanza según la invención mediante una máquina herramienta, en particular rectificadora, con un equipo de medición, que está alojado en la máquina herramienta, presentando el equipo de medición al menos un sensor de ruido estructural, y con un equipo de control, que puede acoplarse con el equipo de medición y la unidad de herramienta, estando configurado el equipo de control para detectar mediante el al menos un equipo de medición de ruido estructural señales de ruido estructural desencadenadas por la máquina herramienta, determinar un estado real de la máquina herramienta mediante la formación de un espectro diferencial a partir de un espectro de referencia de banda ancha y un espectro real de banda ancha, y evaluar la potencia del espectro diferencial en su evolución temporal, correspondiendo la potencia del espectro diferencial a un área bajo una curva del espectro diferencial.

El objetivo anterior se alcanza además mediante un procedimiento para determinar un estado real de una máquina herramienta, en particular de una rectificadora, presentando el procedimiento las siguientes etapas: proporcionar un equipo de medición, presentando el equipo de medición al menos un equipo de medición de ruido estructural, preferiblemente un sensor de ruido piezoeléctrico; detectar señales de ruido estructural de la máquina herramienta; y determinar un estado real por medio de las señales de ruido estructural, formándose un espectro diferencial a partir de un espectro de referencia de banda ancha y un espectro real de banda ancha, determinándose el estado real de la máquina herramienta a partir del espectro diferencial, y evaluándose la potencia del espectro diferencial en su evolución temporal, correspondiendo la potencia del espectro diferencial a un área bajo una curva del espectro diferencial.

Por consiguiente, el objetivo se ha alcanzado completamente.

Según la invención, mediante el uso de espectros de banda ancha puede evitarse en la medida de lo posible la configuración por parte de personal especializado formado. Al menos puede reducirse el esfuerzo para ello. Con otras palabras, la máquina herramienta, en particular la rectificadora, puede estar ya configurada durante la primera puesta en marcha/activación, de modo que la máquina herramienta puede determinar de manera fiable el estado real de manera autónoma.

Debido al uso de espectros de banda ancha, en particular la señal útil puede ser mayor en relación con el ruido de fondo, de modo que puede ser posible una detección más exacta y más rápida de los diferentes estados reales.

Este planteamiento posibilita un procesamiento de señales más rápido, pudiendo evaluarse todo el intervalo de frecuencia detectable.

A este respecto, preferiblemente el equipo de medición presenta sensores de aceleración piezoeléctricos o de ruido piezoeléctricos. Se entiende que también pueden usarse otros tipos de sensor adecuados. También es concebible combinar entre sí diferentes tipos de sensor.

También es concebible usar transductores acústicos en forma de micrófonos. Tales sensores no necesitan obligatoriamente una conexión fija con aquellas partes de la máquina herramienta, en las que se producen vibraciones. El uso de micrófonos como sensor de ruido estructural puede conllevar ventajas de coste y ventajas funcionales. Por ejemplo es posible disponer los sensores de ruido estructural algo alejados de la zona de mecanizado inmediata. Esto reduce enormemente la carga de los sensores de ruido estructural (carga mecánica, carga debida a lubricantes refrigerantes, carga debida a fluctuaciones de temperatura, virutas, abrasión, etc.).

Es concebible disponer de manera distribuida una pluralidad de micrófonos en la máquina herramienta, para permitir a través de una característica de dirección determinaciones de posición o determinaciones de zona, con respecto a fuentes de ruido o fuentes de vibración. Algo de este tipo puede implementarse con límites también con solo un micrófono.

De banda ancha con respecto a los espectros debe entenderse en el presente documento como que preferiblemente puede usarse o puede detectarse todo el intervalo de frecuencia detectable, en particular sin limitación a bandas de frecuencia preferidas. Esto permite un procesamiento y una evaluación de señales, sin que previamente tengan que seleccionarse bandas de frecuencia (de banda estrecha) manualmente o de otra manera computacionalmente.

Esto puede comprender ejemplos de realización, en los que una determinada sección (ancha) de la banda de frecuencia detectable en teoría del sensor de ruido estructural o de los sensores de ruido estructural se usa de base para el procesamiento de señales adicional y en particular para la transformación de las señales detectadas al intervalo de frecuencia. Por ejemplo, esto puede comprender ejemplos de realización, en los que se aprovechan bandas anchas, que comprenden al menos el 50%, preferiblemente al menos el 75%, más preferiblemente al menos el 90% de las frecuencias detectables por el sensor (datos porcentuales con respecto a rangos axiales, en unidades de longitud absolutas o relativas, en una representación logarítmica de la banda de frecuencia o respuesta de frecuencia del sensor de ruido estructural).

Por ejemplo, la banda ancha, que se usa de base para el procesamiento adicional, puede comprender un rango de Hz (hercios) de uno o dos dígitos hasta KHz (kilohercios) de dos dígitos. En general pueden cubrirse al menos parcialmente los rango infrasonido, sonido y ultrasonido. Sin embargo, esto no debe entenderse de manera limitante.

De manera ideal ni siquiera debe hacerse una elección previa en relación con la banda de frecuencia que debe procesarse. En consecuencia, las señales detectadas por el sensor de ruido estructural pueden procesarse totalmente e independientemente de su frecuencia.

El equipo de control está configurado para evaluar la potencia del espectro diferencial en su evolución temporal, es decir para cada espectro real formar la diferencia a partir de un espectro real y del espectro de referencia y determinar la potencia contenida en el espectro diferencial, de modo que se obtenga como resultado una evolución temporal de la potencia del espectro diferencial, es decir del ruido estructural adicional.

Esta evolución temporal equivale preferiblemente a un pulso, asociándose a un momento una amplitud. Pueden usarse criterios de evaluación y procedimientos conocidos para la determinación de los parámetros de pulso. La evaluación del estado real está simplificada, de modo que la evaluación de la amplitud o altura de pulso independiente del tiempo puede ser suficiente para determinar de manera fiable el estado real de la máquina herramienta.

En una forma de realización a modo de ejemplo adicional, el equipo de control está configurado para determinar el espectro de referencia de banda ancha y/o el espectro real de banda ancha mediante la transformación de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia, preferiblemente mediante una transformación de Fourier, en particular mediante una transformación rápida de Fourier.

Las señales de ruido estructural pueden detectarse y evaluarse en toda su ancho de banda, obteniéndose en particular una razón de señal-ruido alta de la potencia sumada del espectro diferencial.

Todo el ancho de banda de la señal disponible puede usarse para la evaluación y no solo bandas de frecuencia estrechas. De ese modo, la señal útil puede estar claramente aumentada en relación con el ruido, lo que puede hacer que la evaluación sea más sensible y mejor.

Se entiende que también pueden usarse otras transformaciones conocidas al intervalo de frecuencia, sin abandonar el marco de la presente invención, tal como por ejemplo una transformación de Gabor, transformaciones de Wavelet, una transformación de Gabor-Wigner o una transformación de Laplace.

LaFast Fourier TransformaronFFT (español: transformación rápida de Fourier) es un algoritmo en sí conocido para el cálculo eficiente de una transformación discreta de Fourier, es decir una serie de medición con valores discretos. Con ella puede dividirse una señal en sus porcentajes de frecuencia.

La FFT pertenece a los denominados procedimientos de divide y vencerás, pudiendo reutilizarse resultados intermedios calculados previamente y de ese modo simplificarse las operaciones de cálculo aritméticas.

En una forma de realización a modo de ejemplo adicional, el equipo de control está configurado para registrar como espectro de referencia una transformación de las señales de ruido estructural en un estado, en el que la máquina herramienta está en funcionamiento, pero todavía no se mecaniza la pieza de trabajo, y almacenarla en una unidad de almacenamiento. De ese modo puede determinarse el espectro diferencial de manera sencilla y rápida. Además, la propia máquina herramienta puede determinar el espectro de referencia. En particular, de este modo puede configurarse o ajustarse la máquina herramienta de manera automatizada. Por consiguiente, un ajuste por parte de personal especializado formado y experimentado ya no es necesario.

Por lo demás, en el caso de una nueva captura de un espectro de referencia puede compararse el nuevo espectro de referencia con el espectro de referencia almacenado en la unidad de almacenamiento. De este modo pueden establecerse variaciones de la máquina herramienta tal como un desgaste o daños de almacenamiento.

En una forma de realización a modo de ejemplo adicional, el equipo de control está configurado para antes de cada mecanizado de una pieza de trabajo determinar un nuevo espectro de referencia. De este modo, la máquina herramienta puede reaccionar de manera extremadamente sensible a variaciones momentáneas, por ejemplo a un ruido de fondo elevado, porque por ejemplo se ha puesto en funcionamiento una máquina adyacente. En particular, la máquina herramienta puede ajustarse nuevamente por sí misma de ese modo en el caso de cada cambio de pieza de trabajo, pero también en el caso de cada cambio de herramienta. En consecuencia, en particular los tiempos de permanencia pueden mantenerse relativamente pequeños, dado que se suprime un ajuste a mano. Por consiguiente puede conseguirse un rendimiento de piezas comparativamente alto, en particular independientemente de la frecuencia de un cambio de herramienta.

Según una forma de realización a modo de ejemplo adicional, la máquina herramienta presenta una unidad de salida, por ejemplo una pantalla, un indicador de estado, por ejemplo a modo de un semáforo, un altavoz o una impresora, que está configurada para recibir y emitir mediante el equipo de control una magnitud derivada de la evolución temporal de la potencia del espectro diferencial. De ese modo es posible un sencillo control durante el proceso por parte de un trabajador/operario, en particular no formado. Un funcionamiento de la máquina herramienta fuera del rango admisible puede identificarse de manera sencilla y en caso necesario además documentarse.

A ese respecto, un indicador de estado a modo de un semáforo es preferiblemente un equipo de iluminación con medios de iluminación, que presentan diferentes colores, por ejemplo rojo, verde y amarillo. Según la intensidad de las señales de ruido estructural adicionales del espectro real con respecto al espectro de referencia, puede indicarse el estado real de la máquina herramienta mediante los medios de iluminación. Por ejemplo pueden definirse valores umbral para la evolución temporal de la potencia del espectro diferencial, es decir para la amplitud del pulso descrito anteriormente, de modo que por debajo de un primer valor umbral el semáforo se ilumine en verde, entre un primer y un segundo valor umbral en amarillo y por encima del segundo valor umbral en rojo. Una iluminación roja del semáforo puede indicar que el ruido estructural adicional es mayor que los previsto, lo que puede significar que la máquina herramienta se hace funcionar fuera del rango admisible.

Las señales de ruido estructural adicionales deben entenderse en el presente documento como la potencia en exceso contenida en el espectro diferencial. A ese respecto se trata por ejemplo del ruido estructural que se genera debido al mecanizado por medio de la máquina herramienta.

Según una forma de realización a modo de ejemplo adicional, el equipo de control está configurado para controlar la unidad de herramienta basándose en las señales de ruido estructural, preferiblemente la velocidad de entrega y parámetros de proceso adicionales de la unidad de herramienta, en particular la velocidad de rotación. De ese modo es posible implementar una desactivación automática de la máquina herramienta, para contrarrestar de manera fiable, eficiente y rápida daños de la máquina herramienta y/o de la pieza de trabajo, y/o posibles peligros de un operario/trabajador.

Por lo demás, de este modo puede implementarse una máquina herramienta con autoaprendizaje, regulando el aparato de control de la máquina herramienta basándose en las propias señales de ruido estructural la velocidad de entrega y parámetros de proceso adicionales. De esta manera puede conseguirse un desarrollo de proceso optimizado, en particular con respecto a la velocidad de mecanizado.

Preferiblemente puede reaccionarse a diferentes calidades de pieza de trabajo y de herramienta durante el mecanizado, de modo que dado el caso puedan ampliarse tolerancias correspondientes.

Características y ventajas adicionales de la invención resultan de la siguiente descripción y explicación de varios ejemplos de realización a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos. Muestran:

la figura 1, una vista en perspectiva de una máquina herramienta configurada como rectificadora con un alojamiento;

la figura 2a, una vista en perspectiva desde arriba de una máquina herramienta;

la figura 2b, una representación en bloques esquemática de componentes del equipo de medición;

la figura 3a, un ejemplo de un espectro de referencia de banda ancha;

la figura 3b, un ejemplo de un espectro real de banda ancha

la figura 3c, un ejemplo de un espectro diferencial de banda ancha, que está formado por una diferencia de un espectro real y de un espectro de referencia;

la figura 4, una representación esquemática de un pico de potencia por ejemplo en un espectro diferencial o un espectro de referencia;

la figura 5, esquemáticamente y a modo de ejemplo la evolución temporal de las potencias en el espectro diferencial; y

la figura 6, un diagrama de flujo esquemático, simplificado, de un procedimiento a modo de ejemplo para determinar un estado real de una máquina herramienta.

En la figura 1 se representa en perspectiva una máquina herramienta y se designa en general con 10. La figura 2 muestra una vista en planta correspondiente por ejemplo a la máquina herramienta 10 según la figura 1, no estando representados diferentes componentes por motivos de ilustración.

La máquina herramienta 10 está configurada en este caso como rectificadora, en particular como rectificadora cilindrica, en general también como rectificadora horizontal. La máquina herramienta 10 presenta un alojamiento 12, que funciona como carcasa. El alojamiento 12 puede estar dotado también de una ventanilla 14. A ese respecto, el alojamiento 12 define un espacio de proceso, que preferiblemente está cerrado o puede cerrarse hacia fuera. El alojamiento 12 permite en particular en el caso de operaciones de mecanizado automatizadas una delimitación segura del espacio de proceso de la máquina herramienta 10. De esta manera puede minimizarse básicamente el peligro que surge de componentes móviles. Además puede impedirse una salida no deseada de lubricante, líquido refrigerante, virutas o por ejemplo chispas al entorno. El alojamiento 12 puede estar dotado de manera adecuada de puertas o trampillas, para hacer accesible el espacio de proceso de la máquina herramienta 10.

En el caso de modos de funcionamiento especiales puede ser necesario configurada la ventanilla 14 como una especie de puerta de protección, para hacer alcanzable desde fuera para un operario el espacio interno de la máquina herramienta. Con este fin, la ventanilla 14 puede a modo de ejemplo desplazarse lateralmente o hacerse pivotar, para liberar una abertura cerrada previamente. Una flecha designada con 16 ilustra un posible movimiento de apertura de la puerta de protección.

Modos de funcionamiento, que hacen necesario un acceso al espacio interno de la máquina herramienta 10, pueden ser por ejemplo operaciones de equipado, operaciones de configuración, operaciones de ajuste o en general operaciones de cambio de herramienta o de cambio de pieza de trabajo. Se entiende que en función del grado de automatización de la máquina herramienta 10, diferentes modos de funcionamiento pueden hacer necesario un acceso manual al espacio interno de la máquina herramienta 10.

En la figura 1 se indica además en el espacio interno de la máquina herramienta 10 una unidad de herramienta 22 con un cabezal de husillo 18. En el cabezal de husillo 18 está alojada una herramienta 20. En el caso de esta herramienta 20 puede tratarse en particular de una herramienta de rectificado, preferiblemente un disco rectificador.

La máquina herramienta 10 presenta además un alojamiento de pieza de trabajo 26, que está configurado para alojar una pieza de trabajo 24. Por motivos de claridad, en la figura 1 no se representa ninguna pieza de trabajo 24. El cabezal de husillo 18 puede desplazarse axialmente para el mecanizado de una pieza de trabajo en relación con el alojamiento de pieza de trabajo 26.

Las máquinas herramienta 10, en particular rectificadoras, presentan habitualmente una interfaz de trabajador o de operario 28, que está dispuesta fuera del espacio interno de la máquina herramienta 10. En consecuencia, un operario puede controlar, programar, regular la máquina herramienta 10, o por ejemplo realizar diagnósticos, sin entrar en contacto con el espacio interno de la máquina herramienta 10. En el caso de la interfaz de operario 28 se trata preferiblemente de una unidad de manejo, que presenta al menos un dispositivo de entrada 30 para introducir órdenes de control. La interfaz de operario 28 puede presentar además una unidad de salida 32, por ejemplo una pantalla. Además es concebible usar una denominada pantalla táctil, es decir una unidad de entrada y de salida combinada.

Además puede estar previsto un indicador de estado 34, que presenta por ejemplo medios de iluminación rojos 34a, medios de iluminación naranjas o amarillos 34b y medios de iluminación verdes 34c, para representar el estado real de la máquina. Con otras palabras, el indicador de estado 34 puede estar diseñado por ejemplo de manera similar a un semáforo. Otros diseños del indicador de estado 34 son concebibles sin más.

En la figura 1 se representa esquemáticamente además un sensor 36, en particular un sensor de aceleración o de ruido estructural piezoeléctrico. Este sensor 36 está dispuesto preferiblemente en la proximidad de la herramienta 20 y conectado por radio o por cable con un equipo de medición 38 no representado más detalladamente. El equipo de medición 38 puede estar integrado preferiblemente en el equipo de control 40, pudiendo estar integrado el equipo de control 40 preferiblemente en la interfaz de operario 28.

Alternativa o adicionalmente pueden estar previstos sensores 36, que están diseñados como micrófonos o transductores acústicos y cubren un espectro de frecuencia de banda ancha, por ejemplo en el rango del sonido audible (de 20 Hz a 20 KHz) o incluso además también en el rango del infrasonido y/o del ultrasonido. Los sensores 36 diseñado de este modo pueden estar dispuestos también alejados de la herramienta 20 o de otros componentes móviles de la máquina herramienta 10.

Naturalmente, también es concebible disponer varios de estos sensores 36 en la máquina herramienta 10, en particular en la proximidad de la pieza de trabajo que debe mecanizarse 24.

La figura 2a muestra una vista en perspectiva simplificada desde arriba de una máquina herramienta 10, que puede corresponder básicamente a la máquina herramienta 10 según la figura 1 o al menos ser similar. Por motivos de claridad, la configuración representa en la figura 2a no presenta ningún alojamiento 12 así como ninguna interfaz de operario 28 ni semáforo 34.

En la figura 2a se representa de manera simplificada el alojamiento de pieza de trabajo 26. Este está dispuesto en un portaherramientas 42, que puede desplazarse axialmente a lo largo de una guía 44. Además es concebible prever en un extremo axial, opuesto al portaherramientas 42, de la guía 44 un portaherramientas o contrapunto adicional 42' con un elemento de retención de piezas de trabajo adicional 26', para fijar así la pieza de trabajo 24 para el mecanizado con la herramienta 20 entre los dos elementos de retención de piezas de trabajo 26 y 26'.

La herramienta 20 presenta en el presente caso un cercado de herramienta 46, este cercado de herramienta 46 está dispuesto en el cabezal de husillo 18 y rodea al menos parcialmente la herramienta 20. En el cabezal de husillo 18 se representa esquemáticamente un sensor de aceleración o de ruido estructural 36. Un sensor de ruido estructural 36 correspondiente puede estar dispuesto también, en particular adicionalmente, en el portaherramientas 42 o en el portaherramientas 42'.

En la figura 2b se representan esquemáticamente conexiones eléctricas y/o conexiones de radio del equipo de medición 38 con uno o varios sensores de ruido estructural 36. Además se muestran conexiones del equipo de control 40 con la interfaz de operario 28 no representada en la figura 2a así como a modo de ejemplo de manera rayada una conexión con el indicador de estado en forma de un semáforo 34.

En la figura 2b se muestra además una conexión 48 con el control (de orden superior) de la máquina herramienta 10.

Para el mecanizado de una pieza de trabajo 24 se introduce en primer lugar la pieza de trabajo en el elemento de retención de piezas de trabajo 26 y se fija, preferiblemente se sujeta por apriete, de modo que la pieza de trabajo 24 se retenga por el elemento de retención de piezas de trabajo 26. La herramienta 20 y el cabezal de husillo 18 están diseñados de manera móvil, de modo que la herramienta 20 puede desplazarse hasta la pieza de trabajo 24, para mecanizarla. A este respecto, se prefiere especialmente que la herramienta 20, en particular el cabezal de husillo completo 18, esté configurada de manera móvil en más de una dirección espacial, para garantizar un mecanizado de gran alcance de la pieza de trabajo 24.

En un estado, en el que la herramienta 20 ya rota, pero todavía no se mecaniza la pieza de trabajo 24, el equipo de control 40 puede desencadenar que se capture un espectro de referencia 50 (o espectro de fondo). A este respecto, el equipo de control 40 lee directa o indirectamente, es decir a través del equipo de medición 38, las señales del al menos un sensor de ruido estructural 36 y transforma las señales capturadas en la serie temporal en una representación de frecuencia. Para ello están disponibles un gran número de algoritmos, usándose en este caso preferiblemente el algoritmo de transformada rápida de Fourier (FFT). Un espectro de referencia 50 de este tipo se representa esquemáticamente en la figura 3a.

Por serie temporal se entiende en este caso la amplitud de vibración de la máquina herramienta 10, es decir el ruido estructural.

Por espacio de frecuencia se entiende una representación, en la que se detectan/calculan/representan las amplitudes de las vibraciones de la máquina herramienta 10, es decir el ruido estructural, con respecto a sus porcentajes de frecuencia. El espacio de frecuencia da una explicación sobre con qué amplitud a qué frecuencia vibra la máquina herramienta 10.

Cuando se mecaniza, preferiblemente se rectifica o se pule, la pieza de trabajo 24 mediante la herramienta 20, varían las señales detectables mediante los sensores de ruido estructural 36, es decir el ruido estructural de la máquina herramienta 10. A este respecto, el equipo de control 40 puede registrar un denominado espectro real 54, es decir leer las señales de los sensores de ruido estructural 36 y transformarlas al espacio de frecuencia. Del espectro real 54 así obtenido puede restarse entonces el espectro de referencia 50, para obtener un espectro diferencial 56. Un espectro real 54 correspondiente se muestra a modo de ejemplo en la figura 3b. Un espectro diferencial 56 correspondiente se muestra a modo de ejemplo en la figura 3c.

Habitualmente, tales espectros presentan denominados picos 52 diferentes. Estos picos 52 muestran cuánta potencia del ruido estructural está presente en una determinada frecuencia. Los picos 52 se generan sobre todo porque se produce un movimiento periódico, tal como a modo de ejemplo la rotación de la herramienta 20. Los picos 52 muestran frecuencias de ruido estructura dominantes o características, que pueden producirse durante el funcionamiento de la máquina herramienta 10. Habitualmente, estos picos 52 no son “nítidos”, sino que presenta una cierta borrosidad, es decir anchura, en el espacio de frecuencia. Esto está asociado en particular con que las señales de ruido estructural se atenúan parcialmente y en particular tiene lugar una cierta dispersión de las señales de ruido estructural en la máquina herramienta 10 durante la propagación del ruido estructural desde la fuente del ruido estructural hasta un sensor de ruido estructural 36.

Se entiende que el espectro de referencia 50 puede depositarse en una unidad de almacenamiento del equipo de control 40, para posibilitar un cálculo rápido del espectro diferencial 56.

Preferiblemente, durante el funcionamiento de la máquina herramienta 10 se determinan de manera continua espectros reales 54 y se restan del espectro de referencia 50, para obtener espectros diferenciales 56 correspondientes.

La potencia contenida en los espectros diferenciales 56, es decir el área bajo la curva de un espectro diferencial 56, se suma.

A este respecto, la potencia contenida en un pico 52, tal como se representa en la figura 4 esquemáticamente mediante un pico de evolución ideal 52, puede determinarse tal como sigue: el contenido de área de un área, que se define mediante las líneas 58 y 60 y el pico 52, puede calcularse de manera en sí conocida. A ese respecto, las líneas 58 y 60 están dispuestas de manera simétrica alrededor de un máximo de pico 62. A continuación se suman todas las áreas obtenidas de esa manera.

Se entiende que este procedimiento solo se menciona a modo de ejemplo. También es concebible sumar cada valor discreto individual del espectro diferencial 56, a modo de una integración numérica. Un valor del espectro diferencial se multiplica por la anchura de intervalo correspondiente, se habla a este respeto también de la resolución del espectro, para determinar un área parcial bajo el espectro. A continuación se suman las áreas parciales así obtenidas, para determinar el área contenida en el espectro y con ello la potencia.

La potencia contenida en los espectros diferenciales 56 puede representarse entonces, tal como se representa esquemáticamente en la figura 5, a lo largo del tiempo. En la figura 5, la potencia contenida en el espectro diferencial 56 discurre a lo largo de las ordenadas, estando representado a lo largo de las abscisas el tiempo. De esta manera puede determinarse una especie de pulso 64, dando este pulso 64 una explicación sobre cómo de alta es la potencia de la señal de ruido estructural de banda ancha en relación con el ruido de fondo, es decir el espectro de referencia 50.

Es decir, con otras palabras, cuanto menor sea la amplitud del pulso 64, menos ruido estructural adicional de la máquina herramienta 10 se detectó. En un estado, en el que todavía no se mecaniza una pieza de trabajo 24 mediante la máquina herramienta 10, preferiblemente no hay ningún ruido estructural adicional. Esto significa que el pulso 64 presenta una amplitud comparativamente reducida, preferiblemente cercana a 0. Un estado de este tipo se muestra por ejemplo mediante los números de referencia 66 y 68 en el pulso 64 en la figura 5.

Con la intensidad del mecanizado de una pieza de trabajo 24 aumenta también el ruido estructural adicional. De ese modo aumenta la potencia contenida en los espectros diferenciales 56 y finalmente la amplitud del pulso 64. Un estado de este tipo se muestra por ejemplo mediante el número de referencia 70 en el pulso 64 en la figura 5.

Mediante la evaluación de este pulso 64 puede determinarse de manera sencilla el estado real de la máquina herramienta 10. A este respecto pueden definirse por ejemplo valores umbral para el pulso obtenido 64, pudiendo emitirse en el caso de superar un valor umbral correspondiente por ejemplo una señal de alarma a un operario.

Además es posible desactivar de manera automatizada la máquina herramienta 10 en el caso de superar un valor umbral, para evitar así daños de la pieza de trabajo 24, de la máquina herramienta 10 o incluso posibles peligros de un operario.

Además es posible regular la velocidad de entrega o de mecanizado de la máquina herramienta 10, de modo que el mecanizado de una pieza de trabajo 24 se controle correspondientemente a la potencia contenida en el espectro diferencial 56, es decir correspondientemente al ruido estructural adicional, y finalmente en función del pulso 64.

La figura 6 ilustra de manera muy simplificada mediante un diagrama de flujo esquemático un procedimiento a modo de ejemplo para determinar un estado real de una máquina herramienta 10. A este respecto, en una primera etapa 72 se proporciona un equipo de medición 38, que presenta al menos un sensor de ruido estructural 36, preferiblemente un sensor de ruido piezoeléctrico 36. En una etapa posterior 74 se detectan las señales de ruido estructural de la máquina herramienta 10, determinándose en una etapa posterior 76 el estado real de la máquina herramienta 10 por medio de las señales de ruido estructural detectadas. Se forma un espectro diferencial 56 a partir de un espectro de referencia de banda ancha 50 y un espectro real de banda ancha 54, determinándose el estado real de la máquina herramienta 10 a partir del espectro diferencial 56. En una etapa posterior 78 puede emitirse entonces el estado real de la máquina herramienta 10.

Entre la detección de las señales de ruido estructural de la máquina herramienta 10 en la etapa 74 y la determinación del estado real de la máquina herramienta 10 en la etapa 76 se evalúa preferiblemente la potencia de un espectro diferencial 56. En esto se entrará más en detalle a continuación.

En una etapa 80 se crea un espectro de referencia 50 mediante las señales de ruido estructural detectadas, detectándose en este caso preferiblemente las señales de ruido estructural, mientras la máquina herramienta 10 está en funcionamiento, pero todavía no se mecaniza la pieza de trabajo 24. En una etapa adicional 82 se determina un espectro real 54 mediante señales de ruido estructural detectadas, registrándose las señales de ruido estructural mientras la máquina herramienta 10 mecaniza la pieza de trabajo 24. Las señales de ruido estructural se transforman durante la determinación de los espectros, es decir del espectro real 54 y del espectro de referencia 50, preferiblemente por medio de FFT, al espacio de frecuencia.

En una etapa a continuación 84 se resta el espectro de referencia 50 del espectro real 54 y de ese modo se determina un espectro diferencial 56 así como se suma la potencia contenida en el espectro diferencial 56. En una etapa a continuación de esta 86 se representa/evalúa la potencia contenida en el espectro diferencial 56 como amplitud a lo largo del tiempo. Mediante esta amplitud puede determinarse entonces en la etapa 76 el estado real de la máquina herramienta 10.

El ruido estructural de la máquina herramienta 10 se detecta preferiblemente de manera continua o cuasi continua, restándose de los espectros reales 54 obtenidos de ese modo constantemente el espectro de referencia 50, para determinar en cada momento un espectro diferencial 56, en particular la potencia en el espectro diferencial 56, y por consiguiente el ruido estructural adicional. La evolución así obtenida de la potencia en los espectros diferenciales 56 a lo largo del tiempo equivale a un pulso 64.

En cada momento puede determinarse el estado real de la máquina herramienta 10. Es decir, en general es posible determinar el estado real de la máquina herramienta 10 directamente o solo con un retardo reducido, de modo que funcionamientos erróneos puedan reconocerse de manera temprana y daños de la máquina herramienta 10 puedan impedirse de manera fiable.

De esta manera pueden ser posible además predicciones. Por ejemplo, mediante la determinación de la pendiente momentánea del pulso 64 puede estimarse la evolución adicional. Así es posible reaccionar correspondientemente todavía antes de que la máquina herramienta 10 se haga funcionar fuera del rango admisible.

Además es concebible crear una máquina herramienta autorreguladora 10, dado que debido al conocimiento del estado real pueden regularse magnitudes de regulación, tal como la velocidad de giro de la herramienta 20 o la velocidad de entrega de la pieza de trabajo 24, de modo que las señales de ruido estructural obtenidas, en particular la amplitud del pulso obtenido 64 permanezcan en la medida de lo posible dentro del rango admisible. De ese modo puede controlarse la máquina herramienta autorreguladora 10 de manera más rápida y más precisa que una máquina herramienta 10, que se configura por parte de un operario.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   i.Máquina herramienta (10), en particular rectificadora, que presenta lo siguiente

   - un equipo de medición (38), que está alojado en la máquina herramienta (10), presentando el equipo de medición (38) al menos un sensor de ruido estructural (36), y

   - un equipo de control (40), que puede acoplarse con el equipo de medición (38) y una unidad de herramienta (22), estando configurado el equipo de control (40) para detectar señales de ruido estructural desencadenadas por la máquina herramienta (10) por medio del equipo de medición (38), caracterizada porque el equipo de control (40) está configurado además para determinar una magnitud de estado que describe un estado real de la máquina herramienta (10) mediante la formación de un espectro diferencial (56) a partir de un espectro de referencia de banda ancha (50) y un espectro real de banda ancha (54), y evaluar la potencia del espectro diferencial (56) en su evolución temporal, correspondiendo la potencia del espectro diferencial (56) a un área bajo una curva del espectro diferencial (56).
2. 2. Máquina herramienta (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque el equipo de control (40) está configurado para determinar el espectro de referencia de banda ancha (50) y/o el espectro real de banda ancha (54) mediante la transformación de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia.
3. 3. Máquina herramienta (10) según la reivindicación 2, caracterizada porque el equipo de control (40) está configurado para determinar el espectro de referencia de banda ancha (50) y/o el espectro real de banda ancha (54) mediante una transformación de Fourier de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia, en particular mediante una transformación rápida de Fourier de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia.
4. 4. Máquina herramienta (10) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el equipo de control (40) está configurado para registrar como espectro de referencia (50) una transformación de las señales de ruido estructural en un estado, en el que la máquina herramienta (10) está en funcionamiento, pero todavía no se mecaniza una pieza de trabajo (24).
5. 5. Máquina herramienta (10) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el equipo de control (40) está configurado para determinar antes de cada mecanizado de una pieza de trabajo (24) un nuevo espectro de referencia (50).
6. 6. Máquina herramienta (10) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la máquina herramienta (10) presenta una unidad de salida (32; 34), que está configurada para recibir y emitir la evolución temporal de la potencia del espectro diferencial (56) mediante el equipo de control (40).
7. 7. Máquina herramienta (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la máquina herramienta (10) presenta una unidad de herramienta (22) con un husillo de herramienta (18), en particular con un cabezal de husillo, para alojar y accionar una herramienta (20), en particular al menos un disco rectificador, y estando configurado el equipo de control (40) para controlar la unidad de herramienta (22) basándose en las señales de ruido estructural.
8. 8. Procedimiento para determinar un estado real de una máquina herramienta (10), en particular de una rectificadora, con las siguientes etapas:

   - proporcionar (72) un equipo de medición (38), presentando el equipo de medición (38) al menos un sensor de ruido estructural (36), preferiblemente un sensor de ruido piezoeléctrico o un micrófono,

   - detectar (74) señales de ruido estructural de la máquina herramienta (10), y

   - determinar (76) un estado real de la máquina herramienta (10) basándose en las señales de ruido estructural,

   caracterizado porque se forma un espectro diferencial (56) a partir de un espectro de referencia de banda ancha (50) y un espectro real de banda ancha (54), porque se determina el estado real de la máquina herramienta (10) a partir del espectro diferencial (56) y porque se evalúa la potencia del espectro diferencial (56) en su evolución temporal, correspondiendo la potencia del espectro diferencial (56) a un área bajo una curva del espectro diferencial (56).
9. 9.Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el espectro de referencia de banda ancha (50) y/o el espectro real de banda ancha (54) se determina mediante la transformación de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia.
10. 10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el espectro de referencia de banda ancha (50) y/o el espectro real de banda ancha (54) se determina mediante una transformación de Fourier de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia, en particular mediante una transformación rápida de Fourier de las señales de ruido estructural al intervalo de frecuencia.
11. 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el espectro de referencia (50) se determina en un estado, en el que la máquina herramienta (10) está en funcionamiento, pero todavía no se mecaniza una pieza de trabajo (24).
12. 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque en el caso de la nueva captura de un espectro de referencia (50) se compara el nuevo espectro de referencia con el espectro de referencia almacenado, para establecer variaciones del estado de la máquina herramienta (10).
13. 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la evolución temporal de la potencia del espectro diferencial (56) se emite en una unidad de salida (32; 34).
14. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque antes de cada mecanizado de una pieza de trabajo (24) se registra un nuevo espectro de referencia (50).