DE102019131167A1

DE102019131167A1 - Method for active damping of vibrations during a process and device for active damping of vibrations

Info

Publication number: DE102019131167A1
Application number: DE102019131167.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Scharkowski; Marie Redder
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-20
Also published as: EP4045222A1; WO2021099252A1

Abstract

Der Gegenstand betrifft Verfahren zur aktiven Dämpfung von Schwingungen während eines Prozesses, insbesondere während eines Fertigungsprozesses, bei dem ein Bauteil oder eine Bauteilgruppe in eine Schwingung versetzt wird, bei dem mittels eines Messmittels die Amplitude der Schwingung erfasst wird, bei dem mittels eines Steuermittels eine zu der Amplitude der Schwingung inverse Gegenschwingung mit einer inversen Gegenamplitude berechnet wird und bei dem mittels einer gesteuerten Schwingungsquelle eine Gegenschwingung mit der inversen Gegenamplitude in das Bauteil oder die Bauteilgruppe eingekoppelt wird. Der Gegenstand betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur aktiven Dämpfung von Schwingungen während eines Prozesses.The subject matter relates to a method for actively damping vibrations during a process, in particular during a manufacturing process, in which a component or a group of components is set into vibration, in which the amplitude of the vibration is detected by means of a measuring device, in which a control device is used to detect a the amplitude of the oscillation inverse counter-oscillation is calculated with an inverse counter-amplitude and in which a counter-oscillation with the inverse counter-amplitude is coupled into the component or the component group by means of a controlled vibration source. The subject matter also relates to a device for actively damping vibrations during a process.

Description

Der Gegenstand betrifft ein Verfahren zur aktiven Dämpfungen von Schwingungen während eines Prozesses sowie eine Vorrichtung zur aktiven Dämpfung von Schwingungen. Insbesondere findet der Gegenstand Anwendung in einem Schweißprozess, vorzugsweise beim Verschweißen von Kontaktteilen für den automotiven Einsatz.The subject matter relates to a method for the active damping of vibrations during a process and a device for the active damping of vibrations. In particular, the object is used in a welding process, preferably when welding contact parts for automotive use.

Bei Prozessen, vorzugsweise bei Fertigungsprozessen, besteht das Bedürfnis, das Schwingen von Bauteilen oder Bauteilgruppen zu verhindern. Insbesondere bei Fügeprozessen, wie beispielsweise dem Ultraschallschweißen, ist das ungewollte Schwingen von Fügepartnern oder anderen Bauteilen nachteilig für den Fügeprozess.In processes, preferably in manufacturing processes, there is a need to prevent components or component groups from vibrating. In particular in joining processes such as ultrasonic welding, the unwanted vibrations of joining partners or other components is disadvantageous for the joining process.

Beispielsweise führt ein ungewolltes Schwingen von Bauteilen oder Bauteilgruppen zu einem Energieverlust bei energiebasierten Fügeprozessen und somit zu instabilen und nicht reproduzierbaren Fügeschritten. Dies kann eine Beschädigung der Bauteile oder sogar eine vollständige Zerstörung der Bauteile bedingen.For example, an unwanted vibration of components or component groups leads to a loss of energy in energy-based joining processes and thus to unstable and non-reproducible joining steps. This can cause damage to the components or even complete destruction of the components.

Aus dem Stand der Technik sind dämpfende, passive Systeme bekannt, die die bei zuvor genannten Prozessen entstehende kinetische Energie absorbieren und hierdurch das Schwingen der Bauteile oder Bauteilgruppen minimieren oder verhindern.Damping, passive systems are known from the prior art, which absorb the kinetic energy generated in the aforementioned processes and thereby minimize or prevent the vibrations of the components or component groups.

Beispielsweise ist es beim Ultraschallschweißen bekannt, Hilfswerkzeuge aus schwingungsabsorbierenden Hartstoffen zum Fixieren der Bauteile oder der Bauteilgruppen zu verwenden. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass diese Hilfswerkzeuge meist geometrisch an den zu dämpfenden Teilbereich der Bauteile oder Bauteilgruppen angepasst werden müssen und damit spezifisch sind. For example, it is known in ultrasonic welding to use auxiliary tools made of vibration-absorbing hard materials to fix the components or the component groups. However, this procedure has the disadvantage that these auxiliary tools usually have to be geometrically adapted to the sub-area of the components or component groups to be damped and are therefore specific.

Darüber hinaus reichen die schwingungsabsorbierenden Eigenschaften und häufig auch die Wärmebeständigkeit der verwendeten Hartstoffe auch nicht aus, um dauerhaft sicher und damit funktionserfüllend einen Teilbereich von einem Bauteil oder einer Bauteilgruppe zu dämpfen.In addition, the vibration-absorbing properties and often also the heat resistance of the hard materials used are not sufficient to permanently and safely and thus functionally dampen a sub-area of a component or a component group.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass vorgenannte, passive schwingungsdämpfende Systeme oder Hilfswerkzeuge nicht für jeden Anwendungsfall genutzt werden können, da diese teilweise nicht in ausreichender Weise anwendungsspezifisch ausgelegt werden könnenAnother disadvantage is that the aforementioned passive vibration-damping systems or auxiliary tools cannot be used for every application, since these cannot be designed in a sufficiently application-specific manner in some cases

Zusätzlich führt der Gebrauch der herkömmlichen passiven Systeme zu Verschleiß an den Kontakt- oder Koppelstellen der Absorber, so dass sich dann die absorbierenden Eigenschaften der Absorber verändern und hierdurch die Funktion der Absorber beeinträchtigt wird.In addition, the use of conventional passive systems leads to wear at the contact or coupling points of the absorber, so that the absorbing properties of the absorber then change and the function of the absorber is impaired as a result.

Dem Gegenstand lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen anzugeben, welche universell einsetzbar sind und in zuverlässiger Weise ein Schwingen von Bauteilen oder Bauteilgruppen verringern oder vermeiden.The object was thus based on the object of specifying a method and a device for damping vibrations which can be used universally and which reliably reduce or avoid vibration of components or component groups.

Diese Aufgabe wird gegenständlich durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder durch eine Vorrichtung nach Anspruch 14 gelöst.This object is objectively achieved by a method according to claim 1 or by a device according to claim 14.

Es werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine aktive Schwingungsdämpfung während eines Prozesses, insbesondere während eines Fertigungsprozesses, ermöglichen. Dabei kann der Gegenstand anwendungsspezifisch für eine Vielzahl von Prozessen zur Schwingungsdämpfung genutzt werden, da die Schwingungen aktiv, also durch das Einkoppeln einer Gegenschwingung in das Bauteil oder in die Bauteilgruppe gedämpft werden. Ebenfalls kann der Gegenstand auf Prozessveränderung adaptiv und dynamisch reagieren und hierdurch eine zuverlässige Dämpfung von Schwingungen gewährleisten.A method and a device are provided which enable active vibration damping during a process, in particular during a manufacturing process. The object can be used for a variety of vibration damping processes, depending on the application, since the vibrations are actively damped, i.e. by coupling a counter-vibration into the component or the component group. The object can also react adaptively and dynamically to process changes and thereby guarantee reliable damping of vibrations.

Die Gegenschwingung, die in das Bauteil oder die Bauteilgruppe eingekoppelt wird, ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass diese derart destruktiv mit der zu dämpfenden Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe interferiert, dass die Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe reduziert, insbesondere im Wesentlichen vollständig entfernt wird.The counter-vibration that is coupled into the component or the component group is preferably designed in such a way that it interferes so destructively with the vibration of the component or the component group that is to be damped that the vibration of the component or the component group is reduced, in particular substantially completely removed .

Vorzugsweise wird die Gegenschwingung aus der von dem Messmittel gemessenen, ungewollten Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe ermittelt, indem die inverse Funktion oder die Umkehrfunktion der ungewollten Schwingung berechnet wird.The counter vibration is preferably determined from the unwanted vibration of the component or the component group measured by the measuring means, in that the inverse function or the inverse function of the unwanted vibration is calculated.

Handelt es sich beispielsweise bei der ursprünglichen Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe um eine harmonische Schwingung, wird als Gegenschwingung ebenfalls eine harmonische Schwingung gleicher Amplitude in das Bauteil oder die Bauteilgruppe eingekoppelt, wobei die Phase der Gegenschwingung um eine halbe Wellenlänge zu der ursprünglichen Schwingung versetzt ist.If, for example, the original vibration of the component or the component group is a harmonic vibration, a harmonic vibration of the same amplitude is also coupled into the component or the component group as a counter vibration, with the phase of the counter vibration being offset by half a wavelength from the original vibration .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Schwingungsparameter eine Amplitude, eine Frequenz und/oder eine Phasenlage der Schwingung ist und/oder dass der Gegenschwingungsparameter eine Amplitude, eine Frequenz und/oder eine Phasenlage der Gegenschwingung ist.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the oscillation parameter is an amplitude, a frequency and / or a phase position of the oscillation and / or that the counter-oscillation parameter is an amplitude, a frequency and / or a phase position of the counter-oscillation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Messmittel die Amplitude, die Frequenz und die Phasenlage der Schwingung erfasst und basierend auf den vorgenannten Schwingungsparametern der erfassten Schwingung inverse Gegenschwingungsparameter berechnet. Basierend auf den berechneten, inversen Gegenschwingungsparametern kann dann eine Gegenschwingung in das Bauteil oder die Bauteilgruppe aktiv eingeleitet werden, welche zu einer destruktiven Interferenz der zu dämpfenden Schwingung führt.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the measuring means detect the amplitude, the frequency and the phase position of the oscillation and calculate inverse counter-oscillation parameters based on the aforementioned oscillation parameters of the detected oscillation. Based on the calculated, inverse counter-vibration parameters, a counter-vibration can then be actively introduced into the component or the component group, which leads to destructive interference of the vibration to be damped.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Schwingungsparameter der Schwingung während eines definierten Zeitraums mittels des Messmittels gemessen wird, dass mittels des Steuermittels aus dem Schwingungsparameter der Schwingung während des definierten Zeitraums ein gemittelter Schwingungsparameter und ein zu dem gemittelten Schwingungsparameter gehöriger Gegenschwingungsparameter berechnet werden und dass die Gegenschwingung den Gegenschwingungsparameter aufweist. Vorzugsweise ist der definierte Zeitraum derart gewählt, dass er sich über mehrere Prozessschritte oder Takte, insbesondere über 3 bis 7 Prozessschritte oder Takte erstreckt. Hierdurch kann eine zuverlässige Dämpfung des Bauteils oder der Bauteilgruppe ermöglich werden, falls die zu dämpfende, ungewollte Schwingung und/oder die Schwingungsparameter der ungewollten Schwingung zwischen oder innerhalb der einzelnen Prozessschritte variieren.According to one embodiment, it is proposed that at least one of the oscillation parameters of the oscillation is measured by means of the measuring means during a defined period of time, that an averaged oscillation parameter and a counter-oscillation parameter associated with the averaged oscillation parameter are calculated by means of the control means from the oscillation parameter of the oscillation during the defined period, and that the counter oscillation has the counter oscillation parameter. The defined period of time is preferably selected in such a way that it extends over several process steps or cycles, in particular over 3 to 7 process steps or cycles. This enables reliable damping of the component or the component group if the unwanted vibration to be damped and / or the vibration parameters of the unwanted vibration vary between or within the individual process steps.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zu einem Schwingungsparameter Frequenz der Gegenschwingungsparameter eine gleiche Frequenz ist, und/oder dass zu einem Schwingungsparameter Amplitude der Gegenschwingungsparameter eine inverse Amplitude ist und/oder dass zu einem Schwingungsparameter Phase der Gegenschwingungsparameter eine verschobene, insbesondere um Lambda/2 verschobene Phase ist. Hierdurch lässt sich eine Gegenschwingung in das Bauteil oder in die Bauteilgruppe einkoppeln, welche eine zuverlässige Dämpfung ermöglicht. Bei Lambda handelt es sich um die Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingung.According to one embodiment, it is proposed that the counter-vibration parameter is the same frequency for an oscillation parameter frequency, and / or that the counter-oscillation parameter is an inverse amplitude for an amplitude parameter and / or that the phase of the counter-oscillation parameter is shifted, in particular by lambda / 2, for an oscillation parameter phase is shifted. In this way, a counter-vibration can be coupled into the component or the component group, which enables reliable damping. Lambda is the wavelength of the oscillation to be damped.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Restschwingungsparameter einer Restschwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe nach dem Einkoppeln der Gegenschwingung mittels des Messmittels gemessen wird, dass mittels des Steuermittels ein zu dem Restschwingungsparameter und dem zuvor gemessenen Schwingungsparameter inverser, kombinierter Gegenschwingungsparameter berechnet wird und dass eine kombinierte Gegenschwingung mit dem inversen, kombinierten Gegenschwingungsparameter mittels der gesteuerten Schwingungsquelle in das Bauteil oder in die Bauteilgruppe eingekoppelt wird. Eine Restschwingung ist vorhanden, wenn die eingekoppelte inverse Gegenschwingung nicht invers deckungsgleich mit der ungewollten, zu dämpfenden Schwingung ist. Dies kann insbesondere bei Prozessveränderungen auftreten, welche beispielsweise durch den Einfluss eines Bedieners, durch Verschleiß oder durch einen Chargenwechsel hervorgerufen werden können. Somit kann auch bei Prozessveränderungen eine effektive Dämpfung des Bauteils oder der Bauteilgruppe sichergestellt werden. Die inverse, kombinierte Gegenschwingung wird vorzugsweise berechnet, indem die Funktion der ursprünglich ermittelten Schwingung mittels ihrer Schwingungsparameter und die Funktion der Restschwingung mittels ihrer Restschwingungsparameter kombiniert werden und eine hierzu inverse Funktion gebildet wird. Mittels der inversen Funktion können dann inverse, kombinierte Gegenschwingungsparameter sowie eine inverse, kombinierte Gegenschwingung berechnet werden. Hierdurch kann eine adaptive Dämpfung zur Verfügung gestellt werden, die sich an etwaige Prozessveränderungen anpasst.According to one exemplary embodiment, it is proposed that at least one residual oscillation parameter of a residual oscillation of the component or the component group is measured by means of the measuring means after the coupling of the counter oscillation, that a combined counter oscillation parameter that is the inverse of the residual oscillation parameter and the previously measured oscillation parameter is calculated by means of the control means, and that a combined counter-vibration is coupled with the inverse, combined counter-vibration parameter by means of the controlled vibration source in the component or in the component group. A residual oscillation is present when the coupled inverse counter oscillation is not inversely congruent with the undesired oscillation to be damped. This can occur in particular with process changes, which can be caused, for example, by the influence of an operator, by wear and tear or by a batch change. In this way, effective damping of the component or group of components can be ensured even in the event of process changes. The inverse, combined counter-oscillation is preferably calculated by combining the function of the originally determined oscillation by means of its oscillation parameters and the function of the residual oscillation by means of its residual oscillation parameters and forming an inverse function. The inverse function can then be used to calculate inverse, combined counter-oscillation parameters and an inverse, combined counter-oscillation. This makes it possible to provide adaptive damping that adapts to any process changes.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schritte Messen des Restschwingungsparameters, Berechnen des inversen, kombinierten Gegenschwingungsparameters und/oder Einkoppeln der kombinierten Gegenamplitude in definierten Zeitabständen wiederholt werden. Dadurch kann auch bei Änderungen der Prozessparameter eine zuverlässige Dämpfung gewährleistet werden. Bevorzugt werden die Zeitabstände dabei in Abhängigkeit des jeweiligen Prozesses und in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen an die Prozesssicherheit gewählt.According to an exemplary embodiment, it is proposed that the steps of measuring the residual oscillation parameter, calculating the inverse, combined counter-oscillation parameter and / or coupling in the combined counter-amplitude be repeated at defined time intervals. As a result, reliable damping can be guaranteed even when the process parameters change. The time intervals are preferably selected depending on the respective process and depending on the respective requirements for process reliability.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zur Berechnung der einzukoppelnden Gegenschwingung mittels des Steuermittels zusätzliche Prozessparameter berücksichtigt werden. Da die Prozessparameter die ungewollte Schwingung sowie die Schwingungsparameter der ungewollten Schwingung direkt beeinflussen, ermöglicht eine Einbeziehung von zusätzlichen Prozessparametern eine zuverlässige Berechnung der in das Bauteil oder die Bauteilgruppe einzuleitenden Gegenschwingung. Insbesondere ist es bevorzugt, dass zur Berechnung der Gegenschwingung Erfahrungswerte verwendet werden. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Schwingungsparameter der ungewollten Schwingung unter verschiedenen Prozessparametern gemessen werden und hierdurch eine Vorhersage über die Amplitude der ungewollten Schwingung getroffen werden kann.According to one exemplary embodiment, it is proposed that additional process parameters be taken into account by means of the control means in order to calculate the counter-oscillation to be coupled. Since the process parameters directly influence the unwanted vibration and the vibration parameters of the unwanted vibration, the inclusion of additional process parameters enables a reliable calculation of the counter-vibration to be introduced into the component or the component group. In particular, it is preferred that empirical values are used to calculate the counter oscillation. For example, it is preferred that the oscillation parameters of the unwanted oscillation are measured under different process parameters and that a prediction can be made about the amplitude of the unwanted oscillation as a result.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Einflusses der zusätzlichen Prozessparameter auf die Schwingungsparameter der Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe ein Prozessraum erstellt wird, dass der Prozessraum die einzelnen Prozessparameter und die hinsichtlich der jeweiligen Prozessparameter gemessenen Schwingungsparameter abbildet, dass ein zu dem Prozessraum inverser Prozessraum erstellt wird, welcher die zu den jeweiligen Prozessparametern inversen Gegenschwingungsparameter abbildet und dass in Abhängigkeit der Prozessparameter des Prozesses die jeweiligen Gegenschwingungen aufweisend die Gegenschwingungsparameter in das Bauteil oder die Bauteilgruppe eingekoppelt werden. Hierdurch kann eine prozesssichere, aktive Dämpfung zur Verfügung gestellt werden, welche Erfahrungswerte aus der Vergangenheit nutzt, um in zuverlässiger Weise eine destruktive Interferenz zwischen der eingeleiteten Schwingung und der ungewollten Schwingung zu ermöglichen.According to one embodiment, it is proposed that, in order to determine the influence of the additional process parameters on the vibration parameters of the vibration of the component or the component group, a process room is created, that the process room maps the individual process parameters and the vibration parameters measured with regard to the respective process parameters, that a process room inverse process space is created, which maps the inverse counter-vibration parameters to the respective process parameters and that depending on the process parameters of the process, the respective counter-vibrations having the counter-vibration parameters are coupled into the component or the component group. In this way, process-reliable, active damping can be made available, which uses empirical values from the past in order to reliably enable destructive interference between the initiated oscillation and the unwanted oscillation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die einzukoppelnde Gegenschwingung und/oder die Gegenschwingungsparameter mittels künstlicher neuronaler Netze berechnet werden.According to one embodiment, it is proposed that the counter-oscillation to be coupled in and / or the counter-oscillation parameters be calculated by means of artificial neural networks.

Ein künstliches neuronales Netz (KNN) ist insbesondere ein in einem Rechenprogramm nachgebildetes Netz aus künstlichen Neuronen. Das künstliche neuronale Netz basiert dabei typischerweise auf einer Vernetzung von mehreren künstlichen Neuronen. Die künstlichen Neuronen sind dabei in der Regel auf verschiedenen Schichten (layers) angeordnet. Üblicherweise umfasst das künstliche neuronale Netz eine Eingangsschicht (input layer) und eine Ausgabeschicht (output layer), deren Neuronenausgabe als einzige des künstlichen neuronalen Netzes sichtbar wird. Zwischen der Eingangsschicht und der Ausgabeschicht liegende Schichten werden beispielsweise als verdeckte Schichten (hidden layer) bezeichnet. Typischerweise wird zunächst eine Architektur und/oder Topologie eines künstlichen neuronalen Netzes initiiert und dann in einer Trainingsphase für eine spezielle Aufgabe oder für mehrere Aufgaben in einer Trainingsphase trainiert. Das Training des künstlichen neuronalen Netzes umfasst dabei typischerweise eine Veränderung einer Gewichtung einer Verbindung zwischen zwei künstlichen Neuronen des künstlichen neuronalen Netzes. Das Training des künstlichen neuronalen Netzes kann auch eine Entwicklung von neuen Verbindungen zwischen künstlichen Neuronen, ein Löschen von bestehenden Verbindungen zwischen künstlichen Neuronen, ein Anpassen von Schwellwerten der künstlichen Neuronen und/oder ein Hinzufügen oder ein Löschen von künstlichen Neuronen umfassen. Zwei unterschiedliche trainierte künstliche neuronale Netze können so, obwohl sie beispielsweise die gleiche Architektur und/oder Topologie aufweisen, unterschiedliche Aufgaben durchführen.An artificial neural network (ANN) is in particular a network of artificial neurons that is simulated in a computer program. The artificial neural network is typically based on a network of several artificial neurons. The artificial neurons are usually arranged on different layers. The artificial neural network usually comprises an input layer and an output layer, the neuron output of which is the only one of the artificial neural network that is visible. Layers located between the input layer and the output layer are referred to, for example, as hidden layers. Typically, an architecture and / or topology of an artificial neural network is first initiated and then trained in a training phase for a special task or for several tasks in a training phase. The training of the artificial neural network typically includes a change in a weighting of a connection between two artificial neurons of the artificial neural network. The training of the artificial neural network can also include developing new connections between artificial neurons, deleting existing connections between artificial neurons, adapting threshold values of the artificial neurons and / or adding or deleting artificial neurons. Two different trained artificial neural networks can thus perform different tasks, even though they have the same architecture and / or topology, for example.

Ein Beispiel für ein künstliches neuronales Netzwerk ist ein flaches künstliches neuronales Netzwerk (shallow neural network), welches oft nur eine einzelne verdeckte Schicht zwischen der Eingabeschicht und der Ausgabeschicht enthält und damit relativ einfach zu trainieren ist. Ein weiteres Beispiel ist ein tiefes künstliches neuronales Netzwerk (deep neural network), welches zwischen der Eingangsschicht und der Ausgabeschicht mehrere (beispielsweise bis zu zehn) verschachtelte verdeckte Schichten von künstlichen Neuronen enthält. Das tiefe künstliche neuronale Netzwerk ermöglicht dabei eine verbesserte Erkennung von Mustern und komplexen Zusammenhängen. Weiterhin kann ein gefaltetes tiefes künstliches neuronales Netz (convolutional deep neural network) für die Klassifizierungsaufgabe gewählt werden, welches zusätzlich Faltungsfilter, beispielsweise Kantenfilter, einsetzt.An example of an artificial neural network is a flat artificial neural network (shallow neural network), which often only contains a single hidden layer between the input layer and the output layer and is therefore relatively easy to train. Another example is a deep artificial neural network, which contains several (for example up to ten) hidden hidden layers of artificial neurons between the input layer and the output layer. The deep artificial neural network enables an improved recognition of patterns and complex relationships. Furthermore, a folded deep artificial neural network (convolutional deep neural network) can be selected for the classification task, which additionally uses convolution filters, for example edge filters.

Es wird nun vorgeschlagen, dass ein derart künstliches neuronales Netz mittels des inversen Prozessraums trainiert wird. Das trainierte künstliche neuronale Netz ist dabei bevorzugt für eine spezielle Aufgabe trainiert, nämlich die einzukoppelnde Gegenschwingung sowie deren Gegenschwingungsparameter in Abhängigkeit der Prozessparameter zu optimieren. Im vorliegenden Verfahren wird insbesondere ein bereits trainiertes künstliches neuronales Netz für die Bestimmung und Berechnung der einzukoppelnden Gegenschwingung bereitgestellt. Das Training des künstlichen neuronalen Netzes kann dabei mittels mehrerer gemessener Schwingungsparameter unter bestimmbaren Prozessparametern durchgeführt worden sein. Vorteilhafterweise kann das künstliche neuronale Netz mittels eines in einem der folgenden Abschnitte beschriebenen Verfahrens zur Bereitstellung eines inversen Prozessraums trainiert werden.It is now proposed that such an artificial neural network be trained by means of the inverse process space. The trained artificial neural network is preferably trained for a special task, namely to optimize the counter-oscillation to be coupled in and its counter-oscillation parameters as a function of the process parameters. In the present method, in particular, an already trained artificial neural network is provided for determining and calculating the counter-oscillation to be coupled in. The training of the artificial neural network can be carried out by means of several measured vibration parameters under determinable process parameters. The artificial neural network can advantageously be trained by means of a method described in one of the following sections for providing an inverse process space.

Vorzugsweise wird ein Restschwingungsparameter einer Restschwingung nach Einkoppeln der Gegenschwingung in das Bauteil oder die Bauteilgruppe gemessen und dieser Input ebenfalls für das Training des künstlichen neuronalen Netzes verwendet. Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Differenz des Inputs und des zuvor von dem künstlichen neuronalen Netz berechneten Outputs als Kostenfunktion klassifiziert wird. Mittels einer solchen Kostenfunktion, deren Ziel die Optimierung des Outputs ist, kann ein künstliches neuronales Netz zur Verfügung gestellt werden, welches dazulernt und sich somit durch ein adaptives sich ständig selbst optimierendes Verhalten auszeichnet. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass als Input für das Training des neuronalen Netzwerks Zeitreihen verwendet werden. Vorgenannte Zeitreihen weisen beispielsweise die über einen bestimmten Zeitraum gemessenen Schwingungsparameter auf.A residual oscillation parameter of a residual oscillation is preferably measured after the counter-oscillation is coupled into the component or the component group, and this input is also used for training the artificial neural network. Furthermore, it is preferred that the difference between the input and the output previously calculated by the artificial neural network is classified as a cost function. By means of such a cost function, the aim of which is to optimize the output, an artificial neural network can be made available that learns and is thus characterized by an adaptive, constantly self-optimizing behavior. Furthermore, it is preferred that time series are used as input for training the neural network. The aforementioned time series have, for example, the vibration parameters measured over a certain period of time.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass es sich bei den künstlichen neuronalen Netzen zumindest teilweise um ein Netz vom Typ Long-Short-Term-Memory (LSTM) handelt. Bei einem LSTM-Netz werden sogenannte Gates zur Output-Berechnung verwendet. Ein LSTM-Netz kann durch Input-Gates, Forget-Gates und Output-Gates rekursives Dazulernen ermöglichen. Das Forget-, Input- und/oder Output-Gate ist ein künstliches Neuron oder eine Vielzahl künstlicher Neuronen, deren Ausgabewert mit dem Ausgabewert eines weiteren künstlichen Neurons oder einer weiteren Vielzahl künstlicher Neuronen multipliziert werden kann. Eine Multiplikation von Ausgabewerten kann ein selektives Vergessen und/oder Beachten zeitlich vorhergehender Zustände und damit eine effektive Priorisierung zeitlich zurückliegender Werte erlauben. Insbesondere bei der Verwendung von Zeitreihen als Input kann die Verwendung eines LSTM-Netzes vorteilhaft sein.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the artificial neural networks be at least partially a network of the Long-Short-Term-Memory (LSTM) type. In an LSTM network, so-called gates are used to calculate the output. An LSTM network can enable recursive learning through input gates, forget gates and output gates. The forget, input and / or output gate is an artificial neuron or a multiplicity of artificial neurons, the output value of which can be multiplied by the output value of a further artificial neuron or a further multiplicity of artificial neurons. A multiplication of output values can make it possible to selectively forget and / or observe previous states and thus an effective prioritization of values that were earlier in time. The use of an LSTM network can be particularly advantageous when using time series as input.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Prozess ein Fügeprozess, insbesondere ein Ultraschallschweißprozess, ist. Zum Ultraschallschweißen eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe, zum Beispiel zum Anschweißen eines Anschlusselements an eine Flachleiter- bzw. Stromschienen-Bauteilgruppe, wird die Bauteilgruppe typischerweise fest eingespannt, so dass der zu fügende Bereich der Bauteilgruppe im Bereich des Ultraschallschweißgeräts angeordnet ist. Die Verschweißung wird durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erreicht, welche zwischen den Bauteilen zu Erwärmung durch Molekular- und Grenzflächenreibung, bei Metallen auch zur Verzahnung und Verhakung der Fügepartner führt. Somit ist eine zuverlässige Dämpfung insbesondere beim Ultraschallschweißverfahren relevant.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the process is a joining process, in particular an ultrasonic welding process. For ultrasonic welding of a component or a component group, for example for welding a connection element to a flat conductor or busbar component group, the component group is typically firmly clamped so that the area of the component group to be joined is arranged in the area of the ultrasonic welding device. The welding is achieved by high-frequency mechanical vibration, which leads to heating between the components due to molecular and interface friction, and in the case of metals also to the interlocking and entanglement of the parts to be joined. Reliable damping is therefore particularly relevant in the ultrasonic welding process.

Gemäß einem Ausführungsbespiel wird vorgeschlagen, dass der Prozessparameter einer aus der Gruppe a) Druck, b) Energie, c) Amplitude, d) Prozesszeit, e) Schweißweg, f)maximale Schweißleistung ist. Die vorgenannten Prozessparameter sind im Wesentlichen für die ungewollte Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe verantwortlich.According to an exemplary embodiment, it is proposed that the process parameter be one of the group a) pressure, b) energy, c) amplitude, d) process time, e) welding distance, f) maximum welding power. The aforementioned process parameters are essentially responsible for the unwanted vibration of the component or group of components.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die von dem Messmittel erfassten Schwingungsparameter, insbesondere Frequenzen und Amplituden, mittels eines AC/DC-Wandlers von einem digitalen Signal in ein analoges Signal gewandelt werden. Hierdurch kann ein zeitkontinuierliches Signal zur Verfügung gestellt werden.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the vibration parameters detected by the measuring means, in particular frequencies and amplitudes, be converted from a digital signal into an analog signal by means of an AC / DC converter. In this way, a time-continuous signal can be made available.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die an die Schwingungsquelle übermittelte elektrische Energie mittels des inversen Piezoeffekts in mechanische Energie gewandelt wird und dass die mechanische Energie mittels zumindest einer Sonotrode und zumindest einer Koppelfläche in das Bauteil oder die Bauteilgruppe eingekoppelt wird. Auf diese Art und Weise kann die Gegenschwingung in konstruktiv günstiger Weise in das zu dämpfende Bauteil oder in die zu dämpfende Bauteilgruppe eingekoppelt werden.According to one embodiment, it is proposed that the electrical energy transmitted to the vibration source is converted into mechanical energy by means of the inverse piezo effect and that the mechanical energy is coupled into the component or the component group by means of at least one sonotrode and at least one coupling surface. In this way, the counter-oscillation can be coupled into the component to be damped or into the component group to be damped in a structurally favorable manner.

Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 eine beispielhafte Darstellung einer Schwingung, einer einzukoppelnden Gegenschwingung und eine Resultierende.

The subject matter is explained in more detail below with the aid of a drawing showing an exemplary embodiment. In the drawing shows:

1 an exemplary representation of an oscillation, a counter-oscillation to be coupled and a resultant.

1 zeigt eine schematische und beispielhafte Darstellung einer Schwingung 2 eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe, eine einzukoppelnde Gegenschwingung 4 und eine Resultierenden 6. Es ist erkennbar, dass die Schwingung 2 des Bauteils oder der Bauteilgruppe eine im Wesentlichen konstante Amplitude, eine im Wesentlichen konstante Periodendauer sowie eine im Wesentlichen konstante Frequenz aufweist. Die einzukoppelnde Gegenschwingung 4 weist eine zu der Schwingung im Wesentlichen identische Amplitude, Periodendauer und Frequenz auf, wobei die Phase der Gegenschwingung um eine halbe Wellenlänge verschoben ist, so dass die Schwingung 2 und die Gegenschwingung 4 destruktiv interferieren. Ein Einkoppeln der Gegenschwingung 4 in das zu dämpfende Bauteil oder in die zu dämpfende Bauteilgruppe führt zu der Resultierenden 6. Das Bauteil oder die Bauteilgruppe schwingt nicht mehr, so dass ein durchzuführender Prozess, insbesondere ein Fertigungsprozess, prozesssicher und zuverlässig durchgeführt werden kann. 1 shows a schematic and exemplary representation of an oscillation 2 of a component or a group of components, a counter-vibration to be coupled 4th and a resultant 6th . It can be seen that the vibration 2 of the component or the component group has an essentially constant amplitude, an essentially constant period and an essentially constant frequency. The counter-oscillation to be coupled 4th has an amplitude, period duration and frequency essentially identical to the oscillation, the phase of the counter oscillation being shifted by half a wavelength, so that the oscillation 2 and the counter oscillation 4th interfere destructively. Coupling in the counter oscillation 4th in the component to be damped or in the component group to be damped leads to the Resultant 6th . The component or the component group no longer vibrates, so that a process to be carried out, in particular a manufacturing process, can be carried out in a process-safe and reliable manner.

Nachfolgend wird in Tab. 1 exemplarisch ein Prozessraum zur Bestimmung der der Schwingungsparamater einer Schwingung in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter für den Prozess des Ultraschallschweißens am Beispiel des Schwingungsparameters der Amplitude dargestellt. Beispielsweise können für den Prozess des Ultraschallschweißens als Prozessparameter Amplitude, Druck und einzubringende Energie gewählt werden. Dabei werden die Prozessparameter wie folgt gewählt: die Amplitude liegt in einem Bereich zwischen 80% und 100% zum Spitzenwert des Ultraschallschweißprozesses, der Druck in einem Bereich zwischen 2 bar und 4 bar und die einzubringende Energie in einem Bereich von 1000 Ws bis 2000 Ws. Bei dem Druck handelt es sich vorzugsweise um den Anpressdruck, welcher über eine Sonotrode dem zu schweißendem Bauteil oder der zu schweißenden Bauteilgruppe zugeleitet wird. Tab. 1: Prozessraum Ultraschallschweißen Amplitude [%] Druck [bar] Energie [Ws] Istamplitude 80 4 2000 1,2 80 2 1000 1,8 100 2 1000 2,3 80 4 1000 1,1 80 2 2000 2,8 100 4 1000 3,0 100 4 2000 1,4 100 2 2000 1,6 In the following, Table 1 shows an example of a process space for determining the oscillation parameters of an oscillation as a function of various process parameters for the ultrasonic welding process using the example of the oscillation parameter of the amplitude. For example, amplitude, pressure and energy to be introduced can be selected as process parameters for the ultrasonic welding process. The process parameters are selected as follows: the amplitude lies in a range between 80% and 100% of the peak value of the ultrasonic welding process, the pressure in a range between 2 bar and 4 bar and the energy to be introduced in a range from 1000 Ws to 2000 Ws. The pressure is preferably the contact pressure which is fed to the component to be welded or to the component group to be welded via a sonotrode. Tab. 1: Ultrasonic welding process room Amplitude [%] Pressure [bar] Energy [Ws] Actual amplitude 80 4th 2000 1.2 80 2 1000 1.8 100 2 1000 2.3 80 4th 1000 1.1 80 2 2000 2.8 100 4th 1000 3.0 100 4th 2000 1.4 100 2 2000 1.6

Bei der Istamplitude handelt es sich um eine mittels eines Messmittels ermittelte Kennzahl für die Amplitude der ungewünschten Schwingung des Bauteils oder der Bauteilgruppe während des Schweißprozesses. Mittels des in Tab. 1 dargestellten Prozessraums Ultraschallschweißen kann eine Funktion für die Istamplitude definiert werden.The actual amplitude is a key figure determined by means of a measuring device for the amplitude of the undesired vibration of the component or the component group during the welding process. A function for the actual amplitude can be defined by means of the ultrasonic welding process space shown in Table 1.

Anschließend wird bevorzugt die inverse Funktion der Istamplitude bestimmt, um die Gegenamplitude einer einzukoppelnden Gegenschwingung zu berechnen und den inversen Prozessraum des Schwingverhaltens des Bauteils oder der Bauteilgruppe während des Ultraschallschweißprozesses abzubilden. Tab. 2: inverser Prozessraum Ultraschallschweißen Amplitude [%] Druck [bar] Energie [Ws] Istamplitude Gegenamplitude 80 4 2000 1,2 -1,2 80 2 1000 1,8 -1,8 100 2 1000 2,3 -2,3 80 4 1000 1,1 -1,1 80 2 2000 2,8 -2,8 100 4 1000 3,0 -3,0 100 4 2000 1,4 -1,4 100 2 2000 1,6 -1,6 The inverse function of the actual amplitude is then preferably determined in order to calculate the counter amplitude of a counter vibration to be coupled in and to map the inverse process space of the vibration behavior of the component or the component group during the ultrasonic welding process. Tab. 2: Inverse process space ultrasonic welding Amplitude [%] Pressure [bar] Energy [Ws] Actual amplitude Counter amplitude 80 4th 2000 1.2 -1.2 80 2 1000 1.8 -1.8 100 2 1000 2.3 -2.3 80 4th 1000 1.1 -1.1 80 2 2000 2.8 -2.8 100 4th 1000 3.0 -3.0 100 4th 2000 1.4 -1.4 100 2 2000 1.6 -1.6

Mittels des in Tab. 2 gezeigten inversen Prozessraums wird bevorzugt ein künstliches neuronales Netz trainiert. Die Parameter Amplitude, Druck, Energie und Istamplitude werden in einem solchen Fall als Input definiert, wobei die Gegenamplitude als Target und/oder als Output definiert wird. Ein derart trainiertes künstliches neuronales Netz kann in Abhängigkeit der Prozessparameter Vorhersagen über die Gegenamplitude einer folgenden Schweißung treffen. Es ist bevorzugt, dass das künstliche neuronale Netz ebenfalls die Prozessresultierenden von vorangegangenen Schweißungen in die Berechnung der Gegenamplitude einer darauffolgenden Schweißung einbezieht.An artificial neural network is preferably trained by means of the inverse process space shown in Table 2. The parameters amplitude, pressure, energy and actual amplitude are defined as input in such a case, with the opposite amplitude being defined as target and / or output. An artificial neural network trained in this way can, depending on the process parameters, make predictions about the opposite amplitude of a subsequent weld. It is preferred that the artificial neural network also include the process results from previous welds in the calculation of the opposite amplitude of a subsequent weld.

Zusätzlich ist es bevorzugt, dass eine Restamplitude einer Restschwingung des ungewollt schwingenden Bauteils oder der ungewollt schwingenden Bauteilgruppe nach dem Einkoppeln der Gegenschwingung gemessen wird und als zusätzlicher Input für das bereits trainierte, künstliche neuronale Netz verwendet wird. Mittels des zusätzlichen Inputs als Rückkopplung vom berechneten Output, kann durch eine Kostenfunktion ein künstliches neuronales Netz abgebildet werden, welches dazulernt und sich so durch ein adaptives, sich ständig optimierendes Verhalten auszeichnet.In addition, it is preferred that a residual amplitude of a residual vibration of the unintentionally vibrating component or the unintentionally vibrating component group is measured after the counter-vibration has been coupled and used as an additional input for the already trained, artificial neural network. Using the additional input as feedback from the calculated output, a cost function can be used to map an artificial neural network that learns and is characterized by an adaptive, constantly optimizing behavior.

Das hier beschriebene Verfahren sowie die hier beschriebene Vorrichtung ist nicht auf das Ultraschallschweißverfahren beschränkt, sondern ist auch auf andere Verfahren, insbesondere auf andere Fertigungsverfahren, sowie auch andere Systeme übertragbar, bei welchen ein Schwingen von Bauteilen oder Baugruppen nachteilig ist und verhindert werden soll.The method described here and the device described here are not limited to the ultrasonic welding method, but can also be transferred to other methods, in particular to other manufacturing methods, as well as other systems in which vibration of components or assemblies is disadvantageous and should be prevented.

Claims

Method for the active damping of vibrations during a process, in particular during a manufacturing process, - in which a component or a group of components is set into vibration, - in which at least one oscillation parameter of the oscillation is recorded by means of a measuring device, in which at least one counter-oscillation parameter that is inverse to the oscillation parameter of the oscillation is calculated by means of a control means, and - in which a counter-vibration with the counter-vibration parameter is coupled into the component or the component group by means of a controlled vibration source.

Procedure according to Claim 1 , characterized in - that the oscillation parameter is an amplitude, a frequency and / or a phase position of the oscillation and / or that the counter-oscillation parameter is an amplitude, a frequency and / or a phase position of the counter-oscillation.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that - at least one of the oscillation parameters of the oscillation is measured during a defined period of time by means of the measuring means, - that by means of the control means an averaged oscillation parameter and a counter-oscillation parameter associated with the averaged oscillation parameter are calculated from the oscillation parameters of the oscillation during the defined period, and - That the counter oscillation has the counter oscillation parameter.

Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that - for an oscillation parameter frequency, the counter-oscillation parameter is the same frequency, and / or - that for an oscillation parameter amplitude, the counter-oscillation parameter is an inverse amplitude and / or - that for an oscillation parameter the phase of the counter-oscillation parameter is shifted, in particular by lambda / 2 phase is postponed.

Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in , - that at least one residual oscillation parameter of a residual oscillation of the component or the component group is measured by means of the measuring means after the coupling of the counter-oscillation, - that a combined counter-oscillation parameter that is inverse to the residual oscillation parameter and the previously measured oscillation parameter is calculated by means of the control means, and - that a combined counter-vibration with the inverse, combined counter-vibration parameter is coupled into the component or the component group by means of the controlled vibration source.

Procedure according to Claim 5 characterized in that the steps of measuring the residual oscillation parameter, calculating the inverse, combined counter-oscillation parameter and / or coupling in the combined counter-oscillation are repeated at defined time intervals.

Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in - that additional process parameters are taken into account by means of the control means for calculating the counter-oscillation to be coupled in.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that - that a process room is created to determine the influence of the additional process parameters on the vibration parameters of the vibration of the component or the component group, - that the process room maps the individual process parameters and the vibration parameters measured with regard to the respective process parameters, - that a to the Process space inverse process space is created, which maps the inverse counter-vibration parameters to the respective process parameters and - that depending on the process parameters of the process, the respective counter-vibrations having the counter-vibration parameters are coupled into the component or the component group.

Procedure according to Claim 8 , characterized in - that the counter-oscillation to be coupled in and / or the counter-oscillation parameters are calculated by means of artificial neural networks.

Method according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in - that the process is a joining process, in particular an ultrasonic welding process.

Procedure according to Claim 10 , characterized in , - that the process parameter is at least one from the group a) pressure, b) energy, c) amplitude, d) process time, e) welding distance f) maximum welding power.

Method according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in - that the frequencies and amplitudes detected by the measuring means are converted from a digital signal into an analog signal by means of an AC / DC converter.

Method according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in - that electrical energy transmitted to the vibration source is converted into mechanical energy by means of the inverse piezo effect and - that the mechanical energy is coupled into the component or the component group by means of at least one sonotrode and at least one coupling surface.

Device for the active damping of vibrations, in particular for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 13th , comprising: - at least one vibration exciter, which sets a component or a component group in vibration, - at least one measuring means for detecting the amplitude of the vibration of the component or the component group, - at least one control means for calculating a counter-amplitude that is inverse to the amplitude of the vibration and - at least one controlled vibration source for coupling a counter-vibration with the inverse counter-amplitude into the component or the component group.