DE102021214320A1 - System for machining workpieces and method for controlling a machine tool - Google Patents

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Jochen Schmitz
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Gewindeschneidanlage (1) zur Herstellung von Gewinden an den Enden von Metallrohren (3), umfassend wenigstens eine Werkzeugmaschine (2) zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks, wenigstens eine Steuereinrichtung (6) zur Umsetzung von Steuerbefehlen an die Werkzeugmaschine (2), wenigstens eine übergeordnete Prozesssteuerung (5), wenigstens eine Einrichtung zur optischen oder taktilen Vermessung eines bearbeiteten Werkstücks, Mittel zur Erfassung und Speicherung von Prozessdaten der Bearbeitung und Mittel zur Erfassung und Speicherung von bei der Vermessung des Werkstücks erfassten Geometriedaten des Werkstücks, wobei die übergeordnete Prozesssteuerung (5) wenigstens eine Korrelationsdatenbank zur Speicherung von Korrelationen der Geometriedaten und der Prozessdaten sowie ein Vorhersagemodul (15) zur Ableitung von Steuerungsmaßnahmen und/oder Regeleingriffen für die Werkzeugmaschine (2) umfasst, das auf Methoden des maschinellen Lernens und/oder auf einem Expertensystem basiert, wobei das Vorhersagemodul (15) mit der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine (2) gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer WerkzeugmaschineThe invention relates to a system for machining workpieces, in particular a thread-cutting system (1) for producing threads on the ends of metal pipes (3), comprising at least one machine tool (2) for machining the workpiece, at least one control device (6) for implementation of control commands to the machine tool (2), at least one higher-level process controller (5), at least one device for the optical or tactile measurement of a machined workpiece, means for acquiring and storing process data from the machining and means for acquiring and storing data during the measurement of the workpiece recorded geometry data of the workpiece, wherein the higher-level process control (5) comprises at least one correlation database for storing correlations between the geometry data and the process data, and a prediction module (15) for deriving control measures and/or control interventions for the machine tool (2), which is based on methods of the machine learning and/or based on an expert system, the prediction module (15) being coupled to the control device of the machine tool (2). The invention also relates to a method for controlling a machine tool

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Gewindeschneidanlage zur Herstellung von Gewinden an den Enden von Metallrohren.The invention relates to a system for machining workpieces, in particular a thread-cutting system for producing threads on the ends of metal pipes.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mittels wenigstens eines Werkzeugs mit einer bestimmten Schneidengeometrie. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zur Herstellung von Gewinden an Metallrohren.The invention also relates to a method for controlling a machine tool for machining workpieces using at least one tool with a specific cutting edge geometry. The invention relates in particular to a method for controlling a machine tool for producing threads on metal pipes.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes an wenigstens einem Ende wenigstens eines Metallrohres durch spanende Bearbeitung eines Metallrohres in wenigstens einer CNC gesteuerten Werkzeugmaschine.Finally, the invention relates to a method for producing a thread on at least one end of at least one metal tube by machining a metal tube in at least one CNC-controlled machine tool.

An die Gewinde von Rohren, die für den Transport von unter Druck stehenden Fluiden dienen, wie beispielsweise Erdgas oder Erdöl, und die druckfest gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verschraubt werden, sind hohe Anforderungen an die Dichtigkeit zu stellen. Bei solchen OCTG-Rohren (OCTG= Oil Country Tubular Goods) als Futterrohre oder Steigrohre für Erdöl- oder Erdgas Explorationsbohrungen oder Erdgas oder Erdöl Förderleitungen finden üblicherweise konische Gewinde mit hinterschnittenen Gewindeflanken Anwendungen. An die Gewinde schließt sich in der Regel stirnseitig des Rohres eine Dichtlippe an. Sowohl das Gewinde als auch die Dichtlippe müssen höchsten Präzisionsanforderungen genügen. Im Stand der Technik ist es grundsätzlich bekannt, die Gewinde zur Qualitätskontrolle der Rohre optisch zu vermessen.The threads of pipes that are used to transport pressurized fluids, such as natural gas or crude oil, and that are screwed together in a pressure-tight, gas-tight and liquid-tight manner are subject to stringent tightness requirements. In the case of such OCTG tubes (OCTG=Oil Country Tubular Goods) as casings or risers for oil or natural gas exploration wells or natural gas or oil production lines, conical threads with undercut thread flanks are usually used. A sealing lip is usually attached to the thread on the front side of the pipe. Both the thread and the sealing lip must meet the highest precision requirements. In the prior art, it is generally known to optically measure the threads for quality control of the pipes.

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur optischen Vermessung des Außengewinde-Profils von Rohren ist beispielsweise aus der WO 2019/09371 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Auflage für das zu vermessende Rohr und eine optische Vermessungseinheit mit wenigstens einer Messvorrichtung, die eine Lichtquelle und eine im Strahlengang der Lichtquelle angeordnete Kamera zur Aufnahme eines Schattenbildes des Außengewinde-Profils umfasst, wobei die optische Vermessungseinheit starr auf einem Tragelement angeordnet ist, das um drei Raumachsen verschwenkbar gehalten ist, wobei weiterhin die optische Vermessungseinheit wenigstens zwei Messvorrichtungen aufweist, deren Strahlengänge einander kreuzen. Das Verfahren umfasst das Anordnen der zu vermessenden Rohre auf einer Auflage, sodass die Raumachse quer zu einer Messebene der Vermessungseinheit verläuft und das Außengewinde im Strahlengang zwischen den Lichtquellen und den zugeordneten Kameras angeordnet ist, das Ausrichten der Vermessungseinheit derart, dass die Messebene einen rechten Winkel mit der Raumachse einschließt, das Aufnehmen von Schattenbildern des Außengewindes mittels der Kamera wenigstens einer Messvorrichtung sowie das Auswerten der Schattenbilder.A method and a device for the optical measurement of the external thread profile of pipes is, for example, from WO 2019/09371 A1 known. The device comprises a support for the pipe to be measured and an optical measuring unit with at least one measuring device, which comprises a light source and a camera arranged in the beam path of the light source for recording a silhouette of the external thread profile, with the optical measuring unit being arranged rigidly on a support element , which is held pivotable about three spatial axes, the optical measuring unit also having at least two measuring devices whose beam paths cross one another. The method includes arranging the pipes to be measured on a support so that the spatial axis runs transversely to a measuring plane of the measuring unit and the external thread is arranged in the beam path between the light sources and the associated cameras, aligning the measuring unit in such a way that the measuring plane is at right angles with the spatial axis, the recording of shadow images of the external thread by means of the camera of at least one measuring device and the evaluation of the shadow images.

Eine andere Vorrichtung zur Messung eines Gewindes ist beispielsweise aus der EP 3 465 079 B1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Halter zur lösbaren Aufnahme eines Rohres, wobei das Gewinde an einem Ende des Rohres ausgeformt ist, eine erste optische Messstrecke mit einem ersten optischen Sensor, wobei die erste optische Messstrecke an einem Manipulator der Vorrichtung angebracht ist, der eingerichtet ist, die erste Messstrecke relativ zu dem Rohr zu bewegen, und wobei die erste optische Messstrecke um eine erste Stellachse relativ zu einer Gewindeachse des Gewindes einstellbar ist, wobei an den Manipulator eine zweite optische Messstrecke der Vorrichtung mit einem zweiten optischen Sensor angeordnet ist, wobei die optischen Messstrecken insgesamt einen Messkanal zur gleichzeitigen Vermessung von gegenüberliegenden Seiten des Gewindes ausbilden. Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Messkanal mittels des Manipulators um zumindest eine zweite Stellachse relativ zu der Gewindeachse kippbar ist, sodass der Messkanal innerhalb eines Raumwinkelintervalls frei ausrichtbar ist.Another device for measuring a thread is, for example, from EP 3 465 079 B1 known. The device comprises a holder for detachably receiving a tube, the thread being formed at one end of the tube, a first optical measuring section with a first optical sensor, the first optical measuring section being attached to a manipulator of the device, which is set up to to move the first measuring section relative to the pipe, and wherein the first optical measuring section can be adjusted about a first adjustment axis relative to a thread axis of the thread, a second optical measuring section of the device with a second optical sensor being arranged on the manipulator, the optical measuring sections altogether form a measuring channel for the simultaneous measurement of opposite sides of the thread. The device is characterized in particular by the fact that the measuring channel can be tilted by means of the manipulator about at least a second adjustment axis relative to the thread axis, so that the measuring channel can be freely aligned within a solid angle interval.

Die mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren gewonnenen Messdaten werden in der Regel stichprobenartig erfasst, um hieraus Erkenntnisse im Hinblick auf den Verschleiß der Werkzeuge für das Schneiden der Gewinde abzuleiten. Auch werden die Messergebnisse zur Aufzeichnung von Qualitätssicherungsdaten verwendet.The measurement data obtained with the known devices and methods are usually recorded on a random basis in order to derive findings with regard to the wear of the tools for cutting the threads. The measurement results are also used to record quality assurance data.

Aus der EP 3 306 424 A1 ist ein Verfahren zur maschinenübergreifenden Nutzung von Daten bekannt, bei welchem Betriebsdaten mehrerer Maschinen von mehreren Sensoren erfasst werden, wobei die Betriebsdaten unterschiedliche erste Datenformate aufweisen, wobei das Datenformat jeweils von dem jeweiligen Sensor abhängt, die Betriebsdaten von zumindest einem Abstraktionsmodul in Abstraktionsdaten umgewandelt werden, wobei die Abstraktionsdaten ein einheitliches zweites Datenformat aufweisen und in einer zentralen Speichereinrichtung gespeichert werden, eine Analyse der Abstraktionsdaten vorgenommen wird, wobei die Analyse auf Betriebsdaten zumindest zweier Maschinen beruht, anhand der Analyse ein Betriebszustand einer der Maschinen beurteilt wird und die Analyse der Abstraktionsdaten ausgegeben wird.From the EP 3 306 424 A1 a method for the cross-machine use of data is known, in which operating data from a number of machines is recorded by a number of sensors, the operating data having different first data formats, with the data format depending on the respective sensor, the operating data being converted into abstraction data by at least one abstraction module, wherein the abstraction data have a uniform second data format and are stored in a central storage device, the abstraction data is analyzed, the analysis being based on operating data from at least two machines, the analysis being used to assess an operating state of one of the machines, and the analysis of the abstraction data being output .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Gewindeschneidanlage zur Herstellung von Gewinden an den Enden von Metallrohren bereitzustellen, die hinsichtlich der Rückkopplung von Messdaten aus einer Qualitätsüberprüfung verbessert ist.The object of the present invention is to provide a system for machining workpieces, in particular a thread-cutting system for producing threads on the ends of metal pipes, which is improved with regard to the feedback of measurement data from a quality check.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken bereitzustellen, welches eine vollständige Dokumentation und Kontrolle der Qualität der bearbeiteten Werkstücke ermöglicht. Diese Kontrolle soll insbesondere lückenlos sein.The invention is also based on the object of providing a method for controlling a machine tool for machining workpieces, which method enables complete documentation and control of the quality of the machined workpieces. In particular, this control should be seamless.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object on which the invention is based is achieved by providing a system with the features of claim 1 and by providing a method with the features of claim 5. Advantageous refinements of the invention result from the dependent claims.

Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Gewindeschneidanlage zur Herstellung von Gewinden an den Enden von Metallrohren, umfassend wenigstens eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks, wenigstens eine Steuereinrichtung zur Umsetzung von Steuerbefehlen an die Werkzeugmaschine, wenigstens eine übergeordnete Prozesssteuerung, wenigstens eine Einrichtung zur optischen oder taktilen Vermessung eines bearbeiteten Werkstücks, Mittel zur Erfassung und Speicherung von Prozessdaten der Bearbeitung und Mittel zur Erfassung und Speicherung von bei der Vermessung des Werkstücks erfassten Geometriedaten des Werkstücks, wobei die Prozesssteuerung wenigstens eine Korrelationsdatenbank zur fortlaufenden Speicherung von Korrelationen der Geometriedaten und der Prozessdaten sowie ein Vorhersagemodul zur Ableitung von Steuerungsmaßnahmen und/oder Regeleingriffen für die Werkzugmaschine umfasst, das auf Methoden des maschinellen Lernens und/oder auf einem Expertensystem basiert, wobei das Vorhersagemodul mit der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine gekoppelt ist.One aspect of the present invention relates to a system for machining workpieces, in particular a thread cutting system for producing threads on the ends of metal pipes, comprising at least one machine tool for machining the workpiece, at least one control device for implementing control commands to the machine tool, at least one higher-level process control, at least one device for optical or tactile measurement of a machined workpiece, means for acquiring and storing process data from the machining and means for acquiring and storing geometry data of the workpiece acquired during the measurement of the workpiece, the process controller having at least one correlation database for continuous storage of correlations of the geometry data and the process data and a prediction module for deriving control measures and/or control interventions for the machine tool, which is based on machine learning methods and/or on an expert system, the prediction module being coupled to the control device of the machine tool.

Vorzugsweise ist die Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung als CNC gesteuerte Werkzeugmaschine ausgebildet. Die Einrichtung zur Vermessung des bearbeiteten Werkstücks ist vorzugsweise als Einrichtung zur optischen Vermessung des Werkstücks ausgebildet. Die Anlage gemäß der Erfindung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Ergebnisse einer automatisierten Bauteil- bzw. Gewindevermessung zur Voreinstellung der Werkzeugmaschine verwendet werden. Mittels des Vorhersagemoduls lässt sich beispielsweise ein fortschreitender Werkzeugverschleiß vorzeitig erkennen, so dass eine Ableitung von Steuerbefehlen für die Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgen kann, beispielsweise derart, dass ein Werkzeugwechsel vorzeitig vorgenommen wird.The machine tool according to the invention is preferably designed as a CNC-controlled machine tool. The device for measuring the machined workpiece is preferably designed as a device for optically measuring the workpiece. The system according to the invention is preferably designed in such a way that the results of an automated component or thread measurement are used to preset the machine tool. Using the prediction module, progressive tool wear can be detected early, for example, so that control commands for controlling the machine tool can be derived, for example in such a way that a tool change is carried out early.

Bei einer bevorzugten Variante der Anlage gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkzeugmaschine eine Vielzahl von Sensoren zur Erfassung von Prozessdaten bei der Bearbeitung des Werkstücks umfasst, wobei die Sensoren ausgewählt sind aus einer Gruppe von Sensoren, umfassend Sensoren zur Erfassung von Motordaten des Antriebs der Werkzeugmaschine, Sensoren zur Messung von Schwingungen an einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine, Sensoren zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Werkstückaufnahme und/oder an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine, Sensoren zur Messung einer Vorschubgeschwindigkeit und/oder einer Vorschubkraft einer Hauptspindel und/oder einer Vorschubspindel und/oder einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine.In a preferred variant of the system according to the invention, it is provided that the machine tool comprises a large number of sensors for acquiring process data when machining the workpiece, the sensors being selected from a group of sensors comprising sensors for acquiring motor data of the drive Machine tool, sensors for measuring vibrations on a machine frame of the machine tool, sensors for measuring vibrations and/or forces on a workpiece holder and/or on a tool holder of the machine tool, sensors for measuring a feed rate and/or a feed force of a main spindle and/or a Feed spindle and / or a tool spindle of the machine tool.

Durch eine vollständige Erfassung der Prozessdaten mit diversen Sensoren während des Schneidprozesses können sowohl kontinuierliche als auch disruptive Messwertänderungen erfasst werden, die beispielsweise im Hinblick auf einen Werkzeugverschleiß, Werkzeugbruch oder Materialfehler am Bauteil ausgewertet werden können. Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Vorhersagemoduls, das auf Methoden des maschinellen Lernens basiert, können sich einstellende Betriebszustände der Anlage rechtzeitig während des Prozesses erkannt werden, sodass entsprechend frühzeitig eingegriffen werden kann. Hierdurch verringert sich insbesondere der sonst bei einer stichprobenartigen Kontrolle während des Prozesses anfallende höhere Ausschuss an Material.By completely recording the process data with various sensors during the cutting process, both continuous and disruptive changes in measured values can be recorded, which can be evaluated, for example, with regard to tool wear, tool breakage or material defects on the component. By means of the prediction module provided according to the invention, which is based on methods of machine learning, operating states of the system that arise can be recognized in good time during the process, so that appropriate intervention can be made at an early stage. This reduces in particular the higher amount of material that would otherwise be wasted during random checks during the process.

Sensoren zur Messung von Kräften an einer Werkstückaufnahme können beispielsweise in Form von Piezosensoren oder Dehnmessstreifen vorgesehen sein. Schwingungen können beispielsweise mittels Ultraschallsensoren erfasst werden und beispielsweise vorzeitig einen beginnenden Werkzeugverschleiß detektieren. So können beispielsweise an den Span- und Freiflächen des Werkzeugs entstehende Aufbauschneiden erkannt werden. Eine solche Aufbauschneide resultiert in veränderten Geometriedaten des Werkstücks, die während des Prozesses mit der Anlage gemäß der Erfindung online erkannt werden können.Sensors for measuring forces on a workpiece holder can be provided, for example, in the form of piezo sensors or strain gauges. Vibrations can be detected, for example, by means of ultrasonic sensors and, for example, an incipient tool wear can be detected prematurely. For example, built-up edges can be detected on the chip and flank faces of the tool. Such a built-up edge results in changed geometry data of the workpiece, which can be recognized online during the process with the system according to the invention.

Zweckmäßigerweise umfasst die Anlage gemäß der Erfindung eine Bearbeitungsstation und eine Vermessungsstation, die in einer Prozesslinie hintereinander angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsstation die Werkzeugmaschine und die Vermessungsstation wenigstens eine Einrichtung zur optischen Vermessung eines an dem als Metallrohr ausgebildeten Werkstück geschnittenen Gewindes umfasst.The system according to the invention expediently comprises a processing station and a measuring station, which are arranged one behind the other in a process line, the processing processing station, the machine tool and the measuring station comprises at least one device for optically measuring a thread cut on the workpiece designed as a metal pipe.

Die Anlage ist vorzugsweise insbesondere dazu ausgebildet, Innen- und Außengewinde von OCTG-Rohren zu schneiden.The system is preferably designed in particular to cut internal and external threads of OCTG tubes.

Als Mittel zur optischen Vermessung kann wenigstens ein Messkopf mit wenigstens einer optischen Messstrecke vorgesehen sein, der an einem Manipulator angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, den Messkopf relativ zu dem Werkstück zwecks Vermessung des Werkstücks zu bewegen.At least one measuring head with at least one optical measuring section can be provided as a means for optical measurement, which is arranged on a manipulator and which is set up to move the measuring head relative to the workpiece for the purpose of measuring the workpiece.

Der Manipulator kann beispielsweise als Industrieroboter mit einem Gelenkarm ausgebildet sein, der mehrere Freiheitsgrade aufweist. An einem freien Ende des Manipulators kann der Messkopf so angeordnet sein, dass dieser in wenigstens drei Raumachsen frei im Raum ausrichtbar ist. Der Messkopf kann an einem Träger angeordnet sein und an dem Träger relativ zu diesem in mehreren Freiheitsgraden einstellbar geführt sein. Der Messkopf kann beispielsweise relativ zu dem Trägerlineal verstellbar und/oder um wenigstens einer Raumachse kippbar ausgebildet seinThe manipulator can be designed, for example, as an industrial robot with an articulated arm that has several degrees of freedom. The measuring head can be arranged at a free end of the manipulator in such a way that it can be freely aligned in space in at least three spatial axes. The measuring head can be arranged on a carrier and can be guided on the carrier so that it can be adjusted in several degrees of freedom relative to it. The measuring head can, for example, be adjustable relative to the carrier ruler and/or tiltable about at least one spatial axis

Eine optische Messstrecke im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein optisches Erfassungssystem mit einem optischen Sensor sein, mittels dessen ein Objekt optisch vermessen werden kann. Die optische Messstrecke kann wenigstens eine Lichtquelle und eine Kamera und/oder einen Lichtschnittsensor umfassen. Die optische Messstrecke kann beispielsweise eine telezentrische Optik umfassen, mit welcher ein objektseitig paralleler Strahlengang auf einem optischen Sensor abgebildet wird. Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird wenigstens ein Messkopf verwendet, der zur Vermessung konischer Gewinde mit hinterschnittenen Gewindeflanken eingerichtet ist. Ein solcher Messkopf kann beispielsweise eine erste und eine zweite optische Messstrecke umfassen, die insgesamt einen Messkanal zur gleichzeitigen Vermessung von gegenüberliegenden Seiten des Gewindes ausbilden. Ein solcher Messkopf ist beispielsweise in der EP 3 465 079 B1 beschrieben.An optical measuring section within the meaning of the present invention can be an optical detection system with an optical sensor, by means of which an object can be optically measured. The optical measuring section can include at least one light source and a camera and/or a light section sensor. The optical measuring section can, for example, comprise telecentric optics, with which a beam path parallel to the object is imaged on an optical sensor. In a preferred variant of the method, at least one measuring head is used, which is set up for measuring conical threads with undercut thread flanks. Such a measuring head can, for example, comprise a first and a second optical measuring path, which together form a measuring channel for the simultaneous measurement of opposite sides of the thread. Such a measuring head is, for example, in EP 3 465 079 B1 described.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mittels wenigstens eines Werkzeugs mit einer bestimmten Schneidengeometrie, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zur Herstellung von Gewinden an Metallrohren, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

  • - Eine Erfassung und Speicherung von Prozessdaten der Bearbeitung in einer übergeordneten Prozesssteuerung,
  • - Eine optische und/oder taktile Erfassung und Speicherung von Geometriedaten des Werkstücks im Anschluss an den Bearbeitungsvorgang,
  • - Eine Korrelation der Prozessdaten der Werkzeugmaschine und der Geometriedaten des Werkzeugs sowie das Speichern der korrelierten Daten in einer Korrelationsdatenbank der Prozesssteuerung und
  • - Das Einspeisen der Korrelationsdaten in ein Vorhersagemodell bzw. in einen Vorhersagealgorithmus zur Ableitung von Steuerbefehlen und/oder Regeleingriffen zur Prozesssteuerung der Werkzeugmaschine.
Another essential aspect of the invention relates to a method for controlling a machine tool for machining workpieces using at least one tool with a specific cutting edge geometry, in particular a method for controlling a machine tool for producing threads on metal pipes, the method comprising the following method steps:
  • - A collection and storage of process data of the processing in a higher-level process control,
  • - An optical and/or tactile acquisition and storage of geometry data of the workpiece after the machining process,
  • - A correlation of the process data of the machine tool and the geometry data of the tool and the storage of the correlated data in a correlation database of the process control and
  • - Feeding the correlation data into a prediction model or into a prediction algorithm for deriving control commands and/or control interventions for process control of the machine tool.

Durch eine positionsabhängige Auswertung der Geometriedaten des Werkstücks und der Korrelation dieser Geometriedaten mit im vorhergehenden Schneidprozess bzw. Bearbeitungsprozess positionsabhängig gemessenen Prozessdaten wird erfindungsgemäß eine Korrelationsdatenbank aufgebaut, die dann vorzugsweise mittels Expertensystem, künstlicher Intelligenz oder Fuzzy-Logik auf Korrelationen zwischen den positionsabhängig aufgenommenen Prozessdaten und deren zeitlichen kontinuierlichen oder disruptiven Änderungen mit lokalen Merkmalen bzw. Fehlern am Bauteil ausgewertet wird. Nach einer Anlernphase des Vorhersagemodells bzw. des Vorhersagealgorithmus können die ermittelten Korrelationen dazu genutzt werden, um durch direkte Auswertung der während des Bearbeitungsvorgangs aufgenommenen Daten eine Vorhersage der Qualität des Werkstücks bzw. des geschnittenen Gewindes zu treffen.By means of a position-dependent evaluation of the geometric data of the workpiece and the correlation of this geometric data with process data measured in a position-dependent manner in the preceding cutting process or machining process, a correlation database is set up according to the invention, which then preferably uses an expert system, artificial intelligence or fuzzy logic to check for correlations between the process data recorded in a position-dependent manner and their temporal continuous or disruptive changes with local features or defects on the component is evaluated. After a training phase of the prediction model or the prediction algorithm, the determined correlations can be used to make a prediction of the quality of the workpiece or the cut thread by directly evaluating the data recorded during the machining process.

Bevorzugt werden die Prozessdaten der Werkzeugmaschine jeweils in Bezug auf Positionsdaten von Werkstück und Werkzeug zueinander fortlaufend oder intermittierend während des Betriebs der Werkzeugmaschine erfasst, sodass die Geometriedaten des Werkstücks mit den Prozessdaten der Werkzeugmaschine korrelierbar sind.The process data of the machine tool are preferably recorded continuously or intermittently during operation of the machine tool in relation to position data of the workpiece and tool relative to one another, so that the geometry data of the workpiece can be correlated with the process data of the machine tool.

Hierdurch wird eine vollständige Dokumentation und Kontrolle der Qualität der Werkstücke gewährleistet. Das Verfahren ermöglicht es, direkte Aussagen über die Qualität des bearbeiteten Werkstücks vorherzusagen und Handlungsaufforderungen für den Bediener und/oder Steuerbefehle für die Anlage bzw. für die Werkzeugmaschine abzuleiten, um Fehler zu vermeiden oder nachträglich, soweit möglich, zu korrigieren. Dadurch wird insbesondere ein etwaiger Ausschuss an Werkstücken verringert oder vermieden.This ensures complete documentation and control of the quality of the workpieces. The method makes it possible to predict direct statements about the quality of the machined workpiece and to derive prompts for action for the operator and/or control commands for the system or for the machine tool in order to avoid errors or correct them later, as far as possible. In particular, this reduces or avoids any rejects of workpieces.

Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens basiert das Vorhersagemodell auf Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen.In a preferred variant of the method, the prediction model is based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.

Eine Variante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Prozessdaten bei der Bearbeitung unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren an der Werkzeugmaschine erfasst werden.A variant of the method is characterized in that the process data is recorded during processing using a large number of sensors on the machine tool.

Die Prozessdaten sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe von Prozessdaten umfassend Motordaten des Antriebs der Werkzeugmaschine, an einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine gemessenen Schwingungen, an einer Werkstückaufnahme und/oder an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine gemessenen Kräfte und/oder Schwingungen, eine Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Vorschubkraft einer Hauptspindel und/oder einer Vorschubspindel und/oder einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine.The process data is preferably selected from a group of process data comprising motor data of the drive of the machine tool, vibrations measured on a machine frame of the machine tool, forces and/or vibrations measured on a workpiece holder and/or on a tool holder of the machine tool, a feed rate and/or a feed force a main spindle and/or a feed spindle and/or a tool spindle of the machine tool.

Zweckmäßigerweise werden die Ist-Geometriedaten des Werkstücks gemessen und mit Soll-Geometriedaten des Werkstücks verglichen und aus dem Vergleich abgeleitete Daten mit den gemessenen Prozessdaten korreliert.Expediently, the actual geometry data of the workpiece are measured and compared with target geometry data of the workpiece, and data derived from the comparison are correlated with the measured process data.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens einige Steuerbefehle der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit einer von dem Vorhersagemodell erzeugten Vorhersage aus einer vordefinierten Maßnahmentabelle, die in der übergeordneten Prozesssteuerung hinterlegt ist, abgeleitet werden.Provision can be made for at least some control commands of the machine tool to be derived from a predefined table of measures that is stored in the higher-level process control as a function of a prediction generated by the prediction model.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes an wenigstens einem Ende eines Metallrohres durch spanende Bearbeitung des Metallrohres in wenigstens einer CNC gesteuerten Werkzeugmaschine, umfassend eine optische Vermessung des Gewindes während des Gewindeschneidvorgangs, wobei das Verfahren die Steuerung der Werkzeugmaschine nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren umfasst.Finally, the invention relates to a method for producing a thread on at least one end of a metal pipe by machining the metal pipe in at least one CNC-controlled machine tool, comprising optical measurement of the thread during the thread-cutting process, the method controlling the machine tool according to the method described above includes.

Die Werkzeugmaschine der Anlage bzw. die zu steuernde Werkzeugmaschine kann als Drehmaschine, Dreh-Fräs-Zentrum, Gewindeschneidmaschine oder Muffenschneidmaschine ausgebildet sein.The machine tool of the system or the machine tool to be controlled can be designed as a lathe, turn-mill center, thread cutting machine or socket cutting machine.

Die Werkzeugmaschine kann wenigstens ein drehbares Spannfutter zur Einspannung eines Metallrohres sowie wenigstens einen relativ zu dem Spannfutter festlegbaren und positionierbaren Werkzeughalter mit wenigstens einem Werkzeug umfassen. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine wenigstens einen, vorzugsweise mehrere als Revolverköpfe ausgebildete Werkzeughalter, mit einer Vielzahl verschiedener Werkzeuge umfassen.The machine tool can comprise at least one rotatable chuck for clamping a metal pipe and at least one tool holder with at least one tool that can be fixed and positioned relative to the chuck. For example, the machine tool can comprise at least one tool holder, preferably several tool holders designed as turret heads, with a large number of different tools.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht des Layouts einer Gewindeschneidanlage gemäß der Erfindung,
  • 2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vermessungsstation der Gewindeschneidanlage gemäß der Erfindung,
  • 3 eine perspektivische Darstellung des Messkopfs gemäß der Erfindung bei der Gewindevermessung,
  • 4 eine schematische Darstellung der Regelung der Gewindeschneidanlage und
  • 5 ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Show it:
  • 1 a schematic view of the layout of a thread cutting machine according to the invention,
  • 2 a schematic perspective view of a measuring station of the thread cutting machine according to the invention,
  • 3 a perspective view of the measuring head according to the invention during thread measurement,
  • 4 a schematic representation of the regulation of the thread cutting system and
  • 5 Figure 12 shows a flow chart illustrating the method according to the invention.

1 zeigt das Layout einer Gewindeschneidanlage 1 gemäß der Erfindung. Die Gewindeschneidanlage 1 umfasst eine Werkzeugmaschine 2 zur spanenden Bearbeitung eines Endes eines Metallrohres 3, welches beispielsweise als Futterrohr oder Steigrohr für eine Erdgas- oder Erdöl Produktionsbohrung ausgebildet sein kann. Solche Metallrohre 3 werden zu druckfesten sowie flüssigkeits- und gasdichten Verbindungen miteinander verschraubt, wobei die Verbindung zwischen einem Steckende mit einem Außengewinde 4 und einem Muffenende mit einem Innengewinde hergestellt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft sowohl die Herstellung des Außengewindes 4 als auch des Innengewindes solcher Metallrohre. Das Ausführungsbeispiel beschränkt sich auf die Darstellung des Gewindeschneidvorgangs für Außengewinde. 1 shows the layout of a thread cutting machine 1 according to the invention. The thread-cutting system 1 includes a machine tool 2 for machining one end of a metal pipe 3, which can be designed, for example, as a casing or riser pipe for a natural gas or oil production well. Such metal pipes 3 are screwed together to form pressure-tight, liquid-tight and gas-tight connections, the connection being made between a plug end with an external thread 4 and a socket end with an internal thread. The method according to the invention concerns both the production of the external thread 4 and the internal thread of such metal pipes. The embodiment is limited to the representation of the thread cutting process for external threads.

Das Metallrohr 3 wird in der Werkzeugmaschine 2 mit einem konischen Außengewinde 4 versehen. Hierzu wird das zu bearbeitende Metallrohr 3 zunächst in ein drehbares Spannfutter der Werkzeugmaschine 2 eingespannt. Die Werkzeugmaschine 2 umfasst zur Herstellung des Gewindes vorzugsweise zwei mit Werkzeugen bestückte Werkzeugrevolver, die jeweils relativ zu dem mit dem Spannfutter gedrehten bzw. mit Bearbeitungsgeschwindigkeit rotierten Metallrohr 3 angeordnet werden, wobei die Werkzeuge jeweils spanabnehmend im Eingriff mit dem Ende des Metallrohres geführt werden. Das gezeigte Gewindeprofil ist ein in einer übergeordneten Prozesssteuerung 5 der Werkzeugmaschine 2 hinterlegtes Soll-Profil.The metal tube 3 is provided with a conical external thread 4 in the machine tool 2 . For this purpose, the metal tube 3 to be machined is first clamped in a rotatable chuck of the machine tool 2 . To produce the thread, the machine tool 2 preferably comprises two tool turrets equipped with tools, which are each arranged relative to the metal tube 3 rotated with the chuck or rotated at the machining speed, with the tools each being guided into engagement with the end of the metal tube in a cutting manner. The thread profile shown is a target profile stored in a higher-level process controller 5 of the machine tool 2 .

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die spanende Bearbeitung von mehreren Metallrohren 3 in einer Prozesslinie sowie eine in der Prozesslinie vorgesehene optische Vermessung der Außengewinde 4 der Metallrohre 3. Wie dies aus dem in 1 dargestellten Anlagenlayout ersichtlich ist, ist in der Prozesslinie stromabwärts der Werkzeugmaschine 2, die als CNC gesteuerte Werkzeugmaschine 2 ausgebildet ist, eine Vermessungsstation 7 angeordnet.The method according to the invention comprises the machining of a plurality of metal pipes 3 in a process line and an optical measurement of the external thread 4 of the metal pipes 3 provided in the process line 1 shown system layout can be seen, a measuring station 7 is arranged in the process line downstream of the machine tool 2, which is designed as a CNC-controlled machine tool 2.

Die Vermessungsstation 7 ist in 2 schematisch dargestellt. Diese umfasst einen Roboter 8, mit einem dreh- und schwenkbaren Roboterarm 9 mit vorzugsweise fünf Freiheitsgraden, an dessen freiem Ende ein Messkopf 10 angeordnet ist. Der Messkopf 10 umfasst einen Träger 11 mit an diesem vorgesehenen optischen Messmitteln zur optischen Vermessung der Außengewinde 4. Die Metallrohre 3 werden nach dem Gewindeschneidvorgang über einen Rollgang 12 der Vermessungsstation 7 zugeführt und in einer definierten Messlage festgelegt. Die Messlage kann beispielsweise, wie dies in 3 schematisch dargestellt ist, durch eine mittig eingeschnürte Positionsrolle (Diabolo Rolle) 13 definiert werden, deren Einschnürung die Lage des Metallrohres 3 festlegt. Alternativ kann ein seitlicher Anschlag zur Lagefixierung des zu vermessenden Metallrohres 3 vorgesehen sein. In der Messlage des Metallrohres 3 wird der Träger 11 des Messkopfs 10, gegebenenfalls nach einer Durchmesserkalibrierung des Metallrohres 3, in eine Messtellung verfahren, in der der Messkopf 10 relativ zu dem Metallrohr 3 ausgerichtet wird.Survey station 7 is in 2 shown schematically. This includes a robot 8 with a rotatable and pivotable robot arm 9 with preferably five degrees of freedom, at the free end of which a measuring head 10 is arranged. The measuring head 10 comprises a carrier 11 with optical measuring means provided thereon for optically measuring the external thread 4. After the thread-cutting process, the metal tubes 3 are fed to the measuring station 7 via a roller table 12 and fixed in a defined measuring position. The measuring position can, for example, as shown in 3 is shown schematically, are defined by a centrally constricted position roller (diabolo roller) 13, the constriction of which determines the position of the metal tube 3. Alternatively, a lateral stop can be provided for fixing the position of the metal pipe 3 to be measured. In the measuring position of the metal tube 3 , the carrier 11 of the measuring head 10 is moved, optionally after a diameter calibration of the metal tube 3 , into a measuring position in which the measuring head 10 is aligned relative to the metal tube 3 .

Die Durchmesserkalibrierung des Messkopfs 10 dient dazu, die Messmittel des Messkopfs 10 relativ zu dem Träger 11 so zu positionieren, dass das Metallrohr 3 zwischen den Messmitteln angeordnet wird, dass der Messkopf 10 bei der Vorausrichtung nicht mit dem Metallrohr 3 kollidiert. Hierzu ist in der Vermessungsstation 7 ein Kaliber 18 als Referenzbauteil angeordnet, anhand dessen der Messkopf 10 vor Durchführung des Vermessungsvorgangs kalibriert werden kann. Zur Positionierung bzw. Vorausrichtung des Messkopfs 10 kann wenigstens ein Positionssensor, beispielsweise als Laserschnittsensor, vorgesehen sein, mit dem die Position des Messkopfs 10 relativ zu dem in der Messlage festgelegten Metallrohr 3 überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden kann. Das Verfahren kann sowohl eine Vorausrichtung des Messkopfs 10 durch eine entsprechende Ansteuerung des Roboterarms 9 als auch eine Feinausrichtung des Messkopfs 10 durch Verstellung des Messkopfs 10 relativ zu dem Träger 11 umfassen. Die Feinausrichtung umfasst das Ausrichten wenigstens einer Messstrecke bezüglich einer Rohrachse des Metallrohres 3.The diameter calibration of the measuring head 10 serves to position the measuring means of the measuring head 10 relative to the carrier 11 in such a way that the metal pipe 3 is arranged between the measuring means so that the measuring head 10 does not collide with the metal pipe 3 during the pre-alignment. For this purpose, a caliber 18 is arranged in the measuring station 7 as a reference component, by means of which the measuring head 10 can be calibrated before the measuring process is carried out. At least one position sensor, for example a laser cut sensor, can be provided for positioning or prealigning the measuring head 10, with which the position of the measuring head 10 relative to the metal pipe 3 fixed in the measuring position can be checked and corrected if necessary. The method can include both a pre-alignment of the measuring head 10 by appropriate control of the robot arm 9 and a fine alignment of the measuring head 10 by adjusting the measuring head 10 relative to the carrier 11 . The fine alignment includes the alignment of at least one measurement section with respect to a tube axis of the metal tube 3.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ist der Messkopf 10 relativ zu dem Träger linear verfahrbar sowie vorzugsweise um wenigstens eine Achse schwenkbar. Die Linearverstellung kann beispielsweise mittels wenigstens einer angetriebenen Kugelumlaufspindel oder mittels wenigstens eines Triebstocks bewerkstelligt werden. Die Messmittel sind jeweils in Schenkeln 19 des Messkopfs 10 angeordnet. Die Schenkel 19 des Messkopfs 10 sind in ihrem Abstand zueinander linear verstellbar. Die Schenkel 19 des Messkopfs 10 bilden eine U - förmige Umschließung des Metallrohres 3. Diese können beide unabhängig und relativ zueinander verstellbar ausgebildet sein. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Schenkel 19 des Messkopfs 10 ortsfest angeordnet ist, wohingegen der andere Schenkel 19 des Messkopfs 10 relativ zu dem gegenüberliegenden Schenkel 19 des Messkopfs 10 verstellbar ist.As already mentioned above, the measuring head 10 can be moved linearly relative to the carrier and can preferably be pivoted about at least one axis. The linear adjustment can be accomplished, for example, by means of at least one driven ball screw or by means of at least one pin rod. The measuring means are each arranged in legs 19 of measuring head 10 . The distance between the legs 19 of the measuring head 10 can be linearly adjusted. The legs 19 of the measuring head 10 form a U-shaped enclosure of the metal tube 3. These can both be designed to be adjustable independently and relative to one another. In the exemplary embodiment described, provision is made for one leg 19 of the measuring head 10 to be stationary, while the other leg 19 of the measuring head 10 can be adjusted relative to the opposite leg 19 of the measuring head 10 .

In der übergeordneten Prozesssteuerung 5 erfolgt eine Auswertung der Messdaten des Außengewindeprofils durch Soll-Ist-Abgleich der Messdaten aus der Vermessungsstation mit Geometriedaten aus der Konstruktion als Soll- Daten sowie eine Ableitung von Steuerbefehlen für eine Steuerung der Werkzeugmaschine 2, insbesondere bei einer Abweichung zwischen dem Soll-Profil und dem durch Messdaten belegten Ist-Profil. Das jeweilige Soll-Profil kann beispielsweise in einer Bediener Schnittstelle (HMI) der Prozesssteuerung 5 aus einem Katalog von verschiedenen Gewindetypen frei wählbar sein.In the higher-level process controller 5, the measured data of the external thread profile is evaluated by comparing the measured data from the measuring station with geometric data from the design as desired data and deriving control commands for controlling the machine tool 2, particularly if there is a discrepancy between the Target profile and the actual profile documented by measurement data. The respective target profile can, for example, be freely selectable in a user interface (HMI) of the process control 5 from a catalog of different thread types.

Steuerbefehle können beispielsweise das Nachstellen der Werkzeugpositionen, die Wahl der Werkzeuge, die Drehgeschwindigkeit und das dabei aufgebrachte Drehmoment des Spannfutters der Werkzeugmaschine 2 sowie des Metallrohres 3, die Durchführung eines Werkzeugwechsels, die Veränderung der Taktzeit der Werkzeugmaschine 2 etc. sein.Control commands can be, for example, the readjustment of the tool positions, the selection of the tools, the rotational speed and the torque applied to the chuck of the machine tool 2 and the metal tube 3, the implementation of a tool change, the change in the cycle time of the machine tool 2, etc.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Regelung der Werkzeugmaschine als selbstlernende Regelung (KI) und/oder eine durch ein Expertensystem gestützte Regelung ausgeführt sein. Die Prozesssteuerung 5 umfasst ein computerimplementiertes Vorhersagemodul 15, welches auf eine Korrelationsdatenbank zurückgreift, in der Korrelationen aus bei der Vermessung des Außengewindes 4 erfassten Geometriedaten und mittels einer Vielzahl von durch Sensoren 14 erfassten Prozessdaten der Werkzeugmaschine 2 miteinander korreliert werden. Diese Sensoren umfassen beispielsweise die Stromaufnahme I(t) von Antrieben der Werkzeugmaschine 2, die Vorschubkräfte F(t) der Spindel und/oder einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine 2, die Vorschubgeschwindigkeit v(t) der Spindel und/oder einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine 2 sowie die Drehzahl n(t) der Spindel der Werkzeugmaschine 2. Diese Prozessdaten sind nur beispielsweise genannt. im Rahmen der Erfindung können eine Vielzahl von anderen Prozessdaten erfasst werden.As already mentioned above, the control of the machine tool can be implemented as a self-learning control (AI) and/or a control supported by an expert system. The process controller 5 includes a computer-implemented prediction module 15, which accesses a correlation database in which correlations between geometry data recorded during the measurement of the external thread 4 and a large number of process data of the machine tool 2 recorded by sensors 14 are correlated with one another. These sensors include, for example, the power consumption I(t) of drives of the machine tool 2, the feed forces F(t) of the spindle and/or a tool holder of the machine tool 2, the feed rate v(t) of the spindle and/or a tool holder of the machine tool 2 and the speed n(t) of the spindle of the machine tool 2. These process data are only mentioned as examples. Within the scope of the invention, a large number of other process data can be recorded.

Die Prozessdaten der Werkzeugmaschine 2 werden jeweils in Bezug auf Positionsdaten von Außengewinde 4 und Werkzeug zueinander fortlaufend während des Betriebs der Werkzeugmaschine 2 erfasst. Die Geometriedaten des vermessenen Außengewindes werden mit zugehörigen Prozessdaten der Werkzeugmaschine 2 korreliert. Stetige oder disruptive Änderungen der Prozessdaten werden von dem Expertensystem und/oder der selbst lernenden Regelung unter Rückgriff auf erfasste Korrelationen ausgewertet. Mittels vorgegebener und/oder erlernter Algorithmen werden von dem Vorhersagemodul 15 entsprechende Steuerbefehle und/oder Maßnahmen abgeleitet, die von der Prozesssteuerung 5 an die Steuereinrichtung 6 übergeben werden.The process data of the machine tool 2 are recorded continuously during the operation of the machine tool 2 in relation to each other in relation to position data of the external thread 4 and the tool. The geometry data of the measured external thread are correlated with the associated process data of the machine tool 2 . Constant or disruptive changes in the process data are evaluated by the expert system and/or the self-learning control system using recorded correlations. By means of predetermined and/or learned algorithms, the prediction module 15 derives corresponding control commands and/or measures, which are transferred from the process controller 5 to the control device 6 .

Die bezüglich eines Rohres ermittelten Messdaten werden erfindungsgemäß nicht nur zur Rückkopplung mit der Werkzeugmaschine 2 und zu deren Steuerung, sondern auch zur Qualitätsdaten Sicherung und Nachverfolgung verwendet.According to the invention, the measurement data determined with regard to a pipe are used not only for feedback to the machine tool 2 and for its control, but also for quality data protection and tracking.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, die optische Vermessung der Außengewinde 4 in der Prozesslinie etwa drei bis vier Takte hinter dem Gewindeschneidvorgang durchzuführen.In the method according to the invention, provision is preferably made for the optical measurement of the external threads 4 to be carried out in the process line approximately three to four cycles after the thread-cutting process.

BezugszeichenlisteReference List

11
Gewindeschneidanlagetapping machine
22
Werkzeugmaschinemachine tool
33
Metallrohrmetal pipe
44
Außengewindeexternal thread
55
Prozesssteuerungprocess control
66
Steuereinrichtungcontrol device
77
Vermessungsstationsurvey station
88th
Roboterrobot
99
Roboterarmrobotic arm
1010
Messkopfmeasuring head
1111
Trägercarrier
1212
Rollgangroller table
1313
Positionsrolleposition role
1414
Sensorensensors
1515
Vorhersagemodulprediction engine
1616
nicht vergebennot forgiven
1717
nicht vergebennot forgiven
1818
Kalibercaliber
1919
Schenkelleg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 201909371 A1 [0005]WO 201909371 A1 [0005]
  • EP 3465079 B1 [0006, 0021]EP 3465079 B1 [0006, 0021]
  • EP 3306424 A1 [0008]EP 3306424 A1 [0008]

Claims (12)

Anlage zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Gewindeschneidanlage (1) zur Herstellung von Gewinden an den Enden von Metallrohren (3), umfassend wenigstens eine Werkzeugmaschine (2) zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks, wenigstens eine Steuereinrichtung (6) zur Umsetzung von Steuerbefehlen an die Werkzeugmaschine (2), wenigstens eine übergeordnete Prozesssteuerung (5), wenigstens eine Einrichtung zur optischen oder taktilen Vermessung eines bearbeiteten Werkstücks, Mittel zur Erfassung und Speicherung von Prozessdaten der Bearbeitung und Mittel zur Erfassung und Speicherung von bei der Vermessung des Werkstücks erfassten Geometriedaten des Werkstücks, wobei die übergeordnete Prozesssteuerung (5) wenigstens eine Korrelationsdatenbank zur Speicherung von Korrelationen der Geometriedaten und der Prozessdaten sowie ein Vorhersagemodul (15) zur Ableitung von Steuerungsmaßnahmen und/oder Regeleingriffen für die Werkzeugmaschine (2) umfasst, das auf Methoden des maschinellen Lernens und/oder auf einem Expertensystem basiert, wobei das Vorhersagemodul (15) mit der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine (2) gekoppelt ist.System for machining workpieces, in particular thread-cutting system (1) for producing threads on the ends of metal pipes (3), comprising at least one machine tool (2) for machining the workpiece, at least one control device (6) for implementing control commands to the Machine tool (2), at least one higher-level process controller (5), at least one device for optical or tactile measurement of a machined workpiece, means for acquiring and storing process data from the machining and means for acquiring and storing geometrical data of the workpiece acquired during the measurement of the workpiece , wherein the higher-level process control (5) comprises at least one correlation database for storing correlations between the geometry data and the process data and a prediction module (15) for deriving control measures and/or control interventions for the machine tool (2), which is based on methods of machine learning and/or or based on an expert system, the prediction module (15) being coupled to the control device of the machine tool (2). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (2) eine Vielzahl von Sensoren (14) zur Erfassung von Prozessdaten bei der Bearbeitung des Werkstücks umfasst, wobei die Sensoren (14) ausgewählt sind aus einer Gruppe von Sensoren (14) umfassend Sensoren zur Erfassung von Motordaten des Antriebs der Werkzeugmaschine (2), Sensoren zur Messung von Schwingungen an einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine (2), Sensoren zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Werkstückaufnahme und oder an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine (2), Sensoren zur Messung einer Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Vorschubkraft einer Hauptspindel und/oder einer Vorschubspindel und/oder oder einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine (2).plant after claim 1 , characterized in that the machine tool (2) comprises a plurality of sensors (14) for acquiring process data during machining of the workpiece, the sensors (14) being selected from a group of sensors (14) comprising sensors for acquiring engine data the drive of the machine tool (2), sensors for measuring vibrations on a machine frame of the machine tool (2), sensors for measuring vibrations and/or forces on a workpiece holder and/or on a tool holder of the machine tool (2), sensors for measuring a feed rate and/or a feed force of a main spindle and/or a feed spindle and/or a tool spindle of the machine tool (2). Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, umfassend wenigstens eine Bearbeitungsstation und eine Vermessungsstation (7), die in einer Prozesslinie hintereinander angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsstation die Werkzeugmaschine (2) und die Vermessungsstation (7) wenigstens eine Einrichtung zur optischen Vermessung eines an dem als Metallrohr (3) ausgebildeten Werkstück geschnittenen Gewindes umfasst.Plant after one of Claims 1 or 2 , comprising at least one processing station and one measuring station (7), which are arranged one behind the other in a process line, the processing station being the machine tool (2) and the measuring station (7) having at least one device for optically measuring a workpiece formed as a metal tube (3). cut thread includes. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur optischen Vermessung wenigstens eine Messkopf (10) mit wenigstens einer optischen Messstrecke vorgesehen ist, der an einem Manipulator angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, den Messkopf (10) relativ zu dem Werkstück zwecks Vermessung desselben zu bewegen.Plant after one of Claims 1 until 3 , characterized in that at least one measuring head (10) with at least one optical measuring section is provided as a means for optical measurement, which is arranged on a manipulator and which is set up to move the measuring head (10) relative to the workpiece for the purpose of measuring the same . Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine (2) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mittels wenigstens eines Werkzeugs mit einer bestimmten Schneidengeometrie, insbesondere Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine (2) zur Herstellung von Gewinden an Metallrohren (3) umfassend: - eine Erfassung und Speicherung von Prozessdaten der Bearbeitung in einer übergeordneten Prozesssteuerung (5), - eine optische und/oder taktile Erfassung und Speicherung von Geometriedaten des Werkstücks im Anschluss an den Bearbeitungsvorgang, - eine Korrelation der Prozessdaten der Werkzeugmaschine und der Geometriedaten des Werkstücks sowie das Speichern der korrelierten Daten in einer Korrelationsdatenbank der Prozesssteuerung (5) und - das Einspeisen der Korrelationsdaten in ein Vorhersagemodell zur Ableitung von Steuerbefehlen und/oder Regeleingriffen zur Steuerung der Werkzeugmaschine (2).Method for controlling a machine tool (2) for machining workpieces by means of at least one tool with a specific cutting edge geometry, in particular method for controlling a machine tool (2) for producing threads on metal pipes (3), comprising: - a collection and storage of process data of the processing in a higher-level process control (5), - an optical and/or tactile acquisition and storage of geometric data of the workpiece after the machining process, - A correlation of the process data of the machine tool and the geometry data of the workpiece and the storage of the correlated data in a correlation database of the process control (5) and - Feeding the correlation data into a prediction model for deriving control commands and/or control interventions for controlling the machine tool (2). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten der Werkzeugmaschine jeweils in Bezug auf Positionsdaten von Werkstück und Werkzeug zueinander fortlaufend oder intermittierend während des Betriebs der Werkzeugmaschine (2) erfasst werden.procedure after claim 5 , characterized in that the process data of the machine tool are recorded continuously or intermittently during the operation of the machine tool (2) in relation to each other in relation to position data of the workpiece and tool. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhersagemodell auf Methoden des maschinellen Lernens und/oder auf einem Expertensystem basiert, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen.Procedure according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the prediction model is based on machine learning methods and/or on an expert system, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, support -Vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten bei der Bearbeitung unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren (14) an der Werkzeugmaschine (2) erfasst werden.Procedure according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that the process data are recorded during processing using a plurality of sensors (14) on the machine tool (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten ausgewählt sind aus einer Gruppe von Prozessdaten umfassend Motordaten des Antriebs der Werkzeugmaschine (2), an einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine (2) gemessenen Schwingungen, an einer Werkstückaufnahme und/oder an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine (2) gemessenen Kräfte und/oder Schwingungen, eine Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Vorschubkraft einer Hauptspindel und/oder einer Vorschubspindel und/oder einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine (2) .Procedure according to one of Claims 5 until 8th , characterized in that the process data are selected from a group of process data comprising motor data of the drive of the machine tool (2), vibrations measured on a machine frame of the machine tool (2), on a workpiece holder and/or on a tool holder of the machine tool (2) measured forces and / or vibrations, a feed rate and / or a feed force of a main spindle and / or a feed spindle and / or a tool spindle of the machine tool (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Ist-Geometriedaten des Werkstücks gemessen und mit Soll-Geometriedaten des Werkstücks verglichen werden und das aus dem Vergleich abgeleitete Daten mit den gemessenen Prozessdaten korreliert werden.Procedure according to one of Claims 5 until 9 , characterized in that actual geometry data of the workpiece is measured and compared with target geometry data of the workpiece and the data derived from the comparison are correlated with the measured process data. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Steuerbefehle der Werkzeugmaschine (2) in Abhängigkeit einer von dem Vorhersagemodell erzeugten Vorhersage aus einer vordefinierten Maßnahmentabelle der Prozesssteuerung abgeleitet werden.Procedure according to one of Claims 5 until 9 , characterized in that at least some control commands of the machine tool (2) are derived from a predefined action table of the process control as a function of a prediction generated by the prediction model. Verfahren zur Herstellung eines Gewindes an wenigstens einem Ende wenigstens eines Metallrohres (3) durch spanende Bearbeitung des Metallrohres in wenigstens einer CNC gesteuerten Werkzeugmaschine (2), umfassend eine optische Vermessung des Gewindes während des Gewindeschneidvorgangs, wobei das Verfahren die Steuerung der Werkzeugmaschine (2) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11 umfasst.Method for producing a thread on at least one end of at least one metal tube (3) by machining the metal tube in at least one CNC-controlled machine tool (2), comprising optical measurement of the thread during the thread-cutting process, the method controlling the machine tool (2) according to one of Claims 5 until 11 includes.
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