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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine, insbesondere einer Koordinatenmessmaschine, mit mindestens einem Sensor zur Erzeugung von Ausgangssignalen.
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Zur Steigerung der Betriebssicherheit, der Effizienz sowie der Verfügbarkeit von Werkzeug- und Messmaschinen ist es bekannt, eine fortwährende Zustandserfassung (condition monitoring) der Maschine durchzuführen. Insbesondere können hierdurch Zustände der Messmaschine oder einzelner Maschinenkomponenten bestimmt werden und eine Überwachung dieser Zustände durchgeführt werden. Hierdurch können sich ausbildende Defekte frühzeitig erkannt und entsprechende Komponenten vor einem endgültigen Ausfall ausgetauscht werden.
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Rein beispielhaft kann z.B. ein Motorstrom einer elektrischen Maschine erfasst und ausgewertet werden, um auf ein beschädigtes Lager, einen beschädigten Antrieb oder ein beschädigtes Getriebe zu schließen. So tritt z.B. im Schadensfall im Gegensatz zum fehlerfreien Betrieb eine erhöhte Reibung auf, welche zu einer Erhöhung des Motorstroms führt. Durch Setzen definierter Schwellwerte kann dann ein solches beschädigtes Lager schwellwertbasiert auf Grundlage des erfassten Motorstroms detektiert werden. Dann kann ein entsprechendes Überwachungssignal generiert werden, was z.B. an ein externes Servicecenter übertragen wird. Somit kann das Lager zeitnah und in vorteilhafter Weise vor einem tatsächlichen Totalausfall ausgetauscht werden, wodurch eine ungeplante Ausfalldauer des Geräts vermieden wird.
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Neben der Auswertung von Steuersignalen der Maschine können ergänzend oder alternativ Ausgangssignale von externen Sensoren, wie z.B. Beschleunigungs- oder Temperatursensoren, erfasst und ausgewertet werden. Externe Sensoren bezeichnen hierbei Sensoren, die nicht zur Erfüllung der Kernfunktion der Maschine notwendig sind. Die Verwendung solcher externen Sensoren erhöht jedoch Kosten sowie den Aufwand einer Signalauswertung bei der Zustandsüberwachung der Maschine.
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Die
DE 10 2016 002 995 B3 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems einer Werkzeugmaschine mit einem Antrieb, wobei der Antrieb ein Übertragungssystem, einen Halter für ein Werkstück und/oder ein Werkzeug, einen Regelkreis mit einem Regler und einen Sensor zum Erfassen von Zustandsdaten des Antriebs aufweist.
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Es stellt sich daher das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine mit mindestens einem Sensor zu schaffen, die den Aufwand für eine Signalverarbeitung und -auswertung sowie Herstellungskosten reduzieren und hierbei eine zuverlässige Zustandsüberwachung der Maschine ermöglichen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine oder mindestens einer Komponente der Messmaschine. Die Messmaschine umfasst mindestens einen Sensor zur Erzeugung eines Ausgangssignals. Die Zustandsüberwachung kann die Schritte einer Zustandserfassung, eines Zustandsvergleichs und einer Diagnose umfassen. Die Zustandsüberwachung kann hierbei im Betrieb, insbesondere im Messbetrieb, der Messmaschine durchgeführt werden. Mit der Zustandsüberwachung verringert sich nicht nur die Wahrscheinlichkeit betriebskritischer Ausfälle, sondern es wird auch die Möglichkeit geschaffen, Ersatzteile und Reparaturpersonal im Voraus zu bestellen und Reparaturen so zu planen, dass sie während ohnehin geplanter Betriebsunterbrechungen durchgeführt werden können.
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Die Zustandsüberwachung kann auch als so genanntes „condition monitoring“ bezeichnet werden. Die Zustandsüberwachung kann der Instandhaltung der Messmaschine, insbesondere eines zustandsorientierten Instandhaltung, dienen.
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Durch die Zustandsüberwachung kann insbesondere ein Fehlzustand der Maschine oder einer Komponente detektiert werden. Ein Fehlzustand kann hierbei z.B. einen vom gewünschten Ideal-Zustand um mehr als ein vorbestimmtes Maß abweichenden Zustand bezeichnen. Weiter kann auch ein Fehlzustand lokalisiert, insbesondere eine fehlerhafte Komponente identifiziert, werden. Weiter kann ein Fehlzustand nach Art, Gefährlichkeit, Zeitverhalten charakterisieren werden. Weiter kann frühzeitig vor Ausfall gewarnt werden. Somit kann durch die Zustandsüberwachung einer Funktionsüberwachung technischer Systeme zur Gewährleistung der Funktionssicherheit als auch einer Strukturüberwachung zur Gewährleistung der Strukturintegrität dienen.
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Eine Komponente der Messmaschine kann ein Bauteil oder eine Gesamtheit von Bauteilen bezeichnen, die für die Funktion der Messmaschine, insbesondere zur Durchführung des Messbetriebs, notwendig sind. Beispielhaft kann eine Komponente eine Antriebseinrichtung, eine Lagereinrichtung, eine Führungseinrichtung zur Bewegungsführung oder eine Halteeinrichtung zur Befestigung von Bauelementen der Messmaschine sein. Selbstverständlich können auch andere Komponenten der Messmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht werden.
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Der Sensor dient hierbei zum Erzeugen der Messsignale in einem Messbetrieb der Messmaschine. Das Ausgangssignal kann ein Messsignal der Messmaschine zur Erfüllung der Messaufgabe sein. Der Sensor kann somit zwingend zur Durchführung des Messbetriebs notwendig sein. Er ist somit kein externer Sensor, also kein Sensor, der nicht zur Durchführung des Messbetriebs notwendig ist. Das Ausgangssignal kann auch einen zeitlichen Signalverlauf bezeichnen.
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Insbesondere kann die Messmaschine eine Koordinatenmessmaschine sein, deren Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Ausgangssignal Informationen über Raumkoordinaten und/oder Raumwinkel kodiert. Insbesondere können in Abhängigkeit des Ausgangssignals Raumkoordinaten für die Vermessung eines Messobjekts bestimmt werden.
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Beispielhafte Sensoren einer Messmaschine können z.B. zu einer Vielpunktaufnahme von Messpunkten geeignet sein. Beispielhafte Sensoren können hierbei sogenannte Messköpfte der Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH sein, z.B. ein sogenannter CZ VAST-, ein VAST XT-, ein VAST XXT-Messkopf sein. Derartige Messköpfe können auch als Scanning-Messköpfe bezeichnet werden. Auch geeignet sind sogenannte Touch-Trigger-Messköpfe. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise ein CZ RST-Messkopf sein, der ebenfalls von der Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH vertrieben wird.
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Die Messmaschine kann mindestens ein bewegliches Teil umfassen. Beispielsweise kann die Messmaschine eine Koordinatenmessmaschine in Portalbauweise oder in Ständerbauweise sein.
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Weiter wird der Sensor bewegt. Mit anderen Worten kann eine Position und/oder Orientierung des Sensors verändert werden, beispielsweise mittels mindestens einer Positioniereinrichtung. So können die Sensoren z.B. an einer Pinole befestigt sein, wobei diese über entsprechende Lagereinrichtungen und Antriebseinrichtungen entlang einer oder mehrerer Raumrichtungen bewegbar ist. Weiter wird das Ausgangssignal während der Bewegung des Sensors erzeugt.
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Somit kann der Sensor an einem beweglichen Teil der Messmaschine befestigt sein, der insbesondere im Messbetrieb relativ zu weiteren Teilen der Messmaschine bewegt wird. Alternativ oder kumulativ kann der Sensor mindestens ein bewegliches Teil oder einen beweglichen Abschnitt umfassen, der insbesondere im Messbetrieb relativ zu weiteren Teilen oder Abschnitten des Sensors bewegt werden kann. Das bewegliche Teil des Sensors kann beispielsweise ein Tastkopf sein. An einer Tastspitze des Tastkopfes kann ein kugelförmiges Tastelement angeordnet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch für Sensoren anwendbar, die über keinen beweglichen Abschnitt oder kein bewegliches Teil verfügen, insbesondere z.B. optische Sensoren, weiter insbesondere sogenannte optische Abstandssensoren.
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Die Relativbewegung kann hierbei z.B. induktiv, magnetfeldbasiert, optisch, piezoelektrisch, kapazitiv oder auf andere Weise erfasst werden. Auch kann eine Erfassung resistiv, z.B. über einen Messstreifen, durchgeführt werden. Das vom Sensor erzeugte Ausgangssignal kann insbesondere in Abhängigkeit der (Relativ-)Bewegung erzeugt werden und kann insbesondere Informationen über die (Relativ-)Bewegung kodieren.
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Insbesondere kann der Sensor also ein System mit dynamischen Eigenschaften, also ein schwingungsfähiges System, oder einen Teil eines solchen Systems bilden.
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Eigenschaften des dynamischen Systems, insbesondere dynamische Eigenschaften, können einerseits durch Eigenschaften des Sensors, beispielsweise eine Masse des beweglichen Teils oder Abschnitts, eine Dämpfung, z.B. durch eine Viskosität oder einen Wirbelstrom, und Reibungseigenschaften im Sensor, und eine Federsteifigkeit der Aufhängung bedingt sein. Auch können diese Eigenschaften durch einen Aktor des Sensors bedingt sein, der z.B. eine definierte Messkraft einstellen kann. Weiter können Eigenschaften des dynamischen Systems, insbesondere die dynamischen Eigenschaften, auch durch die weiteren Bauteile der Messmaschine bedingt sein, beispielsweise durch Eigenschaften der vorhergehend erläuterten Komponenten. Hierbei kann die Messmaschine oder eine Komponente in verschiedenen Zuständen verschiedene dynamische Eigenschaften aufweisen.
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Wird der Sensor bewegt, so können die insbesondere bei einer Beschleunigung oder bei einem Abbremsen wirkenden Kräfte den Sensor und/oder das bewegliche Teil bzw. den beweglichen Abschnitt des Sensors in Schwingungen versetzen. Diese Schwingungen können abhängig von den dynamischen Eigenschaften des Systems sein. Aufgrund der Abhängigkeit zwischen dynamischen Eigenschaften und Zustand der Messmaschinen können die Schwingungen somit auch abhängig von einem Zustand der Maschine bzw. einer Komponente der Maschine sein.
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Es ist jedoch auch möglich, den Sensor im Stillstand der Messmaschine in einen Schwingungszustand zu versetzen.
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Zumindest ein Anteil des vom Sensor erzeugten Ausgangssignals kann durch diese Schwingungen bedingt sein. Somit enthält das Ausgangssignal Informationen den Zustand der Messmaschine bzw. ihrer Komponenten.
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Selbstverständlich sind die Schwingungen aber auch abhängig von den dynamischen Eigenschaften des Sensors selbst. Diese können jedoch vorab bestimmt und dann bei der Zustandsüberwachung der Messmaschine berücksichtigt werden. Dynamische Eigenschaften des Sensors können beispielsweise über sogenannte Tarierverfahren bestimmt werden. Durch derartige Tarierverfahren können z.B. eine Masse des beweglichen Teils oder des beweglichen Abschnitts und/oder eine räumliche Orientierung dieses Teils/Abschnitts und/oder weitere dynamische Eigenschaften bestimmt werden. Bekannt sind hierbei aktive und passive Tarierverfahren. Durch diese Tarierverfahren können die dynamischen Eigenschaften direkt oder indirekt bestimmt werden. Die dynamischen Eigenschaften können hierbei nach jedem Wechsel des Sensors bestimmt werden.
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Weiter kann ein Überwachungssignal erzeugt werden. Insbesondere kann das Ausgangssignal ausgewertet werden, wobei als Resultat der Signalauswertung ein oder kein Überwachungssignal erzeugt wird. Durch die Signalauswertung kann hierbei der vorhergehend erläuterte Schritt des Zustandsvergleichs und/oder der Schritt der Diagnose oder ein Teilschritt davon durchgeführt werden. Hierzu kann der Fachmann ihm bekannte Arten und/oder Verfahren der Signalauswertung anwenden.
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Das Überwachungssignal kann insbesondere einen fehlerfreien Zustand der Messmaschine oder einer Komponente der Messmaschine, einen wartungsbedürftigen Zustand oder einen fehlerhaften Zustand kodieren. Weiter kann das Überwachungssignal auch eine Signaleigenschaft des Ausgangssignals kodieren.
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Alternativ kann das Überwachungssignal im fehlerfreien Zustand ein Referenzsignal bilden, z.B. einen Referenzwert aufweisen. Insbesondere in diesem Fall kann das Überwachungssignal dem Ausgangssignal entsprechen. Im wartungsbedürftigen Zustand oder im fehlerhaften Zustand kann sich das Überwachungssignal im Vergleich zum Referenzsignal verändern. Abweichungen des Überwachungssignals von dem Referenzsignal können somit den Zustand kodieren. Je nach Art und/oder Höhe der Abweichung kann bestimmt werden, welcher Zustand vorliegt, z.B. ob bereits ein defekter Zustand vorliegt oder ein baldiger Ausfall erfolgt.
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Dieses Überwachungssignal kann an eine externe Einrichtung übermittelt werden, beispielsweise an eine Server-Einrichtung. Auch kann das Überwachungssignal von einer Ausgabeeinrichtung der Messmaschine, beispielsweise von einer Anzeigeeinrichtung oder einer Audioausgabeeinrichtung, ausgegeben werden. In Abhängigkeit des Überwachungssignals kann dann eine Reparatur oder Wartung, z.B. eine Justage, der Messmaschine durchgeführt werden. Alternativ oder kumulativ kann eine Wartung oder Reparatur der Messmaschine vorbereitet werden, z.B. indem ein auszutauschendes Ersatzteil bereitgestellt, insbesondere bestellt, wird.
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Die Zustandsüberwachung kann hierbei wiederholt durchgeführt werden. Insbesondere kann die Zustandsüberwachung nach Ablauf vorbestimmter Zeitintervalle durchgeführt werden. Es ist möglich, dass ein Nutzer zur Durchführung der Zustandsüberwachung aufgefordert wird, z.B. durch ein entsprechendes Signal.
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In Abhängigkeit dieses Überwachungssignals kann ein Betrieb der Messmaschine gesteuert werden. Beispielsweise kann bei einem fehlerhaften Zustand der Messmaschine ein Betrieb der Messmaschine unterbrochen oder verhindert werden. Bei einem wartungsbedürftigen Zustand können beispielsweise maximal zulässige Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und/oder Wegstrecken im Vergleich zum fehlerfreien Zustand reduziert werden. Somit wird auch ein Verfahren zum Betrieb der Messmaschine beschrieben.
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Als Ergebnis ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Verfahren, welches eine einfache und zuverlässige Zustandsüberwachung einer Messmaschine ermöglicht, wobei Herstellungskosten zur Realisierung dieser Zustandsüberwachung reduziert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Ausgangssignal von einem taktilen Sensor erzeugt. Der taktile Sensor dient hierbei zur Erzeugung von Messsignalen durch eine Berührung eines Messobjekts. Ein taktiler Sensor umfasst in der Regel einen beweglichen Abschnitt oder ein bewegliches Element, insbesondere eine Tastspitze.
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Alternativ kann das Ausgangssignal von einem optischen Sensor erzeugt werden. Der optische Sensor kann z.B. ein Abstandssensor sein, z.B. ein konfokaler Weißlichtsensor oder ein Lasertriangulationssensor.
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Ein optischer Sensor verfügt in der Regel über kein dynamisch anregbares Bauteil. In diesem Fall können die Messsignale, die zur Zustandsüberwachung der Messmaschine erzeugt werden, insbesondere in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen dem Ausgangssignal und einem vorbestimmten Soll-Ausgangssignal bestimmt werden, wobei das Ausgangssignal insbesondere einen Abstand kodieren kann.
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Beispielsweise kann der Sensor bei der Bewegung entlang einer vorbestimmten Referenz-Messtrajektorie bewegt werden, wobei das Soll-Ausgangssignal des Sensors während dieser Bewegung vorbekannt sind. Beispielsweise kann der Sensor in vorbestimmter Weise auf ein Referenz-Messobjekt zu oder von einem Referenz-Messobjekt weg bewegt werden. Diese können z.B. in einem Kalibrierdurchlauf oder durch eine Simulation bestimmt werden. Auch kann das Soll-Ausgangssignal in Abhängigkeit von Positionsinformationen der beweglichen Teile der Messmaschine bestimmt werden.
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Abweichungen zwischen dem tatsächlich erzeugten Ausgangssignal und dem vorbekannten Soll-Ausgangssignal können durch Schwingungen des optischen Sensors bedingt sein. Diese Schwingungen können wiederum, wie vorhergehend erläutert, Informationen über den Zustand der Messmaschine enthalten. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein breites Einsatzspektrum des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens eine Signaleigenschaft des Ausgangssignals bestimmt. Die Signaleigenschaft kann im Zeitbereich bestimmt werden und beispielsweise eine Amplitude oder ein Mittelwert sein. Alternativ und vorzugsweise ist die Signaleigenschaft im Frequenzbereich bestimmt. Somit kann die Signaleigenschaft eine Eigenschaft des Signals im Frequenzbereich sein, beispielsweise eine spektrale Leistungsverteilung des Ausgangssignals, oder ein Energiegehalt des Ausgangssignals an mindestens einer vorbestimmten Frequenz. Beispielsweise kann eine Frequenzanalyse zur Bestimmung der Signaleigenschaft durchgeführt werden.
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Auch kann die Signaleigenschaft ein Energiegehalt des Ausgangssignals an einer vorbestimmten Ordnung sein, wobei eine Ordnung ein Vielfaches einer Basisfrequenz ist. Die Basisfrequenz kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Drehzahl einer Antriebseinrichtung der Messmaschine bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Ordnungsanalyse zur Bestimmung der Signaleigenschaft durchgeführt werden.
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Weiter kann die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit der mindestens einen Signaleigenschaft durchgeführt werden. Beispielsweise kann die mindestens eine Signaleigenschaft mit vorbestimmten Soll-Werten verglichen werden, wobei die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit des Vergleichs durchgeführt wird. Z.B. können der vorgehend erläuterte Zustandsvergleich und die Diagnose in Abhängigkeit der Signaleigenschaft durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Überwachungssignal in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der Signaleigenschaft und dem Soll-Wert erzeugt werden. Auch kann eine vorbestimmte und/oder adaptive Zuordnung zwischen der mindestens einen Signaleigenschaft und einem Zustand der Messmaschine oder zu einem Zustand einer bestimmten Komponente der Messmaschine existieren. Diese Zuordnung kann z.B. durch Kalibration oder Simulationsverfahren bestimmt werden. Somit kann in Abhängigkeit der mindestens einen Signaleigenschaft der Zustand bestimmt und in Abhängigkeit des Zustands das Überwachungssignal erzeugt werden.
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Selbstverständlich können auch mehrere Signaleigenschaften bestimmt werden, wobei die Zustandsüberwachung dann in Abhängigkeit dieser mehreren Eigenschaften durchgeführt wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Zustandsüberwachung schwellwertbasiert durchgeführt. Insbesondere kann die mindestens eine Signaleigenschaft bestimmt und mit einem entsprechenden Schwellwert verglichen werden. Auch kann die Eigenschaft mit mehreren voneinander verschiedenen Schwellwerten verglichen werden. Beispielsweise kann das Überwachungssignal in Abhängigkeit einer Abweichung der Signaleigenschaft von verschiedenen Schwellwerten erzeugt werden. Auch kann eine vorbestimmte und/oder adaptive Zuordnung zwischen der Abweichung der Signaleigenschaft von einem oder mehreren Schwellwerten und einem Zustand der Messmaschine oder zu einem Zustand einer bestimmten Komponente der Messmaschine existieren. Z.B. können Zustände der Messmaschine oder deren Komponenten bestimmten Wertebereichen der mindestens einen Signaleigenschaft zugeordnet sein. Diese Zuordnung kann z.B. durch Kalibration oder Simulationsverfahren bestimmt werden. Somit kann in Abhängigkeit der mindestens einen Signaleigenschaft der Zustand bestimmt und in Abhängigkeit des Zustands das Überwachungssignal erzeugt werden.
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Durch die Schwellwerte kann somit eine einfache und zuverlässige Bestimmung eines Zustands erfolgen. Die Schwellwerte können, wie auch die vorhergehend erläuterte Zuordnung, vorbestimmt sein und beispielsweise durch Kalibration oder Simulation bestimmt werden. Selbstverständlich können die Schwellwerte jedoch auch adaptiv sein und, insbesondere während der Laufzeit oder Lebenszeit der Messmaschine angepasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Signaleigenschaft eine Frequenzeigenschaft des Ausgangssignals bestimmt. In diesem Fall kann die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit von Frequenzeigenschaften der Ausgangssignale durchgeführt werden. Insbesondere kann ein Spektrum des Ausgangssignals bestimmt werden. Weiter kann die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit von spektralen Eigenschaften des Ausgangssignals durchgeführt werden.
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So können beispielsweise verschiedene Zustände der Messmaschine oder verschiedene Zustände von Komponenten vorbestimmten Frequenzeigenschaften zugeordnet sein.
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Eine Frequenzeigenschaft kann beispielsweise ein spektraler Leistungswert an einer vorbestimmten Frequenz sein. Eine Frequenzeigenschaft kann beispielsweise auch eine Eigenschaft einer spektralen Leistungsverteilung sein, insbesondere also einer Verteilung der Spektralleistung über die Frequenzen des gesamten Frequenzbereichs oder über die Frequenzen eines vorbestimmten Teilbereichs des gesamten Frequenzbereichs.
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So kann beispielsweise ein defekter oder wartungsbedürftiger Zustand der Messmaschine oder einer bestimmten Komponente detektiert werden, wenn ein Energiegehalt, eine spektrale Leistung bzw. ein Einzelwert oder Mittelwert in einem vorbestimmten Frequenzbereich oder an einer vorbestimmten Frequenz höher als oder niedriger als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und robuste Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Ausgangssignal oder die mindestens eine Signaleigenschaft mehrfach, mit anderen Worten wiederholt, bestimmt. Weiter können mehrere Ausgangssignale bzw. Signaleigenschaften gespeichert werden, beispielsweise in einer geeigneten Speichereinrichtung. Weiter wird die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit einer Änderung des Ausgangssignals oder einer Änderung der mindestens einen Signaleigenschaft des Ausgangssignals durchgeführt. Beispielsweise kann ein fehlerfreier Zustand detektiert werden, wenn vor der Erzeugung des Ausgangssignals ein fehlerfreier Zustand vorlag und sich das Ausgangssignal oder die mindestens eine Signaleigenschaft nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert. Ein wartungsbedürftiger oder defekter Zustand kann in diesem Fall detektiert werden, wenn sich das Ausgangssignal oder die mindestens eine Signaleigenschaft mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert. Das vorbestimmte Maß kann hierbei durch Kalibration oder Simulation bestimmt werden. Auch kann das vorbestimmte Maß adaptiv sein.
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Die Ausgangssignale können nach jeder Bestimmung/Erzeugung gespeichert werden. Weiter können die Ausgangssignale oder die mindestens eine Signaleigenschaft messmaschinenspezifisch gespeichert werden. Hierzu kann den Ausgangssignalen oder der Signaleigenschaft eine messmaschinenspezifische Kennung zugeordnet werden, die ebenfalls gespeichert werden kann.
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Die Speicherung kann hierbei lokal, beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Messmaschine, erfolgen. Alternativ ist es möglich, dass die Ausgangssignale oder die mindestens eine Signaleigenschaft dezentral, beispielsweise in einer externen, globalen Speichereinrichtung, insbesondere einer sogenannten Cloud-Speichereinrichtung, gespeichert werden. Während des Verfahrens können, beispielsweise durch eine Auswerteeinrichtung, dann die gespeicherten Informationen abgerufen und in Abhängigkeit der derart abgerufenen Informationen die Zustandsüberwachung durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässigere Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in Abhängigkeit des Ausgangssignals ein Zustand der Messmaschine oder ein Zustand einer Komponente der Messmaschine bestimmt. Der Zustand kann ein Betriebszustand sein. Weiter wird die Zustandsüberwachung zustandsabhängig durchgeführt. Hierbei kann der Zustand in Abhängigkeit des Ausgangssignals und/oder der mindestens einen Signaleigenschaft und/oder der Änderung der Signaleigenschaft bestimmt werden. Beispielhafte Zustände wurden vorhergehend erläutert. Selbstverständlich können noch weitere Zustände existieren. Beispielsweise kann ein Überwachungssignal erzeugt werden, welches den derart bestimmten Zustand oder Informationen darüber kodiert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Zustand in Abhängigkeit einer Zuordnung zwischen Zuständen der Messmaschine bzw. Zuständen von Komponenten der Messmaschine, dem Ausgangssignal und/oder mindestens einer Signaleigenschaft und/oder einer Änderung von mindestens einer Signaleigenschaft bestimmt. Beispielsweise können verschiedene Zustände der Messmaschine oder einer Komponente verschiedenen Leistungsniveaus in vorbestimmten Frequenzbereichen zugeordnet sein.
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Die Zuordnung kann hierbei vorbekannt und/oder adaptiv sein. Die Zuordnung kann hierbei eine messmaschinenspezifische Zuordnung sein. Alternativ kann die Zuordnung eine messmaschinenunspezifische, insbesondere eine messmaschinentypspezifische, Zuordnung sein. Im ersten Fall wird die Zuordnung nur für die Zustandsüberwachung bei einer einzelnen Messmaschine genutzt, während im letzteren Fall die Zuordnung für die Zustandsüberwachung bei mehreren Messmaschinen, insbesondere des gleichen Typs, genutzt wird. Insbesondere in diesem Fall kann die Zuordnung in einer dezentralen Speichereinrichtung, z.B. in einem so genannten Cloud-Speicher, gespeichert sein, wobei die Information zur Zustandsüberwachung mehrerer Messmaschinen abgerufen werden können, z.B. durch eine dezentrale Auswerteeinrichtung zur Zustandsüberwachung mehrerer Messmaschinen oder durch mehrere messmaschinenspezifische Auswerteei n richtu ngen.
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Hierbei können Ausgangssignale einer einzelnen Messmaschine oder mehrerer Messmaschinen, insbesondere des gleichen Typs, bei der Bestimmung der Zuordnung, insbesondere also auch bei den selbstlernenden Verfahren, berücksichtigt werden. Wie vorhergehend erläutert, kann eine vorbestimmte oder adaptive Zuordnung zwischen Signaleigenschaft und/oder von dessen Änderung und Zuständen existieren. Diese Zuordnung kann eine eindeutige Zuordnung sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Zuordnung eine adaptive Zuordnung. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sich die Zuordnung zwischen Ausgangssignal oder dessen Signaleigenschaft und einem Zustand über eine Laufzeit (Lebenszeit) der Messmaschine verändert. Hierbei kann die Zuordnung über die Laufzeit mindestens einmal verändert werden, z.B. durch eine Nutzerinteraktion oder über ein selbstlernendes Verfahren. Bei einer solchen Änderung können Änderungen, die sich während der Laufzeit der Messmaschine ergeben, berücksichtigt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine höhere Zuverlässigkeit bei der Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Zustandsänderung einer Messmaschine durchgeführt. Die Zustandsänderung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem eine Wartung, z.B. eine Justage, oder eine Reparatur der Messmaschine, z.B. die Ersetzung mindestens einer Komponente der Messmaschine, durchgeführt wird. Eine solche Zustandsänderung kann auch als aktive Zustandsänderung beschrieben werden. Weiter wird das Ausgangssignal oder die mindestens eine Signaleigenschaft nach der aktiven Zustandsänderung bestimmt. Weiter wird die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit der Änderung des Ausgangssignals/der mindestens einen Signaleigenschaft durch die aktive Zustandsänderung durchgeführt werden.
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Weiter kann die Art der Zustandsänderung, beispielsweise also ein Lagertausch oder ein Antriebstausch, sowie das Ausgangssignal oder die mindestens eine Signaleigenschaft nach der Zustandsänderung gespeichert, z.B. in einer lokalen oder globalen Speichereinrichtung. Auch kann die Änderung des Ausgangssignals/der Signaleigenschaft gespeichert werden.
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Insbesondere kann die Zuordnung zwischen Ausgangsignal bzw. Signaleigenschaft und Zuständen in Abhängigkeit der Änderung des Ausgangssignals/der Signaleigenschaft durch die aktive Zustandsänderung angepasst werden. Die Zustandsänderung kann hierbei bei der Messmaschine selbst oder bei einer weiteren Messmaschine, insbesondere des gleichen Typs, durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Zuordnung also eine adaptive Zuordnung sein.
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Insbesondere kann für eine vorbestimmte Menge von Ausgangssignalen, z.B. durch einen Nutzer, eine ausgangssignalspezifische Zuordnung der Ausgangssignale oder Signaleigenschaften der Ausgangssignale zu Zuständen erfolgen. Durch entsprechende selbstlernende Verfahren kann dann eine allgemeine Zuordnung bestimmt werden, die die Zustandsbestimmung auch für davon verschiedene Ausgangssignale oder Signaleigenschaften ermöglicht.
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Das nach der erläuterten Zustandsänderung erzeugte Ausgangssignal bzw. dessen Signaleigenschaft(en) kann dann dem durch die Zustandsänderung hergestellten Zustand zugeordnet werden. Diese neue Zuordnung kann wiederum der vorhergehend erläuterten Menge von bekannten ausgangssignalspezifischen Zuordnungen hinzugefügt werden, wobei dann wiederum erneut ein selbstlernendes Verfahren angewendet werden kann, um die allgemeine Zuordnung zu aktualisieren. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Bestimmung von Zuständen für eine Messmaschine oder mehrere Messmaschinen, insbesondere des gleichen Typs.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Zuordnung in Abhängigkeit der Ausgangssignale mehrerer Messmaschinen oder deren Signaleigenschaften bestimmt. Insbesondere kann eine Zuordnung in Abhängigkeit der Ausgangssignale mehrerer Messmaschinen oder deren Signaleigenschaften bestimmt werden. Die Ausgangssignale der mehreren Messmaschinen können beispielsweise dezentral gespeichert werden. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässigere Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Ausgangssignal während einer Überwachungsfahrt mindestens eines beweglichen Teils der Messmaschine erzeugt. Die Überwachungsfahrt wird mit einem vorbestimmten Bewegungsprofil durchgeführt. Hierbei kann während der Überwachungsfahrt eine vorbestimmte Trajektorie abgefahren werden. Alternativ oder kumulativ kann die Überwachungsfahrt mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverlauf durchgeführt werden. Alternativ oder kumulativ kann die Überwachungsfahrt mit einem vorbestimmten Beschleunigungsverlauf durchgeführt werden. Vorzugsweise kann zumindest ein Teil der Überwachungsfahrt mit einem rampenförmigen Geschwindigkeitsverlauf durchgeführt werden. Dies kann bedeuten, dass zumindest in einem Teil der Überwachungsfahrt eine konstante positive oder negative Beschleunigung des beweglichen Teils erfolgt.
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Es ist möglich, dass jedes bewegliche Teil der Messmaschine oder aber nur ausgewählte bewegliche Teile der Messmaschine während der Überwachungsfahrt jeweils mit einem vorbestimmten Bewegungsprofil bewegt werden. Insbesondere kann jede Linearachse einer Koordinatenmessmaschine mit einem vorbestimmten Bewegungsprofil bewegt werden.
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Vorzugsweise wird die Überwachungsfahrt wiederholt, also mindestens zweimal, durchgeführt. Weiter wird für ausgewählte, jedoch nicht alle, oder aber für alle Überwachungsfahrten jeweils das Ausgangssignal oder Eigenschaften des entsprechenden Ausgangssignals bestimmt. Diese können auch gespeichert werden. Weiter kann die Zustandsüberwachung dann (zusätzlich) in Abhängigkeit der Änderung der derart erzeugten Ausgangssignale oder Signaleigenschaften durchgeführt werden.
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Die Überwachungsfahrt kann insbesondere eine Referenzfahrt der Messmaschine sein. Eine Referenzfahrt bezeichnet hierbei eine Fahrt an eine vorbestimmten Nullposition/Nulllage der Messmaschine, wobei nach der Referenzfahrt die Position/Lage der Messmaschine relativ zu dieser Nullposition/Nulllage bestimmt wird. Insbesondere können Zählerstände von Positionssensoren, welche zur Ermittlung einer Position genutzt werden, in der Nullposition/Nulllage auf den Wert „Null“ gesetzt werden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Zustandsüberwachung der Messmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Zustandsüberwachung eine sensorspezifische Zustandsüberwachung. Insbesondere kann die Auswertung des Ausgangssignals/der Ausgangssignale oder der Signaleigenschaft(en) sensorspezifisch durchgeführt werden. Wie vorhergehend erläutert, können verschiedene Sensoren verschiedene dynamische Eigenschaften aufweisen, wobei diese Eigenschaften das Ausgangssignal in verschiedener Art und Weise beeinflussen können. Durch eine sensorspezifische Auswertung können diese dynamischen Eigenschaften berücksichtigt werden und somit eine zuverlässigere Zustandsüberwachung der Messmaschine erfolgen. Insbesondere ist es möglich, dass durch die dynamischen Eigenschaften des Sensors bedingte Signalanteile des Ausgangssignals bei der Signalauswertung reduziert oder eliminiert werden, beispielsweise durch geeignete Signalverarbeitungsverfahren.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine mit mindestens einem Sensor, insbesondere einem beweglichen Sensor. Hierbei umfasst die Vorrichtung den Sensor und mindestens eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung kann eine Recheneinrichtung umfassen. Die Recheneinrichtung kann hierbei zumindest einen Mikrocontroller umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Weiter ist der mindestens eine Sensor bewegbar, wobei mittels des mindestens einen Sensors ein Ausgangssignal erzeugbar ist.
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Erfindungsgemäß ist mittels der Auswerteeinrichtung die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit der Ausgangssignale durchführbar. Mittels der Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Zustandsüberwachung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchführbar. Somit ist die Vorrichtung derart konfiguriert, dass ein entsprechendes Verfahren mittels der Vorrichtung ausführbar ist.
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Weiter kann die Vorrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung zur Bewegung des Sensors umfassen.
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Auch beschrieben wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch einen Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine durchzuführen. Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen codiert, die das Programm repräsentieren und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, zum Beispiel ein elektrisches Signal sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird.
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Weiter kann das Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Messmaschine ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können zum Beispiel ein, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann zum Beispiel zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere ein Prozessor, und zum Beispiel zumindest eine Speichereinrichtung umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, zum Beispiel elektronisch und oder optisch. Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein.
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Auch beschrieben wird ein Verfahren zur Verwendung eines Sensors einer Messmaschine zur Zustandsüberwachung der Messmaschine. Der Sensor kann an einer Messmaschine angeordnet werden, z.B. an einem beweglichen Teil. Weiter wird der Sensor bewegt. Weiter wird ein Ausgangssignal des Sensors erzeugt. Weiter wird eine Zustandsüberwachung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen in Abhängigkeit des Ausgangssignals durchgeführt.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Messmaschine mit einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung,
- 2 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine schematische Ansicht eines Spektrums eines Ausgangssignals,
- 4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform und
- 5 ein beispielhaftes Flussdiagramm einer Anpassung der Zuordnung.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer als Koordinatenmessmaschine ausgebildeten Messmaschine 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Messmaschine 1. Die Messmaschine 1 ist in Portalbauweise ausgebildet. Dargestellt ist ein Messtisch 2 sowie entlang einer lateralen Achse y ein verfahrbares Portal. Das Portal 3 weist zwei Säulen 4 auf, wobei diese verfahrbar auf dem Messtisch 2 gelagert sind. Weiter ist zwischen den beiden freien Enden der Säule 4 eine sogenannte Traverse 5 gelagert. Entlang der Traverse ist ein Schlitten 7 beweglich gelagert, insbesondere entlang einer longitudinalen Achse x. An dem Schlitten 7 ist eine Pinole 6 entlang einer vertikalen Achse z beweglich gelagert. An der Pinole 6 wiederum ist ein Sensor 8 befestigt, der in 1 vergrößert dargestellt ist. Der Sensor 8 umfasst einen ortsfest an der Pinole 6 befestigten Messkopf 9 sowie einen beweglichen Messteller 10. Der Messteller 10 umfasst einen Taststift 11 mit einer an dem freien Ende angeordneten Tastkugel 12.
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Das Portal 3, der Schlitten 7 und die Pinole 6 und der Messteller 10 bilden bewegliche Komponenten der Messmaschine 1. Weitere Komponenten können die für die Bewegung notwendigen Antriebseinrichtungen und Lagereinrichtungen sein (nicht dargestellt).
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Mit dem Taststift 11 und der Tastkugel 12 können Messobjekte an- oder abgetastet, also gescannt, werden, um diese zu vermessen. Für das An- oder Abtasten können die beweglichen Komponenten der Messmaschine 1 entlang der Achsen x, y, z bewegt werden, wodurch auch der Sensor 8 bewegt wird. Weiter kann beim An- oder Abtasten auch der Messteller 10 relativ zu dem Messkopf 9 ausgelenkt werden. In Abhängigkeit dieser Auslenkung kann ein Ausgangssignal des Sensors 8 erzeugt werden. Dieses Messsignal kodiert die Auslenkung und, in Zusammenschau mit Informationen über die Position der entlang der Achsen x, y, z verfahrbaren Komponenten der Messmaschine 1 eine Raumkoordinate eines Messpunktes in einem messmaschinenspezifischen Referenzkoordinatensystem. Der Messkopf 9, insbesondere der Messteller 10, weist dynamische Eigenschaften, z.B. eine Trägheit, eine Dämpfung und eine Steifigkeit auf. Bei der Beschleunigung der beweglichen Komponenten der Messmaschine 1 kann der Messteller 10 des Sensors 8 in Schwingungen versetzt werden. Das Schwingungsverhalten des Messtellers 10 wird hierbei einerseits durch dynamische Eigenschaften des Messtellers 10 selbst, aber auch durch Eigenschaften und somit Zustände der Messmaschine 1 oder ihrer Komponenten bedingt. Beispielsweise kann eine defekte Lagereinrichtung einer beweglichen Komponente der Messmaschine 1 ein anderes Schwingungsverhalten des Messtellers 10 als ein fehlerfreies Lager bedingen. Entsprechendes gilt für eine nicht vollständig funktionsfähige Antriebseinrichtung für die beweglichen Komponenten der Messmaschine 1. Somit enthalten die Ausgangssignale des Messkopfes 9 während einer Bewegung des Messkopfes 9 Informationen über einen Zustand der Messmaschine 1, insbesondere über Zustände von Komponenten der Messmaschine 1, z.B. Lager- und Antriebseinrichtungen.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform der Messmaschine 1 sowie des Messkopfes 9 ist rein exemplarisch. Es ist z.B. auch möglich, dass die Messmaschine 1 derart ausgebildet ist, dass der Messkopf 9 im Raum rotiert werden kann, insbesondere mit mehreren Freiheitsgraden. Auch kann der Messkopf 9 kann auch einen optischen Sensor (nicht dargestellt) umfassen, insbesondere anstelle des Messtellers 10.
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Weiter ist in 1 schematisch eine Auswerteeinrichtung 13 dargestellt, die Ausgangssignale des Sensors 8 auswerten und die Zustandsüberwachung der Messmaschine 1 durchführen kann. Die Auswerteeinrichtung 13 kann als Mikrocontroller ausgeführt sein oder einen solchen umfassen. Weiter dargestellt ist eine Speichereinrichtung 14, in der zur Zustandsüberwachung notwendige Informationen, beispielsweise Schwellwerte und/oder eine Zuordnung zwischen Signaleigenschaften und Zuständen der Messmaschine 1 oder Zuständen der Komponenten der Messmaschine 1 abgespeichert sind.
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Diese Informationen können durch die Auswerteeinrichtung 13 bei der Durchführung des Verfahrens abgerufen werden. Die Auswerteeinrichtung 13 kann hierbei eine Auswerteeinrichtung 13 der Messmaschine sein (lokale Auswerteeinrichtung). Auch kann die Auswerteeinrichtung 13 eine externe, globale Auswerteeinrichtung sein, die mit dem Sensor daten- und/oder signaltechnisch verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 13 kann in diesem Fall beispielsweise die Zustandsüberwachung von mehreren Messmaschinen 1 durchführen.
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Auch die Speichereinrichtung 14 kann eine Speichereinrichtung 14 der Messmaschine 1 sein (lokale Speichereinrichtung). Alternativ kann die Speichereinrichtung 14 eine externe, globale Speichereinrichtung sein, deren Informationen zur Zustandsüberwachung von mehreren Messmaschinen 1 abgerufen werden können.
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2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung durchgeführt, beispielsweise wie es in 1 dargestellt ist.
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Das Ausgangssignal (Messsignal) kann bei einem Betrieb der Messmaschine 1 erzeugt werden, insbesondere bei einer Überwachungsfahrt. Hierbei können während der Überwachungsfahrt eine, mehrere, aber nicht alle, oder aber alle beweglichen Komponenten der Messmaschine 1 bewegt werden. Die Bewegung mehrerer beweglicher Komponenten kann simultan oder aber sequentiell erfolgen. Insbesondere ist es möglich, eine Überwachungsfahrt entlang der longitudinalen Achse x, entlang der lateralen Achse y sowie entlang der vertikalen Achse z unabhängig voneinander durchzuführen. Bei anderen Ausführungsformen der Messmaschine 1 kann auch eine Fahrt um eine oder mehrere Rotationsachse(n) durchgeführt werden. Während der Überwachungsfahrt erfolgt vorzugsweise keine An- oder Abtastung eines Messobjekts.
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Die Überwachungsfahrt kann mit einem vorbestimmten Bewegungsprofil, insbesondere mit einem vorbestimmten Beschleunigungsprofil, durchgeführt werden. Das Beschleunigungsprofil der Überwachungsfahrt kann beispielsweise derart gewählt werden, dass zumindest ein Teil der Überwachungsfahrt mit linear steigender oder mit linear sinkender Geschwindigkeit durchgeführt wird.
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In einem zweiten Schritt S2 wird eine Zustandsüberwachung der Messmaschine 1 in Abhängigkeit des während der Überwachungsfahrt erzeugten Ausgangssignals durchgeführt.
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In dem zweiten Schritt S2 kann beispielsweise mindestens eine Signaleigenschaft des Ausgangssignals bestimmt werden. Vorzugsweise werden Frequenzeigenschaften des Ausgangssignals bestimmt. Z.B. kann im zweiten Schritt S2 ein Spektrum des Ausgangssignals bestimmt werden, wobei die Zustandsüberwachung dann in Abhängigkeit von Eigenschaften des Spektrums des Ausgangssignals durchgeführt wird. Insbesondere können im zweiten Schritt S2 vorbestimmte Signaleigenschaften mit eigenschaftsspezifischen Schwellwerten verglichen werden. Je nach Ergebnis des Vergleichs kann dann ein fehlerfreier Zustand, ein servicebedürftiger Zustand oder ein defekter Zustand der Messmaschine 1 oder einer Komponente der Messmaschine 1 detektiert werden.
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Weiter kann in einem dritten Schritt S3 ein Zustandssignal erzeugt werden. Dieses Zustandssignal kann einen Zustand repräsentieren, beispielsweise also den fehlerfreien Zustand, den servicebedürftigen Zustand oder den defekten Zustand. Weiter kann das Zustandssignal auch eine Kennung der Komponente kodieren, deren Zustand in dem Zustandssignal kodiert wird.
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In Abhängigkeit dieses Zustandssignals kann dann ein Betrieb der Messmaschine 1 gesteuert werden. Beispielsweise kann bei einem servicebedürftigen Zustand der Messmaschine 1 oder einer Komponente eine maximal zulässige Bewegungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einem fehlerfreien Zustand reduziert werden. Bei einem defekten Zustand kann ein Betrieb der Messmaschine 1 unterbrochen oder verhindert werden.
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Weiter kann, insbesondere bei einem servicebedürftigen oder defekten Zustand, ebenfalls eine Information an eine entsprechende externe Serviceeinrichtung generiert und gesendet werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Service der Messmaschine 1 zeitnah, insbesondere vor dem Ausfall, durchgeführt werden.
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3 zeigt ein exemplarisches Spektrum eines Ausgangssignals, welches zur Zustandsüberwachung der Messmaschine 1 (siehe 1) genutzt wird. Das Spektrum zeigt das Spektrum des Ausgangssignals des Sensors 8, wenn die Messmaschine 1 mit einem vorbestimmen Bewegungsprofil, insbesondere einer linear ansteigenden Geschwindigkeit, entlang der longitudinalen Achse x bewegt wird.
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Hierbei ist auf der Ordinate ein Weg, eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung aufgetragen. Auf der Abszisse ist ein Frequenzwert oder die Ordnung bezogen auf eine Basisfrequenz dargestellt. Die verschieden schraffierten Bereiche repräsentieren verschiedene Amplituden des entsprechenden Signals. Der Übersichtlichkeit halber sind nur vier verschiedene Leistungsniveaus dargestellt, wobei selbstverständlich mehr als vier Leistungsniveaus existieren können. Insbesondere kann auch ein kontinuierlicher Verlauf der Amplituden vorliegen. Ein nicht schraffierter Bereich stellt hierbei eine niedrigste Amplitude dar. Ein gepunktet schraffierter Bereich stellt eine zweitniedrigste Amplitude dar. Ein längsschraffierter Bereich stellt eine zweithöchste Amplitude dar. Ein kreuzschraffierter Bereich stellt die höchste Amplitude dar.
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Zu erkennen sind hohe Leistungsniveaus bei einer ersten Frequenz f1, die einer Eigenfrequenz der Messmaschine 1 entsprechen kann. Weiter erkennbar sind diagonalstreifenförmige Abschnitte im Spektrum, die Bereiche mit dem zweithöchsten oder dem zweitniedrigsten Leistungsniveau umfassen. Diese Leistungsniveaus könne beispielhaft durch einzelne Komponenten der Messmaschine 1 erzeugt werden, z.B. durch ein dynamisches Verhalten von Antriebs- oder Lagereinrichtungen. Eine Veränderung, z.B. eine Verschiebung, eines dieser streifenförmigen Abschnitte und/oder eine Änderung der Amplitude kann eine Veränderung eines Zustands der entsprechenden Komponente bedeuten.
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In 4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Hierbei wird im ersten Schritt S1 ein Ausgangssignal erzeugt, beispielsweise während einer Überwachungsfahrt. Im zweiten Schritt S2 wird die Zustandsüberwachung der Messmaschine 1 durchgeführt, insbesondere indem eine Signaleigenschaft des Ausgangssignals bestimmt wird. Dieses Ausgangssignal und/oder die mindestens eine Signaleigenschaft, insbesondere die Frequenzeigenschaft, kann in einem dritten Schritt S3 gespeichert werden, beispielsweise in der in 1 dargestellten Speichereinrichtung 14. In einem vierten Schritt S4 wird die im ersten Schritt S1 durchgeführte Überwachungsfahrt erneut durchgeführt, insbesondere mit dem gleichen Bewegungsprofil. In einem fünften Schritt S5 kann das im vierten Schritt S4 erzeugte Ausgangssignal mit dem im ersten Schritt S1 erzeugen Ausgangssignal verglichen werden. Alternativ oder kumulativ kann im fünften Schritt S5 ebenfalls mindestens eine Signaleigenschaft bestimmt werden, wobei diese dann mit der im zweiten Schritt S2 bestimmten und im dritten Schritt S3 abgespeicherten Signaleigenschaft verglichen wird. In einem sechsten Schritt S6 kann die im fünften Schritt bestimmte Signaleigenschaft gespeichert werden. Weiter kann im sechsten Schritt S6 ein Zustandssignal erzeugt werden.
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Weiter kann die Zustandsüberwachung in Abhängigkeit einer Änderung des Ausgangssignals bzw. der Signaleigenschaft durchgeführt werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass sich die mindestens eine Signaleigenschaft um mehr als ein vorbestimmtes Maß geändert hat, so kann ein vom bisherigen Zustand abweichender Zustand detektiert werden und ein entsprechendes Zustandssignal erzeugt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Zuordnung zwischen Zuständen und verschiedenen Ausgangssignalen oder Signaleigenschaften von Ausgangssignalen und/oder zwischen Zuständen und verschiedenen Änderungen von Ausgangssignalen/Signaleigenschaften existieren, wobei diese Zuordnung ausgewertet werden kann, um die Zustandsüberwachung durchzuführen. Weiter kann eine Zuordnung zwischen verschiedenen Zuständen und Zustandssignalen existieren, wobei diese Zuordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen ausgewertet werden kann.
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Diese Zuordnung kann durch entsprechende Messungen, Berechnungen, Kalibrierverfahren oder Simulationsverfahren bestimmt werden. Auch kann diese Zuordnung eine adaptive Zuordnung sein.
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In 5 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm einer Anpassung einer solchen Zuordnung dargestellt. In einem ersten Schritt S1 wird eine initiale Zuordnung bestimmt. Diese kann beispielsweise durch die vorhergehend erläuterten Kalibrier- und/oder Simulationsverfahren bestimmt werden. Auch ist es möglich, dass diese initiale Zuordnung bestimmt wird, indem bei einer ersten Inbetriebnahme der Messmaschine 1 Überwachungsfahrten durchgeführt und entsprechende Ausgangssignale/ Signaleigenschaften bestimmt und gespeichert werden, wobei diese dann im fehlerfreien Zustand der Messmaschine 1 bzw. von Komponenten der Messmaschine 1 zugeordnet werden. Die initiale Zuordnung kann auch durch eine Nutzerinteraktion festgelegt werden.
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In einem zweiten Schritt S2 können die Ausgangssignale bzw. Signaleigenschaften von weiteren Überwachungsfahrten bestimmt und gespeichert werden, wobei diese ebenfalls vorbestimmten Zuständen zugeordnet werden können. Diese Zuordnung kann beispielsweise ebenfalls durch eine Interaktion mit einem Nutzer erfolgen.
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Alternativ oder kumulativ kann den Ausgangssignalen/Signaleigenschaften ein Zustand nach einer Zustandsänderung, insbesondere einer vorbekannten Zustandsänderung, zugeordnet werden. Beispielsweise kann Ausgangssignalen/Signaleigenschaften ein fehlerfreier Zustand zugeordnet werden, falls eine Reparatur der Messmaschine 1 durchgeführt wurde. Dass eine derartige Zustandsänderung durchgeführt wurde, kann beispielsweise durch eine Interaktion mit einem Nutzer festgelegt werden.
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In einem dritten Schritt S3 kann dann ein selbstlernendes Verfahren angewendet werden, um Ausgangssignalen bzw. Signaleigenschaften, denen noch kein Zustand zugeordnet ist, einen Zustand zuzuordnen und/oder um die bisherige Zuordnung zu verändern.
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Hierbei ist es möglich, dass die Zuordnung eine messmaschinenspezifische oder eine messmaschinenunspezifische, beispielsweise eine messmaschinentypspezifische, Zuordnung ist. Im ersten Fall kann die Zuordnung nur für die einzelne, entsprechende Messmaschine 1 gelten. In diesem Fall kann die Zuordnung beispielsweise in einer Speichereinrichtung 14 der Messmaschine 1 gespeichert sein. Im letzteren Fall kann die gleiche Zuordnung zur Zustandsüberwachung von mehreren Messmaschinen, insbesondere des gleichen Typs, genutzt werden. In diesem Fall kann die Zuordnung beispielsweise in einer globalen, externen Speichereinrichtung, beispielsweise in einer externen Servereinrichtung, gespeichert werden. Ist die Zuordnung eine adaptive Zuordnung, so können auch Zustandsänderungen anderer Messmaschinen berücksichtigt werden, um die Zuordnung anzupassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messmaschine
- 2
- Messtisch
- 3
- Portal
- 4
- Säule
- 5
- Traverse
- 6
- Pinole
- 7
- Schlitten
- 8
- Sensor
- 9
- Messkopf
- 10
- Messteller
- 11
- Taster
- 12
- Tastkugel
- 13
- Auswerteeinrichtung
- 14
- Speichereinrichtung
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- f1
- erste Frequenz
- S4
- vierter Schritt
- S5
- fünfter Schritt
- S6
- sechster Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016002995 B3 [0005]
