2 631 616 A2
TEPZZ 6¥_6_6A T
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EP 2 631 616 A2
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EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
(43) Veröffentlichungstag:
28.08.2013 Patentblatt 2013/35 (21) Anmeldenummer: 13001942.5 (22) Anmeldetag: 02.11.2009
(51) Int Cl.:
G01H 1/00(2006.01)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR
(30) Priorität:07.11.2008 DE 202008014792 U 07.11.2008 PCT/EP2009/007830 (62) Dokumentnummer(n) der früheren Anmeldung(en)
nach Art. 76 EPÜ:
09752114.0 / 2 359 106
(27) Früher eingereichte Anmeldung:
02.11.2009 PCT/EP2009/007830
(71) Anmelder: Qass GmbH 58300 Wetter (DE) (72) Erfinder: Seuthe, Ulrich
58300 Wetter (DE)
(74) Vertreter: GROSSE SCHUMACHER KNAUER VON HIRSCHHAUSEN
Patent- und Rechtsanwälte Frühlingstrasse 43A 45133 Essen (DE) Bemerkungen:
Diese Anmeldung ist am 15-04-2013 als
Teilanmeldung zu der unter INID-Code 62 erwähnten Anmeldung eingereicht worden.
(54) Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsanalyse sowie Musterdatenbanken dafür und Verwendung einer Musterdatenbank
(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schallemissionsanalyse, wobei während der Verwendung eines Bauteils, bei der Prüfung eines Bauteils oder während des Bearbeitens eines Werkstük- kes durch Zerspanen, Schweißen, Umformen, Fügen und/oder Trennen oder dergleichen entstehende Schwingungen erfasst und ausgewertet werden, wobei ein Schwingungsspektrum zu verschiedenen Zeiten oder kontinuierlich erfasst und einer mehrdimensionalen Aus- wertung unterworfen wird.
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Beschreibung Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse des während der Verwendung eines Bauteils, bei der Prüfung eines Bauteils und/oder während des Bearbeitens eines Werkstückes durch Zer- spanen, Schweißen, Umformen, Fügen und/oder Tren- nen oder dergleichen entstehenden Schwingungsspek- trums. Die Erfindung betrifft ferner eine Musterdatenbank dafür und deren Verwendung.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Zur Beobachtung des maschinellen Bearbei- tens von Werkstücken sind im Stand der Technik viele Verfahren bekannt.
[0003] So ist aus der DE 10 2005 034 768 A1 ein Ver- fahren zum Überwachen des Betriebszustands einer Werkzeugmaschine bekannt, um kritische Zustände be- reits vor dem Eintreten eines Schadensfalls zu diagno- stizieren und somit die durch Schäden und ungeplante Ausfälle verursachten Kosten und Aufwände zu vermei- den. Bei dem bekannten Verfahren werden rotierende Komponenten einer Werkzeugmaschine wie etwa Roto- ren von Werkzeug- oder Motorspindeln, Pumpen oder Lüftern mittels eines Schwingungssensors überwacht.
Hierzu werden niederfrequente Schwingungen durch den Schwingungssensor erfasst, um Unwuchten und/
oder Werkzeugschwingungen zu erkennen und so z. B.
ein schlecht gewuchtetes, falsch gespanntes oder ver- schlissenes Werkzeug zu erkennen. Die Auswertung er- folgt dabei grafisch auf Einzelwertbasis von Signalam- plituden bei vorgegebenen Frequenzen. Eine derartige Auswertung einzelner niederfrequenter Schwingungen, wie sie auch aus der DE 102 44 426 D4 und der DE 103 40 697 A1 bekannt ist, ist jedoch für die Bewertung eines Zerspanungsprozesses im Hinblick auf die Qualität der Bearbeitung des Werkstücks nur bedingt geeignet.
[0004] Zur Optimierung eines Zerspanungsprozesses ist es aus der DE 698 04 982 T2 bekannt, niederfrequente Schwingungen während der Bearbeitung des Werk- stücks zu erfassen und abhängig von Informationen über das Werkzeug Richtwerte für die Drehzahl des Werk- zeugs anzugeben, mit denen unerwünschte Schwingun- gen, die als Rattern bekannt sind, beseitigt oder verrin- gert werden können.
[0005] Die DE 44 05 660 A1 befasst sich ebenfalls mit dem Verringern oder Verhindern eines derartigen Rat- terns, das über einen Schwingungssensor aufgenom- men wird, und bedient sich hierzu eines Regelungsme- chanismus.
[0006] Aus dem D 94 03 901 ist eine Anordnung von Schwingungssensoren zur Signalgewinnung aus dem spanenden Bearbeitungsprozess bekannt. Hierbei ist ein Körperschallsensor an einem Tastarm befestigt, der in Kontakt mit dem Werkstück steht, so dass aus dem Be-
arbeitungsprozess generierte Schallsignale bzw. Ratter- schwingungen vom Werkstück auf den Sensor übertra- gen werden. Zwar spricht das D 94 03 901 in diesem Zusammenhang von hochfrequenten Schallsignalen. Al- lerdings wird der Begriff "hochfrequent" im Zusammen- hang mit der DE 38 29 825 A1 verwendet, die einen Fren- quenzbereich zwischen 20 kH und 2 MHz einer Mittel- wertbildung zuführt. Selbst dieser Frequenzbereich ist über die Tastarmankopplung der D 94 03 901 kaum über- trag- und erkennbar.
[0007] Aus der DE 44 36 445 A1 ein Verfahren zum Bewerten von Zerspanungsprozessen bekannt, bei dem Schwingungen/Körperschallsignale eines Werkzeugs einerseits unter Last und andererseits bei gleicher Dreh- zahl ohne Last erfasst werden und für jede Drehzahl ein eindimensionaler Vergleich der entsprechenden Schwingungszahl des Betriebs ohne Last und unter Last durchgeführt wird, um das Werkzeug zu bewerten.
[0008] Aus der WO 88/07911 und der WO 89/12528 ist jeweils ein Schneidwerkzeug mit einem integrierten Schallsensor bekannt, der ein eindimensionales Span- nungssignal liefert, das proportional zur Schwingungs- frequenz ist.
[0009] In der DE 38 29 825 C2 wird bei einer spanab- hebenden Bearbeitung eines Werkstücks der Signalpe- gel eines Schallsensors in Abhängigkeit von der Fre- quenz erfasst und über Zeitintervalle gemittelt. Ein Ver- gleich der Mittelwerte mit Schwellen-oder Sollwerten führt zu Rückschlüssen über die Qualität des Werkzeugs oder der Bearbeitung.
[0010] Allen bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass das Werkzeug und der Zerspanungsprozess nur unzureichend bewertet werden können.
[0011] Zudem sind die bekannten Verfahren auf zer- spanende Bearbeitung beschränkt.
[0012] Im Stand der Technik sind keine zuverlässigen schallbasierten Verfahren zur Beobachtung anderer Be- arbeitungsprozesse wie etwa Schweißen (Laserschwei- ßen, Elektroschweißen, etc.), Umformen, Fügen und/
oder Trennen oder dergleichen bekannt.
[0013] So werden derzeit optische Systeme zur Über- wachung eines Laservorgangs eingesetzt, die das von der Einwirkstelle reflektierte Licht messen und aus dem Spektrum bzw. der Intensität abzuleiten versuchen, wie der tatsächliche Laservorgang vom Material aufgenom- men wird. Befriedigende Ergebnisse sind damit nicht im- mer erreichbar, da mehrere Materialien miteinander zu verbinden sind und der Vorgang des Durchschweißens, also ob die Laserenergie auch die erforderliche Ver- schmelzung und thermische Durchdringung aller Bautei- le bewirkt, durch an der Oberfläche reflektierte Lasere- mission nicht geprüft werden kann.
[0014] Zudem sind im Stand der Technik keine zuver- lässigen schallbasierten Verfahren zur Beobachtung von Bauteilen im Betrieb, wie etwa eines Stahlrads eines Ei- senbahnwagons während des Betriebs der Bahn, oder einer Komponente eines Motors während des Betriebs, bekannt. Die Vermeidung von Bauteilausfällen ist insbe-
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sondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie et- wa in der Personenbeförderung durch z.B. Bahnen, Flug- zeuge und Kraftfahrzeuge oder in Anlagen mit Gefah- renpotential wie etwa Kraftwerken unabdingbar und nur mit hohem Kostenaufwand durch regelmäßige Prüfun- gen außerhalb des Betriebs möglich.
Zusammenfassung der Erfindung
[0015] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Auf- gabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwingungsanalyse, insbesondere Schallanalyse, so- wie eine Musterdatenbank dafür und eine Verwendung einer Musterdatenbank für eine Schwingungsanalyse zu schaffen, mit denen eine präzise Beobachtung und/oder Beurteilung eines Bauteils, Werkstückes, Werkzeugs und/oder Bearbeitungsprozesses ermöglicht werden.
[0016] Diese Aufgabe wird entsprechend den Merk- malen des Anspruchs 1, 16, 19 bzw. 20 gelöst.
[0017] Demnach wird ein Verfahren zur Schwingungs- analyse geschaffen, bei dem Schwingungen eines Bau- teils oder Werkstücks oder Werkzeugs erfasst und aus- gewertet werden, wobei ein Schwingungsspektrum zu verschiedenen Zeiten oder kontinuierlich erfasst und ei- ner mehrdimensionalen Auswertung unterworfen wird.
Die Schwingungen können dabei während der Verwen- dung eines Bauteils wie etwa beispielhaft eines Stahlrads oder einer Achse einer Eisenbahn im Betrieb, bei der Prüfung eines Bauteils im ein- oder ausgebauten Zu- stand ggf. unter Schwingungsanregung von außen durch Klopfen oder Schalleinkopplung oder unter Bewegung usw., und/oder während des Bearbeitens eines Werk- stückes durch Zerspanen, Schweißen, Umformen, Fü- gen und/oder Trennen oder dergleichen entstehen. Die Verwendung einer Schwingungsanalyse für jede einzel- ne dieser Anwendungen und für weitere technisch ver- gleichbare Anwendungen ist von jeweils eigenständiger erfinderischer Bedeutung.
[0018] Die erfindungsgemäße Erfassung des Schwin- gungsspektrums zu verschiedenen Zeiten und vorzugs- weise kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich mit einer zweckmäßigen Sample-Rate erlaubt eine mehrdimen- sionale Datenauswertung, die Grundlage für eine präzise Beurteilung eines Bauteils, Werkstückes, Werkzeugs und/oder einer Bearbeitung ist.
[0019] Die mehrdimensionale Datenauswertung kann für eine bevorzugte Ausführungsform mit drei Dimensio- nen beispielhaft durch eine Landschaft illustriert werden, die sich dann im z.B. durch eine Frequenz-, eine Zeit- und eine Amplitudenachse aufgespannten Raum er- strecken kann. Die Landschaft visualisiert die Schalle- missionen im zeitlichen Verlauf und weist dabei charak- teristische Merkmale auf, die jeweils quasi einen Finger- abdruck bilden. Diese charakteristischen Merkmale sind mit geeigneten Methoden feststellbar. Ebenso sind Ab- weichungen von diesen charakteristischen Merkmalen feststellbar. Auch sind für bestimmte Fehler oder Fehler- typen charakteristische Merkmale in den mehrdimensio-
nalen Daten feststellbar. Insgesamt kann auf Grundlage der mehrdimensionalen Daten, die in der bevorzugten Ausführungsform eine Landschaft im Frequenz-Zeit-Am- plituden-Raum bilden, mit hoher Zuverlässigkeit die Qua- lität einer maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks insbesondere noch während der Bearbeitung in Echtzeit festgestellt werden, und zwar universell bei einer Vielzahl von Bearbeitungsprozessen wie etwa Zerspanen, Schweißen, Umformen, Fügen, Trennen und/oder der- gleichen. Auch kann der Verschleißgrad des Werkzeugs oder ein Werkzeugfehler wie etwa ein Bohrerbruch an- hand der entsprechenden charakteristischen Merkmale festgestellt und identifiziert werden. Schließlich kann bei einer Bauteilprüfung die Abweichung von erwarteten charakteristischen Merkmalen festgestellt werden und die Übereinstimmung mit Fehlercharakteristiken kann ei- nen bestimmten Fehler oder Fehlertyp diagnostizieren.
Die Bauteilprüfung kann dabei selbst im Betrieb des Bau- teils durchgeführt werden; z.B. kann im Betrieb eines Zu- ges an der Achse oder dem Rad ein Schwingungsspek- trum und insbesondere ein Schallemissionsspektrum ab- gegriffen und auf charakteristische Merkmale geprüft werden, um beispielsweise einen Verschleiß, einen Ver- schleißgrad, einen Fehler wie etwa einen Bruch oder ei- nen Riss oder aber ein Normverhalten oder ganz allge- mein ein Abweichen vom Normverhalten festzustellen.
[0020] Vorzugsweise wird die Auswertung automati- siert auf Basis einer Mustererkennung durchgeführt. Für die mehr- und insbesondere dreidimensionale Musterer- kennung können geeignete Algorithmen verwendet wer- den, die schnell und zuverlässig und mit einstellbaren Erkennungsparametern computerbasiert realisierbar sind und auf gespeicherte Schwingungsspektrum-Daten zugreifen oder die Schwingungsspektrum-Daten in Echt- zeit verarbeiten.
[0021] Eine Musterdatenbank mit für eine bestimmte Anwendung geeigneten Mustern ist zweckmäßigerweise vorgesehen. Die Muster können dabei in Form von Mu- sterlandschaftsabschnitten ggf. mit Toleranzbereichen gespeichert und/oder durch Funktionen definiert sein.
Dies ermöglicht einerseits die Verwendung vorgegebe- ner Muster für eine bestimmte Anwendung oder Anwen- dungsklasse, z.B. Muster für einen bestimmten Bohrbe- arbeitungsschritt. Zudem können während einer Lern- phase Daten gesammelt und als Muster und ggf. mit To- leranzwerten gespeichert werden. So kann beispielswei- se beim Bohren und Werkstückwechseln und Werkzeug- wechseln das Schallemissionsspektrum aufgenommen und Muster können daraus extrahiert werden, auf deren Basis die Bewertung nachfolgender Bearbeitungen durchführbar ist. Damit ist eine individuelle Anpassbar- keit der Muster z.B. an einen bestimmten Prozess oder eine bestimmte Bearbeitungsmaschine oder ein be- stimmtes Bauteil oder eine bestimmte Prüfsituation für ein Bauteil auf einfache Weise und ggf. automatisiert möglich. Die Muster können dabei Wertebereiche abdek- ken, um tolerierbare Abweichungen zu definieren und/
oder die Erkennbarkeit zu vereinfachen.
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[0022] Für eine automatisierte Bewertung ist es vor- zugsweise vorgesehen, eine Umhüllende des erfassten Schwingungsspektrums oder von Abschnitten davon zu bilden und mit einer Vergleichsumhüllenden zu verglei- chen. Die Umhüllende wird dabei beispielsweise über eine Glättfunktion, aus Mittelung im Raum benachbarter Datenpunkte oder unter Verwendung zweckmäßiger Verfahren zum Glätten mehrdimensionaler Daten gebil- det. Die Abweichung zwischen der Umhüllenden und der Vergleichsumhüllenden kann als Maßstab für eine Be- urteilung eines Bauteils, Werkstücks, Werkzeugs und/
oder Prozesses, z.B. der Qualität eines Zerspanungs- prozesses, herangezogen werden. Zudem erlaubt es die Verwendung einer Umhüllenden, Prozessabschnitte wie etwa einen Werktstückkontakt oder eine bestimmte Be- arbeitung, automatisiert zu identifizieren. Zudem wird die Mustererkennung durch Verwendung einer Umhüllen- den vereinfacht und die Erkennungsrate wird verbessert.
[0023] Das Schwingungsspektrum wird vorzugsweise hochfrequent und/oder breitbandig erfasst und ausge- wertet.
[0024] Eine Breitbandigkeit ist zweckmäßig, da cha- rakteristische Merkmale in Bereichen des Schallemissi- onsspektrums auftreten können, die in der Frequenz weit voneinander beabstandet sind. So weist eine Rissbil- dung einen hochfrequenten "Fingerabdruck" auf, wäh- rend ein Bohrerbruch verhältnismäßig geringerfrequente Merkmale im Schallemissionsspektrum hinterlässt und ein Maschinenfehler wie etwa ein fehlerhafter Rundlauf einer Drehbank charakteristische Merkmale im nieder- frequenten Bereich des Schwingungsspektrums hinter- lässt. Vorzugsweise wird das gesamte Frequenzspek- trum der Schwingungen erfasst, wozu ggf, verschiedene Sensoren vorgesehen sein können, die verschiedene Frequenzbereiche abdecken. In der bevorzugten Aus- führungsform wird lediglich ein Sensor verwendet, näm- lich ein Schallsensor, in anderen Ausführungsformen können jedoch auch andere Schwingungssensoren zu- sätzlich oder alternativ verwendet werden.
[0025] Das hochfrequente Erfassen ermöglicht vorteil- hafterweise eine Beurteilung auch von mikroskopischen Vorgängen am oder im Bauteil oder Werkstück oder Werkzeug.
[0026] So werden beispielsweise bei der Zerspanung eines Festkörpers Materialteile gegen ihre Bindungskraft aus ihrer Position gerissen. Die dazu erforderliche Kraft wird durch ein Werkzeug aufgebracht. Die Bindungskräf- te bestehen zwischen mikroskopisch kleinen Teilen. Die Zerspanung kann deshalb auch als Aufeinanderfolge von mikroskopischen Trennungen begriffen werden. Je- de dieser kleinen Trennungen schickt einen Impuls durch die angrenzenden Materialien. Durch diese Impulse ent- stehen Schwingungen. Die Schwingungsfrequenzen hängen ab von der Impulsdauer und der Elastizität des Materials. Jede Zerspanung besteht dabei aus einer Auf- einanderfolge von sehr vielen mikroskopischen Trennun- gen, also auch aus einer Abfolge vieler kleiner Impulse, Diese Impulse entstehen mit einer zeitlichen Abfolge.
Nach einer erfolgten mikroskopischen Trennung baut sich erneut eine Trennkraft an den nächsten noch ge- bundenen Materialpartikeln auf dem Weg des Zerspa- nungswerkzeugs auf. Nach Überschreiten der nötigen Trennkraft entsteht der nächste Impuls. Damit ergeben sich immer neue Schwingungsanregungen, deren zeitli- che Verteilung mit der Schnittgeschwindigkeit und der Größe der abgetrennten Materialpartikel zusammen- hängt. Daraus ergibt sich eine Schwingungsanregung von Material und Werkzeug, deren Frequenz und Ampli- tudenverlauf charakteristisch für den jeweiligen Zerspa- nungsvorgang sind.
[0027] Diese mikroskopischen Trennungen führen folglich zu einem hochfrequenten Zerspanungsschwin- gungsspektrum, aus dem sich Charakteristika über den tatsächlichen Zerspanungsvorgang auf mikroskopischer Ebene gewinnen lassen.
[0028] Bei den weiteren Anwendungen der Erfindung wie etwa Schweißen oder der Bauteilprüfung treten ebenfalls hochfrequente charakteristische Merkmale im Schwingungsspektrum auf.
[0029] Das erfasste Schwingungsspektrum wird vor- zugsweise einer Frequenz-Zeit-Analyse unterworfen.
Durch die Frequenz-Zeit-Analyse können einerseits über die Zeitachse die aufgenommenen Schwingungen dem Prozessverlauf zugeordnet werden und andererseits die interessierenden Schwingungen von nicht interessieren- den Schwingungen wie etwa Maschinenschwingungen und Störschwingungen separiert werden, die andere Frequenzbereiche belegen. Die Auswertung kann sich daher auf den für die jeweilige Anwendung charakteristi- schen Bereich konzentrieren.
[0030] Das Schwingungsspektrum wird vorzugsweise mit einer Frequenzauflösung erfasst, die der mikrosko- pischen Körnigkeit des Materials des Bauteils oder Werk- stücks und ggf. weiteren anwendungsabhängigen Fak- toren entspricht. Bei einem Zerspanungsprozess ist z.B.
die Zerspanungsbearbeitungsgeschwindigkeit als weite- rer Faktor zu berücksichtigen. So ist beispielsweise bei einer Zerspanungsbearbeitungsgeschwindigkeit von 3000 m/min eine Frequenzauflösung von 50 MHz erfor- derlich, um Strukturen der Größenordnung von 1 mm durch zugeordnete Zerspanungsschwingungen zu er- fassen. Abhängig von der mikroskopischen Körnigkeit, die oberhalb oder unterhalb des mm-Bereichs liegen kann, und der Zerspanungsbearbeitungsgeschwindig- keit ergeben sich höhere oder niedrigere Frequenzauf- lösungen. Erfindungsgemäß liegt die Frequenzauflö- sung vorzugsweise bei 50 MHz, um alle Anwendungen abzudecken, kann jedoch auch im Bereich von 40 MHz, 30 MHz, 20 MHz oder 10 MHz liegen.
[0031] Das Schwingungsspektrum kann erfasst wer- den mit den Koordinaten Frequenz f, Zeit t und Amplitude A. Diese Erfassung eignet sich für eine numerische Ana- lyse im Computer, wobei die Koordinaten auch Funktio- nen a(f), b(t) und/oder c(A) der Frequenz f, der Zeit t bzw.
der Amplitude A sein können, oder a(f, t, A), b(f, t, A) und/
oder c(f, t, A), so dass ein dreidimensionales Array in
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einer gegebenen funktionellen Abhängigkeit zu f, t, A ge- speichert ist, beispielsweise (If, mt, nAx), wobei l, m, n, x beliebige Zahlen sind. Zur Illustration und/oder händi- schen Analyse kann das Schwingungsspektrum mit den drei Koordinaten grafisch dargestellt werden. Hierbei kann eine dreidimensionale Darstellung gewählt werden, bei der die Frequenz und die Zeit eine Ebene aufspannen und durch die Amplitude (oder eine Funktion davon) ein Höhenprofil definiert wird. Eine derartige grafische Dar- stellung erleichtert die Erkennung der zur Bewertung re- levanten Schwingungen, z.B. können diese durch die Trennung auf der Zeitachse dem Bearbeitungsablauf zu- geordnet werden und sind von Maschinenschwingungen und anderen Störschwingungen auf der Frequenzachse getrennt.
[0032] Zur Aufnahme der Schwingungen wird vorzugs- weise ein Schallsensor, insbesondere ein Piezo-Schall- sensor, verwendet. Derartige Schallsensoren können die erfindungsgemäß erforderüchen hohen Frequenzen ver- arbeiten, weisen eine große Frequenzbandbreite auf, sind kostengünstig herstellbar und wartungsfrei.
[0033] Der Sensor, insbesondere der Schallsensor, der am Bauteil, Werkstück oder am Werkzeug oder ei- nem mit dem Bauteil, Werkstück und/oder Werkzeug schwingungsgekoppelten Bauteil angeordnet sein kann, wird nach seiner Montage und vorzugsweise auch peri- odisch danach oder vor jeder Verwendung kalibriert.
Hierdurch wird eine gleich bleibend hohe Präzision der Messung sichergestellt. Eine Kalibrierung ist insbeson- dere dann besonders zweckmäßig, wenn der Sensor an einem neuen Werkstück angebracht wird oder zwecks Wartung gelöst und erneut angebracht werden muss, da sich durch die Anbringung ein anderes Kopplungsver- halten einstellen kann. Zur Kalibrierung wird erfindungs- gemäß der Schallsensor mit einem bestimmten elektri- schen Impuls beaufschlagt, um ein Schallsignal zu em- mitieren. Anschließend wird das Echo des Schallsignals erfasst und mit einem Soll-Echo verglichen. Dadurch kann die Güte der Ankopplung des Schallsensors an das Werkstück oder Werkzeug oder Bauteil ermittelt und bei der Messung berücksichtigt werden.
[0034] Die Auswertung erfolgt vorzugsweise in Echt- zeit. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Daten zu spei- chern. Eine Speicherung der Daten kann zweckmäßig sein bei sicherheitsrelevanten Bauteilen zum Nachweis der Fehlerfreiheit, oder für den Nachweis eines Fehlers.
Die Daten können vollständig für den gesamten Bear- beitungsprozess oder die gesamte Überwachungsdauer eines Werkstücks oder Bauteils gespeichert werden oder nur ausschnittsweise in Zeitbereichen, in denen interes- sierende Merkmale erkannt worden sind.
[0035] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Transformation des Schwingungsspektrums, oder eines interessierenden Frequenzbereichs davon, in das hör- bare Schallspektrum mittels einer geeigneten, z.B. linea- ren, Funktion oder Abbildung. Dies ermöglicht eine aku- stische Beobachtung bzw. Bewertung durch eine Per- son. Zweckmäßigerweise wird die akustische Beobach-
tung ergänzend zur mehrdimensionalen Auswertung durchgeführt, kann diese aber auch ersetzen.
[0036] In einer besonders zweckmäßigen Ausfüh- rungsform werden für Schäden typische Muster im Schwingungsspektrum erkannt. Hier kann u.a. eine Ver- einfachung der Auswertung sich ergeben, die sich auf eine Fehlererkennung beschränkt.
[0037] Die Erfindung ermöglicht es auch, nicht direkt mit der Bearbeitung eines Werkstücks in Zusammen- hang stehende Fehler zu erkennen. Beispielsweise kön- nen durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Spannungsrisse oder allgemein Schäden durch Fremd- einwirkung erkannt werden.
[0038] Ferner können Überlastungs- und/oder Ermü- dungsrisse erkannt werden. Dies ist insbesondere bei der Prüfung eines Bauteils oder bei der Beobachtung eines Bauteils im Betrieb vorteilhaft, z.B. bei der Über- wachung eines Rads einer Eisenbahnwaggons.
[0039] Die Erfindung schafft damit Verfahren und Vor- richtungen, die eine automatisierte Überwachung, Qua- litätssicherung und Prüfung von Bauteilen, Werkstücken und Bearbeitungsprozessen ermöglichen.
[0040] Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Er- findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei- bung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun- gen.
Figurenbeschreibung [0041]
Fig. 1 illustriert schematisch eine Vorrichtung zum Bewerten von Zerspanungsprozessen.
Fig. 2 und 3 zeigen Kristallite in einem Stahlgefüge.
Fig. 4 illustriert eine dreidimensionale grafische Dar- stellung eines Schwingungsspektrums.
Fig. 5 illustriert einen Ausschnitt aus Fig. 4 in einer zweidimensionalen Darstellung.
Fig. 6 ist ein Schnitt durch Fig. 4 parallel zur f-Achse.
Fig. 7 und 8 zeigen eine Projektion des gesamten aufgenommenen Frequenzumfangs der Fig. 1 auf die Zeitachse für verschiedene Werkzeuge.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0042] Die Erfindung wird nachfolgend zunächst am Ausführungsbeispiel eines Zerspanungsprozesses be- schrieben.
[0043] Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zum Durchführen einer Schwingungsanalyse, hier zwecks Bewertung eines Zerspanungsprozesses, umfasst einen Sensor 2 zum Erfassen von Schwingungen, der beispiel- haft an einem Werkzeug 3 einer Werkzeugmaschine 4
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angeordnet ist, die ein Werkstück 5 zerspanend bearbei- ten kann. Der Sensor 2 ist mit einer Auswerteinrichtung 6, z. B. einem Computer, verbunden. In weiteren Ausge- staltungen der Erfindung wird das Werkstück anderweitig bearbeitet, z.B. geschweißt, umgeformt, gefügt und/oder getrennt, oder es wird ein Bauteil geprüft oder während dessen Verwendung in montiertem Zustand beobachtet.
[0044] Der Sensor 2 ist vorzugsweise ein Körper- schallsensor, z.B. ein Piezo-Sensor, und kann bevorzugt nicht nur Körperschallsignale aufnehmen, sondern auch aussenden. Das Aussenden von Körperschallsignalen ist insbesondere für die Prüfung von Bauteilen zweck- mäßig, da diese damit in Schwingung versetzt werden können. Andere Arten von Sensoren sind ebenfalls ver- wendbar, solange sie Schwingungen im interessieren- den Frequenzbereich erfassen können, z.B. Bewe- gungssensoren.
[0045] Angekoppelt ist der Sensor 2 entweder wie bei- spielhaft dargestellt am Werkzeug 3 oder an der Werk- zeugmaschine 4 oder dem Werkstück 5 oder einem da- mit schwingungsgekoppelten Teil derart, dass er Schwingungen des Werkstücks 5 und/oder des Werk- zeugs 3 erfassen kann. Im einfachsten Fall ist der Sensor festgeschraubt.
[0046] Die Werkzeugmaschine 4, z.B. eine Fräsma- schine, führt einen Bearbeitungsvorgang am Werkzeug 5, z.B. einem Block Stahl, mit dem Werkzeug 3, z.B. ei- nem Fräser, insbesondere automatisiert aus, um aus Block Stahl beispielsweise ein Zahnrad zu formen.
[0047] Während des Bearbeitungsvorgangs entste- hen Schwingungen am Werkstück 5 und Werkzeug 3, die vom Sensor 2 aufgenommen werden. Hierzu ist der Sensor 2 derart ausgebildet, dass er Frequenzen zwi- schen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert erfassen kann. Idealerweise ist der untere Grenzwert 0 und der obere Grenzwert ∞, so dass das gesamte interessierende Spektrum aufgenommen wer- den kann. In der Praxis ist ein oberer Grenzwert von min- destens 50 MHz, bevorzugt mindestens 100 MHz, zweckmäßig. Frequenzen unterhalb von 90 kHz oder 40 kHz werden in der Praxis vorzugsweise gedämpft oder abgeschnitten, da sie keinerlei verwertbare Information enthalten, so dass ein entsprechender unterer Grenz- wert zweckmäßig ist, aber auch bei 200 kHz, 500 kHz oder 1 MHz liegen kann.
[0048] Der tatsächliche Frequenzbereich des Sensors 2 sollte anhand des zu bearbeitenden Materials und der Bearbeitungsgeschwindigkeit gewählt werden. Fig. 2, 3 zeigen typische Kristallite in einem Stahlgefüge. Ersicht- lich variieren die Korngrößen variieren in ihrer Größe, und zwar je nach Abkühlungsprozess und Legierungs- bestandteilen. Ist die Körnigkeit des Materials z.B. 1 mm und die Bearbeitungsgeschwindigkeit 3000 m/min, sollte der obere Grenzwert mindestens 50 MHz betragen, um die interessierenden Zerspanungsschwingungen erfas- sen zu können. Bei einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 400 m/ min und einer durchschnittlichen Korngröße von 1 mm ergibt sich eine Mindestauflösung von 6,66
MHz. Da jedoch die Werkzeugspitze (z.B. 1mm) im Ver- gleich zu den Kristalliten (z.B. 1mm) sehr groß ist, erfasst sie immer sehr viele (z.B. 1000) Kristallite gleichzeitig, und zwar leicht versetzt um Bruchteile der Korngröße;
eine wesentlich höhere Frequenzauflösung als die Min- destauflösung ist daher zweckmäßig, um alle interessan- ten Frequenzinformationen über den Zerspanungspro- zess zu erfassen.
[0049] Die vom Sensor 2 während der spanenden Be- arbeitung des Werkstücks 5 erfassten Schwingungen werden mehrdimensional ausgewertet. Hierfür kann das erfasste Schwingungsspektrum in der Auswerteeinheit 6 zwischengespeichert werden, die vorzugsweise ein Computer mit entsprechender Schnittstelle und geeig- neten Speichermedien ist.
[0050] In der Auswerteeinheit 6 kann eine Frequenz- Zeit-Analyse dergestalt erfolgen, dass das Schwin- gungsspektrum noch während der Erfassung oder da- nach grafisch dargestellt wird undloder numerisch ana- lysiert wird.
[0051] Eine Darstellung kann wie in Fig. 4 illustriert dreidimensional erfolgen mit den Koordinaten Zeit, Fre- quenz und Amplitude (oder maximale Amplitude oder In- tensität oder dergleichen) oder wie in Fig. 5 illustriert zweidimensional, wobei Höhenlinien die Amplitude sicht- bar machen. In Fig. 5 ist links bei niedrigen Frequenzen die Antriebswelle sichtbar, bei rechts befinden sich hoch- frequente Störungen und dazwischen ist das aufeinan- derfolgende Schleifen zweier Zähne einer KFZ-Getrie- bewelle sichtbar. Ein Schnitt zu einer Zeit t ist in Fig. 6 dargestellt, die ein typisches Frequenzspektrum zeigt.
[0052] Es sind Muster erkennbar, insbesondere die In- seln in Fig. 5, die charakteristisch für den jeweiligen Pro- zess sind. Derartige Muster ergeben sich auch für Fehler.
Durch Mustererkennung können folglich Prozessschritte erkannt werden, beurteilt werden, indem z.B. ein Maß für die Abweichung von einem Muster ermittelt wird, und auch Fehler erkannt und identifiziert (Bohrerbruch, kein Werkzeug etc.) werden, jedenfalls Abweichungen vom Normverhalten noch während einer Bearbeitung erkannt werden.
[0053] Die Auswertung kann anhand Fig. 4, 5 oder 6 erfolgen, die mit Vergleichsdaten oder Erfahrungswerten verglichen und aus denen Charakteristika Ober den Zer- spanungsprozess abgeleitet werden können. Hierzu können Muster aus einer Musterdatenbank verwendet werden. Die Muster können in einer Musterdatenbank gespeicherte oder funktional beschriebene charakteristi- sche Flächenabschnitte sein, deren Vorhandensein im erfassten Schwingungsspektrum festzustellen ist.
[0054] Fig. 7 und 8 zeigen eine Projektion des gesam- ten aufgenommenen Frequenzumfangs der Fig. 1 auf die Zeitachse, so dass ein zweidimensionales Bild ent- steht. Es handelt sich um Aufzeichnungen zweier unmit- telbar aufeinander folgender Drehprozesse an einem Stahlbauteil. Fig. 7 zeigt die Emission beim Einsatz eines abgenutzten Werkzeugs, während Fig. 8 die Emission nach Einbau eines neuen Werkzeugs zeigt. Fig. 8 ist er-
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sichtlich glatter und könnte als Referenz für den bestimm- ten Drehprozess verwendet werden, wobei Unterschiede hierzu zur Begutachtung des Werkzeugs und/oder des Werkstücks herangezogen werden können. Hierbei kön- nen in einer automatisierten Auswertung der erfassten dreidimensionalen Datensätze entsprechende Refe- renz-Umhüllende um die erfasste Landschaft gelegt wird. Als Maßstab für die Qualität der Bearbeitung, des Werkzeugs etc. könnten Differenzen, Mittelwerte, Streu- ungen usw. verwendet werden.
[0055] Das Schwingungsspektrum hängt dabei nicht nur von dem Werkzeug und dem Werkstück ab, sondern auch von der Bearbeitungsgeschwindigkeit, der Werk- zeugmaschine, dem Verbrauchsmaterial (z.B. Kühlöl) usw. Somit kann das Schwingungsspektrum Informatio- nen auch über die Werkzeugmaschine oder das Ver- brauchsmaterial usw. liefern. So ist das Schwingungs- spektrum möglicherweise durch die Schwingungen der Werkzeugmaschine, z.B. 200 Hz, moduliert.
[0056] Der Sensor 2 wird einen nichtlinearen Fre- quenzgang aufweisen, die vom Gesamtsystem Werk- zeugmaschine, Werkzeug, Werkstück abhängt. Der Fre- quenzgang ist individuell für jeden Sensor und zudem auch abhängig vom Drehmoment seiner Befestigung, Systemresonanzen, Maschinengeräuschen etc. Eine insbesondere periodische Kalibrierung während der Messungen ist daher zweckmäßig. Die Kalibrierung kann erfolgen, indem der Sensor 2 einen Impuls aussendet und die Impulsantwort ausgewertet wird.
[0057] Nachfolgend wird als Ausführungsbeispiel eine Risserkennung beschrieben.
[0058] Die Risserkennung beim Belasten von Bautei- len wie etwa Rädern wird durch die breitbandige Echt- zeitbetrachtung von Körperschallsignalen mit hoher Zu- verlässigkeit ermöglicht.
[0059] Eine frequenzdetektive Betrachtung ermöglicht eine trennscharfe Filterung von normalen Arbeitsgeräu- schen und spontan auftretenden Bauteilschädigungen aufgrund von Überlastungs- oder Ermüdungsrissen im Gefüge.
[0060] Jede Gefügetrennung emittiert eine impulsarti- ge Körperschallemission, die von den normalen Pro- zessgeräuschen getrennt werden kann.
[0061] Eine Echtzeitbetrachtung des vorzugsweise gesamten Frequenzverlaufs über die Zeit ermöglicht es, Veränderungen im Prozessverlauf zu erkennen und auf solche
[0062] Schwankungen regelnd einzugreifen, so dass vorbeugend auftretende Schäden vermieden werden können,
[0063] In Anlagen zum gezielten Herbeiführen von Schädigungen, wie etwa Testständen, kann der Fort- schritt eines üblichen Schadensverlaufs beobachtet wer- den. Damit wird es möglich, nicht erst die Schadensgrö- ße im Nachhinein, sondern den zeitlichen Verlauf der Schadensbildung sowie auch die quantitativen Vorkom- men bei der Schadensentwicklung zu bewerten.
[0064] Durch den Vergleich des erfassten Schwin-
gungsspektrums mit hinterlegten Schadensmustern und Normmustern ist es möglich, sehr flexibel auf auftretende Schädigungen eines Bauteils oder auf Prozess-Drifts zu reagieren, auch wenn Frequenzbereiche sich verschie- ben oder verändern oder neue, bisher nicht bekannte Signale erfasst werden.
[0065] Bei einer von vorneherein feststehenden Fre- quenztrennung oder Frequenzfilterung ist ein solches fle- xibles Reagieren und Erkennen nicht möglich.
[0066] Die Erfindung ist auch beim Schweißen, insbe- sondere beim Laserschweißen, anwendbar.
[0067] Bei der Materialbearbeitung mit einem Laser werden die Materialien erhitzt und damit die Spannungen im Gefüge verändert. Jede derartige Spannungsverän- derung erzeugt eine Druckwelle, die sich durch das Ma- terial ausbreitet. Diese Druckschwankungen als Folge der thermischen Umformung durch Laserenergie können mittels eines Körperschallsensors erfasst und erfin- dungsgemäß ausgewertet werden.
[0068] Derzeit werden optische Systeme zur Überwa- chung eines Laservorgangs eingesetzt, die das von der Einwirkstelle reflektierte Licht messen und aus dem Spektrum bzw. der Intensität abzuleiten versuchen, wie der tatsächliche Laservorgang vom Material aufgenom- men wird. Befriedigende Ergebnisse sind damit nicht im- mer erreichbar, da mehrere Materialien miteinander zu verbinden sind und der Vorgang des Durchschweißens, also ob die Laserenergie auch die erforderliche Ver- schmelzung und thermische Durchdringung aller Bautei- le bewirkt, durch an der Oberfläche reflektierte Lasere- mission nicht geprüft werden kann.
[0069] Durch Körperschallsensoren an den Bauteilen oder Werkstücken kann erfindungsgemäß erfasst wer- den, ob Spannungsschwankungen infolge thermischer Erhitzung in den Bauteilen entstehen und die Span- nungsschwankungen können analysiert werden für eine Beurteilung des Schweißprozesses.
[0070] Die Energieaufnahme durch das Laserlicht er- zeugt Temperaturschwankungen im Gefüge und damit variierende Druckspannungen, Druckwellen und Fre- quenzen, die Rückschlüsse auf die Art der thermischen Veränderungen im Gefüge erlauben. So ist es möglich, die Schweißenergie und/oder die vom Material aufge- nommene Energie abzubilden. Insbesondere können Schweißfehler wie das Nicht-Durchschweißen mehrerer zu verbindender Bauteile, das Entstehen von Löchern infolge zu starker Energieübertragung oder das Ausblei- ben des Laserstrahls erkannt werden durch erfindungs- gemäße mehrdimensionale Auswertung des Schwin- gungsspektrums.
[0071] Der Schwingungssensor oder insbesondere Schallsensor, ggf, mehrere Schallsensoren, können da- bei mittels einer Vorrichtung an die Werkstücke schwin- gungsangekoppelt werden. Der oder die Sensoren kön- nen auch an Haltevorrichtungen plaziert werden, die beim Spannen der Bauteile oder Werkstücke in einen schwingungskoppelnden Kontakt zu den Bauteilen oder Werkstücken kommen.
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[0072] Erfindungsgemäß wird eine In-Process-Über- wachung einer Bearbeitung, insbesondere eines Laser- Schweißvorgangs, ermöglicht, bei der keine weiteren Maßnahmen zur Beobachtung oder Bewertung der Qua- lität erforderlich sind.
[0073] Die Erfindung eignet sich auch für die Beobach- tung eines Umformprozesses.
[0074] Bei jedem Umformprozess von Festkörpern werden Spannungen in das Bauteil eingebracht oder ge- brochen. Diese Kraftveränderungen führen zu Druckwel- len, die durch das Bauteil bzw. das Werkzeug sich aus- breiten.
[0075] Die Frequenzen dieser Druckwellen hängen von der Dynamik des Umformprozesses, von der Ge- schwindigkeit der Kraft und auch der Gefügestruktur des Materials ab.
[0076] Im allgemeinen können sehr hohe Frequenzen auftreten. Die Analyse der Schallemission in Frequenz und Zeit ermöglicht eine präzise Beschreibung des Um- form-prozesses und bildet quasi einen Fingerabdruck je- des konkreten Umformprozesses. Hierbei sind Variatio- nen durch unterschiedliche Materialeigenschaften und Prozessverläufe möglich.
[0077] Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Kaltumformen als auch beim Warm- oder Heißum- formen angewendet werden. Fehler wie etwa beschä- digte, gebrochene oder fehlende Umformwerkzeuge können erkannt werden. Variierende Festigkeiten des Bauteils beim Umformen, Abwesenheit oder veränderte Eigenschaften von Betriebsmitteln wie Gleit-/Schmier- mitteln, beim Heißumformen insbesondere Variationen in der Temperatur, können erkannt werden. Bereits ge- ringe Temperaturunterschiede von 1° C können zu er- heblichen Veränderungen der Umformkräfte und damit zu veränderten Eigenschaften bei der Umformdynamik und den Druckwellen-Emissionen führen.
[0078] Kühlt das Bauteil innerhalb des Umform-Pro- zesses während der Schwingungserfassung ab, kann auch der Entspannungs- bzw. Abkühl- und Schrumpfvor- gang und der Gefügeumwandlungsvorgang des Materi- als mit beobachtet und bewertet werden sowie eine Aus- sage über den Abkühlprozess getroffen werden.
[0079] Dies gilt sowohl für Schwingungen, insbeson- dere Körperschallemissionen, die aus der Gefügeum- wandlung selbst stammen, wie auch aus Emissionen durch Kräfte zwischen Bauteil und Werkzeug, die wäh- rend der Volumenänderung stattfinden. Die Erfindung er- möglicht ersichtlich ganz allgemein die insbesondere au- tomatisierte Beobachtung und Bewertung von nahezu allen Bearbeitungsprozessen anhand der während der Bearbeitung einschließlich etwaiger Abkühlphase oder dergleichen auftretenden Schwingungsspektren, die wie beschrieben charakteristische Merkmale für Normver- halten und Abweichungen davon aufweisen. Neben den beispielhaft vorstehend beschriebenen spanabheben- den, schweißbasierten und umformenden Bearbeitun- gen ist die Erfindung auch beim Fügen und Trennen an- wendbar.
[0080] Bei jedem Füge- oder Trennvorgang treten ver- schiedene Teile miteinander in Interaktion. Während der Bewegung reiben die Oberflächen aneinander, werden Materialteile angeschabt, abgetrennt, Kräfte in irgendei- ner Form eingebracht. Jede dieser Aktivitäten erzeugt Druckwellen, die durch die beteiligten Bauteile laufen und die für den jeweiligen Füge- oder Trennvorgang charak- teristisch sind und typisiert werden können.
[0081] Es ist mithin möglich, die Füge- und Trennvor- gänge in verschiedenen Eigenschaften zu quantifizieren und zu qualifizieren, also charakteristische Merkmale zu definieren und zu erkennen.
[0082] Beispielsweise bieten beim Einpressen einer Welle in eine Buchse, die beide mit Toleranzen gefertigt sind, die Schallemissions-Druckwellen ein Maß für die Einpreßkräfte. Bei zu großem Übermaß oder ungünsti- ger Toleranzauslegung wird ein sehr starkes Schallsi- gnal produziert, das auf einen Fehler bei der Verpres- sung hinweisen kann. Mit der erfindungsgemäßen mehr- dimensionalen Auswertung des erfassten Schwingungs- spektrums kann dieser Fehler erkannt werden, z.B. durch Vergleich mit Soll-Mustern. Ebenso können unterschied- liche Oberflächeneigenschaften wie etwa zu große Ober- flächenrauhigkeiten oder Materialveränderungen er- kannt werden, da diese charakteristische Eigenschaften in Schwingungsspektrum aufweisen.
[0083] Eine Verschraubung stellt im wesentlichen nichts andres dar. Auch hierbei werden Flächen gegen- einander getrieben und gepresst und das aufgewendete Drehmoment erzeugt zusammen mit den Reibungsei- genschaften typisierbare Schallemissionen, die wieder- um zur Qualifizierung der Verschraubung herangezogen werden können.
[0084] Das vorstehende ist auch auf Trennvorgänge wie etwa das Austreiben von Dornen aus Buchsen, Aus- pressen, Losschrauben, Schneiden etc. anwendbar.
[0085] Der Bearbeitungsvorgang ist dabei ganz allge- mein erst dann abgeschlossen, wenn keine Veränderun- gen am Bauteil oder Werkstück mehr auftreten. So kann also z.B. beim Umformen oder Fügen oder Schweißen usw. das Schwingungsspektrum über einen längeren Zeitraum analysiert werden, um z.B. bei Temperaturver- änderungen auftretende Spannungen, die u.U. zur Be- schädigung der Bauteile führen, auch nach unmittelba- rem Abschluss der Einwirkung auf das Bauteil oder Werkstück festzustellen.
Patentansprüche
1. Verfahren zur Schwingungsanalyse, bei dem wäh- rend der Verwendung eines Bauteils, bei der Prüfung eines Bauteils und/oder während des Bearbeitens eines Werkstückes (5) durch Zerspanen, Schwei- ßen, Umformen, Fügen und/oder Trennen oder der- gleichen entstehende Schwingungen erfasst und ausgewertet werden, wobei ein Schwingungsspek- trum zu verschiedenen Zeiten oder (quasi-)kontinu-
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ierlich erfasst und einer mehrdimensionalen Aus- wertung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Auswertung dreidimensional durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aus- wertung automatisiert auf Basis einer Mustererken- nung durchgeführt wird, wobei die Mustererkennung im über einen Zeitraum erfassten Schwingungs- spektrum nach Mustern, die in einer Musterdaten- bank gespeichert oder definiert sind, suchen kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Umhüllende des Schwingungsspektrums gebildet und mit einer Vergleichsumhüllenden ver- glichen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Schwingungsspektrum hochfrequent und/
oder breitbandig erfasst und/oder ausgewertet wird;
und/oder
bei dem das Schwingungsspektrum einer Frequenz- Zeit-Analyse unterworfen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Schwingungsspektrum im Fall einer Bear- beitung durch Zerspanen mit einer Frequenzauflö- sung entsprechend der mikroskopischen Körnigkeit des Materials des bearbeiteten Werkstücks (5) und der Zerspanungsbearbeitungsgeschwindigkeit er- fasst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Schwingungsspektrum grafisch dargestellt wird mit den Variablen Frequenz, Zeit, Amplitude oder einer Funktion davon; und/oder
bei dem ein Schallsensor (2) zur Aufnahme des Schwingungsspektrum verwendet wird, wobei der Schallsensor (2) vorzugsweise kalibriert wird, in- dem vor der Messung ein Schallsignal über den Schallsensor (2) emittiert, das Echo erfasst und mit einem Soll-Echo verglichen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Auswertung im Wesentlichen in Echtzeit er- folgt.
9. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das erfasste Schwingungsspektrum in den hörbaren Bereich transformiert wird für eine akustische Bewertung durch einen Bearbeiter.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem für Schäden typische Muster im Schwingungs- spektrum, insbesondere Überlastungs- und/oder Er- müdungsrisse, erkannt werden.
11. Vorrichtung (1) zum Durchführen einer Schwin- gungsanalyse, insbesondere nach einem der An- sprüche 1 bis 15, wobei die Vorrichtung mit einem Sensor (2) zum Erfassen eines Schwingungsspek- trums, das während der Verwendung eines Bauteils, bei der Prüfung eines Bauteils und/oder während des Bearbeitens eines Werkstückes (5) durch Zer- spanen, Schweißen, Umformen, Fügen und/oder Trennen oder dergleichen entsteht, koppelbar ist und eine Auswerteeinrichtung (6) zum mehrdimen- sionalen Auswerten des zu verschiedenen Zeiten oder (quasi-)kontinuierlich erfassten Schwingungs- spektrums aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Auswer- teeinrichtung (6) zum Bilden einer Umhüllenden des Schwingungsspektrums und zum Vergleichen mit ei- ner Vergleichsumhüllenden ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der ein Hochfrequenz-Sensor zum Erfassen eines Körper- schallspektrums vorgesehen ist; und/oder
bei der eine Musterdatenbank mit mehrdimensiona- len Schwingungsmustern vorgesehen ist.
14. Musterdatenbank für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend mehrdimensio- nale Schwingungsmuster, die charakteristisch für Merkmale in Bereichen eines Schwingungsspek- trums sind, das während der Verwendung eines Bauteils, bei der Prüfung eines Bauteils und/oder während des Bearbeitens eines Werkstückes (5) durch Zerspanen, Schweißen, Umformen, Fügen und/oder Trennen oder dergleichen entsteht.
15. Verwendung einer Musterdatenbank nach Anspruch 14 für eine Beobachtung eines Bauteils im Betrieb, eine Prüfung eines Bauteils und/oder eine Beobach- tung einer maschinellen Bearbeitung eines Werk- stückes (5) durch Zerspanen, Schweißen, Umfor- men, Fügen und/oder Trennen oder dergleichen.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente
• DE 102005034768 A1 [0003]
• DE 10244426 [0003]
• DE 10340697 A1 [0003]
• DE 69804982 T2 [0004]
• DE 4405660 A1 [0005]
• DE 3829825 A1 [0006]
• DE 4436445 A1 [0007]
• WO 8807911 A [0008]
• WO 8912528 A [0008]
• DE 3829825 C2 [0009]
