DE102017210154A1 - Verfahren zum Bestimmen des Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine und zugehörige Materialbearbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen des Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine und zugehörige Materialbearbeitungsmaschine Download PDF

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine (1), insbesondere einer Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug (3) zur Materialbearbeitung umfasst die folgenden Verfahrensschritte:- Aufnehmen eines aktuellen Maschinengeräuschs, das bei einer Arbeitsbewegung des mindestens einen Werkzeugs (3) erzeugt wird, und- Bestimmen des aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen, die bei Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs (3) in unterschiedlichen Betriebsmodi der Materialbearbeitungsmaschine (1) aufgenommen worden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug zur Materialbearbeitung, sowie auch eine zugehörige Materialbearbeitungsmaschine.
  • Materialbearbeitungsmaschinen, wie z.B. Stanz- oder Umformmaschinen, können mit verschiedenen Betriebsmodi gefahren werden. Bei einigen dieser Betriebsmodi ist es dem Maschinenbediener oft nicht möglich zu erkennen, ob ein gewählter Betriebsmodus wirklich aktiviert wurde oder nicht.
  • Um eine Stanzmaschine leiser zu machen, gibt es neben dem normalen Stanzvorgang, bei dem der Stempel das Werkstück mit voller Geschwindigkeit durchstanzt und das Metall mit einem lauten Knall bricht, häufig auch die sogenannte Softpunch-Funktion, bei der der Stempel langsamer durch das Blech bricht und sich dadurch die Lautstärke materialabhängig um bis zu 80 Prozent reduzieren lässt. Dem Maschinenbediener ist es allerdings meist nicht möglich, aktiv zu überprüfen, ob die Softpunch-Funktion aktiviert wurde oder nicht, insbesondere wenn er nicht vor Ort ist, um einen Probe-Stanzvorgang selbst zu verfolgen, sondern die Softpunch-Funktion mittels einer Bedienung aus der Ferne, bspw. von einem Leitstand aus, mittels einer Bedienungsapplikation über ein lokales Netzwerk oder das Internet, aktiviert hat.
  • Alternativ oder zusätzlich können an Stanzmaschinen auch sogenannte Whisper-Tools eingesetzt werden, um die Lautstärke des Stanzvorgangs zu reduzieren. Dabei weisen die Stempel keine horizontale Fläche auf, die für den Stanzvorgang ganzflächig auf dem Blech aufsetzt, sondern weisen bspw. eine schräge Fläche oder eine U- oder V-Form auf, wodurch der Stanzvorgang das Blech stärker schneidet und weniger durchbricht und somit weniger Stanzkraft benötigt und auch weniger Lärm erzeugt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und automatisiert ablaufendes Verfahren zum Bestimmen des Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine anzugeben sowie eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Materialbearbeitungsmaschine bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug zur Materialbearbeitung mit folgenden Verfahrensschritten:
    • - Aufnehmen eines aktuellen Maschinengeräuschs, das bei einer Arbeitsbewegung des mindestens einen Werkzeugs erzeugt wird, und
    • - Bestimmen des aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen, die bei Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs in unterschiedlichen Betriebsmodi der Materialbearbeitungsmaschine aufgenommen worden sind.
  • Erfindungsgemäß werden die aktuellen Maschinengeräusche der Materialbearbeitungsmaschine analysiert, um dadurch den aktuellen Betriebsmodus der Materialbearbeitungsmaschine zu erkennen und frühzeitig Gegenmaßnahmen durchzuführen. Durch intelligente Algorithmen und das Wissen über die aktiven Betriebsmodi werden Modelle aus den Maschinengeräuschen gelernt, welche es erlauben, diese verschiedenen Betriebsmodi zuzuordnen. Durch dieses Wissen kann subjektiv erkannt werden, ob ein Betriebsmodus aktiv ist oder nicht. Ebenfalls können hierdurch Fehlverhalten von Maschinen und Betriebsmodi erkannt werden, welche sonst unentdeckt geblieben wären. Über das erlernte Modell können weitere Maschinengeräusche analysiert und klassifiziert werden, um den aktiven Betriebsmodus zu erkennen und darauf dynamisch zu reagieren. Die Reaktion kann ein Hinweis für den Maschinenbediener, ein automatisierter Bericht über das Fehlverhalten oder das Anstoßen weiterer Prozesse zur Qualitätssicherung sein. Bei den Arbeitsbewegungen handelt es sich um die zur Materialbearbeitung eines Werkstücks ausgeführten Bewegungen des Werkzeugs. Das aufgenommene, aktuelle Maschinengeräusch wird mit den gespeicherten Referenz- Maschinengeräuschen beispielsweise mittels Audioanalyse, insbesondere Fourieranalyse, verglichen und ausgewertet.
  • Die Erfindung hat insbesondere folgende Vorteile:
    • - frühzeitige Erkennung von Betriebsstörungen,
    • - Verringerung des Ausschusses und damit verbundene Produktivitätsverbesserung,
    • - Verbesserung der Bearbeitungsqualität,
    • - Erhöhung der Arbeitssicherheit.
  • Das aktuelle Maschinengeräusch und die Referenz-Maschinengeräusche können durch Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs entweder an einem eingelegten Werkstück oder aber auch ohne ein eingelegtes Werkstück erzeugt werden. Anhand eines charakteristischen Maschinengeräuschs kann durch eine (Probe)Arbeitsbewegung des Werkzeugs der aktuelle Betriebsmodus auch dann erkannt werden, wenn noch kein Werkstück eingelegt ist. Dies hat im Falle der Softpunch-Funktion den Vorteil, dass kein lauter Stanzhub mit eingelegtem Blech durchgeführt werden muss, um dessen Aktivierung zu prüfen, insbesondere wenn Stanzvorgänge ohne Softpunch-Funktion aus Lärmschutzgründen nicht gestattet sind.
  • Besonders bevorzugt wird der aktuelle Betriebsmodus der Materialbearbeitungsmaschine mittels maschinellen Lernens anhand der Referenz-Maschinengeräusche bestimmt. Das maschinelle Lernen, bspw. unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks, ermöglicht es, in den Referenzdaten bestimmte Muster zu erkennen und dadurch auch bestimmte Betriebsmodi zu identifizieren. Ein solches System, das für Zwecke des maschinellen Lernens genutzt werden kann, ist bspw. die Cloud-Plattform Microsoft Azure.
  • Vorzugsweise umfassen die unterschiedlichen Betriebsmodi der Materialbearbeitungsmaschine Materialbearbeitungsvorgänge mit jeweils unterschiedlicher Bearbeitungskraft, wie z.B. Umformungs- oder Stanzvorgänge. Im letzteren Fall ist das mindestens eine Werkzeug ein Stanzwerkzeug, insbesondere ein Whisper-Tool, einer Stanzmaschine, die unterschiedliche Betriebsmodi (normale Stanzfunktion, Softpunch-Funktion etc.) mit jeweils unterschiedlicher Stanzkraft umfasst. Anhand eines charakteristischen Maschinengeräuschs eines (Probe)Stanzhubs kann der aktuelle Betriebsmodus auch dann erkannt werden, wenn noch kein Werkstück eingelegt ist.
  • Vorzugsweise werden das aktuelle Maschinengeräusch und/oder die Referenz-Maschinengeräusche von einem oder von mehreren stationär oder temporär an der Materialbearbeitungsmaschine angebrachten Mikrofonen aufgenommen.
  • Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch eine Materialbearbeitungsmaschine, insbesondere Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug zur Materialbearbeitung, mit mindestens einem Mikrofon zur Aufnahme von bei einer Arbeitsbewegung des mindestens einen Werkzeugs erzeugten Maschinengeräuschen, mit einem Datenspeicher zum Speichern von Referenz-Maschinengeräuschen und mit einer Auswerteeinheit, die mit dem mindestens einen Mikrofon und dem Datenspeicher verbunden ist, zur Bestimmung eines aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit den gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen. Durch das mindestens eine an oder in der Materialbearbeitungsmaschine platzierte Mikrofon werden die Maschinengeräusche bei der Arbeitsbewegung des Werkzeugs aufgezeichnet und an die Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung und Auswertung weitergeleitet. Vorteilhaft sind mehrere Mikrofone an unterschiedlichen Orten der Materialbearbeitungsmaschine angebracht, um das Maschinengeräusch aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen.
  • Das oder die Mikrofone sind an oder in der Materialbearbeitungsmaschine stationär oder temporär angebracht und können im letzteren Fall jeweils durch ein Mikrofon eines Computers oder eines mobilen Kommunikationsgeräts gebildet sein, welches mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Mobiles Kommunikationsgerät dient als übergeordneter Begriff für Smartgeräte mit eingebautem Mikrofon, wie z.B. Smartphone, Tablet oder Minicomputer.
  • Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung einer Materialbearbeitungsmaschine abläuft.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigt:
    • 1 schematisch eine erfindungsgemäße Materialbearbeitungsmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die in 1 schematisch gezeigte Stanzmaschine 1 dient zum Bearbeiten eines Werkstücks (z.B. Blech) 2 mittels mindestens eines Stanzwerkzeugs 3. Das Stanzwerkzeug 3 und das auf einer Werkstückauflage 4 aufliegende Werkstück 2 sind mittels nicht gezeigter Antriebe in Richtung der X- und Y-Achsen relativ zueinander bewegbar gelagert. Das Stanzwerkzeug 3 weist oberhalb der Werkstückauflage 4 einen absenkbaren Stempel 5 und unterhalb der Werkstückauflage 4 eine Matrize 6 auf. Eine Maschinensteuerung 7 dient sowohl zum Ansteuern der Antriebe als auch zum Ansteuern der Hubbewegung des Stempels 5. Bei dem Stanzwerkzeug 3 kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Whisper-Tool handeln, um die Lautstärke des Stanzvorgangs zu reduzieren. Dabei weist der Stempel 5 des Whisper-Tools keine horizontale Fläche auf, die für den Stanzvorgang ganzflächig auf dem Werkstück 2 aufsetzt, sondern bspw. eine schräge Fläche oder eine U- oder V-Form, wodurch der Stanzvorgang das Werkstück 2 stärker schneidet und weniger durchbricht und somit weniger Stanzkraft benötigt und auch weniger Lärm erzeugt.
  • Die Stanzmaschine 1 kann in mindestens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi mit jeweils unterschiedlicher Stanzkraft und/oder -geschwindigkeit betrieben werden, nämlich in einem normalen Betriebsmodus, bei dem der Stempel das Blech mit voller Geschwindigkeit durchstanzt, und in einem Softpunch-Betriebsmodus, bei dem bei der Stempel das Blech mit reduzierter Geschwindigkeit durchstanzt.
  • Die Stanzmaschine 1 umfasst ferner ein oder mehrere Mikrofone 10 zur Aufnahme von bei einem Arbeitshub des Stempels 5 erzeugten Maschinengeräuschen, einen Datenspeicher 11 und eine Auswerteeinheit 12, die mit den Mikrofonen 10 und mit dem Datenspeicher 11 verbunden ist, zur Bestimmung des aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit Referenz-Maschinengeräuschen. Die Referenz-Maschinengeräusche sind im Datenspeicher 11 gespeichert und in unterschiedlichen Betriebsmodi der Stanzmaschine 1 durch Arbeitshübe des Stempels 5 aufgenommen worden, und zwar sowohl an einem eingelegten Werkstück 2 als auch ohne ein eingelegtes Werkstück.
  • Die Mikrofone 10 können fest in der Stanzmaschine 1 installiert oder wie im gezeigten Ausführungsbespiel jeweils durch Mikrofone von mobilen Kommunikationsgeräten (hier in Form von Smartphones) 13 gebildet sein, die an vorbestimmten Messorten an der Stanzmaschine 1 angebracht sind. Auf den Smartphones 13 läuft eine spezielle Anwendung, über die das Mikrofon 10 des Smartphones 13 angesteuert wird, um die bei einem Arbeitshub des Stempels 5 erzeugten Maschinengeräusche („Audiosignale“) aufzunehmen. Die Stanzmaschine 1 wird nun in einem iterativen Prozess mit Referenzprogrammen verwendet. Die aufgezeichneten Maschinengeräusche werden von den Smartphones 13 drahtlos, z.B. per Bluetooth-Verbindung, an die Auswerteeinheit 12 gesendet und zusammen mit dem zugehörigen Betriebsmodus als Referenz-Maschinengeräusche im Datenspeicher 11 gespeichert. Dabei kann die Auswerteeinheit 12 Algorithmen des maschinellen Lernens verwenden, um Modelle für unterschiedliche Maschinengeräusche zu lernen. Über das erlernte Modell können die Maschinengeräusche analysiert und in die jeweiligen Betriebsmodi klassifiziert werden.
  • Wenn ausreichend Referenzdaten gesammelt worden sind, um stabile Modelle zu lernen, startet die zweite Phase. Hier verwenden Kunden, Servicetechniker oder Maschinenbediener ein beliebiges Smartphone 13, auf welchem die spezielle Anwendung läuft. Der Anwender platziert sein Smartphone 13 an einem vorher definierten Messort oder hält es an eine bestimmte Position. Daraufhin wird das bei einem Arbeitshub des Stempels 5 erzeugte, aktuelle Maschinengeräusch aufgezeichnet und vom Smartphone 13 drahtlos, z.B. per Bluetooth-Verbindung, an die Auswerteeinheit 12 geleitet, die das aktuelle Maschinengeräusch anhand der gespeicherten Referenz-Maschinengeräusche analysiert und eine Betriebsmodus-Bestimmung („Klassifikation“) durchführt. Das Ergebnis der Klassifikation wird dem Anwender auf dem Smartphone 13 angezeigt, der dann eine Betriebsmodus-Abweichung erkennen und dynamisch darauf reagieren kann. Ebenfalls können so automatisiert Berichte generiert werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus einer Materialbearbeitungsmaschine (1), insbesondere einer Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug (3) zur Materialbearbeitung, mit folgenden Verfahrensschritten: - Aufnehmen eines aktuellen Maschinengeräuschs, das bei einer Arbeitsbewegung des mindestens einen Werkzeugs (3) erzeugt wird, und - Bestimmen des aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen, die bei Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs (3) in unterschiedlichen Betriebsmodi der Materialbearbeitungsmaschine (1) aufgenommen worden sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgenommene, aktuelle Maschinengeräusch mit den gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen mittels Audioanalyse, insbesondere Fourieranalyse, verglichen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Maschinengeräusch und die Referenz-Maschinengeräusche bei Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs (3) ohne ein Werkstück (2) erzeugt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Maschinengeräusch und die Referenz-Maschinengeräusche bei Arbeitsbewegungen des mindestens einen Werkzeugs (3) mit einem Werkstück (2) erzeugt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus der Materialbearbeitungsmaschine (1) mittels maschinellen Lernens anhand der Referenz-Maschinengeräusche bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Betriebsmodi der Materialbearbeitungsmaschine (1) Materialbearbeitungsvorgänge mit jeweils unterschiedlicher Bearbeitungskraft und/oder -geschwindigkeit umfassen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) ein Stanzwerkzeug, insbesondere ein Whisper-Tool, einer Stanzmaschine ist und die unterschiedlichen Betriebsmodi der Stanzmaschine Stanzvorgänge mit jeweils unterschiedlicher Stanzkraft und/oder -geschwindigkeit umfassen.
  8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Maschinengeräusch und/oder die Referenz-Maschinengeräusche von mindestens einem an oder in der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebrachten Mikrofon (10), insbesondere vom Mikrofon eines an der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebrachten, mobilen Kommunikationsgeräts (13), aufgenommen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Maschinengeräusch und/oder die Referenz-Maschinengeräusche von mehreren, an oder in der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebrachten Mikrofonen (10), insbesondere von Mikrofonen mehrerer an der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebrachter, mobiler Kommunikationsgeräte (13), aufgenommen werden.
  10. Materialbearbeitungsmaschine (1), insbesondere Stanzmaschine, mit mindestens einem bewegbaren Werkzeug (3) zur Materialbearbeitung, gekennzeichnet durch: - mindestens ein Mikrofon (10) zur Aufnahme von bei einer Arbeitsbewegung des mindestens einen Werkzeugs (3) erzeugten Maschinengeräuschen, - einen Datenspeicher (11) zum Speichern von Referenz-Maschinengeräuschen, und - eine Auswerteeinheit (12), die mit dem mindestens einen Mikrofon (10) und dem Datenspeicher (11) verbunden ist, zur Bestimmung eines aktuellen Betriebsmodus durch Vergleichen des aufgenommenen, aktuellen Maschinengeräuschs mit den gespeicherten Referenz-Maschinengeräuschen.
  11. Materialbearbeitungsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mikrofon (10) stationär in oder an der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebracht ist.
  12. Materialbearbeitungsmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mikrofon (10) durch ein Mikrofon eines mobilen Kommunikationsgeräts (13) gebildet ist, das mit der Auswerteeinheit (12) verbunden ist.
  13. Materialbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrofone (10) an unterschiedlichen Orten der Materialbearbeitungsmaschine (1) angebracht sind.
  14. Materialbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) ein Whisper-Tool ist.
  15. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung (7) einer Materialbearbeitungsmaschine (1) abläuft.
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