DE102020123548A1

DE102020123548A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts sowie Computerprogramm

Info

Publication number: DE102020123548A1
Application number: DE102020123548.8A
Authority: DE
Inventors: Raino Petricevic
Original assignee: iNDTact GmbH
Current assignee: iNDTact GmbH
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-10
Also published as: CN116171377A; WO2022053540A1; DE112021003570A5; US20230333067A1

Abstract

Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts (2), umfassend folgende Schritte:- Erhalten einer Anregungsinformation (4), die eine mechanische Anregung des Objekts (2) beschreibt;- Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte (7) in Abhängigkeit der Anregungsinformation (4) mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte (7) jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind;- Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte (9), die sich auf einen Referenzzustand des Objekts (2) beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind; und- Ermitteln relativer Anregungswerte (11) für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts (7) mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts. Daneben betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie eine Vorrichtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts.
Die Druckschrift DE 10 2018 210 470 A 1 offenbart ein Verfahren zur Schadensfrüherkennung einer Maschine, bei dem ein Schwingungssignal einer Maschine erfasst wird, ein Signal vom Zeitbereich in ein Bildbereich transformiert wird, eine gemäß einer Betriebsgröße bestimmte dominante Anregung betragsmäßig reduziert wird und ein Signalwert mit einem Vergleichswert verglichen wird.
Bei herkömmlichen Zustandsbewertungsverfahren werden typischerweise aus einer Anregungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts beschreibt, mittels einer Frequenzanalyse spektrale Anregungswerte ermittelt. Aus diesen wird sodann durch eine die spektralen Anregungswerte über die Frequenz aufsummierende Funktion ein Kennwert ermittelt. Dieser Kennwert wird mit einem Referenzwert verglichen, der auf im Wesentlichen gleichen Weg aus einer Anregungsinformation, die in einem Referenzzustand des Objekts erfasst wurde, ermittelt worden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Möglichkeit zur Bewertung eines Zustands eines Objekts anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts, umfassend folgende Schritte: Erhalten einer Anregungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts beschreibt; Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte in Abhängigkeit der Anregungsinformation mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind; Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind; und Ermitteln relativer Anregungswerte für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass einzelne, durch die Frequenzanalyse erzeugte spektrale Anregungswerte mit den bezüglich der Spektralabschnitte korrespondierenden spektralen Referenzanregungswerten in Bezug gesetzt werden, um so auf die Spektralabschnitte bezogene relative Anregungswerte zu erhalten. Im Vergleich zu einem herkömmlichen In-Bezug-Setzen aufsummierter spektraler Anregungswerte und aufsummierter spektraler Referenzanregungswerte kann eine Zustandsabweichung dadurch auf den jeweiligen Spektralabschnitt bezogen ermittelt werden, sodass vorteilhafterweise der gesamte Informationsgehalt über das Spektrum der spektralen Anregungswerte gleichzeitig genutzt werden kann.
Während bei herkömmlichen Verfahren die Auswahl des Spektralabschnitte bereits so erfolgen muss, dass für eine Zustandsabweichung relevante Spektralabschnitte bei der Ermittlung der spektralen Referenzanregungswerte und der spektralen Anregungswerte abgedeckt sind, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine gar nicht erwartete Änderung der spektralen Anregungswerte in einzelnen Spektralabschnitte erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher den Vorteil, universell einsetzbar zu sein, auch wenn relevante Spektralabschnitte unbekannt sind, so dass gerade bei der Verwendung breitbandiger Sensoren, welche die mechanische Anregung erfassen, deren Erfassungspotential voll ausgenutzt werden kann.
Mit besonderem Vorteil erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren auch, Abweichungen in Spektralabschnitten hoher Frequenz mit einem geringen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) wirkungsvoll zu erfassen, da die relativen Anregungswerte für diese hohen Spektralabschnitte die Abweichung unabhängig von Abweichungen in niedrigeren - und damit dominanteren - Spektralabschnitten enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr flexibel eingesetzt werden. Der Zustand kann beispielsweise ein Verschleiß, eine Mangelschmierung, eine Verschmutzung, eine Ermüdung, ein Defekt, ein Betriebszustand, eine Intaktheit, ein Gesundheitszustand, eine Qualität, eine Auslastung, ein Kraftaufwand, eine Leistungsaufnahme, ein Füllstand, eine Härte oder eine Fluidfördergröße sein. Auch hinsichtlich des Objekts sind eine Vielzahl von Anwendungsfälle denkbar: So kann das Objekt eine Maschine, eine Anlage, ein Maschinenelement, insbesondere ein Getriebe, ein Lager, eine Pumpe, ein Motor oder ein Roboter, ein Fertigungswerkzeug, ein Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug oder ein Teil davon, eine Struktur, ein Bauteil oder ein Bauwerk oder ein Teil davon sein. Auch ist es möglich, dass das Objekt ein Körperteil eines Lebewesens, insbesondere eine Tieres oder eines Menschen, ist.
Es wird dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die spektralen Anregungswerte und die Referenzanregungswerte eine Amplitude, eine Phase, eine Leistung oder eine spektrale Leistungsdichte (engl. power spectral density - PSD) beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die spektralen Anregungswerte und die Referenzanregungswerte einen Effektivwert, einen Betragsmaximalwert oder eine Amplitudenverteilungsdichte oder einen daraus abgeleiteten Wert, insbesondere einen Crestfaktor oder einen Kurtosisfaktor, beschreiben.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn im Schritt des Erzeugens der Vielzahl spektraler Anregungswerte die spektralen Anregungswerte in einer vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, einer Liste oder einem Datenfeld (englisch array), gespeichert werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte in einer vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, einer Liste oder einem Datenfeld, bereitgestellt wird. Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Schritt des Ermittelns der Vielzahl relativer Anregungswerte die relativen Anregungswerte in einer vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, einer Liste oder einem Datenfeld, gespeichert werden. Eine „Datenstruktur“ im vorgenannten Sinne kann auch allgemein als Zahlenliste aufgefasst werden.
Außerdem können die spektralen Anregungswerte für ein Zeitintervall oder gemittelt über mehrere Zeitintervalle erzeugt werden. Dadurch können die spektralen Anregungswerte gefenstert erzeugt werden.
Zweckmäßigerweise können die Spektralabschnitte disjunkt und/oder über den Frequenzbereich definiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Spektralabschnitte gleich groß oder unterschiedlich groß sein, insbesondere logarithmisch eingeteilt sein. Die Spektralabschnitte können zusammenhängend oder getrennt sein. Bevorzugt werden die spektralen Anregungswerte über ein vorgegebenes, die Spektralabschnitte umfassendes Frequenzband ermittelt.
Die relativen Anregungswerte können für alle Spektralabschnitte ermittelt werden. Es ist aber auch möglich, dass einzelne Spektralabschnitte oder ein Intervall von Spektralabschnitten durch einen Nutzer manuell und/oder automatisch ausgewählt wird.
Im Hinblick auf die Frequenzanalyse ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren typischerweise vorgesehen, dass sie mittels einer Fourieranalyse, insbesondere mittels kontinuierlicher Fouriertransformation, diskreter Fouriertransformation, schneller Fouriertransformation oder Fouriertransformation für zeitdiskrete Signale, oder mittels einer Ermittlung der bzw. einer spektralen Leistungsdichte erfolgt.
Das Verfahren kann insbesondere bei verhältnismäßig groben Frequenzauflösungen mit guten Ergebnissen durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Frequenzanalyse eine Frequenzauflösung von wenigstens 1 Hz, ferner bevorzugt wenigstens 10 Hz, ferner bevorzugt wenigstens 100 Hz, besonders bevorzugt wenigstens 1 kHz, aufweist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine erhebliche Reduktion anfallender Datenmengen.
Nichtsdestotrotz kann das Verfahren auch mit verhältnismäßig feinen Frequenzauflösungen durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Frequenzanalyse eine Frequenzauflösung höchstens 1 Hz, bevorzugt höchstens 10^-1 Hz, ferner bevorzugt höchstens 10^-3 Hz, besonders bevorzugt höchstens 10^-4 Hz, aufweist.
Typischerweise ist vorgesehen, dass im Schritt des Ermittelns der relativen Anregungswerte die jeweiligen spektralen Anregungswert und die zugehörigen spektralen Referenzanregungswerte durch Dividieren in Bezug gesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren auch folgenden Schritt umfassen: Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße durch eine Zustandsbewertungsfunktion, welche als Parameter die relativen Anregungswerte und/oder aus den relativen Anregungswerten abgeleitete Werte verknüpft. Bei der Ermittlung einer solchen Zustandsbewertungsgröße wird insbesondere vermieden, dass spektralabschnittspezifische Abweichungen des spektralen Anregungswerts vom spektralen Referenzanregungswert durch vorherige Summenbildung ausgeglichen werden und somit „verschmieren“. Die Zustandsbewertungsfunktion kann allgemein mit Q(x_i) bezeichnet werden, wobei Q die Zustandsbewertungsgröße, x_i die Parameter und 1 ≤ i ≤ n die n Spektralabschnitte bezeichnen. Die Zustandsbewertungsgröße hat zweckmäßigerweise skalare Werte.
Es ist dabei möglich, dass die relativen Anregungswerte direkt als Parameter der Zustandsbewertungsfunktion verknüpft werden. In diesem Fall ist $x_{i} = q_{i} (p_{i}, p_{i}^{0}),$
wobei $q_{i} (p_{i}, p_{i}^{0})$
die relativen Anregungswerte bezeichnet, die durch das In-Bezug-Setzen der spektralen Anregungswerte p_i und der spektralen Referenzanregungswerte $p_{i}^{0}$
ermittelt werden. Erfolgt das In-Bezug-Setzung durch Division kann $q_{i} = \frac{p_{i}}{p_{i}^{0}}$
sein.
Mit besonderem Vorteil ist jedoch vorgesehen, dass als jeweiliger Parameter ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert kleiner als der spektrale Referenzanregungswert ist, und der relative Anregungswert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert größer als der spektrale Referenzanregungswert ist. Alternativ kann als jeweiliger Parameter ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert verwendet werden, wenn der spektrale Anregungswert größer als der spektrale Referenzanregungswert ist, und der relative Anregungswert verwendet werden, wenn der spektrale Anregungswert kleiner als der spektrale Referenzanregungswert ist. So können Abweichung des spektralen Anregungswerts vom spektralen Referenzanregungswert in beide Richtungen, also sowohl eine Verringerung des spektralen Anregungswerts als auch eine Erhöhung des spektralen Anregungswerts, die Zustandsbewertungsgröße in gleicher Weise beeinflussen. Bei herkömmlichen Verfahren, welche die spektralen Anregungswerte lediglich aufsummieren, gleichen sich Abweichungen nach oben und nach unten in unterschiedlichen Spektralabschnitten indes aus, was die Aussagekraft der Zustandsbewertungsgröße erheblich verringern kann.
Formelmäßig kann dabei gelten: $x_{i} = q_{i} {(p_{i}, p_{i}^{0})}^{sign (p_{i} - p_{i}^{0})}$
oder $x_{i} = q_{i} {(p_{i}, p_{i}^{0})}^{sign (p_{i}^{0} - p_{i})}$
wobei sign(·) die Signum-Funktion bezeichnet und im Übrigen die vorgenannten Bezeichnungen gelten. Für den Fall des In-Bezug-Setzens durch Division gilt dann insbesondere: $x_{i} = {(\frac{p_{i}}{p_{i}^{0}})}^{sign (p_{i} - p_{i}^{0})}$
beziehungsweise $x_{i} = {(\frac{p_{i}}{p_{i}^{0}})}^{sign (p_{i}^{0} - p_{i})}$
Für die konkrete Ausgestaltung der Zustandsbewertungsfunktion stehen eine Vielzahl von Möglichkeiten offen: So kann die Zustandsbewertungsfunktion eine Summation, die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, die Bildung eines Effektivwerts oder die Bildung einer Zero-Crossing Rate umfassen. Die Zero-Crossing Rate ist dabei eine Anzahl von Nulldurchgängen, insbesondere der Phase. Alternativ oder zusätzlich kann die Zustandsbewertungsfunktion eine Gewichtung der Parameter, insbesondere mittels rationaler, reeller oder eine irrationale Komponente aufweisender komplexer Gewichtungsfaktoren und/oder mittels linearer oder exponentieller Gewichtungsfaktoren und/oder frequenzabhängiger Gewichtungsfaktoren, umfassen.
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden: $Q (x_{i}) = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} x_{i}$
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts und eine Gewichtung umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden: $Q (x_{i}) = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} α_{i} \cdot x_{i}$
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines Effektivwerts umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden: $Q (x_{i}) = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2}}$
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines Effektivwerts und eine Gewichtung umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden: $Q (x_{i}) = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} α_{i} \cdot x_{i}^{2}}$
Dabei bezeichnet a_i einen Gewichtungsfaktor, wobei a_i ∈ ℚ oder a_i ∈ ℝ oder a_i ∈ ℂ, wobei ℚ die Menge der rationalen Zahlen, ℝ die Menge der reellen Zahlen bzw. ℂ die Menge der komplexen Zahlen bezeichnen. Für die rationalen und reellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere 0 ≤ a_i ≤ 1. Bei linearen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere a_i = m · ₁ + c, wobei m und c Konstanten sind. Bei exponentiellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere $α_{i} = e^{- \frac{b \cdot i}{n}}$
wobei b eine Konstante ist.
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung einer Zero-Crossing Rate umfasst, kann dies durch folgende Formel ausgedrückt werden: $Q (x_{i}) = \frac{1}{n - 1} \sum_{i = 1}^{n - 1} X_{n} (x_{i} \cdot x_{i - 1})$
Dabei bezeichnet X_n(·) eine Indikatorfunktion, beispielsweise: $X_{n} (x_{i} x_{i - 1}) = {\begin{array}{l} 1, {falls x}_{i} x_{i - 1} \geq 0 \\ 0, falls x_{i} x_{i - 1} < 0 \end{array}$
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen: Bereitstellen der spektralen Anregungswerte und/oder der relativen Anregungswerte an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle. Dadurch können spektralen Anregungswerte bzw. die relativen Anregungswerte für eine externe Verarbeitung bereitgestellt werden.
Es ist ferner möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst: Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße auf einer Anzeigeeinheit. So kann die aktuelle Zustandsbewertungsgröße einem Benutzer komfortabel angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann folgender Schritt vorgesehen sein: Bereitstellen der Zustandsbewertungsgröße an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle. Dadurch kann die Zustandsbewertungsgröße für eine externe Verarbeitung bereitgestellt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst es ferner folgende Schritte: Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten. Vorzugsweise ist dann ferner folgender Schritt vorgesehen: Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs. Auf diese Weise kann ein Benutzer direkt auf relevante Änderungen der Zustandsbewertungsgröße hingewiesen werden. Der Schwellwert oder einer der Schwellwerte kann beispielsweise eine Vorwarnschwelle sein. Dadurch kann der Benutzer beispielsweise darauf hingewiesen werden, dass ein fortgeschrittener Verschleißgrad erreicht ist. Der Schwellwert oder einer der Schwellwerte kann beispielsweise eine Alarmschwelle sein. Dadurch kann der Benutzer beispielsweise darauf hingewiesen werden, dass eine verschleißbedingte Schädigung unmittelbar zu erwarten oder bereits eingetreten ist. Sofern eine zeitliche Änderung der Zustandsbewertungsgröße betrachtet wird, kann so eine Trenddarstellung bzw. Trendanzeige des Zustands ermöglicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen, durch den insbesondere die Anregungsinformation erhalten wird: Erfassen der mechanischen Anregung, insbesondere mittels eines Schwingungssensors und/oder eines Schallsensors und/oder eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors und/oder eines optischen Sensors, und Bereitstellen der Anregungsinformation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgende dem Schritt des Erhaltens der Anregungsinformation, insbesondere auch dem Schritt des Erfassung der mechanischen Anregung, vorangehenden Schritte umfassen: Ermitteln der spektralen Referenzanregungswerte entsprechend den spektralen Anregungswerte, wenn sich das Objekt vor dem Schritt des Erfassens der mechanischen Größe im Referenzzustand befindet; und Abspeichern der ermittelten spektralen Referenzanregungswerte. Dadurch können die spektralen Referenzanregungswerte im Rahmen des Verfahrens selbst ermittelt werden. Es ist alternativ auch möglich, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise virtuell oder synthetisch erzeugte spektrale Referenzanregungswerte verwendet werden.
Vorzugsweise erfolgt zumindest das Erzeugen der spektralen Anregungswerte, insbesondere auch die Ermittlung der relativen Anregungswerte und/oder die Ermittlung der Zustandsbewertungsgröße, wiederholt, insbesondere periodisch. Typischerweise werden die spektralen Anregungswerte über ein Zeitfenster von mehreren Minuten erzeugt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts, insbesondere eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend: eine Datenschnittstelle, die zum Erhalten einer Anregungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts beschreibt, eingerichtet ist; und eine Signalanalyseeinheit, umfassend einen Analyseabschnitt, der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte in Abhängigkeit der Anregungsinformation mittels einer Frequenzanalyse eingerichtet ist, wobei die spektralen Anregungswerte jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind, eine Datenschnittstelle, die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist, einen Ermittlungsabschnitt, der zum Ermitteln relativer Anregungswerte für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert eingerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Signalanalyseeinheit ferner einen weiteren Ermittlungsabschnitt umfasst, der zum Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße durch eine die relativen Anregungswerte und/oder daraus abgeleitete Parameterwerte als Parameter verwendende Zustandsbewertungsfunktion eingerichtet ist.
Mit Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Funk- und/oder Hardwareschnittstelle, die zum Bereitstellen der spektralen Anregungswerte und/oder der relativen Anregungswerte und/oder der Zustandsbewertungsgröße eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße ferner eine Anzeigeeinheit umfassen, die zum Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße eingerichtet ist. Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner: eine Vergleichseinheit, die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße oder eines zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten eingerichtet ist; und eine Ausgabeeinheit, die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
Es wird außerdem bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Erfassungseinheit, die zum Erfassen von analogen Messsignalen der mechanischen Anregung und zum Bereitstellen der Anregungsinformation für die Datenschnittstelle eingerichtet ist, umfasst, wobei die Erfassungseinheit zum Erfassen der analogen Messsignale insbesondere einen Schwingungssensor und/oder einen Schallsensor und/oder einen Körperschallsensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen optischen Sensor umfasst.
Die mechanische Anregung kann während des Betriebs des Objekts selbst auftreten und/oder künstlich in das Objekt eingebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Erfassungseinheit dazu eingerichtet ist, die analogen Messsignale in digitale Messsignale umzusetzen. Alternativ ist vorgesehen, dass die Erfassungseinheit ferner einen Signalverarbeitungsabschnitt umfasst, der zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Analogsignalkonditionierung der analogen Messsignale eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinheit dazu eingerichtet ist, die gefilterten und/oder konditionierten Messsignale in digitale Messsignale zu wandeln.
Zweckmäßigerweise ist die Erfassungseinheit dazu eingerichtet, die digitalen Messignale als Anregungsinformation an der Datenschnittstelle bereitzustellen. Vorzugsweise weist die Erfassungseinheit dazu einen Analog-Digital-Umsetzer auf.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Analyseabschnitt ferner dazu eingerichtet, Ausgangsdaten der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte bereitzustellen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Analyseabschnitt ferner einen Signalverarbeitungsunterabschnitt umfasst, der einerseits zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Digitalsignalkonditionierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereitstellen der gefilterten und/oder konditionierten Ausgangsdaten der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte eingerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine eigene Stromversorgung umfassen. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, autonom zu arbeiten, insbesondere eine integrale Auswertung zu realisieren.
Sämtliche Ausführungen, einschließlich der beschriebenen Vorteile, zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 Signalverläufe einer Anregungsinformation ohne Schädigung, bei einer geringen Schädigung und bei einer fortgeschrittenen Schädigung des Objekts;
4 Signalverläufe spektraler Anregungswerte bei den in 3 gezeigten Schädigungsstufen;
5 Signalverläufe relativer Anregungswerte bei den in 3 gezeigten Schädigungsstufen;
6 einen Verlauf der Zustandsbewertungsgröße über verschiedene Schädigungsstufen;
7 Verläufe der Zustandsbewertungsgröße bei unterschiedlich gewählten Spektralabschnitten; und
8 mögliche Alarmschwellen für die Zustandsbewertungsgröße.

1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Bewertung eines Zustands eines Objekts 2.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Datenschnittstelle 3, die zum Erhalten einer Anregungsinformation 4, die eine mechanische Anregung des Objekts 2 beschreibt, eingerichtet ist. Daneben umfasst die Vorrichtung 1 eine Signalanalyseeinheit 5.
Die Signalanalyseeinheit 5 umfasst einen Analyseabschnitt 6, der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels einer Frequenzanalyse eingerichtet ist. Die spektralen Anregungswerte 7 sind jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet. Außerdem umfasst die Signalanalyseeinheit 5 eine Datenschnittstelle 8, die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte 9, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts 2 beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist. Ein erster Ermittlungsabschnitt 10 der Signalanalyseeinheit 5 ist zum Ermitteln relativer Anregungswerte 11 für einen jeweiligen oder einem einstellbaren Teil der Spektralabschnitte eingerichtet. Das Ermitteln erfolgt durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts 7 mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten Referenzanregungswert 9. Daneben umfasst die Signalanalyseeinheit 5 einen zweiten Ermittlungsabschnitt 12, der zum Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße 13 durch eine die relativen Anregungswerte als Parameter x_i verwendende Zustandsbewertungsfunktion Q(x_i) eingerichtet ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Erfassungseinheit 14, die zum Erfassen von analogen Messsignalen 15 der mechanischen Anregung des Objekts 2 und zum Bereitstellen der Anregungsinformation 4 für die Datenschnittstelle 3 eingerichtet ist. Die Erfassungseinheit 14 kann dazu einen oder mehrere Sensoren 16 aus der folgenden Gruppe umfassen: Einen Schwingungssensor, einen Schallsensor, einen Körperschallsensor, einen Beschleunigungssensor und einen optischen Sensor. Die Erfassungseinheit 14 umfasst ferner einen Analog-Digital-Umsetzer 17, der dazu eingerichtet ist, die analogen Messsignale 15 in als die Anregungsinformation 4 bereitgestellte digitale Messsignale umzusetzen.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Vergleichseinheit 19, die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße 13 oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße 13 mit vorgegebenen oder mittels einer Benutzerschnittstelle 20 der Vorrichtung 1 einstellbaren Schwellwerten eingerichtet ist. Außerdem weist die Vorrichtung 1 eine Ausgabeeinheit 21 auf, die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
Zusätzlich sind bei der Vorrichtung 1 ferner eine oder mehrere Funk- und/oder Hardwareschnittstellen 22 vorgesehen, die zum Bereitstellen der spektralen Anregungswerte 7, der relativen Anregungswerte 11 und der Zustandsbewertungsgröße 13 eingerichtet ist bzw. sind. Dadurch können diese Informationen extern weiterverarbeitet werden. Außerdem weist die Vorrichtung 1 zusätzlich eine Anzeigeeinheit 23, beispielsweise einen Monitor oder ein Display, auf, die zum Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße 13 oder ihres zeitlichen Verlaufs eingerichtet ist.
Dabei können auch die Ausgabeeinheit 21 und/oder die Anzeigeeinheit 23 mittels der Benutzerschnittstelle 20 parametrierbar sein.
Die Ermittlung der spektralen Referenzanregungswerte 9 erfolgt ebenfalls mittels des Analyseabschnitts 6, wenn sich das Objekt 2 im Referenzzustand befindet. Der Analyseabschnitt ist dazu eingerichtet, die spektralen Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 in einem Speicher 24 der Vorrichtung 1 abzuspeichern. Aus dem Speicher 24 sind die spektralen Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 vom ersten Ermittlungsabschnitt 10 abrufbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im Übrigen dem zuvor Beschriebenen entspricht, umfasst die Erfassungseinheit 14 ferner einen Signalverarbeitungsabschnitt 25, der zum Filtern und zu einer Analogsignalkonditionierung der analogen Messsignale 15 eingerichtet ist. Dazu kann die Analogsignalkonditionierung mittels der Benutzerschnittstelle 20 einstellbar sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinheit 14 dazu eingerichtet, die gefilterten und konditionierten Messsignale 15a mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in als die Anregungsinformation bereitgestellte digitale Messsignale zu wandeln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im Übrigen einem der zuvor Beschriebenen entspricht, umfasst der Analyseabschnitt 6 einen Signalverarbeitungsunterabschnitt 26, der einerseits zum Filtern und zu einer Digitalsignalkonditionierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereitstellen der gefilterten und konditionierten Ausgangsdaten 7a der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte 7 eingerichtet ist. Dazu kann die Digitalsignalkonditionierung mittels der Benutzerschnittstelle 20 einstellbar sein.
Der Betrieb der Vorrichtung 1 wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur Bewertung des Zustands des Objekts 2, zu dessen Durchführung die Vorrichtung 1 eingerichtet ist, näher beschrieben:

2 ist ein Flussdiagramm der Ausführungsbeispiele des Verfahrens.

Während sich das Objekt 2 im Referenzzustand befindet, wird ein Schritt S100 des Erfassens der mechanischen Anregung des Objekts 2 mittels des Sensors bzw. der Sensoren 16 der Erfassungseinheit 14 durchgeführt. Ist der Signalverarbeitungsabschnitt 25 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S100 ferner ein Filtern und eine Analogsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der erfassten analogen Messsignale 15 durchgeführt. Außerdem werden im Schritt S100 die analogen Messignale 15 bzw. die gefilterten und konditionierten Messsingale 15a und mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in die digitalen Messsignale umgesetzt, welche der Datenschnittstelle 3 als Anregungsinformation 4 bereitgestellt werden. 3 zeigt die analogen Messsignale 15, hier die Amplitude einer Spannung u in Volt, über die Zeit t in Sekunden, wobei das obere Diagramm die analogen Messsignale 15 im Referenzzustand zeigt.
In einem anschließenden Schritt S110 erhält der Analyseabschnitt 6 der Signalanalyseeinheit 5 die Anregungsinformation 4.
In einem folgenden Schritt S120 erzeugt der Analyseabschnitt 6 eine Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte 7 jeweils einem Spektralabschnitt zugeordnet sind. Ist der Signalverarbeitungsunterabschnitt 26 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S120 ferner ein Filtern und eine Digitalsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse durchgeführt. Die Ausgangsdaten der Frequenzanalyse bzw. die gefilterten und konditionierten Ausgangsdaten der Frequenzanalyse 7a werden dann als spektrale Anregungswerte 7 bereitgestellt. 4 zeigt spektrale Anregungswerte 7, hier in Form einer Amplitude U in V·Hz^-1/2, über die Frequenz f in Hz, wobei das obere Diagramm den Referenzzustand darstellt.
In einem folgenden Schritt S130 werden die ermittelten spektralen Anregungswerte im Referenzzustand als spektrale Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 im Speicher 24 gespeichert.
Die folgenden Schritte des Verfahrens werden zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt, wenn sich das Objekt 2 nicht mehr im Referenzzustand befindet. Das Objekt 2 erfährt dabei kontinuierlich eine Abweichung seines Zustands vom Referenzzustand. Nimmt man als Objekt 2 beispielsweise exemplarisch ein Lager an, kann als Zustand eine Schädigung des Lagers überwacht werden.
In einem Schritt S200 wird die mechanische Anregung des Objekts 2 mittels des Sensors bzw. der Sensoren 16 der Erfassungseinheit 14 erfasst. Ist der Signalverarbeitungsabschnitt 25 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S200 ferner ein Filtern und eine Analogsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der erfassten analogen Messsignale 15 durchgeführt. Außerdem werden im Schritt S200 die analogen Messignale 15 bzw. die gefilterten und konditionierten Messsingale 15a und mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in die digitalen Messsignale umgesetzt, welche der Datenschnittstelle 3 als Anregungsinformation 4 bereitgestellt werden. 3 zeigt dabei im mittleren Diagramm die analogen Messsignale 15 bei einer geringen Schädigung und im unteren Diagramm die analogen Messsignale 15 bei einer fortgeschrittenen Schädigung.
In einem anschließenden Schritt S210 erhält der Analyseabschnitt 6 der Signalanalyseeinheit 5 die Anregungsinformation 4.
In einem folgenden Schritt S220 erzeugt der Analyseabschnitt 6 eine Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels der Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte 7 jeweils einem Spektralabschnitt zugeordnet sind. Ist der Signalverarbeitungsunterabschnitt 26 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S220 ferner ein Filtern und eine Digitalsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse durchgeführt. Die Ausgangsdaten der Frequenzanalyse bzw. die die gefilterten und konditionierten Ausgangsdaten der Frequenzanalyse 7a werden dann als spektrale Anregungswerte 7 bereitgestellt. 4 zeigt dazu im mittleren und unteren Diagramm die spektralen Anregungswerte 7 bei geringer bzw. fortgeschrittener Schädigung. Die Frequenzanalyse kann dabei durchaus mit einer recht groben Frequenzauflösung von beispielsweise wenigstens 100 Hertz oder gar 1 kHz durgeführt werden, was das Datenaufkommen während des Verfahrens erheblich reduziert.
Die Ermittlung der spektralen Anregungswerte 7 in den Schritten S200 bis S220 kann beispielsweise während eines Zeitfensters von wenigstens einer Minute und/oder höchstens zehn Minuten erfolgen.
In einem Schritt S230 werden die spektralen Anregungswerte 7 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 22 bereitgestellt.
In einem folgenden Schritt S240 werden die zuvor in den Schritten S100 bis S130 ermittelten spektralen Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 aus dem Speicher 24 abgerufen.
In einem anschließenden Schritt S250 werden relative Anregungswerte 11 für einen jeweiligen der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts 7 mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert 9 mittels des ersten Ermittlungsabschnitts 10 ermittelt. Das In-Bezug-Setzen erfolgt dabei durch Division der spektralen Anregungswerte 7 durch die spektralen Referenzanregungswerte 9. Formelmäßig ausgedrückt gilt dabei: $q_{i} = \frac{p_{i}}{p_{i}^{0}}$
Dabei bezeichnet q_i die relativen Anregungswerte 11, p_i die spektralen Anregungswerte 7 und p_i die spektralen Referenzanregungswerte 9 für einen jeweiligen Spektralabschnitt 1 ≤ i ≤ n. 5 zeigt dazu die relativen Anregungswerte 11 im oberen Diagramm für die geringe Schädigung und im unteren Diagramm für die fortgeschrittene Schädigung jeweils über die Frequenz f.
In einem folgenden Schritt S260 werden die relativen Anregungswerte 11 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 22 bereitgestellt.
In einem anschließenden Schritt S270 wird eine Zustandsbewertungsgröße 13 durch eine Zustandsbewertungsfunktion Q(x_i) mittels des zweiten Ermittlungsabschnitts 12 ermittelt. Dazu verknüpft der zweite Ermittlungsabschnitt 12 entweder direkt die relativen Anregungswerte 11 als Parameter x_i, sodass gilt x_i = q_i. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens verknüpft der zweite Ermittlungsabschnitt 12 aus den relativen Anregungswerten 11 abgeleitete Werte als Parameter. Ein jeweiliger abgeleiteter Werte kann ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert sein, wenn der relative Anregungswert größer als eins ist, und der relative Anregungswert verwendet werden, wenn der relative Anregungswert kleiner als eins ist: $x_{i} = q_{i} {(p_{i}, p_{i}^{0})}^{sign (p_{i} - p_{i}^{0})} = {(\frac{p_{i}}{p_{i}^{0}})}^{sign (p_{i} - p_{i}^{0})}$
Alternativ kann ein jeweiliger abgeleiteter Wert ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert sein, wenn der relative Anregungswert kleiner als eins ist, und der relative Anregungswert verwendet werden, wenn der relative Anregungswert größer als eins ist: $x_{i} = q_{i} {(p_{i}, p_{i}^{0})}^{sign (p_{i}^{0} - p_{i})} = {(\frac{p_{i}}{p_{i}^{0}})}^{sign (p_{i}^{0} - p_{i})}$
Beispielhafte Zustandsbewertungsfunktionen sind:

- ein arithmetischer Mittelwert $Q (x_{i}) = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} x_{i}$
- ein gewichteter arithmetischer Mittelwert: $Q (x_{i}) = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} α_{i} \cdot x_{i}$
- ein Effektivwert: $Q (x_{i}) = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2}}$
- ein gewichteter Effektivwert: $Q (x_{i}) = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} α_{i} \cdot x_{i}^{2}}$
- eine Zero-Crossing Rate: $Q (x_{i}) = \frac{1}{n - 1} \sum_{i = 1}^{n - 1} X_{n} (x_{i} \cdot x_{i - 1})$

Dabei bezeichnet a_i einen Gewichtungsfaktor, wobei a_i ∈ ℚ oder a_i ∈ ℝ oder a_i ∈ ℂ, wobei Q die Menge der rationalen Zahlen, ℝ die Menge der reellen Zahlen bzw. ℂ die Menge der komplexen Zahlen bezeichnen. Für die rationalen und reellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere 0 ≤ a_i ≤ 1. Bei linearen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere a_i = m · i + c, wobei m und c Konstanten sind. Bei exponentiellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere $α_{i} = e^{- \frac{b \cdot i}{n}}$
wobei b eine Konstante ist. Ferner bezeichnet X_n(·) eine Indikatorfunktion, beispielsweise: $X_{n} (x_{i} x_{i - 1}) = {\begin{matrix} 1, falls x_{i} x_{i - 1} \geq 0 \\ 0, falls x_{i} x_{i - 1} < 0 \end{matrix}$
6 zeigt den Verlauf der Zustandsbewertungsgröße 13 (an der Ordinate mit Q bezeichnet) über die Zeit (an der Abszisse mit t bezeichnet) für eine Zeit kurz nach dem Referenzzustand, für eine geringe Schädigung und für eine fortgeschrittene Schädigung. 7 zeigt rein qualitativ Verläufe der Zustandsbewertungsgröße, wenn die Spektralabschnitte, für welche die relativen Anregungswerte ermittelt werden, unterschiedlich gewählt werden. Die durchgezogene Line entspricht beispielsweise einem Frequenzband von 0 bis 50 kHz, während die gestrichelte Linie einem Frequenzband von 11 bis 18 kHz entspricht.
In einem Schritt S280 wird die Zustandsbewertungsgröße 13 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 23 bereitgestellt.
In einem Schritt S290 wir die Zustandsbewertungsgröße 13 und ein zeitlicher Verlauf der Zustandsbewertungsgröße 13 auf der Anzeigeeinrichtung 23 angezeigt.
In einem Schritt S300 wird ein Vergleich der Zustandsbewertungsgröße 13 mit zwei Schwellwerten T1, T2 vorgenommen. 8 zeigt dazu einen exemplarischen Verlauf der Zustandsbewertungsgröße 13 (an der Ordinate wieder mit Q bezeichnet) über die über die Zeit (an der Abszisse mit t bezeichnet).
In einem anschließenden Schritt S310 wird mittels der Ausgabeeinheit 21 visuell und/oder akustisch und/oder haptisch wahrnehmbares Signal ausgegeben, wenn der Schwellwert T1 überschritten oder erreicht wird. Der Schwellwert T1 stellt eine Warnschwelle dar. Wird der Schwellwert T2 überschritten oder erreicht, wird ein weiteres visuell und/oder akustisch und/oder haptisch wahrnehmbares Signal mittels der Ausgabeeinheit 21 ausgegeben. Der Schwellwert T2 stellt hier eine Alarmschwelle dar.
Die Schritte S200 bis S300 oder S200 bis S310 werden dann in vorgegebenen oder einstellbaren Zeitabschnitten, insbesondere periodisch wiederholt. Typische Wiederholungsraten sind beispielsweise einmal je Stunde.
Obwohl das Verfahren zuvor anhand des Verschleißgrades eines Lagers als Objekts erörtert wurde, kann der Zustand auch eine Mangelschmierung, eine Verschmutzung, eine Ermüdung, ein Defekt, ein Betriebszustand, eine Intaktheit, ein Gesundheitszustand, eine Qualität, eine Auslastung, ein Kraftaufwand, eine Leistungsaufnahme, ein Füllstand, eine Härte oder eine Fluidfördergröße sein. Auch hinsichtlich des Objekts 2 sind eine Vielzahl von Anwendungsfälle denkbar: So kann das Objekt eine Maschine, eine Anlage, ein Maschinenelement, insbesondere ein Getriebe, ein Lager, eine Pumpe, ein Motor oder ein Roboter, ein Fertigungswerkzeug, ein Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug oder ein Teil davon, eine Struktur, ein Bauteil oder ein Bauwerk oder ein Teil davon sein. Auch ist es möglich, dass das Objekt 2 ein Körperteil eines Lebewesens, insbesondere eine Tieres oder eines Menschen, ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018210470 A [0002]

Claims

Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts (2), umfassend folgende Schritte: - Erhalten einer Anregungsinformation (4), die eine mechanische Anregung des Objekts (2) beschreibt; - Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte (7) in Abhängigkeit der Anregungsinformation (4) mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte (7) jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind; - Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte (9), die sich auf einen Referenzzustand des Objekts (2) beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind; und - Ermitteln relativer Anregungswerte (11) für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts (7) mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert (9).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die spektralen Anregungswerte (7) und die Referenzanregungswerte (9) eine Amplitude, eine Phase, eine Leistung, oder eine spektrale Leistungsdichte beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die spektralen Anregungswerte (7) oder die Referenzanregungswerte - einen Effektivwert, - einen Betragsmaximalwert oder - eine Amplitudenverteilungsdichte oder einen daraus abgeleiteten Wert, insbesondere einen Crestfaktor oder einen Kurtosisfaktor, beschreiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzanalyse eine Frequenzauflösung von wenigstens 1 Hertz, ferner bevorzugt wenigstens 10 Hertz, ferner bevorzugt wenigstens 100 Hertz, besonders bevorzugt wenigstens 1 kHz, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße (13) durch eine Zustandsbewertungsfunktion, welche als Parameter - die relativen Anregungswerte (11) und/oder - aus den relativen Anregungswerten (11) abgeleitete Werte verknüpft.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als jeweiliger Parameter - ein aus einem invertierten relativen Anregungswert (11) ermittelter Parameterwert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) kleiner als der spektrale Referenzanregungswert (9) ist, und der relative Anregungswert (11) verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) größer als der spektrale Referenzanregungswert ist (9), oder - ein aus einem invertierten relativen Anregungswert (11) ermittelter Parameterwert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) größer als der spektrale Referenzanregungswert (9) ist, und der relative Anregungswert (11) verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) kleiner als der spektrale Referenzanregungswert (9) ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Zustandsbewertungsfunktion - eine Summation, die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, die Bildung eines Effektivwerts oder die Bildung einer Zero-Crossing Rate und/oder - eine Gewichtung der Parameter, insbesondere (i) mittels rationaler, reeller oder eine irrationale Komponente aufweisender komplexer Gewichtungsfaktoren und/oder (ii) mittels linearer oder exponentieller Gewichtungsfaktoren, und/oder (iii) frequenzabhängiger Gewichtungsfaktoren umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend - folgenden Schritt: Bereitstellen der spektralen Anregungswerte (7) und/oder der relativen Anregungswerte (11) an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22); und/oder - folgenden Schritt: Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße (13) und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße (13) auf einer Anzeigeeinheit (23); und/oder - folgenden Schritt: Bereitstellen der Zustandsbewertungsgröße (13) an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22); und/oder - folgende Schritte: Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße (13) oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße (13) mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten (T1, T2); und Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: Erfassen der mechanischen Anregung, insbesondere mittels eines Schwingungssensors und/oder eines Schallsensors und/oder eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors und/oder eines optischen Sensors, und Bereitstellen der Anregungsinformation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende dem Schritt des Erhaltens der Anregungsinformation (4) vorangehenden Schritte: - Ermitteln der spektralen Referenzanregungswerte (9) entsprechend den spektralen Anregungswerte (7), wenn sich das Objekt (2) vor dem Schritt des Erfassens der mechanischen Größe im Referenzzustand befindet; und - Abspeichern der ermittelten spektralen Referenzanregungswerte (9).
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Vorrichtung (1) zur Bewertung eines Zustands eines Objekts (2), insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: - eine Datenschnittstelle (3), die zum Erhalten einer Anregungsinformation (4), die eine mechanische Anregung des Objekts (2) beschreibt, eingerichtet ist; und - eine Signalanalyseeinheit (5), umfassend - einen Analyseabschnitt (6), der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte (7) in Abhängigkeit der Anregungsinformation (4) mittels einer Frequenzanalyse eingerichtet ist, wobei die spektralen Anregungswerte (7) jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind, - eine Datenschnittstelle (8), die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte (9), die sich auf einen Referenzzustand des Objekts (2) beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist, - einen Ermittlungsabschnitt (10), der zum Ermitteln relativer Anregungswerte (11) für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts (7) mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert (9) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Signalanalyseeinheit (5) ferner einen weiteren Ermittlungsabschnitt (12) umfasst, der zum Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße (13) durch eine die relativen Anregungswerte (11) und/oder daraus abgeleitete Parameterwerte als Parameter verwendende Zustandsbewertungsfunktion eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend: - eine Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22), die zum Bereitstellen der spektralen Anregungswerte (7) und/oder der relativen Anregungswerte (11) und/oder der Zustandsbewertungsgröße (13) eingerichtet ist; und/oder - eine Anzeigeeinheit (23), die zum Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße (12) und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße (12) eingerichtet ist; und/oder - eine Vergleichseinheit (19), die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße (13) oder eines zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße (13) mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten (T1, T2) eingerichtet ist; und eine Ausgabeeinheit (21), die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: eine Erfassungseinheit (14), die zum Erfassen von analogen Messsignalen (15) der mechanischen Anregung und zum Bereitstellen der Anregungsinformation (4) für die Datenschnittstelle (3) eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinheit (14) zum Erfassen der analogen Messsignale (15) insbesondere einen Schwingungssensor und/oder einen Schallsensor und/oder einen Körperschallsensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen optischen Sensor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Erfassungseinheit (14) - dazu eingerichtet ist, die analogen Messsignale (15) in digitale Messsignale umzusetzen, oder - ferner einen Signalverarbeitungsabschnitt (25) umfasst, der zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Analogsignalkonditionierung der analogen Messsignale eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinheit (14) dazu eingerichtet ist, die gefilterten und/oder konditionierten Messsignale (15a) in digitale Messsignale zu wandeln, wobei die Erfassungseinheit dazu eingerichtet ist, die digitalen Messignale als Anregungsinformation (4) an der Datenschnittstelle (3) bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 12 bis 16, wobei der Analyseabschnitt (6) ferner - dazu eingerichtet ist, Ausgangsdaten der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte (7) bereitzustellen oder - einen Signalverarbeitungsunterabschnitt (26) umfasst, der einerseits zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Digitalsignalkonditionierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereitstellen der gefilterten und/oder konditionierten Ausgangsdaten (7a) der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte (7) eingerichtet ist.