CN114868134A - 用于确定和校正工具机的机器状态的方法和诊断系统 - Google Patents

用于确定和校正工具机的机器状态的方法和诊断系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和校正工具机(14)的故障机器状态和/或至少一个故障部件状态的方法(10)，其中，借助于对所产生的切割边缘(20)进行成像(26)和分析(32)并且将其与所调设的机器参数(18)比较(38)来得出所述状态，并且通过基于所述机器状态的、用于维护所述工具机(14)的维护指令(40)进行校正。

Description

用于确定和校正工具机的机器状态的方法和诊断系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定和校正工具机、特别是激光切割机的机器状态的方法，以及一种诊断系统。
背景技术
工具机的机器状态是在加工时、特别是在激光切割时不足够的表面质量的常见原因。在激光切割方法中，这导致工件的切割边缘上有缺陷的质量。机器状态在此与单个部件的状态相关。例如，激光切割机的保护气体可能影响聚焦位置，并且激光切割机的喷嘴可能影响气体动力学。单个部件在此对机器整体状态的影响是叠加的。
因此在实践中，专业人员不可能将切割边缘的质量缺陷归因于一个或多个特定的单个部件。确切地说，为了确定故障部件必须估量地实施标准化的手动的维护程序，所述维护程序具有至少13个彼此相继进行的单个步骤。
维护措施需要长的机器停机时间，以及需要使用训练有素的专业人员来实施。这导致在维护情况中巨大的成本和停产。
虽然在现有技术中提出了下述用于根据切割边缘的记录来改善工件表面质量特征的方法。但是在公知的方法中总是从最优机器状态出发。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种下述方法和诊断系统，通过所述方法和诊断系统能够以简单并且快速的方式得出和校正故障机器状态。
该任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求4所述的诊断系统来解决。从属权利要求描述了优选的实施例。
因此根据本发明，该任务通过一种用于确定和校正工具机、特别是激光切割机的机器状态的方法来解决，所述方法包括以下方法步骤：
A)提供通过所述工具机产生的表面、特别是切割边缘表面的表面成像；
B)借助于数据聚合例程分析所述表面成像并且得出能从所述表面成像确定的实际机器参数；
D)提供在所述工具机上调设的机器参数；
其中，所述方法具有以下方法步骤：
I)将所述实际机器参数与所调设的机器参数比较；
J)基于先前得出的、所述实际机器参数与所调设的机器参数之间的差来确定所述机器状态、特别是部件状态；
K)输出维护指令以校正所述机器状态。
根据本发明的、用于校正机器状态的维护指令的输出可以在此涉及机器的一个或多个具体的单个部件。因此，特别省时地并且成本低廉地取消估量地以多个单独的检验的形式进行整个机器的维护。
所给出的方法步骤的顺序对于快速方法过程是特别有利的，然而不应理解为最终决定性的。同样可以考虑改变的顺序。
因此，本发明涉及一种用于确定和校正工具机的故障机器状态和/或至少一个故障部件状态的方法。
在第一方法步骤中，提供通过工具机产生的表面、特别是切割边缘的成像。表面成像的提供特别是以照片的形式、特别优选地以数字彩色照片的形式进行。由此，表面成像的提供和继续使用可以特别快速地和简单地进行。在此，表面成像仅仅理解为被加工的工件表面的成像。如果成像除了表面成像以外还包含工件周围环境的周围环境成像，则设置将所述成像减小到表面成像。换句话说，将表面成像从具有周围环境成像的整个成像中剪裁出来。为此可以设置另外的方法步骤。特别优选地，表面成像的剪裁在分析表面成像期间进行。所述方法由此可以特别容易地并且快速地实施。
所述方法包括至少一个、特别是多个数据聚合例程。数据聚合例程可以设计用于将多个“得出的数据”聚合成新的数据包。新的数据包可以具有一个或多个数字或向量。新的数据包可以完全或部分地作为“得出的数据”被提供给另外的数据聚合例程。“得出的数据”可以例如是机器参数、材料参数、加工参数或者由所述数据聚合例程之一提供的数据包。特别优选，一种方法以具有多个相连的数据聚合例程的算法的形式设计。尤其是，数百个、特别是数千个所述数据聚合例程可以彼此相连。这显著改善所述方法的质量和速度。所述方法可以具有带有加权变量的函数。一个、特别是多个、特别优选地所有数据聚合例程可以设计用于将多个“得出的数据”分别与加权变量组合、特别是相乘，并且由此将“得出的数据”转变成“组合的数据”，以便然后将“组合的数据”聚合、特别是相加成新的数据包。为了得出适合的加权变量，所述方法可以借助数据、特别是机器参数、材料参数和/或加工参数实施，所述数据的关联性分别是已知的。
机器参数和加工参数的特征以及切割边缘特征自身在此可以是数据包、特别是多个结构数据、特别是数据向量或数据数组，所述数据包自身又可以例如是用于所述方法、特别是用于所述方法的数据聚合例程的“得出的数据”。
在一个方法步骤中，借助于数据聚合例程、特别是卷积神经网络(CNN)来分析表面成像。为此，数据聚合例程首先得出所提供的表面成像的相关的成像区域。这确保，具有低质量的成像区域或模糊的成像区域在通过数据聚合例程进行分析之前被识别出，并且必要时在分析中被指出是次要的、特别是从分析中排除。由此可以进一步改善所述方法的质量和速度。
数据聚合例程关于表面特性、特别是表面结构来分析表面，并且得出基于表面特性的工具机实际机器参数。实际机器参数在此是工具机的实际起作用的机器设定，所述工具机导致所成像的工件表面。例如，在激光切割机的故障状态中，在激光切割机的切割过程期间实际到达金属板的激光功率可能与所调设的激光功率不同。因此，在无故障的、特别是非常好的机器状态中，实际机器参数相应于所调设的机器参数。
在根据本发明的意义中，机器参数可以包括加工参数(在一些现有技术文件中称为“过程参数”)、例如工具机的聚焦位置、进给速率和/或气体压力，因为所述机器参数同样可以推断出单个部件的状态。所述列举不应理解为穷举的。例如改变的进给速率可以意味着驱动装置的故障。此外，任何影响切割边缘表面的机器设定可理解为机器参数。
在一个另外的方法步骤中，提供工具机的所调设的机器参数，并且通过数据聚合例程将所调设的机器参数与实际机器参数比较。换句话说，将实际机器参数与所调设的机器参数比较。数据聚合例程通过所述比较来得出实际机器参数与所调设的机器参数之间的差、或者最优机器状态与实际机器状态之间的差别。机器状态可以在此通过工具机的仅仅一个单个部件的状态来确定。
所述差可以为单个值、多个值和/或多维比较(表格、图表等)。尤其是，所述差能够以与产生切割表面相关的机器部件、特别是所有机器部件的在表示故障概率的情况下的明细表的形式来提供。由此可以特别容易地理解推导出的维护指令。
然后单个部件的得出的状态以及所引起的机器状态被使用用于输出至少一个具体的维护指令，以便校正故障机器状态。在此不是建议优化工具机的所调设的切割参数，所述所调设的切割参数应从假设为最优的当前机器状态出发改善切割边缘质量，而是建议在最优调设的切割参数的假设下优化机器状态。特别有利地可以通过不具备深入的机器知识的专业人员维护具体的单个部件。取消了复杂的机器维护。
在所述方法的优选的进一步方案中，从工具机的操作单元的成像、特别是照片得出所调设的机器参数。由此，用于所述方法所需的所调设的机器参数可以在诊断情况中特别容易地通过用户提供。特别是可以设置，借助于数据聚合例程来评估成像，并且自动地得出所调设的机器参数。在这种情况中可以设置，通过专业人员检验成像与得出的所调设的机器参数之间的比较。
替换地或附加地可以设置，通过机器接口和/或用户界面上的自动的成像产生来提供所调设的机器参数。由此可以在诊断情况中自动地得出所调设的机器参数。
此外优选的是所述方法的下述进一步方案，其中，提供通过过程传感装置得出的至少一个过程参数。至少一个过程参数可以通过传感器系统接口以变量的形式和/或以成像、特别是照片的形式提供，所述成像由数据聚合例程评估。过程传感装置用于监测和记录工具机的加工过程。过程传感装置包括至少一个传感器用于得出与过程相关的量、例如前进速度、过程温度、过程气体压力等。所述列举在此可理解为仅仅是示例性的而不是穷举的。
此外，本发明的任务通过一种根据本发明的诊断系统来解决，所述诊断系统用于实施根据本发明的方法，所述诊断系统具有图像生成器模块、带有数据聚合例程的数据处理模块、参考模块、评估模块和输出模块，其中，所述图像生成器模块设计用于提供通过所述工具机加工的表面的成像、特别是照片，其中，所述数据聚合例程设计用于关于表面质量来评估被加工的表面的成像并且得出实际机器参数，其中，所述参考模块设计用于提供所调设的机器参数，其中，所述评估模块设计用于基于所述实际机器参数和所调设的机器参数得出机器状态、特别是部件状态，其中，通过所述输出模块能够提供基于所述机器状态的维护指令。
图像生成器模块包括中央缓冲存储装置和至少一个成像装置、特别是摄像机、特别优选地是智能手机摄像机。至少一个成像装置可以设计为移动式的和/或固定在工具机上的。图像生成器模块特别是包括至少一个固定在工具机上的成像装置以及可变的成像装置。至少一个成像装置设计用于将成像存储在中央缓冲存储装置上。为此，至少一个成像装置可以通过持久的或临时的数据传输连接、特别是无线地与数据存储器连接。特别是可以设置，数据传输通过智能手机应用程序实施。由此可以特别容易地访问中央缓冲存储装置。
中央缓冲存储装置可以包括至少一个、特别是多个数字存储单元。中央缓冲存储装置设计用于管理数字存储单元和数据存储装置。出于这个目的，中央缓冲存储装置可以将存储指令、特别是数据标识传送到图像生成器模块。由此，中央缓冲存储装置可以特别有利地集中地用于多个诊断系统。图像生成器模块可以设计用于特别是在通过中央缓冲存储装置获得存储指令之后对所存储的成像进行机器归类和/或诊断归类。由此可以将通过图像生成器模块传送的成像特别结构化地存储在中央缓冲存储装置上。
在诊断系统的一个优选的实施方式中设置，参考模块设计用于直接从工具机得出所调设的机器参数。参考模块在此设计用于与工具机通信。所述通信可以通过工具机与参考模块之间的持久的和/或临时的数据传输实现。
此外优选的是下述实施方式，其中，参考模块设计用于从工具机的操作单元的成像、特别是照片得出所调设的机器参数。这实现所调设的机器参数的快速数据获取和/或所调设的机器参数到参考模块的数据传送，并且避免在从操作单元到参考模块的手动的数据传输中出现错误。为此，诊断系统可以具有固定在工具机上的成像装置和/或移动式的成像装置。
特别优选的是下述实施方式，其中，工具机的操作单元的成像通过图像生成器模块、特别是用于对被加工的表面进行成像的成像装置来提供。由此能够以特别简单的方式使用相同的成像装置用于传送切割边缘和操作单元的成像。特别是通过图像生成器模块传送的成像直接由数据聚合例程评估。参考模块因此可以特别容易地访问已经评估的信息。
在一个优选的实施方式中，所述诊断系统具有中央缓冲存储装置，所述中央缓冲存储装置设计用于存储和提供与所述方法相关的所有参数。特别是所提供的实际机器参数、所调设的机器参数、过程参数以及所有得出的数据和信息(与所述方法相关的参数)在个别的诊断识别下、特别是以工具机识别和用户识别被存储在中央缓冲存储装置中。因此特别有利的是，可以在另外的分析中调用过去的诊断案例。
此外优选的是下述实施方式，其中，图像生成器模块包括智能手机和/或固定在工具机上的摄像机。由此可以特别快速地获取被加工的表面和/或所调设的机器参数。
在一个优选的实施方式中，评估模块在方位上与工具机隔开距离。在此，评估模块与工具机隔开距离理解为评估模块与工具机之间的在方位上远的距离。连接在此优选地通过数据网络、特别是通过互联网建立。通过将评估模块在方位上隔开距离，数据聚合例程可以集中地被提供计算能力和能量并且特别有利地被用于多个诊断系统。
附图说明
其他优点由说明书和附图得出。同样，前述的特征和还进一步列举的特征可以分别单独地或者多个任意组合地使用。所示出的和描述的实施例不应理解为穷举，而是确切地说具有用于描述本发明的示例性的特征。
附图中：
图1以示意图示出根据本发明的方法；
图2以示意图示出根据本发明的诊断系统的一个实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的方法10的示意图。在加工步骤12中，通过工具机14根据在工具机14上调设的机器参数18对工件16进行加工。所调设的机器参数18在此除了工具机参数以外还包括工具机的用于加工步骤12的加工参数、特别是切割参数。被加工的工件16具有被加工的表面20。
在随后的成像步骤22中，被加工的表面20由成像装置24、特别是优选地布置为固定在工具机上的摄像机进行成像、特别是拍摄，并且产生工件16的被加工的表面20的成像26。
在准备步骤28中，将产生的成像26划分成部分区域30。部分区域30根据不相关和相关的部分区域30被分类。不相关的部分区域30在此例如由一起被成像的工件周围环境或由被加工的表面20的不清晰图表征。，相关的部分区域例如具有在机被加工的表面20的成像中良好的分辨率和质量。此外，可以设置用于划分或缩减成像26的其他准则。图2示例性地示出四个部分区域30，然而所述部分区域关于其数量和区段大小应仅理解为是示例性的。此外可以考虑，部分区域30被分类为例如部分相关的类别。
在分析步骤32中，被加工的表面20通过数据聚合例程34、特别是卷积神经网络(CNN)来分析。在此可以考虑，直接在分析步骤32之前通过相同的数据聚合例程34实施准备步骤28。由此可以特别高效地实施方法10，并且需要更少的存储空间。数据聚合例程34基于被加工的表面20的成像26得出实际机器参数36，在功能正常的机器状态中通过所述实际机器参数产生被加工的表面20。
在比较步骤38中，将所调设的机器参数18与实际机器参数36比较，并且得出差别。所述差别允许推断出工具机14的单个部件的性质并且导致输出维护指令40以校正机器状态。
在图1所示的实施方式中，通过数据传输44将在工具机14的操作单元42上调设的机器参数18提供给方法10。这例如通过手动输入和/或通过工具机14与中央缓冲存储装置46之间的数据连接来实现。
中央缓冲存储装置46还用于存储被加工的表面20的成像26、得出的实际机器参数36和可能的过程参数48。
过程参数48通过过程传感装置50在加工步骤12期间产生。过程传感装置50用于监测加工步骤12以及工具机14并且检测主要条件。
图2示出根据本发明的诊断系统100，所述诊断系统特别是用于实施方法10。诊断系统100具有带有成像装置24和软件的图像生成器模块110以及中央缓冲存储装置46。呈智能手机形式的成像装置24用于产生被加工的表面20的成像26。由此可以取消工具机14与成像装置24的成本高昂的装配，所述成像装置例如采用固定在工具机上(参见图1)的摄像机的形式。图像生成器模块110的软件设计用于与中央缓冲存储装置46和/或数据处理模块120建立数据连接。由此一方面实现将成像26存储在中央缓冲存储装置46上，另一方面实现在数据处理模块120中进一步处理成像26。
数据处理模块120包括数据聚合例程34并且用于将被加工的表面20的成像26划分成部分区域30(参见图1)以及分析被加工的表面20的成像26。部分区域30的分析和产生的结果(参见图1)被存储在中央缓冲存储装置46上，所述中央缓冲存储装置借助数据传输44与数据处理模块120连接。
通过参考模块130与操作单元42之间的数据传输44将所调设的机器参数18(参见图1；加工参数和机器调设)传输到诊断系统100并且存储在中央缓冲存储装置46上。
评估模块140得出所调设的机器参数18(参见图1)与实际机器参数36(参见图1)之间的特别是多维的差、以及工具机14的机器状态。借助于数据传输44将用于维护工具机14的维护指令40(参见图1)通过输出模块150传输到输出单元、特别是操作单元42和/或图像生成器模块110的智能手机，所述输出单元可被受委托维护工具机14的专业人员访问。
在概览附图中的所有图的情况下，本发明涉及一种用于确定和校正工具机14的故障机器状态和/或至少一个故障部件状态的方法10，其中，借助于对所产生的切割边缘20进行成像26和分析32并且将其与所调设的机器参数18比较38来确定所述状态，并且通过基于所述机器状态的、用于维护所述工具机14的维护指令40进行校正。
附图标记列表
10 方法；
12 加工步骤；
14 工具机；
16 工件；
18 所调设的机器参数；
20 被加工的表面；
22 成像步骤；
24 成像装置；
26 被加工的表面的成像；
28 准备步骤；
30 部分区域；
32 分析步骤；
34 数据聚合例程；
36 实际机器参数；
38 比较步骤；
40 维护指令；
42 操作单元；
44 数据传输；
46 中央缓冲存储装置；
48 过程参数；
50 过程传感装置；
100 诊断系统；
110 图像生成器模块；
120 数据处理模块；
130 参考模块；
140 评估模块；
150 输出模块。

Claims (10)

1.一种用于确定和校正工具机(14)、特别是激光切割机的机器状态的方法(10)，所述方法具有以下方法步骤：
A)提供通过所述工具机(14)产生的表面(20)、特别是切割边缘表面的表面成像(26)；
B)借助于数据聚合例程(34)分析所述表面成像(26)并且得出能从所述表面成像(26)确定的实际机器参数(36)；
D)提供在所述工具机(14)上调设的机器参数(18)；
其中，所述方法(10)还具有以下方法步骤：
I)将所述实际机器参数(36)与所调设的机器参数(18)比较；
J)基于先前得出的、所述实际机器参数(36)与所调设的机器参数(18)之间的差来确定所述机器状态、特别是部件状态；
K)输出维护指令(40)以校正所述机器状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下方法步骤：
C)从所述工具机(14)的操作单元(42)的成像、特别是照片得出所调设的机器参数(18)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括以下方法步骤：
E)提供通过过程传感装置得出的至少一个过程参数(48)。
4.一种用于实施特别是根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)的诊断系统(100)，其具有图像生成器模块(110)、带有数据聚合例程(34)的数据处理模块(120)、参考模块(130)、评估模块(140)和输出模块(150)，其中，所述图像生成器模块(110)设计用于提供通过所述工具机(14)加工的表面(20)的成像(26)、特别是照片，其中，所述数据聚合例程(34)设计用于关于表面质量来评估被加工的表面(20)的成像并且得出实际机器参数(36)，其中，所述参考模块(130)设计用于提供所调设的机器参数(18)，其中，所述评估模块(140)设计用于基于所述实际机器参数(36)和所调设的机器参数(18)得出机器状态、特别是部件状态，其中，通过所述输出模块(150)能够提供基于所述机器状态的维护指令(40)。
5.根据权利要求4所述的诊断系统，其中，所述参考模块(130)设计用于直接从所述工具机(14)得出所调设的机器参数(18)。
6.根据权利要求4所述的诊断系统，其中，所述参考模块(130)设计用于从所述工具机(14)的操作单元(42)的成像(26)、特别是照片得出所调设的机器参数(18)。
7.根据权利要求6所述的诊断系统，其中，所述操作单元(42)的成像通过所述图像生成器模块(110)提供。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的诊断系统，其具有中央缓冲存储装置(46)，所述中央缓冲存储装置设计用于存储和提供与所述方法相关的所有参数。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的诊断系统，其中，所述图像生成器模块(110)包括智能手机和/或固定在工具机上的摄像机。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的诊断系统，其中，所述评估模块(140)在方位上与所述工具机(14)隔开距离。
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