Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, umfassend eine Datenverarbeitungsanlage mit einem Rechner und mindestens eine Vorrichtung mit einer Steuerungseinrichtung, wobei die Vorrichtung bewegliche Teile aufweist, welche an Anbindungsstellen eines feststehenden Grundkörpers oder an weiteren beweglichen Teilen angelenkt sind.

Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen mit beweglichen Teilen bekannt. Die beweglichen Teile können als Zahnräder, Walzen, Wellen oder Greifarme ausgestaltet sein. Die genannten Vorrichtungen können beispielsweise als Industrieroboter, Förderbänder oder als umfassende Produktionsanlagen ausgestaltet sein. Die genannten Vorrichtungen können des Weiteren Steuerelemente, Antriebselemente oder Kommunikationsmittel umfassen.

Bekannt sind aber auch noch größere Systeme, die aus mehreren der genannten Vorrichtungen bestehen. Dabei stehen die einzelnen Vorrichtungen zur Realisierung eines oder mehrerer Arbeitsschritte miteinander in Verbindung. Derartige Systeme finden in großen Förderanlagen, komplexen Antrieben oder in Produktionsstraßen Verwendung.

Vor diesem Hintergrund sind sogenannte Indoor-Systeme mit beweglichen Teilen bekannt, die beispielweise als automatische Prozessketten der metallverarbeitenden Industrie, der Autoindustrie, der Nahrungsmittelindustrie, oder der Papierindustrie ausgestaltet sind. Sogenannte Outdoor-Systeme finden beispielsweise in der Bauindustrie oder im Bergbau Verwendung. Vorrichtungen mit beweglichen Teilen erstrecken sich häufig in viele unterschiedliche Bereiche einer technischen Anlage und zeigen daher eine große räumliche Ausdehnung. Des Weiteren weisen solche Vorrichtungen einen komplexen Aufbau auf und umfassen häufig viele bewegliche Teile. Die Vorrichtungen führen oftmals komplizierte Arbeitsschritte aus, die einander zeitlich abfolgen und/oder koinzidieren.

Zur Sicherstellung eines fehlerfreien und zuverlässigen Betriebs der Vorrichtungen müssen diese oft an unterschiedlichen Stellen zeitgleich überwacht und überprüft werden. Die bekannten Vorrichtungen weisen bereits meist einen oder mehrere vorrichtungsinterne Speicher auf, in welchen Daten oder Signale abgelegt werden.

Zur zuverlässigen Überprüfung bzw. Diagnose solch komplexer Vorrichtungen müssen allerdings neben den bereits gespeicherten Daten und Signalen noch weitere Daten der Vorrichtungen erfasst werden. Hierzu müssen die Vorrichtungen derzeit mit aufwendigen Messaufbauten nachgerüstet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine zuverlässige Diagnose des Zustands und/ oder der Betriebsparameter der Vorrichtung kostengünstig durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach ist die eingangs genannte Anordnung durch mindestens eine Sensoreinrichtung gekennzeichnet, welche drahtlos an einer Anbindungsstelle oder an einem beweglichen Teil selbst festgelegt ist.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass gerade Vorrichtungen mit beweglichen Teilen an ganz bestimmten, kritischen Anbindungsstellen kontrolliert werden müssen, um deren einwandfreien Betrieb sicherzustellen. Dann ist erkannt worden, dass ein Serviceingenieur oder Servicetechniker passive oder aktive drahtlos datenübertragende Sensoreinrichtungen problemlos an bestimmten, erfahrungsge- maß kritischen Anbindungsstellen positionieren kann, ohne eine aufwendige Verdrahtung in einem komplexen System von Vorrichtungen vorzunehmen. Der normale Arbeitsbetrieb einer Vorrichtung oder eines Systems von Vorrichtungen wird durch die Erfassung der Daten für eine Diagnose nicht gestört. Weiter ist erkannt worden, dass drahtlos datenübertragende Sensoreinrichtungen sowohl untereinander im Sinne eines Sensornetzwerks als auch mit weiteren Netzwerkteilnehmern kommunizieren können, beispielsweise mittels Funk und/oder Infrarot und/oder akustisch und/oder per ultrasound. Schließlich ist erkannt worden, dass durch die Sensoreinrichtungen problemlos Testbewegungssequenzen gefahren werden können, welche eine zuverlässige und problemlose Diagnose des Zustands und der Betriebsparameter der Vorrichtung zulassen.

Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.

In einer Ausgestaltung erfasst die Sensoreinrichtung vorzugsweise physikalische Daten der beweglichen Teile und übermittelt diese drahtlos. Hierzu sind ein oder mehrere Sensoreinrichtungen an Anbindungsstellen oder beweglichen Teilen einer Vorrichtung, insbesondere an einem Industrieroboter, angebracht. Die Sensoreinrichtung erfasst beispielsweise Beschleunigungen, Temperaturen, Licht, Drehmomente und/oder Geräusche , chemische Substanzen in der Umgebung, auch Spannungen, Ströme, insbesondere Motorströme, und Drehmomente beispielsweise über Wandler und übermittelt diese Daten. Akustische Signale bzw. Daten können Aufschluss über mechanische Gegebenheiten geben. Spitzen im Geräuschpegel können beispielsweise eine Berührung von Zahnflanken eines Getriebes wiedergeben und auf ein Getriebespiel hinweisen. Des Weiteren können Geräuschpegeländerungen auf Lagerdefekte hinweisen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinrichtung an einer markierten, für eine Sensoreinrichtung vorgesehenen Position angeordnet. Zur Realisierung einer einwandfreien örtlichen Zuordenbarkeit der Sensoreinrichtungen sind diese vorzugsweise an Anbindungsstellen oder beweglichen Teilen angeordnet, die vom Hersteller der Vorrichtung werkseitig markiert sind. Denkbar ist aber auch, die Positionen der verwendeten Sensoreinrichtungen rechnerisch anhand bekannter Referenzkoordinaten zu ermitteln. Desgleichen ist weiterhin vorsehbar, dass die Anbindungstellen mit einem RFID (Radio Frequency Identification) -Tag oder -Transponder versehen werden.

Weiter vorteilhaft erfasst die Sensoreinrichtung die Daten mit einer voreingestellten Abfragerate. Hierdurch ist eine dauerhafte Überwachung der zu diagnostizierenden Teile gewährleistet. Nur gelegentlich oder punktuell auftretende Störungen und Fehler können so zuverlässig erfasst werden. Die Daten werden vorzugsweise während einer voreingestellten Zeitdauer erfasst und auf der Sensoreinrichtung lokal gespeichert. Während dieser Zeitdauer ist eine Funkverbindung der Sensoreinrichtung nicht aktiv. Hierdurch ist eine höhere Abfragerate erzielbar. Die Erfassung der Daten kann zeitgesteuert, ereignisgesteuert oder prozessgesteuert erfolgen. Bei einer Prozesssteuerung wird die Erfassung der Daten von einer Steuerungseinrichtung der Vorrichtung gestartet.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Datenverarbeitungsanlage eine Brückeneinheit auf, an die mindestens eine Sensoreinrichtung erfasste Daten mittels einer Funkeinrichtung übermittelt. Die Brückeneinheit kann als isoliertes Bauteil über eine Schnittstelle an einen Rechner angesteckt werden oder die Steuerungseinrichtung der Vorrichtung erweitern. Die Brückeneinheit überträgt vorteilhaft über Schnittstellen die übermittelten Daten an einen ortsfesten oder einen mobilen Rechner. Vorteilhaft überträgt die Brückeneinheit die Daten kontinuierlich an einen Rechner. Dort werden die Daten in einer lokalen Datenbank oder in einem lokalen Speicher gespeichert. Denkbar ist auch, dass die Brückeneinheit als PCI oder internes Modul ausgestaltet ist. Die Brückeneinheit bildet vorzugsweise mit mehreren Sensoreinrichtungen ein Sensornetzwerk, welches Single-Hop- oder Multi-Hop-Verbindungen umfasst. Hierdurch können große Strecken zwischen den einzelnen Sensoreinrichtungen und der Brückeneinheit überbrückt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Brückeneinheit an der Steuerungseinrichtung der Vorrichtung angebracht oder in diese integriert. Die Brückeneinheit ist vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung eingebaut und an die Stromversorgung der Steuerungseinrichtung angeschlossen. Die Brückeneinheit ist optional ein- und ausschaltbar. Bei dieser konkreten Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung um die Brückeneinheit erweitert. Die Erweiterung erlaubt, die Daten der Sensoreinrichtung und der Steuerungseinrichtung in einem vorrichtungsinternen Speicher zu speichern. So können die Daten der Vorrichtung mit den Daten der Sensoreinrichtung zeitlich und funktionell assoziiert werden. Hierzu ist vorteilhaft eine vorrichtungsinterne Software und eine Hardware vorgesehen, um in der Steuerungseinrichtung Daten der Sensoreinrichtung zu sammeln und zu speichern. Die Hardware und Software suchen vorzugsweise in einem kontinuierlichen oder periodischen Scan-Modus nach Sensoreinrichtungen, die in Reichweite sind. Sobald eine Verbindung zu den aufgefundenen Sensoreinrichtungen aufgenommen ist, werden die aufgefundenen Sensoreinrichtungen auf einem Display der Steuerungseinrichtung, beispielsweise in einem Pop-Up-Fenster, angezeigt oder durch Blinken signalisiert. Des Weiteren ist möglich, eine Konfiguration der Sensoreinrichtungen mit vorgegebenen Einstellungen per Funk, automatisch oder durch einen mobilen Rechner durchzuführen. Diese Konfiguration soll die Sensoreinrichtungen im Hinblick auf die zu diagnostizierenden Daten der Vorrichtung einstellen. Interne und für die jeweilige Vorrichtung typische Konfigurationsdaten sind vorteilhaft im vorrichtungsinternen Speicher abgelegt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Brückeneinheit an dem Rechner angebracht oder in diesen integriert ist. Dabei ist die Brückeneinheit vorzugsweise fest mit dem Rechner verbunden. Hierdurch ist die Brückeneinheit gemeinsam mit dem Rechner in die Nähe einer Vorrichtung verbringbar, um von den Sensoreinrichtungen oder der Steuerungseinrichtung Daten per Funk zu empfangen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung liest der Rechner von einer Sensoreinrichtung erfasste Daten aus und/ oder konfiguriert die Sensoreinrichtung. Dies kann durch Funkkontakt oder über eine Schnittstelle mit der Brückeneinheit erfolgen. Der Rechner kann dann die erfassten Daten analysieren.

In einer weiteren Ausgestaltung liest der Rechner Daten aus einer Steuerungseinrichtung der Vorrichtung aus und/ oder konfiguriert die Steuerungseinrichtung. Vorteilhaft sind alle wesentlichen Daten in einem vorrichtungsinternen Speicher zwischengespeichert und können daher nach Bedarf mit dem Rechner ausgelesen werden. Hierzu kann eine temporäre Verbindung zwischen dem Rechner und der Steuerungseinrichtung hergestellt werden, die kabelgebunden oder als Funkverbindung ausgestaltet ist. Vor diesem Hintergrund ist auf dem Rechner eine Software installiert. Die Software erfasst vorzugsweise Daten der Sensoreinrichtung bzw. eines Sensornetzwerks und der Daten einer Steuerungseinrichtung der Vorrichtung. Die Software erlaubt eine Konfigurierung der Sensoreinrichtungen und/ oder einer Steuerungseinrichtung einer Vorrichtung. Die Software erlaubt, die Vorrichtung und/ oder die Sensoreinrichtungen derart zu konfigurieren, dass beispielsweise zeitliche Daten erfasst werden oder Daten in Abhängigkeit von eintretenden Ereignissen erfasst werden. Des Weiteren stellt die Software verschiedene Arbeitsmodi zur Verfügung, wie beispielsweise kontinuierliche Erfassung von Daten, befehlsgesteuerte oder ereignisgesteuerte Erfassung von Daten der Sensoreinrichtungen und/ oder der Steuerungseinrichtung. Die Software erlaubt überdies eine Steuerung der Vorrichtung bzw. mehrerer Vorrichtungen derart, dass deren bewegliche Teile verschiedene Bewegungsabläufe ausführen. Dieser Arbeitsmodus ist insbesondere bei der Durchführung von Testbewegungssequenzen hilfreich. Insbesondere wird eine solche Testbewegungssequenz bei einem Industrieroboter durchgeführt.

In einer weiteren Ausgestaltung enthält der Rechner eine Software, welche die von der Sensoreinrichtung empfangenen Daten und/ oder Daten aus der Steuerungseinrichtung analysiert und Diagnoseergebnisse ausgibt. Die Software erlaubt vorzugsweise eine Visualisierung und visuelle Analyse der Daten. Des Weiteren erlaubt die Software eine Analyse der Daten und Verarbeitung gemessener Signale. Hierdurch ist eine rasche Analyse und Diagnose des Zustande der Vorrichtung bzw. deren beweglicher Teile möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung liest der Rechner erfasste Daten von mehreren Sensoreinrichtungen verschiedener Vorrichtungen und/ oder Daten mehrerer Steuerungseinrichtungen verschiedener Vorrichtungen aus. Hierdurch können mit einem Rechner eine Vielzahl von Vorrichtungen überwacht und einer Diagnose unterzogen werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Rechner mehrere Sensoreinrichtungen verschiedener Vorrichtungen konfiguriert und/ oder mehrere Steuerungseinrichtungen verschiedener Vorrichtungen konfiguriert. Hierdurch können mit einem Rech- ner eine Vielzahl von Vorrichtungen angesteuert, überwacht und einer Diagnose unterzogen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rechner als mobiler Rechner ausgestaltet. Ein mobiler Rechner zum Auslesen und Versenden von Daten und Steuerungsbefehlen kann von einem Servicetechniker problemlos getragen und vor Ort zur Diagnose verwendet werden. Ein solcher Rechner kann mit einer oder mehreren Steuerungseinrichtungen oder mit mehreren Sensoreinrichtungen kommunizieren.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Datenverarbeitungsanlage einen zentralen, externen Speicher auf, an welchen der Rechner die von einer Sensoreinrichtung er- fassten Daten und/ oder Daten der Steuerungseinrichtung über das Internet überträgt. Hierdurch können in weit verzweigten Produktionsanlagen oder in Outdoor- Systemen erfasste Daten an einen sehr weit entfernten Ort übertragen und dort ausgewertet werden. Der zentrale, externe Speicher stellt eine dauerhafte und sichere Speicherung der Daten sicher.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Übertragung der Daten der Steuerungseinrichtung und/ oder der Sensoreinrichtung durch eine Funkwiederholeinrichtung erfolgt. Hierdurch ist sicher gestellt, dass die Daten auch bei einer Störung oder Unterbrechung der Funkverbindung sämtlich auf einen Rechner übertragen werden. Die Funkwiederholeinrichtung ist insbesondere bei der Überbrückung großer Strecken zwischen Rechner und Vorrichtung sinnvoll.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sensoreinrichtung ein Gehäuse auf, in und/ oder an welchem ein oder mehrere Sensoren aufgenommen sind. Das Gehäuse schützt empfindliche Sensoren und deren Verdrahtung mit Sensorplatinen, Prozessplatinen, Datenspeichern und Funkeinrichtungen vor Umwelteinflüssen. Die Sensoreinrichtung mit einem oder mehreren Sensoren kann durch das Gehäuse problemlos an einer Anbindungsstelle der zu diagnostizierenden Vorrichtung festgelegt werden. Hierbei ist denkbar, dass Sensoren zur Erfassung von Strömen, Geschwindigkeiten, Temperaturen, Geräuschen einzeln oder in Kombination im oder am Gehäuse aufgenommen sind. Vorteilhaft ist im oder am Gehäuse mindestens ein Akustiksensor zur Erfassung von Geräuschen aufgenommen. Ein Akustiksensor kann Geräusche und Vibrationen der beweglichen Teile bzw. eines Grundkörpers einer Vorrichtung erfassen. Des Weiteren kann ein Akustiksensor Geräusche der Umgebung erfassen.

Vor diesem Hintergrund ist in einer weiteren Ausgestaltung im Gehäuse ein erster Akustiksensor zur Erfassung von Geräuschen des beweglichen Teils und am Gehäuse ein zweiter Akustiksensor zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen aufgenommen. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es möglich, von den Geräuschen, die vom ersten Akustiksensor erfasst wurden, die vom zweiten Akustiksensor erfass- ten Geräusche zu subtrahieren. Hierdurch können sehr exakt die von den beweglichen Teilen erzeugten Geräusche und Vibrationen isoliert und analysiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung ist im Gehäuse mindestens eine Prozessplatine aufgenommen. Die Prozessplatine verarbeitet Rohdaten und speichert diese als zu übermittelnde Daten auf einem Datenspeicher. Des Weiteren steuert die Prozessplatine die Funkübertragung der Daten.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensoreinrichtung einen eigenen Datenspeicher aufweist. Hierdurch ist die Sensoreinrichtung von externen Speichern unabhängig und kann autark Daten erfassen und speichern.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Sensoreinrichtung eine eigene Stromversorgung auf. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Stromversorgung der Vorrichtung oder eventuelle Stromschwankungen in der Stromversorgung der Vorrichtung die Sensoren nicht stören.

Vorteilhaft ist die Sensoreinrichtung magnetisch oder mechanisch an den Anbin- dungsstellen der Vorrichtung festgelegt. Hierdurch sind einerseits eine rasche Befestigung und andererseits ein problemloses Ablösen der Sensoreinrichtung ermöglicht. Das Gehäuse weist hierzu vorteilhaft einen Permanentmagneten auf.

Die hier beschriebenen Sensoreinrichtungen werden bei Bedarf an oder auf der Vorrichtung angebracht, beispielsweise während eines Service-Einssatzes oder zur Überwachung nach einem Störfall. Hierzu wird die Vorrichtung kurz außer Betrieb gesetzt und die Sensoreinrichtungen werden angebracht und eingeschaltet. Die Sammlung von Daten erfolgt nun mit Standardeinstellungen, die drahtlos auf die Sensoreinrichtungen übertragen werden. Die Zeitdauer für das Messen/ Sammeln von Daten kann auch durch eine Standardeinstellung festgelegt sein. Alternativ kann man mit einem mobilen Rechner auch eine neue Konfiguration für die Sensoreinrichtungen festlegen. Die Standardeinstellungen können mit dem mobilen Rechner verändert werden. Nach der Konfiguration der Sensoreinrichtungen wird das Sammeln der Daten gestartet. Alternativ kann in einem automatischen Modus die Sammlung der Daten nach einer automatischen Konfiguration sofort starten. Im letzten Fall ist nur das Anbringen der Sensoreinrichtungen vom Servicetechniker durchzuführen.

Wenn die Brückeneinheit die Steuerungseinrichtung der Vorrichtung erweitert, werden die Daten vorteilhaft in einem vorrichtungsinternen Speicher der Steuerungseinrichtung gesammelt. Die Zeitdauer für das Messen von Daten kann standardmäßig festgelegt sein oder vom Servicetechniker mit dem mobilen Rechner eingestellt werden.

Die Vorrichtung kann in operativem/normalem Modus fahren. Nach einer festgelegten Zeitdauer des Betriebs, nach einem konkreten Arbeitsablauf oder nach einem Ablauf von Testbewegungssequenzen werden die gesammelten Daten mit einem mobilen Rechner des Servicetechnikers eingelesen. Die Daten werden vom Servicetechniker gesammelt, analysiert und bewertet.

Die Sensoreinrichtungen verfügen vorteilhaft über eine eigene Stromversorgung, da sie nur temporär an die Vorrichtung angebracht werden. Das Auslesen von Daten erfolgt vorteilhaft durch einen Servicetechniker, der nach einer festgelegten Messzeit die Daten ausliest. Das Auslesen kann über eine temporäre Verbindung, die kabelgebunden oder als Funksignal ausgestaltet sein kann, erfolgen. Die Daten werden im mobilen Rechner gesammelt, gespeichert, ggf. analysiert und/oder an einen externen Speicher verschickt. Dabei werden sowohl die Daten der Steuerungseinrichtung und der Sensoreinrichtungen ausgelesen. Die hier beschriebenen Sensoreinrichtungen können auch dauerhaft an gewissen Anbindungsstellen angebracht sein. Die Anbindungsstellen können mit einer permanenten Stromversorgung und einem Raum für die Sensoreinrichtungen versehen sein. Die Sensoreinrichtungen können optional bei der Herstellung, als Nachrüstungsbauteile oder bei Bedarf an die Vorrichtung angebracht werden und dauerhaft oder vorübergehend dort verbleiben.

In Verbindung mit der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung, bei der ein mobiler

Rechner für die Diagnose einer Vorrichtung verwendet wird,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Anordnung, bei der in der

Steuerungseinrichtung der Vorrichtung Datenerfassungselemente integriert sind,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Anordnung, bei der in der

Steuerungseinrichtung der Vorrichtung eine vorrichtungsinterne Diagnoseeinrichtung integriert ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine

Vorrichtung mit beweglichen Teilen und eine Datenverarbeitungsanlage aufweist, wobei die Vorrichtung als Industrieroboter ausgestaltet ist und eine Steuerungseinrichtung aufweist, die um die Brückeneinheit erweitert ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung, wobei die

Brückeneinheit dem Rechner einer Datenverarbeitungsanlage zugeordnet ist, Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Anordnung, die mehrere Industrieroboter umfasst, wobei deren Daten von einem mobilen Rechner erfasst werden, dem die Brückeneinheit zugeordnet ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der von einem Sensor erfassten und übermittelten Daten,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, wobei ein Akustiksensor an einem Körperschallübertragungs- körper angeordnet ist,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, in welchem eine Prozessplatine und eine Sensorplatine längsfluchtend angeordnet sind,

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, in welcher eine Sensorplatine und eine Prozessplatine einstückig ausgebildet sind,

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, an welchem außerhalb ein Akustiksensor zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen angeordnet ist,

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, an welchem außerhalb ein Akustiksensor zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen angeordnet ist, wobei eine Prozessplatine und eine Sensorplatine längsfluchtend angeordnet sind,

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, an welchem außerhalb ein Akustiksensor zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen angeordnet ist, wobei eine Sensorplatine und eine Prozessplatine einstückig ausgebildet sind, und

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Gehäuse, an welchem außerhalb ein zweiter Akustiksensor zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen angeordnet ist, wobei ein erster Akustiksensor außerhalb des Gehäuses in einer Kammer aufgenommen ist.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, umfassend eine Datenverarbeitungsanlage 1 und mindestens eine Vorrichtung 2, welche bewegliche Teile 3 aufweist, wobei die beweglichen Teile 3 an Anbindungsstellen 4 eines feststehenden Grundkörpers 5 oder an weiteren beweglichen Teilen 3 angelenkt sind. Mehrere drahtlos datenübertragende Sensoreinrichtungen 6 sind an Anbindungsstellen 4 oder an beweglichen Teilen 3 selbst festgelegt und kommunizieren mit der Datenverarbeitungsanlage 1.

Mehrere Sensoreinrichtungen 6 sind an den beweglichen Teilen 3 festgelegt und erfassen physikalische Daten der beweglichen Teile 3. Die Sensoreinrichtungen 6 sind an markierten, für die Sensoreinrichtungen 6 vorgesehenen Positionen angeordnet. Die Sensoreinrichtungen 6 erfassen Daten mit einer voreingestellten Abfragerate. Die Datenverarbeitungsanlage 1 weist eine Brückeneinheit 7 auf, an welche die Sensoreinrichtungen 6 erfasste Daten übermitteln. Die Übermittlung der Daten erfolgt per Funk.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 wird in folgender Weise eingesetzt:

Ein Servicetechniker befestigt die Sensoreinrichtungen 6 an den vorgesehenen Markierungen der Vorrichtung 2 und stellt die Verbindung der Sensoreinrichtungen 6 zu einem mobilen Rechner 8 her. Ein drahtloses Sensornetzwerk, welches Single-Hopoder Multi-Hop-Verbindungen aufweist, wird aufgebaut. Der mobile Rechner 8 wird des Weiteren mit einer Steuerungseinrichtung 9 der Vorrichtung 2 verbunden, um die Steuerungseinrichtungszeit und weitere Daten zu erfassen. Dann wird eine Zeitsynchronisation zwischen dem Rechner 8 und der Steuerungseinrichtung 9 durchgeführt. Eine Testbewegungssequenz wird vorbereitet und gespeichert, wobei eingestellt wird, welche Daten aus der Steuerungseinrichtung 9 eingelesen werden sollen. Darauf wird die Steuerungseinrichtung 9 konfiguriert. Ein Startsignal wird an die Steuerungseinrichtung 9 und an die Sensoreinrichtungen 6 gesandt. Die Daten der Sensoreinrichtungen 6 und der Steuerungseinrichtung 9 werden durch einen Datenerfassungsblock 8a erfasst und in einem Datenspeicher 8b gespeichert. Die Daten werden dem Servicetechniker präsentiert, wobei eine Diagnoseeinrichtung 8c zur Auswertung verwendet wird. Die Daten werden analysiert, indem in einem Vergleichsmodul 8d erfasste Zeitintervalle mit Modelldaten verglichen werden. Ein Berichtsmodul 8e erstellt dann einen Bericht und sendet die Daten durch ein Versendungsmodul 8j per Email über das Internet 13 an einen zentralen, externen Speicher 12.

Zwischen der Steuerungseinrichtung 9 und dem Rechner 8 besteht eine temporäre Verbindung, die kabelgebunden oder kabellos sein kann. Sie kann an einer Schnittstelle 8f durch WLAN, Bluetooth oder Ethernet hergestellt werden. Sie dient der Steuerung der Bewegungssequenzen der Vorrichtung 2 und dem gleichzeitigen Auslesen der Daten aus der Steuerungseinrichtung 9. Es können Ströme, Spannungen, Positionen, Kräfte und ähnliche Daten erfasst werden. Die Bewegungssequenz wird durch einen Trigger 8g gestartet. Die Steuerungseinrichtungszeit und Sensoreinrichtungszeiten werden durch ein Synchronisierungsmodul 8h synchronisiert.

Fig. 2 zeigt eine in der Steuerungseinrichtung 9 integrierte Brückeneinheit 7, einen vorrichtungsinternen Datenerfassungsblock 9a, ein vorrichtungsinternes Synchronisierungsmodul 9h, einen integrierten vorrichtungsinternen Speicher 10 und eine vorrichtungsinterne Software 11. Die vorrichtungsinterne Software 11 empfängt Konfigu- rations- und Messbefehle und setzt diese an der Vorrichtung 2 um.

Zwischen der Steuerungseinrichtung 9 und dem Rechner 8 besteht hierzu eine temporäre Verbindung, die kabelgebunden oder kabellos sein kann. Sie kann an einer Schnittstelle 8f durch WLAN, Bluetooth oder Ethernet hergestellt werden. Die Verbindung dient der Konfigurierung der Vorrichtung 2, insbesondere der Einstellung der zu erfassenden Daten. Es wird des Weiteren konfiguriert, in welcher Weise erfasst und gemessen werden soll. Die Erfassung der Daten kann zeitgebunden oder ereignisgebunden gestartet werden. Die Verbindung dient auch der Übermittlung der im vorrichtungsinternen Datenerfassungsblock 9a erfassten Daten. Der vorrichtungsinterne Datenerfassungsblock 9a ist in der Steuerungseinrichtung 9 integriert. Der mobile Rechner 8 dient dem Konfigurieren, dem Auslesen der erfassten Daten und deren Analyse. Die Daten können wie in Fig. 1 beschrieben mobil analysiert und an einen externen Speicher 12 über das Internet 13 versandt werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 wird wie folgt verwendet:

Die drahtlosen Sensoreinrichtungen 6 sind entweder dauerhaft an der Vorrichtung 2 angeordnet oder können die Vorrichtung 2 als Nachrüstelemente ergänzen. Bei einer dauerhaften Befestigung der Sensoreinrichtungen 6 weist die Vorrichtung 2 vorzugsweise ein kostengünstiges Monitorsystem auf. Das Sensornetzwerk der Sensoreinrichtungen 6 kann Single-Hop- oder Multi-Hop-Verbindungen aufweisen. Die vorrichtungsinternen Datenerfassungselemente sind dauerhaft vorgesehen oder können nachgerüstet werden. Diese sind an der Steuerungseinrichtung 9 angeordnet.

Der Servicetechniker verwendet einen mobilen Rechner 8, um Konfigurierungen und Datenerfassungsbefehle auf die Steuerungseinrichtung 9 zu übertragen. Des Weiteren kann eingestellt werden, ob die Datenerfassung zeitgebunden oder ereignisgebunden erfolgt. Vor der Datenerfassung erfolgt eine Zeitsynchronisierung, es werden Befehle zur Datenspeicherung, Datenerfassungsdauer und ähnliches mehr eingestellt. Dabei ist denkbar, eine spezielle Testbewegungssequenz oder eine Überwachung des Arbeitsbetriebs durchzuführen.

Die Daten werden in dem vorrichtungsinternen Speicher 10 zur späteren Verwendung auf dem mobilen Rechner 8 gespeichert. Der Servicetechniker kann durch ein Nachrichtsmodul 8i informiert werden, wann die erfassten Daten aus der Steuerungseinrichtung 9 ausgelesen werden können. Denkbar ist auch, dass der Servicetechniker den Platz, an dem der mobile Rechner 8 aufgestellt ist, verlässt und die Datenerfassung automatisch erfolgt. Die erfassten Daten werden dann vom zurückkehrenden Servicetechniker ausgelesen und auf den mobilen Rechner 8 übertragen. Die Daten werden dem Servicetechniker präsentiert. Dabei wird eine Diagnoseinrichtung 8c zur Analyse der Daten verwendet. Zur Analyse der Daten werden Zeitintervalle und Zeitdifferenzen berechnet und mit typischen Modelldaten verglichen. Das Berichtsmodul 8e bereitet Berichte vor und kann diese durch ein Versendungsmodul 8j über das Internet 13 an einen zentralen, externen Speicher 12 versenden.

Fig. 3 zeigt, dass zwischen der Steuerungseinrichtung 9 und dem Rechner 8 eine temporäre Verbindung besteht, die kabelgebunden oder kabellos sein kann. Sie kann an einer Schnittstelle 8f durch WLAN, Bluetooth oder Ethernet hergestellt werden. Die Verbindung dient der Konfigurierung der Vorrichtung 2, insbesondere der Einstellung der zu erfassenden Daten. Es wird des Weiteren konfiguriert, in welcher Weise erfasst und gemessen werden soll. Die Erfassung der Daten kann zeitgebunden oder ereignisgebunden gestartet werden.

In der Steuerungseinrichtung 9 sind ein vorrichtungsinterner Datenerfassungsblock 9a, eine vorrichtungsinterne Diagnoseeinrichtung 9c, ein vorrichtungsinternes Vergleichsmodul 9d, ein vorrichtungsinternes Berichtsmodul 9e, ein vorrichtungsinternes Synchronisierungsmodul 9h und ein vorrichtungsinternes Versendungsmodul 9j integriert.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut, wie die Anordnung gemäß Fig. 2. Hier dient der mobile Rechner 8 jedoch nur dem Konfigurieren und Verifizieren der Daten durch den Servicetechniker.

Der mobile Rechner, der in den Fig. 1 bis 3 verwendet wurde, kann auch verwendet werden, um mit einer Vielzahl von Vorrichtungen 2 gemäß den Fig. 1 bis 3 zu kommunizieren.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, umfassend eine Datenverarbeitungsanlage 1 und mindestens eine Vorrichtung 2, welche bewegliche Teile 3 aufweist, wobei die beweglichen Teile 3 an Anbindungsstellen 4 eines feststehenden Grundkörpers 5 oder an weiteren beweglichen Teilen 3 angelenkt sind. Ganz konkret ist die Vorrichtung 2 als Industrieroboter ausgestaltet. Die beweglichen Teile 3 sind als Arme oder Manipulatoren des Industrieroboters ausgestaltet. Bei dem Industrieroboter handelt es sich um einen Knickarmroboter. Mehrere drahtlos datenübertragende Sensoreinrichtungen 6 sind drahtlos an Anbindungsstellen 4 oder an beweglichen Teilen 3 selbst festgelegt und kommunizieren mit der Datenverarbeitungsanlage 1. Mehrere Sensoreinrichtungen 6 sind an den beweglichen Teilen 3 festgelegt und erfassen physikalische Daten der beweglichen Teile 3. Die Sensoreinrichtungen 6 sind an markierten, für die Sensoreinrichtungen 6 vorgesehenen Positionen angeordnet. Die Sensoreinrichtungen 6 erfassen Daten mit einer voreingestellten Abfragerate.

Die Datenverarbeitungsanlage 1 weist eine Brückeneinheit 7 auf, an welche die Sensoreinrichtungen 6 erfasste Daten übermitteln. Die Übermittlung der Daten erfolgt per Funk.

Die Datenverarbeitungsanlage 1 weist einen Rechner 8 auf, der die von den Sensoreinrichtungen übermittelten Daten ausliest. Die Brückeneinheit 7 ist in der Steuerungseinrichtung 9 der Vorrichtung 2 integriert. Die Steuerungseinrichtung 9 weist einen vorrichtungsinternen Speicher 10 auf und eine Software 11 zur Speicherung der von der Brückeneinheit 7 erhaltenen und weiterer Daten. Der Rechner 8 liest auch diese weiteren Daten aus der Steuerungseinrichtung 9 der Vorrichtung aus und kann diese konfigurieren. Die Verbindung zwischen dem Rechner 8 und der Steuerungseinrichtung 9 erfolgt über ein Kabel oder über eine Schnittstelle. Denkbar ist auch eine Verbindung über Funk, Bluetooth oder WLAN.

Der Rechner 8 enthält eine Software, welche die von den Sensoreinrichtungen 6 empfangenen Daten analysiert und Diagnoseergebnisse ausgibt. Der Rechner 8 ist als mobiler Rechner ausgestaltet. Die Datenverarbeitungsanlage 1 umfasst einen zentralen, externen Speicher 12, an welchen der Rechner 8 die von den Sensoreinrichtungen 6 erfassten Daten und/ oder weitere Daten aus der Steuerungseinrichtung 9 über das Internet 13 überträgt. Dies kann durch eine LAN-, WLAN- oder WWLAN- Verbindung realisiert werden.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 2, an welcher mehrere Sensoreinrichtungen 6 angeordnet sind. Hier ist die Brückeneinheit 7 direkt dem mobilen Rechner 8 zugeordnet. Die Sensoreinrichtungen 6 übertragen die erfassten Daten per Funk an die Brückeneinheit 7. Der Rechner 8 enthält eine Software, welche die von den Sensoreinrichtungen 6 empfangenen Daten analysiert und Diagnoseergebnisse ausgibt. Der Rechner 8 ist als mobiler Rechner ausgestaltet. Der Rechner 8 übermittelt die von den Sensorein- richtungen 6 erfassten Daten über das Internet 13 an den zentralen, externen Speicher 12. Der Rechner 8 liest auch weitere Daten aus der Steuerungseinrichtung 9 der Vorrichtung 2 aus und analysiert und versendet diese optional. Die Verbindung zwischen dem Rechner 8 und der Steuerungseinrichtung 9 erfolgt über ein Kabel oder über eine Schnittstelle. Denkbar ist auch eine Verbindung über Funk, Bluetooth oder WLAN.

Fig. 6 zeigt einen Rechner 8, der Daten mehrerer Steuerungseinrichtungen 9 verschiedener Vorrichtungen 2 ausliest und Daten von mehreren Sensoreinrichtungen 6 der verschiedenen Vorrichtungen 2 erfasst. Hier ist die Brückeneinheit 7 dem Rechner 8 direkt zugeordnet. Die Daten werden von den Sensoreinrichtungen 6 per Funk an die Brückeneinheit 7 übertragen. Die Verbindung zwischen dem Rechner 8 und den Steuerungseinrichtungen 9 erfolgt ebenfalls über Funk. Denkbar ist auch eine Verbindung über Kabel, über Schnittstellen, Bluetooth oder WLAN. Die Übertragung der Daten der Steuerungseinrichtungen 9 und der Daten der Sensoreinrichtungen 6 zum Rechner 8 erfolgt unterstützt durch Funkwiederholeinrichtungen 14. Die Daten mehrerer Vorrichtungen 2 werden durch die Software auf dem Rechner 8 gesammelt, aufbereitet und lokal auf dem Rechner gespeichert und/oder zu einem zentralen, externen Speicher 12 versandt. Des Weiteren werden die Daten mehrerer Vorrichtungen 2 durch die Software auf dem Rechner 8 analysiert. Die Software kann die Daten auch untereinander, mit historischen Daten oder mit einem Referenzsystem vergleichen.

Fig. 7 zeigt schematisch die von einer Sensoreinrichtung 6 übermittelten Daten anhand von Signalen. Signal 1 repräsentiert einen Startbefehl für eine Bewegungssequenz, der automatisch oder manuell gegeben werden kann. Signal 2 repräsentiert einen von einem Sensor gemessenen Strom I ₁ Signal 3 eine örtliche Position, Signal 4 eine Geschwindigkeit v und Signal 5 die Beschleunigung a eines beweglichen Teils 3. Die Werte der Beschleunigung a geben Informationen über den Start und das Ende der Bewegungssequenz. Signal 6 repräsentiert erfasste Audiosignale an der An- bindungsstelle 4 oder an dem beweglichen Teil 3, an welchem die Sensoreinrichtung 6 angebracht ist. Des Weiteren kann als Signal das Ende einer Bewegungssequenz gemessen und übermittelt werden. Der Befehl, eine Messung zu beenden, kann automatisch oder manuell gegeben werden. Die Zeitintervalle dt können Aufschluss über das Spiel im Getriebe eines Industrieroboters geben. Das Signal 6 gibt zusammen mit den Signalen 1 bis 5 zusätzliche Informationen für eine Diagnose der Vorrichtung 2. Das Signal 6 kann charakteristisch für Bewegungsumkehrungen, Getriebespiel, Lagerdefekte oder Laufgeräusche bei der Rotation um eine Achse sein. Die Geräuschspitzen, die durch„Delta dBA" gekennzeichnet sind, können auf die vorgenannten Effekte hinweisen.

Die Bewegungssequenzen einzelner beweglicher Teile 3 werden während laufender Arbeitsprozesse der Vorrichtung 2 gemessen und bewertet. Alternativ kann eine Testbewegungssequenz gefahren werden, die Diagnosezwecken dient. Hierdurch können bestimmte Situationen besser erkannt und analysiert werden. Bei einer Testbewegungssequenz kann es sich um das Anfahren von Koordinaten durch einen Manipulator der Vorrichtung 2 handeln, wobei der Manipulator bei hoher Masse mit hoher Geschwindigkeit verfahren und auf kurzer Strecke abgebremst wird.

Fig. 8 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, die ein Gehäuse 15 aufweist, in welchem ein Sensor 16 aufgenommen ist. Konkret ist ein erster Akustiksensor 16 aufgenommen, welcher Geräusche oder Vibrationen eines beweglichen Teils 3 erfassen kann. Der erste Akustiksensor 16 ist an einer Sensorplatine 17 angebracht, die mit einer parallel darüber angeordneten Prozessplatine 18 verdrahtet ist. Die Prozessplatine 18 ist durch Befestigungsmittel 19 an der Oberseite 20 des Gehäuses 15 festgelegt. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.

An der Unterseite 21 des Gehäuses ist ein Permanentmagnet 22 angebracht. Der Permanentmagnet 22 kann an der metallischen Vorrichtung 2 bzw. an deren beweglichen Teilen 3 festgelegt werden.

Fig. 9 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, bei welcher der erste Akustiksensor 16 durch einen Körperschallübertragungskörper 23 an der Unterseite 21 des Gehäuses 15 festgelegt ist. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind übereinander angeordnet und werden durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind elektrisch und mechanisch verbunden. Fig. 10 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, bei welcher die Sensorplatine 17 im Wesentlichen längsfluchtend zur Prozessplatine 18 angeordnet ist. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind elektrisch verbunden, aber mechanisch entkoppelt. Die Sensorplatine 17 wird durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt.

Fig. 11 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, in dessen Gehäuse 15 nur eine Platine 24 aufgenommen ist. Die Prozessplatine 18 und die Sensorplatine 17 sind hier einstückig ausgebildet. Die Platine 24 wird durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt.

Fig. 12 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, bei welcher der erste Akustiksensor 16 durch einen Körperschallübertragungskörper 23 an der Unterseite 21 des Gehäuses 15 festgelegt ist. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind übereinander angeordnet und werden durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt. Dabei ist im Gehäuse 15 der erste Akustiksensor 16 zur Erfassung von Geräuschen des beweglichen Teils 3 und außerhalb am Gehäuse 15 ein zweiter Akustiksensor 16a zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen aufgenommen.

Fig. 13 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, bei welcher die Sensorplatine 17 im Wesentlichen längsfluchtend zur Prozessplatine 18 angeordnet ist. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind elektrisch verbunden, aber mechanisch entkoppelt. Die Sensorplatine 17 wird durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt. Dabei ist im Gehäuse 15 der erste Akustiksensor 16 zur Erfassung von Geräuschen des beweglichen Teils 3 und außerhalb am Gehäuse 15 der zweite Akustiksensor 16a zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen aufgenommen.

Fig. 14 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, in deren Gehäuse 15 nur eine Platine 24 aufgenommen ist. Die Prozessplatine 18 und die Sensorplatine 17 sind hier einstückig ausgebildet. Die Platine 24 wird durch den Körperschallübertragungskörper 23 und den ersten Akustiksensor 16 am Gehäuse 15 festgelegt. Dabei ist im Gehäuse 15 der erste Akustiksensor 16 zur Erfassung von Geräuschen des beweglichen Teils 3 und außerhalb am Gehäuse 15 der zweite Akustiksensor 16a zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen aufgenommen.

Fig. 15 zeigt eine Sensoreinrichtung 6, bei welcher die Sensorplatine 17 im Wesentlichen längsfluchtend zur Prozessplatine 18 angeordnet ist. Die Sensorplatine 17 und die Prozessplatine 18 sind elektrisch verbunden, aber mechanisch entkoppelt. Dabei ist in einer externen Kammer 25 der erste Akustiksensor 16 zur Erfassung von Geräuschen des beweglichen Teils 3 und außerhalb am Gehäuse 15 der zweite Akustiksensor 16a zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen aufgenommen. Bei Verwendung mehrerer Akustiksensoren 16, 16a können komplexe Geräuschanalysen durchgeführt werden.

Die hier beschriebenen Sensoreinrichtungen 6 weisen einen eigenen Datenspeicher auf. Die Sensoreinrichtungen 6 weisen des Weiteren eine eigene Stromversorgung auf. Die Sensoreinrichtungen 6 sind magnetisch an der Vorrichtung 2 festgelegt.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die Patentansprüche verwiesen.

Bezugszeichenliste Datenverarbeitungsanlage

Vorrichtung mit beweglichen Teilen

bewegliches Teil

Anbindungsstelle

Grundkörper

Sensoreinrichtung

Brückeneinheit

Rechner

a Datenerfassungsblock

b Datenspeicher

c Diagnoseeinrichtung

d Vergleichsmodul

e Berichtsmodul

f Schnittstelle

g Trigger

h Synchronisierungsmodul

i Nachrichtsmodul

j Versendungsmodul

Steuerungseinrichtung

a vorrichtungsinterner Datenerfassungsblockc vorrichtungsinterne Diagnoseeinrichtungd vorrichtungsinternes Vergleichsmodule vorrichtungsinternes Berichtsmodulh vorrichtungsinternes Synchronisierungsmodulj vorrichtungsinternes Versendungsmodul0 vorrichtungsinterner Speicher

1 vorrichtungsinterne Software

2 zentraler, externer Speicher

3 Internet

4 Funkwiederholeinrichtung

5 Gehäuse erster Akustiksensor

zweiter Akustiksensor

Sensorplatine

Prozessplatine

Befestigungsmittel

Oberseite des Gehäuses

Unterseite des Gehäuses

Permanentmagnet

Körperschallübertragungskörper

Platine

externe Kammer