DE102019215268A1 - Method and device for operating an electrochemical machining system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses, mit folgenden Schritten:
- Bestimmen (S2, S4, S5, S6) von Prozessparametern zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungssystems mithilfe eines Bayes'schen Optimierungsverfahrens, wobei das Bayes'sche Optimierungsverfahren auf einer mit Betriebspunktdaten trainierbaren Qualitätsfunktion basiert, die sukzessive präzisiert wird, wobei die Betriebspunktdaten Betriebspunkte, die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess darstellen, und Einstellungsparameter einem Qualitätsmaß zuordnen, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion eine vorgegebene Aquisitionsfunktion anwendet;
- Durchführen (S7) des elektrochemischen Bearbeitungsprozess abhängig von der trainierten Qualitätsfunktion.

Figure DE102019215268A1_0000
The invention relates to a method for operating an electrochemical machining process, with the following steps:
- Determination (S2, S4, S5, S6) of process parameters for operating an electrochemical machining system with the aid of a Bayesian optimization method, the Bayesian optimization method being based on a quality function that can be trained with operating point data and that is successively refined, the operating point data being operating points which Represent process parameters for the electrochemical machining process, and assign setting parameters to a quality measure, the method iteratively applying a predetermined acquisition function to improve the quality function;
- Carrying out (S7) the electrochemical machining process depending on the trained quality function.
Figure DE102019215268A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft elektrochemische Bearbeitungssysteme. Weiterhin betrifft die Erfindung Maßnahmen zum Steuern eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses.The invention relates to electrochemical machining systems. The invention also relates to measures for controlling an electrochemical machining process.

Technischer HintergrundTechnical background

Elektrochemische Bearbeitungssysteme verwenden einen elektrolytischen Prozess, um metallische Materialien großer Härte zu bearbeiten. Dazu wird in einem elektrolytischen Prozess eine Werkzeugelektrode mit einem Spaltabstand über einer Oberfläche eines Werkstücks positioniert. Zwischen Werkzeug und Werkstück ist ein Elektrolyt angeordnet und eine Gleichspannung über der Werkzeugelektrode und dem Werkstück angelegt, so dass die Werkzeugelektrode als Kathode und das Werkstück als Anode dient. Der Stromfluss durch den Elektrolyten führt zu einem Auflösungsprozess des Materials des Werkstücks, so dass Material von dem Werkstück abgetragen wird.Electrochemical machining systems use an electrolytic process to machine metallic materials of great hardness. For this purpose, a tool electrode is positioned with a gap distance over a surface of a workpiece in an electrolytic process. An electrolyte is arranged between the tool and the workpiece and a DC voltage is applied across the tool electrode and the workpiece, so that the tool electrode serves as the cathode and the workpiece as the anode. The current flow through the electrolyte leads to a process of dissolution of the material of the workpiece, so that material is removed from the workpiece.

Durch den Materialabtragungsprozess muss zum Beibehalten einer effektiven Spaltgröße die Werkzeugelektrode nachgeführt werden. Der Prozess des Materialabtrags beschleunigt sich bei sich verringernder Spaltgröße, jedoch kann eine zu geringe Spaltgröße das Risiko erhöhen, dass das Werkstück oder die Werkzeugelektrode aufgrund eines Kurzschlussstroms beschädigt wird.Due to the material removal process, the tool electrode must be adjusted to maintain an effective gap size. The process of material removal accelerates as the gap size decreases, but too small a gap size can increase the risk that the workpiece or the tool electrode will be damaged due to a short-circuit current.

Üblicherweise werden zum Steuern eines derartigen Bearbeitungssystems der Vortrieb des Werkzeugs und die Gleichspannung heuristisch festgelegt. Die Steuerung wird lediglich bei Änderung der Struktur des Werkstücks oder Einflüssen aufgrund der Materialqualität von Zeit zu Zeit angepasst. Diese Anpassungen sind zeitaufwendig und führen zu hohen Einstellzeiten des Bearbeitungssystems und somit zu hohen Produktionskosten.To control such a machining system, the advance of the tool and the DC voltage are usually determined heuristically. The control is only adapted from time to time if the structure of the workpiece changes or if there are influences due to the material quality. These adjustments are time-consuming and lead to long set-up times for the machining system and thus to high production costs.

Bisherige alternative Ansätze sehen z.B. modellbasierte Regelungen vor, die eine konstante Spaltgröße einregeln, jedoch führt dies aufgrund der Nichtmodellierbarkeit des Materialabtragprozesses zu ungenügenden Ergebnissen. Insbesondere müssen dabei die Sollwertverläufe wiederum heuristisch vorgegeben werden, wie z.B. aus EP2868417 bekannt ist.Previous alternative approaches provide, for example, model-based controls that regulate a constant gap size, but this leads to unsatisfactory results due to the fact that the material removal process cannot be modeled. In particular, the setpoint curves must be specified heuristically, such as off EP2868417 is known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Parametrisieren eines elektrochemischen Bearbeitungssystems gemäß Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung und eine elektrochemisches Bearbeitungssystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for parameterizing an electrochemical machining system according to claim 1 and a corresponding device and an electrochemical machining system according to the independent claims are provided.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further refinements are given in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses vorgesehen, mit folgenden Schritten:

  • - Bestimmen von Prozessparametern zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungssystems mithilfe eines Bayes'schen Optimierungsverfahren, wobei das Bayes'sche Optimierungsverfahren auf einer mit Betriebspunktdaten trainierbaren Qualitätsfunktion basiert, die sukzessive präzisiert wird, wobei die Betriebspunktdaten Betriebspunkte, die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess darstellen, und Einstellungsparameter einem Qualitätsmaß zuordnen, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion eine Aquisitionsfunktion anwendet;
  • - Durchführen des elektrochemischen Bearbeitungsprozess abhängig von der trainierten Qualitätsfunktion.
According to a first aspect, a method for operating an electrochemical machining process is provided, with the following steps:
  • - Determination of process parameters for operating an electrochemical machining system with the aid of a Bayesian optimization method, the Bayesian optimization method being based on a quality function that can be trained with operating point data and that is successively refined, the operating point data representing operating points, the process parameters for the electrochemical machining process, and setting parameters assign a quality measure, the method iteratively applying an acquisition function to improve the quality function;
  • - Carrying out the electrochemical machining process depending on the trained quality function.

Die Verringerung der Spaltgröße zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück steht in direkter Beziehung zum schnelleren Materialabtrag und daher zur Reduktion von Produktionskosten. Wenn jedoch die Werkzeugelektrode das Werkstück berührt, führt der resultierende Kurzschlussstrom zu sofortiger Schädigung oder Zerstörung der Werkzeugelektrode und/oder des Werkstücks. Somit muss eine geeignete Parametrierung des Bearbeitungssystems, das die Werkzeugelektrode dem sich durch Materialabtrag vergrößernden Spalt nachführt, einen Kompromiss zwischen der Verringerung der Spaltgröße und einem ausreichenden Schutz von Werkzeugelektrode und Werkstück vorsehen.The reduction in the size of the gap between the tool electrode and the workpiece is directly related to the faster material removal and therefore to the reduction of production costs. However, if the tool electrode touches the workpiece, the resulting short-circuit current leads to immediate damage or destruction of the tool electrode and / or the workpiece. Thus, a suitable parameterization of the machining system, which tracks the tool electrode to the gap that increases due to material removal, must provide a compromise between reducing the gap size and adequate protection of the tool electrode and workpiece.

Durch das obige Verfahren wird durch Anwendung eines Bayes'schen Optimierungsalgorithmus die bestehende Sicherheitsgrenze automatisch während der Durchführung des Verfahrens gelernt, so dass ein Kurzschlussstrom zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück nur mit einer geringen, vorgebbaren Wahrscheinlichkeit auftreten kann. Die Optimierung der Spaltgröße erfolgt somit durch Minimierung unter Berücksichtigung von Sicherheitskriterien und basierend auf Prozessparametern, wie beispielsweise der Vorschubrate und der angelegten Spannung, sowie von Einstellungsparametern, wie z.B. Materialparametern des zu bearbeitenden Werkstücks, des Bearbeitungswerkzeugs sowie des Elektrolyten.By using a Bayesian optimization algorithm, the above method automatically learns the existing safety limit while the method is being carried out, so that a short-circuit current between the tool electrode and the workpiece can only occur with a low, predeterminable probability. The gap size is optimized by minimizing it, taking safety criteria into account and based on process parameters such as the feed rate and the applied voltage, as well as setting parameters such as the material parameters of the workpiece to be machined, the machining tool and the electrolyte.

Durch Optimieren der Prozessparameter für die Bearbeitung mithilfe eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens kann dadurch die Bearbeitungszeit erheblich reduziert werden, ohne dass eine Gefährdung des Bearbeitungssystems und/oder des Werkstücks besteht.By optimizing the process parameters for machining using an electrochemical Machining method, the machining time can be reduced considerably without endangering the machining system and / or the workpiece.

Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion die Aquisitionsfunktion und zusätzlich eine Nebenbedingung anwendet, wobei die Nebenbedingung einen Sicherheitsbereich definiert, der als nächsten Betriebspunkt nur einen Betriebspunkt zulässt, bei dem ein maximaler Bearbeitungsstrom durch den Bearbeitungsstrom nur mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit überschritten wird.Provision can be made for the method to iteratively apply the acquisition function and also a secondary condition to improve the quality function, the secondary condition defining a safety range which, as the next operating point, only allows one operating point at which a maximum machining current through the machining current is only possible with a predetermined probability is exceeded.

Insbesondere kann der Sicherheitsbereich abhängig von einer vorgegeben Sicherheitsgrenze ermittelt werden und Bereiche der Betriebspunktdaten angeben, an denen ein Kurzschlussstrom mit der durch die Sicherheitsgrenze α angegeben Wahrscheinlichkeit vermieden werden kann.In particular, the safety range can be determined as a function of a predefined safety limit and specify ranges of the operating point data at which a short-circuit current can be avoided with the probability specified by the safety limit α.

Alternativ kann der Sicherheitsbereich abhängig von einem separat trainierten Sicherheitsmodell, das insbesondere ebenfalls als ein Gauß-Prozess-Modell ausgebildet ist, ermittelt werden.Alternatively, the security area can be determined as a function of a separately trained security model, which in particular is also designed as a Gaussian process model.

Es kann vorgesehen sein, dass die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess eine Bearbeitungsspannung und einen Vortrieb umfassen.It can be provided that the process parameters for the electrochemical machining process include a machining voltage and a drive.

Gemäß einer Ausführungsform können die Einstellungsparameter einen oder mehreren der folgenden Parameter umfassen: Materialparameter von Werkstück und Werkzeugelektrode, Elektrolytparametern und eine oder mehrere Angaben über die Kontur des Werkstücks.According to one embodiment, the setting parameters can include one or more of the following parameters: material parameters of the workpiece and tool electrode, electrolyte parameters and one or more items of information about the contour of the workpiece.

Weiterhin kann die Qualitätsfunktion als ein Qualitätsmaß eine Bearbeitungsstromangabe, die den Bearbeitungsstrom direkt oder indirekt als Effizienzfaktor zu einem modellierten Bearbeitungsstrom angibt, bereitstellen.Furthermore, the quality function can provide a machining flow specification as a quality measure, which specifies the machining flow directly or indirectly as an efficiency factor for a modeled machining flow.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:

  • - Bestimmen von Prozessparametern zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungssystems mithilfe eines Bayes'schen Optimierungsverfahrens, wobei das Bayes'sche Optimierungsverfahren auf einer mit Betriebspunktdaten trainierbaren Qualitätsfunktion basiert, die sukzessive präzisiert wird, wobei die Betriebspunktdaten Betriebspunkte, die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess darstellen, und Einstellungsparameter einem Qualitätsmaß zuordnen, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion eine vorgegebene Aquisitionsfunktion anwendet;
  • - Durchführen des elektrochemischen Bearbeitungsprozess abhängig von der trainierten Qualitätsfunktion.
According to a further aspect, a device for operating an electrochemical machining process is provided, the device being designed to:
  • - Determination of process parameters for operating an electrochemical machining system with the aid of a Bayesian optimization method, the Bayesian optimization method being based on a quality function that can be trained with operating point data and that is successively refined, the operating point data representing operating points, the process parameters for the electrochemical machining process, and setting parameters assign a quality measure, the method iteratively applying a predetermined acquisition function to improve the quality function;
  • - Carrying out the electrochemical machining process depending on the trained quality function.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein elektrochemisches Bearbeitungssystem mit einer Werkzeugelektrode, die in einem Elektrolyten angeordnet ist, um ein Werkstück elektrochemisch zu bearbeiten, mit einer Strom- oder Spannungsquelle, die ausgebildet ist, um eine Bearbeitungsspannung an den Elektrolyten anzulegen, und mit der obigen Vorrichtung vorgesehen.According to a further aspect, there is an electrochemical machining system with a tool electrode, which is arranged in an electrolyte in order to electrochemically machine a workpiece, with a current or voltage source which is designed to apply a machining voltage to the electrolyte, and with the above device intended.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Bearbeitungssystems zur Bearbeitung eines Werkstücks; und
  • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben des elektrochemischen Bearbeitungssystems.
Embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an electrochemical machining system for machining a workpiece; and
  • 2 a flow chart illustrating the method for operating the electrochemical processing system.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Bearbeitungssystems 1. Das Bearbeitungssystem 1 umfasst eine Werkstückhalterung 2 zum Halten eines Werkstücks 3, von dem Material abgetragen werden soll. Das Werkstück 3 ist aus einem leitfähigen Material ausgebildet, insbesondere einem metallischen Material, und steht in elektrisch leitender Verbindung mit der Werkstückhalterung 2. 1 shows a schematic representation of an electrochemical processing system 1 . The editing system 1 includes a workpiece holder 2 for holding a workpiece 3 from which material is to be removed. The workpiece 3 is formed from a conductive material, in particular a metallic material, and is in electrically conductive connection with the workpiece holder 2 .

Es ist eine Werkzeugelektrode 4 vorgesehen, die mit Abstand von der Oberfläche des Werkstücks 3 angeordnet ist. Somit ist zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Werkzeugelektrode 4 und des Werkstücks 3 ein Spalt mit einem Spaltabstand s vorgesehen. Die Werkstückhalterung 2, das Werkstück 3 und die Werkzeugelektrode 4 sind in einem Elektrolyten 5 angeordnet. Zwischen der Werkstückhalterung 2 und der Werkzeugelektrode ist eine Bearbeitungsspannung U durch eine Spannungsquelle 6 angelegt, so dass bei Betreiben des Bearbeitungssystems 1 mit der Werkzeugelektrode 4 als Kathode und dem Werkstück 3 als Anode der durch den Elektrolyten fließende Strom zu einem Auflösungsprozess des Werkstücks 3 führt und das Werkstück 3 entsprechend der Form der Werkzeugelektrode 4 geformt wird. Der Auflösungsprozess beschleunigt sich bei verringerter Spaltgröße s, wobei bei zu geringer Spaltgröße ein Kurzschluss auftreten kann, der das Werkstück 3 und/oder die Werkzeugelektrode 4 aufgrund eines auftretenden Kurzschlussstroms schädigen kann.It's a tool electrode 4th provided at a distance from the surface of the workpiece 3 is arranged. Thus, there is between the opposing surfaces of the tool electrode 4th and the workpiece 3 a gap is provided with a gap distance s. The workpiece holder 2 , the workpiece 3 and the tool electrode 4th are in an electrolyte 5 arranged. Between the workpiece holder 2 and the tool electrode is a machining voltage U by a voltage source 6th created so that when operating the machining system 1 with the tool electrode 4th as the cathode and the workpiece 3 as the anode, the current flowing through the electrolyte causes the workpiece to dissolve 3 leads and the workpiece 3 according to the shape of the tool electrode 4th is shaped. The dissolution process accelerates when the gap size s is reduced, whereby a short circuit occurs when the gap size is too small can that of the workpiece 3 and / or the tool electrode 4th due to an occurring short-circuit current.

Im Verlauf des Formungsprozesses des Werkstücks 3 muss die Werkzeugelektrode 4 nachgeführt werden, um die Vergrößerung des Spaltabstands s aufgrund des Materialabtrags konstant zu halten. Dazu ist die Werkzeugelektrode 4 über eine Vorschubeinrichtung 7 beweglich, so dass der Bearbeitungsprozess durch Einstellen des Spaltabstands gesteuert und die Höhe des Materialabtrags durch den Vorschub der Werkzeugelektrode 4 vorgegeben werden kann.During the process of forming the workpiece 3 must be the tool electrode 4th be tracked in order to keep the enlargement of the gap distance s due to the material removal constant. This is the tool electrode 4th via a feed device 7th movable, so that the machining process is controlled by adjusting the gap distance and the amount of material removed by the advance of the tool electrode 4th can be specified.

Der Bearbeitungsprozess wird mithilfe einer Steuereinheit 10 gesteuert. Die Steuerung des Bearbeitungsprozesses erfolgt gemäß einem Funktionsblockschaltbild, wie es in 2 dargestellt ist. Dabei wird die Spaltgröße des Spalts zwischen der Werkzeugelektrode 4 und der Oberfläche des Werkstücks 3 eingestellt. Dazu wird die Spaltgröße als Stellgröße vorgegeben und kann über den Strom durch den Elektrolyten eingestellt werden, da die Spaltgröße selbst nicht messbar ist.The machining process is carried out using a control unit 10 controlled. The machining process is controlled according to a function block diagram, as shown in 2 is shown. The gap size becomes the gap between the tool electrode 4th and the surface of the workpiece 3 set. For this purpose, the gap size is specified as a manipulated variable and can be adjusted via the current through the electrolyte, since the gap size itself cannot be measured.

Die Werkzeugelektrode 4 wird mit einer vorgegebenen definierten Vorschubrate f in Richtung des Werkstücks 3 bewegt. Für die modellbasierte Steuerung wird die Spaltgröße s als Widerstand modelliert, die von der Leitfähigkeit K des Elektrolyten 5 und der Fläche A der Elektrode abhängt. Zusätzlich wird der ohmsche Widerstand der Schnittstelle zwischen der Werkzeugelektrode 4 und dem Elektrolyten 5 als Schnittstellenwiderstand R bezeichnet. Weiterhin wird berücksichtigt, dass, bevor ein Stromfluss durch den Elektrolyten auftritt, die angelegte Bearbeitungsspanne ein Schwellenpotenzial U0 überschreiten muss. Damit kann der elektrische Strom I von einem durch ein äquivalentes Schaltungsmodell berechnet werden wie folgt: I = U U 0 R + S k A

Figure DE102019215268A1_0001
The tool electrode 4th is with a predefined defined feed rate f in the direction of the workpiece 3 emotional. For the model-based control, the gap size s is modeled as resistance, that of the conductivity K of the electrolyte 5 and the area A of the electrode depends. In addition, the ohmic resistance of the interface between the tool electrode 4th and the electrolyte 5 referred to as interface resistor R. Furthermore, it is taken into account that before a current flow through the electrolyte occurs, the applied machining span must exceed a threshold potential U 0. With this, the electric current I can be calculated from an equivalent circuit model as follows: I. = U - U 0 R. + S. k A.
Figure DE102019215268A1_0001

Entsprechend dem Faradayschen Gesetz ist das Volumen des aufgelösten Materials direkt proportional zum elektrischen Strom. Der entsprechende Effizienzfaktor η bezieht sich auf das bestimmte Material und die Elektrolyteigenschaften sowie die Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks 3. Die resultierende Änderung der Spaltgröße ṡ kann berechnet werden als: s ˙ = n I f

Figure DE102019215268A1_0002
According to Faraday's law, the volume of the dissolved material is directly proportional to the electric current. The corresponding efficiency factor η relates to the specific material and the electrolyte properties as well as the contour of the workpiece to be machined 3 . The resulting change in gap size ṡ can be calculated as: s ˙ = n I. - f
Figure DE102019215268A1_0002

In der Steuereinheit 10 wird ein Verfahren, wie z.B. eine Optimalsteuerung oder eine Regelung, implementiert, dass die Prozessparameter, nämlich die Bearbeitungsspannung U und die Vorschubrate f, basierend auf einem gemessenen Bearbeitungsstrom I vorgibt. Die Bearbeitungsspannung U und die Vorschubrate f werden weiterhin basierend auf einer vorgegebenen Spaltgröße bzw. Sollstrom und basierend auf Einstellungsparametern, wie z.B. Materialparameter von Werkstück und Werkzeugelektrode, Elektrolytparametern und Angaben üb er die Kontur des Werkstücks vorgegeben. Wird z.B. ein weiches Werkstück verwendet, sollten der Vorschub und die Spannung entsprechend kleiner eingestellt werden, als bei einem harten Werkstück. Ebenso müssen die Werte für Vorschub und Spannung eher konservativ vorgegeben werden, wenn ein stark gekrümmtes bzw. unebenes Werkstück verwendet werden. Dort kann es vorkommen, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten an Engstellen erhöht, was wiederum lokal einen schnelleren Materialabtrag begünstigt.In the control unit 10 a method, such as an optimal control or regulation, is implemented that specifies the process parameters, namely the machining voltage U and the feed rate f, based on a measured machining current I. The machining voltage U and the feed rate f are also specified based on a specified gap size or nominal current and based on setting parameters such as material parameters of the workpiece and tool electrode, electrolyte parameters and information about the contour of the workpiece. If, for example, a soft workpiece is used, the feed rate and the voltage should be set correspondingly smaller than with a hard workpiece. The values for feed and tension must also be specified conservatively if a strongly curved or uneven workpiece is used. There it can happen that the flow speed of the electrolyte increases at narrow points, which in turn favors faster material removal locally.

Durch das nachfolgend beschriebene Verfahren kann das Verarbeitungssystem auf ein vorgegebenes Werkstück angepasst werden.The processing system can be adapted to a given workpiece using the method described below.

Zur Bestimmung der ist in dem Steuergerät 10 eine Funktion implementiert, die in Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 näher beschrieben wird. Das Verfahren kann in einer Datenverarbeitungseinrichtung als Softwarealgorithmus und/oder Hardwarealgorithmus implementiert sein.To determine which is in the control unit 10 implemented a function which, in conjunction with the flowchart of the 2 is described in more detail. The method can be implemented in a data processing device as a software algorithm and / or hardware algorithm.

In Schritt S1 werden initial zulässige und sichere Betriebspunkte des Bearbeitungssystems 1 vorgegeben. Betriebspunktdaten ordnen Betriebspunkte, wie beispielsweise die Bearbeitungsspannung U und die Vorschubrate f, eine entsprechende Spaltgröße bzw. einen entsprechenden Bearbeitungsstrom I zu. In step S1 are initially permissible and safe operating points of the machining system 1 given. Operating point data assign operating points, such as the machining voltage U and the feed rate f, to a corresponding gap size or a corresponding machining current I.

Weiterhin wird eine Sicherheitsgrenze α vorgegeben. Die Sicherheitsgrenze α gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Auftreten eines Kurzschlusses vermieden werden soll.A safety limit α is also specified. The safety limit α indicates the probability with which the occurrence of a short circuit should be avoided.

Nun wird ein Bayes'scher Optimierungsprozess gestartet.A Bayesian optimization process is now started.

Bayes'sche Optimierungsverfahren für die Ermittlung von optimierten Prozessparametern wenden Test-Prozessparameter iterativ an und optimieren diese auf effiziente Weise. Dabei wird eine Qualitätsfunktion mithilfe einer Gauß-Prozess-Regression modelliert, um die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens als Funktion dessen Prozessparameter zu modellieren, wobei das Gauß-Prozess-Modell basierend auf dem Ergebnis des Testverfahrens an einer mit dem jeweiligen Test-Prozessparameter ermittelten physikalischen Größe erstellt wird. Die Qualitätsfunktion gibt ein Qualitätsmaß abhängig von Prozessparametern des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens und Einstellungsparametern an.Bayesian optimization methods for the determination of optimized process parameters apply test process parameters iteratively and optimize them in an efficient way. A quality function is modeled using a Gaussian process regression in order to model the performance of the electrochemical machining process as a function of its process parameters, the Gaussian process model based on the result of the test procedure on a physical variable determined with the respective test process parameter is created. The quality function inputs Quality measure depending on process parameters of the electrochemical machining process and setting parameters.

Grundsätzlich besteht das Problem darin, Prozessparameter (Betriebspunkte) zu finden, die zu einer optimierten Bearbeitungsspannung und zu einer optimierten Vorschubrate führen, d.h. einem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren mit einer schnellen Materialabtrag unter Vermeidung eines Kurzschlusses. Dazu wird eine von den Prozessparametern des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens abhängige Qualitätsfunktion (Kostenfunktion) ausgewertet.Basically, the problem is to find process parameters (operating points) that lead to an optimized machining voltage and an optimized feed rate, i.e. an electrochemical machining process with rapid material removal while avoiding a short circuit. For this purpose, a quality function (cost function) that is dependent on the process parameters of the electrochemical machining process is evaluated.

Im Allgemeinen wird die Bayes'sche Optimierung angewendet, wenn Unsicherheit (z.B. durch Messrauschen) berücksichtigt werden soll. Dies eignet sich auch wenn eine unbekannte Funktion f eine sogenannte „Black-Box“-Funktion, optimiert werden soll. Diese unbekannte Funktion f kann lediglich für einen Wert x ausgewertet und (möglicherweise durch Rauschen behaftet) beobachtet werden. Der beobachtete Wert y ergibt sich als y = f(x) + e, wobei e das Rauschen bezeichnet.In general, Bayesian optimization is used when uncertainty (e.g. due to measurement noise) is to be taken into account. This is also suitable if an unknown function is to be optimized for a so-called "black box" function. This unknown function f can only be evaluated and observed (possibly affected by noise) for a value x. The observed value y results as y = f (x) + e, where e denotes the noise.

Zudem wird angenommen, dass jede Auswertung bzw. Vermessung der unbekannten Funktion f „teuer“ ist, d.h. Kosten verursacht, in dem Sinne, dass die Durchführung eines Testverfahrens zur Vermessung der unbekannten Funktion einen bestimmten, insbesondere hohen Aufwand verursacht, wie es z.B. bei einer Ausführung eines Testverfahrens in der Testeinrichtung der Fall ist. Aufgrund der „teuren“ Vermessung der unbekannten Funktion, ist es erstrebenswert, dass für die Optimierung lediglich wenige Vermessungen vorgenommen werden müssen bzw. die Kosten für die Vermessungen (insbesondere bestimmt durch deren Zeit- und Materialaufwand) so gering wie möglich sind.In addition, it is assumed that every evaluation or measurement of the unknown function f is “expensive”, ie it causes costs, in the sense that the implementation of a test method for measuring the unknown function causes a certain, in particular high effort, as is the case with a Execution of a test procedure in the test facility is the case. Due to the "expensive" measurement of the unknown function, it is desirable that only a few measurements have to be carried out for the optimization or that the costs for the measurements (especially determined by the time and material expenditure) are as low as possible.

Unter gewissen Vorannahmen, wie z.B. der Stetigkeit der unbekannten Funktion, kann die Qualitätsfunktion mit einem datenbasierten Funktionsmodell, wie z.B. einer Gauss-Prozess-Regression approximiert werden. Ein Gaußscher Prozess ist ein universeller Funktionsapproximator, der als Surrogatfunktion für die unbekannte Qualitätsfunktion benutzt wird. Allgemein versteht man unter Gaußprozessen zeitliche, räumliche oder beliebige andere Funktionen, deren Funktionswerte aufgrund unvollständiger Information nur mit Wahrscheinlichkeiten modelliert werden können. Mithilfe von Funktionen der Erwartungswerte, Varianzen und Kovarianzen beschreibt ein Gaußprozess die Funktionswerte als ein Kontinuum aus korrelierten Zufallsvariablen in Form einer hochdimensionalen Normalverteilung. Eine Stichprobe daraus ergibt eine zufällige Funktion mit bestimmten gewünschten Eigenschaften.Under certain assumptions, such as the continuity of the unknown function, the quality function can be approximated with a data-based function model, such as a Gauss process regression. A Gaussian process is a universal function approximator that is used as a surrogate function for the unknown quality function. In general, Gaussian processes are understood to mean temporal, spatial or any other functions whose function values can only be modeled with probabilities due to incomplete information. With the help of functions of the expected values, variances and covariances, a Gaussian process describes the function values as a continuum of correlated random variables in the form of a high-dimensional normal distribution. A sample of these results in a random function with certain desired properties.

Üblicherweise basieren numerische Optimierungsalgorithmen auf sehr vielen, sehr billigen Auswertungen / Vermessungen der Optimierungsfunktionen. Wenn die Funktionsauswertungen jedoch aufwendig sind, wie z. B. das Durchführen einer der obigen Testverfahren, kann man die herkömmlichen Optimierungsalgorithmen nicht mehr verwenden. Stattdessen nutzt man Gauß Prozesse, die eine Modellierung der Qualitätsfunktion in Form einer Surrogatfunktion beinhaltet. Dabei beschreibt die Qualitätsfunktion das Verhalten des Systems und gibt einen Qualitätswert abhängig von den Parametern, mit denen das System betrieben wird, an.Usually numerical optimization algorithms are based on a large number of very cheap evaluations / measurements of the optimization functions. However, if the function evaluations are complex, such as If, for example, one of the above test procedures is carried out, the conventional optimization algorithms can no longer be used. Instead, Gaussian processes are used, which include a modeling of the quality function in the form of a surrogate function. The quality function describes the behavior of the system and specifies a quality value depending on the parameters with which the system is operated.

Dazu kann nach einem Vermessen der Qualitätsfunktion an mehreren Auswertungspunkten, d.h. Test-Prozessparameter (Test-Betriebspunkte) und Beobachtung der entsprechenden Funktionswerte, d.h. der jeweilige Qualitätswert (je nach Testverfahren die maximalen Temperaturzyklen, die maximale Zugkraft oder die maximale Scherkraft) mithilfe des Gauß-Prozesses ein Modell der Qualitätsfunktion aufgestellt werden. Eine Eigenschaft des Gauß-Prozesses ist, dass in Bereichen um die vermessenen Test-Prozessparameter die Modellvorhersage sehr gut ist und die Qualitätsfunktion gut approximiert wird. Dies spiegelt sich in einer geringen Unsicherheit des Funktionsmodells wider. Fernab von Auswertungspunkten werden die Modellvorhersagen über die Qualitätsfunktion schlecht und die Unsicherheit nimmt mit zunehmenden Abstand zu den vermessenen Test-Prozessparametern zu.For this purpose, after measuring the quality function at several evaluation points, i.e. test process parameters (test operating points) and observing the corresponding function values, i.e. the respective quality value (depending on the test method, the maximum temperature cycles, the maximum tensile force or the maximum shear force), using the Gaussian A model of the quality function can be established. One property of the Gaussian process is that the model prediction is very good in areas around the measured test process parameters and the quality function is approximated well. This is reflected in a low level of uncertainty in the functional model. Far away from evaluation points, the model predictions about the quality function become poor and the uncertainty increases with increasing distance from the measured test process parameters.

Schritt S2 sieht das Training eines Gauß-Prozess-Modells aus den bereitgestellten Betriebspunktdaten vor, das die Betriebspunktdaten sowie die Einstellungsparameter auf eine Bearbeitungsstromangabe abbildet. Die Bearbeitungsstromangabe kann einem Bearbeitungsstrom I direkt oder dem Effizienzfaktor η entsprechen, der zur Beaufschlagung des gemäß dem obigen Modell modellierten Bearbeitungsstroms I, der gemäß obiger Formel aus einer zuletzt anliegenden Bearbeitungsspannung ermittelt wird, als Faktor dienen kann. Die Bearbeitungsstromangabe entspricht im Sinne des Bayes'schen Optimierungsverfahren dem Qualitätsmaß, da dieses die Geschwindigkeit des Materialabtrags bestimmt.step S2 provides the training of a Gaussian process model from the operating point data provided, which maps the operating point data and the setting parameters to a machining current specification. The machining current specification can correspond to a machining current I directly or to the efficiency factor η, which can be used as a factor to apply the machining current I modeled according to the above model, which is determined according to the above formula from a last applied machining voltage. The machining current specification corresponds in the sense of the Bayesian optimization method to the quality measure, since this determines the speed of the material removal.

In Schritt S3 wird ein Sicherheitsbereich S(α) abhängig von der Sicherheitsgrenze α ermittelt. Der Sicherheitsbereich S(α) gibt Bereiche der Betriebspunktdaten an, an denen ein Kurzschlussstrom mit der durch die Sicherheitsgrenze α angegeben Wahrscheinlichkeit vermieden werden kann. Der Sicherheitsbereich kann dadurch abhängig von der Varianz bzw. Unsicherheit der Erwartungswerte des trainierten Gaußprozessmodells angegeben werden. Insbesondere kann der Sicherheitsbereich mit einer angenommenen Lipschitz-Kontinuität der Sicherheitsfunktion entsprechend Srinivas et al., „Gaussian process opimization in the Bandit setting: No Regret and Experimental Design“, Arxiv 2010, Arxiv: 0912.3995v4 angegeben werden.In step S3 a safety area S (α) is determined depending on the safety limit α. The safety area S (α) specifies areas of the operating point data at which a short-circuit current can be avoided with the probability specified by the safety limit α. The safety range can thus be specified as a function of the variance or uncertainty of the expected values of the trained Gaussian process model. In particular, the security area with an assumed Lipschitz continuity of the security function according to Srinivas et al., “Gaussian process opimization in the Bandit setting: No Regret and Experimental Design ", Arxiv 2010, Arxiv: 0912.3995v4.

Mit Hilfe einer Lipschitz-Kontinuität kann abgeschätzt werden, wie sich die Sicherheitsfunktion im ungünstigsten Fall entwickelt, wenn man den bekannten Bereich verlässt. Hierdurch lässt sich abschätzen, wie weit die Betriebspunktdaten die Grenze des bekannten Sicherheitsbereichs überschreiten darf, um noch sicher (d.h. innerhalb des Sicherheitsbereichs) bzw. zulässig zu sein. Im Fall von GaußProzessen ist diese Aussage natürlich probabilistisch, gibt also eine Wahrscheinlichkeit an, mit der man mindestens sicher ist.Lipschitz continuity can be used to estimate how the safety function will develop in the worst case when leaving the known area. This makes it possible to estimate how far the operating point data may exceed the limit of the known safety range in order to still be safe (i.e. within the safety range) or permissible. In the case of Gaussian processes, this statement is of course probabilistic, i.e. it indicates a probability with which one is at least certain.

Alternativ kann der Sicherheitsbereich S(α) entsprechend einem separat trainierten Sicherheitsmodell, das ebenfalls als ein Gauß-Prozess-Modell ausgebildet sein kann, ermittelt werden, entsprechend einem in den Druckschriften Werkenkamp et al: „Bayesian Optimization with safety constraints: safe and automatic parameter tuning in robotics“, Arxiv: 1602.04450 V1, und Schreiter et al.: „Self-exploration for active learning with Gaussian processes“, ICML 2015 beschriebenen Verfahren.Alternatively, the security area S (α) can be determined in accordance with a separately trained security model, which can also be designed as a Gaussian process model, in accordance with one in the publications Werkenkamp et al: "Bayesian Optimization with safety constraints: safe and automatic parameter tuning in robotics", Arxiv: 1602.04450 V1, and Schreiter et al .: "Self-exploration for active learning with Gaussian processes", ICML 2015 described procedure.

Eine mögliche Strategie, um die Qualitätsfunktion zu optimieren, ist, die Qualitätsfunktion an vielen verschiedenen Stellen (z.B. auf einem regelmäßigen Gitter) auszuwerten und den niedrigsten beobachteten Funktionswert als das Ergebnis der Optimierung anzunehmen. Dieses Vorgehen ist ineffizient und es sind viele Messvorgänge mit den Testverfahren mit entsprechend hohem Aufwand notwendig, das Optimum aufzufinden.A possible strategy to optimize the quality function is to evaluate the quality function in many different places (e.g. on a regular grid) and to assume the lowest observed function value as the result of the optimization. This procedure is inefficient and many measurement processes with the test procedures are necessary, with a correspondingly high level of effort, to find the optimum.

Anstelle dieses Ansatzes wird der Gauß-Prozess verwendet, um neue Test-Prozessparameter auszuwählen. Dazu wird in Schritt S4 in jeder Rekursion ein neuer Test-Prozessparameter für das Vermessen der Qualitätsfunktion so ausgewählt, dass dadurch zum einen das Gaußprozess-Modell verbessert wird, so dass die Unsicherheit des Gauß-Prozesses reduziert wird. Dazu werden in der Regel die Test-Prozessparameter in Bereichen gewählt, in denen die Qualitätsfunktion noch nicht ausgewertet wurde (Exploration). Zum anderen werden die neuen Test-Prozessparameter für das Vermessen der Qualitätsfunktion so ausgewählt, dass das Ziel, die Qualitätsfunktion zu optimieren, d.h. zu minimieren oder zu maximieren, schnellstmöglich bzw. mit einer möglichst geringen Zahl von Vermessungen mit den Test-Prozessparametern erreicht wird. Dafür werden Test-Prozessparameter bevorzugt, die basierend auf dem Gauß-Prozess niedrige Funktionswerte versprechen (Exploitation).Instead of this approach, the Gaussian process is used to select new test process parameters. This is done in step S4 In each recursion, a new test process parameter for measuring the quality function is selected in such a way that, on the one hand, this improves the Gaussian process model, so that the uncertainty of the Gaussian process is reduced. For this purpose, the test process parameters are usually selected in areas in which the quality function has not yet been evaluated (exploration). On the other hand, the new test process parameters for measuring the quality function are selected in such a way that the goal of optimizing the quality function, ie minimizing or maximizing it, is achieved as quickly as possible or with the smallest possible number of measurements with the test process parameters. For this purpose, test process parameters are preferred that promise low function values based on the Gaussian process (exploitation).

Diese zwei gegensätzlichen Kriterien werden durch eine sogenannte AkquisitionFunktion abgewägt. Beim Bayes'schen Optimierungsverfahren werden also mithilfe der Akquisitionsfunktion die Vermessungen zum Bestimmen der Qualitätsfunktion so optimiert, dass diese nicht unbedingt insgesamt die geringste Unsicherheit aufweisen, sondern eine möglichst hohe Aussagekraft über die Lage des Optimums, d. h. diejenigen Prozessparameter, an denen der größtmögliche Qualitätswert erreicht werden kann, haben.These two opposing criteria are weighed up by what is known as an acquisition function. In the Bayesian optimization method, the measurements for determining the quality function are optimized with the aid of the acquisition function in such a way that they do not necessarily have the lowest uncertainty overall, but rather the greatest possible information about the position of the optimum, i.e. H. have those process parameters at which the highest possible quality value can be achieved.

Die Aquisitionsfunktion nutzt Parameter der Qualitätsfunktion, die durch ein Gauß-Prozess-Modell beschrieben wird, wie z.B. den Gaußprozess-Mittelwert µ (x) und die Gauß-Prozess-Standardabweichung σ (x). Ein Beispiel ist die sogenannte Lower-Confidence-Bound (LCB) Aquisition-Funktion oder die Upper-Confidence-Bound (UCB) Aquisition-Funktion (je nachdem ob ein hohes Qualitätsmaß besser oder schlechter ist), die wie folgt beschrieben werden: LCB(x) = µ (x) - kσ (x) bzw. UCB(x) = µ (x) + kσ (x). Der Faktor k wird in der Praxis oft konstant z.B. auf einen bestimmten Wert festgelegt, wie z.B. k = 2. Dieses neue Kriterium kann effizient mit gängigen gradienten-basierten Methoden minimiert bzw. maximiert werden und das Minimum von LCB(x) bzw. das Maximum von UCB(x) bildet dann die neuen Test-Prozessparameter für die Qualitätsfunktion. Hierbei ist zu beachten, dass für die Optimierung der Akquisitionfunktion eine Optimierungsdomäne definiert werden muss, in der nach den nächsten Test-Prozessparametern gesucht wird. Diese Domäne wird typischerweise aufgrund von Erfahrungs- und/oder Expertenwissen gewählt.The acquisition function uses parameters of the quality function, which is described by a Gaussian process model, such as the Gaussian process mean µ (x) and the Gaussian process standard deviation σ (x). An example is the so-called Lower Confidence Bound (LCB) acquisition function or the Upper Confidence Bound (UCB) acquisition function (depending on whether a high quality measure is better or worse), which are described as follows: LCB ( x) = µ (x) - kσ (x) or UCB (x) = µ (x) + kσ (x). In practice, the factor k is often set to a constant value, for example k = 2. This new criterion can be efficiently minimized or maximized using common gradient-based methods and the minimum of LCB (x) or the maximum from UCB (x) then forms the new test process parameters for the quality function. It should be noted here that an optimization domain must be defined for the optimization of the acquisition function, in which the next test process parameters are searched for. This domain is typically chosen on the basis of experience and / or expert knowledge.

Neben den obigen Akquisitionsfunktionen sind andere Akquisitionsfunktionen bekannt, wie z.B. Expected Improvement (EI), Probability of Improvement (PI) oder sogenannte Entropy Search Methoden, die auf informations-theoretischen Überlegungen basieren.In addition to the above acquisition functions, other acquisition functions are known, such as Expected Improvement (EI), Probability of Improvement (PI) or so-called entropy search methods that are based on information-theoretical considerations.

Mithilfe der Akquisitionsfunktion wird in Schritt S4 ein neuer Betriebspunkt entsprechend x * = argmax x μ ( x ) + β σ ( x ) s . t . x   i n   S ( α )

Figure DE102019215268A1_0003
ermittelt, mit der Nebenbedingung, dass der Betriebspunkt sich innerhalb des Sicherheitsbereichs S(α) befindet, d.h. mit der durch die Sicherheitsgrenze vorgegebenen Wahrscheinlichkeit nicht zu einem Kurzschlussstrom führt.The acquisition function is used in step S4 a new operating point accordingly x * = argmax x μ ( x ) + β σ ( x ) s . t . x i n S. ( α )
Figure DE102019215268A1_0003
determined, with the secondary condition that the operating point is within the safety range S (α), ie does not lead to a short-circuit current with the probability specified by the safety limit.

Im Folgenden wird in Schritt S5 der gefundene Betriebspunkt als neue Prozessparameter vorgegeben und das Bearbeitungssystem entsprechend vermessen.The following is in step S5 the operating point found is specified as a new process parameter and the processing system is measured accordingly.

Das Vermessen des Bearbeitungssystems 1 erfolgt anfänglich mit der durch den Betriebspunkt vorgegebenen Vorschubrate f und der Bearbeitungsspannung U. Durch Erhöhen entweder der Vorschubrate und/oder der Bearbeitungsspannung bis zu einer Grenze, an der der gemessene Bearbeitungsstrom stark über einen vorgegebenen maximalen Bearbeitungsstrom ansteigt, können die Betriebspunktdaten bereitgestellt werden, die eine Kombination der Prozessparameter und dem resultierenden Bearbeitungsstrom entsprechend, der einen Grenzbereich der Zulässigkeit der Bearbeitung definiert.Measuring the machining system 1 takes place initially with the feed rate f and the machining voltage U specified by the operating point. By increasing either the feed rate and / or the machining voltage up to a limit at which the measured machining current rises significantly above a predetermined maximum machining current, the operating point data can be provided which a combination of the process parameters and the resulting machining current, which defines a limit range of the permissibility of machining.

Wird in Schritt S5 bei dem in Schritt S4 ermittelten neu zu vermessenden Betriebspunkt festgestellt, dass der maximale Bearbeitungsstrom überschritten wird, so wird durch Reduzierung der Vorschubrate f und/oder der Bearbeitungsspannung U der gerade noch gültige Betriebspunkt ermittelt, bei dem der maximale Bearbeitungsstrom nicht überschritten wird. Diese Betriebspunktdaten werden dann als nächste Betriebspunktdaten bereitgestellt.Will in step S5 at the in step S4 If the newly determined operating point to be measured has been determined that the maximum machining current is exceeded, then by reducing the feed rate f and / or the machining voltage U, the just still valid operating point at which the maximum machining current is not exceeded is determined. These operating point data are then provided as the next operating point data.

In Schritt S6 wird ein Abbruchkriterium überprüft, also z.B. die Zeitdauer, die für die Optimierung der Qualitätsfunktion aufgewendet werden soll, oder die Anzahl der Iterationen oder ein geeignetes Konvergenzkriterium. Ergibt sich hieraus, dass die Optimierung beendet werden soll, wird das Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt, andernfalls wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt.In step S6 a termination criterion is checked, for example the length of time that is to be expended for the optimization of the quality function, or the number of iterations or a suitable convergence criterion. If it results from this that the optimization is to be ended, the method starts with step S7 otherwise continue with step S2 continued.

In Schritt S7 wird das elektrochemische Bearbeitungssystem 1 mit einem Bearbeitungsstrom betrieben, der sich unmittelbar aus der Qualitätsfunktion ergibt. Insbesondere kann basierend auf den Prozessparametern und Einstellungsparametern die Bearbeitungsstromangabe ermittelt werden, abhängig von der das elektrochemische Bearbeitungssystem 1 betrieben wird.In step S7 becomes the electrochemical machining system 1 operated with a machining current that results directly from the quality function. In particular, the machining current specification can be determined based on the process parameters and setting parameters, depending on which the electrochemical machining system is used 1 is operated.

Wird für die Bestimmung des Sicherheitsbereichs ein datenbasiertes Sicherheitsmodell verwendet, so kann dies entsprechend der in Schritt S5 bestimmten Betriebspunktdaten, der zu einem Überschreiten des Bearbeitungsstroms über den maximalen Bearbeitungsstrom geführt hat, trainiert werden. Das Sicherheitsmodell kann ein Klassifikationsmodell sein, das die Betriebspunkte sowie die Materialparameter von Werkstück und Werkzeugelektrode, Elektrolytparameter und Angaben über die Kontur des Werkstücks entsprechend zulässigen oder unzulässigen Betriebspunkten zuordnet. Dadurch ist es möglich, die Sicherheitsbereiche entsprechend der vorgegebenen Sicherheitswahrscheinlichkeit zu bestimmen.If a data-based security model is used to determine the security area, this can be done in accordance with step S5 specific operating point data, which has led to the machining current exceeding the maximum machining current, can be trained. The safety model can be a classification model that assigns the operating points and the material parameters of the workpiece and tool electrode, electrolyte parameters and information about the contour of the workpiece to permissible or impermissible operating points. This makes it possible to determine the safety areas according to the given safety probability.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2868417 [0005]EP 2868417 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Werkenkamp et al: „Bayesian Optimization with safety constraints: safe and automatic parameter tuning in robotics“, Arxiv: 1602.04450 V1, und Schreiter et al.: „Self-exploration for active learning with Gaussian processes“, ICML 2015 [0043]Werkenkamp et al: "Bayesian Optimization with safety constraints: safe and automatic parameter tuning in robotics", Arxiv: 1602.04450 V1, and Schreiter et al .: "Self-exploration for active learning with Gaussian processes", ICML 2015 [0043]

Claims (11)

Computer-implementiertes Verfahren zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses, mit folgenden Schritten: - Bestimmen (S2, S4, S5, S6) von Prozessparametern zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungssystems mithilfe eines Bayes'schen Optimierungsverfahrens, wobei das Bayes'sche Optimierungsverfahren auf einer mit Betriebspunktdaten trainierbaren Qualitätsfunktion basiert, die sukzessive präzisiert wird, wobei die Betriebspunktdaten Betriebspunkte, die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess darstellen, und Einstellungsparameter einem Qualitätsmaß zuordnen, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion eine vorgegebene Aquisitionsfunktion anwendet; - Durchführen (S7) des elektrochemischen Bearbeitungsprozess abhängig von der trainierten Qualitätsfunktion.Computer-implemented method for operating an electrochemical machining process, with the following steps: - Determination (S2, S4, S5, S6) of process parameters for operating an electrochemical machining system with the aid of a Bayesian optimization method, the Bayesian optimization method being based on a quality function that can be trained with operating point data and that is successively refined, the operating point data being operating points which Represent process parameters for the electrochemical machining process, and assign setting parameters to a quality measure, the method iteratively applying a predetermined acquisition function to improve the quality function; - Carrying out (S7) the electrochemical machining process depending on the trained quality function. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion die Aquisitionsfunktion und zusätzlich eine Nebenbedingung anwendet, wobei die Nebenbedingung einen Sicherheitsbereich (S(a)) definiert (S3), der als nächsten Betriebspunkt nur einen Betriebspunkt zulässt, bei dem ein maximaler Bearbeitungsstrom durch den Bearbeitungsstrom nur mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit überschritten wird.Procedure according to Claim 1 , the method iteratively applying the acquisition function and an additional constraint to improve the quality function, the constraint defining a safety area (S (a)) (S3) which, as the next operating point, allows only one operating point at which a maximum machining current is passed through the machining current is exceeded only with a given probability. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sicherheitsbereich (S(a)) abhängig von einer vorgegebenen Sicherheitsgrenze (a) ermittelt wird und Bereiche der Betriebspunktdaten angibt, an denen ein Kurzschlussstrom mit der durch die Sicherheitsgrenze (a) angegeben Wahrscheinlichkeit vermieden werden kann.Procedure according to Claim 2 , the safety range (S (a)) being determined as a function of a predetermined safety limit (a) and indicating ranges of the operating point data at which a short-circuit current can be avoided with the probability specified by the safety limit (a). Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sicherheitsbereich (S(a)) abhängig von einem separat trainierten Sicherheitsmodell, das insbesondere ebenfalls als ein Gauß-Prozess-Modell ausgebildet ist, ermittelt wird.Procedure according to Claim 2 , the security area (S (a)) being determined as a function of a separately trained security model, which in particular is also designed as a Gaussian process model. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess eine Bearbeitungsspannung und einen Vortrieb umfassen.Method according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the process parameters for the electrochemical machining process include a machining voltage and a drive. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einstellungsparameter einen oder mehreren der folgenden Parameter umfassen: Materialparameter von Werkstück und Werkzeugelektrode, Elektrolytparametern und eine oder mehrere Angaben über die Kontur des Werkstücks.Method according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the setting parameters include one or more of the following parameters: material parameters of the workpiece and tool electrode, electrolyte parameters and one or more details about the contour of the workpiece. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Qualitätsfunktion als ein Qualitätsmaß eine Bearbeitungsstromangabe, die den Bearbeitungsstrom direkt oder indirekt als Effizienzfaktor zu einem modellierten Bearbeitungsstrom angibt, bereitstellt.Method according to one of the Claims 1 to 6th , wherein the quality function provides a machining flow specification as a quality measure, which specifies the machining flow directly or indirectly as an efficiency factor for a modeled machining flow. Vorrichtung zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungsprozesses, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Bestimmen von Prozessparametern zum Betreiben eines elektrochemischen Bearbeitungssystems mithilfe eines Bayes'schen Optimierungsverfahrens, wobei das Bayes'sche Optimierungsverfahren auf einer mit Betriebspunktdaten trainierbaren Qualitätsfunktion basiert, die sukzessive präzisiert wird, wobei die Betriebspunktdaten Betriebspunkte, die Prozessparameter für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess darstellen, und Einstellungsparameter einem Qualitätsmaß zuordnen, wobei das Verfahren iterativ zum Verbessern der Qualitätsfunktion eine vorgegebene Aquisitionsfunktion anwendet; - Durchführen des elektrochemischen Bearbeitungsprozess abhängig von der trainierten Qualitätsfunktion.Device for operating an electrochemical machining process, the device being designed for: - Determination of process parameters for operating an electrochemical machining system with the aid of a Bayesian optimization method, the Bayesian optimization method being based on a quality function that can be trained with operating point data and that is successively refined, the operating point data representing operating points, the process parameters for the electrochemical machining process, and setting parameters assign a quality measure, the method iteratively applying a predetermined acquisition function to improve the quality function; - Carrying out the electrochemical machining process depending on the trained quality function. Elektrochemisches Bearbeitungssystem (1) mit einer Werkzeugelektrode (4), die in einem Elektrolyten (5) angeordnet ist, um ein Werkstück elektrochemisch zu bearbeiten, mit einer Strom- oder Spannungsquelle (6), die ausgebildet ist, um eine Bearbeitungsspannung (U) an den Elektrolyten (6) anzulegen, und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8.Electrochemical machining system (1) with a tool electrode (4) which is arranged in an electrolyte (5) in order to electrochemically machine a workpiece, with a current or voltage source (6) which is designed to supply a machining voltage (U) to apply the electrolyte (6), and with a device after Claim 8 . Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program with program code means which is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 7th execute when the computer program is executed on a computing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 10 .
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