EP3060963A1 - Verfahren zum überwachen von industriellen systemen - Google Patents

Verfahren zum überwachen von industriellen systemen

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EP3060963A1
EP3060963A1 EP14796717.8A EP14796717A EP3060963A1 EP 3060963 A1 EP3060963 A1 EP 3060963A1 EP 14796717 A EP14796717 A EP 14796717A EP 3060963 A1 EP3060963 A1 EP 3060963A1
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EP
European Patent Office
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monitoring
industrial system
signals
industrial
machine
Prior art date
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Withdrawn
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EP14796717.8A
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French (fr)
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Waldemar BRUNNMEIER
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Growth Financial AG
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Growth Financial AG
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    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring industrial systems, in particular machine tools, robots or the like, by means of sensors, which determine at least one state of the industrial system, convert into signals and pass corresponding signals to an evaluation.
  • Machine components that are to be monitored in any case are those that perform movements. These include mainly aggregates that operate on the appropriate processing axes, such as slides, spindles, but also their drive shafts, bearings, etc.
  • Object of the present invention is to improve the monitoring of industrial systems mentioned above and in particular to accelerate error detection.
  • an analysis program is retrieved and processed outside the actual work process of the industrial system, which receives and processes the signals in the evaluation electronics.
  • a machine condition analysis takes place.
  • the system may be configured such that once a week or once a day, the machine tool invokes a special maintenance program and various axis motions, in particular without actual machining, with different rotational speeds of the spindle.
  • the physical results, for example by vibration measurement, of this maintenance program are measured by the monitoring system and stored for analysis.
  • the sensor is preferably a triaxial sensor, but this is only an example if the diagnosis and analysis are primarily related to the axes of the industrial system. Its signals are passed on to an electronic evaluation unit, in which inventions special algorithms for state detection. Preferably, this evaluation has then also a communication interface with the machine, if necessary, so that the machine control can be influenced. In this way, not only mechanical problems with respect to spindle, guide rails, Rollenlauflauf conception, etc. are detected, but also drive problems, lubrication problems, etc. Above all, the vibration or vibration is monitored. The vibrations are analyzed and evaluated with different algorithms. The evaluation is based on typical vibration patterns, that is, on the basis of many years of experience from machine diagnostics.
  • a fingerprint of the machine is created. This means that all determined values of the machines form an overall picture. At regular intervals, this fingerprint of the machine is compared with the current states and analyzed and, if necessary, the fingerprint is also adjusted (learning process).
  • the inventive method is also coupled with a system for the continuous control of the industrial system during its use.
  • a system for the continuous control of the industrial system during its use.
  • collision monitoring is more likely to take place with the process monitoring, the analysis of this collision monitoring then with the condition monitoring.
  • both monitors but also take over parts of the other.
  • the new method can perform both collision monitoring and the out-off process tasks described above.
  • this means that the reaction to the detection of a possible collision is accelerated to one millisecond.
  • the invention also encompasses a corresponding device which essentially comprises a sensor, in particular an acceleration sensor, an evaluation unit and preferably an interface for the machine control.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben, soll ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.

Description

Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben.
Stand der Technik
In vielen industriellen Bereichen gibt es Systeme, die überwacht werden müssen. Dazu gehören vor allem Werkzeugmaschinen, wie Drehmaschinen, Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen, Spezialmaschinen aber auch Transferstrassen, Maschinenportale, Roboter und sonstige Handhabungssysteme, wie zum Beispiel Ladeportale. Dies ist nur eine kleine Auswahl der zu überwachenden Systeme. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf alle industriellen Systeme, die irgendwelche Tätigkeiten verrichten.
Bei diesen industriellen Systemen sind Überwachungsarbeiten zu leisten, damit die Funktion der Systeme gesichert bleibt. Die Überwachung muss sich dabei auf langfristige Veränderungen, beispielsweise auf Verschleiss, aber auch auf kurzfristige Änderungen, wie beispielsweise Kollisionen, Überlastungen, Unwucht od.dgl. beziehen. Maschinenkomponenten, die auf jeden Fall zu überwachen sind, sind solche, die Bewegungen ausführen. Dazu gehören vor allem Aggregate, die auf den entsprechenden Bearbeitungsachsen tätig sind, wie Schlitten, Spindeln, aber auch deren Antriebswellen, Lager usw.
So ist beispielsweise aus der US 6,138,056 ein System und ein Verfahren zur Wartung und Reparatur einer CNC-Maschine bekannt, bei dem zur Überwachung der Maschinenachse Laufwege- und Laufzeitdaten ermittelt werden, um die Wartungs- und Reparaturzeitpunkte der Maschine zu ermitteln.
Aus der EP-A 0 321 108 ist ein Überwachungssystem zur prozessbegleitenden Überwachung von Werkzeugen, Werkstücken oder Bearbeitungsprozessen in spanabhebenden Werkzeugmaschinen bekannt. Hier werden Zustände, wie Werkzeugbruch, Werkzeugausbruch, Werkzeugverschleiss, Werkzeug-zuWerkstück Kontakt, Rattern oder Maschinenkollisionen erkannt und der Maschinenantrieb schnellstmöglich stillgesetzt, um Folgeschäden zu vermeiden.
Aus der EP-A 0 762 248 ist ein Verfahren bekannt, mit dem auf Basis von Messdaten von mindestens einem Vibrationssensor eine post- Prozessüberprüfung stattfindet, um fehlerhafte Zustände an Werkzeugmaschinenkomponenten nachträglich zu charakterisieren. Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Überwachung von oben genannten industriellen Systemen zu verbessern und insbesondere eine Fehlererkennung zu beschleunigen.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ausserhalb eines Bearbeitungsprozesses in gewissen Zeitabständen eine Maschinenzustandsanalyse (condition monitoring) stattfindet. Zum Beispiel kann das System so konfiguriert sein, dass einmal pro Woche oder einmal pro Tag die Werkzeugmaschine ein spezielles Instandhaltungsprogramm aufruft und verschiedene Achsbewegungen, insbesondere ohne eigentliche Bearbeitung, mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen der Spindel abfährt. Die physikalischen Ergebnisse, zum Beispiel durch Vibrationsmessung, dieses Instandhaltungsprogramms werden mit dem Überwachungssystem gemessen und für eine Analyse gespeichert.
Bei dem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen Dreiachssensor, dies ist aber nur ein Beispiel, wenn sich die Diagnose und Analyse vor allem auf die Achsen des industriellen Systems bezieht. Dessen Signale werden an eine elektronische Auswerteeinheit weitergegeben, in der sich spezielle Algorithmen für Zustandserkennung erfinden. Bevorzugt hat diese Auswerteeinheit dann auch noch eine Kommunikationsschnittstelle mit der Maschine, sofern dies erforderlich ist, so dass die Maschinensteuerung beeinflusst werden kann. Auf diese Weise werden nicht nur maschinentechnische Probleme bezüglich Spindel, Führungsschienen, Rollenumlaufschuhen usw. erfasst, sondern auch Antriebsprobleme, Schmierungsprobleme usw. Vor allem wird aber die Schwingung oder Vibration überwacht. Die Schwingungen werden mit verschiedenen Algorithmen analysiert und bewertet. Die Auswertung erfolgt nach typischen Schwingungsbildern, das heisst anhand von jahrelangen Erfahrungswerten aus der Maschinendiagnose.
Insbesondere zu Anfang der erfindungsgemässen Diagnose wird ein Fingerabdruck der Maschine erstellt. Das heisst, sämtliche ermittelte Werte der Maschinen bilden ein Gesamtbild. In regelmässigen Abständen wird dieser Fingerabdruck der Maschine mit den aktuellen Zuständen verglichen und analysiert und gegebenenfalls der Fingerabdruck auch angepasst (Lernprozess).
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemässe Verfahren auch mit einem System zur laufenden Kontrolle des industriellen Systems während seines Einsatzes gekoppelt. Das heisst, auf der einen Seite findet eine reguläre Werkzeugüberwachung, ein process monitoring, bestehend aus Hardware-Elektronik, spezifischer Software, Sensorik und eventuell Visualisierungs-PC, statt, auf der anderen Seite mit dem neuen System das condition monitoring.
Beispielsweise findet eine Kollisionsüberwachung eher mit dem process monitoring statt, die Analyse dieser Kollisionsüberwachung dann mit dem condition monitoring. Bevorzugt übernehmen beide Überwachungen aber auch Teile des anderen. So kann beispielsweise das neue Verfahren sowohl eine Kollisionsüberwachung übernehmen, als auch die oben beschriebenen Out-Off- Prozessaufgaben. Insbesondere für die Kollisionsüberwachung bedeutet dies, dass die Reaktion auf die Erkennung einer möglichen Kollision auf eine Millisekunde beschleunigt wird. Ähnliches gilt auch auf Erkennung und Reaktion auf Vibrationsüberlast. Von der Erfindung wird auch eine entsprechende Vorrichtung umfasst, die im Wesentlichen aus einem Sensor, insbesondere aus einem Beschleunigungssensor, einer Auswerteeinheit und bevorzugt einer Schnittstelle zur Maschinensteuerung besteht.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Überwachen von industriellen Systemen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, Robotern od.dgl., mittels Sensoren, welche zumindest einen Zustand des industriellen Systems ermitteln, in Signale umwandeln und entsprechende Signale an eine Auswerteelektronik weitergeben, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des eigentlichen Arbeitsprozesses des industriellen Systems ein Analyseprogramm abgerufen und abgearbeitet wird, welches die Signale in der Auswerteelektronik empfängt und verarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Ergebnissen einer Analyse durch das Analyseprogramm das industrielle System gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Achsen bzw. Achsbewegungen des industriellen Systems überwacht werden.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vibrationsüberwachung des industriellen Systems durchgeführt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollisionsüberwachung des industriellen Systems durchgeführt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale durch Algorithmen analysiert und bewertet werden.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einmal, bevorzugt aber in zeitlichen Abständen ein Fingerabdruck (Sollwerte) des industriellen Systems erstellt und jeweils mit den aktuellen Signalen verglichen wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das industrielle System zudem über eine Prozessüberwachung verfügt.
EP14796717.8A 2013-10-25 2014-10-16 Verfahren zum überwachen von industriellen systemen Withdrawn EP3060963A1 (de)

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