WO2022053540A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewertung eines zustands eines objekts sowie computerprogramm - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bewertung eines zustands eines objekts sowie computerprogramm Download PDF

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WO2022053540A1
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PCT/EP2021/074758
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Raino Petricevic
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    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating a state of an object.
  • the invention relates to a computer program and a device for evaluating a state of an object.
  • the document DE 10 2018 210 470 A1 discloses a method for early detection of damage to a machine, in which a vibration signal of a machine is detected, a signal is transformed from the time domain into an image domain, a dominant excitation determined according to an operating variable is reduced in terms of amount and a signal value is compared with a comparison value.
  • US Pat. No. 6,425,293 B1 discloses a method in which a vibration is detected and a vibration spectrum is obtained by performing an FFT.
  • the vibration spectrum is divided into N bands and a spectral energy is generated for each band.
  • the spectral energy in each band is compared to spectral energy thresholds.
  • numerical values are assigned to each crossing of a threshold. The numerical values are added up and compared to other threshold values.
  • spectral excitation values are typically determined by means of a frequency analysis from excitation information that describes mechanical excitation of the object. A characteristic value is then determined from these by a function summing up the spectral excitation values over the frequency. This characteristic value is compared with a reference value which has been determined in essentially the same way from excitation information which was recorded in a reference state of the object.
  • the invention is based on the object of specifying an improved possibility for evaluating a state of an object.
  • this object is achieved by a method for evaluating a state of an object, comprising the following steps: obtaining excitation information which describes a mechanical excitation of the object; Generating a multiplicity of spectral excitation values as a function of the excitation information by means of a frequency analysis, with the spectral excitation values each being assigned to a spectral section of a plurality of predetermined spectral sections; obtaining a plurality of reference spectral excitation values related to a reference state of the object and associated with a respective one of the spectral bins; and determining relative excitation values for at least a part of the spectral sections by relating the spectral excitation value assigned to the respective spectral section to the spectral reference excitation value assigned to the respective spectral section.
  • the invention is characterized in particular by the fact that individual spectral excitation values generated by the frequency analysis are related to the spectral reference excitation values corresponding to the spectral sections in order to obtain relative excitation values related to the spectral sections.
  • a state deviation can be determined in relation to the respective spectral section, so that advantageously the entire information content over the spectrum of the spectral excitation values can be used simultaneously.
  • the method according to the invention also makes it possible to effectively detect deviations in high-frequency spectral sections with a low signal-to-noise ratio (SNR), since the relative excitation values for these high spectral sections determine the deviation independently of deviations in lower - and thus more dominant - spectral sections.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the method according to the invention can be used very flexibly.
  • the condition can be, for example, wear, insufficient lubrication, contamination, fatigue, a defect, an operating condition, an intact condition, a state of health, a quality, a utilization, an effort, a power consumption, a filling level, a Hardness or a fluid delivery variable.
  • the object can be a machine, a system, a machine element, in particular a gear, a bearing, a pump, a motor or a robot, a production tool, a land, water -, aircraft or spacecraft or part thereof, structure, component or construction or part thereof. It is also possible for the object to be a body part of a living being, in particular an animal or a human being.
  • the operating state can be a stationary operating state or a non-stationary operating state, in particular with an arbitrary or characteristic course.
  • the machine can be an injection molding machine.
  • the bearing can be a swivel bearing, for example in a crane or a wind turbine. In a wind turbine, the swivel bearing can be a pitch bearing.
  • the object can also be an actuator or an extension and retraction mechanism, in particular a sun sail of a satellite, a landing gear of an aircraft or a soft actuator.
  • the spectral excitation values and the reference excitation values describe an amplitude, a phase, a power or a power spectral density (PSD).
  • the method according to the invention can provide for the spectral excitation values and the reference excitation values to describe an effective value, a maximum absolute value or an amplitude distribution density or a value derived therefrom, in particular a crest factor or a kurtosis factor.
  • the spectral excitation values are stored in a predetermined data structure, in particular a matrix, a vector, a list or a data field (array) in the step of generating the plurality of spectral excitation values. Provision can also be made for the multiplicity of spectral reference excitation values to be provided in a predefined data structure, in particular a matrix, a vector, a list or a data field. In addition, it can be provided that in the step of determining the plurality of relative excitation values, the relative excitation values are stored in a predetermined data structure, in particular a matrix, a vector, a list or a data field.
  • a “data structure” in the sense mentioned above can also generally be interpreted as a list of numbers.
  • the spectral excitation values can be generated for a time interval or averaged over several time intervals. As a result, the spectral excitation values can be generated in a windowed manner.
  • the spectral reference excitation values can be generated for a time interval or averaged over several time intervals.
  • the spectral reference excitation values can also be generated windowed.
  • Averaging the spectral excitation values and/or the spectral reference excitation values over a number of time intervals in a row is advantageous in particular for repetitive operating states with short quasi-stationary time intervals in order to improve the SNR.
  • the spectral sections can expediently be disjoint and/or defined over the frequency range.
  • the spectral sections can be of the same size or of different sizes, in particular can be divided up logarithmically.
  • the spectral sections can be contiguous or separate.
  • the spectral excitation values are preferably determined over a predetermined frequency band that includes the spectral sections.
  • the relative excitation values can be determined for all spectral sections. However, it is also possible for individual spectral sections or an interval of spectral sections to be or will be selected manually and/or automatically by a user.
  • the relative excitation values preferably have a continuous, in particular real, value range. In this way, even minor deviations from the reference excitation values can be resolved.
  • the method according to the invention typically provides that it is carried out by means of a Fourier analysis, in particular by means of continuous Fourier transformation, discrete Fourier transformation, fast Fourier transformation or Fourier transformation for discrete-time signals, or by determining the or a spectral Power density takes place.
  • the method can be carried out with good results, particularly in the case of relatively coarse frequency resolutions. It can be provided that the frequency analysis has a frequency resolution of at least 1 Hz, more preferably at least 10 Hz, more preferably at least 100 Hz, particularly preferably at least 1 kHz. This advantageously enables a considerable reduction in the amount of data that arises.
  • the method can also be carried out with relatively fine frequency resolutions. It can be provided that the frequency analysis has a frequency resolution of at most 1 Hz, preferably at most 10'1 Hz, further preferably at most 10 -2 Hz, further preferably at most 10 -3 Hz, particularly preferably at most 10 -4 Hz .
  • the respective spectral excitation values and the associated spectral reference excitation values are related by dividing.
  • the method according to the invention can also include the following step: determining a status evaluation variable using a status evaluation function which links the relative excitation values and/or values derived from the relative excitation values as parameters.
  • determining a status evaluation variable it is avoided in particular that spectral segment-specific deviations of the spectral excitation value from the spectral reference excitation value are compensated for by prior summation and thus "smear".
  • the condition evaluation function can be generally denoted by Q(%j), where Q is the condition evaluation variable, the parameters and 1 ⁇ i ⁇ n denote the n spectral sections.
  • the status evaluation variable expediently has scalar values.
  • the relative excitation values are linked directly as parameters of the state evaluation function.
  • x t p°
  • QICPP PP designates the relative excitation values, which are determined by relating the spectral excitation values p t and the spectral reference excitation values pt. If the relating can be done by division be.
  • a parameter value determined from an inverted relative excitation value is used as the respective parameter if the spectral excitation value is smaller than the spectral reference excitation value, and the relative excitation value is used if the spectral excitation value is greater than the spectral reference excitation value.
  • a parameter value determined from an inverted relative excitation value can be used as the respective parameter if the spectral excitation value is greater than the spectral reference excitation value, and the relative excitation value can be used if the spectral excitation value is less than the spectral reference excitation value.
  • the formula can be: where sign(-) designates the signum function and the above designations also apply. In the case of relating by division, the following applies in particular: respectively.
  • the status evaluation function can include a summation, the formation of an arithmetic mean value, the formation of an effective value or the formation of a zero-crossing rate.
  • the zero-crossing rate is a number of zero crossings, in particular the phase.
  • the status evaluation function can include a weighting of the parameters, in particular using rational, real or complex weighting factors having an irrational component and/or using linear or exponential weighting factors and/or frequency-dependent weighting factors.
  • condition assessment function involves arithmetic mean calculation
  • condition assessment function involves arithmetic mean calculation and weighting
  • condition evaluation function involves the formation of an RMS value
  • condition evaluation function involves an RMS calculation and a weight
  • this can be expressed by the following formula: where a t denotes a weighting factor, where ⁇ i ⁇ Q or ⁇ i ⁇ R or ⁇ i e (C, where Q denotes the set of rational numbers, IR denotes the set of real numbers or (C denotes the set of complex numbers.
  • Q denotes the set of rational numbers
  • IR denotes the set of real numbers or (C denotes the set of complex numbers.
  • For the rational and real weighting factors is in particular 0 ⁇ 1.
  • exponential weighting factors it applies in particular where b is a constant.
  • condition assessment function includes the formation of a zero-crossing rate
  • X n (.) denotes an indicator function, for example:
  • the method according to the invention can also include the following step: providing the spectral excitation values and/or the relative excitation values at a radio and/or hardware interface.
  • spectral excitation values or the relative excitation values can be made available for external processing.
  • the method according to the invention may also include the following step: displaying the status evaluation variable and/or a time profile of the status evaluation variable on a display unit. In this way, the current status assessment variable can be conveniently displayed to a user.
  • the following step can be provided: providing the status evaluation variable at a radio and/or hardware interface.
  • the condition evaluation variable can be made available for external processing.
  • the method also includes the following steps: Carrying out a comparison of the status evaluation variable or a change in the status evaluation variable over time with one or more predefined or adjustable threshold values.
  • the following step is then preferably also provided: outputting an acoustically and/or visually and/or haptically perceptible signal as a function of a result of the comparison.
  • the threshold value or one of the threshold values can be a pre-warning threshold, for example. In this way, the user can be informed, for example, that an advanced degree of wear has been reached.
  • the threshold value or one of the threshold values can be an alarm threshold, for example. In this way, the user can be informed, for example, that wear-related damage is to be expected immediately or has already occurred. If a change in the status evaluation variable over time is considered, a trend display or trend display of the status can be made possible.
  • the method can also include the following step: detecting the mechanical excitation and providing the excitation information.
  • the detection can take place by means of at least one sensor, in particular a vibration sensor and/or a sound sensor and/or a structure-borne sound sensor and/or an acceleration sensor and/or an optical sensor.
  • a detection range of the at least one sensor can be homogeneous.
  • a detection range of the at least one sensor can have a resonance at a predetermined frequency or a plurality of predetermined frequencies. If signals are excited in an area around the resonance due to a change in state, a resonant sensor crosstalks earlier than one its bandwidth more homogeneous sensor. As a result, a change in state that is in the range of resonance can be detected earlier.
  • the at least one sensor can be tuned or is tuned with regard to the predefined frequency or frequencies, in particular to a frequency at which a change in the state of the object is to be expected.
  • the resonance or a respective resonance can then be selected accordingly depending on the object to be monitored.
  • the method according to the invention can also include the following step, through which in particular the excitation information is obtained: detecting the mechanical excitation, in particular by means of a vibration sensor and/or a sound sensor and/or a structure-borne sound sensor and/or an acceleration sensor and/or an optical sensor Sensors, and providing the excitation information.
  • the method according to the invention can also include the following steps preceding the step of obtaining the excitation information, in particular also the step of detecting the mechanical excitation: determining the spectral reference excitation values corresponding to the spectral excitation values if the object is before the step of detecting the mechanical variable is in the reference state; and storing the determined spectral reference excitation values.
  • the spectral reference excitation values can be determined within the scope of the method itself.
  • spectral reference excitation values generated at least partially virtually or synthetically to be used within the scope of the method according to the invention.
  • At least the generation of the spectral excitation values preferably takes place repeatedly, in particular periodically.
  • the repetition can be time-controlled or triggered by a trigger signal.
  • the spectral excitation values are generated over a time window of several minutes.
  • the spectral excitation values are preferably generated with each repetition in the same steady-state or quasi-steady-state operating state of the object, for example at a constant speed. It is also possible for the spectral excitation values to be generated within the framework of the repetition in the case of a number of different stationary or quasi-stationary operating states of the object.
  • the spectral reference excitation values for each iteration may refer to a different reference state.
  • a non-stationary operating state composed of these can be detected by the quasi-steady-state operating states.
  • non-stationary states with a characteristic curve can also be evaluated with regard to a change in their characteristics.
  • the stationary or quasi-stationary operating state corresponds in particular to that in which the reference excitation values were generated.
  • the time window can extend at least a tenth of a second and/or at most 10 seconds, in particular in the case of non-stationary operating states with only short, repetitive, quasi-stationary time windows.
  • averaging can be carried out over several time windows with the repeating quasi-stationary operating state in a row. This can be done until an acceptable SNR is achieved.
  • environmental information describing at least one environmental parameter of the object can also be used.
  • the at least one environmental parameter can be a temperature and/or humidity and/or a path and/or a force and/or a strain and/or a speed and/or an acceleration and/or a PLC process section and/or a Flow and/or a position, in particular an angular or switching position, and/or a Illuminance and/or a position and/or an inclination and/or a magnetic field and/or a speed and/or a pressure.
  • the environmental information can be provided by an environmental sensor.
  • the environmental sensor can be a temperature sensor and/or a humidity sensor and/or a position sensor and/or an inclination sensor and/or a gyroscope and/or a magnetic field sensor and/or a speed sensor and/or a displacement sensor and/or a force sensor /or have a strain sensor and/or a speed sensor and/or an acceleration sensor and/or a position sensor and/or a light sensor and/or a flow sensor and/or a pressure sensor.
  • other information relevant to the state of the object from the environment can also be recorded.
  • the environmental information can be obtained as a control signal, in particular as an analog or digital control signal.
  • the environmental information is preferably obtained from a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the determination of the spectral excitation values and/or the relative excitation values and/or the state assessment variable can be triggered as a function of the environmental information.
  • the excitation information and/or the state assessment variable can be correlated with the environmental information.
  • the excitation information and/or the spectral excitation values and/or the spectral reference excitation values are corrected using the environmental information. This can be done using stored data about a dependency of this information or values on the environmental information.
  • the dependency can be in the form of a function or a formula be deposited.
  • the relative excitation values are preferably determined as a function of the corrected spectral excitation values and/or the corrected spectral reference excitation values, in particular therefrom.
  • the status assessment variable can be corrected using the information about the surroundings.
  • non-corrected or only partially corrected status evaluation variables can be provided together with environmental information and the correlations or first or additional corrections of the status evaluation variable with regard to the environmental information can be carried out off-device (e.g. on a user interface).
  • the spectral reference excitation values and/or the spectral excitation values and/or the temperature-dependent status evaluation variable can be corrected via a stored temperature-dependency function using the environmental information describing the temperature before the temperature-independent status evaluation variable is determined. As a result, a temperature correction of the status evaluation variable can be achieved.
  • a correction of the spectral excitation values and/or the reference excitation values and/or the speed-dependent status evaluation variable can be corrected using the environmental information describing the speed before the speed-independent status evaluation variable is determined.
  • a speed correction of the status evaluation variable can be achieved.
  • a correction of the spectral excitation values and/or the reference excitation values and/or the process-pressure-dependent status evaluation variable can be corrected using the environmental information describing the process pressure before the process-pressure-independent status evaluation variable is determined.
  • a process pressure correction of the condition evaluation variable z. B. be achieved in a pump or an injection molding process.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to carry out the steps of the method according to the invention.
  • a device for evaluating a state of an object in particular set up for carrying out the method according to the invention, comprising: a data interface which is used to obtain excitation information which describes a mechanical excitation of the object, is set up; and a signal analysis unit, comprising an analysis section that is set up to generate a large number of spectral excitation values as a function of the excitation information by means of a frequency analysis, with the spectral excitation values each being assigned to a spectral section of a number of specified spectral sections, a data interface that is used to obtain a large number of spectral reference excitation values, which relate to a reference state of the object and are assigned to a respective one of the spectral sections, a determination section that is used to determine relative excitation values for at least some of the spectral sections by relating the respective spectral section the spectral excitation value associated with the section is set up with the spectral reference excitation value associated with the respective spectral section
  • the signal analysis unit can also include a further determination section which is set up to determine a state evaluation variable by a state evaluation function using the relative excitation values and/or parameter values derived therefrom as parameters.
  • the device according to the invention can also have a radio and/or hardware interface for providing the spectral excitation values and/or the relative excitation values and/or the status evaluation variable is set up.
  • the device according to the invention can also include a display unit that is set up to display the status evaluation variable and/or a time profile of the status evaluation variable.
  • the device according to the invention preferably also comprises: a comparison unit which is set up to carry out a comparison of the status evaluation variable or a change in the status evaluation variable over time with one or more predefined or adjustable threshold values; and an output unit that is set up to output an acoustically and/or visually and/or haptically perceptible signal as a function of a result of the comparison.
  • the device according to the invention can also have an input and/or an interface for an external trigger signal.
  • the device according to the invention can also have an environment sensor which is set up to provide environment information describing an environment parameter of the object.
  • the device according to the invention can have an interface via which the environmental information can be obtained.
  • the device according to the invention also includes a detection unit, which is set up to detect analog measurement signals of the mechanical excitation and to provide the excitation information for the data interface, the detection unit for detecting the analog measurement signals in particular a vibration sensor and/or a sound sensor and/or a structure-borne sound sensor and/or an acceleration sensor and/or an optical sensor.
  • a detection unit which is set up to detect analog measurement signals of the mechanical excitation and to provide the excitation information for the data interface, the detection unit for detecting the analog measurement signals in particular a vibration sensor and/or a sound sensor and/or a structure-borne sound sensor and/or an acceleration sensor and/or an optical sensor.
  • the mechanical excitation can occur during the operation of the object itself and/or can be artificially introduced into the object.
  • the detection unit is set up to convert the analog measurement signals into digital measurement signals.
  • the detection unit further comprises a signal processing section, which is set up for filtering and/or for an, in particular adjustable, analog signal conditioning of the analog measurement signals, wherein the detection unit is set up to convert the filtered and/or conditioned measurement signals into to convert digital measurement signals.
  • the detection unit is expediently set up to provide the digital measurement signals as excitation information at the data interface.
  • the detection unit preferably has an analog/digital converter for this purpose.
  • the analysis section is also set up to provide output data from the frequency analysis as spectral excitation values.
  • the analysis section also includes a signal processing subsection which is used on the one hand for filtering and/or for, in particular adjustable, digital signal conditioning of the output data of the frequency analysis and on the other hand for providing the filtered and/or conditioned output data of the frequency analysis set up as spectral excitation values.
  • the device according to the invention can also have its own power supply.
  • the device according to the invention is preferably set up to work autonomously, in particular to implement an integral evaluation.
  • FIG. 2 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 4 signal curves of spectral excitation values for the damage stages shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 signal curves of relative excitation values for the damage stages shown in FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a progression of the condition evaluation variable over different damage levels
  • FIG. 1 is a block diagram of a device 1 for evaluating a state of an object 2.
  • the device 1 includes a data interface 3 which is set up to receive excitation information 4 which describes a mechanical excitation of the object 2 .
  • the device 1 includes a signal analysis unit 5.
  • the signal analysis unit 5 comprises an analysis section 6, which is used to generate a large number of spectral excitation values 7 as a function of the Excitation information 4 is set up by means of a frequency analysis.
  • the spectral excitation values 7 are each assigned to a spectral section of a plurality of specified spectral sections.
  • the signal analysis unit 5 includes a data interface 8 which is set up to receive a large number of spectral reference excitation values 9 which relate to a reference state of the object 2 and are assigned to a respective one of the spectral sections.
  • a first determination section 10 of the signal analysis unit 5 is set up to determine relative excitation values 11 for a respective or an adjustable part of the spectral sections. The determination is carried out by relating the spectral excitation value 7 assigned to the respective spectral section to the reference excitation value 9 assigned to the respective spectral section state evaluation function Q(%i) to be used is established.
  • the device 1 also includes a detection unit 14 which is set up to detect analog measurement signals 15 of the mechanical excitation of the object 2 and to provide the excitation information 4 for the data interface 3 .
  • the detection unit 14 can comprise one or more sensors 16 from the following group: a vibration sensor, a sound sensor, a structure-borne sound sensor, an acceleration sensor and an optical sensor.
  • the detection unit 14 also includes an analog/digital converter 17 which is set up to convert the analog measurement signals 15 into digital measurement signals provided as the excitation information 4 .
  • the device 1 also includes a comparison unit 19 which is set up to carry out a comparison of the status evaluation variable 13 or a change in the status evaluation variable 13 over time with predefined threshold values or threshold values which can be set using a user interface 20 of the device 1 .
  • the device 1 has an output unit 21 for outputting of an acoustically and/or visually and/or haptically perceptible signal depending on a result of the comparison.
  • one or more radio and/or hardware interfaces 22 are also provided in the device 1 , which is or are set up to provide the spectral excitation values 7 , the relative excitation values 11 and the status evaluation variable 13 . As a result, this information can be further processed externally.
  • the device 1 also has a display unit 23, for example a monitor or a display, which is set up to display the status evaluation variable 13 or its progression over time.
  • the output unit 21 and/or the display unit 23 can also be parameterized by means of the user interface 20 .
  • the spectral reference excitation values 9 are also determined by means of the analysis section 6 when the object 2 is in the reference state.
  • the analysis section is set up to store the spectral reference excitation values 9 in a memory 24 of the device 1 via the data interface 8 .
  • the spectral reference excitation values 9 can be retrieved from the memory 24 by the first determination section 10 via the data interface 8 .
  • the detection unit 14 also includes a signal processing section 25 which is set up for filtering and for analog signal conditioning of the analog measurement signals 15 .
  • the analog signal conditioning can be adjustable using the user interface 20 .
  • the acquisition unit 14 is set up to convert the filtered and conditioned measurement signals 15a by means of the analog/digital converter 17 into digital measurement signals provided as the excitation information.
  • the analysis section 6 comprises a signal processing subsection 26, which is used on the one hand for filtering and for digital signal conditioning of the output data of the frequency analysis and on the other hand for providing the filtered and conditioned Output data 7a of the frequency analysis is set up as spectral excitation values 7.
  • the digital signal conditioning can be set using the user interface 20 .
  • the operation of the device 1 is described in more detail below using exemplary embodiments of a method for evaluating the state of the object 2, which the device 1 is set up to carry out:
  • step S100 of detecting the mechanical excitation of the object 2 by means of the sensor or sensors 16 of the detection unit 14 is carried out. If the signal processing section 25 is provided in the device 1, then in step S100 filtering and analog signal conditioning, in particular depending on a setting received via the user interface 20, of the detected analog measurement signals 15 are carried out. In addition, in step S100, the analog measurement signals 15 or the filtered and conditioned measurement signals 15a are converted into the digital measurement signals by means of the analog/digital converter 17, which are made available to the data interface 3 as excitation information 4. 3 shows the analog measurement signals 15, here the amplitude of a voltage u in volts, over time t in seconds, with the upper diagram showing the analog measurement signals 15 in the reference state.
  • the analysis section 6 of the signal analysis unit 5 receives the excitation information 4.
  • the analysis section 6 generates a multiplicity of spectral excitation values 7 as a function of the excitation information 4 by means of a frequency analysis, with the spectral excitation values 7 each being assigned to a spectral section.
  • filtering and digital signal conditioning in particular as a function of a setting received via the user interface 20, of the output data of the frequency analysis are also carried out.
  • the output data of the frequency analysis or the filtered and conditioned output data of the frequency analysis 7a are then provided as spectral excitation values 7.
  • FIG. 4 shows spectral excitation values 7, here in the form of an amplitude U in V Hz ⁇ 1/2 , over the frequency f in Hz, with the upper diagram representing the reference state.
  • the determined spectral excitation values in the reference state are stored as spectral reference excitation values 9 via the data interface 8 in the memory 24.
  • the following steps of the method are carried out at a later point in time when the object 2 is no longer in the reference state.
  • the object 2 continuously experiences a deviation in its state from the reference state. If, for example, a bearing is assumed as object 2, damage to the bearing can be monitored as the state.
  • a step S200 the mechanical excitation of the object 2 is detected by means of the sensor or sensors 16 of the detection unit 14 .
  • the signal processing section 25 is provided in the device 1, then in step S200 filtering and analog signal conditioning, in particular depending on a setting received via the user interface 20, of the detected analog measurement signals 15 are carried out.
  • the analog measurement signals 15 or the filtered and conditioned measurement signals 15a are converted into the digital measurement signals by means of the analog/digital converter 17, which data interface 3 provides as excitation information 4 will.
  • 3 shows the analog measurement signals 15 in the case of minor damage in the middle diagram and the analog measurement signals 15 in the case of advanced damage in the lower diagram.
  • the analysis section 6 of the signal analysis unit 5 receives the excitation information 4.
  • the analysis section 6 In a subsequent step S220, the analysis section 6 generates a multiplicity of spectral excitation values 7 as a function of the excitation information 4 by means of the frequency analysis, with the spectral excitation values 7 each being assigned to a spectral section.
  • the signal processing subsection 26 If the signal processing subsection 26 is provided in the device 1, then in step S220 filtering and digital signal conditioning, in particular as a function of a setting received via the user interface 20, of the output data of the frequency analysis are also carried out.
  • the output data of the frequency analysis or the filtered and conditioned output data of the frequency analysis 7 a are then provided as spectral excitation values 7 .
  • 4 shows the spectral excitation values 7 in the case of minor or advanced damage in the middle and lower diagrams.
  • the frequency analysis can definitely be carried out with a very coarse frequency resolution of, for example, at least 100 Hertz or even 1 kHz, which considerably reduces the amount of data generated during the method.
  • the spectral excitation values 7 can be determined in steps S200 to S220, for example, during a time window of at least one minute and/or at most ten minutes.
  • a step S230 the spectral excitation values 7 are provided at the or a radio and/or hardware interface 22 .
  • the spectral reference excitation values 9 previously determined in steps S100 to S130 are retrieved from the memory 24 via the data interface 8.
  • relative excitation values 11 for each of the spectral sections are determined by comparing the spectral excitation value 7 assigned to the respective spectral section with the spectral reference excitation value 9 assigned to the respective spectral section using the first determination section 10 .
  • the reference is made by dividing the spectral excitation values 7 by the spectral reference excitation values 9.
  • FIG. 5 shows the relative excitation values 11 in the upper diagram for the slight damage and in the lower diagram for the advanced damage, each over the frequency f.
  • the relative excitation values 11 are made available at the or a radio and/or hardware interface 22 .
  • a condition evaluation variable 13 is determined by a condition evaluation function Q(%j) by means of the second determination section 12.
  • the second determination section 12 links values derived from the relative excitation values 11 as parameters.
  • a respective derived value can be a parameter value determined from an inverted relative excitation value if the relative excitation value is greater than one, and the relative excitation value can be used if the relative excitation value is less than one:
  • a respective derived value can be a parameter value determined from an inverted relative excitation value if the relative excitation value is less than one, and the relative excitation value can be used if the relative excitation value is greater than one:
  • condition assessment functions are:
  • a t denotes a weighting factor, where ⁇ i ⁇ Q or ⁇ i e IR or ⁇ i e (C, where Q denotes the set of rational numbers, IR the set of real numbers or (C the set of complex numbers.
  • Q denotes the set of rational numbers
  • IR the set of real numbers
  • C the set of complex numbers.
  • ⁇ i m - i + c, where m and c are constants.
  • b is a constant.
  • X n C) designates an indicator function, for example:
  • condition evaluation variable 13 shows the progression of the condition evaluation variable 13 (designated Q on the ordinate) over time (designated t on the abscissa) for a time shortly after the reference condition, for minor damage and for advanced damage.
  • 7 shows purely qualitative progressions of the state evaluation variable when the spectral sections for which the relative excitation values are determined are selected differently.
  • the solid line corresponds to a frequency band from 0 to 50 kHz
  • the broken line corresponds to a frequency band from 11 to 18 kHz.
  • the status assessment variable 13 is provided at the radio and/or hardware interface 23 .
  • a step S290 the status evaluation variable 13 and a time profile of the status evaluation variable 13 are displayed on the display device 23.
  • the status evaluation variable 13 is compared with two threshold values T1, T2. 8 shows an exemplary profile of the status evaluation variable 13 (again labeled Q on the ordinate) over time (labeled t on the abscissa).
  • the output unit 21 outputs a visually and/or acoustically and/or haptically perceptible signal when the threshold value T1 is exceeded or reached.
  • the threshold value T1 represents a warning threshold. If the threshold value T2 is exceeded or reached, another visually and/or acoustically and/or haptically perceptible signal is output by the output unit 21 .
  • the threshold value T2 represents an alarm threshold here.
  • Steps S200 to S300 or S200 to S310 are then repeated in predetermined or adjustable time intervals, in particular periodically.
  • Typical repetition rates are, for example, once every hour.
  • the device 1 can also have an environment sensor (not shown).
  • the environmental sensor provides environmental information describing an environmental parameter of the object 2 .
  • the device 1 has an input (not shown) for receiving the environmental information, which can be obtained as an analog or digital control signal from a programmable logic controller.
  • the environmental parameter can be a temperature and/or humidity and/or a distance and/or a force and/or a strain and/or a speed and/or an acceleration and/or a PLC process section and/or a flow rate and /or a position, in particular an angular or switching position, and/or an illuminance and/or a position and/or an inclination and/or a magnetic field and/or a speed and/or a pressure.
  • the environment sensor can be a temperature sensor and/or a humidity sensor and/or a position sensor and/or an inclination sensor and/or a gyroscope and/or a magnetic field sensor and/or a speed sensor and/or a displacement sensor and/or a force sensor and/or or a strain sensor and/or a speed sensor and/or an acceleration sensor and/or a position sensor and/or a light sensor and/or a flow sensor and/or have a pressure sensor.
  • the excitation information is correlated with the environmental information.
  • the excitation information 4 and/or the spectral excitation values 7 and/or the spectral reference excitation values 9 are corrected using the environmental information. This is done using data stored in memory 24 about a dependency of this information or values on the environmental information. The dependency is stored in the form of a function or a formula, so that the relative excitation values 11 are determined as a function of the corrected spectral excitation values 7 and/or the corrected spectral reference excitation values 9 .
  • the spectral reference excitation values 9 and/or the spectral excitation values 7 are corrected via a stored temperature dependency function using the environmental information describing the temperature before the state evaluation variable 13 is calculated.
  • a temperature correction of the state assessment variable 13 can thereby be achieved.
  • a correction of the spectral excitation values 7 and/or the reference excitation values 9 can be corrected using the environmental information describing the speed before the state evaluation variable 13 is determined. As a result, a speed correction of the status evaluation variable can be achieved.
  • the status evaluation variable 13 can be corrected using the environmental information as an alternative or in addition to a correction of the spectral excitation values 7 and/or the reference excitation values. This can be done using the user interface 20 .
  • the repetition is triggered by a trigger signal.
  • the device 1 can have an input and/or an interface (not shown) for an external trigger signal exhibit.
  • the environmental information is used as a trigger signal.
  • the spectral excitation values are generated with each repetition in the same stationary or quasi-stationary operating state, for example at a constant speed, of the object.
  • the spectral excitation values are generated within the framework of the repetition for a number of different stationary or quasi-stationary operating states of the object.
  • a non-stationary operating state which for example is also composed of a sequence of different quasi-stationary operating states, can be detected by the quasi-steady-state operating states in order to be evaluated or characterized.
  • the change in its characteristic can also be evaluated.
  • the stationary or quasi-stationary operating state corresponds in particular to that in which the reference excitation values were generated.
  • the time window can be between a tenth of a second and 10 seconds.
  • a detection range of the sensor 16 or of the sensors 16 has a resonance at a predefined frequency or a number of predefined frequencies.
  • the sensor 16 is tuned to a frequency at which a change in the state of the object 2 is to be expected.
  • the object can be a machine, a system, a machine element, in particular a gear, a bearing, a pump, a motor or a robot, a production tool, a land -, water, air or space vehicle or part thereof, a structure, component or construction, or part thereof. It is also possible for the object 2 to be a body part of a living being, in particular an animal or a human being.
  • the operating state can be a stationary operating state or a non-stationary operating state, in particular with an arbitrary or characteristic curve.
  • the machine can be an injection molding machine.
  • the bearing can be a pivot bearing, for example in a crane or a wind turbine. In a wind turbine, the swivel bearing can be a pitch bearing.
  • the object can also be an actuating drive or an extension and retraction mechanism, in particular of an awning of a satellite, the landing gear of an aircraft or a soft actuating drive.

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Abstract

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

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts sowie Computerprogramm
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Zustands ei- nes Objekts. Daneben betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie eine Vorrichtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts.
Die Druckschrift DE 10 2018 210 470 A 1 offenbart ein Verfahren zur Schadens- früherkennung einer Maschine, bei dem ein Schwingungssignal einer Maschine erfasst wird, ein Signal vom Zeitbereich in ein Bildbereich transformiert wird, eine gemäß einer Betriebsgröße bestimmte dominante Anregung betragsmäßig redu- ziert wird und ein Signalwert mit einem Vergleichswert verglichen wird.
Die Druckschrift US 6 425 293 B1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Vibration erfasst und durch Durchführung einer FFT ein Vibrationsspektrum erhalten wird. Das Vibrationsspektrum wird in N Bänder aufgeteilt und für jedes Band eine spekt- rale Energie erzeugt. Die spektrale Energie in einem jeweiligen Band wird mit spektralen Energieschwellwerten verglichen. Für jedes Band werden numerische Werte jedem Überschreiten eines Schwellwerts zugeordnet. Die nummerischen Werte werden summiert und mit weiteren Schwellwerten verglichen.
Bei herkömmlichen Zustandsbewertungsverfahren werden typischerweise aus ei- ner Anregungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts be- schreibt, mittels einer Frequenzanalyse spektrale Anregungswerte ermittelt. Aus diesen wird sodann durch eine die spektralen Anregungswerte über die Frequenz aufsummierende Funktion ein Kennwert ermittelt. Dieser Kennwert wird mit einem Referenzwert verglichen, der auf im Wesentlichen gleichen Weg aus einer Anre- gungsinformation, die in einem Referenzzustand des Objekts erfasst wurde, ermit- telt worden ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Mög- lichkeit zur Bewertung eines Zustands eines Objekts anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts, umfassend folgende Schritte: Erhalten einer Anre- gungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts beschreibt; Erzeu- gen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte in Abhängigkeit der Anregungsinfor- mation mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte je- weils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zu- geordnet sind; Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind; und Ermitteln relativer Anregungswerte für zu- mindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweili- gen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts mit dem dem je- weiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass einzelne, durch die Frequenzanalyse erzeugte spektrale Anregungswerte mit den bezüglich der Spektralabschnitte korrespondierenden spektralen Referenzanregungswerten in Bezug gesetzt werden, um so auf die Spektralabschnitte bezogene relative Anre- gungswerte zu erhalten. Im Vergleich zu einem herkömmlichen In-Bezug-Setzen aufsummierter spektraler Anregungswerte und aufsummierter spektraler Refe- renzanregungswerte kann eine Zustandsabweichung dadurch auf den jeweiligen Spektralabschnitt bezogen ermittelt werden, sodass vorteilhafterweise der ge- samte Informationsgehalt über das Spektrum der spektralen Anregungswerte gleichzeitig genutzt werden kann.
Während bei herkömmlichen Verfahren die Auswahl des Spektralabschnitte be- reits so erfolgen muss, dass für eine Zustandsabweichung relevante Spektralab- schnitte bei der Ermittlung der spektralen Referenzanregungswerte und der spekt- ralen Anregungswerte abgedeckt sind, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren auch eine gar nicht erwartete Änderung der spektralen Anregungswerte in einzelnen Spektralabschnitte erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher den Vorteil, universell einsetzbar zu sein, auch wenn relevante Spektral- abschnitte unbekannt sind, so dass gerade bei der Verwendung breitbandiger Sensoren, welche die mechanische Anregung erfassen, deren Erfassungspoten- tial voll ausgenutzt werden kann.
Mit besonderem Vorteil erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren auch, Abwei- chungen in Spektralabschnitten hoher Frequenz mit einem geringen Signal- Rausch-Verhältnis (SNR) wirkungsvoll zu erfassen, da die relativen Anregungs- werte für diese hohen Spektralabschnitte die Abweichung unabhängig von Abwei- chungen in niedrigeren - und damit dominanteren - Spektralabschnitten enthal- ten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr flexibel eingesetzt werden. Der Zu- stand kann beispielsweise ein Verschleiß, eine Mangelschmierung, eine Ver- schmutzung, eine Ermüdung, ein Defekt, ein Betriebszustand, eine Intaktheit, ein Gesundheitszustand, eine Qualität, eine Auslastung, ein Kraftaufwand, eine Leis- tungsaufnahme, ein Füllstand, eine Härte oder eine Fluidfördergröße sein. Auch hinsichtlich des Objekts sind eine Vielzahl von Anwendungsfälle denkbar: So kann das Objekt eine Maschine, eine Anlage, ein Maschinenelement, insbesondere ein Getriebe, ein Lager, eine Pumpe, ein Motor oder ein Roboter, ein Fertigungswerk- zeug, ein Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug oder ein Teil davon, eine Struktur, ein Bauteil oder ein Bauwerk oder ein Teil davon sein. Auch ist es mög- lich, dass das Objekt ein Körperteil eines Lebewesens, insbesondere eine Tieres oder eines Menschen, ist.
Dabei kann der Betriebszustand ein stationärer Betriebszustand oder ein nicht-sta- tionärer Betriebszustand, insbesondere mit einem beliebigen oder charakteristi- schen Verlauf sein. Die Maschine kann eine Spritzgießmaschine sein. Das Lager kann ein Schwenklager, beispielsweise bei einem Kran oder einer Windkraftan- lage sein. Bei einer Windkraftanlage kann das Schwenklager ein Pitchlager sein. Das Objekt kann ferner ein Stellantrieb oder ein Ein- und Ausfahrmechanismus, insbesondere eines Sonnensegels eines Satelliten, eines Fahrwerks eines Flug- zeugs oder eines Weichstellantriebs, sein.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die spektralen Anregungswerte und die Referenzanregungswerte eine Amplitude, eine Phase, eine Leistung oder eine spektrale Leistungsdichte (engl. power spectral density - PSD) beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die spektralen Anregungswerte und die Refe- renzanregungswerte einen Effektivwert, einen Betragsmaximalwert oder eine Amplitudenverteilungsdichte oder einen daraus abgeleiteten Wert, insbesondere einen Crestfaktor oder einen Kurtosisfaktor, beschreiben.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn im Schritt des Er- zeugens der Vielzahl spektraler Anregungswerte die spektralen Anregungswerte in einer vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, ei- ner Liste oder einem Datenfeld (englisch array), gespeichert werden. Es kann fer- ner vorgesehen sein, dass die Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte in ei- ner vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, einer Liste oder einem Datenfeld, bereitgestellt wird. Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Schritt des Ermittelns der Vielzahl relativer Anregungswerte die relativen Anregungswerte in einer vorgegebenen Datenstruktur, insbesondere einer Matrix, einem Vektor, einer Liste oder einem Datenfeld, gespeichert werden. Eine „Daten- struktur“ im vorgenannten Sinne kann auch allgemein als Zahlenliste aufgefasst werden.
Außerdem können die spektralen Anregungswerte für ein Zeitintervall oder gemit- telt über mehrere Zeitintervalle erzeugt werden. Dadurch können die spektralen Anregungswerte gefenstert erzeugt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die spektralen Referenzanregungswerte für ein Zeitintervall oder gemittelt über mehrere Zeitintervalle erzeugt werden. Entsprechend können die spektralen Referenzanregungswerte auch gefenstert er- zeugt werden.
Eine Mittelung der spektralen Anregungswerte und/oder der spektralen Refe- renzanregungswerte über mehrere Zeitintervalle in Folge ist insbesondere für sich wiederholende Betriebszustände mit kurzen quasi-stationären Zeitintervallen vor- teilhaft, um das SNR zu verbessern.
Zweckmäßigerweise können die Spektralabschnitte disjunkt und/oder über den Frequenzbereich definiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Spektralab- schnitte gleich groß oder unterschiedlich groß sein, insbesondere logarithmisch eingeteilt sein. Die Spektralabschnitte können zusammenhängend oder getrennt sein. Bevorzugt werden die spektralen Anregungswerte über ein vorgegebenes, die Spektralabschnitte umfassendes Frequenzband ermittelt.
Die relativen Anregungswerte können für alle Spektralabschnitte ermittelt werden. Es ist aber auch möglich, dass einzelne Spektralabschnitte oder ein Intervall von Spektralabschnitten durch einen Nutzer manuell und/oder automatisch ausgewählt werden bzw. wird.
Bevorzugt weisen die relative Anregungswerte einen kontinuierlichen, insbeson- dere reellen, Wertebereich auf. Dadurch können auch geringfügige Abweichungen von den Referenzanregungswerten aufgelöst werden.
Im Hinblick auf die Frequenzanalyse ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ty- pischerweise vorgesehen, dass sie mittels einer Fourieranalyse, insbesondere mit- tels kontinuierlicher Fouriertransformation, diskreter Fouriertransformation, schnel- ler Fouriertransformation oder Fouriertransformation für zeitdiskrete Signale, oder mittels einer Ermittlung der bzw. einer spektralen Leistungsdichte erfolgt.
Das Verfahren kann insbesondere bei verhältnismäßig groben Frequenzauflösun- gen mit guten Ergebnissen durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Frequenzanalyse eine Frequenzauflösung von wenigstens 1 Hz, ferner bevor- zugt wenigstens 10 Hz, ferner bevorzugt wenigstens 100 Hz, besonders bevorzugt wenigstens 1 kHz, aufweist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine erhebliche Re- duktion anfallender Datenmengen.
Nichtsdestotrotz kann das Verfahren auch mit verhältnismäßig feinen Frequenz- auflösungen durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Frequenz- analyse eine Frequenzauflösung höchstens 1 Hz, bevorzugt höchstens 10’1 Hz, ferner bevorzugt höchstens 10-2 Hz, ferner bevorzugt höchstens 10-3 Hz, beson- ders bevorzugt höchstens 10-4 Hz, aufweist.
Typischerweise ist vorgesehen, dass im Schritt des Ermittelns der relativen Anre- gungswerte die jeweiligen spektralen Anregungswert und die zugehörigen spektra- len Referenzanregungswerte durch Dividieren in Bezug gesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren auch folgenden Schritt umfassen: Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße durch eine Zustands- bewertungsfunktion, welche als Parameter die relativen Anregungswerte und/oder aus den relativen Anregungswerten abgeleitete Werte verknüpft. Bei der Ermitt- lung einer solchen Zustandsbewertungsgröße wird insbesondere vermieden, dass spektralabschnittspezifische Abweichungen des spektralen Anregungswerts vom spektralen Referenzanregungswert durch vorherige Summenbildung ausgeglichen werden und somit „verschmieren“. Die Zustandsbewertungsfunktion kann allge- mein mit Q(%j) bezeichnet werden, wobei Q die Zustandsbewertungsgröße,
Figure imgf000008_0001
die Parameter und 1 < i < n die n Spektralabschnitte bezeichnen. Die Zustandsbe- wertungsgröße hat zweckmäßigerweise skalare Werte.
Es ist dabei möglich, dass die relativen Anregungswerte direkt als Parameter der Zustandsbewertungsfunktion verknüpft werden. In diesem Fall ist xt =
Figure imgf000008_0002
p°), wobei QICPP PP) die relativen Anregungswerte bezeichnet, die durch das In-Bezug- Setzen der spektralen Anregungswerte pt und der spektralen Referenzanregungs- werte pt ermittelt werden. Erfolgt das In-Bezug-Setzung durch Division kann
Figure imgf000009_0001
sein.
Mit besonderem Vorteil ist jedoch vorgesehen, dass als jeweiliger Parameter ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert verwen- det wird, wenn der spektrale Anregungswert kleiner als der spektrale Referenzan- regungswert ist, und der relative Anregungswert verwendet wird, wenn der spekt- rale Anregungswert größer als der spektrale Referenzanregungswert ist. Alternativ kann als jeweiliger Parameter ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert verwendet werden, wenn der spektrale Anregungswert größer als der spektrale Referenzanregungswert ist, und der relative Anregungs- wert verwendet werden, wenn der spektrale Anregungswert kleiner als der spekt- rale Referenzanregungswert ist. So können Abweichung des spektralen Anre- gungswerts vom spektralen Referenzanregungswert in beide Richtungen, also so- wohl eine Verringerung des spektralen Anregungswerts als auch eine Erhöhung des spektralen Anregungswerts, die Zustandsbewertungsgröße in gleicher Weise beeinflussen. Bei herkömmlichen Verfahren, welche die spektralen Anregungs- werte lediglich aufsummieren, gleichen sich Abweichungen nach oben und nach unten in unterschiedlichen Spektralabschnitten indes aus, was die Aussagekraft der Zustandsbewertungsgröße erheblich verringern kann.
Formelmäßig kann dabei gelten:
Figure imgf000009_0002
wobei sign(-) die Signum-Funktion bezeichnet und im Übrigen die vorgenannten Bezeichnungen gelten. Für den Fall des In-Bezug-Setzens durch Division gilt dann insbesondere:
Figure imgf000009_0003
beziehungsweise
Figure imgf000009_0004
Für die konkrete Ausgestaltung der Zustandsbewertungsfunktion stehen eine Viel- zahl von Möglichkeiten offen: So kann die Zustandsbewertungsfunktion eine Sum- mation, die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, die Bildung eines Effektiv- werts oder die Bildung einer Zero-Crossing Rate umfassen. Die Zero-Crossing Rate ist dabei eine Anzahl von Nulldurchgängen, insbesondere der Phase. Alter- nativ oder zusätzlich kann die Zustandsbewertungsfunktion eine Gewichtung der Parameter, insbesondere mittels rationaler, reeller oder eine irrationale Kompo- nente aufweisender komplexer Gewichtungsfaktoren und/oder mittels linearer oder exponentieller Gewichtungsfaktoren und/oder frequenzabhängiger Gewichtungs- faktoren, umfassen.
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines arithmetischen Mittel- werts umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden:
Figure imgf000010_0001
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines arithmetischen Mittel- werts und eine Gewichtung umfasst, kann diese durch folgende Formel ausge- drückt werden:
Figure imgf000010_0002
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines Effektivwerts umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden:
Figure imgf000010_0003
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung eines Effektivwerts und eine Gewichtung umfasst, kann diese durch folgende Formel ausgedrückt werden:
Figure imgf000010_0004
Dabei bezeichnet at einen Gewichtungsfaktor, wobei αi Ε Q oder αi Ε R oder αi e (C, wobei Q die Menge der rationalen Zahlen, IR die Menge der reellen Zahlen bzw. (C die Menge der komplexen Zahlen bezeichnen. Für die rationalen und reellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere 0
Figure imgf000011_0001
< 1. Bei linearen Gewichtungsfakto- ren gilt insbesondere αi = m - i + c, wobei m und c Konstanten sind. Bei exponen- tiellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere wobei b eine Konstante ist.
Figure imgf000011_0002
Wenn die Zustandsbewertungsfunktion die Bildung einer Zero-Crossing Rate um- fasst, kann dies durch folgende Formel ausgedrückt werden:
Figure imgf000011_0003
Dabei bezeichnet Xn(.) eine Indikatorfunktion, beispielsweise:
Figure imgf000011_0004
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen: Bereit- stellen der spektralen Anregungswerte und/oder der relativen Anregungswerte an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle. Dadurch können spektralen Anre- gungswerte bzw. die relativen Anregungswerte für eine externe Verarbeitung be- reitgestellt werden.
Es ist ferner möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst: Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße auf einer Anzeigeeinheit. So kann die ak- tuelle Zustandsbewertungsgröße einem Benutzer komfortabel angezeigt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann folgender Schritt vorgesehen sein: Bereitstellen der Zustandsbewertungsgröße an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle. Dadurch kann die Zustandsbewertungsgröße für eine externe Verarbeitung bereit- gestellt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst es fer- ner folgende Schritte: Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungs- größe oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten. Vorzugsweise ist dann ferner folgender Schritt vorgesehen: Ausgeben eines akustisch und/oder vi- suell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnis- ses des Vergleichs. Auf diese Weise kann ein Benutzer direkt auf relevante Ände- rungen der Zustandsbewertungsgröße hingewiesen werden. Der Schwellwert oder einer der Schwellwerte kann beispielsweise eine Vorwarnschwelle sein. Dadurch kann der Benutzer beispielsweise darauf hingewiesen werden, dass ein fortge- schrittener Verschleißgrad erreicht ist. Der Schwellwert oder einer der Schwell- werte kann beispielsweise eine Alarmschwelle sein. Dadurch kann der Benutzer beispielsweise darauf hingewiesen werden, dass eine verschleißbedingte Schädi- gung unmittelbar zu erwarten oder bereits eingetreten ist. Sofern eine zeitliche Än- derung der Zustandsbewertungsgröße betrachtet wird, kann so eine Trenddarstel- lung bzw. Trendanzeige des Zustands ermöglicht werden.
Allgemein kann das Verfahren ferner folgenden Schritt umfassen: Erfassen der mechanischen Anregung und Bereitstellen der Anregungsinformation. Dabei kann das Erfassen mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere eines Schwin- gungssensors und/oder eines Schallsensors und/oder eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors und/oder eines optischen Sensors, erfol- gen.
Es ist möglich, dass ein Erfassungsbereich des wenigstens einen Sensors homo- gen ist. Alternativ kann ein Erfassungsbereich des wenigstens einen Sensors bei einer vorgegebenen Frequenz oder mehreren vorgegebenen Frequenzen eine Re- sonanz aufweisen. Werden durch eine Zustandsänderung Signale in einem Be- reich um die Resonanz angeregt, spricht ein resonanter Sensor früher als ein über seine Bandbreite homogener Senor an. Dadurch kann eine Zustandsänderung, die im Bereich der Resonanz liegt entsprechend früher erkannt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Sensor hinsichtlich der vorgegebenen Frequenz oder Frequenzen abstimmbar ist oder abgestimmt wird, insbesondere auf eine Frequenz, bei der eine Änderung des Zustands des Objekts zu erwarten ist. Dann kann die oder eine jeweilige Resonanz je nach zu überwa- chendem Objekt entsprechend gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen, durch den insbesondere die Anregungsinformation erhalten wird: Erfassen der mechani- schen Anregung, insbesondere mittels eines Schwingungssensors und/oder eines Schallsensors und/oder eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleuni- gungssensors und/oder eines optischen Sensors, und Bereitstellen der Anre- gungsinformation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgende dem Schritt des Erhaltens der Anregungsinformation, insbesondere auch dem Schritt des Erfassung der me- chanischen Anregung, vorangehenden Schritte umfassen: Ermitteln der spektralen Referenzanregungswerte entsprechend den spektralen Anregungswerte, wenn sich das Objekt vor dem Schritt des Erfassens der mechanischen Größe im Refe- renzzustand befindet; und Abspeichern der ermittelten spektralen Referenzanre- gungswerte. Dadurch können die spektralen Referenzanregungswerte im Rahmen des Verfahrens selbst ermittelt werden. Es ist alternativ auch möglich, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise virtuell oder syn- thetisch erzeugte spektrale Referenzanregungswerte verwendet werden.
Vorzugsweise erfolgt zumindest das Erzeugen der spektralen Anregungswerte, insbesondere auch die Ermittlung der relativen Anregungswerte und/oder die Er- mittlung der Zustandsbewertungsgröße, wiederholt, insbesondere periodisch. Das Wiederholen kann zeitgesteuert oder durch ein Triggersignal ausgelöst werden. Typischerweise werden die spektralen Anregungswerte über ein Zeitfenster von mehreren Minuten erzeugt.
Bevorzugt werden die spektralen Anregungswerte bei jedem Wiederholen in dem- selben stationären oder quasi-stationären Betriebszustand, beispielsweise bei ei- ner konstanten Drehzahl, des Objekts erzeugt. Es ist auch möglich, dass die spektralen Anregungswerte im Rahmen des Wiederholens bei mehreren unter- schiedlichen stationären oder quasi-stationären Betriebszuständen des Objekts er- zeugt werden. In diesem Fall können sich die spektralen Referenzanregungswerte für jede Wiederholung auf einen unterschiedlichen Referenzzustand beziehen. Durch die quasi-stationären Betriebszustände kann insbesondere ein daraus zu- sammengesetzter nicht-stationärer Betriebszustand erfasst werden. Insbesondere können damit nicht-stationäre Zustände mit einem charakteristischen Verlauf zu- sätzlich bzgl. einer Änderung ihrer Charakteristik bewertet werden. Der stationäre bzw. quasi-stationäre Betriebszustand entspricht insbesondere jenem, bei dem die Referenzanregungswerte erzeugt wurden.
Es ist auch möglich, dass sich das Zeitfenster wenigstens eine zehntel Sekunde und/oder höchstens 10 Sekunden erstreckt, insbesondere bei nicht-stationären Betriebszuständen mit nur kurzen, sich wiederholenden quasi-stationären Zeit- fenstern. In diesem Fall kann über mehrere Zeitfenster mit dem sich wiederholen- den quasi-stationären Betriebszustand in Folge gemittelt werden. Dies kann so- lange geschehen, bis ein annehmbares SNR erzielt wird.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner eine wenigstens ei- nen Umgebungsparameter des Objekts beschreibende Umgebungsinformation verwendet werden. Der wenigstens eine Umgebungsparameter kann eine Tempe- ratur und/oder eine Feuchtigkeit und/oder ein Weg und/oder eine Kraft und/oder eine Dehnung und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung und/oder ein SPS-Prozessabschnitt und/oder ein Durchfluss und/oder eine Posi- tion, insbesondere eine Winkel- oder Schaltposition, und/oder eine Beleuchtungsstärke und/oder eine Lage und/oder eine Neigung und/oder ein Mag- netfeld und/oder eine Drehzahl und/oder ein Druck sein.
Dazu kann die Umgebungsinformation durch einen Umgebungssensor bereitge- stellt werden. Der Umgebungssensor kann einen Temperatursensor und/oder ei- nen Feuchtesensor und/oder einen Lagesensor und/oder einen Neigungssensor und/oder ein Gyroskop und/oder einen Magnetfeldsensor und/oder einen Dreh- zahlsensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Kraftsensor und/oder einen Dehnungssensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Be- schleunigungssensor und/oder einen Positionssensor und/oder einen Lichtsensor und/oder einen Durchflusssensor und/oder einen Drucksensor aufweisen. Damit können zusätzlich zu den, insbesondere mechanischen, Anregungsinformationen auch andere für den Zustand des Objekts relevante Informationen aus der Umge- bung bzw. Umwelt erfasst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Umgebungsinformation als, insbesondere ana- loges oder digitales, Steuersignal erhalten werden. Vorzugsweise wird die Umge- bungsinformation von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erhalten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Umgebungsinformation als Triggersignal ver- wendet wird. Dadurch kann das Ermitteln der spektralen Anregungswerte und/oder der relativen Anregungswerte und/oder der Zustandsbewertungsgröße in Abhängigkeit der Umgebungsinformation ausgelöst werden.
Dabei kann die Anregungsinformation und/oder die Zustandsbewertungsgröße mit der Umgebungsinformation in Korrelation gebracht werden.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Anregungsinformation und/oder die spektra- len Anregungswerte und/oder die spektralen Referenzanregungswerte anhand der Umgebungsinformation korrigiert werden. Dies kann anhand hinterlegter Daten über eine Abhängigkeit dieser Informationen bzw. Werte von der Umgebungsinfor- mation erfolgen. Die Abhängigkeit kann in Form einer Funktion oder einer Formel hinterlegt sein. Bevorzugt werden die relativen Anregungswerte in Abhängigkeit der korrigierten spektralen Anregungswerte und/oder der korrigierten spektralen Referenzanregungswerte, insbesondere daraus, ermittelt.
Es ist ferner möglich, dass die Zustandsbewertungsgröße anhand der Umge- bungsinformation korrigiert wird. Dabei können nicht-korrigierte oder nur teil-korri- gierte Zustandsbewertungsgrößen zusammen mit Umgebungsinformation bereit- gestellt werden und die Korrelationen bzw. erste oder zusätzliche Korrekturen der Zustandsbewertungsgröße bezüglich der Umgebungsinformation Off-Device (z.B. auf einem User-Interface) erfolgen.
So können die spektralen Referenzanregungswerte und/oder die spektralen Anre- gungswerte und/oder die temperaturabhängige Zustandsbewertungsgröße über eine gespeicherte Temperaturabhängigkeitsfunktion mithilfe der die Temperatur beschreibenden Umgebungsinformation korrigiert werden, bevor die temperatur- unabhängige Zustandsbewertungsgröße ermittelt wird. Dadurch kann eine Tempe- raturkorrektur der Zustandsbewertungsgröße erreicht werden.
Entsprechend kann z. B. auch bei einer Drehzahlabhängigkeit eine Korrektur der spektralen Anregungswerte und/oder der Referenzanregungswerte und/oder die drehzahlabhängige Zustandsbewertungsgröße mithilfe der die Drehzahl beschrei- benden Umgebungsinformation korrigiert werden, bevor die drehzahlunabhängige Zustandsbewertungsgröße ermittelt wird. Dadurch kann eine Drehzahlkorrektur der Zustandsbewertungsgröße erreicht werden.
In gleicher Weise kann z. B. auch bei einer Prozessdruckabhängigkeit eine Kor- rektur der spektralen Anregungswerte und/oder der Referenzanregungswerte und/die die prozessdruckabhängige Zustandsbewertungsgröße mithilfe der den Prozessdruck beschreibenden Umgebungsinformation korrigiert werden, bevor die prozessdruckunabhängige Zustandsbewertungsgröße ermittelt wird. Dadurch kann eine Prozessdruckkorrektur der Zustandsbewertungsgröße z. B. bei einer Pumpe oder einem Spritzgießprozess erreicht werden. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Compu- terprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfah- rens auszuführen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vor- richtung zur Bewertung eines Zustands eines Objekts, insbesondere eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend: eine Daten- schnittstelle, die zum Erhalten einer Anregungsinformation, die eine mechanische Anregung des Objekts beschreibt, eingerichtet ist; und eine Signalanalyseeinheit, umfassend einen Analyseabschnitt, der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte in Abhängigkeit der Anregungsinformation mittels einer Fre- quenzanalyse eingerichtet ist, wobei die spektralen Anregungswerte jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind, eine Datenschnittstelle, die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanre- gungswerte, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts beziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist, einen Ermitt- lungsabschnitt, der zum Ermitteln relativer Anregungswerte für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralab- schnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts mit dem dem jeweiligen Spekt- ralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert eingerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Signalanalyseeinheit ferner ei- nen weiteren Ermittlungsabschnitt umfasst, der zum Ermitteln einer Zustandsbe- wertungsgröße durch eine die relativen Anregungswerte und/oder daraus abgelei- tete Parameterwerte als Parameter verwendende Zustandsbewertungsfunktion eingerichtet ist.
Mit Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Funk- und/oder Hardwareschnittstelle, die zum Bereitstellen der spektralen Anregungswerte und/oder der relativen Anregungswerte und/oder der Zustandsbewertungsgröße eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße ferner eine Anzeigeeinheit umfassen, die zum Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße eingerichtet ist. Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner: eine Vergleichsein- heit, die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße oder eines zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße mit einem oder mehre- ren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten eingerichtet ist; und eine Aus- gabeeinheit, die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder hap- tisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner einen Eingang und/oder eine Schnittstelle für ein externes Triggersignal aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner einen Umgebungssensor aufwei- sen, welcher dazu eingerichtet ist, eine einen Umgebungsparameter des Objekts beschreibende Umgebungsinformation bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Schnittstelle, über welche die Umge- bungsinformation erhaltbar ist, aufweisen.
Es wird außerdem bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Erfassungseinheit, die zum Erfassen von analogen Messsignalen der mechani- schen Anregung und zum Bereitstellen der Anregungsinformation für die Daten- schnittstelle eingerichtet ist, umfasst, wobei die Erfassungseinheit zum Erfassen der analogen Messsignale insbesondere einen Schwingungssensor und/oder ei- nen Schallsensor und/oder einen Körperschallsensor und/oder einen Beschleuni- gungssensor und/oder einen optischen Sensor umfasst.
Die mechanische Anregung kann während des Betriebs des Objekts selbst auftre- ten und/oder künstlich in das Objekt eingebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Erfassungseinheit dazu eingerich- tet ist, die analogen Messsignale in digitale Messsignale umzusetzen. Alternativ ist vorgesehen, dass die Erfassungseinheit ferner einen Signalverarbeitungsabschnitt umfasst, der zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Analogsig- nalkonditionierung der analogen Messsignale eingerichtet ist, wobei die Erfas- sungseinheit dazu eingerichtet ist, die gefilterten und/oder konditionierten Mess- signale in digitale Messsignale zu wandeln.
Zweckmäßigerweise ist die Erfassungseinheit dazu eingerichtet, die digitalen Mes- signale als Anregungsinformation an der Datenschnittstelle bereitzustellen. Vor- zugsweise weist die Erfassungseinheit dazu einen Analog-Digital-Umsetzer auf.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Analyse- abschnitt ferner dazu eingerichtet, Ausgangsdaten der Frequenzanalyse als spekt- rale Anregungswerte bereitzustellen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Analyseabschnitt ferner einen Signalverarbeitungsunterabschnitt umfasst, der ei- nerseits zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Digitalsignal- konditionierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereitstellen der gefilterten und/oder konditionierten Ausgangsdaten der Fre- quenzanalyse als spektrale Anregungswerte eingerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine eigene Stromversorgung um- fassen. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, auto- nom zu arbeiten, insbesondere eine integrale Auswertung zu realisieren.
Sämtliche Ausführungen, einschließlich der beschriebenen Vorteile, zum erfin- dungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrich- tung übertragen und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeich- nungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 Signalverläufe einer Anregungsinformation ohne Schädigung, bei einer ge- ringen Schädigung und bei einer fortgeschrittenen Schädigung des Objekts;
Fig. 4 Signalverläufe spektraler Anregungswerte bei den in Fig. 3 gezeigten Schä- digungsstufen;
Fig. 5 Signalverläufe relativer Anregungswerte bei den in Fig. 3 gezeigten Schädi- gungsstufen;
Fig. 6 einen Verlauf der Zustandsbewertungsgröße über verschiedene Schädi- gungsstufen;
Fig. 7 Verläufe der Zustandsbewertungsgröße bei unterschiedlich gewählten Spektralabschnitten; und
Fig. 8 mögliche Alarmschwellen für die Zustandsbewertungsgröße.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Bewertung eines Zustands ei- nes Objekts 2.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Datenschnittstelle 3, die zum Erhalten einer Anre- gungsinformation 4, die eine mechanische Anregung des Objekts 2 beschreibt, eingerichtet ist. Daneben umfasst die Vorrichtung 1 eine Signalanalyseeinheit 5.
Die Signalanalyseeinheit 5 umfasst einen Analyseabschnitt 6, der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels einer Frequenzanalyse eingerichtet ist. Die spekt- ralen Anregungswerte 7 sind jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorge- geben Spektralabschnitten zugeordnet. Außerdem umfasst die Signalanalyseein- heit 5 eine Datenschnittstelle 8, die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Refe- renzanregungswerte 9, die sich auf einen Referenzzustand des Objekts 2 bezie- hen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist. Ein erster Ermittlungsabschnitt 10 der Signalanalyseeinheit 5 ist zum Ermitteln re- lativer Anregungswerte 11 für einen jeweiligen oder einem einstellbaren Teil der Spektralabschnitte eingerichtet. Das Ermitteln erfolgt durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts 7 mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten Referenzanregungswert 9. Daneben umfasst die Signalanalyseeinheit 5 einen zweiten Ermittlungsabschnitt 12, der zum Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße 13 durch eine die relativen Anregungswerte als Parameter
Figure imgf000021_0001
verwendende Zustandsbewertungsfunktion Q(%i) eingerichtet ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Erfassungseinheit 14, die zum Erfassen von analogen Messsignalen 15 der mechanischen Anregung des Objekts 2 und zum Bereitstellen der Anregungsinformation 4 für die Datenschnittstelle 3 eingerichtet ist. Die Erfassungseinheit 14 kann dazu einen oder mehrere Sensoren 16 aus der folgenden Gruppe umfassen: Einen Schwingungssensor, einen Schallsensor, ei- nen Körperschallsensor, einen Beschleunigungssensor und einen optischen Sen- sor. Die Erfassungseinheit 14 umfasst ferner einen Analog-Digital-Umsetzer 17, der dazu eingerichtet ist, die analogen Messsignale 15 in als die Anregungsinfor- mation 4 bereitgestellte digitale Messsignale umzusetzen.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Vergleichseinheit 19, die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße 13 oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße 13 mit vorgegebenen oder mittels einer Benutzer- schnittstelle 20 der Vorrichtung 1 einstellbaren Schwellwerten eingerichtet ist. Au- ßerdem weist die Vorrichtung 1 eine Ausgabeeinheit 21 auf, die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Ab- hängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
Zusätzlich sind bei der Vorrichtung 1 ferner eine oder mehrere Funk- und/oder Hardwareschnittstellen 22 vorgesehen, die zum Bereitstellen der spektralen Anre- gungswerte 7, der relativen Anregungswerte 11 und der Zustandsbewertungs- größe 13 eingerichtet ist bzw. sind. Dadurch können diese Informationen extern weiterverarbeitet werden. Außerdem weist die Vorrichtung 1 zusätzlich eine Anzei- geeinheit 23, beispielsweise einen Monitor oder ein Display, auf, die zum Anzei- gen der Zustandsbewertungsgröße 13 oder ihres zeitlichen Verlaufs eingerichtet ist.
Dabei können auch die Ausgabeeinheit 21 und/oder die Anzeigeeinheit 23 mittels der Benutzerschnittstelle 20 parametrierbar sein.
Die Ermittlung der spektralen Referenzanregungswerte 9 erfolgt ebenfalls mittels des Analyseabschnitts 6, wenn sich das Objekt 2 im Referenzzustand befindet. Der Analyseabschnitt ist dazu eingerichtet, die spektralen Referenzanregungs- werte 9 über die Datenschnittstelle 8 in einem Speicher 24 der Vorrichtung 1 abzu- speichern. Aus dem Speicher 24 sind die spektralen Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 vom ersten Ermittlungsabschnitt 10 abrufbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im Übrigen dem zuvor Beschrie- benen entspricht, umfasst die Erfassungseinheit 14 ferner einen Signalverarbei- tungsabschnitt 25, der zum Filtern und zu einer Analogsignalkonditionierung der analogen Messsignale 15 eingerichtet ist. Dazu kann die Analogsignalkonditionie- rung mittels der Benutzerschnittstelle 20 einstellbar sein. Bei diesem Ausführungs- beispiel ist die Erfassungseinheit 14 dazu eingerichtet, die gefilterten und konditio- nierten Messsignale 15a mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in als die Anre- gungsinformation bereitgestellte digitale Messsignale zu wandeln. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im Übrigen einem der zuvor Be- schriebenen entspricht, umfasst der Analyseabschnitt 6 einen Signalverarbei- tungsunterabschnitt 26, der einerseits zum Filtern und zu einer Digitalsignalkonditi- onierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereit- stellen der gefilterten und konditionierten Ausgangsdaten 7a der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte 7 eingerichtet ist. Dazu kann die Digitalsignalkonditi- onierung mittels der Benutzerschnittstelle 20 einstellbar sein.
Der Betrieb der Vorrichtung 1 wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie- len eines Verfahrens zur Bewertung des Zustands des Objekts 2, zu dessen Durchführung die Vorrichtung 1 eingerichtet ist, näher beschrieben:
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm der Ausführungsbeispiele des Verfahrens.
Während sich das Objekt 2 im Referenzzustand befindet, wird ein Schritt S100 des Erfassens der mechanischen Anregung des Objekts 2 mittels des Sensors bzw. der Sensoren 16 der Erfassungseinheit 14 durchgeführt. Ist der Signalverar- beitungsabschnitt 25 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S100 ferner ein Filtern und eine Analogsignalkonditionierung, insbesondere in Abhän- gigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der erfass- ten analogen Messsignale 15 durchgeführt. Außerdem werden im Schritt S100 die analogen Messignale 15 bzw. die gefilterten und konditionierten Messsingale 15a und mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in die digitalen Messsignale umge- setzt, welche der Datenschnittstelle 3 als Anregungsinformation 4 bereitgestellt werden. Fig. 3 zeigt die analogen Messsignale 15, hier die Amplitude einer Span- nung u in Volt, über die Zeit t in Sekunden, wobei das obere Diagramm die analo- gen Messsignale 15 im Referenzzustand zeigt.
In einem anschließenden Schritt S110 erhält der Analyseabschnitt 6 der Signal- analyseeinheit 5 die Anregungsinformation 4. In einem folgenden Schritt S120 erzeugt der Analyseabschnitt 6 eine Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte 7 jeweils einem Spektralabschnitt zugeordnet sind. Ist der Signalverarbeitungsunterabschnitt 26 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S120 ferner ein Filtern und eine Digitalsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Be- nutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der Ausgangsdaten der Frequenz- analyse durchgeführt. Die Ausgangsdaten der Frequenzanalyse bzw. die gefilter- ten und konditionierten Ausgangsdaten der Frequenzanalyse 7a werden dann als spektrale Anregungswerte 7 bereitgestellt. Fig. 4 zeigt spektrale Anregungswerte 7, hier in Form einer Amplitude U in V- Hz-1/2, über die Frequenz f in Hz, wobei das obere Diagramm den Referenzzustand darstellt.
In einem folgenden Schritt S130 werden die ermittelten spektralen Anregungs- werte im Referenzzustand als spektrale Referenzanregungswerte 9 über die Da- tenschnittstelle 8 im Speicher 24 gespeichert.
Die folgenden Schritte des Verfahrens werden zu einem späteren Zeitpunkt durch- geführt, wenn sich das Objekt 2 nicht mehr im Referenzzustand befindet. Das Ob- jekt 2 erfährt dabei kontinuierlich eine Abweichung seines Zustands vom Refe- renzzustand. Nimmt man als Objekt 2 beispielsweise exemplarisch ein Lager an, kann als Zustand eine Schädigung des Lagers überwacht werden.
In einem Schritt S200 wird die mechanische Anregung des Objekts 2 mittels des Sensors bzw. der Sensoren 16 der Erfassungseinheit 14 erfasst. Ist der Signalver- arbeitungsabschnitt 25 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S200 ferner ein Filtern und eine Analogsignalkonditionierung, insbesondere in Ab- hängigkeit einer über die Benutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der er- fassten analogen Messsignale 15 durchgeführt. Außerdem werden im Schritt S200 die analogen Messignale 15 bzw. die gefilterten und konditionierten Messsingale 15a und mittels des Analog-Digital-Umsetzers 17 in die digitalen Messsignale um- gesetzt, welche der Datenschnittstelle 3 als Anregungsinformation 4 bereitgestellt werden. Fig. 3 zeigt dabei im mittleren Diagramm die analogen Messsignale 15 bei einer geringen Schädigung und im unteren Diagramm die analogen Messsig- nale 15 bei einer fortgeschrittenen Schädigung.
In einem anschließenden Schritt S210 erhält der Analyseabschnitt 6 der Sig- nalanalyseeinheit 5 die Anregungsinformation 4.
In einem folgenden Schritt S220 erzeugt der Analyseabschnitt 6 eine Vielzahl spektraler Anregungswerte 7 in Abhängigkeit der Anregungsinformation 4 mittels der Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anregungswerte 7 jeweils einem Spektralabschnitt zugeordnet sind. Ist der Signalverarbeitungsunterabschnitt 26 bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, so werden im Schritt S220 ferner ein Filtern und eine Digitalsignalkonditionierung, insbesondere in Abhängigkeit einer über die Be- nutzerschnittstelle 20 erhaltenen Einstellung, der Ausgangsdaten der Frequenz- analyse durchgeführt. Die Ausgangsdaten der Frequenzanalyse bzw. die die gefil- terten und konditionierten Ausgangsdaten der Frequenzanalyse 7a werden dann als spektrale Anregungswerte 7 bereitgestellt. Fig. 4 zeigt dazu im mittleren und unteren Diagramm die spektralen Anregungswerte 7 bei geringer bzw. fortge- schrittener Schädigung. Die Frequenzanalyse kann dabei durchaus mit einer recht groben Frequenzauflösung von beispielsweise wenigstens 100 Hertz oder gar 1 kHz durgeführt werden, was das Datenaufkommen während des Verfahrens er- heblich reduziert.
Die Ermittlung der spektralen Anregungswerte 7 in den Schritten S200 bis S220 kann beispielsweise während eines Zeitfensters von wenigstens einer Minute und/oder höchstens zehn Minuten erfolgen.
In einem Schritt S230 werden die spektralen Anregungswerte 7 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 22 bereitgestellt. In einem folgenden Schritt S240 werden die zuvor in den Schritten S100 bis S130 ermittelten spektralen Referenzanregungswerte 9 über die Datenschnittstelle 8 aus dem Speicher 24 abgerufen.
In einem anschließenden Schritt S250 werden relative Anregungswerte 11 für ei- nen jeweiligen der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts 7 mit dem dem jewei- ligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungswert 9 mittels des ersten Ermittlungsabschnitts 10 ermittelt. Das In-Bezug-Setzen erfolgt dabei durch Division der spektralen Anregungswerte 7 durch die spektralen Referenzan- regungswerte 9. Formelmäßig ausgedrückt gilt dabei:
Figure imgf000026_0002
Dabei bezeichnet
Figure imgf000026_0001
die relativen Anregungswerte die spektralen Anre-
Figure imgf000026_0004
gungswerte 7 und die spektralen Referenzanregungswerte 9 für einen jeweili-
Figure imgf000026_0003
gen Spektralabschnitt 1 ≤ i ≤ n. Fig. 5 zeigt dazu die relativen Anregungswerte 11 im oberen Diagramm für die geringe Schädigung und im unteren Diagramm für die fortgeschrittene Schädigung jeweils über die Frequenz f.
In einem folgenden Schritt S260 werden die relativen Anregungswerte 11 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 22 bereitgestellt.
In einem anschließenden Schritt S270 wird eine Zustandsbewertungsgröße 13 durch eine Zustandsbewertungsfunktion Q(%j) mittels des zweiten Ermittlungsab- schnitts 12 ermittelt. Dazu verknüpft der zweite Ermittlungsabschnitt 12 entweder direkt die relativen Anregungswerte 11 als Parameter xh sodass gilt xi = qi. Ge- mäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens verknüpft der zweite Ermittlungsabschnitt 12 aus den relativen Anregungswerten 11 abgeleitete Werte als Parameter. Ein jeweiliger abgeleiteter Werte kann ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert sein, wenn der relative Anregungswert größer als eins ist, und der relative Anregungswert verwendet wer- den, wenn der relative Anregungswert kleiner als eins ist:
Figure imgf000027_0001
Alternativ kann ein jeweiliger abgeleiteter Wert ein aus einem invertierten relativen Anregungswert ermittelter Parameterwert sein, wenn der relative Anregungswert kleiner als eins ist, und der relative Anregungswert verwendet werden, wenn der relative Anregungswert größer als eins ist:
Figure imgf000027_0002
Beispielhafte Zustandsbewertungsfunktionen sind:
- ein arithmetischer Mittelwert
Figure imgf000027_0003
- ein gewichteter arithmetischer Mittelwert:
- ein Effektivwert:
Figure imgf000027_0004
- ein gewichteter Effektivwer
Figure imgf000027_0005
t:
- eine Zero-Crossing Rate:
Figure imgf000027_0006
Figure imgf000027_0007
Dabei bezeichnet at einen Gewichtungsfaktor, wobei αi Ε Q oder αi e IR oder αi e (C, wobei Q die Menge der rationalen Zahlen, IR die Menge der reellen Zahlen bzw. (C die Menge der komplexen Zahlen bezeichnen. Für die rationalen und reellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere Bei linearen Gewichtungsfakto-
Figure imgf000028_0003
ren gilt insbesondere αi = m - i + c, wobei m und c Konstanten sind. Bei exponen- tiellen Gewichtungsfaktoren gilt insbesondere
Figure imgf000028_0002
wobei b eine Konstante ist. Ferner bezeichnet XnC) eine Indikatorfunktion, bei- spielsweise:
Figure imgf000028_0001
Fig. 6 zeigt den Verlauf der Zustandsbewertungsgröße 13 (an der Ordinate mit Q bezeichnet) über die Zeit (an der Abszisse mit t bezeichnet) für eine Zeit kurz nach dem Referenzzustand, für eine geringe Schädigung und für eine fortgeschrittene Schädigung. Fig. 7 zeigt rein qualitativ Verläufe der Zustandsbewertungsgröße, wenn die Spektralabschnitte, für welche die relativen Anregungswerte ermittelt werden, unterschiedlich gewählt werden. Die durchgezogene Line entspricht bei- spielsweise einem Frequenzband von 0 bis 50 kHz, während die gestrichelte Linie einem Frequenzband von 11 bis 18 kHz entspricht.
In einem Schritt S280 wird die Zustandsbewertungsgröße 13 an der bzw. einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle 23 bereitgestellt.
In einem Schritt S290 wir die Zustandsbewertungsgröße 13 und ein zeitlicher Ver- lauf der Zustandsbewertungsgröße 13 auf der Anzeigeeinrichtung 23 angezeigt.
In einem Schritt S300 wird ein Vergleich der Zustandsbewertungsgröße 13 mit zwei Schwellwerten T1 , T2 vorgenommen. Fig. 8 zeigt dazu einen exemplarischen Verlauf der Zustandsbewertungsgröße 13 (an der Ordinate wieder mit Q bezeich- net) über die über die Zeit (an der Abszisse mit t bezeichnet). In einem anschließenden Schritt S310 wird mittels der Ausgabeeinheit 21 visuell und/oder akustisch und/oder haptisch wahrnehmbares Signal ausgegeben, wenn der Schwellwert T1 überschritten oder erreicht wird. Der Schwellwert T1 stellt eine Warnschwelle dar. Wird der Schwellwert T2 überschritten oder erreicht, wird ein weiteres visuell und/oder akustisch und/oder haptisch wahrnehmbares Signal mit- tels der Ausgabeeinheit 21 ausgegeben. Der Schwellwert T2 stellt hier eine Alarm- schwelle dar.
Die Schritte S200 bis S300 oder S200 bis S310 werden dann in vorgegebenen oder einstellbaren Zeitabschnitten, insbesondere periodisch wiederholt. Typische Wiederholungsraten sind beispielsweise einmal je Stunde.
Die Vorrichtung 1 kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, auf das sich alle Ausführungen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele übertragen lassen, ferner einen Umgebungssensor (nicht gezeigt) aufweisen. Der Umgebungssensor stellt eine einen Umgebungsparameter des Objekts 2 beschreibende Umgebungs- information bereit. Alternativ oder zusätzlich weist die Vorrichtung 1 einen Eingang (nicht gezeigt) zum Erhalten der Umgebungsinformation auf, welche als analoges oder digitales Steuersignal von einer speicherprogrammierbaren Steuerung erhalt- bar ist. Der Umgebungsparameter kann eine Temperatur und/oder eine Feuchtig- keit und/oder ein Weg und/oder eine Kraft und/oder eine Dehnung und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung und/oder ein SPS- Prozessabschnitt und/oder ein Durchfluss und/oder eine Position, insbesondere eine Winkel- oder Schaltposition, und/oder eine Beleuchtungsstärke und/oder eine Lage und/der eine Neigung und/oder ein Magnetfeld und/oder eine Drehzahl und/oder ein Druck sein. Der Umgebungssensor kann dementsprechend einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtesensor und/oder einen Lagesensor und/oder einen Neigungssensor und/oder ein Gyroskop und/oder einen Magnet- feldsensor und/oder einen Drehzahlsensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Kraftsensor und/oder einen Dehnungssensor und/oder einen Geschwindig- keitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Positions- sensor und/oder einen Lichtsensor und/oder einen Durchflusssensor und/oder einen Drucksensor aufweisen. Die Anregungsinformation wird mit der Umge- bungsinformation in Korrelation gebracht.
Ferner werden die Anregungsinformation 4 und/oder die spektralen Anregungs- werte 7 und/oder die spektralen Referenzanregungswerte 9 anhand der Umge- bungsinformation korrigiert. Dies erfolgt anhand von im Speicher 24 hinterlegten Daten über eine Abhängigkeit dieser Informationen bzw. Werte von der Umge- bungsinformation. Die Abhängigkeit ist in Form einer Funktion oder einer Formel hinterlegt, sodass die relativen Anregungswerte 11 in Abhängigkeit der korrigierten spektralen Anregungswerte 7 und/oder der korrigierten spektralen Referenzanre- gungswerte 9 ermittelt werden.
Exemplarisch werden die spektralen Referenzanregungswerte 9 und/oder die spektralen Anregungswerte 7 über eine gespeicherte Temperaturabhängigkeits- funktion mithilfe der die Temperatur beschreibenden Umgebungsinformation korri- giert, bevor die Zustandsbewertungsgröße 13 berechnet wird. Dadurch kann eine Temperaturkorrektur der Zustandsbewertungsgröße 13 erreicht werden. Entspre- chend kann z. B. auch bei einer Drehzahlabhängigkeit eine Korrektur der spektra- len Anregungswerte 7 und/oder der Referenzanregungswerte 9 mithilfe der die Drehzahl beschreibenden Umgebungsinformation korrigiert werden, bevor die Zu- standsbewertungsgröße 13 ermittelt wird. Dadurch kann eine Drehzahlkorrektur der Zustandsbewertungsgröße erreicht werden.
Es ist auch möglich, dass die Zustandsbewertungsgröße 13 alternativ oder zusätz- lich zu einer Korrektur der spektralen Anregungswerte 7 und/oder der Referenzan- regungswerte anhand der Umgebungsinformation korrigiert wird. Dies kann mittels der Benutzerschnittstelle 20 erfolgen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, auf die sich alle Ausführungen der voran- gegangenen Ausführungsbeispiele übertragen lassen, wird das Wiederholen durch ein Triggersignal ausgelöst. In diesem Fall kann die Vorrichtung 1 einen Ein- gang und/oder eine Schnittstelle (nicht gezeigt) für ein externes Triggersignal aufweisen. Alternativ oder zusätzlich wird die Umgebungsinformation als Trigger- signal verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden die spektralen Anregungs- werte bei jedem Wiederholen in demselben stationären oder quasi-stationären Be- triebszustand, beispielsweise bei einer konstanten Drehzahl, des Objekts erzeugt. Alternativ werden die spektralen Anregungswerte im Rahmen des Wiederholens bei mehreren unterschiedlichen stationären oder quasi-stationären Betriebszu- ständen des Objekts erzeugt. Durch die quasi-stationären Betriebszustände kann ein nicht-stationärer Betriebszustand, der sich z.B. auch einer Abfolge verschiede- ner quasi-stationärer Betriebszustände zusammensetzt, erfasst werden, um be- wertet bzw. charakterisiert zu werden. Insbesondere kann bei nicht-stationären Zuständen mit einem charakteristischen Verlauf zusätzlich eine Bewertung der Än- derung seiner Charakteristik erfolgen. Der stationäre bzw. quasi-stationäre Be- triebszustand entspricht insbesondere jenem, bei dem die Referenzanregungs- werte erzeugt wurden. Das Zeitfenster kann in diesem Fall zwischen einer zehntel Sekunde und 10 Sekunden betragen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, auf die sich alle Ausführungen der voran- gegangenen Ausführungsbeispiele übertragen lassen, weist ein Erfassungsbe- reich des Sensors 16 bzw. der Sensoren 16 bei einer vorgegebenen Frequenz oder mehreren vorgegebenen Frequenzen eine Resonanz auf. Der Sensor 16 wird hinsichtlich der vorgegebenen Frequenz oder Frequenzen auf eine Frequenz, bei der eine Änderung des Zustands des Objekts 2 zu erwarten ist, abgestimmt.
Obwohl das Verfahren zuvor anhand des Verschleißgrades eines Lagers als Ob- jekts erörtert wurde, kann der Zustand auch eine Mangelschmierung, eine Ver- schmutzung, eine Ermüdung, ein Defekt, ein Betriebszustand, eine Intaktheit, ein Gesundheitszustand, eine Qualität, eine Auslastung, ein Kraftaufwand, eine Leis- tungsaufnahme, ein Füllstand, eine Härte oder eine Fluidfördergröße sein. Auch hinsichtlich des Objekts 2 sind eine Vielzahl von Anwendungsfälle denkbar: So kann das Objekt eine Maschine, eine Anlage, ein Maschinenelement, insbeson- dere ein Getriebe, ein Lager, eine Pumpe, ein Motor oder ein Roboter, ein Ferti- gungswerkzeug, ein Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug oder ein Teil davon, eine Struktur, ein Bauteil oder ein Bauwerk oder ein Teil davon sein. Auch ist es möglich, dass das Objekt 2 ein Körperteil eines Lebewesens, insbesondere eine Tieres oder eines Menschen, ist. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Betriebszustand ein stationärer Betriebszustand oder ein nicht-stationärer Betriebszustand, insbesondere mit ei- nem beliebigen oder charakteristischen Verlauf sein. Die Maschine kann eine Spritzgießmaschine sein. Das Lager kann ein Schwenklager, beispielsweise bei einem Kran oder einer Windkraftanlage sein. Bei einer Windkraftanlage kann das Schwenklager ein Pitchlager sein. Das Objekt kann ferner ein Stellantrieb oder ein Ein- und Ausfahrmechanismus, insbesondere eines Sonnensegels eines Satelli- ten, eines Fahrwerks eines Flugzeugs oder eines Weichstellantriebs, sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bewertung eines Zustands eines Objekts (2), umfassend fol- gende Schritte:
- Erhalten einer Anregungsinformation (4), die eine mechanische Anregung des Objekts (2) beschreibt;
- Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anregungswerte (7) in Abhängigkeit der An- regungsinformation (4) mittels einer Frequenzanalyse, wobei die spektralen Anre- gungswerte (7) jeweils einem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spekt- ralabschnitten zugeordnet sind;
- Erhalten einer Vielzahl spektraler Referenzanregungswerte (9), die sich auf ei- nen Referenzzustand des Objekts (2) beziehen und einem jeweiligen der Spektral- abschnitte zugeordnet sind; und
- Ermitteln relativer Anregungswerte (11 ) für zumindest einen Teil der Spektralab- schnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordne- ten spektralen Anregungswerts (7) mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zu- geordneten spektralen Referenzanregungswert (9).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die spektralen Anregungswerte (7) und die Referenzanregungswerte (9) eine Amplitude, eine Phase, eine Leistung, oder eine spektrale Leistungsdichte be- schreiben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die spektralen Anregungswerte (7) oder die Referenzanregungswerte
- einen Effektivwert,
- einen Betragsmaximalwert oder
- eine Amplitudenverteilungsdichte oder einen daraus abgeleiteten Wert, insbesondere einen Crestfaktor oder einen Kurtosisfaktor, beschreiben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzanalyse eine Frequenzauflösung von wenigstens 1 Hertz, ferner be- vorzugt wenigstens 10 Hertz, ferner bevorzugt wenigstens 100 Hertz, besonders bevorzugt wenigstens 1 kHz, aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt:
Ermitteln einer Zustandsbewertungsgröße (13) durch eine Zustandsbewertungs- funktion, welche als Parameter
- die relativen Anregungswerte (11 ) und/oder
- aus den relativen Anregungswerten (11 ) abgeleitete Werte verknüpft.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als jeweiliger Parameter
- ein aus einem invertierten relativen Anregungswert (11 ) ermittelter Parameter- wert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) kleiner als der spekt- rale Referenzanregungswert (9) ist, und der relative Anregungswert (11 ) verwen- det wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) größer als der spektrale Refe- renzanregungswert ist (9), oder
- ein aus einem invertierten relativen Anregungswert (11 ) ermittelter Parameter- wert verwendet wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) größer als der spekt- rale Referenzanregungswert (9) ist, und der relative Anregungswert (11 ) verwen- det wird, wenn der spektrale Anregungswert (7) kleiner als der spektrale Refe- renzanregungswert (9) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Zustandsbewertungsfunktion
- eine Summation, die Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, die Bildung eines Effektivwerts oder die Bildung einer Zero-Crossing Rate und/oder
- eine Gewichtung der Parameter, insbesondere (i) mittels rationaler, reeller oder eine irrationale Komponente aufweisender komplexer Gewichtungsfaktoren und/oder
(ii) mittels linearer oder exponentieller Gewichtungsfaktoren, und/oder
(iii) frequenzabhängiger Gewichtungsfaktoren umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend - folgenden Schritt: Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße (13) und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße (13) auf einer Anzeigeeinheit (23); und/oder
- folgenden Schritt: Bereitstellen der Zustandsbewertungsgröße (13) an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22); und/oder
- folgende Schritte: Durchführen eines Vergleichs der Zustandsbewertungsgröße (13) oder einer zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungsgröße (13) mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwellwerten (T1 , T2); und Aus- geben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt:
Bereitstellen der spektralen Anregungswerte (7) und/oder der relativen Anre- gungswerte (11 ) an einer Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt:
Erfassen der mechanischen Anregung und Bereitstellen der Anregungsinforma- tion.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erfassen mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere eines Schwin- gungssensors und/oder eines Schallsensors und/oder eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors und/oder eines optischen Sensors, er- folgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei ein Erfassungsbereich des wenigstens einen Sensors bei einer vorgegebenen Frequenz oder mehreren vorgegebenen Frequenzen eine Resonanz aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Sensor hinsichtlich der vorgegebenen Frequenz oder Fre- quenzen abstimmbar ist oder abgestimmt wird, insbesondere auf eine Frequenz, bei der eine Änderung des Zustands des Objekts zu erwarten ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende dem Schritt des Erhaltens der Anregungsinformation (4) vorangehenden Schritte:
- Ermitteln der spektralen Referenzanregungswerte (9) entsprechend den spektra- len Anregungswerte (7), wenn sich das Objekt (2) vor dem Schritt des Erfassens der mechanischen Größe im Referenzzustand befindet; und
- Abspeichern der ermittelten spektralen Referenzanregungswerte (9).
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das Erzeugen der spektralen Anregungswerte (7), insbesondere auch die Ermittlung der relativen Anregungswerte (11 ) und/oder die Ermittlung der Zu- standsbewertungsgröße (13), wiederholt erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Wiederholen zeitgesteuert erfolgt oder durch ein, insbesondere externes, Trig- gersignal ausgelöst wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die spektralen Anregungswerte im Rahmen des Wiederholens bei mehreren unter- schiedlichen stationären Betriebszuständen oder quasi-stationären Betriebszuständen, durch die insbesondere ein daraus zusammengesetzter nicht- stationärer Betriebszustand erfasst wird, des Objekts (2) erzeugt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei sich die spektralen Referenzanregungswerte (9) für jede Wiederholung auf einen unterschiedlichen Referenzzustand beziehen.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine wenigstens einen Umgebungsparameter des Objekts (2) beschreibende Um- gebungsinformation verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Umgebungsinformation
- durch einen Umgebungssensor bereitgestellt wird und/oder
- als, insbesondere analoges oder digitales, Steuersignal erhalten wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wenn abhängig von Anspruch 16, wobei die Umgebungsinformation als Triggersignal verwendet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , wobei
- die Anregungsinformation (4) und/oder die Zustandsbewertungsgröße (13) mit der Umgebungsinformation in Korrelation gebracht wird und/oder
- die Anregungsinformation (4) und/oder die spektralen Anregungswerte (7) und/oder die spektralen Referenzanregungswerte (9) anhand der Umgebungsin- formation korrigiert werden und/oder
- die Zustandsbewertungsgröße (13) anhand der Umgebungsinformation kor- rigiert wird.
23. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Pro- gramms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
24. Vorrichtung (1 ) zur Bewertung eines Zustands eines Objekts (2), insbeson- dere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend:
- eine Datenschnittstelle (3), die zum Erhalten einer Anregungsinformation (4), die eine mechanische Anregung des Objekts (2) beschreibt, eingerichtet ist; und
- eine Signalanalyseeinheit (5), umfassend
- einen Analyseabschnitt (6), der zum Erzeugen einer Vielzahl spektraler Anre- gungswerte (7) in Abhängigkeit der Anregungsinformation (4) mittels einer Fre- quenzanalyse eingerichtet ist, wobei die spektralen Anregungswerte (7) jeweils ei- nem Spektralabschnitt von mehreren vorgegeben Spektralabschnitten zugeordnet sind,
- eine Datenschnittstelle (8), die zum Erhalten einer Vielzahl spektraler Refe- renzanregungswerte (9), die sich auf einen Referenzzustand des Objekts (2) be- ziehen und einem jeweiligen der Spektralabschnitte zugeordnet sind, eingerichtet ist,
- einen Ermittlungsabschnitt (10), der zum Ermitteln relativer Anregungswerte (11 ) für zumindest einen Teil der Spektralabschnitte durch In-Bezug-Setzen des dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Anregungswerts (7) mit dem dem jeweiligen Spektralabschnitt zugeordneten spektralen Referenzanregungs- wert (9) eingerichtet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Signalanalyseeinheit (5) ferner ei- nen weiteren Ermittlungsabschnitt (12) umfasst, der zum Ermitteln einer Zustands- bewertungsgröße (13) durch eine die relativen Anregungswerte (11 ) und/oder dar- aus abgeleitete Parameterwerte als Parameter verwendende Zustandsbewer- tungsfunktion eingerichtet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, ferner umfassend:
- eine Funk- und/oder Hardwareschnittstelle (22), die zum Bereitstellen der spekt- ralen Anregungswerte (7) und/oder der relativen Anregungswerte (11 ) und/oder der Zustandsbewertungsgröße (13) eingerichtet ist; und/oder - eine Anzeigeeinheit (23), die zum Anzeigen der Zustandsbewertungsgröße (12) und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Zustandsbewertungsgröße (12) eingerichtet ist; und/oder
- eine Vergleichseinheit (19), die zum Durchführen eines Vergleichs der Zustands- bewertungsgröße (13) oder eines zeitlichen Änderung der Zustandsbewertungs- größe (13) mit einem oder mehreren vorgegebenen oder einstellbaren Schwell- werten (T1 , T2) eingerichtet ist; und eine Ausgabeeinheit (21 ), die zum Ausgeben eines akustisch und/oder visuell und/oder haptisch wahrnehmbaren Signals in Ab- hängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs eingerichtet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, ferner umfassend: eine Erfassungseinheit (14), die zum Erfassen von analogen Messsignalen (15) der mechanischen Anregung und zum Bereitstellen der Anregungsinformation (4) für die Datenschnittstelle (3) eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinheit (14) zum Erfassen der analogen Messsignale (15) insbesondere einen Schwingungssensor und/oder einen Schallsensor und/oder einen Körperschallsensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen optischen Sensor umfasst.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Erfassungseinheit (14)
- dazu eingerichtet ist, die analogen Messsignale (15) in digitale Messsignale um- zusetzen, oder
- ferner einen Signalverarbeitungsabschnitt (25) umfasst, der zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Analogsignalkonditionierung der analogen Messsignale eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinheit (14) dazu eingerichtet ist, die gefilterten und/oder konditionierten Messsignale (15a) in digitale Messsig- nale zu wandeln, wobei die Erfassungseinheit dazu eingerichtet ist, die digitalen Messignale als An- regungsinformation (4) an der Datenschnittstelle (3) bereitzustellen.
29. Vorrichtung nach einem Ansprüche 24 bis 28, wobei der Analyseabschnitt (6) ferner
- dazu eingerichtet ist, Ausgangsdaten der Frequenzanalyse als spektrale Anre- gungswerte (7) bereitzustellen oder
- einen Signalverarbeitungsunterabschnitt (26) umfasst, der einerseits zum Filtern und/oder zu einer, insbesondere einstellbaren, Digitalsignalkonditionierung der Ausgangsdaten der Frequenzanalyse und andererseits zum Bereitstellen der gefil- terten und/oder konditionierten Ausgangsdaten (7a) der Frequenzanalyse als spektrale Anregungswerte (7) eingerichtet ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, ferner umfassend einen Eingang und/oder eine Schnittstelle für ein externes Triggersignal.
31 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, ferner umfassend
- einen Umgebungssensor, welcher dazu eingerichtet ist, eine einen Umge- bungsparameter des Objekts beschreibende Umgebungsinformation bereitzustel- len und/oder
- eine Schnittstelle, über welche die Umgebungsinformation erhaltbar ist.
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