CN115193980A - 用于预处理冲压过程中检测到的状态变量的装置和方法 - Google Patents

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CN115193980A CN202210347361.8A CN202210347361A CN115193980A CN 115193980 A CN115193980 A CN 115193980A CN 202210347361 A CN202210347361 A CN 202210347361A CN 115193980 A CN115193980 A CN 115193980A
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Abstract

本发明涉及一种用于确定冲压过程状态的装置，该装置被设计为：获得第一数据、第二数据和第三数据；从第一数据和第二数据中去除在冲压工具启动周期获得的启动数据；对第一数据和第二数据进行插值，以便为冲压过程的多个周期使第二数据相对于第一数据获得统一的长度和步长。识别并去除第一数据和第二数据中的异常；确定并补偿第三数据对第一数据和第二数据的热扰动；以及根据补偿了热扰动的第一数据和第二数据确定冲压过程的状态。

Description

用于预处理冲压过程中检测到的状态变量的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种特别地通过预处理在冲压过程中检测的状态变量来确定冲压过程状态的装置和方法。
背景技术
借助压电传感器、温度传感器和旋转编码器，可以确定冲压工具的状态变量。然而，事实表明，所检测的数据具有非常高的差异。由于差异很大，直接使用数据来确定冲压工具的状态只在有限的范围内可行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现一种改进冲压过程的状态变量的确定以及改进冲压过程的状态确定的设计，其中不会出现上述的缺点。
本发明是基于如下设想：确定状态变量时使用各种数据预处理步骤。包括：1.去除在机器启动(Inbetriebnahme)期间产生的数据；2.对数据进行插值，以确保时间序列的统一长度；3.自动检测和去除异常；以及4.对干扰进行补偿。
借助合适的传感器，与实施“预测性维护”有关的状态变量被记录。状态变量例如是冲压工具的固体声
Figure BDA0003577239500000011
冲压工具的温度和偏心压力机的偏心角度信息或液压机的行程信息。例如，为了检测固体声，在冲压工具中放置了多个压电传感器。温度传感器位于紧邻的地方。角度可以借助旋转编码器进行记录。在数据收集之后，在“开始冲压”或者说在冲压工具启动过程中产生的所有数据可以被去除，因为这些数据不包含任何关于实际生产的信息。
实验显示，固体声的测量有很强的温度依赖性。异常事先被自动识别并去除，以便能够尽可能准确地确定这种依赖性。经过清洗的数据集现在可以作为确定补偿函数族的基础，该函数族描述了固体声信号的温度依赖性。热扰动是如此明显，以至于磨损特性不可见。然而，由于要确定冲压工具的磨损状态，必须对热扰动进行补偿。补偿函数族可以作为这方面的基础。
根据本发明的第一方面，上述技术问题通过用于确定冲压过程状态的装置来，在所述冲压过程中，用于对材料进行冲压的冲压工具周期性地从起始位置被移动到结束位置，该装置被设计为用于获得第一数据，所述第一数据表示在冲压过程的多个周期内冲压工具从起始位置移动到结束位置时冲压工具对材料施加的力；获得第二数据，所述第二数据表示冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时历经的角度或行程；获得第三数据，所述第三数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期内的温度；从第一数据和第二数据去除在冲压工具启动周期期间获得的启动数据；对第一数据和第二数据进行插值，以便对于冲压过程的多个周期获得第二数据相对于第一数据的统一的长度和步长；识别并去除第一数据和第二数据中的异常；确定并补偿第三数据对第一数据和第二数据的热扰动；以及基于对热扰动进行补偿的第一数据和第二数据确定冲压过程的状态。
在冲压过程中，冲压工具从起始位置移动到结束位置，结束位置又对应着起始位置，因为这是一个周期性的过程。在图4中的偏心压力机的示例中进一步说明了起始位置、结束位置和各种中间位置。
当冲压工具从起始位置移动到结束位置时，它对材料施加的力不是直接被测量的，而是间接被测量的。固体声信号通过压电传感器被检测，该固体声信号提供了关于力的信息并且在下文中被称为假力。
第一和第二数据的组合给出了关于机械功的指示，该机械功以在冲压工具的各个板上的振动和弹性变形的形式被记录。图3示出了冲压工具的示例性构造，下面将结合图3进行更详细的描述。
这里披露的装置可以改进对冲压过程的状态变量的确定，并改进对冲压过程状态的确定。
由于数据预处理，此处披露的装置可以确定工具的状态，从而为动态调整维护间隔创造基础。在此的优点是可以防止意外地超过负荷极限。优化维修间隔和减少相关的维修费用是可行的。
此外，磨损特性变得可见，更深入的原因研究是可能的。然后可以对未知的设计弱点、系统性错误或处理错误进行调查，得出结论。
根据该装置的一个示例性实施方案，第一数据借助冲压工具的弯曲或变形来表示由于冲压过程而作用于冲压工具的力。这种力在下文中也被称为假力。
这提供了一个技术优势，即可以用简单的方式显示冲压力，即通过测量冲压工具上的弯曲或变形，例如通过连接到冲压工具的压电传感器来测量。
根据该装置的一个示例性实施方案，第一数据是来自放置在冲压工具中的压电传感器的传感器数据。
这实现了一个技术优势，即通过压电传感器可以简单有效地确定在这里被称为“假力”的力，例如，它提供了作用在冲压工具上的机械功的指示。此外，许多冲压工具已经有这样的压电传感器，因此，用它们产生的数据可以用于进一步的评估，而不需要很大的努力。
根据该装置的一个示例性实施方案，第二数据包括冲压工具的旋转编码器的角度信息，特别是偏心压力机的偏心的角度信息；或者第二数据包括冲压工具的行程编码器的行程信息，特别是液压机的活塞的行程信息。
这样做的技术优势是，可以通过角度信息或行程信息以简单的方式确定作用于冲压工具的机械功，并可以得到关于冲压工具磨损特性的结论。
根据该装置的一个示例性实施例，第一数据和第二数据包括力-角度曲线，并且该装置被设计为根据冲压工具启动周期期间的力-角度曲线的形状与冲压工具启动周期后的力-角度曲线的形状的偏差来确定启动数据。
这实现了技术上的优势，即，冲压过程的启动数据可以以一种有效的方式被筛选出来，该启动数据是不适合用于评估冲压过程的数据。
根据该装置的一个示例性实施例，该装置被设计为根据冲压工具启动周期期间的力-角度曲线在力的方向上的移动来确定启动数据。
这实现了技术上的优势，即力-角度曲线的这种移动提供了关于数据是启动数据还是正常生产运行期间的数据的结论。因此，启动数据可以以适当的方式被识别和去除，以便不干扰状态确定。
根据该装置的一个示例性实施方案，该装置被设计为从第一数据和第二数据中去除如下力-角度曲线，该力-角度曲线在冲压过程的冲程数低于冲压过程的额定冲程数的固定百分比时产生的。
这实现了技术上的优势，即通过这种冲压过程的冲程数，启动数据可以很容易地与正常的生产数据区分开来，并且可以被筛选出来，从而不会对状态确定产生不利的影响。
根据该装置的一个示例性实施方案，该装置被设计为针对冲压过程的每个检测周期，将第一数据和第二数据扩展一个或多个零项，直到第二数据相对于第一数据具有统一的长度和步长。
这实现了一个技术优势，即不同系列的测量涉及统一的基础或标度，因此可以相互比较。
根据该装置的一个示例性实施方案，第一数据和第二数据包括力-角度曲线，该装置被设计为通过求平均值从力-角度曲线生成参考曲线，并根据力-角度曲线相对于参考曲线的偏差确定异常。
这实现了一个技术优势，即测量数据中的异常可以很容易地被确定和筛选出来，从而不会对状态确定产生负面影响。
根据该装置的一个示例性实施方案，上述偏差是基于力-角度曲线的标准偏差与可调节系数的乘积。
这实现了技术上的优势，即对异常的识别可以适配于相应的数据库，以避免过多或过少的异常被识别出来。对异常进行分类使得能够改进冲压过程的状态确定，因为非常规值没有被考虑在内。
根据该装置的一个示例性实施方案，第一数据和第二数据被划分到不同的信道中，其中每个信道包括以冲压工具上的相应的压电传感器记录的第一和第二数据。
这在技术上的优点是，通过各种信道的测量，可以对冲压过程做出更精确的说明，因为有更多的数据可以利用。因此，可以更精确地进行状态确定。
根据该装置的一个示例性实施方案，该装置也被设计为，当识别到不同通道之一的力-角度曲线出现异常时，将其它信道的相应的力-角度曲线也标记为异常。
这提供了技术上的优势，即可以更准确地识别异常。例如，一个异常在一个信道中很明显，而在其它信道中不太明显。于是，不太明显的通道中的异常可以更容易地被发现，并且可以更精确地进行状态确定。
根据该装置的一个示例性实施方案，该装置被设计为确定用于第三数据对第一数据和第二数据的热扰动的补偿函数。
这实现了一个技术优势，即补偿函数可以准确地描述第三数据对第一和第二数据的热扰动，从而使去除了热扰动的第一和第二数据可以更准确地确定冲压过程的状态。
根据该装置的一个示例性实施方案，补偿函数是基于如下模型，该模型详细说明了第一数据的取决于第三数据的偏差，其中该模型是基于数学近似函数和/或基于借助人工智能的预测。这实现了技术上的优势，即可以准确地确定和补偿热扰动。
根据该装置的一个示例性实施方案，补偿函数是二阶多项式函数或e函数，可以表示为：
Figure BDA0003577239500000061
Figure BDA0003577239500000062
其中，
Figure BDA0003577239500000063
表示温度并且参数a、b、c和d是预先给定的。
这实现了技术上的优势，即补偿函数可以很容易地计算出来，但同时也准确地描述了热扰动。
根据该装置的一个示例性实施方案，该装置被设计为针对每个单独角度确定补偿函数，并针对每个单独角度补偿第三数据对第一数据和第二数据的热扰动。
这实现了一个技术优势，即由此可以非常准确地确定取决于冲压工具角度的热扰动，并且第一和第二数据可以被有效地去除热扰动。
根据本发明的第二个方面，上述技术问题通过一种确定冲压过程状态的方法来解决，其中，用于对材料进行冲压的冲压工具周期性地从起始位置被移动到结束位置，该方法包括以下步骤：获得第一数据，该第一数据表示在冲压过程的多个周期内冲压工具从起始位置移动到结束位置时施加在材料上的力；获得第二数据，该第二数据表示在冲压过程的多个周期内冲压工具从起始位置移动到结束位置时走过的角度或行程；获得第三数据，该第三数据表示在冲压过程的多个周期内冲压工具的温度；从第一数据和第二数据中去除在冲压工具启动周期期间获得的启动数据；对第一数据和第二数据进行插值，以便对于冲压过程的多个周期获得第二数据相对于第一数据的统一的长度和步长；识别并去除第一数据和第二数据中的异常；确定并补偿第三数据对第一数据和第二数据的热扰动；并根据补偿了热扰动的第一数据和第二数据确定冲压过程的状态。
通过这样的方法，可以更好地确定冲压过程的状态变量，从而更精确地确定冲压过程的状态。
由于数据预处理，这里描述的方法使得确定工具状态成为可能，从而为动态调整维护间隔创造基础。这里的优点是可以防止意外地超过负荷极限。由此，优化维护间隔和减少相关的维修费用是可行的。
此外，通过这里描述的方法，磨损特性变得可见，并且更深入的原因研究是可能的。然后可以研究关于未知的设计弱点、系统性故障或处理错误的结论。
附图说明
在下文中，将参照实施例和附图对本发明进行更详细的描述。其中
图1是根据本发明公开的用于确定冲压过程状态的装置100的示意图。
图2a/b/c是针对冲压过程的三个信道的所检测的力-角度曲线200a、200b、200c的三个示例性图示。
图3a/b/c是针对冲压过程的三个通道的去除了启动数据的力-角度曲线300a、300b、300c的三个示例性图示。
图4是在两个不同日期在没有补偿热扰动的情况下测量的假力400随时间变化的示例性图示。
图5a/b是在几个月中在补偿热扰动的情况下测量的假力(500a无平滑滤波器或500b有平滑滤波器)随时间变化的的示例性图示。
图6a/b是根据本发明的对检测的状态变量进行预处理后的力-角度曲线600a、600b的两个示例性图示。
图7以偏心压力机为例示出了冲压过程的状态700a、700b、700c的示例性图示。
图8是根据本发明的冲压工具800的示例性图示。并且
图9是根据本发明的用于确定冲压过程状态的方法900的示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了构成本文一部分的附图，其中通过说明的方式显示了本发明可以实施的具体实施方案。可以理解的是，在不背离本发明概念的情况下，可以使用其它的实施方案，也可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细描述不应理解为是一种限制性的意义。可以进一步理解的是，除非特别说明，这里描述的各种实施方案的特征可以结合起来。
这些方面和实施方案将参照附图进行描述，其中类似的参考符号一般指的是类似的元素。在下面的描述中，为了提供对本发明的一个或多个方面的深入理解，列出了许多具体的细节，以达到解释的目的。然而，对于本领域的技术人员来说，一个或多个方面或实施方案可以用较少的具体细节来体现。在其它情况下，已知的结构和元素以示意图形式显示，以方便描述一个或多个方面或实施方案。可以理解的是，在不背离本发明概念的情况下，可以使用其它的实施方案，也可以进行结构或逻辑上的改变。
在下面的描述中，提到了冲压过程和冲压工具。冲压是一种切割过程，利用冲床或用锤头敲击切割工具，从例如金属板、纸板、纺织品等的各种材料生产出冲压零件。冲压工具由显示内部形状的冲头和具有相应配合口的底模组成。冲头通常设置在上/下部分中。图8示出了一个冲压工具的示例。在高性能冲压中，焊接、翻边、铆接和成型等过程被整合到特殊的级进模中。除了冲压站外，这种级进模通常还有弯曲站和其它加工站。这些工具中的一部分是非常复杂的，必须有效地使用和保护。
图1示出了根据本发明的用于确定冲压过程状态的装置100的示意图。该装置100适用于确定冲压过程的状态，其中，如图7和8所示，冲压工具730、800周期性地从起始位置710移动到结束位置710(参见图7)，以便对材料进行冲压。
装置100被设计为用于获得第一数据101，该第一数据表示当冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时冲压工具对材料施加的力。这个力，在这里被称为假力，是在冲压过程中作用于冲压工具的振动和弹性偏移的结果。
装置100被设计为用于获得第二数据102，该第二数据表示在冲压过程的多个周期内冲压工具从起始位置移动到结束位置时走过的角度或行程。
装置100被设计为用于获得第三数据103，该第三数据表示冲压工具在冲压过程的多个周期内的温度。
装置100被设计为从第一数据101和第二数据102中去除110在冲压工具启动周期期间检测的启动数据。
装置100被设计为对第一数据101和第二数据102进行插值112，以针对冲压过程的多个周期获得第二数据102相对于第一数据101的统一的长度和步长。
装置100被设计为用于识别和去除114第一数据101和第二数据102中的异常。
装置100被设计为确定并补偿116第三数据103对第一数据101和第二数据102的热扰动。
装置100被设计为根据对热扰动进行补偿的第一数据101和第二数据102来确定116冲压过程的状态。
例如，装置可以包括电子电路或处理器或控制器，以执行在上文中给出的函数。此处，可以是用于控制冲压过程的数字控制器，或者是单独的处理器或计算机，可以在它们上面执行上述函数。
在冲压过程状态的确定中，例如可以涉及冲压工具的磨损状态，基于所述磨损状态可以得到冲压工具的维护时点。
例如，第一数据101借助冲压工具730、800的弯曲或变形表示由于冲压过程而作用于冲压工具730、800的力。
例如，第一数据101可以是来自放置在冲压工具730、800中的压电传感器的传感器数据。
如图6和图7所示，第二数据102可以包括冲压工具的旋转编码器的角度信息602、701，特别是偏心压力机700a、700b、700c的偏心的角度信息701。替代地，第二数据102可以包括冲压工具的行程传感器的行程信息702，特别是液压机的活塞的行程信息。
如图2所示，第一数据101和第二数据102可以包括力-角度曲线，例如力-角度曲线200a、200b、200c。如图2a/b/c所示，装置100可以被设计为根据冲压工具启动周期期间的力-角度曲线200a、200b、200c的形状与冲压工具启动周期后的力-角度曲线200a、200b、200c的形状的偏差来确定启动数据。
装置100可以被设计为根据在冲压工具启动周期期间力-角度曲线200a、200b、200c在力的方向上的移动来确定启动数据，如图2a/b/c所示。
装置100可被设计为从第一数据101和第二数据102中去除在冲压过程的冲程数低于冲压过程的额定冲程数的固定百分比时生成的力-角度曲线200a、200b、200c。
装置100可以被设计为针对冲压过程的每个检测周期，通过一个或多个零项扩展第一数据101和第二数据102，直到第二数据102相对于第一数据101具有统一的长度和步长。
第一数据101和第二数据102可以包括力-角度曲线300a、300b、300c，例如在图3a/b/c中所示。装置100可以被设计为通过求平均值从力-角度曲线300a、300b、300c生成参考曲线，并根据力-角度曲线300a、300b、300c相对于参考曲线的偏差确定异常。
例如，该偏差可基于力-角度曲线300a、300b、300c的标准偏差与可调系数的乘积，如图3更详细地描述的。
第一数据101和第二数据102可以被划分到不同的信道中，其中每个信道可以包括以冲压工具上的相应压电传感器记录的第一数据101和第二数据102。
如图3a/b/c所示，装置100可以被设计为，当在不同信道之一的力-角度曲线300a、300b、300c中识别到异常时，也将其它信道的相应的力-角度曲线300a、300b、300c标记为异常。
装置100可被设计为确定用于第三数据103对第一数据101和第二数据102的热扰动400的补偿函数，如图4的更详细地描述的。
补偿函数可以是，例如，二阶多项式函数或e-函数，它可以表示为：
Figure BDA0003577239500000111
Figure BDA0003577239500000112
如针对图4进一步描述的，其中，
Figure BDA0003577239500000113
表示温度并且参数a、b、c和d是预先给定的。
如针对图4进一步描述的，装置100可以被设计为针对每个单独角度确定补偿函数，并针对每个单独角度补偿第三数据103对第一数据101和第二数据102的热扰动400。
图2a/b/c示出了针对冲压过程的三个信道的所检测的力-角度曲线200a、200b、200c的三个示例性图示。图2a/b/c示出了最初检测到的力-角度曲线200a、200b、200c，它们对应于图1的第一数据101和第二数据102。如上文对图1的描述，启动数据110的去除与图2a/b/c所示的力-角度曲线200a、200b、200c相关。
在图2a/b/c的示例中，使用了三个压电传感器。因此，力-角度曲线是通过三个信道提供的。力角度曲线200a表示第一信道，力角度曲线200b表示第二信道，力角度曲线200c表示第三信道。
从所示的力-角度曲线200a、200b、200c可以看出，原始数据包含了许多不表示生产缺陷或磨损特性的曲线。在冲压工具的启动(开始冲压过程)中，机器操作员手动操作机器，可以逐站检查金属板带是否在正确的位置，以及工具中是否有任何异物。在这个阶段记录的测量结果可以在图2a中通过X-移动(与图2b和2c的测量结果相比)和不同的形状来识别。例如，测量曲线200a中间的隆起或圆顶比测量曲线200b、200c中更明显。去除这些数据构成了图1所述的数据清洗或去除启动数据110的第一步。
此外，在冲压工具冲程数低于冲压工具额定冲程数的固定百分比时产生的所有曲线都可以从数据集中被去除。
为了能够应用数学方法，可以将测量序列200a、200b、200c解释为矩阵。然而，这只有在测量序列具有相同的长度时才有可能。补救措施是对数据进行插值112，如上文对图1的描述。
为此，测量序列200a、200b、200c首先通过几个零项进行扩展，以便所有测量序列都能在固定限定的极限之间进行插值。随后的插值112使测量序列具有统一的长度和步长。因此，即使没有角度说明，固体声值的测量序列也可以相互比较。
图3a/b/c示出了冲压过程的三个信道的力-角度曲线300a、300b、300c在去除了启动数据后的三个示例性图示。
除了例如局部离群因子或单类支持向量机以及深度学习算法(如自动编码器)的机器学习算法，更简单的数学方法也可以用来自动识别异常。例如，对于数据集300a、300b、300c，通过求平均值来产生若干条参考曲线。如果力-角度曲线300a、300b、300c和各自的参考曲线之间的差大于预定的限度，就可以识别到异常。例如，极限是由标准偏差
Figure BDA0003577239500000131
和待确定的系数
Figure BDA0003577239500000132
Figure BDA0003577239500000133
的乘积定义的。该系数可以由专家进行调整，直到达到预期的结果，并且可以可靠地检测到所有的生产错误。
例如，中位数比算术平均值更适合作为参考值，因为异常对中位数的影响要小得多。
如果考虑多个固体声信号，则它们可以用矩阵表示，如下所示：
Figure BDA0003577239500000134
其中，
Figure BDA0003577239500000135
并且
Figure BDA0003577239500000136
固体声信号的数量用m表示，测量点的数量用n表示。参考信号也代表一个行向量，该行向量的项可以用X的行的中位数计算。
用于识别异常的公式例如可以如下给出：
Figure BDA0003577239500000137
Figure BDA0003577239500000138
例如，当使用三个压电传感器时，一个冲程过程可以由三个力-角度曲线来定义。因此，一旦一个信道的力角度曲线被判定为异常，则其它信道的相关力-角度曲线也可以被标记为异常。
图4示出了在两个不同日期的在没有补偿热扰动的情况下测量401、402的假力400关于时间的示例性曲线。
如上文图2和图3所示，对假力400的测量表明，力-角度曲线受到了强烈的热扰动。图4中的图400示出了力-角度曲线的最大值的走向。与预期相反的是，值没有随着时间而增加。为了使磨损变得可见，从图4可以推断出，对干扰变量的补偿是必要的。这一点将在下文中说明。
如前所述，图4示出了确定力-角度曲线时温度影响的示例性图示，如上文图2和图3所示。图400表示假力或压电传感器的测量信号随时间变化。图中显示了两条测量曲线401、402，第一条测量曲线401是在第一天记录的，第二条测量曲线402是在第二天记录的。
值得注意的是，曲线401、402随着时间的推移而下降。如果两个测量点之间有断裂，则最大值会比前一个测量点增加。假设曲线主要受冲压工具的温度影响。
从图4的图示中可以得出如下结论，为了使冲压工具的疲劳可见，需要强制性地对取决于温度的影响进行补偿。
为此可以使用函数，该函数基于在加热过程中存在许多测量的情况来考虑冲压工具的发热情况。
图1所示的装置100考虑冲压过程的温度特性。装置100使用这样的函数，该函数在冲压过程中对温度影响进行补偿。
为此，可以考虑用两个一般化的方程式来确定热效应的补偿函数。第一个是二阶多项式函数，第二个是e函数。
Figure BDA0003577239500000152
Figure BDA0003577239500000153
这两个函数都适合用于近似补偿函数。一旦确定了补偿函数，就可以如下确定对热扰动的补偿：
Figure BDA0003577239500000151
Figure BDA0003577239500000154
以这种方式确定的热扰动补偿可用于冲压过程的状态确定118，如上面对图1的描述，例如确定冲压工具的磨损特性或疲劳。
图5a/b示出了在几个月中在对热扰动进行补偿的情况下测量的假力(500a无平滑过滤器，500b有平滑过滤器)随时间的示例性表示。
在图500a和500b中，热扰动已经被补偿，例如通过上面针对图4描述的机制。
在图5a中，第一个突出峰的最大值按时间顺序显示。所考虑的数据点位于166和174度的角度之间。随着磨损的增加，值的下降趋势是明显的。维护之后，最大值又适度上升。
在图5b中，对图5a中的数据应用了平滑滤波。图5a的最大值借助移动平均值进行平滑处理，其中分别总结出50个数值。
图6a/b示出了根据本发明的对检测的状态变量进行预处理后的力-角度曲线600a、600b的两个示例性图示。状态变量根据对图1至图5的描述进行预处理，即通过去除启动数据110、插值112、去除异常114和热补偿116。
图600a示出了与检测的角度数据(对应于图1中预处理过的第二数据102)相关的检测的力数据(对应于图1中预处理过的第一数据101)。图600b示出了可以由此确定的冲压过程的状态。
两幅图600a、600b分别显示为两天的曲线族，其中第一天(2020年11月2日)是测量期的开始，最后一天(2020年2月15日)是测量期的结束。因此，测量期持续了几个月。在图6a的图600a中，第一天(2020年11月2日)的力-角度曲线被显示为第一曲线族611，最后一天(2020年2月15日)的力-角度曲线被显示为第二曲线族612。由于明显的磨损，测量在最后一天(2020年2月15日)停止。比较两个曲线族611和612，可以看出，第二曲线族612中的第一个突出的峰值614显示了形状和表现的变化。
下方的图600b示出了来自第一天(2020年11月2日)的相同的第一曲线族611和来自测量的最后一天(2020年2月15日)的第三曲线族613，但这是在成功维护之后才记录的。这里可以看出，第一个突出的峰值614在维护后又可以看到。因此，峰值614的降低是由磨损引起的现象。
此外，通过相应的传感器系统还可以检测到假力601和偏心的角度602、701，如图7中更详细地显示。由于角度701与工具上部走过的距离有关，力-角度曲线的面积包含了冲压期间所需的机械功的信息。假设由于切割元件的钝化，所需的机械功Wmech随着磨损继续而增加。这种关系可以通过测量作用在切割元件上的力来确定。对工具进行维护和与此相关地对切割元件进行磨削，使得对于切割出冲压零件所需的机械功减少。
到目前为止，工具一直是按照静态间隔来维护的。不可预测的事件，如毛边冒出(即，从板材上分离的部分)、操作错误或润滑油膜断裂，都会对工具的使用寿命产生不利影响，因此，尚在规定的维护间隔内就可能达到工具的物理极限。如果是这种情况，最坏的情况是切割元件破裂。
在机器学习方法的帮助下，如图600a、600b所示的力-角度曲线，可以用于状态确定。机器学习是一个泛指从经验中“人工地”生成知识的术语：一个人工系统从实例中学习，并在学习阶段完成后可以归纳这些实例。为了做到这一点，机器学习算法根据训练数据建立统计模型。这意味着不是简单的重复学习这些实例，而是在学习数据中识别出模式和规律性，这样系统也能评估未知数据。
此外，还可以使用额外的AI(人工智能)模型来识别和分类错误状态。在最简单的情况下，未来的演变可以用线性函数来近似。然而，如果数据情况允许，可以使用回归模型来提高预测的准确性。
图6所示的数据可以用来获得关于冲压工具的疲劳或磨损的信息。记录的角度602指的是冲压工具的顶部必须移动的距离。因此，力-角度曲线下的面积包含了关于冲压过程中所需要的机械功Wmech的信息。假设Wmech随疲劳程度增加而增加。维护后，Wmech应恢复到初始值。
目前，使用的是静态维护间隔，在发生事故或污染等突发事件时，这种维护间隔不能正常工作。在这种情况下，冲压工具可能已经处于危险状态。如果工人随后继续生产，工具将被损坏或可能被摧毁。通过机器学习模型，可以进行回归，以估计Wmech最可能的演变。有了这些信息与物理极限的知识相结合，就可以预测出冲压工具的剩余寿命。如果历史数据包含显示断裂的曲线，就可以获得有关物理极限的信息。
图7以偏心压力机为例示出了冲压过程的状态700a、700b、700c的示例性图示。
图7示出了例如偏心压力机的冲压工具730。冲压工具730从起始位置710周期性地移动到结束位置710，用于对材料进行冲压，由于冲压过程的周期性，该结束位置与起始位置710相吻合。在实施方案700a中，冲压工具730处于第一位置，在这个位置上，它呈现α＝90°的角度701，对应于路径x 702。在实施例700b中，冲压工具730处于第二位置，在该位置上它呈现α＝120°的角度701，对应于路径x 702。在图示700c中，冲压工具730处于第三位置，它呈现α＝160°的角度701，这对应于路径x 702。
冲压工具730通过(这里仅示意性的)也被称为下止点的中间位置720，在(这里仅示意性的)起始位置710和结束位置710之间周期性移动，以便能够进行冲压，该结束位置也相当于起始位置710。起始位置710对应于α＝0°的角度701，中间位置720对应于α＝180°的角度701，结束位置710再次对应于α＝0°的角度701。
开始时提到，当疲劳度增加时，机械功应增加。为了确定机械功的近似值，下面给出了公式，该公式是基于偏心机的系统学，如图7所示。
可以近似地如下计算作为角度α的函数的机械功Wmech：
Wmech(α)＝∫(FN(α)·x(α))dα
Wmech(α)＝∫(FN(α)·(s(α)+w(α))dα
Figure BDA0003577239500000181
Figure BDA0003577239500000182
这里只考虑了几何方面，即在这个近似中没有考虑到旋转质量的特性。
通过这种方式确定的机械功，可以确定冲压工具的磨损特性或疲劳。以这种方式确定的机械功也可以是冲压过程的状态变量104，如上文对图1的描述。该状态变量也可用于确定冲压工具的磨损状态和/或维护时间，如上文图1中“状态确定”模块118所示。
图8示出了根据本发明的冲压工具800的示例性图示。
冲压工具是多层的，包括功能板810和框架板820。框架板820包括下夹条826，其上布置有底板825。在底板825上，产品的冲压条824被安排在加工平面上。在这上面是中间板823，在中间板823上布置有顶板822，在顶板822上面布置有上夹板821。
功能板810包括硬化的切割板814，用所述切割板进行切割。上面是硬化的导板/剥离板813。这两块板814、813都位于中间板823和底板825之间。在中间板823上方布置有硬化的或软质的冲头固定板812，并且在冲头固定板812上方布置有硬化的压板811。
图9示出了根据本发明的用于确定冲压过程状态的方法900的示意图。
如上文关于图7和图8所述，在冲压过程中，冲压工具730、800从起始位置710周期性地移动到结束位置710，用于对材料进行冲压。
该方法包括以下步骤：
获得901第一数据101，该第一数据表明当冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时，冲压工具对材料施加的力，例如上文关于图1的描述；
获得902第二数据102，该第二数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时走过的角度或行程，如上文对图1所述；
获得903第三数据103，该第三数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期内的温度，如上面对图1的描述；
从第一数据101和第二数据102中去除904在冲压工具启动周期期间获得的启动数据，如上文对图1所述；
针对冲压过程的多个周期，对第一数据101和第二数据102进行插值905，以获得第二数据102相对于第一数据101的统一的长度和步长，如上述关于图1的描述；
识别并去除906第一数据101和第二数据102中的异常，如上文有关图1的描述；
确定并补偿907第三数据103对第一数据101和第二数据102的热扰动，如上文对图1所述；以及
根据被补偿了热扰动的第一数据101和第二数据102确定908冲压过程的状态，如上文对图1所述。
该方法的各个步骤可对应于上述图1至8的功能。
附图标记列表
100 用于确定冲压过程状态的装置
101 第一数据
102 第二数据
103 第三数据
104 冲压过程的状态
110 去除启动数据
112 插值
114 去除异常
116 热补偿
118 状态确定
200a/b/c 原始状态下的力-角度曲线
300a/b/c 去除了启动数据的力-角度曲线
400 假力随时间的测量
401 第一天的测量
402 第二天的测量
500a 无平滑滤波的假力随时间的测量
500b 带平滑滤波的假力随时间的测量
600a 力-角度曲线
600b 力-角度曲线
601 力或假力
602 角度
611 第一曲线族
612 第二曲线族
613 第三曲线族
614 峰值或尖峰值
700a 以偏心压力机为例的冲压过程的第一状态
700b 冲压过程的第二状态
700c 冲压过程的第三状态
701 角度信息
702 行程信息
710 冲压工具的起始位置和结束位置
720 冲压工具的中间位置
730 冲压工具
800 冲压工具
810 功能板
811 压板
812 冲头固定板
813 导板/剥离板
814 切割板
820 框架板
821 上夹板
822 顶板
823 中间板
824 冲压条(产品)
825 底板
826 下夹条
900 用于确定冲压过程状态的方法
901 第一方法步骤
902 第二方法步骤
903 第三方法步骤
904 第四过程步骤
905 第五方法步骤
906 第六方法步骤
907 第七方法步骤
908 第八方法步骤

Claims (16)

1.一种用于确定冲压过程状态的装置(100)，其中，用于对材料进行冲压的冲压工具(730、800)周期性地从起始位置(710)被移动到结束位置(710)，所述装置(100)被设计为
获得第一数据(101)，所述第一数据表示冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时对材料施加的力；
获得第二数据(102)，所述第二数据表示冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时走过的角度或行程；
获得第三数据(103)，所述第三数据表示冲压工具在冲压过程的多个周期内的温度；
从第一数据(101)和第二数据(102)中去除(110)在冲压工具启动周期期间检测的启动数据；
对第一数据(101)和第二数据(102)进行插值(112)，以针对冲压过程的多个周期使第二数据(102)相对于第一数据(101)获得统一的长度和步长；
识别并去除(114)第一数据(101)和第二数据(102)中的异常；
确定并补偿(115)第三数据(103)对第一数据(101)和第二数据(102)的热扰动；以及
根据补偿了热扰动的第一数据(101)和第二数据(102)，确定(116)冲压过程的状态。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
其中，所述第一数据(101)借助冲压工具(730、800)的弯曲或变形表示由于冲压过程而作用于冲压工具(730、800)的力。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述第一数据(101)是被放置在冲压工具(730、800)中的压电传感器的传感器数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述第二数据(102)包括冲压工具的旋转编码器的角度信息(602、701)，特别是偏心压力机(700a、700b、700c)的偏心的角度信息(701)；或
其中，所述第二数据(102)包括冲压工具的行程传感器的行程信息(702)，特别是液压机的活塞的行程信息。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述第一数据(101)和所述第二数据(102)包括力-角度曲线(200a、200b、200c)，和
其中，所述装置(100)被设计为根据在冲压工具启动周期期间的力-角度曲线(200a、200b、200c)的形状与冲压工具启动周期后的力-角度曲线(200a、200b、200c)的形状的偏差来确定所述启动数据。
6.根据权利要求5所述的装置(100)，
其中，所述装置(100)被设计为根据在冲压工具启动周期期间力-角度曲线(200a、200b、200c)在力的方向上的移动来确定所述启动数据。
7.根据权利要求5或6所述的装置(100)，
其中，所述装置(100)被设计为从第一数据(101)和第二数据(102)中去除在冲压过程的冲程数低于冲压过程的额定冲程数的固定百分比时产生的力-角度曲线(200a、200b、200c)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述装置被设计为针对冲压过程的每一检测周期通过一个或多个零项来扩展所述第一数据(101)和第二数据(102)，直到所述第二数据(102)相对于所述第一数据(101)具有统一的长度和步长。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述第一数据(101)和所述第二数据(102)包括力-角度曲线(300a、300b、300c)，并且
其中，所述装置(100)被设计为通过求平均值来从力-角度曲线(300a、300b、300c)生成参考曲线，并根据力-角度曲线(300a、300b、300c)相对于参考曲线的偏差确定异常。
10.根据权利要求9所述的装置(100)，
其中，所述偏差是基于力-角度曲线(300a、300b、300c)的标准偏差与一个可调节系数的乘积。
11.根据权利要求9或10所述的装置(100)，
其中，所述第一数据(101)和所述第二数据(102)被划分到不同的信道中，每个信道包括用冲压工具上的相应压电传感器记录的第一数据(101)和第二数据(102)。
12.根据权利要求11所述的装置(100)，
其中，所述装置(100)被设计为，当在不同信道之一的力-角度曲线(300a、300b、300c)中识别到异常时，也将其它信道的相应力-角度曲线(300a、300b、300c)标记为异常。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，
其中，所述装置(100)被设计为用于确定第三数据(103)对第一数据(101)和第二数据(102)的热扰动(400)的补偿函数。
14.根据权利要求13所述的装置(100)，
其中，所述补偿函数基于如下模型，所述模型具体说明了第一数据(101)的取决于第三数据(103)的偏差，其中所述模型基于数学近似函数和/或基于借助人工智能的预测。
15.根据权利要求13或14所述的装置(100)，
其中，所述装置(100)被设计为针对每个单独的角度确定补偿函数，并且针对每个单独的角度补偿第三数据(103)对第一数据(101)和第二数据(102)的热扰动。
16.一种用于确定冲压过程状态的方法(900)，其中，用于对材料进行冲压的冲压工具(730、800)周期性地从起始位置(710)被移动到结束位置(710)，所述方法包括以下步骤：
获得(901)第一数据(101)，所述第一数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时对材料所施加的力；
获得(902)第二数据(102)，所述第二数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期内从起始位置移动到结束位置时所走的角度或行程；
获得(903)第三数据(103)，所述第三数据表明冲压工具在冲压过程的多个周期的温度；
从第一数据(101)和第二数据(102)中去除(904)在冲压工具启动周期期间获得的启动数据；
对第一数据(101)和第二数据(102)进行插值(905)，以便对于冲压过程的多个周期获得第二数据(102)相对于第一数据(101)的统一的长度和步长；
识别并去除(906)第一数据(101)和第二数据(102)中的异常；
确定并补偿(907)第三数据(103)对第一数据(101)和第二数据(102)的热扰动；以及
根据补偿了热扰动的第一数据(101)和第二数据(102)确定冲压过程的状态(908)。
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