DE3111425A1

DE3111425A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung abnormaler stoergroessen beim betrieb einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3111425A1
Application number: DE19813111425
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Hirakata Osaka Wakai
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-02-18
Also published as: GB2118074B; DE3111425C2; GB2075875A; GB2118074A; GB8304276D0; US4456960A; GB2075875B

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VONKREISLER KELLER SELTING WERNER 31 1 1425

Anmelder

Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho 3-6, Akasaka 2-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Dipl.-Ing. G. Solting, Köln

Dr. H.-K. Wornor, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

23. März 1981

Sg-fz

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer Werkzeugmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei Eingangsdaten, die entsprechend den Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine variieren, mit einem bestimmten Schwellwert verglichen werden.

Bekannt ist ein Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen bei Werkzeugmaschinen, z.B. spanabhebenden Werkzeugmaschinen, bei dem Eingangswerte die in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Strom des Spindelan-

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triebs (dem Ankerstrom eines Gleichstrom-Spindelmotors mit konstantem Feld zum Drehen des Werkstücks) , einem Strom (dem Ankerstrom eines Gleichstrommotors mit konstantem Feld für den Werkzeugvorschub) oder der Vibration des Werkzeugs ständig überwacht werden. Etwaige Abnormalitäten werden erkannt, indem die oben genannten Daten mit einem voreingestellten Schwellwert verglichen werden.

Ein wesentlicher Nachteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß bei unrichtiger Wahl des Schwellwertes häufig eine normale Betriebsbedingung festgestellt wird, während tatsächlich bereits ein Störzustand eingetreten ist, und umgekehrt.

Zur Lösung dieses Problems sind zahlreiche Anstrengungen unternommen worden, die zu unterschiedlichen Verfahren geführt haben.

Da der Schwellwert von einer Vielzahl von Bedingungen abhängt, ist die richtige Bestimmung des Schwellwertes vor dem Bearbeitungsvorgang außerordentlich schwierig.

Da ferner numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen (im folgenden als NC-Werkzeugmaschinen bezeichnet) im allgemeinen vielseitige Bearbeitungsvorgänge ausführen müssen, reicht es in der Regel nicht aus, nur einen einzigen Schwellwert einzustellen. Dies liegt daran, daß die erforderlichen Schwellwerte bei den verschiedenen Bearbeitungsvorgängen variieren, so daß entsprechend

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-τΤ-

den einzelnen Bearbeitungsvorgängen zahlreiche Schwellwerte zur Verfügung gestellt werden müssen. Das Einstellen zahlreicher Schwellwerte ist jedoch extrem komplex.

Ein spezielles Problem liegt darin, daß bei unrichtiger Wahl des Schwellwertes der Betriebszustand des Werkzeugs als normal betrachtet wird, während er in Wirklichkeit schon im Störbereich liegt und umgekehrt. In der Praxis ist es jedoch sehr schwierig, alle Schwellwerte schon vor Beginn der Bearbeitung festzulegen, da für den Schwellwert verschiedene Faktoren, wie beispielsweise das Material des zu bearbeitenden Werkstücks, zu berücksichtigen sind.

Ferner erfolgt die Auswahl eines von mehreren Schwellwerten auf der Basis eines numerischen Steuersignals (im folgenden als NC-Signal bezeichnet) und wenn alle verschiedenen Identifizierungssignale zur Unterscheidung und Auswahl der vielen Schwellwerte in die NC-Daten aufgenommen werden, müssen sehr zahlreiche Identifizierungssignale vorgesehen werden. Da die Anzahl der verwendbaren Identifizierungssignale jedoch begrenzt ist, ist es erforderlich die Struktur bzw. Organisation der NC-Daten in erheblichem Ausmaß zu verändern.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine sachgerechte Störgrößenerkennung möglich ist und die einzelnen Schwellwerte durch einfache Operationen eingestellt werden können, wobei den oben beschriebenen Schwierigkeiten Rechnung geträgen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein externer Schwellwert-Einstellschalter vorgesehen ist, daß die Eingangsdaten sequentiell in einen Speicher eingegeben werden, wenn der Schwellwert-Einstellschalter eingeschaltet ist, das Schwellwerte auf der Basis der in dem Speicher gespeicherten Eingangswerte bestimmt werden und daß der so bestimmte Schwellwert beim Ausschalten des Schwellwert-Einstellschalters automatisch eingestellt wird.

Gemäß einer weiteren Lösung der Erfindung ist ein externer Schwellwert-Einstellschalter vorgesehen, wobei im eingeschalteten Zustand des Einstellschalters die von der Werkzeugmaschine ausgegebenen Eingangsdaten, die entsprechend den Betriebszuständen variieren, sequentiell gespeichert werden. Der Schwellwert wird auf der Basis der in dem Speicher gespeicherten Eingangsdaten nach einem vorbestimmten Verfahren ermittelt (beispielsweise nach einem Verfahren, bei dem das Maximum oder der Mittelwert der gespeicherten Eingangsdaten festgestellt und um einen bestimmten Anteil erhöht oder erniedrigt werden). Danach wird der so er-

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mittelte Schwellwert automatisch eingestellt.

Gemäß einem weiteren Verfahren nach der Erfindung wird anhand von Diskriminationssignalen ermittelt ob die betreffende Arbeitsfolge eine solche ist, in der die Störgrößenerkennung anhand der NC-Daten, z.B. einem NC-Band, durchgeführt wird. Gleichzeitig wird ein der Folge entsprechender Schwellwert auf der Basis der bezeichneten Daten, z.B. M-Daten in der Folge durchgeführt.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung werden Eingangswerte, die entsprechend den Betriebszuständen variieren und ein damit zu vergleichender Schwellwert an einer Anzeigeeinheit angezeigt. Der Schwellwert kann durch einen externen Schalter oder ein Potentiometer verändert werden, und zwar sogar während der optischen Beobachtung der Anzeigeeinrichtung.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Störgrößendetektors ,

Figur 2 ^ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Störgrößenerkennung bei dem Beispiel der Figur 1,

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Figur 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Störgrößendetektors bei einer Werkzeugmaschine,

Figuren 4 bis 7 Flußdiagramme zur Erläuterung der Stufen der Störgrößenerkennung bei dem

Ausführungsbeispiel der Figur 3,

Figur 8 ein detailiertes Blockschaltbild der Ausführungsform nach Figur 3,

Figur 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Störgrößendetektors,

Figur 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Störgrößenerkennung bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9,

Figur 11 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Störgrößendetektors,

Figur 12 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Störgrößenerkennung bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 11,

Figur 13 einen Linienzug, auf dem sich die Werkzeugspitze bewegt,

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Figur 14 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Störgrößendetektors,

Figuren 15 und 16 Flußdiagramme zur Erläuterung der Störgrößenerkennung bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 14,

Figur 17 den übergang der Eingangsdaten I und des Schwellwertes II, und

Figur 18 ein detailiertes Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Figur 14.

Die Begriffe Störgrößendetektor und Störgrößenerkennung beziehen sich jeweils auf den Zustand, daß eine Kennoder Betriebsgröße der zu überwachenden Maschine einen Grenzwert übersteigt, also auf den Fall, daß die betreffende Größe einen abnormalen Zustand einnimmt und somit als Störgröße in Erscheinung tritt, bei der der normale Betrieb der Maschine unterbrochen werden muß.

Vor der Erläuterung der verschiedenen Ausführungsbeispiele wird zunächst der Störgrößendetektor einer Werkzeugmaschine beschrieben, der das Vorhandensein eines Störzustandes durch Vergleich von entsprechend den Werkzeugzuständen variierenden Eingangsdaten mit einem Schwellwert ermittelt. Die Erläuterung erfolgt unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2. Gemäß Figur 1 empfängt der Störgrößendetektor 1 einer Werkzeugmaschine

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verschiedene Eingangsdaten D, wie beispielsweise den Wert des Stromes des Spindelantriebs einer Werkzeugmaschine oder eines VorscnuDstromes und Arbeitsdaten (in-process) R, um festzustellen, ob der Bearbeitungsvorgang der Werkzeugmaschine 2 läuft oder nicht. Gemäß Figur 2 stellt der Störgrößendetektor 1 zunächst auf der Basis der Bearbeitungsdaten R fest, ob die Bearbeitung im Gange ist. Dann erfolgt ein Vergleich zwischen den Eingangsdaten D und dem Schwellwert T, der zuvor an einem einstellbaren Widerstand oder einer anderen Stellvorrichtung eingestellt worden ist, wenn die Bearbeitung läuft. Nach Feststellen des Zustandes D > T wird ein Signal S zum vorübergehenden Anhalten erzeugt. Dieses Signal S wird an die Werkzeugmaschine 2 abgegeben und setzt diese vorübergehend still. Wenn die Bearbeitung nicht läuft und der Zustand D > T nicht festgestellt wird, wird die beschriebene Feststellungsoperation wiederholt > ohne daß das Stopsignal S erzeugt wird. Ein derartiger Störgrößendetektor kann sehr einfach z.B. mit Hilfe eines Mikrocomputers konstruiert werden.

Gemäß Figur 3 empfängt der Störgrößendetektor 10 Eingangsdaten D, die entsprechend den Zuständen eines (nicht dargestellten) Werkzeugs variieren und eine Bearbeitungsinformation (in-process) R, die angibt,

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ob die Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 2 läuft oder nicht, in gleicher Weise wie bei der Vorrichtung nach Figur 1. Mit dem Störgrößendetektor 10 ist eine Schwellwert-Einstellschaltung 11 verbunden.

Wie aus dem Flußdiagramm der Figur 4 hervorgeht, beginnt die Einstellung des Schwellwertes durch den Störgrößendetektor 10 damit, daß unterschieden wird,ob der Schwellwert-Einstellschalter 11 EIN oder AUS ist. Wenn der Schalter 11 auf EIN steht, werden die von der Werkzeugmaschine 2 gelieferten Daten nacheinander in zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastintervallen in einen (nicht dargestellten) Speicher eingespeichert, bis der Schalter 11 auf AUS gestellt wird. Wenn festgestellt wird, daß der Schalter 11 auf AUS steht, wird auf der Basis der in den Speicher eingespeicherten Werte der Schwellwert bestimmt und dieser Schwellwert wird eingestellt. Die Figuren 5 und 6 zeigen die Prozedur des Einspeicherns der Eingangswerte, wenn der Schalter 11 auf EIN geschaltet, wird und die Prozedur des Festlegens des Schwellwertes, wenn der Schalter 11 auf AUS geschaltet wird, ,in detaillierterer Form anhand von Flußdiagrammen.

Die Prozedur wird durch einen (nicht dargestellten) Steuerzähler gesteuert.

Wenn gemäß Figur 5 festgestellt wird, daß der Schalter 11 auf EIN steht, wird der Inhalt des Zählers auf "0" gelöscht, in dem Kopf des (nicht dargestellten) Datenspeichers wird eine entsprechende Speicheradresse eingestellt und die von der Werkzeugmaschine 2 kommenden

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/6

- w-

Eingangsdaten werden in den durch die Speicheradresse gekennzeichneten Speicherbereich eingeschrieben. Dann werden der Inhalt des Zählers und die Speicheradresse um 1 fortgeschaltet. Die Eingangsdaten werden nach einer festen Zeit in den durch die Speicheradresse bezeichneten Speicherbereich eingeschrieben, unter der Voraussetzung, daß der Speicher nicht überfließt und daß der Schalter 11 nicht auf AUS gestellt wird. Anschließend wird die gleiche Operation wiederholt, bis der Schalter 11 auf AUS steht. Wenn dies geschieht, wird die Operation beendet.

Gemäß Figur 6 beginnt der Einstellvorgang für den Schwellwert damit, daß der Maximalwert auf "0" eingestellt und in einen bestimmten- Speicherbereich eingespeichert wird. Die Speicheradresse wird als oberste in den Adressenspeicher eingeschrieben. Dann wird festgestellt, ob der Inhalt des Zählers "0" ist oder nicht. Der Inhalt des Zählers ist hier nicht "0", weil er der Anzal der Abtastproben entspricht, die in dem Datenspeicher gespeichert worden sind als der Schalter 11 auf EIN stand. Dann erfolgt ein Vergleich zwischen dem Inhalt DM unter der Speicheradresse und dem in dem angegebenen Speicherbereich gespeicherten Maximalwert M und es wird festgestellt, ob die Bedingung DM > M erfüllt ist. Wenn die Bedingung DM > M erfüllt ist, wird als Maximalwert der unter der betreffenden Speicheradresse stehende Speicherinhalt neugeschrieben, der Zählerstand des Zählers wird um 1 verringert und es erfolgt eine erneute Beurteilung, ob der Zählerstand jetzt "0" ist. Wenn die Bedingung DM>M nicht erfüllt ist, wird der Inhalt des Zählers

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- rr-

um eins verringert ohne daß der Maximalwert verändert wird und,es wird festgestellt, ob der Inhalt des Zählers jetzt "0" geworden ist oder nicht.

Wenn der Inhalt des Zählers nach wiederholter Durchführung der beschriebenen Operation "0" geworden ist, ist der maximale Wert unter den Eingangsdaten, die während der Schalter 11 auf EIN gestellt war, eingegeben worden sind, nunmehr als Maximalwert gespeichert. Nun wird ein Wert, der - z.B. um 10 % - größer ist als dor Maximalwert, als Schwellwert eingestellt.

Wie oben erläutert wurde, werden die Eingangswerte nacheinander in den Speicher eingespeichert, wenn der Einstellschalter 11 auf EIN steht. Der Schwellwert wird auf der Basis der in den Speicher eingegebenen Eingangsdaten bestimmt, wenn der Schwellwert-Einstellschalter 11 auf AUS geschaltet wird, so daß die Einstellung des Schwellwertes automatisch erfolgt.

Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schwellwert auf einen um 10 % größeren Wert als der Maximalwert eingestellt wird, kann der Schwellwert auf 20 % oder sogar 30 % größer als der Maximalwert sein, was im einzelnen von den zu verarbeitenden Werkstücken abhängt.

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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Schwellwert auf der Basis des Maximalwertes der in den Speicher eingegebenen Eingangsdaten ermittelt. Der Schwellwert kann auch auf der Basis des Mittelwertes bzw. Durchschnittswertes der in den Speicher eingegebenen Eingangsdaten bestimmt werden.

Gemäß Figur 7 ist der Basisblock zur Bestimmung und Einstellung des Schwellwertes zwischen die Feststellung ob die Bearbeitung läuft oder nicht und die Feststellung, ob die Bedingung Eingangsdaten > Schwellwert ,des Flußdiagramms nach Figur 2 eingeschoben. Dies bedeutet, daß zuerst beurteilt wird, ob der Bearbeitungsvorgang läuft oder nicht und daß, wenn die Werkstückbearbeitung lauft, die Prozedur des Basisblocks in Figur 4 eingestellt wird.

Anschließend wird beurteilt, ob die Eingangsdaten größer sind als der eingestellte Schwellwert und wenn die Bedingung Eingangsdaten > Schwellwert erfüllt ist, wird ein Stopsignal S zum vorübergehenden Stillsetzen der Werkzeugmaschine 2 an diese ausgesandt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 8, enthält die Werkzeugmaschine 2 einen Werkzeugmaschinenteil 21, einen NC-Regler 22, einen Stromdetektor 23 zur Ermittlung des Speisestroms eines Antriebsmotors 211 der Werkzeugmaschine 21. Der Stromdetektor 23 und der NC-Regler 22 geben ein dem Stromwert entsprechendes Signal (Eingangswert D) und ein Bearbeitungssignal R, das angibt ob der Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird, aus und diese Daten

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werden an den Störgrößendetektor 10 geliefert.

Der Störgrößendetektor 10 enthält einen Computer 101/ einen Datenspeicher 102, einen Zählspeicher 103, einen Schwellwertspeicher 104, einen Analog/Digital-Umsetzer 105 zur Umwandlung des Eingangswertes D vom Stromdetektor 23 in einen Digitalwert, der dem Computer 101 zugeführt wird, eine digitale Eingabeeinheit 106 zum Empfang des Bearbeitungssignals R von dem NC-Regler 2 und zur Weiterleitung dieses Signals an den Computer 101, eine digitale Ausgabeeinrichtung 107 zur Lieferung eines von dem Computer 101 erzeugten Stopsignals an den NC-Regler 22 und eine digitale Eingabeeinrichtung 108 zum Zuführen des Ausgangssignals des Schwellwert-Einstellschalters 11 an den Computer 101.

Wenn bei diesem System der Schwellwert-Einstellschalter 11 auf EIN geschaltet ist, empfängt der Computer 101 über den Analog/Digital-Umsetzer 105 nacheinander die Eingangswerte D und lädt diese in den Datenspeicher 102 ein. Gleichzeitig wird jeweils der Inhalt des Zähl-Speichers 103 sequentiell erhöht. Diese Operation wird fortgesetzt, bis der Schwellwert-Einstellschalter auf AUS geschaltet wird.

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— XJ —

Wenn der Schwellwert-Einstellschalter auf AUS geschaltet wird, wird der Schwellwert bestimmt und gesteuert. Dies bedeutet, daß der Computer 101 zunächst den Inhalt des Schwellwertspeichers 104 auf "0" setzt, die Adresse am Kopf des Datenspeichers 102 feststellt und den in dieser Adresse gespeicherten Wert mit dem Inhalt des Schwellwertspeichers 104 vergleicht. Wenn der Inhalt des Datenspeichers 102 größer ist als der Inhalt des Schwellwertspeichers 104, wird der Inhalt des Schwellwertspeichers 104 neugeschrieben, so daß er nun mit dem Inhalt des Datenspeichers 102 übereinstimmt. Wenn andererseits der Inhalt des Schwellwertspeichers 104 größer ist als der in dem Datenspeicher 102 gespeicherte Wert, wird er festgehalten,ohne daß eine Neueinschreibung in den Schwellwertspeicher erfolgt. Die Adresse des Datenspeichers wird nacheinander um "1" erhöht und der Inhalt des Zählspeichers 103 wird um "1" verringert. Dabei erfolgt jeweils der oben beschriebene Vorgang. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Inhalt des Zählspeichers 103 "0" wird.

Hierdurch wird der Maximalwert von allen in den Datenspeicher 102 eingegebenen Werten ermittelt und in den Schwellwertspeicher 104 eingeschrieben. Der Computer 101 setzt den Schwellwert auf der Basis des auf diese Weise in den Schwellwertspeicher 104 eingegebenen Schwellwertes fest. Dies bedeutet, daß der Computer 101 den in den Schwellwertspeicher eingeschriebenen Wert beispielsweise um 10 % erhöht und nunmehr den erhöhten Wert in den Schwellwertspeicher einschreibt.

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Während der Werkstückbearbeitung (R = "1") vergleicht der Computer 101 den im Schwellwertspeicher 104 gespeicherten Wert mit den vom Stromdetektor 23 kommenden Eingangswerten und wenn der Zustand Schwellwert < Eingangswert D erfüllt ist, sendet der Computer 101 ein Stopsignal S zum vorübergehenden Stillsetzen über die digitale Ausgabeeinrichtung 107 an den NC-Regler 22.

Die obige Beschreibung erfolgte für den Fall, daß der Eingangswert D sich erhöht, wenn eine Abnormalität eintritt. Die Operation wird umgekehrt, wenn eine zu große Verringerung des Eingangswertes T als Abnormalität betrachtet wird. Dies bedeutet, daß der kleinste aller in den Datenspeicher 102 eingespeicherten Werte um 10 % vermindert und als Schwellwert in den Schwellwertspeicher 104 eingeschrieben wird. Wenn die Bedingung Schwellwert > Eingangswert D erfüllt ist, wird das Stopsignal S zum vorübergehenden Anhalten der Maschine erzeugt.

Der in Figur 9 dargestellte Störgrößendetektor 30 empfängt Eingangswerte D, z.B. die Werte der Spindelströme und der vorschubströme, die in Abhängigkeit vom Bearbeitungsvorgang variieren, sowie numerische Daten NI zur Identifizierung der Bearbeitungsstelle und zur Selektierung eines Schwellwertes von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 2. Der Störgrößendetektor 30 sendet bei Er-

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kennung einer Abnormalität ein Stopsignal S zum vorübergehenden Anhalten der Werkzeugmaschine an diese aus.

Während der Störgrößendetektor 1 den normalen Vorgang der Storgrößenerkennung ausführt, wenn der externe Schwellwert-Einstellschalter 30 AUS ist, führt er die Storgrößenerkennung nicht aus, sondern bewirkt die Festsetzung des Schwellwertes, wenn der Schalter 31 auf EIN steht. Die Storgrößenerkennung und die Festsetzung des Schwellwertes werden nachfolgend in Bezug auf das Flußdiagramm der Figur 10 erläutert.

Zuerst wird auf der Basis der von der Werkzeugmaschine 2 gelieferten numerischen Daten NI festgestellt, ob die betreffenden Werte eine Abnormalität kennzeichnen oder nicht. Die Erkennung einer Abnormalität bedeutet hier einen Prozeß, der die Möglichkeit des Auftretens einer Werkzeugabnormalität einschließt/ und ein numerischer Wert NI dieses Prozesses umfaßt den Wert zur Festlegung eines Schwellwertes. Dies bedeutet, daß beurteilt wird, ob es sich um einen Prozeß handelt, bei dem Werkzeugabnormalitäten festgestellt werden sollen oder nicht.

Anschließend wird festgestellt, ob der Schwellwert-Einstellschalter 31 EIN ist. Wenn der Schalter 31 AUS ist, wird der Vorgang zur Erkennung von Störgrößen (Abnormalitäten) ausgeführt. Zuerst wird eine entsprechende Schwell-

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wert-Speicherstelle auf der Basis jedes von der Werkzeugmaschine 2 kommenden numerischen Wertes selektiert (für jeden Wert ist ein Schwellwert-Speicherbereich) vorgesehen, in dem der Schwellwert gespeichert wird),und aus diesem Speicherbereich wird der Schwellwert T ausgelesen. Dieser Schwellwert T wird mit dem von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 2 gelieferten Eingangswert D verglichen und es wird festgestellt, ob die Bedingung D > T erfüllt ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird eine Störgröße festgestellt und an die Werkzeugmaschine 2 wird Stopsignal S geliefert. Wenn die Bedingung D-> T nicht erfüllt ist, wird dies nachfolgend wiederholt geprüft, bis die Störgrößenerkennungsstelle endet. Wenn dies der Fall ist, wird auch die Störgrößenerkennung beendet.

Wenn festgestellt wird, daß der Schwellwert-Einstellschalter 31 EIN ist, wird der Schwellwert-Einstellvorgang ausgeführt. Hierbei werden zunächst die von der Werkzeugmaschine 2 kommenden Eingangsdaten sequentiell in einen (nicht dargestellten) Speicher eingegeben, und dieser Eingabevorgang wird bis zum Ende oder bis zu einem Wechsel der numerischen Eingangsdaten fortgesetzt. Daher werden während der Periode vom Einschalten des Schwellwert-Einstellschalters 31 bis zum Ende oder bis zu einem Wechsel der Eingangswerte die Eingangswerte in den Speicher

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eingegeben.

Wenn die Eingabe der Eingangswerte in den Speicher infolge des Endes oder eines Wechsels der Eingangswerte beendet wird, wird auf der Basis der in diesen Speicher eingegebenen Eingangswerte der Schwellwert bestimmt. Die Schwellwertbestinunung wird beispielsweise auf der Basis des Maximalwertes oder des Mittelwertes der in den Speicher eingegebenen Eingangswerte durchgeführt. Dies bedeutet, daß zunächst das Maximum oder der Mittelwert der in den Speicher eingegebenen Eingangswerte gefunden wird und daß dann als Schwellwert ein Wert bestimmt wird, der um 10 bis 30 % größer ist als dieser Maximalwert oder der um einige Prozent größer ist als der Mittelwert oder der um einen bestimmten Betrag größer ist als der Maximalwert oder der um einen bestimmten Betrag größer ist als der Mittelwert o. dgl. . Die Art der Schwellwertberechnung ist voreingestellt. Für die Bestimmung des Maximalwertes oder des Mittelwertes können bekannte Verfahren benutzt werden.

Wenn der Schwellwert bestimmt wird, wird entsprechend den bereits zugeführten Daten NI ein Schwellwertspeicherbereich bestimmt, in 'den dieser Schwellwert eingespeichert wird und damit endet der Einstellvorgang für den Schwellwert .

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Gemäß Figur 11 empfängt der Störgrößendetektor 4 0 von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 2 Eingangswerte D für die Störgrößanerkennung. Diese Eingangsworte variieren entsprechend den Zuständen der Werkzeugmaschine, z.B. entsprechend dem Antriebsstrom der Spindel und den'Warschubströmen. Der Störgrößendetektor 40 empfängt ferner ein Signal M, das angibt, ob die Storgroßenerkennung ausgeführt wird oder nicht und ein Signal N zur Selektierung des Schwellwertes. Er sendet nach Erkennung einer Störgröße an dem (nicht dargestellten) Werkzeug ein Stopsignal S an die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 2. Das Signal M ist ein bei diesem Ausführungsbeispiel neu hinzukommender Wert und das Signal N ist ein Wert, der bereits für die numerische Steuerung eingestellt worden ist und der beispielsweise der laufenden Nummer (Sequenzzahl) entspricht.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Figur 11 wird detailliert unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Figur 12 erläutert.

Zuerst erfolgt die Beurteilung, ob das Signal M ansteht oder nicht. Das Signal M wird für eine Arbeitsfolge eingesetzt, die keine Storgroßenerkennung am Werkzeug erfordert, beispielsweise bei der Positionierung des Werkzeugs im Schnellgang und bei dem Werkzeugwechsel. Wenn das Signal M nicht ansteht, wird also keine Storgroßenerkennung durchgeführt, weil eine solche nicht erforderlich ist. Wenn das Signal M ansteht, wird das Signal N zugeführt, so daß ein dem Wert N entsprechender Schwell-

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- 2Sr- Μ*

wert ausgelesen wird. Es sei hier angenommen, daß in dem nicht dargestellten Speicher mehrere Schwellwerte entsprechend den Werten N gespeichert sind.

Der den Daten N entsprechende Schwellwert T wird mit den von der Werkzeugmaschine 2 zugeführten Eingangsdaten D verglichen und es wird geprüft, ob die Bedingung D > T erfüllt ist. Wenn dies der Fall ist, wird ein Stopsignal an die Werkzeugmaschine 2 ausgegeben, da diese Tatsache bedeutet, daß ein Störfall eingetreten ist. Wenn die Bedingung D > T nicht erfüllt ist, wird von neuem geprüft, ob die Bedingung D > T erfüllt,ist und dieser Vorgang wird bis zur Beendigung des Signals M wiederholt.

Wenn beispielsweise die Spitze eines (nicht dargestellten) Werkzeugs entlang der in Figur 13 dargestellten Kettenlinie bewegt wird und der Schneidvorgang in den Sequenzen N1 und N3 durchgeführt wird, wird das Signal M innerhalb der Sequenzen N1 und N3 geliefert und nicht in der Sequenz N2. In diesem Fall wird in der Sequenz N1 ein Schwellwert T1 eingestellt, in der Sequenz N2 wird kein Schwellwert eingestellt und in der Sequenz N3 wird der Schwellwert T3

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eingestellt. Die Selektion der mehreren Schwellwerte wird durch einfache Addition der Signale M ermöglicht.

Im folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel der Figuren 14 bis 16 erläutert. Die Operation der inFigur 14 dargestellten Vorrichtung wird anhand des grundsätzlichen Flußdiagramms der Figur 15 und des Haupt- Flußdiagramms der Figur 16 erläutert. Gemäß Figur 14 empfängt der Storgrößendetektor 50, ähnlich wie bei der Vorrichtung nach Figur 1, Eingangsdaten D, die entsprechend den Zuständen des (nicht dargestellten) Werkzeugs variieren, und ein Bearbeitungssignal R zur Unterscheidung, ob die Werkstückbearbeitung an der Werkzeugmaschine 2 durchgeführt wird oder nicht. Der Storgrößendetektor 50 ist mit einem externen Schalter 51 zur Veränderung des Schwellwertes und mit einer Anzeigeeinheit 52 für die Simultananzeige der Eingangsdaten und des Schwellwerts verbunden. Der externe Schalter 51 weist ein bewegbares Kontaktstück 51a und zwei feste Kontakte 51b und 51c auf. Wenn das bewegbare Kontaktstück 51a an dem festen Kontakt 51b anliegt, wird ein Befehl zur Erhöhung des Schwellwertes gegeben, während bei Anliegen an dem Kontakt 51c ein Befehl zur Verringerung des Schwellwertes erzeugt wird. Wenn das bewegbare Kontaktstück 51a weder an dem Kontakt 51b noch an dem Kontakt 51c

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anliegt, wird kein Befehl zur Änderung des Schwellwertes erzeugt.

Wenn der externe Schalter 51 auf den festen Kontakt (Vergrößerungskontakt) 51b oder den festen Kontakt (Verkleinerungskontakt) 51c geschaltet ist, wie in dem Basisblock-Flußdiagramm der Figur 15, wird zunächst geprüft, ob der Vergrößerungskontakt 51b EIN ist. Wenn dies der Fall ist, wird dem Schwellwert T ein Einheitswert a hinzugefügt und der Vorgang

TI = T + a

ausgeführt. Der Schwellwert T wird also neugeschrieben, so daß er nunmehr dem errechneten Wert TI entspricht. Der neugeschriebene Schwellwert wird der Anzeigeeinheit 52 zugeführt,und die Schwellwertanzeige wechselt von dem Wert T auf den Wert TI.

In der Anzeigeeinheit 52 ist entlang der Abszisse die von dem (nicht dargestellten) Zeitgeber zuzuführende Zeit und entlang der Ordinate die Amplitude dargestellt. Die zuletzt von der Werkzeugmaschine 2 zugeführten Eingangsdaten werden sequentiell angezeigt und der Schwellwert wird in Form einer einzigen horizontalen Linie angezeigt. Figur 17 zeigt ein Beispiel der Anzeige an der

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Anzeigeeinheit 52. In Figur 17 zeigt die Linie I die Eingangswerte und die Linie II den Schwellwert an. Die Linie II wird beim Schalten des externen Schalters 51 an den Vergrößerungskontakt 51b in Richtung des Pfeiles L verschoben. Eine derartige Anzeigeeinheit kann beispielsweise mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre realisiert werden.

Wenn der Verkleinerungskontakt 51c des externen Schalters 51 EIN-geschaltet ist, erfolgt die Prüfung "Ist der Verkleinerungskontakt EIN?" und wenn dies bejaht wird, wird der Einheitswert a von dem Schwellwert T subtrahiert:

TD = T - a.

Der Schwellwert T wird neugeschrieben, so daß er dem berechneten Wert TD entspricht, und die Linie II wird auf den neuen Schwellwert TD nach unten verschoben. Dies bedeutet, daß bei Einschalten des Verkleinerungskontakts 51c des externen Schalters 51 die Schwellwertanzeige an der Anzeigeeinheit 52 in Gegenrichtung zum Pfeil L um den Betrag des Einheitswertes a verschoben wird.

Auf diese Weise wird jedesmal dann, wenn der externe Schalter 51 auf den Vergrößerungskontakt 51b oder den Verkleinerungskontakt 51c eingestellt wird, der Schwellwert um den Betrag des Einheitswertes a vergrößert oder verkleinert. Wenn beispielsweise der externe Schalter

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dreimal auf den Vergrößerungskontakt 51b gestellt wird, wird der Schwellwert um den Betrag 3a vergrößert.

Da die Anzeigeeinheit 52 die Eingangswerte und den Schwellwert gleichzeitig anzeigt, kann die Beziehung zwischen den Eingangswerten und dem gegenwärtigen Schwellwert leicht erkannt werden, so daß die Neueinstellung eines geeigneten Schwellwertes durchgeführt werden kann, wenn dies erforderlich ist.

Wie Figur 16 zeigt, wird die Basisblockfolge zur Änderung des Schwellwertes unabhängig von der vorhergehenden Störgrößenerkennung,deren Flußablauf in Figur 2 dargestellt ist, ausgeführt. Dies bedeutet, daß nach dem Basisblockfluß zur Änderung des Schwellwertes die Beurteilung erfolgt, ob die Werkstückbearbeitung läuft oder nicht, daß dann beurteilt wird, ob der Eingangswert größer ist als der Schwellwert und daß ein Stopsignal S an die Werkzeugmaschine 2 ausgesandt wird, wenn die Werkstückbearbeitung läuft und die Bedingung Eingangswert > Schwellwert erfüllt ist.

Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel so eingerichtet ist, daß der Schwellwert durch den externen Schalter 51 in Einheitsschritten a verändert wird, kann der Wert auch stufenlos durch einen stufenlos veränderbaren Widerstand o. dgl. verändert werden.In diesem Fall

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sollte die Schaltung so ausgebildet sein, daß der Schwellwert auf einen an dem stufenlos veränderbaren Widerstand eingestellten Wert verändert wird, wenn ein zusätzlich vorhandener Schwellwerteinstellschalter eingeschaltet wird/und daß die Anzeige des Schwellwertes an der Anzeigeeinheit unter Berücksichtigung der Schwellwertänderung erfolgt. Die Veränderung des Schwellwertes kann sowohl während der Werkstückbearbeitung als auch in den Bearbeitungspausen ausgeführt werden.

Figur 18 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels nach Figur 14. Die Vorrichtung nach Figur 18 ist mit einem Potentiometer 53 zur stufenlosen Veränderung des Schwellwertes und zusätzlich mit einem externen Schalter 51 zur stufenweisen Veränderung des Schwellwertes und einem Schwellwert-Einstellschalter 54 versehen. Als Anzeigeeinheit 52 wird eine Kathodenstrahlröhre benutzt. In Figur 18 sind diejenigen Baugruppen, die denen der Figur 8 entsprechen ,mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Werkzeugmaschine 2 weist einen Werkzeugmaschinenteil 21, einen numerischen Regler 22 und einen Stromdetektor 23 auf, der den Speisestrom des Vorschubmotors 211 des Werkzeugmaschinenteils 21 ermittelt. Der Stromdetektor 23 erzeugt ein Ausgangssignal D, das der Stromstärke entspricht, und der numerische Regler 22 gibt ein Bearbeitungssignal R aus, das den Bearbeitungszustand repräsentiert. Diese Ausgangssignale werden dem Störgrößendetektor 50 zugeführt.

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Der Störgrößendetektor 50 enthält einen Computer 101, einen Schwellwertspeicher 102, einen Analog/ Digital-Umsetzer 103 zur Zufuhr von Signalen, die den vom Stromdetektor 23 kommenden Eingangswerten D entsprechen,zum Computer 101, eine digitale Eingabeeinrichtung 104 zur Zufuhr des Bearbeitungssignals R von dem numerischen Regler 22 zum Computer 101, eine digitale Ausgabeeinrichtung 105 zur Ausgabe des von dem Computer 101 erzeugten Stopsignals S an den numerischen Regler 22, einen Analog/Digital-Umsetzer 108 für die Zufuhr des an dem Potentiometer 53 eingestellten Schwellwertes in digitaler Form zu dem Computer 101, eine digitale Eingabeeinrichtung 109 zur Zufuhr des Ausgangssignals des Schwellwerts-Einstellschalters 14 zum Computer 101, eine digitale Eingabeeinrichtung zur Zufuhr des Ausgangssignals eines externen Schalters 11 zu dem Computer 101 und eine Schnittstelleneinheit 106 zur Aufarbeitung der von dem Computer 101 kommenden Signale, um diese in graphischer Form an der Kathodenstrahlröhre 52 anzuzeigen.

Wenn bei dem so ausgebildeten System der Schwellwert-Einstellschalter 54 auf EIN geschaltet wird, nachdem an dem Potentiometer 53 ein geeigneter Schwellwert eingestellt worden ist, wird das Ausgangssignal des Potentiometers 53 über den Analog/Digital-Umsetzer 108 dem Computer 101 zugeführt und der Schwellwert wird in den Schwellwertspeicher 102 eingespeichert. Der externe Schalter 51 kann unabhängig von dem Potentiometer 53 betätigt werden. Die durch Betätigung des externen

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Schalters 51 erzeugten Signale werden dem Computer 101 über die digitale Eingabeeinrichtung 107 zugeführt, wodurch der Schwellwert um einen bestimmten Einheitswert a vergrößert oder verkleinert wird.

Der Computer 101 vergleicht den in dem Speicher 102 gespeicherten Schwellwert mit dem ermittelten Stromwert und sendet ein Stopsignal S über die digitale Ausgabeeinrichtung 105 an den numerischen Regler 22, wenn die Bedingung Schwellwert < Eingangswert D erfüllt ist.

Der Computer 101 führt den im Speicher 102 gespeicherten Schwellwert über die Schnittstelleneinheit 106 der Anzeigeeinheit 52 zu, und diese zeigt den Schwellwert in Form einer einzigen horizontalen Linie an (wie die Linie II in Figur 17). Der Schwellwertspeicher 102 speichert sequentiell die ihm über den Analog/Digital-Umsetzer zugeführten Eingangswerte D. Der jeweils gespeicherte Wert wird über die Schnittstelleneinheit 106 der Anzeigeeinheit 52 zugeführt, so daß jeweils die letzten Eingangswerte D nacheinanderfolgend angezeigt werden (Linie I in Figur 17). Der Bedienungsmann sollte jegliche Veränderung des Schwellwertes und der Eingangswerte D an der Anzeigeeinheit 52 überwachen und kann so das Ausmaß der Störgrößen und das Ansteigen des Schwellwertes überwachen. Der Schwellwert kann durch Betätigung des externen Schalters auch verändert werden,

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wenn sich herausstellt, daß der bisherige Schwellwert für die weitere Werkstückbearbeitung ungeeignet ist. Ferner kann der Schwellwert durch Betätigung des externen Schalters 51 auch verkleinert werden, so daß die Maschine auf diese Weise bereits bei kleineren Störgrößen stillgesetzt wird.

Oben ist der Fall beschrieben worden, daß eine Störgröße (Abnormalität) auftritt, wenn der Eingangswert D sich unzulässig erhöht. Für den Fall, daß eine Störgröße auftritt wenn der Eingangswert D sich zu stark verringert, wird die oben beschriebene Operation umgekehrt.

Wenn infolge eines großen Schwellwertes ein Zustand als normal betrachtet wird, selbst wenn empirisch bekannt ist, daß dieser Zustand unzulässig ist, wie dies bei Auftreten von Rattern oder anderen Maschinenschwingungen der Fall ist, sollte der Schwellwert auf einen so kleinen Wert eingestellt werden, daß auch diese Erscheinungen als Störgrößen ermittelt werden und zum Abschalten der Maschine führen.

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Claims

Ansprüche

/1.^Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer Werkzeugmaschine durch Vergleich zwischen Eingangswerten, die von Betriebsgrößen der Werkzeugmaschine abgeleitet sind, mit einem Schwellwert, dadurch gekennzeichnet , daß ein externer Schwellwert-Einstellschalter vorgesehen ist, daß die Eingangsdaten sequentiell in einen Speicher eingegeben werden, wenn der Schwellwert-Einstellschalter eingeschaltet ist, daß Schwellwerte auf der Basis der in dem Speicher gespeicherten Eingangswerte bestimmt werden und daß der so bestimmte Schwellwert beim Ausschalten des Schwellwert-Einstellschalters automatisch eingestellt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswert der Wert des Ankerstrom des als Gleichstrommotor mit konstantem Feld ausgebildeten Vorschubmotors der Werkzeugmaschine ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert durch Bestimmung des Maximalwertes der in dem Speicher gespeicherten Eingangsdaten ermittelt wird, wobei der Maximalwert um ein bestimmtes Verhältnis erhöht und zu dem Schwellwert gemacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der in dem Speicher gespeicherten Eingangswerte um ein bestimmtes Verhältnis erhöht und der so erhaltene Wert als Schwellwert benutzt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach. einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

einen externen Schwellwert-Einstellschalter (11) ,

einen Speicher zur sequentiellen Speicherung der Eingangswerte, wenn der externe Schwellwert-Einstellschalter eingeschaltet ist,und

eine Einrichtung zur Bestimmung des Schwellwertes auf der Basis der in dem Speicher gespeicherten Eingangsdaten, wenn der Schwellwertschalter (11) ausgeschaltet ist und zur

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automatischen Einstellung des so bestimmten Schwellwertes.
6. Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer Werkzeugmaschine durch Vergleich zwischen Eingangswerten, die von Betriebsgrößen der Werkzeugmaschine abgeleitet sind, mit einem Schwellwert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert nach einem numerischen Steuersignal (R) eingestellt wird, daß die Eingangswerte sequentiell in einen Speicher (102) eingespeichert werden, wenn der Schalter (11) eingeschaltet ist, und daß der Schwellwert am Ende des numerischen Steuersignals (R) oder bei einem Wechsel dieses Signals auf der Basis der in dem Speicher (102) gespeicherten Eingangswerte ermittelt und automatisch eingestellt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch

einen externen Schwellwert-Einstellschalter (11),

einen Speicher (102) zur sequentiellen Einspeicherung der Eingangswerte, wenn der Schalter (11) eingeschaltet ist, und

eine Einrichtung zur Bestimmung des Schwellwertes auf der Basis der in dem Speicher (102) gespeicherten Daten bei Beendigung des numerischen Steuersignals (R) oder bei dessen Wechsel und zum automatischen Einstellen des Schwellwertes.

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-A-
8. Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine durch Vergleich zwischen Eingangswerten, die sich entsprechend Betriebsgrößen der Werkzeugmaschine verändern/ mit einem von mehreren Schwellwerten, dadurch gekennzeichnet, daß in ein numerisches Steuersignal zur Steuerung der Werkzeugmaschine zum Zwecke der Festlegung der Folge der Störgrößenerkennung ein Diskriminationssignal (M) eingesetzt wird, das angibt, ob die Störgrößenerkennung durchgeführt wird oder nicht, und daß der Schwellwert entsprechend dem Festlegungssignal (N) in der Folge bestimmt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellwert-Einstellvorrichtung zur Bestimmung der Folge der Störgrößenerkennung durch Einsetzen von Diskriminationssignalen (M) in numerische Steuersignale vorgesehen ist, um zu entscheiden, ob die Störgrößenerkennung durchgeführt wird oder nicht/und um den Schwellwert ent- ' sprechend dem Festlegungssignal (N) in der Folge zu selektieren.
10. Verfahren zur Ermittlung abnormaler Störgrößen beim Betrieb einer Werkzeugmaschine auf der Basis eines Vergleichs zwischen entsprechend den Betriebsbedingungen variierenden Eingangswerten mit einem bestimmten Schwellwert unter Verwendung einer externen Vorrichtung zur Veränderung des Schwellwertes, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigangswerte und der Schwellwert an einer einzigen Anzeigeeinheit angezeigt werden, daß der an der Anzeigeeinheit angezeigte

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Schwellwert neugeschrieben wird, wenn er von der externen Vorrichtung zur Veränderung des Schwellwertes verändert wird,und daß der Schwellwert während der optischen Beobachtung der Beziehung zwischen den Eingangswerten und dem Schwellwert veränderbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Vorrichtung zur Veränderung des Schwellwertes ein Schalter (51) ist, der den Schwellwert bei jedem Schaltvorgang um einen Einheitswert

(a) vergrößert oder verkleinert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Vorrichtung zur Veränderung des Schwellwertes aus einer stufenlos veränderbaren Einstellvorrichtung (53) und einem Schwellwert-Einstellschalter besteht und daß der Schwellwcrt sich bei Betätigung des Schwellwert-Einstellschalters (51) um den an der stufenlos einstellbaren Einstellvorrichtung (53) eingestellten Wert verändert.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch

eine externe Vorrichtung (53) zur Veränderung des Schwellwertes,

eine Anzeigeeinheit (52) zur Anzeige der Eingangsworte und des SchwellwcrtoH auf einem einzigen Bildschirm, und

eine Einrichtung zum Neuschreiben des an der

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Anzeigeeinheit (52) angezeigten Schwellwertes bei einer Veränderung des Schwellwertes an der Vorrichtung (53) , derart, daß der Schwellwert während der optischen Beobachtung der Beziehung zwischen den Eingangswerten und dem Schwellwert veränderbar ist.

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