WO2022096525A1 - Sensor system - Google Patents

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WO2022096525A1
WO2022096525A1 PCT/EP2021/080546 EP2021080546W WO2022096525A1 WO 2022096525 A1 WO2022096525 A1 WO 2022096525A1 EP 2021080546 W EP2021080546 W EP 2021080546W WO 2022096525 A1 WO2022096525 A1 WO 2022096525A1
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sensor
signal
designed
speed
evaluation device
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PCT/EP2021/080546
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Dirk Mayer
Oliver Mey
Christian Schmidt
Samuel Klein
André Schneider
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a sensor system for monitoring the condition of a mechanical component or plant.
  • Preferred exemplary embodiments relate to the sensor system with a focus on sensing, the sensor system with a focus on a learning mode or on the sensor system with a focus on other combinatorial aspects.
  • a further exemplary embodiment relates to a method for monitoring the condition of a plant with one or more mechanical components and to a corresponding computer program.
  • Vibration-based CM systems are monitored using conventional vibration-based sensors (vibration-based CM systems). Vibration sensors, for example, are used here.
  • a typical monitoring example of a vibration sensor is a wind turbine or the drive train of a locomotive. With vibration sensors, for example, gross errors such as imbalances can be detected. In the case of smaller or slower-running systems, monitoring with vibration sensors is difficult.
  • the object of the present invention is to create a concept for condition monitoring that offers an improved compromise between range of use, accuracy and configurability.
  • Embodiments of the present invention create a sensor system for monitoring the condition of a mechanical component or a system with one or more mechanical components.
  • the sensor system includes a first sensor, such as a vibration sensor, which is designed to detect a vibration of the system and / or the one or more mechanical components and depending ability to output a first sensor signal from the vibration.
  • the sensor system also includes a second sensor, such as an active acoustic emission (AE) sensor or a passive acoustic emission sensor, which is designed to detect a high-frequency structure-borne noise signal on the system or the one or more mechanical components and to output a second sensor signal as a function of this signal.
  • AE active acoustic emission
  • a passive acoustic emission sensor which is designed to detect a high-frequency structure-borne noise signal on the system or the one or more mechanical components and to output a second sensor signal as a function of this signal.
  • Acoustic emission is synonymous with acoustic emission or sound emission, for example in the sense of high-
  • the main exemplary embodiment therefore includes an evaluation device which is designed to derive an additional signal for the system on the basis of the first and second sensor signals and a speed signal.
  • Embodiments of the present invention are based on the finding that by combining two sensors, which can determine, for example, structure-borne noise in different frequency ranges (vibration and acoustic emission (AE) in the ultrasonic range), a condition can be monitored much more precisely because, depending on the system or Operating state of the system one or the other sensor signal can be taken into account more.
  • the second sensor signal e.g. based on ultrasound
  • the first sensor signal (vibration signal) is given greater weight in fast-rotating systems or a system in a rapidly rotating state will. Therefore, according to exemplary embodiments, the speed signal is used during sensing in order to fuse the two sensor signals with one another, taking into account their speed dependency.
  • a vibration is typically in the form of structure-borne noise and can have a frequency range of 0.1 Hz to 100 Hz, to 500 Hz, to 5 kHz, to 10 kHz or to 20 kHz, for example.
  • a signal resulting from an acoustic emission event typically has a frequency range of > 100 Hz, > 500 Hz, > 5 kHz, > 10 kHz or > 20 kHz.
  • > 20 kHz ie outside the "audible range”.
  • An acoustic audio signal can be used instead of the acoustic audio signal.
  • the acoustic audio signal can originate from an acoustic emission event and/or be in the range of more than 0.1 Hz, more than 0.1 kHz, more than 0.5 Hz, more than 0.5 kHz or more than 10 kHz.
  • a third sensor is used to determine the rotational speed of the system or of the one or more mechanical components, which sensor detects the rotational speed and outputs the rotational speed signal as a function of the rotational speed.
  • the evaluation device can be designed to determine the speed signal on the basis of the first and/or second sensor signal.
  • the evaluation device advantageously uses the speed signal, e.g. B. to weight or prefer the first and the second sensor signal to each other.
  • the evaluation device includes a fuser, which is designed to fuse the first and the second sensor signal, possibly taking the speed signal into account.
  • the fuser can be designed to fuse the first and the second sensor signal, taking into account a weighting that depends on the rotational speed. For example, the portion of the second sensor signal is larger, the lower the speed is.
  • the result of this merging and subsequent evaluation is a status signal which, for example, outputs maintenance information and/or indicates a need for maintenance.
  • the sensor signals (first and second) or the speed signal are recorded over time and evaluated and/or stored.
  • the evaluation device is designed to detect a change in the first and/or the second sensor signal and/or the speed signal over time.
  • the evaluation device can detect a change in the first and second sensor signals in pairs in each case over the respective time horizon.
  • the evaluation device it would be conceivable for the evaluation device to detect the change in the first and second sensor signals together with the speed signal, that is to say in a combination of all three signals, over time or the respective time horizon. Evaluation over time has the advantage that different speeds may be approached over time, with the combination of information for the different speed points being possible here as a result of the detection over time.
  • a low speed range is first approached and then a high speed range, so that, for example, in the high speed range, imbalances, misalignment, bending vibrations of the drive shaft or similar are detected, with damage to the bearing cage, defective rolling elements, missing lubrication in a low speed range and gearing damage can be seen.
  • Structure-borne noise is preferably analyzed in the low speed range, while the ultrasonic signal is preferably evaluated in the high speed range.
  • different phenomena require measurements in different frequency ranges. It should be noted that the frequency range of the phenomenon is not necessarily related to speed. The frequency ranges vary depending on the size and drive train, but generally all depend on the speed.
  • the evaluation device it would also be conceivable for the evaluation device to be designed to carry out a pre-classification of the first and/or the second sensor signal in order to output pre-classified first and/or second sensor signals.
  • the indication effect or indication capability of the individual signals can be recognized with a pre-classification.
  • there is a classification per sensor which enables scalability.
  • the pre-classification for example, the sensor signal is evaluated to determine whether relevant parts are present or not. This then also reduces the calculation effort for the general evaluation.
  • the evaluation device can be trained with training data.
  • the sensor system comprises an input interface, in which a damage event can be displayed externally to the evaluation device.
  • another sensor can also be present, which directly detects the damage to the system or mechanical component.
  • the evaluation device is designed, in particular during the learning mode, to store the damage event in combination with the recorded values of the first and/or the second sensor signal and in combination with the speed signal in order to use it for the system or a comparable Attachment to be used as a reference.
  • this training it is evaluated in which sensor signal or in the combination of which sensor signals the damage event can be easily detected. The calculation effort is reduced when working with pre-classified data.
  • the evaluation device is designed to store a damage event in combination with the values as learning data for a self-learning algorithm or a AI algorithm.
  • the self-learning algorithm or the KI algorithm is designed to recognize indicators for a status change in the status monitoring during execution.
  • the self-learning algorithm or AI algorithm can be designed to carry out status classifications according to the type and occurrence of a damage event. At least the first and second sensor signals and the speed signal are used here.
  • the self-learning algorithm/AI algorithm is designed to weight the use of the first and second sensor signals relative to one another to determine an overall classification as a function of the rotational speed.
  • the self-learning algorithm/AI algorithm is designed to determine a characteristic curve for the weighting of the first and second sensor signals relative to one another as a function of a rotational speed.
  • This characteristic can, for example, be designed in such a way that the first sensor signal is weighted more heavily than the second sensor signal at a lower speed, while the weighting changes accordingly with an increasing speed, so that the second sensor signal is then weighted more heavily than the first.
  • the self-learning algorithm is designed to detect a sensor failure and, in this case, to carry out a status classification on the basis of the sensor signals that are still present.
  • the evaluation device is also designed in the learning mode to carry out a pre-classification of the first and/or second sensor signal, to output pre-classified first and/or second sensor signals, or to carry out a pre-classification for the first sensor signal and to carry out a pre-classification for the second sensor signal perform to output pre-classified first and / or second sensor signals.
  • the evaluation device can be designed to execute a self-learning algorithm/K1 algorithm, which is designed to analyze pre-classified first and/or second sensor signals or the first and/or second sensor signals with regard to their indication capability, or to analyze the pre-classified first and/or or second sensor signals or the first and/or second sensor signals to analyze with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first or second sensor signal for a merger (as intermediate levels of the class).
  • a self-learning algorithm/K1 algorithm which is designed to analyze pre-classified first and/or second sensor signals or the first and/or second sensor signals with regard to their indication capability, or to analyze the pre-classified first and/or or second sensor signals or the first and/or second sensor signals to analyze with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first or second sensor signal for a merger (as intermediate levels of the class).
  • the self-learning algorithm or Kl algorithm can be designed to analyze the preclassified first and/or second sensor signals or the first and/or second sensor signals in their relationship to the speed signal with regard to their indication capability, or to analyze the preclassified first and/or second To analyze sensor signals or the first and/or second sensor signals in relation to the speed signal with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first or second sensor signal for a merger (as intermediate levels of Kl) taking into account the speed signal.
  • the self-learning algorithm or AI algorithm is designed to randomly set the first and second sensor values or the speed value to zero or a predetermined value for the learning. In this way, it can advantageously be recognized whether the respective sensor value is currently meaningful.
  • the first and second sensor values are classified separately to train a combined classifier or to classify all sensor values together with the speed to train a combined classifier.
  • the sensor values can be classified and trained together with the speed.
  • a further exemplary embodiment creates a sensor system in which an additional first and an additional second or also an additional sensor of a different type is provided.
  • the evaluation function is then designed to take into account the additional first/additional second/additional other sensor in the evaluation or also in the training.
  • sensors of another type are temperature sensors (thermography) or motor current sensors.
  • each first and/or each second sensor can be arranged on a separate unit.
  • the sensor system can also include only one unit, which has the first and the second sensor.
  • this is a rotary unit, such as a rotating shaft, at least one rotary Bearing or at least has a mechanical bearing.
  • the one or more mechanical components can represent a shaft bearing or the shaft itself.
  • a further exemplary embodiment provides a method for monitoring the condition of a system with one or more mechanical components.
  • the procedure includes the following steps:
  • the method can be computer-implemented, so that a computer program with a program code for carrying out the method explained above or at least one method step is created when the program runs on a computer.
  • Fig. 1 a is a schematic block diagram of a measurement system according to a
  • Fig. 1 b is a schematic representation to illustrate different
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA/EP 1c and 1d show a schematic representation of a measuring system in a specific application according to exemplary embodiments;
  • Fig. 1 e is a schematic representation to illustrate a measurement with the
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of an evaluation logic associated with the measuring system according to exemplary embodiments.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an extended measurement system according to further exemplary embodiments.
  • FIG. 1a shows a schematic block diagram of a measuring system 10 with a first sensor 12 and a second sensor 14. In addition, an optional third sensor 16 is illustrated. All sensors 12 to 16 are connected to an evaluation unit 18 .
  • the first sensor 12 is, for example, a vibration sensor that is designed to detect vibrations in a system to be monitored or a component 20 of a system to be monitored, here an axle 20, and to output a corresponding sensor signal 12s.
  • the frequencies of this sensor are in the range of 0.1 Hz, 10 kHz or even 20 kHz, depending on the dimensioning.
  • the vibration sensor 12 preferably measures vibrations or low-frequency structure-borne noise, which are, for example, in a frequency range from 0.1 to 100 Hz or from 0.5 to 500 Hz or generally 0.1 Hz to 20 kHz. Depending on the implementation, higher frequencies, e.g. B.
  • the senor 12 can be designed to detect structure-borne noise in the audible range. rich to detect.
  • the sensor 14 also detects structure-borne noise, but preferably in the higher frequency range, z. B. from 500 Hz or 1 kHz or from 10 kHz or 20 kHz, i.e. in the audible range or ultrasonic range (generally speaking, acoustic emissions).
  • acoustic emission for example in the ultrasonic range, ie >20 kHz (cf. above) can be measured.
  • the sensor can be designed as a passive acoustic emission sensor, for example.
  • the sensors 12 and 14 complement one another in such a way that their frequency ranges border one another or partially overlap in order to cover a very broad measurement range overall.
  • sensor 14 Based on the noise emission determined by component 20, sensor 14 emits a measurement signal 14s.
  • a wind energy plant 20w is used to explain which damage events are easy to detect in which frequency range.
  • the spectrum s20w of the wind turbine 20w extends from 0.1 to 25000 of any unit (e.g. Hertz). In the range from 0.1 to 1000, for example, resonances can occur in the drive train of the wind turbine. These indicate imbalance, misalignment, or flexural vibration in the driveshaft.
  • the evaluation unit 18 is designed to classify each sensor signal 12s and 14s beforehand.
  • the evaluation is directed towards the respective frequency spectrum.
  • the relevant spectrum Alternatively, the relevant frequency range can vary depending on the speed, as can be seen in the diagram from FIG.
  • the evaluation unit 18 is designed to select the sensor signals 12s or 14s or, preferably, to use them for the evaluation, based on the rotational speed N of the component 20, which is determined by means of the sensor 16.
  • the rotational speed can also be taken into account within the sensor signal 12s or 14s in order to improve the evaluation of the signal 12s or 14s.
  • the speed N can be taken into account when selecting the sensor signal 12s or 14s by weighting one sensor signal (1 from 12s + 14s) relative to the other sensor signal 12s or 14s as a function of the speed N. The weight can vary between 0 and 100%.
  • the drive train of a locomotive 20I or the roller conveyor 20r can also be monitored using the same sensor system 10.
  • the relevant range s20l of the drive train of the locomotive is, for example, between 0.8 and 30k of any unit (e.g. Hertz), while the relevant frequency range of the roller conveyor 20r, which is provided with the reference sign s20r, is between 5k and 50k.
  • the high values e.g. B.
  • the electric motor 20e is equipped with a vibration sensor 12 at its output, for example.
  • the output is connected to a shaft 20 which is monitored by an acoustic emission sensor 14.
  • the sensor 14 is attached in the area of a roller bearing 20b.
  • a speed sensor is not used here as the measurement signal, as in FIG Way on the electronics 21, a speed signal can be tapped.
  • Electronics 21 also receives sensor signals 12s and 14s from sensors 12 and 14.
  • the current measurement result is shown in FIG. 1e.
  • the vibration, z. B. originating from an unbalanced mass (unbalanced mass 20m) determined.
  • This signal is shown over time in diagram 12s + 14s.
  • a pre-processing is carried out by the evaluation unit, so that the diagram appears for 2s + 14s. Since there is currently no balance weight, as shown by the value for the mass 20m, the result of the analysis then states that there is no damage event here.
  • the operating parameter speed is also used here. Different damage events can be illustrated with this structure. In connection with FIGS. 1f to 1h, the pre-processing and detection of damage events will now be explained using three diagrams.
  • a “burst type signal” 23b has individual pulses 23bp over time, which allow conclusions to be drawn about damage to components (here the rolling element).
  • This "burst type signal” (burst signal) 23b is superimposed with a “continuous signal” (continuous noise signal, here the “background noise” of the drive train in operation) 23c in order to obtain the "mixed mode signal” (mixed signal) 23m, which corresponds to the measured sensor signal.
  • a synthetic combination of this “mixed signal” 23m is shown in FIG. 1g. This is compared with a signal from FIG. 1f measured on the demonstrator.
  • the signal curve is very similar to the synthetic signal.
  • a so-called “lead break test” with a “brush” was carried out for the signal from 1 hour.
  • the lead break test is carried out, for example, when the drive is stationary and generates a burst which approximately corresponds to signal a) from FIG. 1f).
  • the synthetic signal from FIG. 1g or the signal from FIG. 1f measured on the demonstrator can be used as a training data set for training data.
  • the evaluation unit 18, which can have a K1 algorithm or a self-learning algorithm, for example, is trained on the basis of a large number of training data sets. For example, several training data sets for different damage events or also diesel ben damage events of the evaluation unit 18 are fed, which then the characteristic points in the sensor data over time, such. B. characteristic frequencies or combinations of characteristic frequencies as a function of the speed. According to preferred exemplary embodiments, a multi-stage concept is used for this, which is explained with reference to FIG.
  • 2 illustrates a multi-stage concept for evaluating sensor data.
  • 2 shows an evaluation logic, here a KI evaluation logic 30, with a plurality of inputs 12'-17_n'.
  • the evaluation logic 30 serves to classify and merge the sensor values of the signals from the inputs 12'-17_n' in order to output status information as a result.
  • the input for the sensor data is provided with the reference symbols 12', 14', 17 1 ', 17_n'.
  • an additional input 16' is conceivable. It can be assumed, for example, that 12' represents the input for the vibration/structure-borne noise sensor, 14' represents the input for the acoustic sound sensor, 16' represents the input for the speed sensor, with additional sensors such as e.g. B. a temperature sensor or the like can be added.
  • Each sensor signal 12s, 17_1s and 17_ns is preclassified with a preclassification 31a-n.
  • a preclassifier 31a-n is provided for each sensor type, which can be adapted to the respective sensor type, for example.
  • the provision of a pre-classifier 31a to 31n has the advantage that the entire system can be scaled as desired and can be extended to other applications with other sensor signals.
  • the pre-classified results 12sk, 14sk, 17 1sk and 17_nsk are combined in an intermediate level of the KI evaluation unit 30.
  • This intermediate level is provided with the reference number 32 and prefers individual pre-classified signals 12sk to 17_nsk. The preference can be given, for example, on the basis of the input signal 16s of the additional input 16'.
  • a combination of the individual signals is also carried out in the intermediate level, so that, for example, depending on the speed, switching back and forth between the two inputs 12' and 14' or these are weighted differently.
  • the combined classification then takes place in the downstream classifier 34.
  • the combined classifier 34 aggregates the intermediate results and thus leads to greater accuracy through the use of additional input data. Furthermore, also Weaknesses and failures of individual sensors, e.g. B. compensated at certain speeds.
  • the result 35 is then a status result, so that, for example, based on the speed, it was recognized in the intermediate level that the sensors 12' are preferably used in combination with 17 1 for the classification, with the combination of values in the classifier 34 then showing that such values represent an A or B state.
  • a state A can, for example, be a slightly encrypted state of the mechanical system.
  • the sensor signal itself is evaluated in the pre-classification, so that the relevant measurement data, such as e.g. B. frequency ranges or general measurement ranges are filtered out and already pre-classified.
  • relevant measurement data such as e.g. B. frequency ranges or general measurement ranges
  • the K1 algorithm is designed here, for example, to switch back and forth between the sensor signals for the state classification, a weighting, e.g. B. depending on the additional input 16 'to analyze and for to store subsequent measurements or to mutually validate the sensor signals based on the majority of the sensor signals.
  • a weighting e.g. B. depending on the additional input 16 'to analyze and for to store subsequent measurements or to mutually validate the sensor signals based on the majority of the sensor signals.
  • the AI algorithm analyzes, verifies and evaluates the indication capability of the individual sensor signals, so that the informative value/indication capability of the sensor signals for the operation is known.
  • the weighting takes place between the first sensor signal, e.g. B. the acoustic emission sensor, and the second sensor signal, z. B. the vibration sensor, depending on a speed.
  • the first sensor signal e.g. B. the acoustic emission sensor
  • the second sensor signal z. B. the vibration sensor
  • the weighting is carried out between the two sensor signals or between signals derived from the sensor signals as a function of a speed signal. This speed dependency is not necessarily the same from system to system.
  • a small system may work preferentially with one type of sensor over a very narrow (low) speed range and work preferentially with the other type of sensor over a wide (high) speed range
  • a substantially larger system may use a wide (low) speed range, for example of one type of sensor and a narrow (high) speed range with the other type of sensor.
  • a self-learning algorithm or AI algorithm is used according to exemplary embodiments, which determines the corresponding weighting during operation and/or during a learning phase.
  • This approach advantageously makes it possible for one and the same sensor system or, in particular, one and the same evaluation for the sensor system for a wide variety of systems (e.g. small, medium-sized or large) to be used and for the evaluation device or the evaluation algorithm to adapt itself to the corresponding system in a self-learning manner , by determining the optimal weighting characteristic.
  • Two examples of weighting characteristics for two different system types are explained below.
  • a first type of plant refers to a large rotary machine, such as. B. a wind turbine.
  • the acoustic emission sensor is preferably used in low speed ranges and the vibration sensor in high speed ranges. number ranges used. At low speeds, e.g. B. less than 10 revolutions per minute, then, for example, the weighting is 90:1. At high speeds (e.g. greater than 25 revolutions per minute), the weighting is then 10:90, for example. In the area in between, the weighting factor is varied accordingly. There can also be a weighting variation above and below the thresholds explained as an example, or any other dependency on the rotational speed, including a number of transition frequencies.
  • the second type of system is a roller of a roller conveyor.
  • the focus is in particular on the vibration signal (90:1 weighting), while at lower speeds (less than 30 revolutions per minute) the focus is primarily on the acoustic emission signal (10:90).
  • the area in between can in turn be viewed as a transition area using a characteristic curve.
  • the characteristic is linear.
  • the characteristic curve is progressive, S-shaped or has a different profile.
  • the characteristic curve can also be designed in such a way that a sensor is no longer taken into account at all above a certain speed, so that a weighting factor of 0 then results here.
  • the sensor signal it is not the sensor signal itself but the signals preprocessed with parts of the neural network that are weighted and fused.
  • the addition or signals derived from the sensor signals.
  • An exact value is not absolutely necessary, in the neural network it is typically values in the value range [0,1]. It is important to mention that it can also be more than one weight value. An example of this would be that, on the basis of the respective sensor values, a status classification according to three status classes (good, error 1, error 2) is carried out. For example, there can then be 3 weight values, where the confidence levels of the individual classifiers are weighted depending on the class.
  • the sensor system 10' includes the data processing unit 20', which receives the information from a sensor platform 14* on the one hand and from a further sensor platform 12* and an optional further data source 17* on the other hand. Via the sensor platform 12* (DAQ front end), the rotational speed signal (cf. reference number 16), a vibration signal (cf. reference number 12) and a motor current signal (cf. reference number 16m) and made available to the evaluation unit 20 as sensor data.
  • DAQ front end the rotational speed signal
  • a vibration signal cf. reference number 12
  • a motor current signal cf. reference number 16m
  • the evaluation unit 20 can be used by the machine learning function 35, e.g. B. be expanded to an interface for receiving or unit for detecting damage events.
  • the unit 20 is operated in combination with the machine learning 35 by a GUI 37.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the essential process steps can be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interact that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable.
  • a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interact that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable.
  • embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is operative to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, digital storage medium, or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a recipient.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for transmission of the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed on the part of any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware that is specific to the method, such as an ASIC.
  • the devices described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
  • the methods described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.

Abstract

Sensor system (10) for monitoring the state of a mechanical component or of an installation comprising one or more mechanical components, having the following features: a first sensor (12) that is designed to detect a vibration of the installation and/or of the one or more mechanical components and to output a first sensor signal (12s) according to the vibration; a second sensor (14) that is designed to detect an acoustic signal at the installation or the one or more mechanical components (20) and to output a second sensor signal (14s) according to the acoustic signal; and an evaluation device that is designed to derive a state signal for the installation according to the first and second sensor signal (14s) and according to a rotational speed signal.

Description

Sensorsystem sensor system
Beschreibung description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Sensorsystem zur Zustandsüberwachung einer mechanischen Komponente oder Anlage. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf das Sensorsystem mit Fokus auf das Sensieren, das Sensorsystem mit Fokus auf einen Lernmodus oder auf das Sensorsystem mit Fokus auf weiteren kombinatorischen Aspekten. Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Anlage mit einer oder mehreren mechanischen Komponenten sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm. Embodiments of the present invention relate to a sensor system for monitoring the condition of a mechanical component or plant. Preferred exemplary embodiments relate to the sensor system with a focus on sensing, the sensor system with a focus on a learning mode or on the sensor system with a focus on other combinatorial aspects. A further exemplary embodiment relates to a method for monitoring the condition of a plant with one or more mechanical components and to a corresponding computer program.
Mechanische Anlagen werden beispielsweise mit üblicher schwingungsbasierter Sensorik überwacht (schwingungsbasierte CM-Systeme). Hierbei kommen beispielsweise Vibrationssensoren zum Einsatz. Ein typisches Überwachungsbeispiel eines Vibrationssensors ist eine Windenergieanlage oder der Antriebsstrang einer Lokomotive. Mit Vibrationssensoren können beispielsweise grobe Fehler, wie zum Beispiel Unwuchten, detektiert werden. Bei kleineren beziehungsweise langsamer laufenden Anlagen ist eine Überwachung mit Vibrationssensoren schwierig. Mechanical systems, for example, are monitored using conventional vibration-based sensors (vibration-based CM systems). Vibration sensors, for example, are used here. A typical monitoring example of a vibration sensor is a wind turbine or the drive train of a locomotive. With vibration sensors, for example, gross errors such as imbalances can be detected. In the case of smaller or slower-running systems, monitoring with vibration sensors is difficult.
Ausgehend hiervon besteht der Bedarf nach einem Konzept zur Zustandsüberwachung einer mechanischen Komponente oder Anlage. Based on this, there is a need for a concept for monitoring the condition of a mechanical component or system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Konzept zur Zustandsüberwachung zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss aus Einsatzspektrum, Genauigkeit und Konfigurierbarkeit bietet. The object of the present invention is to create a concept for condition monitoring that offers an improved compromise between range of use, accuracy and configurability.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. The object is solved by the subject matter of the independent patent claims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Sensorsystem zur Zustandsüberwachung einer mechanischen Komponente oder einer Anlage mit einer oder mehreren mechanischen Komponenten. Das Sensorsystem umfasst einen ersten Sensor, wie zum Beispiel einen Vibrationssensor, der ausgebildet ist, eine Vibration der Anlage und/oder der einen oder mehreren mechanischen Komponenten zu detektieren und in Abhängig- keit von der Vibration ein erstes Sensorsignal auszugeben. Das Sensorsystem umfasst ferner einen zweiten Sensor, wie zum Beispiel einen aktiven Acoustic Emission (AE)-Sensor oder einen passiven Acoustic Emission-Sensor, der ausgebildet ist, um ein hochfrequentes Körperschallsignal an der Anlage oder der einen oder mehreren mechanischen Komponenten zu detektieren und um in Abhängigkeit von diesem Signal ein zweites Sensorsignal auszugeben. Synonym für Acoustic Emission wird akustische Emission oder Schallemission z.B. im Sinne von hochfrequentem Körperschall verwendet. Ausgehend von dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal ist eine Auskunft über einen Zustand der Anlage oder der mechanischen Komponente möglich, wobei bei entsprechenden Ausführungsbeispielen je nach Betriebszustand das erste oder das zweite Sensorsignal zu bevorzugen ist. Die Auswahl kann beispielswiese anhand eines Drehzahlsignals bestimmt werden. Deshalb umfasst das Hauptausführungsbeispiel eine Auswertevorrichtung, die ausgebildet ist, um ein Zusatzsignal für die Anlage auf Basis des ersten und zweiten Sensorsignals sowie eines Drehzahlsignals abzuleiten. Embodiments of the present invention create a sensor system for monitoring the condition of a mechanical component or a system with one or more mechanical components. The sensor system includes a first sensor, such as a vibration sensor, which is designed to detect a vibration of the system and / or the one or more mechanical components and depending ability to output a first sensor signal from the vibration. The sensor system also includes a second sensor, such as an active acoustic emission (AE) sensor or a passive acoustic emission sensor, which is designed to detect a high-frequency structure-borne noise signal on the system or the one or more mechanical components and to output a second sensor signal as a function of this signal. Acoustic emission is synonymous with acoustic emission or sound emission, for example in the sense of high-frequency structure-borne noise. Based on the first sensor signal and/or the second sensor signal, information about a state of the system or the mechanical component is possible, with the first or the second sensor signal being preferred in corresponding exemplary embodiments depending on the operating state. The selection can be determined, for example, using a speed signal. The main exemplary embodiment therefore includes an evaluation device which is designed to derive an additional signal for the system on the basis of the first and second sensor signals and a speed signal.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kombination von zwei Sensoren, die beispielsweise Körperschall in unterschiedlichen Frequenzbereichen (Vibration und akustische Emission (AE) im Ultraschallbereich) bestimmen können, ein Zustand wesentlich genauer überwacht werden kann, da je nach Anlage beziehungsweise Betriebszustand der Anlage das eine oder das andere Sensorsignal mehr berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann bei einer langsam drehenden Anlage beziehungsweise bei einer Anlage im langsam drehenden Zustand das zweite Sensorsignal (z. B. auf Ultraschallbasis) stärker gewichtet werden, während bei schnell drehenden Anlagen beziehungsweise einer Anlage im schnell drehenden Zustand das erste Sensorsignal (Vibrationssignal) stärker berücksichtigt wird. Deshalb wird entsprechend Ausführungsbeispielen das Drehzahlsignal beim Sensieren verwendet, um die zwei Sensorsignale unter Berücksichtigung ihrer Drehzahlabhängigkeit miteinander zu fusionieren. Embodiments of the present invention are based on the finding that by combining two sensors, which can determine, for example, structure-borne noise in different frequency ranges (vibration and acoustic emission (AE) in the ultrasonic range), a condition can be monitored much more precisely because, depending on the system or Operating state of the system one or the other sensor signal can be taken into account more. For example, the second sensor signal (e.g. based on ultrasound) can be weighted more heavily in the case of a slowly rotating system or a system in a slowly rotating state, while the first sensor signal (vibration signal) is given greater weight in fast-rotating systems or a system in a rapidly rotating state will. Therefore, according to exemplary embodiments, the speed signal is used during sensing in order to fuse the two sensor signals with one another, taking into account their speed dependency.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine Vibration typischerweise in Form eines Körperschalls vorliegt und zum Beispiel einen Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 100 Hz, bis 500Hz, bis 5kHz, bis 10kHz oder bis 20 kHz haben kann. Ein Signal aus einem Schallemissionsereignis herrührend hat typischerweise einen Frequenzbereich von > 100 Hz, >500Hz, >5kHz, >10kHz oder >20 kHz. Entsprechend einer bevorzugten Varianten > 20 kHz, d.h. außerhalb des „hörbaren Bereichs“. Anstelle des akustischen Audiosignals kann ein akustisches Audiosignal verwendet werden. Das das akustische Audiosignal kann aus einem Schallemissionsereignis herrührt und/oder im Bereich größer 0,1 Hz, größer 0,1 kHz, größer 0,5 Hz, größer 0,5kHz oder größer 10kHz liegt. At this point it should be noted that a vibration is typically in the form of structure-borne noise and can have a frequency range of 0.1 Hz to 100 Hz, to 500 Hz, to 5 kHz, to 10 kHz or to 20 kHz, for example. A signal resulting from an acoustic emission event typically has a frequency range of > 100 Hz, > 500 Hz, > 5 kHz, > 10 kHz or > 20 kHz. Corresponding to a preferred variant > 20 kHz, ie outside the "audible range". An acoustic audio signal can be used instead of the acoustic audio signal. The acoustic audio signal can originate from an acoustic emission event and/or be in the range of more than 0.1 Hz, more than 0.1 kHz, more than 0.5 Hz, more than 0.5 kHz or more than 10 kHz.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird zur Bestimmung der Drehzahl der Anlage oder der einen oder mehreren mechanischen Komponenten ein dritter Sensor eingesetzt, der die Drehzahl detektiert und in Abhängigkeit von der Drehzahl das Drehzahlsignal ausgibt. Alternativ kann die Auswertevorrichtung ausgebildet sein, um das Drehzahlsignal auf Basis des ersten und/oder zweiten Sensorsignals zu bestimmen. Insofern verwendet die Auswertevorrichtung vorteilhafterweise das Drehzahlsignal, z. B. um das erste und das zweite Sensorsignal zueinander zu gewichten beziehungsweise zu präferieren. According to exemplary embodiments, a third sensor is used to determine the rotational speed of the system or of the one or more mechanical components, which sensor detects the rotational speed and outputs the rotational speed signal as a function of the rotational speed. Alternatively, the evaluation device can be designed to determine the speed signal on the basis of the first and/or second sensor signal. In this respect, the evaluation device advantageously uses the speed signal, e.g. B. to weight or prefer the first and the second sensor signal to each other.
Somit ist es also vorteilhafterweise möglich, durch die Verwendung beziehungsweise das Hinzuziehen des Drehzahlsignals, breite Klassen von Anwendungen zu erschließen und das Messsystem schnell an relevante Phänomene anzupassen. Durch die Auswertung von verschiedenen Frequenzbereichen wird außerdem eine Robustheit durch Kombination der Analyse in verschiedenen Frequenzbereichen gesteigert. It is thus advantageously possible, by using or adding the speed signal, to open up broad classes of applications and to quickly adapt the measuring system to relevant phenomena. The evaluation of different frequency ranges also increases robustness by combining the analysis in different frequency ranges.
Deshalb umfasst die Auswertevorrichtung einen Fusionierer, der ausgebildet ist, das erste und das zweite Sensorsignal zu fusionieren, gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Drehzahlsignals. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Fusionierer ausgebildet sein, um das erste und das zweite Sensorsignal unter Berücksichtigung einer Gewichtung, die von der Drehzahl abhängig ist, zu fusionieren. Beispielweise ist der Anteil des zweiten Sensorsignals umso größer, umso geringer die Drehzahl ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das Ergebnis dieser Fusionierung und anschließenden Auswertung ein Zustandssignal, das beispielsweise eine Wartungsinformation ausgibt und/oder einen Wartungsbedarf anzeigt. Therefore, the evaluation device includes a fuser, which is designed to fuse the first and the second sensor signal, possibly taking the speed signal into account. In accordance with exemplary embodiments, the fuser can be designed to fuse the first and the second sensor signal, taking into account a weighting that depends on the rotational speed. For example, the portion of the second sensor signal is larger, the lower the speed is. According to exemplary embodiments, the result of this merging and subsequent evaluation is a status signal which, for example, outputs maintenance information and/or indicates a need for maintenance.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel werden die Sensorsignale (erstes und zweites) beziehungsweise das Drehzahlsignal über die Zeit erfasst und ausgewertet und/oder gespeichert. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Auswertevorrichtung ausgebildet, um eine Veränderung des ersten und/oder des zweiten Sensorsignals und/oder des Drehzahlsignals über die Zeit zu erkennen. Beispielsweise kann die Auswertevorrichtung eine Veränderung des ersten und zweiten Sensorsignals in jeweils paarweiser Kombination über den jeweiligen Zeithorizont erkannt werden. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es denkbar, dass die Auswertevorrichtung die Veränderung des ersten und zweiten Sensorsignals zusammen mit dem Drehzahlsignal, das heißt also in Kombination aller drei Signale, über die Zeit beziehungsweise den jeweiligen Zeithorizont erkennt. Das Auswerten über die Zeit hat den Vorteil, dass gegebenenfalls unterschiedliche Drehzahlen über die Zeit angefahren werden, wobei durch die Erkennung über die Zeit hier die Kombination der Informationen für die unterschiedlichen Drehzahlpunkte möglich ist. Beim Anfahren einer Anlage beispielsweise wird erst ein niedriges Drehzahlband und dann ein hohes Drehzahlband angefahren, so dass beispielsweise im hohen Drehzahlbereich Unwuchten, Fehlausrichtungen, Biegeschwingungen der Antriebswelle oder ähnliches erkannt werden, wobei in einem niedrigen Drehzahlbereich dann Schäden am Lagerkäfig, defekte Wälzkörper, fehlende Schmierungen und Verzahnungsschäden erkennbar sind. Im niedrigen Drehzahlbereich wird bevorzugter Weise der Körperschall analysiert, während im hohen Drehzahlbereich bevorzugter Weise das Ultraschallsignal ausgewertet wird. Allgemein ausgedrückt erfordern verschiedene Phänomene Messungen in verschiedenen Frequenzbereichen. Es sei angemerkt, dass der Frequenzbereich des Phänomens aber nicht unbedingt mit der Drehzahl zusammenhängt. Die Frequenzbereiche sind je nach Größe und Antriebsstrang unterschiedlich, hängen aber im Regelfall alle von der Drehzahl ab. According to one embodiment, the sensor signals (first and second) or the speed signal are recorded over time and evaluated and/or stored. According to exemplary embodiments, the evaluation device is designed to detect a change in the first and/or the second sensor signal and/or the speed signal over time. For example, the evaluation device can detect a change in the first and second sensor signals in pairs in each case over the respective time horizon. Corresponding to further exemplary embodiments it would be conceivable for the evaluation device to detect the change in the first and second sensor signals together with the speed signal, that is to say in a combination of all three signals, over time or the respective time horizon. Evaluation over time has the advantage that different speeds may be approached over time, with the combination of information for the different speed points being possible here as a result of the detection over time. When starting a system, for example, a low speed range is first approached and then a high speed range, so that, for example, in the high speed range, imbalances, misalignment, bending vibrations of the drive shaft or similar are detected, with damage to the bearing cage, defective rolling elements, missing lubrication in a low speed range and gearing damage can be seen. Structure-borne noise is preferably analyzed in the low speed range, while the ultrasonic signal is preferably evaluated in the high speed range. Generally speaking, different phenomena require measurements in different frequency ranges. It should be noted that the frequency range of the phenomenon is not necessarily related to speed. The frequency ranges vary depending on the size and drive train, but generally all depend on the speed.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um eine Vorklassifikation des ersten und/oder des zweiten Sensorsignals durchzuführen, um vorklassifizierte erste und/oder zweite Sensorsignale auszugeben. Vorteilhafterweise kann mit einer Vorklassifikation die Indikationswirkung beziehungsweise Indikationsfähigkeit der einzelnen Signale erkannt werden. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen erfolgt eine Klassifikation pro Sensor, was die Skalierbarkeit ermöglicht. Bei der Vorklassifikation wird beispielsweise das Sensorsignal dahingehend ausgewertet, ob relevante Anteile vorhanden sind oder nicht. Hierdurch wird dann auch der Berechnungsaufwand bei der allgemeinen Auswertung reduziert. According to exemplary embodiments, it would also be conceivable for the evaluation device to be designed to carry out a pre-classification of the first and/or the second sensor signal in order to output pre-classified first and/or second sensor signals. Advantageously, the indication effect or indication capability of the individual signals can be recognized with a pre-classification. According to preferred exemplary embodiments, there is a classification per sensor, which enables scalability. In the pre-classification, for example, the sensor signal is evaluated to determine whether relevant parts are present or not. This then also reduces the calculation effort for the general evaluation.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Auswertevorrichtung mit Trainingsdaten trainiert werden. Das Sensorsystem umfasst hierzu eine Eingabeschnittstelle, bei welcher ein Schadensereignis der Auswertevorrichtung von extern angezeigt werden kann. Alternativ kann auch ein weiterer Sensor vorhanden sein, der den Schaden an der Anlage oder mechanischen Komponente direkt detektiert. Die Auswertevorrichtung ist, insbesondere während des Lernmodus, dazu ausgebildet, das Schadensereignis in Kombination mit den aufgezeichneten Werten des ersten und/oder des zweiten Sensorsignals und in Kombination mit dem Drehzahlsignal abzuspeichern, um für die Anlage oder einer vergleichbaren Anlage als Referenz verwendet zu werden. Bei diesem Anlernen wird evaluiert, in welchem Sensorsignal beziehungsweise in der Kombination welcher Sensorsignale das Schadensereignis gut detektierbar ist. Der Berechnungsaufwand wird reduziert, wenn mit vorklassifizierten Daten gearbeitet wird. Die Auswertevorrichtung ist entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ausgebildet, um ein Schadensereignis in Kombination mit den Werten als Lerndaten für einen selbstlernenden Algorithmus oder einen Kl-Algorithmus abzuspeichern. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der selbstlernende Algorithmus beziehungsweise der Kl-Algorithmus ausgebildet, bei Ausführung Indikatoren für eine Zustandsänderung bei der Zustandsüberwachung zu erkennen. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der selbstlernende Algorithmus beziehungsweise Kl-Algorithmus ausgebildet sein, Zustandsklassifikationen nach Art und Auftreten eines Schadensereignisses durchzuführen. Hierbei werden zumindest das erste und das zweite Sensorsignal sowie das Drehzahlsignal verwendet. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der selbstlernende Algorith- mus/KI-Algorithmus ausgebildet, um die Verwendung des ersten und zweiten Sensorsignals zueinander zur Ermittlung einer Gesamtklassifikation in Abhängigkeit von der Drehzahl zu gewichten. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der selbstlernende Algo- rithmus/KI-Algorithmus ausgebildet, eine Kennlinie der Gewichtung des ersten und des zweiten Sensorsignals zueinander in Abhängigkeit von einer Drehzahl zu bestimmen. Diese Kennlinie kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass das erste Sensorsignal bei niedrigerer Drehzahl höher gewichtet wird als das zweite Sensorsignal, während bei einer zunehmenden Drehzahl sich die Gewichtung entsprechend verändert, so dass dann das zweite Sensorsignal höher gewichtet wird als das erste. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der selbstlernende Algorithmus ausgebildet, einen Sensorausfall zu de- tektieren und in diesem Fall eine Zustandsklassifikation auf Basis der noch vorhandenen Sensorsignale durchzuführen. According to exemplary embodiments, the evaluation device can be trained with training data. For this purpose, the sensor system comprises an input interface, in which a damage event can be displayed externally to the evaluation device. Alternatively, another sensor can also be present, which directly detects the damage to the system or mechanical component. The evaluation device is designed, in particular during the learning mode, to store the damage event in combination with the recorded values of the first and/or the second sensor signal and in combination with the speed signal in order to use it for the system or a comparable Attachment to be used as a reference. During this training, it is evaluated in which sensor signal or in the combination of which sensor signals the damage event can be easily detected. The calculation effort is reduced when working with pre-classified data. According to further exemplary embodiments, the evaluation device is designed to store a damage event in combination with the values as learning data for a self-learning algorithm or a AI algorithm. According to exemplary embodiments, the self-learning algorithm or the KI algorithm is designed to recognize indicators for a status change in the status monitoring during execution. According to exemplary embodiments, the self-learning algorithm or AI algorithm can be designed to carry out status classifications according to the type and occurrence of a damage event. At least the first and second sensor signals and the speed signal are used here. According to further exemplary embodiments, the self-learning algorithm/AI algorithm is designed to weight the use of the first and second sensor signals relative to one another to determine an overall classification as a function of the rotational speed. In accordance with further exemplary embodiments, the self-learning algorithm/AI algorithm is designed to determine a characteristic curve for the weighting of the first and second sensor signals relative to one another as a function of a rotational speed. This characteristic can, for example, be designed in such a way that the first sensor signal is weighted more heavily than the second sensor signal at a lower speed, while the weighting changes accordingly with an increasing speed, so that the second sensor signal is then weighted more heavily than the first. According to further exemplary embodiments, the self-learning algorithm is designed to detect a sensor failure and, in this case, to carry out a status classification on the basis of the sensor signals that are still present.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel ist die Auswertevorrichtung auch im Lernmodus ausgebildet, um eine Vorklassifikation des ersten und/oder zweiten Sensorsignals durchzuführen, um vorklassifizierte erste und/oder zweite Sensorsignale auszugeben, oder um für das erste Sensorsignal eine Vorklassifikation durchzuführen und um für das zweite Sensorsignal eine Vorklassifikation durchzuführen, um vorklassifizierte erste und/oder zweite Sensorsignale auszugeben. Alternativ kann die Auswertevorrichtung ausgebildet sein, um einen selbstlernenden Algorithmus/Kl-Algorithmus auszuführen, der ausgebildet ist, um vorklassifizierte erste und/oder zweite Sensorsignale oder die ersten und/oder zweiten Sensorsignale hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, oder um die vorklassifizierten ersten und/oder zweiten Sensorsignale oder die ersten und/oder zweiten Sensorsignale hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, um eine Gewichtung oder Auswahl des jeweiligen ersten oder zweiten Sensorsignals für eine Fusionierung (als Zwischenebenen der Kl) abzuleiten. Alternativ kann der selbstlernende Algorithmus beziehungsweise Kl- Algorithmus ausgebildet sein, um die vorklassifizierten ersten und/oder zweiten Sensorsignale oder die ersten und/oder zweiten Sensorsignale in ihrer Beziehung zu dem Drehzahlsignal hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, oder um die vorklassifizierten ersten und/oder zweiten Sensorsignale oder die ersten und/oder zweiten Sensorsignale in ihrer Beziehung zu dem Drehzahlsignal hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, um unter Berücksichtigung des Drehzahlsignals eine Gewichtung oder Auswahl des jeweiligen ersten oder zweiten Sensorsignals für eine Fusionierung (als Zwischenebenen der Kl) abzuleiten. According to one exemplary embodiment, the evaluation device is also designed in the learning mode to carry out a pre-classification of the first and/or second sensor signal, to output pre-classified first and/or second sensor signals, or to carry out a pre-classification for the first sensor signal and to carry out a pre-classification for the second sensor signal perform to output pre-classified first and / or second sensor signals. Alternatively, the evaluation device can be designed to execute a self-learning algorithm/K1 algorithm, which is designed to analyze pre-classified first and/or second sensor signals or the first and/or second sensor signals with regard to their indication capability, or to analyze the pre-classified first and/or or second sensor signals or the first and/or second sensor signals to analyze with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first or second sensor signal for a merger (as intermediate levels of the class). Alternatively, the self-learning algorithm or Kl algorithm can be designed to analyze the preclassified first and/or second sensor signals or the first and/or second sensor signals in their relationship to the speed signal with regard to their indication capability, or to analyze the preclassified first and/or second To analyze sensor signals or the first and/or second sensor signals in relation to the speed signal with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first or second sensor signal for a merger (as intermediate levels of Kl) taking into account the speed signal.
Bezüglich der Funktionsweise sei angemerkt, dass der Selbstlernalgorithmus beziehungsweise Kl-Algorithmus ausgebildet ist, für das Lernen zufällig die ersten und zweiten Sensorwerte oder den Drehzahlwert auf null oder einen vorbestimmten Wert zu setzen. Hierdurch kann vorteilhafter Weise erkannt werden, ob der jeweilige Sensorwert aktuell eine Aussagekraft bietet. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel wird für das Lernen der erste und der zweite Sensorwert getrennt klassifiziert, um einen kombinierten Klassifikator zu trainieren oder um alle Sensorwerte zusammen mit der Drehzahl zu klassifizieren, um einen kombinierten Klassifikator zu trainieren. Alternativ können die Sensorwerte zusammen mit der Drehzahl klassifiziert und trainiert werden. With regard to the mode of operation, it should be noted that the self-learning algorithm or AI algorithm is designed to randomly set the first and second sensor values or the speed value to zero or a predetermined value for the learning. In this way, it can advantageously be recognized whether the respective sensor value is currently meaningful. According to one embodiment, for the learning, the first and second sensor values are classified separately to train a combined classifier or to classify all sensor values together with the speed to train a combined classifier. Alternatively, the sensor values can be classified and trained together with the speed.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Sensorsystem, bei welchem ein zusätzlicher erster und ein zusätzlicher zweiter oder auch ein zusätzlicher Sensor anderer Art vorgesehen ist. Die Auswertefunktion ist dann ausgebildet, um den zusätzlichen ersten/zusätzlichen zweiten/zusätzlichen anderen Sensor bei der Auswertung beziehungsweise auch beim Training mit zu berücksichtigen. Beispiel für Sensoren eines anderen Typs sind Temperatursensoren (Thermographie) oder Motorstromsensoren. A further exemplary embodiment creates a sensor system in which an additional first and an additional second or also an additional sensor of a different type is provided. The evaluation function is then designed to take into account the additional first/additional second/additional other sensor in the evaluation or also in the training. Examples of sensors of another type are temperature sensors (thermography) or motor current sensors.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen jeder erste und/oder jeder zweite Sensor auf einer eigenen Einheit angeordnet sein kann. Alternativ kann das Sensorsystem auch nur eine Einheit umfassen, die den ersten und den zweiten Sensor aufweist. At this point it should be noted that, according to exemplary embodiments, each first and/or each second sensor can be arranged on a separate unit. Alternatively, the sensor system can also include only one unit, which has the first and the second sensor.
Bezüglich der Anlage sei angemerkt, dass diese entsprechend einem Ausführungsbeispiel eine Rotationseinheit, wie zum Beispiel eine rotierende Welle, zumindest ein rotarisches Lager oder zumindest ein mechanisches Lager aufweist. Hierbei kann also die eine oder mehreren mechanischen Komponenten eine Lagerung einer Welle darstellen oder die Welle selbst. With regard to the system, it should be noted that, according to one embodiment, this is a rotary unit, such as a rotating shaft, at least one rotary Bearing or at least has a mechanical bearing. In this case, the one or more mechanical components can represent a shaft bearing or the shaft itself.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Anlage mit einer oder mehreren mechanischen Komponenten. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: A further exemplary embodiment provides a method for monitoring the condition of a system with one or more mechanical components. The procedure includes the following steps:
- Detektieren einer Vibration an der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten mittels eines ersten Sensors und Ausgeben eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von der Vibration; - Detecting a vibration on the system or the one or more mechanical components by means of a first sensor and outputting a first sensor signal as a function of the vibration;
- Detektieren eines Schallemissionssignals an der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten mit einem zweiten Sensor und Ausgeben eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit von dem Schallemissionssignals; und - Detecting an acoustic emission signal on the system or the one or more mechanical components with a second sensor and outputting a second sensor signal as a function of the acoustic emission signal; and
- Erfassen der Drehzahl der Anlage; und - Detection of the speed of the system; and
- Ableiten eines Zustandssignals für die Anlage auf Basis des ersten und/oder zweiten Sensorsignals und der Drehzahl der Anlage. - Deriving a status signal for the system based on the first and/or second sensor signal and the speed of the system.
Das Verfahren kann entsprechend Ausführungsbeispielen computerimplementiert sein, so dass ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens oder zumindest eines Verfahrensschritts geschaffen wird, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. According to exemplary embodiments, the method can be computer-implemented, so that a computer program with a program code for carrying out the method explained above or at least one method step is created when the program runs on a computer.
Weitere Bildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Further formations are defined in the dependent claims. Exemplary embodiments of the present invention are explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 a ein schematisches Blockschaltbild eines Messsystems gemäß einemFig. 1 a is a schematic block diagram of a measurement system according to a
Basisausführungsbeispiel; basic embodiment;
Fig. 1 b eine schematische Darstellung zur Illustration von unterschiedlichenFig. 1 b is a schematic representation to illustrate different
Frequenzbereichen zur Zustandsüberwachung zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen; Frequency ranges for condition monitoring to explain exemplary embodiments;
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Fig. 1 c und 1d eine schematische Darstellung eines Messsystems bei einer konkre- ten Anwendung gemäß Ausführungsbeispielen; ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA/EP 1c and 1d show a schematic representation of a measuring system in a specific application according to exemplary embodiments;
Fig. 1 e eine schematische Darstellung zur Illustration einer Messung mit demFig. 1 e is a schematic representation to illustrate a measurement with the
Messsystem aus Fig. 1 c zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen; Measuring system from FIG. 1 c for explaining exemplary embodiments;
Fig. 1f bis h schematische Diagramme zur Darstellung von möglichen Testergebnissen zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen; 1f to h schematic diagrams for the representation of possible test results for the explanation of exemplary embodiments;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Auswertelogik zugehörig zu dem Messsystem gemäß Ausführungsbeispielen; und 2 shows a schematic block diagram of an evaluation logic associated with the measuring system according to exemplary embodiments; and
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erweiterten Messsystems gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. 3 shows a schematic representation of an extended measurement system according to further exemplary embodiments.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Element und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist. Before exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the figures, it should be noted that elements and structures that have the same effect are provided with the same reference symbols, so that the description of them can be applied to one another or are interchangeable.
Fig. 1 a zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Messsystems 10 mit einem ersten Sensor 12 und einem zweiten Sensor 14. Darüber hinaus ist ein optionaler dritter Sensor 16 illustriert. Alle Sensoren 12 bis 16 sind mit einer Auswerteeinheit 18 verbunden. 1a shows a schematic block diagram of a measuring system 10 with a first sensor 12 and a second sensor 14. In addition, an optional third sensor 16 is illustrated. All sensors 12 to 16 are connected to an evaluation unit 18 .
Bei dem ersten Sensor 12 handelt es sich beispielsweise um einen Vibrationssensor, der ausgebildet ist, bei einer zu überwachenden Anlage beziehungsweise einer Komponente 20 einer zu überwachenden Anlage, hier eine Achse 20, Vibrationen zu detektieren und ein entsprechendes Sensorsignal 12s auszugeben. Frequenzen dieses Sensors liegen im Bereich von 0,1 Hz beziehungsweise 10 kHz oder sogar 20 kHz, je nach Dimensionierung. Bevorzugter Weise misst der Vibrationssensor 12 Vibrationen beziehungsweise niederfrequenten Körperschall, die z.B. in einem Frequenzbereich von 0,1 bis 100 Hz oder von 0,5 bis 500 Hz liegen oder allgemein 0,1 Hz bis 20 kHz. Je nach Implementierung können aber auch höhere Frequenzen, z. B. bis 5 kHz, 10 kHz oder 20 kHz gemessen werden, so dass sich dann also ein Messbereich von 0,1 Hz bis 5/10/20 kHz einstellt. Insofern kann allgemein gesprochen der Sensor 12 dazu ausgebildet sein, um Körperschall im hörbaren Be- reich zu detektieren. Der Sensor 14 detektiert ebenfalls Körperschall, allerdings bevorzugter Weise im höheren Frequenzbereich, z. B. ab 500 Hz oder 1 kHz oder ab 10 kHz oder 20 kHz, das heißt also im hörbaren Bereich oder Ultraschallbereich (allgemein gesprochen, akustische Emissionen). Entsprechend einer bevorzugten Variante kann akustische Emission (AE), z.B. im Ultraschallbereich, d.h. > 20 kHz (vgl. oben) gemessen werden. Der Sensor kann beispielsweise als passiver Acoustic Emission-Sensor ausgeführt sein. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen ergänzen die Sensoren 12 und 14 sich so, dass ihre Frequenzbereiche aneinander angrenzen beziehungsweise teilweise überlappen, um insgesamt einen sehr breiten Messbereich abzudecken. The first sensor 12 is, for example, a vibration sensor that is designed to detect vibrations in a system to be monitored or a component 20 of a system to be monitored, here an axle 20, and to output a corresponding sensor signal 12s. The frequencies of this sensor are in the range of 0.1 Hz, 10 kHz or even 20 kHz, depending on the dimensioning. The vibration sensor 12 preferably measures vibrations or low-frequency structure-borne noise, which are, for example, in a frequency range from 0.1 to 100 Hz or from 0.5 to 500 Hz or generally 0.1 Hz to 20 kHz. Depending on the implementation, higher frequencies, e.g. B. up to 5 kHz, 10 kHz or 20 kHz can be measured, so that a measuring range of 0.1 Hz to 5/10/20 kHz is then set. In this respect, generally speaking, the sensor 12 can be designed to detect structure-borne noise in the audible range. rich to detect. The sensor 14 also detects structure-borne noise, but preferably in the higher frequency range, z. B. from 500 Hz or 1 kHz or from 10 kHz or 20 kHz, i.e. in the audible range or ultrasonic range (generally speaking, acoustic emissions). According to a preferred variant, acoustic emission (AE), for example in the ultrasonic range, ie >20 kHz (cf. above) can be measured. The sensor can be designed as a passive acoustic emission sensor, for example. According to preferred exemplary embodiments, the sensors 12 and 14 complement one another in such a way that their frequency ranges border one another or partially overlap in order to cover a very broad measurement range overall.
Ausgehend von der ermittelten Schallemission der Komponente 20 gibt der Sensor 14 ein Messsignal 14s ab. Based on the noise emission determined by component 20, sensor 14 emits a measurement signal 14s.
Wie anhand von Fig. 1 b dargestellt ist, sind unterschiedliche Schadensereignisse in unterschiedlichen Frequenzbereichen besser detektierbar. Beispielsweise wird anhand einer Windenergieanlage 20w erläutert, welche Schadensereignisse in welchem Frequenzbereich gut zu detektieren sind. Das Spektrum s20w des Windrads 20w erstreckt sich von 0,1 bis 25000 einer beliebigen Einheit (z. B. Hertz). Im Bereich 0,1 bis 1000 können beispielsweise Resonanzen im Antriebsstrang des Windrades auftreten. Diese deuten auf eine Unwucht, eine Fehlausrichtung oder eine Biegeschwingung der Antriebswelle hin. Die (geometrieabhängige) Wellenlänge und die Frequenz einer sich ausbreitenden (Längs-/Druck-) Schwingung lassen sich anhand der Formel Csoiid = F miteinander in Beziehung setzen, wobei Csoiid die Schallgeschwindigkeit im Material und F die Frequenz und X die Wellenlänge darstellt. Im Bereich 20 bis 25000 sind andere Schadensereignisse, wie zum Beispiel Schäden am Lagerkäfig, defekte Wälzkörper, fehlende Schmierung oder Verzahnungsschäden, gut erkennbar. Bei Verwendung des Sensorsystems 10 aus Fig. 1 a ist sozusagen vorteilhafterweise ein Schadensereignis im niedrigen Frequenzbereich unter Zuhilfenahme des Sensors 12 und ein Schadensereignis zugehörig zu einem hohen Frequenzbereich unter Zuhilfenahme des Sensors 14 detektierbar. Häufig ist je Schadensereignis nicht das gesamte mit dem einzelnen Sensor 12 oder 14 gemessene Spektrum relevant, sondern nur einzelne Frequenzen. As shown in FIG. 1b, different damage events can be detected better in different frequency ranges. For example, a wind energy plant 20w is used to explain which damage events are easy to detect in which frequency range. The spectrum s20w of the wind turbine 20w extends from 0.1 to 25000 of any unit (e.g. Hertz). In the range from 0.1 to 1000, for example, resonances can occur in the drive train of the wind turbine. These indicate imbalance, misalignment, or flexural vibration in the driveshaft. The (geometry dependent) wavelength and frequency of a propagating (longitudinal/compression) vibration can be related using the formula Csoiid = F, where Csoiid is the speed of sound in the material, F is the frequency and X is the wavelength. In the 20 to 25,000 range, other damage events, such as damage to the bearing cage, defective rolling elements, lack of lubrication or toothing damage, are easily recognizable. When using the sensor system 10 from FIG. 1a, a damage event in the low frequency range can be detected with the aid of the sensor 12 and a damage event associated with a high frequency range can be detected with the aid of the sensor 14. Frequently, not the entire spectrum measured with the individual sensor 12 or 14 is relevant for each damage event, but only individual frequencies.
Deshalb ist entsprechend optionalen Ausführungsbeispielen die Auswerteeinheit 18 dazu ausgebildet, jedes Sensorsignal 12s und 14s vorher zu klassifizieren. Hierbei wird die Auswertung auf das jeweilige Frequenzspektrum gerichtet. Das relevante Spektrum bezie- hungsweise der relevante Frequenzbereich kann je nach Drehzahl variieren, wie im Diagramm aus Fig. 1 b anhand der unterschiedlichen Fehlereignisse in den unterschiedlichen Frequenzen 0,1 bis 1000 beziehungsweise 20 bis 25 erkennbar ist. Auch um hier unterscheiden zu können, wird bei der Bewertung ausgehend von einer Drehzahl N zwischen den einzelnen Sensoren 12 und 14 hin- und hergeschaltet beziehungsweise die Präferenz auf eines der Sensorsignale 12s beziehungsweise 14s gelegt. Insofern ist die Auswerteeinheit 18 dazu ausgebildet, ausgehend von der Drehzahl N der Komponente 20, die mittels des Sensors 16 ermittelt wird, die Sensorsignale 12s beziehungsweise 14s auszuwählen beziehungsweise bevorzugt zur Auswertung hinzuzuziehen. Additiv kann auch innerhalb des Sensorsignals 12s beziehungsweise 14s die Drehzahl mitberücksichtigt werden, um die Auswertung des Signals 12s beziehungsweise 14s zu verbessern. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann das Berücksichtigen der Drehzahl N beim Auswählen des Sensorsignals 12s beziehungsweise 14s dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit von der Drehzahl N eine Gewichtung des einen Sensorsignals (1 aus 12s + 14s) gegenüber dem anderen Sensorsignal 12s beziehungsweise 14s erfolgt. Die Gewichtung kann zwischen 0 und 100 % variieren. Therefore, according to optional exemplary embodiments, the evaluation unit 18 is designed to classify each sensor signal 12s and 14s beforehand. Here, the evaluation is directed towards the respective frequency spectrum. The relevant spectrum Alternatively, the relevant frequency range can vary depending on the speed, as can be seen in the diagram from FIG. Also in order to be able to differentiate here, in the evaluation based on a rotational speed N, switching back and forth is made between the individual sensors 12 and 14 or preference is given to one of the sensor signals 12s or 14s. In this respect, the evaluation unit 18 is designed to select the sensor signals 12s or 14s or, preferably, to use them for the evaluation, based on the rotational speed N of the component 20, which is determined by means of the sensor 16. In addition, the rotational speed can also be taken into account within the sensor signal 12s or 14s in order to improve the evaluation of the signal 12s or 14s. According to one exemplary embodiment, the speed N can be taken into account when selecting the sensor signal 12s or 14s by weighting one sensor signal (1 from 12s + 14s) relative to the other sensor signal 12s or 14s as a function of the speed N. The weight can vary between 0 and 100%.
Die Berücksichtigung von unterschiedlichen Frequenzbereichen in Abhängigkeit von der Drehzahl ermöglicht eine Anpassung an relevante Phänomene einerseits und andererseits auch ein breites Anwendungsspektrum mit demselben Sensorsystem 10. Beispielsweise kann mittels desselben Sensorsystems 10 auch der Antriebsstrang einer Lok 20I oder der Rollenförderer 20r mit überwacht werden. Der relevante Bereich s20l des Antriebsstrangs der Lok liegt beispielsweise zwischen 0,8 und 30k einer beliebigen Einheit (z. B. Hertz), während der relevante Frequenzbereich des Rollenförderers 20r, der mit dem Bezugszeichen s20r versehen ist, zwischen 5k und 50k liegt. Wie zu erkennen ist, sind die hohen Werte, z. B. 20k bis 50k dem Ultraschallbereich zuzuordnen, während für die niedrigen Frequenzbereiche 0,1 bis 1000 der relevante niedrige Bereich zwischen 0,8 bis 20k einer Vibration zuzuordnen sind. Die Kombination der zwei Sensoren 12 und 14 zu einem Sensorsystem 10 erhöht insgesamt die Robustheit der Analyse. Bezug nehmend auf Fig. 1c, 1 d und 1 e wird nun eine exemplarische Anwendung des Sensorsystems 10 an einem Elektromotor 20e erläutert. Der Elektromotor 20e ist beispielsweise an seinem Abtrieb mit einem Vibrationssensor 12 ausgestattet. Der Abtrieb ist mit einer Welle 20 verbunden, die von einem akustischen Emissionssensor 14 überwacht wird. Der Sensor 14 ist, wie anhand von Fig. 1 d zu erkennen ist, im Bereich eines Wälzlagers 20b angebracht. Als Messsignal dient hier nicht ein Drehzahlsensor, wie in Fig. 1 a, da hier vom Elektromotor 20e in einfacher Weise über die Elektronik 21 ein Drehzahlsignal abgegriffen werden kann. Die Elektronik 21 erhält auch die Sensorsignale 12s und 14s der Sensoren 12 und 14. The consideration of different frequency ranges depending on the speed enables an adaptation to relevant phenomena on the one hand and on the other hand also a wide range of applications with the same sensor system 10. For example, the drive train of a locomotive 20I or the roller conveyor 20r can also be monitored using the same sensor system 10. The relevant range s20l of the drive train of the locomotive is, for example, between 0.8 and 30k of any unit (e.g. Hertz), while the relevant frequency range of the roller conveyor 20r, which is provided with the reference sign s20r, is between 5k and 50k. As can be seen, the high values, e.g. B. 20k to 50k can be assigned to the ultrasonic range, while for the low frequency ranges 0.1 to 1000 the relevant low range between 0.8 to 20k can be assigned to a vibration. The combination of the two sensors 12 and 14 to form a sensor system 10 increases the overall robustness of the analysis. Referring to FIGS. 1c, 1d and 1e, an exemplary application of the sensor system 10 to an electric motor 20e will now be explained. The electric motor 20e is equipped with a vibration sensor 12 at its output, for example. The output is connected to a shaft 20 which is monitored by an acoustic emission sensor 14. As can be seen from FIG. 1d, the sensor 14 is attached in the area of a roller bearing 20b. A speed sensor is not used here as the measurement signal, as in FIG Way on the electronics 21, a speed signal can be tapped. Electronics 21 also receives sensor signals 12s and 14s from sensors 12 and 14.
In Fig. 1 e ist das aktuelle Messergebnis dargestellt. Mittels der zwei Sensoren 12 und 14 wird die Vibration, z. B. herrührend von einer ungewuchteten Masse (unbalanced mass 20m) ermittelt. Dieses Signal ist über die Zeit in Diagramm 12s + 14s dargestellt. Durch die Auswerteeinheit wird ein pre-processing betrieben, so dass sich das Diagramm prei2s+ 14s einstellt. Da aktuell, wie anhand des Wertes für die Masse 20m dargestellt ist, kein Balancegewicht vorherrscht, wird dann im Analyseergebnis festgestellt, dass hier kein Schadensereignis vorliegt. Um das Diagramm 12s + 14s aus den zwei Sensorsignalen 12s und 14s zu generieren, wird hier noch der Betriebsparameter Drehzahl hinzugezogen. Mit diesem Aufbau können unterschiedliche Schadensereignisse illustriert werden. Im Zusammenhang mit den Fig. 1f bis 1 h wird nun anhand von drei Diagrammen das pre-processing und Erkennen von Schadensereignissen erläutert. The current measurement result is shown in FIG. 1e. By means of the two sensors 12 and 14, the vibration, z. B. originating from an unbalanced mass (unbalanced mass 20m) determined. This signal is shown over time in diagram 12s + 14s. A pre-processing is carried out by the evaluation unit, so that the diagram appears for 2s + 14s. Since there is currently no balance weight, as shown by the value for the mass 20m, the result of the analysis then states that there is no damage event here. In order to generate the diagram 12s + 14s from the two sensor signals 12s and 14s, the operating parameter speed is also used here. Different damage events can be illustrated with this structure. In connection with FIGS. 1f to 1h, the pre-processing and detection of damage events will now be explained using three diagrams.
Fig. 1f zeigt drei akustische Emissionssignale über die Zeit aufgetragen, die sich wie folgt zusammensetzen: ein „burst type signal“ 23b weist über die Zeit einzelne Impulse 23bp auf, welche auf Beschädigungen von Komponenten (hier des Wälzkörpers) Rückschlüsse erlauben. Dieses „burst type signal“ (Burst Signal) 23b wird mit einem „continuous signal“ (kontinuierlichem Rauschsignal, hier das „Hintergrundrauschen“ des Antriebsstrangs im Betrieb) 23c überlagert, um das „mixed mode signal“ (gemischtes Signal) 23m zu erhalten, das dem messtechnisch erfassten Sensorsignal entspricht. In Fig. 1 g ist eine synthetische Kombination dieses „mixed signals“ 23m dargestellt. Dieses wird mit einem am Demonstrator gemessenen Signal aus Fig. 1f verglichen. Wie zu erkennen ist, ist der Signalverlauf sehr ähnlich zu dem synthetischen Signal. Beim Signal aus 1 h ist ein sogenannter „lead break test“ mit einem „bürst“ durchgeführt. Der Lead break Test erfolgt beispielsweise bei stehendem Antrieb und erzeugt einen Burst, der ungefähr dem Signal a) aus Fig. 1f) entspricht. 1f shows three acoustic emission signals plotted over time, which are made up as follows: a “burst type signal” 23b has individual pulses 23bp over time, which allow conclusions to be drawn about damage to components (here the rolling element). This "burst type signal" (burst signal) 23b is superimposed with a "continuous signal" (continuous noise signal, here the "background noise" of the drive train in operation) 23c in order to obtain the "mixed mode signal" (mixed signal) 23m, which corresponds to the measured sensor signal. A synthetic combination of this “mixed signal” 23m is shown in FIG. 1g. This is compared with a signal from FIG. 1f measured on the demonstrator. As can be seen, the signal curve is very similar to the synthetic signal. A so-called "lead break test" with a "brush" was carried out for the signal from 1 hour. The lead break test is carried out, for example, when the drive is stationary and generates a burst which approximately corresponds to signal a) from FIG. 1f).
Das synthetische Signal aus Fig. 1 g oder auch das am Demonstrator gemessene Signal aus Fig. 1f kann als Trainingsdatensatz für Trainingsdaten verwendet werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen wird die Auswerteeinheit 18, die beispielsweise einen Kl- Algorithmus beziehungsweise einen selbstlernenden Algorithmus aufweisen kann, ausgehend von einer Vielzahl an Trainingsdatensätzen, trainiert werden. Beispielsweise können mehrere Trainingsdatensätze für unterschiedliche Schadensereignisse oder auch diesel- ben Schadensereignisse der Auswerteeinheit 18 zugespielt werden, die dann die charakteristischen Punkte in den Sensordaten über die Zeit, wie z. B. charakteristischen Frequenzen oder Kombinationen von charakteristischen Frequenzen in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmt. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen wird hierfür ein mehrstufiges Konzept verwendet, das anhand von Fig. 2 erläutert wird. The synthetic signal from FIG. 1g or the signal from FIG. 1f measured on the demonstrator can be used as a training data set for training data. According to exemplary embodiments, the evaluation unit 18, which can have a K1 algorithm or a self-learning algorithm, for example, is trained on the basis of a large number of training data sets. For example, several training data sets for different damage events or also diesel ben damage events of the evaluation unit 18 are fed, which then the characteristic points in the sensor data over time, such. B. characteristic frequencies or combinations of characteristic frequencies as a function of the speed. According to preferred exemplary embodiments, a multi-stage concept is used for this, which is explained with reference to FIG.
Fig. 2 illustriert ein mehrstufiges Konzept zur Auswertung von Sensordaten. Fig. 2 zeigt eine Auswertelogik, hier eine Kl-Auswertelogik 30, mit mehreren Eingängen 12‘ - 17_n‘. Die Auswertelogik 30 dient zur Klassifikation und Fusionierung der Sensorwerte der Signale von den Eingängen 12‘ - 17_n‘, um als Ergebnis eine Zustandsinformation auszugeben. 2 illustrates a multi-stage concept for evaluating sensor data. 2 shows an evaluation logic, here a KI evaluation logic 30, with a plurality of inputs 12'-17_n'. The evaluation logic 30 serves to classify and merge the sensor values of the signals from the inputs 12'-17_n' in order to output status information as a result.
Der Eingang für die Sensordaten ist mit den Bezugszeichen 12‘, 14‘, 17 1 ‘, 17_n‘ versehen. Zusätzlich ist ein Zusatzinput 16‘ denkbar. Es kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass 12‘ der Eingang für den Vibrations-/Körperschallsensor darstellt, 14‘ der Eingang für den akustischen Schallsensor, 16‘ der Eingang für den Drehzahlsensor, wobei in den Eingängen 17_1 ‘ bis 17_n‘ weitere Sensoren, wie z. B. ein Temperatursensor oder Ähnliches hinzukommen können. The input for the sensor data is provided with the reference symbols 12', 14', 17 1 ', 17_n'. In addition, an additional input 16' is conceivable. It can be assumed, for example, that 12' represents the input for the vibration/structure-borne noise sensor, 14' represents the input for the acoustic sound sensor, 16' represents the input for the speed sensor, with additional sensors such as e.g. B. a temperature sensor or the like can be added.
Jedes Sensorsignal 12s, 17_1 s und 17_ns wird mit einer Vorklassifikation 31 a-n vorklassifiziert. Anders ausgedrückt heißt das, dass pro Sensortyp ein Vorklassifikator 31 a-n vorgesehen ist, der an den jeweiligen Sensortyp beispielsweise angepasst sein kann. Das Vorsehen eines Vorklassifikators 31 a bis 31 n hat den Vorteil, dass so das ganze System beliebig skalierbar und auf andere Anwendungen mit anderen Sensorsignalen ausweitbar ist. Each sensor signal 12s, 17_1s and 17_ns is preclassified with a preclassification 31a-n. In other words, this means that a preclassifier 31a-n is provided for each sensor type, which can be adapted to the respective sensor type, for example. The provision of a pre-classifier 31a to 31n has the advantage that the entire system can be scaled as desired and can be extended to other applications with other sensor signals.
Die vorklassifizierten Ergebnisse 12sk, 14sk, 17 1 sk und 17_nsk werden in einer Zwischenebene der Kl-Auswerteeinheit 30 kombiniert. Diese Zwischenebene ist mit dem Bezugszeichen 32 versehen, präferiert einzelne vorklassifizierte Signale 12sk bis 17_nsk. Das Präfe- rieren kann beispielsweise auf Basis des Inputsignals 16s des Zusatzinputs 16‘ erfolgen. Zusätzlich wird in der Zwischenebene auch eine Kombination der einzelnen Signale durchgeführt, so dass beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl zwischen den zwei Eingängen 12‘ und 14‘ hin- und hergeschaltet wird bzw. diese unterschiedlich gewichtet werden. Das kombinierte Klassifizieren erfolgt dann im nachgeschalteten Klassifikator 34. The pre-classified results 12sk, 14sk, 17 1sk and 17_nsk are combined in an intermediate level of the KI evaluation unit 30. This intermediate level is provided with the reference number 32 and prefers individual pre-classified signals 12sk to 17_nsk. The preference can be given, for example, on the basis of the input signal 16s of the additional input 16'. In addition, a combination of the individual signals is also carried out in the intermediate level, so that, for example, depending on the speed, switching back and forth between the two inputs 12' and 14' or these are weighted differently. The combined classification then takes place in the downstream classifier 34.
Der kombinierte Klassifikator 34 aggregiert die Zwischenergebnisse und führt somit zu einer höheren Genauigkeit durch die Verwendung weiterer Inputdaten. Ferner werden auch Schwächen und Ausfälle einzelner Sensoren, z. B. bei bestimmten Drehzahlen kompensiert. The combined classifier 34 aggregates the intermediate results and thus leads to greater accuracy through the use of additional input data. Furthermore, also Weaknesses and failures of individual sensors, e.g. B. compensated at certain speeds.
Das Ergebnis 35 ist dann ein Zustandsergebnis, so dass beispielsweise in der Zwischenebene ausgehend von der Drehzahl erkannt wurde, dass vorzugsweise die Sensoren 12‘ in Kombination mit 17 1 für die Klassifikation verwendet werden, wobei dann die Wertekombination in dem Klassifikator 34 ergeben hat, dass es sich bei derartigen Werten um einen Zustand A oder B handelt. Ein Zustand A kann beispielsweise ein leicht verschlüsselter Zustand der mechanischen Anlage sein. The result 35 is then a status result, so that, for example, based on the speed, it was recognized in the intermediate level that the sensors 12' are preferably used in combination with 17 1 for the classification, with the combination of values in the classifier 34 then showing that such values represent an A or B state. A state A can, for example, be a slightly encrypted state of the mechanical system.
Entsprechend Ausführungsbeispielen erfolgt in der Vorklassifikation ein Auswerten des Sensorsignals an sich, so dass hier die relevanten Messdaten, wie z. B. Frequenzbereiche oder allgemein Messbereiche herausgefiltert und bereits vorklassifiziert werden. According to exemplary embodiments, the sensor signal itself is evaluated in the pre-classification, so that the relevant measurement data, such as e.g. B. frequency ranges or general measurement ranges are filtered out and already pre-classified.
Bezüglich des Klassifikationsvorgangs sei angemerkt, dass unterschiedliche Sensordatenkombinationen, z. B. von unterschiedlich aufgetretenen Schadensfällen den einzelnen Eingängen 12‘ bis 17n‘ zugespielt werden und diese Sensordaten nach Vorklassifikation ausgewertet werden. Dem Klassifikator 34 und/oder der Zwischenebene 32 und/oder den Vorklassifikatoren 31 a bis 31 n werden zusätzliche Informationen über den aktuellen Zustand, z. B. einen eingetretenen Schadensfall zugespielt, so dass dieser ausgehend von dieser Zusatzinformation folgende Erkenntnisse ziehen kann: With regard to the classification process, it should be noted that different sensor data combinations, e.g. B. are fed to the individual inputs 12 'to 17n' from different types of damage that have occurred and these sensor data are evaluated after pre-classification. Additional information about the current state, e.g. B. a case of damage that has occurred is passed on, so that the latter can draw the following conclusions based on this additional information:
1. Erkennen des charakteristischen Anteils im Sensorsignal 12s bis 17_ns mittels der Vorklassifikation 12a bis 17n. 1. Recognition of the characteristic component in the sensor signal 12s to 17_ns using the pre-classification 12a to 17n.
2. Erkennen der relevanten Signale 12s bis 17_ns mittels der Zwischenebene 32, um beispielsweise eine Gewichtung oder ein einzelnes charakteristisches Signal aus der Mehrzahl der Signale 12s bis 17ns herauszufinden und Kombinieren der vorselektierten und vorklassifizierten Signale zu der Zustandsinformation 35. 2. Recognition of the relevant signals 12s to 17_ns by means of the intermediate level 32, for example to find out a weighting or a single characteristic signal from the plurality of signals 12s to 17ns and combining the preselected and preclassified signals to form the status information 35.
3. Zuordnen eines Schadensereignisses einer Sensor-Wertekombination. 3. Assigning a damage event to a sensor value combination.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist hierbei der Kl-Algorithmus beispielsweise ausgebildet, um zwischen den Sensorsignalen für die Zustandsklassifikation hin- und herzuschalten, eine Gewichtung, z. B. in Abhängigkeit des Zusatzinputs 16‘ zu analysieren und für spätere Messungen zu speichern oder auch die Sensorsignale ausgehend von der Mehrzahl der Sensorsignale gegenseitig zu validieren. Anders ausgedrückt heißt das, dass der Kl-Algorithmus die Indikationsfähigkeit der einzelnen Sensorsignale analysiert, verifiziert und bewertet, so dass die Aussagekraft/Indikationsfähigkeit der Sensorsignale für den Betrieb bekannt ist. According to exemplary embodiments, the K1 algorithm is designed here, for example, to switch back and forth between the sensor signals for the state classification, a weighting, e.g. B. depending on the additional input 16 'to analyze and for to store subsequent measurements or to mutually validate the sensor signals based on the majority of the sensor signals. In other words, this means that the AI algorithm analyzes, verifies and evaluates the indication capability of the individual sensor signals, so that the informative value/indication capability of the sensor signals for the operation is known.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Gewichtung zwischen dem ersten Sensorsignal, z. B. des akustischen Emissionssensors, und dem zweiten Sensorsignal, z. B. des Vibrationssensors, in Abhängigkeit von einer Drehzahl. Wie bereits erläutert, ist beispielsweise der eine Sensortyp bei niedrigen Drehzahlen und der andere Sensortyp bei hohen Drehzahlen der aussagekräftigere. Um diesen Rechnung zu tragen, wird zwischen den zwei Sensorsignalen oder zwischen von den Sensorsignalen abgeleiteten Signalen abhängig von einem Drehzahlsignal die Gewichtung durchgeführt. Diese Drehzahlabhängigkeit ist von Anlage zu Anlage nicht zwingend gleich. So kann beispielsweise eine kleine Anlage über einen sehr schmalen (niedrigen) Drehzahlbereich mit dem einen Sensortyp bevorzugt arbeiten und über einen breiten (hohen) Drehzahlbereich bevorzugt mit dem anderen Sensortyp arbeiten, während eine im Wesentlichen größere Anlage beispielsweise einen breiten (niedrigen) Drehzahlbereich unter Verwendung des einen Sensortyps nutzt und ein schmaler (hoher) Drehzahlbereich mit dem anderen Sensortyp. Entsprechend Ausführungsbeispielen gibt es nicht die eine Übergangsfrequenz, sondern in allen Übergangsbereichen gleitende Übergangsfrequenzen. Diesen wird Rechnung getragen, indem hier beispielsweise das Gewichtungsverhältnis von dem einen Sensorsignal zu dem anderen Sensorsignal in Abhängigkeit der Drehzahl variiert wird. Diese Variation kann anhand einer Kennlinie der Gewichtung erfolgen. Um diese Kennlinie herauszufinden, wird entsprechend Ausführungsbeispielen ein selbstlernender Algorithmus oder Kl-Algorithmus verwendet, der während des Betriebs und/oder während einer Lernphase die entsprechende Gewichtung ermittelt. Durch diesen Ansatz ist es vorteilhafterweise möglich, dass ein und dasselbe Sensorsystem bzw. insbesondere ein und dieselbe Auswertung für das Sensorsystem für unterschiedlichste Anlagen (beispielsweise klein, mittel oder groß) verwendet wird und sich die Auswertevorrichtung bzw. der Auswertealgorithmus selbstlernend an die entsprechende Anlage anpasst, indem er die optimale Gewichtungskennlinie ermittelt. Nachfolgend werden zwei Beispiele für Gewichtungskennlinien für zwei unterschiedliche Anlagentypen erläutert. Ein erster Anlagentyp bezieht sich auf eine große Rotationsmaschine, wie z. B. eine Windkraftanlage. Hier wird bevorzugter Weise der akustische Emissionssensor in niedrigen Drehzahlbereichen und der Vibrationssensor in hohen Dreh- zahlbereichen verwendet. Bei niedrigen Drehzahlen, z. B. kleiner 10 Umdrehungen pro Minute, liegt dann beispielsweise die Gewichtung bei 90:1. Bei hohen Drehzahlen (z. B. größer 25 Umdrehungen pro Minute) liegt dann beispielsweise die Gewichtung bei 10:90. Im Bereich dazwischen wird der Gewichtungsfaktor entsprechend variiert. Auch kann eine Gewichtungsvariation ober- und unterhalb der exemplarisch erläuterten Schwellen erfolgen, oder eine beliebige andere Abhängigkeit von der Drehzahl, inklusive mehrerer Übergangsfrequenzen. According to a preferred embodiment, the weighting takes place between the first sensor signal, e.g. B. the acoustic emission sensor, and the second sensor signal, z. B. the vibration sensor, depending on a speed. As already explained, for example, one sensor type is more meaningful at low speeds and the other sensor type at high speeds. In order to take these into account, the weighting is carried out between the two sensor signals or between signals derived from the sensor signals as a function of a speed signal. This speed dependency is not necessarily the same from system to system. For example, a small system may work preferentially with one type of sensor over a very narrow (low) speed range and work preferentially with the other type of sensor over a wide (high) speed range, while a substantially larger system may use a wide (low) speed range, for example of one type of sensor and a narrow (high) speed range with the other type of sensor. According to exemplary embodiments, there is not just one transition frequency, but rather transition frequencies that are gliding in all transition ranges. These are taken into account in that, for example, the weighting ratio of one sensor signal to the other sensor signal is varied as a function of the speed. This variation can be based on a characteristic of the weighting. In order to find out this characteristic curve, a self-learning algorithm or AI algorithm is used according to exemplary embodiments, which determines the corresponding weighting during operation and/or during a learning phase. This approach advantageously makes it possible for one and the same sensor system or, in particular, one and the same evaluation for the sensor system for a wide variety of systems (e.g. small, medium-sized or large) to be used and for the evaluation device or the evaluation algorithm to adapt itself to the corresponding system in a self-learning manner , by determining the optimal weighting characteristic. Two examples of weighting characteristics for two different system types are explained below. A first type of plant refers to a large rotary machine, such as. B. a wind turbine. Here, the acoustic emission sensor is preferably used in low speed ranges and the vibration sensor in high speed ranges. number ranges used. At low speeds, e.g. B. less than 10 revolutions per minute, then, for example, the weighting is 90:1. At high speeds (e.g. greater than 25 revolutions per minute), the weighting is then 10:90, for example. In the area in between, the weighting factor is varied accordingly. There can also be a weighting variation above and below the thresholds explained as an example, or any other dependency on the rotational speed, including a number of transition frequencies.
Bei dem zweiten Anlagentyp handelt es sich um eine Walze eines Rollenförderers. Bei hohen Drehzahlen, z. B. größer 100 Umdrehungen pro Minute, wird insbesondere auf das Vibrationssignal abgestellt (90:1 Gewichtung), während bei kleineren Drehzahlen (kleiner 30 Umdrehungen pro Minute) vor allem auf das akustische Emissionssignal abgestellt wird (10:90). Der Bereich dazwischen kann wiederum durch eine Kennlinie als Übergangsbereich betrachtet werden. The second type of system is a roller of a roller conveyor. At high speeds, e.g. B. greater than 100 revolutions per minute, the focus is in particular on the vibration signal (90:1 weighting), while at lower speeds (less than 30 revolutions per minute) the focus is primarily on the acoustic emission signal (10:90). The area in between can in turn be viewed as a transition area using a characteristic curve.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Kennlinie linear. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Kennlinie progressiv, S-förmig oder hat einen anderen Verlauf. Auch kann die Kennlinie derart ausgestaltet sein, dass ab einer gewissen Drehzahl ein Sensor überhaupt nicht mehr berücksichtigt wird, so dass sich also dann hier ein Gewichtungsfaktor 0 ergibt. According to exemplary embodiments, the characteristic is linear. According to further exemplary embodiments, the characteristic curve is progressive, S-shaped or has a different profile. The characteristic curve can also be designed in such a way that a sensor is no longer taken into account at all above a certain speed, so that a weighting factor of 0 then results here.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird nicht das Sensorsignal selber, sondern die mit Teilen des neuronalen Netzes vorverarbeiteten Signale gewichtet fusioniert. Daher auch immer die Ergänzung „oder von den Sensorsignalen abgeleitete Signale“. Ein genauer Wert ist nicht zwingend nötig, im neuronalen Netz sind es typischerweise Werte im Wertebereich [0,1]. Wichtig zu erwähnen ist, dass es auch mehr als ein Gewichtungswert sein kann. Ein Beispiel dafür wäre, dass auf Grundlage der jeweiligen Sensorwerte eine Zustandsklassifikation nach drei Zustandsklassen (gut, Fehler 1 , Fehler 2) durchgeführt wird. Beispielsweise kann es dann 3 Gewichtungswerte geben, wo die Konfidenzlevels der einzelnen Klassifikatoren je nach Klasse gewichtet werden. According to exemplary embodiments, it is not the sensor signal itself but the signals preprocessed with parts of the neural network that are weighted and fused. Hence the addition "or signals derived from the sensor signals". An exact value is not absolutely necessary, in the neural network it is typically values in the value range [0,1]. It is important to mention that it can also be more than one weight value. An example of this would be that, on the basis of the respective sensor values, a status classification according to three status classes (good, error 1, error 2) is carried out. For example, there can then be 3 weight values, where the confidence levels of the individual classifiers are weighted depending on the class.
Bezug nehmend auf Fig. 3 wird ein erweitertes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 10‘ erläutert. Das Sensorsystem 10‘ umfasst die Datenverarbeitung 20‘, die einerseits von einer Sensorplattform 14* sowie andererseits von einer weiteren Sensorplattform 12* sowie einer optionalen weiteren Datenquelle 17* die Information erhält. Über die Sensorplattform 12* (DAQ Frontend) wird das Drehzahlsignal (vgl. Bezugszeichen 16), ein Vibrationssignal (vgl. Bezugszeichen 12) und ein Motorstromsignal (vgl. Bezugszeichen 16m) erhalten und als Sensordaten der Auswerteeinheit 20 zur Verfügung gestellt. Referring to FIG. 3, an extended exemplary embodiment of a sensor system 10' is explained. The sensor system 10' includes the data processing unit 20', which receives the information from a sensor platform 14* on the one hand and from a further sensor platform 12* and an optional further data source 17* on the other hand. Via the sensor platform 12* (DAQ front end), the rotational speed signal (cf. reference number 16), a vibration signal (cf. reference number 12) and a motor current signal (cf. reference number 16m) and made available to the evaluation unit 20 as sensor data.
Die Auswerteeinheit 20 kann durch die maschinelle Lernfunktion 35, z. B. um eine Schnittstelle zum Erhalten bzw. Einheit zum Erkennen von Schadensereignissen erweitert werden. Bedient wird die Einheit 20 in Kombination mit dem maschinellen Lernen 35 durch eine GUI 37. The evaluation unit 20 can be used by the machine learning function 35, e.g. B. be expanded to an interface for receiving or unit for detecting damage events. The unit 20 is operated in combination with the machine learning 35 by a GUI 37.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the essential process steps can be performed by such an apparatus.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interact that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Thus, some embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out. In general, embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is operative to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. The program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nicht-vorübergehend. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded. The data carrier, digital storage medium, or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. For example, the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein. Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. A further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a recipient. The transmission can take place electronically or optically, for example. For example, the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device. The device or the system can, for example, comprise a file server for transmission of the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed on the part of any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware that is specific to the method, such as an ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. The devices described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein. The devices described herein, or any components of the devices described herein, may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. The methods described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein- leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The methods described herein, or any components of the methods described herein, may be performed at least in part by hardware and/or by software. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Sensorsystem (10) zur Zustandsüberwachung einer mechanischen Komponente o- der einer Anlage mit einer oder mehreren mechanischen Komponenten, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Sensor (12), der ausgebildet ist, eine Vibration der Anlage und/oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten zu detektieren und in Abhängigkeit von der Vibration ein erstes Sensorsignal (12s) auszugeben; einem zweiten Sensor (14), der ausgebildet ist, um ein akustisches Audiosignal und/oder ein akustisches Emissionssignal an der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponente (20) zu detektieren und um in Abhängigkeit von dem akustischen Audiosignal und/oder dem akustischen Emissionssignal ein zweites Sensorsignal (14s) auszugeben; und eine Auswertevorrichtung, die ausgebildet ist, um ein Zustandssignal für die Anlage auf Basis des ersten und zweiten Sensorsignals (14s) sowie eines Drehzahlsignals abzuleiten; wobei das erste Sensorsignal (12s) und das zweite Sensorsignal (14s) und/oder von 12s und/ 14s abgeleitete Signale für die Ermittlung des Zustandssignals unter Berücksichtigung einer Gewichtung gewichtet wird; und wobei die Gewichtung von dem Drehzahlsignal abhängig ist; und dadurch gekennzeichnet dass, die Auswertevorrichtung einen selbstlernenden Algorithmus oder Kl-Algorithmus aufweist, der ausgebildet ist, eine Kennlinie der Gewichtung des ersten (12s) und zweiten Sensorsignals (14s) zueinander in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal zu bestimmen. 1 . Sensor system (10) for monitoring the condition of a mechanical component or a system with one or more mechanical components, with the following features: a first sensor (12) which is designed to detect a vibration of the system and/or the one or more mechanical components detect and output a first sensor signal (12s) as a function of the vibration; a second sensor (14) which is designed to detect an acoustic audio signal and/or an acoustic emission signal on the system or the one or more mechanical components (20) and to detect it as a function of the acoustic audio signal and/or the acoustic emission signal to output a second sensor signal (14s); and an evaluation device which is designed to derive a status signal for the system on the basis of the first and second sensor signals (14s) and a speed signal; wherein the first sensor signal (12s) and the second sensor signal (14s) and/or signals derived from 12s and/or 14s are weighted for determining the status signal, taking into account a weighting; and wherein the weighting is dependent on the speed signal; and characterized in that the evaluation device has a self-learning algorithm or AI algorithm which is designed to determine a characteristic curve of the weighting of the first (12s) and second sensor signal (14s) relative to one another as a function of the speed signal.
2. Sensorsystem (10) gemäß Anspruch 1 , wobei die Vibration in Form eines niederfrequenten Körperschalls vorliegt und/oder wobei die Vibration im Bereich 0,1 Hz bis 20 kHz oder 0,5 Hz bis 10 kHz oder 0,1 Hz bis 10 kHz liegt. 2. Sensor system (10) according to claim 1, wherein the vibration is in the form of a low-frequency structure-borne noise and/or wherein the vibration is in the range of 0.1 Hz to 20 kHz or 0.5 Hz to 10 kHz or 0.1 Hz to 10 kHz located.
3. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das akustische Audiosignal aus einem Schallemissionsereignis herrührt und/oder im Bereich größer 0,1 Hz, größer 0,1 kHz, größer 0,5 Hz, größer 0,5kHz oder größer 10kHz liegt; und/oder wobei das akustische Emissionssignal aus einem Schallemissionsereignis herrührt und/oder im Bereich größer 10 kHz oder 20 kHz liegt. 3. Sensor system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the acoustic audio signal originates from an acoustic emission event and/or in the range larger 0.1 Hz, greater than 0.1 kHz, greater than 0.5 Hz, greater than 0.5 kHz or greater than 10 kHz; and/or wherein the acoustic emission signal results from an acoustic emission event and/or is in the range greater than 10 kHz or 20 kHz.
4. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (18) ausgebildet ist, das erste und/oder das zweite Sensorsignal (14s) und/oder Drehzahlsignal über die Zeit zu erfassen und auszuwerten und/oder zu speichern. 4. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (18) is designed to detect the first and / or the second sensor signal (14s) and / or speed signal over time and evaluate and / or store.
5. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das einen dritten Sensor umfasst, der ausgebildet ist, die momentane Drehzahl (n) der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten (20) zu detektieren und in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) das Drehzahlsignal auszugeben; oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um das Drehzahlsignal auf Basis des ersten und/oder zweiten Sensorsignals (14s) zu bestimmen. 5. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, which comprises a third sensor which is designed to detect the current speed (n) of the system or the one or more mechanical components (20) and, depending on the speed (n ) output the speed signal; or wherein the evaluation device is designed to determine the speed signal on the basis of the first and/or second sensor signal (14s).
6. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um das erste und/oder zweite Sensorsignal (14s) in Hinblick auf absolute Werte des ersten und/oder zweiten Sensorsignals (14s) und/oder in Hinblick auf Werteveränderungen des ersten und/oder zweiten Sensorsignals (14s) auszuwerten; und/oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um eine Veränderung des ersten und/oder zweiten Sensorsignals (14s) und/oder des Drehzahlsignals über die Zeit zu erkennen; und/oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, eine Veränderung des ersten und zweiten Sensorsignals (14s) in jeweils paarweiser Kombination über den jeweiligen Zeithorizont zu erkennen; und /oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, eine Veränderung des ersten (12s) und zweiten Sensorsignals (14s) und des Drehzahlsignals in Kombination aller drei Signale über die Zeit zu erkennen. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um eine Vorklassifikation (31 a-31 n) des ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignals (14s) durchzuführen, um vorklassifizierte erste (12s) und/oder zweite Sensorsignale (14s) auszugeben; oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um für das des ersten Sensorsignals (12s) eine Vorklassifikation (31 a-31 n) durchzuführen und um für das des zweite Sensorsignals (14s) eine Vorklassifikation (31 a-31 n) durchzuführen, um vorklassifizierte erste (12s) und/oder zweite Sensorsignale (14s) auszugeben. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung einen Fusionierer (34) aufweist, der ausgebildet ist, um das erste (12s) und das zweite Sensorsignal (14s) zu fusionieren; oder wobei die Auswertevorrichtung einen Fusionierer (34) aufweist, der ausgebildet ist, um das erste Sensorsignal (12s) und das zweite Sensorsignal (14s) unter Berücksichtigung des Drehzahlsignals zu fusionieren; oder wobei die Auswertevorrichtung einen Fusionierer (34) aufweist, der ausgebildet ist, um das erste Sensorsignal (12s) und das zweite Sensorsignal (14s) unter Berücksichtigung der Gewichtung, die von dem Drehzahlsignal abhängig ist, zu fusionieren; oder wobei die Auswertevorrichtung einen Fusionierer (34) aufweist, der ausgebildet ist, um das erste Sensorsignal (12s) und das zweite Sensorsignal (14s) unter Berücksichtigung der Gewichtung, die von dem Drehzahlsignal abhängig ist, zu fusionieren; wobei der Anteil des zweiten Sensorsignals (14s) umso größer ist, umso geringer das Drehzahlsignal ist. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um eine Wartungsinformation und/oder einen Wartungsbedarf als Zustandssignal abzuleiten. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorsystem (10) eine Eingabeschnittstelle aufweist, über welche ein Schadensereignis der Auswertevorrichtung von extern (zu Trainingszwecken) angezeigt werden kann; und/oder wobei die Auswertevorrichtung einen weiteren Sensor (12) umfasst, der einen Schaden an der Anlage und/oder der mechanischen Komponente (20) detektiert; und/oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, ein Schadensereignis in Kombination mit aufgezeichneten Werten des ersten und/oder zweiten und/des Drehzahlsignals abzuspeichern, um dieses für die Anlage oder eine vergleichbare Anlage als Referenz zu verwenden; und/oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, ein Schadensereignis in Kombination mit Werten des ersten und/oder zweiten Sensorsignals (14s) und/oder des Drehzahlsignals als Lerndaten für einen selbstlernenden Algorithmus oder einen Kl- Algorithmus abzuspeichern. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, einen selbstlernenden Algorithmus und/oder einen Kl- Algorithmus auszuführen, um Indikatoren für eine Zustandsänderung bei der Zustandsüberwachung zu erkennen; und/oder wobei der selbstlernende Algorithmus oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, eine Zustandsklassifikation nach Art und Auftreten eines Schadensereignisses durchzuführen; und/oder wobei der selbstlernende Algorithmus oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, eine Zustandsklassifikation auf Grundlage des ersten Sensorsignals (12s) und/oder des zweiten Sensorsignals (14s) und des Drehzahlsignals durchzuführen; und/oder wobei der selbstlernende Algorithmus oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, um die Verwendung des ersten (12s) und zweiten Sensorsignals (14s) zueinander zur Ermittlung einer Gesamtklassifikation in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal zu gewichten; ; und/oder wobei der selbstlernende Algorithmus oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, einen Sensorausfall zu detektieren und in diesem Fall eine Zustandsklassifikation auf Basis der noch validen Sensorsignale durchzuführen. 6. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to analyze the first and/or second sensor signal (14s) with regard to absolute values of the first and/or second sensor signal (14s) and/or with regard to evaluate changes in value of the first and/or second sensor signal (14s); and/or wherein the evaluation device is designed to detect a change in the first and/or second sensor signal (14s) and/or the speed signal over time; and/or wherein the evaluation device is designed to detect a change in the first and second sensor signal (14s) in pairs in each case over the respective time horizon; and/or wherein the evaluation device is designed to detect a change in the first (12s) and second sensor signal (14s) and the speed signal in combination of all three signals over time. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to carry out a pre-classification (31 a-31 n) of the first (12s) and/or second sensor signal (14s) in order to pre-classify first (12s) and/or to output second sensor signals (14s); or wherein the evaluation device is designed to carry out a pre-classification (31 a-31 n) for that of the first sensor signal (12s) and to carry out a pre-classification (31 a-31 n) for that of the second sensor signal (14s) in order to obtain pre-classified first (12s) and/or output second sensor signals (14s). Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device has a fuser (34) which is designed to fuse the first (12s) and the second sensor signal (14s); or wherein the evaluation device has a fuser (34) which is designed to fuse the first sensor signal (12s) and the second sensor signal (14s) taking into account the speed signal; or wherein the evaluation device has a fuser (34) which is designed to fuse the first sensor signal (12s) and the second sensor signal (14s) taking into account the weighting which is dependent on the speed signal; or wherein the evaluation device has a fuser (34) which is designed to fuse the first sensor signal (12s) and the second sensor signal (14s) taking into account the weighting which is dependent on the speed signal; wherein the proportion of the second sensor signal (14s) is greater, the lower the speed signal is. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to derive maintenance information and/or a maintenance requirement as a status signal. Sensor system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor system (10) has an input interface via which a damage event Evaluation device can be displayed externally (for training purposes); and/or wherein the evaluation device comprises a further sensor (12) which detects damage to the system and/or the mechanical component (20); and/or wherein the evaluation device is designed to store a damage event in combination with recorded values of the first and/or second signal and/or the speed signal in order to use this as a reference for the system or a comparable system; and/or wherein the evaluation device is designed to store a damage event in combination with values of the first and/or second sensor signal (14s) and/or the speed signal as learning data for a self-learning algorithm or a KI algorithm. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to execute a self-learning algorithm and/or a KI algorithm in order to identify indicators for a change in status in the status monitoring; and/or wherein the self-learning algorithm or the AI algorithm is designed to carry out a state classification according to the type and occurrence of a damage event; and/or wherein the self-learning algorithm or the AI algorithm is designed to carry out a state classification on the basis of the first sensor signal (12s) and/or the second sensor signal (14s) and the speed signal; and/or wherein the self-learning algorithm or the AI algorithm is designed to weight the use of the first (12s) and second sensor signal (14s) relative to one another to determine an overall classification as a function of the speed signal; ; and or wherein the self-learning algorithm or the AI algorithm is designed to detect a sensor failure and, in this case, to carry out a status classification on the basis of the sensor signals that are still valid.
12. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um eine Vorklassifikation (31 a-31 n) des ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignals (14s) durchzuführen, um vorklassifizierte erste (12s) und/oder zweite Sensorsignale (14s) auszugeben; oder um für das erste Sensorsignal (12s) eine Vorklassifikation (31 a-31 n) durchzuführen und um für das zweite Sensorsignal (14s) eine Vorklassifikation (31 a-31 n) durchzuführen, um vorklassifizierte erste (12s) und/oder zweite Sensorsignale (14s) auszugeben; und/oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, einen selbstlernenden Algorithmus und/oder einen Kl-Algorithmus auszuführen, wobei der selbstlernende Algorithmus oder Kl-Algorithmus ausgebildet ist, um die vorklassifizierten ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) oder die ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, oder um die vorklassifizierten ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) oder die ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, um eine Gewichtung oder Auswahl des jeweiligen ersten (12s) oder zweiten Sensorsignals (14s) für eine Fusionierung (als Zwischenebenen der Kl) abzuleiten; oder wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, einen selbstlernenden Algorithmus und/oder einen Kl-Algorithmus auszuführen, wobei der selbstlernende Algorithmus oder Kl-Algorithmus ausgebildet ist, um die vorklassifizierten ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) oder die ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) in ihrer Beziehung zu dem Drehzahlsignal hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, oder um die vorklassifizierten ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) oder die ersten (12s) und/oder zweiten Sensorsignale (14s) in ihrer Beziehung zu dem Drehzahlsignal hinsichtlich ihrer Indikationsfähigkeit zu analysieren, um unter Berücksichtigung des Drehzahlsignals eine Gewichtung oder Auswahl des jeweiligen ersten (12s) oder zweiten Sensorsignals (14s) für eine Fusionierung (als Zwischenebenen der Kl) abzuleiten. 12. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to carry out a pre-classification (31 a-31 n) of the first (12s) and/or second sensor signal (14s) in order to pre-classify first (12s) and /or to output second sensor signals (14s); or to carry out a pre-classification (31 a-31 n) for the first sensor signal (12s) and to carry out a pre-classification (31 a-31 n) for the second sensor signal (14s), to pre-classify first (12s) and/or second sensor signals (14s) to output; and/or wherein the evaluation device is designed to execute a self-learning algorithm and/or a KI algorithm, the self-learning algorithm or KI algorithm being designed to use the pre-classified first (12s) and/or second sensor signals (14s) or the first (12s) and/or second sensor signals (14s) with regard to their indication capability, or to analyze the pre-classified first (12s) and/or second sensor signals (14s) or the first (12s) and/or second sensor signals (14s) with regard to their indication capability to analyze in order to derive a weighting or selection of the respective first (12s) or second sensor signal (14s) for a fusion (as intermediate levels of the KI); or wherein the evaluation device is designed to execute a self-learning algorithm and/or a KI algorithm, wherein the self-learning algorithm or KI algorithm is designed to use the pre-classified first (12s) and/or second sensor signals (14s) or the first (12s ) and/or second sensor signals (14s) in relation to the speed signal with regard to their indication capability, or to analyze the pre-classified first (12s) and/or second sensor signals (14s) or the first (12s) and/or second sensor signals (14s ) in their relation to the speed signal with regard to their indication capability in order to derive a weighting or selection of the respective first (12s) or second sensor signal (14s) for a merger (as intermediate levels of Kl) taking into account the speed signal.
13. Sensorsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei der selbstlernenden Algorithmus und/oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, für das Lernen zufällig die ersten oder zweiten Sensorwerte oder den Drehzahlwert auf null oder einen vorbestimmten Wert zu setzen; und/oder wobei der selbstlernenden Algorithmus und/oder der Kl-Algorithmus ausgebildet ist, für das Lernen die ersten oder zweiten Sensorwerte getrennt zu klassifizieren, um einen kombinierten Klassifikator zu trainieren, oder um alle Sensorwerte zusammen mit dem Drehzahlwert zu klassifizieren, um einen kombinierten Klassifikator zu trainieren; oder die ersten oder zweiten Sensorwerte zusammen mit dem Drehzahlwert zu klassifizieren und/oder zu trainieren. 13. Sensor system (10) according to one of claims 1 1 or 12, wherein the self-learning algorithm and/or the AI algorithm is designed to randomly set the first or second sensor values or the speed value to zero or a predetermined value for the learning; and/or wherein the self-learning algorithm and/or the KI algorithm is designed to classify the first or second sensor values separately for the learning in order to train a combined classifier, or to classify all sensor values together with the speed value to form a combined train classifier; or classify and/or train the first or second sensor values along with the speed value.
14. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorsystem (10) zumindest einen zusätzlichen ersten und/oder einen zusätzlichen zweiten Sensor (14) und/oder einen zusätzlichen Sensor (17 1 ‘) anderer Art aufweist; und/oder wobei die Auswertefunktion ausgebildet ist, um den zusätzlichen ersten und/oder den zusätzlichen zweiten Sensor (14) und/oder den zusätzlichen Sensor (17 1 ‘) anderer Art bei der Auswertung und beim Training mitzuberücksichtigen. 14. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the sensor system (10) has at least one additional first and/or one additional second sensor (14) and/or one additional sensor (17 1 ′) of a different type; and/or wherein the evaluation function is designed to also take into account the additional first and/or the additional second sensor (14) and/or the additional sensor (17 1 ') of a different type in the evaluation and in the training.
15. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder erste (12) und/oder jeder zweite Sensor (14) auf einer eigenen Einheit angeordnet ist. 15. Sensor system (10) according to any one of the preceding claims, wherein each first (12) and / or each second sensor (14) is arranged on a separate unit.
16. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorsystem (10) eine Einheit umfasst, die den ersten Sensor (12) und den zweiten Sensor (14) aufweist; und/oder wobei das Sensorsystem (10) mehrere Einheiten umfasst, die jeweils einen ersten (12) und einen zweiten Sensor (14) aufweisen. 16. Sensor system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor system (10) comprises a unit having the first sensor (12) and the second sensor (14); and/or wherein the sensor system (10) comprises a plurality of units each having a first (12) and a second sensor (14).
17. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anlage eine Rotationseinheit oder ein rotarisches Lager oder ein mechanisches Lager aufweist. 17. Sensor system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the system has a rotation unit or a rotary bearing or a mechanical bearing.
18. Sensorsystem (10) gemäß Anspruch 17, wobei die eine oder mehreren Komponenten eine Welle und/oder eine Lagerung einer Welle aufweisen. Sensorsystem (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) oder Geschwindigkeit der Anlage die zweiten Messwerte gegenüber den ersten Messwerten zu gewichten, wobei die Gewichtung durch einen Kl-Algorithmus bestimmt wird. Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Anlage mit einer oder mehreren mechanischen Komponenten (20), mit folgenden Schritten: 18. Sensor system (10) according to claim 17, wherein the one or more components have a shaft and/or a bearing of a shaft. Sensor system (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device is designed to weight the second measured values compared to the first measured values depending on the rotational speed (n) or speed of the system, the weighting being determined by a Kl algorithm. Method for condition monitoring of a plant with one or more mechanical components (20), with the following steps:
Detektieren einer Vibration an der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten mittels eines ersten Sensors (12) und Ausgeben eines ersten Sensorsignals (12‘) in Abhängigkeit von der Vibration; detecting a vibration on the system or the one or more mechanical components by means of a first sensor (12) and outputting a first sensor signal (12') as a function of the vibration;
Detektieren eines akustischen Signals an der Anlage oder der ein oder mehreren mechanischen Komponenten mit einem zweiten Sensor (14) und Ausgeben eines zweiten Sensorsignals (14‘) in Abhängigkeit von dem akustischen Signal; und detecting an acoustic signal on the system or the one or more mechanical components with a second sensor (14) and outputting a second sensor signal (14') as a function of the acoustic signal; and
Erfassen der Drehzahl (n) der Anlage; und detecting the speed (n) of the system; and
Berechnung abgeleiteter Signale (12s‘) und (14s‘) aus den Sensorsignalen 12s und 14s; und calculation of derived signals (12s') and (14s') from the sensor signals 12s and 14s; and
Gewichten des abgeleiteten ersten Sensorsignals (12s‘) und des zweiten abgeleiteten Sensorsignals (14s‘) unter Berücksichtigung einer Gewichtung, wobei die Gewichtung von dem Drehzahlsignal abhängig ist; Weighting the derived first sensor signal (12s') and the second derived sensor signal (14s') taking into account a weighting, the weighting being dependent on the speed signal;
Ableiten eines Zustandssignals für die Anlage auf Basis des ersten (12‘) und/oder zweiten Sensorsignals (14‘) und der Drehzahl (n) der Anlage; dadurch gekennzeichnet dass ein selbstlernender Algorithmus oder Kl-Algorithmus verwendet wird, um eine Kennlinie der Gewichtung des ersten (12s)/( 12s‘) und zweiten Sensorsignals (14s)/(14s‘) zueinander in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal zu bestimmen. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 20, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. deriving a status signal for the plant based on the first (12') and/or second sensor signal (14') and the speed (n) of the plant; characterized in that a self-learning algorithm or Kl algorithm is used to determine a characteristic curve of the weighting of the first (12s)/(12s') and second sensor signal (14s)/(14s') relative to one another as a function of the speed signal. Computer program with a program code for carrying out the method according to Claim 20, when the program runs on a computer.
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