DE102014100001A1

DE102014100001A1 - Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen

Info

Publication number: DE102014100001A1
Application number: DE102014100001.3A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Brunnmeier
Original assignee: Growth Financial AG
Current assignee: Growth Financial AG
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2015-07-02

Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben, soll ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben.
Stand der Technik
In vielen industriellen Bereichen gibt es Systeme, die überwacht werden müssen. Dazu gehören vor allem Werkzeugmaschinen, wie Drehmaschinen, Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen, Spezialmaschinen aber auch Transferstrassen, Maschinenportale, Roboter und sonstige Handhabungssysteme, wie zum Beispiel Ladeportale. Dies ist nur eine kleine Auswahl der zu überwachenden Systeme. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf alle industriellen Systeme, die irgendwelche Tätigkeiten verrichten.
Bei diesen industriellen Systemen sind Überwachungsarbeiten zu leisten, damit die Funktion der Systeme gesichert bleibt. Die Überwachung muss sich dabei auf langfristige Veränderungen, beispielsweise auf Verschleiss, aber auch auf kurzfristige Änderungen, wie beispielsweise Kollisionen, Überlastungen, Unwucht od.dgl. beziehen. Maschinenkomponenten, die auf jeden Fall zu überwachen sind, sind solche, die Bewegungen ausführen. Dazu gehören vor allem Aggregate, die auf den entsprechenden Bearbeitungsachsen tätig sind, wie Schlitten, Spindeln, aber auch deren Antriebswellen, Lager usw.
So ist beispielsweise aus der US 6,138,056 ein System und ein Verfahren zur Wartung und Reparatur einer CNC-Maschine bekannt, bei dem zur Überwachung der Maschinenachse Laufwege- und Laufzeitdaten ermittelt werden, um die Wartungs- und Reparaturzeitpunkte der Maschine zu ermitteln.
Aus der EP-A 0 321 108 ist ein Überwachungssystem zur prozessbegleitenden Überwachung von Werkzeugen, Werkstücken oder Bearbeitungsprozessen in spanabhebenden Werkzeugmaschinen bekannt. Hier werden Zustände, wie Werkzeugbruch, Werkzeugausbruch, Werkzeugverschleiss, Werkzeug-zu-Werkstück Kontakt, Rattern oder Maschinenkollisionen erkannt und der Maschinenantrieb schnellstmöglich stillgesetzt, um Folgeschäden zu vermeiden.
Aus der EP-A 0 762 248 ist ein Verfahren bekannt, mit dem auf Basis von Messdaten von mindestens einem Vibrationssensor eine post-Prozessüberprüfung stattfindet, um fehlerhafte Zustände an Werkzeugmaschinenkomponenten nachträglich zu charakterisieren.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Überwachung von oben genannten industriellen Systemen zu verbessern und insbesondere eine Fehlererkennung zu beschleunigen.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ausserhalb eines Bearbeitungsprozesses in gewissen Zeitabständen eine Maschinenzustandsanalyse (condition monitoring) stattfindet. Zum Beispiel kann das System so konfiguriert sein, dass einmal pro Woche oder einmal pro Tag die Werkzeugmaschine ein spezielles Instandhaltungsprogramm aufruft und verschiedene Achsbewegungen, insbesondere ohne eigentliche Bearbeitung, mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen der Spindel abfährt. Die physikalischen Ergebnisse, zum Beispiel durch Vibrationsmessung, dieses Instandhaltungsprogramms werden mit dem Überwachungssystem gemessen und für eine Analyse gespeichert.
Bei dem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen Dreiachssensor, dies ist aber nur ein Beispiel, wenn sich die Diagnose und Analyse vor allem auf die Achsen des industriellen Systems bezieht. Dessen Signale werden an eine elektronische Auswerteeinheit weitergegeben, in der sich spezielle Algorithmen für Zustandserkennung erfinden. Bevorzugt hat diese Auswerteeinheit dann auch noch eine Kommunikationsschnittstelle mit der Maschine, sofern dies erforderlich ist, so dass die Maschinensteuerung beeinflusst werden kann.
Auf diese Weise werden nicht nur maschinentechnische Probleme bezüglich Spindel, Führungsschienen, Rollenumlaufschuhen usw. erfasst, sondern auch Antriebsprobleme, Schmierungsprobleme usw. Vor allem wird aber die Schwingung oder Vibration überwacht. Die Schwingungen werden mit verschiedenen Algorithmen analysiert und bewertet. Die Auswertung erfolgt nach typischen Schwingungsbildern, das heisst anhand von jahrelangen Erfahrungswerten aus der Maschinendiagnose.
Insbesondere zu Anfang der erfindungsgemässen Diagnose wird ein Fingerabdruck der Maschine erstellt. Das heisst, sämtliche ermittelte Werte der Maschinen bilden ein Gesamtbild. In regelmässigen Abständen wird dieser Fingerabdruck der Maschine mit den aktuellen Zuständen verglichen und analysiert und gegebenenfalls der Fingerabdruck auch angepasst (Lernprozess).
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemässe Verfahren auch mit einem System zur laufenden Kontrolle des industriellen Systems während seines Einsatzes gekoppelt. Das heisst, auf der einen Seite findet eine reguläre Werkzeugüberwachung, ein process monitoring, bestehend aus Hardware-Elektronik, spezifischer Software, Sensorik und eventuell Visualisierungs-PC, statt, auf der anderen Seite mit dem neuen System das condition monitoring.
Beispielsweise findet eine Kollisionsüberwachung eher mit dem process monitoring statt, die Analyse dieser Kollisionsüberwachung dann mit dem condition monitoring. Bevorzugt übernehmen beide Überwachungen aber auch Teile des anderen. So kann beispielsweise das neue Verfahren sowohl eine Kollisionsüberwachung übernehmen, als auch die oben beschriebenen Out-Off-Prozessaufgaben. Insbesondere für die Kollisionsüberwachung bedeutet dies, dass die Reaktion auf die Erkennung einer möglichen Kollision auf eine Millisekunde beschleunigt wird. Ähnliches gilt auch auf Erkennung und Reaktion auf Vibrationsüberlast.
Von der Erfindung wird auch eine entsprechende Vorrichtung umfasst, die im Wesentlichen aus einem Sensor, insbesondere aus einem Beschleunigungssensor, einer Auswerteeinheit und bevorzugt einer Schnittstelle zur Maschinensteuerung besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6138056 [0004]
EP 0321108 A [0005]
EP 0762248 A [0006]

Claims

Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Ergebnissen einer Analyse durch das Analyseprogramm das industrielle System gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Achsen bzw. Achsbewegungen des industriellen Systems überwacht werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vibrationsüberwachung des industriellen Systems durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollisionsüberwachung des industriellen Systems durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale durch Algorithmen analysiert und bewertet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einmal, bevorzugt aber in zeitlichen Abständen ein Fingerabdruck (Sollwerte) des industriellen Systems erstellt und jeweils mit den aktuellen Signalen verglichen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das industrielle System zudem über eine Prozessüberwachung verfügt.