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Patent Searching and Data


Title:
MANUFACTURING METHOD AND MACHINE TOOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/156110
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a manufacturing method in which stress parameters are detected in a multidimensional raster and are divided into size classes. In the process, the frequency of events is ascertained. In other words, how often the stress parameters have a value within the different size classes is counted. The counting process can run over the entire usage duration of the machine tool or individual processing steps or sub-processing steps. The stress parameters can describe load, wear, and/or usage variables, and the stress parameters can be directly measured or can be derived from measured operating parameters. By analyzing the ascertained numbers in the size classes, maintenance measures and/or other processing steps can be controlled. In particular, the maintenance measures and/or the other processing steps are carried out on the basis of the ascertained numbers. In particular, the manufacturing method according to the invention allows a contextual recording and analysis of the processing steps which have been carried out while requiring a small amount of storage without allowing the processing steps which are actually carried out to be reconstructed from the stored numbers.

Inventors:
KIEWELER THOMAS (DE)
LACHNER FLORIAN (DE)
HAGNER MARCUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/050998
Publication Date:
August 24, 2023
Filing Date:
January 17, 2023
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF WERKZEUGMASCHINEN SE CO KG (DE)
International Classes:
G05B19/406; G05B23/02
Foreign References:
US20200370996A12020-11-26
US20210107194A12021-04-15
DE202016001105U12016-07-11
DE102018007905A12020-04-09
Attorney, Agent or Firm:
TRUMPF PATENTABTEILUNG (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Fertigungsverfahren, bei welchem ein Werkstück (14) mit einer Werkzeugmaschine (10) bearbeitet wird, wobei während der Bearbeitung

A) wenigstens ein Betriebsparameter der Werkzeugmaschine (10) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Beanspruchungsparameter der Werkzeugmaschine (10) mehrere Größenklassen vordefiniert sind, und dass während der Bearbeitung

B) aus dem wenigstens einen gemessenen Betriebsparameter der wenigstens eine Beanspruchungsparameter berechnet wird, und

C) eine Anzahl, wie oft der wenigstens eine Beanspruchungsparameter innerhalb einer jeden der Größenklassen liegt, gespeichert wird.

2. Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Betriebsparameter gemessen werden.

3. Fertigungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Beanspruchungsparameter aus wenigstens zwei Betriebsparametern berechnet wird.

4. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Beanspruchungsparameter mit der Zeitdauer, über welche ein jeweiliger Betriebsparameter gemessen wurde, berechnet wird.

5. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Beanspruchungsparameter berechnet werden.

6. Fertigungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Beanspruchungsparameter für dieselben Zeitpunkte berechnet und einer Größenklasse für die mehreren Beanspruchungsparameter zugeordnet werden.

7. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte B) und C) sowie vorzugsweise auch A) mit einer festgelegten Frequenz durchgeführt werden.

8. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenklassen für den wenigstens einen Beanspruchungsparameter jeweils dieselbe Wertespanne umfassen.

9. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenklassen für den wenigstens einen Beanspruchungsparameter unterschiedliche Wertespannen umfassen, insbesondere wobei Größenklassen mit größeren und kleineren Wertespannen abwechselnd aufeinanderfolgen.

10. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt C) über eine Einsatzdauer der Werkzeugmaschine (10) hinweg durchgeführt wird.

11. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein weiteres Rohteil, ein weiteres Werkstück (14) oder eine weitere bearbeitete Kontur Schritt C) jeweils erneut durchgeführt wird.

12. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) eine

Laserbearbeitungsmaschine ist, insbesondere wobei ein Laserschneidvorgang oder ein Laserschweißvorgang erfolgt. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter ausgewählt ist aus

- Position (y), insbesondere eines Werkzeugs (12) der Werkzeugmaschine (10), insbesondere entlang einer Maschinenachse (22, 24) der Werkzeugmaschine (10),

- Beschleunigung (a), insbesondere des Werkzeugs (12), insbesondere entlang der Maschinenachse (22, 24),

- Stromaufnahme, Kraft und/oder Drehmoment eines Antriebs insbesondere der Maschinenachse,

- Bearbeitungskraft des Werkzeugs (12) der Werkzeugmaschine (10),

- Leistungsabgabe des Werkzeugs (12) der Werkzeugmaschine (10), insbesondere Laserleistung eines Laserbearbeitungskopfs,

- Druck und/oder Volumenstrom eines Prozessgases,

- Zeitinkrement, über welches ein anderer Betriebsparameter einen bestimmten Wert annimmt,

- Temperatur, insbesondere eines Werkzeugs (12) der Werkzeugmaschine (10), und/oder

- Streulicht. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wartung, eine Reparatur und/oder ein Austausch wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine (10) erfolgen, wenn die in Schritt C) ermittelten Anzahlen ein vordefiniertes Kriterium erfüllen. Fertigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt C) ermittelten Anzahlen für die Bearbeitung weiterer Werkstücke (14), insbesondere zum Festlegen von deren Anordnung und/oder Ausrichtung im Arbeitsraum der

Werkzeugmaschine (10), verwendet werden. Werkzeugmaschine (10), insbesondere Laserbearbeitungsmaschine, mit

- einem Werkzeug (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14),

- einer Sensoreinrichtung (26) zum Messen wenigstens eines Betriebsparameters während der Bearbeitung des Werkstücks (14) mit dem Werkzeug (12), und

- einer Steuereinrichtung (32), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Description:
Fertigungsverfahren und Werkzeugmaschine

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren, bei welchem ein Werkstück mit einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird, wobei während der Bearbeitung wenigstens ein Betriebsparameter der Werkzeugmaschine gemessen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks und mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Betriebsparameters während der Bearbeitung des Werkstücks mit dem Werkzeug.

Ein solches Fertigungsverfahren und eine derartige Werkzeugmaschine sind beispielsweise aus DE 20 2016 001 105 Ul bekannt.

Während der Lebensdauer einer Werkzeugmaschine treten durch ihre Nutzung unterschiedlichste Formen von Lasten und Verbrauchen auf. Betriebsparameter, welche mit diesen Lasten und Verbrauchen in Zusammenhang stehen, können grundsätzlich mit Sensoren gemessen und aufgezeichnet werden. Bei langen Einsatzzeiten ist dies jedoch mit einem erheblichen Speicherbedarf verbunden, insbesondere wenn sich die relevanten Betriebsparameter schnell ändern. Zudem kann die unmittelbare Speicherung der Betriebsparameter eine Rekonstruktion der erfolgten Bearbeitungen ermöglichen. Nutzer der Werkzeugmaschine werden diese Rohdaten daher einem Wartungsdienstleister oder Maschinenhersteller regelmäßig nicht zur Verfügung stellen wollen.

Es ist im Prinzip denkbar, anhand der durchgeführten Bearbeitungen mit den dabei gemessenen Betriebsparametern die Lasten und Verbräuche anhand von Modellen zu berechnen. Jedoch bildet eine nachträgliche Generierung von theoretischen Verläufen der Lasten und Verbräuche oft nur bedingt die Realität ab, da die realen Verläufe durch Zufallsgrößen und insbesondere den Verschleiß der Werkzeugmaschine beeinflusst werden können.

DE 10 2018 007 905 Al beschreibt ein Verfahren zur Erfassung und Überwachung der Historie einer Arbeitsspindel, wozu folgende Daten verliersicher registriert werden: die Identifikationsdaten der Arbeitsspindel, die Revisionsstände der Soft- und Hardware, die Parameterdaten der verbauten Sensoren, die reinen Prozessdaten und/oder die herausgefilterten Maximal- und Minimalwerte sowie die Diagnosedaten aller Sensoren. Die Prozessdaten beschreiben dabei den zeitlichen Verlauf der Sensorkenngrößen.

Aus der eingangs genannten DE 20 2016 001 105 Ul ist ein Schweiß- oder Schneidsystem mit einem Brenner bekannt. Es findet eine Kommunikation zwischen dem Brenner und einer Stromversorgung bzw. einem Steuerungssystem statt. Das Steuerungssystem überwacht und verfolgt die Verwendung des Brenners und seiner jeweiligen Komponenten. Das Steuerungssystem verwenden dann diese Informationen, um einen Nutzer über die Restlebensdauer oder einen unmittelbar bevorstehenden Ausfall einer Brennerkomponente zu informieren. Eine Überwachungsvorrichtung kann mindestens einen Akkumulierer zum Totalisieren eines ersten Brennernutzungsfaktors auf der Basis eines ausgewählten Schweißparameters oder einer ausgewählten Kombination von Parametern enthalten. Der Akkumulierer hat ein Ausgangssignal, das die Summe der Hauptparameter darstellt. Wenn ein überwachter Brennernutzungsfaktor einen bestimmten Wert erreicht, so wird ein Aktionssignal erzeugt.

Aufgabe der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine effiziente Bewertung der Beanspruchung einer Werkzeugmaschine zu ermöglichen.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fertigungsverfahren gemäß Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine mit den in Anspruch 16 angeführten Merkmalen. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben vorteilhafte Ausführungsformen an.

Erfindungsgemäß ist ein Fertigungsverfahren vorgesehen, bei welchem ein Werkstück mit einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird. Die Werkzeugmaschine kann zur Blechbearbeitung dienen; es kann sich mit anderen Worten um ein Blechbearbeitungsverfahren handeln. Bei der Bearbeitung kann das Werkstück aus einem Rohteil, beispielsweise einer Blechtafel, ausgeschnitten werden. Die Werkzeugmaschine kann insbesondere eine Laserbearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Laserschneidmaschine oder eine Laserschweißmaschine, sein. Bei der Bearbeitung kann ein Laserschneidvorgang oder ein Laserschweißvorgang erfolgen. Alternativ kann die Werkzeugmaschine beispielsweise eine Stanzmaschine sein. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren wird vorzugsweise mit einer unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine durchgeführt.

Während der Bearbeitung wird in einem Schritt A) wenigstens ein Betriebsparameter der Werkzeugmaschine gemessen. Bevorzugt werden wenigstens zwei, besonders bevorzugt wenigstens drei, Betriebsparameter gemessen. Die Werkzeugmaschine kann hierzu eine Sensoreinrichtung aufweisen. Der wenigstens eine Betriebsparameter kann insbesondere einen bei der laufenden Bearbeitung aktuell vorliegenden Zustand beschreiben.

Der wenigstens eine Betriebsparameter kann beispielsweise ausgewählt sein aus

- Position, insbesondere eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine, insbesondere entlang einer Maschinenachse der Werkzeugmaschine,

- Beschleunigung, insbesondere des Werkzeugs, insbesondere entlang der Maschinenachse,

- Stromaufnahme, Kraft und/oder Drehmoment eines Antriebs insbesondere der Maschinenachse,

- Bearbeitungskraft des Werkzeugs der Werkzeugmaschine,

- Leistungsabgabe des Werkzeugs der Werkzeugmaschine, insbesondere Laserleistung eines Laserbearbeitungskopfs,

- Druck und/oder Volumenstrom eines Prozessgases,

- Zeitinkrement, über welches ein anderer Betriebsparameter einen bestimmten Wert annimmt,

- Temperatur, insbesondere eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine, und/oder

- Streulicht, insbesondere Intensität des vom Werkstück reflektierten Streulichts.

Erfindungsgemäß sind für wenigstens einen Beanspruchungsparameter der Werkzeugmaschine mehrere Größenklassen vordefiniert. Die Größenklassen ermöglichen eine Einteilung und einfache Erfassung der für die Beanspruchung der Werkzeugmaschine relevanten Vorgänge. Während der Bearbeitung des Werkstücks wird in einem Schritt B) aus dem wenigstens einen gemessenen Betriebsparameter der wenigstens eine Beanspruchungsparameter berechnet. Im einfachsten Fall kann der Beanspruchungsparameter dem Betriebsparameter entsprechen. Die Berechnung des Beanspruchungsparameters kann durch eine Gewichtung der Werte des Betriebsparameters erfolgen.

Ferner wird während der Bearbeitung des Werkstücks in einem Schritt C) eine Anzahl gespeichert, wie oft der wenigstens eine Beanspruchungsparameter innerhalb einer jeden der Größenklassen liegt. Es wird mit anderen Worten gezählt, wie oft der Beanspruchungsparameter einen Wert annimmt, der in die vordefinierten Größenklassen fällt. Der Speicherbedarf ist daher durch die Zahl der Beanspruchungsparameter und die Zahl der Größenklassen bestimmt. Insbesondere nimmt der Speicherbedarf mit zunehmender Bearbeitungsdauer nicht (oder allenfalls unwesentlich) zu, da sich nur die für die unterschiedlichen Größenklassen gespeicherten Anzahlen (Zahlwerte) ändern, aber im allgemeinen keine neuen Werte hinzukommen.

Die gespeicherte Anzahl der in eine Größenklasse fallenden Beanspruchungen erlaubt eine Analyse und Bewertung der Beanspruchung der Werkzeugmaschine. Somit entsteht eine Historie über den Lebenslauf einer Werkzeugmaschine, die für weitere Anwendungen genutzt werden kann. Die gespeicherten Informationen können beispielsweise zu Diagnosezwecken, insbesondere zum Erkennen verschleißgefährdeter Komponenten, zur Steuerung von Wartungsmaßnahmen wie auch zur Steuerung weiterer Bearbeitungsvorgänge verwendet werden. Durch die aggregierte Speicherung der nach Größenklassen unterschiedenen Beanspruchungsereignisse wird einerseits die Speicherung selbst vereinfacht, andererseits wird die Auswertung vereinfacht. Zudem wird vermieden, dass aus den gespeicherten Daten auf die konkret durchgeführten Bearbeitungsvorgänge zurückgeschlossen werden kann.

Bevorzugt wird der wenigstens eine Beanspruchungsparameter aus wenigstens zwei Betriebsparametern berechnet, insbesondere durch Multiplikation oder Division. Dies erlaubt eine vertiefte Bewertung der Beanspruchungen zur Maschine.

Besonders bevorzugt wird der wenigstens eine Beanspruchungsparameter mit der Zeitdauer, über welche ein jeweiliger Betriebsparameter gemessen wurde, berechnet. Insbesondere kann der wenigstens eine Betriebsparameter mit einem entsprechenden Zeitinkrement, über welches hinweg er einen bestimmten Wert annahm, multipliziert oder durch das Zeitinkrement dividiert werden. Ersteres erlaubt insbesondere Ermittlung von Verbrauchsdaten im Sinne einer Integration über die Zeit. Beispielsweise kann derart aus einer Laserleistung ein Energieeintrag bestimmt werden, welcher eine Belastung einer Werkzeugauflage, etwa eines Auflagestegs, darstellen kann. Letzteres erlaubt insbesondere die Ermittlung von Leistungsdaten, welche für eine Verschleißanalyse herangezogen werden können.

Bevorzugt werden wenigstens zwei, besonders bevorzugt wenigstens drei, Beanspruchungsparameter berechnet. Die Analyse der Beanspruchung kann dadurch weiter verfeinert werden.

Besonders bevorzugt werden die wenigstens zwei Beanspruchungsparameter für dieselben Zeitpunkte berechnet und einer Größenklasse für die mehreren Beanspruchungsparameter zugeordnet. Die Aufzeichnung und Analyse der Behandlung erfolgt somit in einem mehrdimensionalen Raster, wobei eine Größenklasse durch je zwei Parameterwerte eines jeden der betrachteten Beanspruchungsparameter begrenzt ist. Derart können die auftretenden Belastungen, beispielsweise mechanische Lasten und/oder Verbrauche, in ihrem jeweiligen physikalischen Kontext aufgezeichnet und analysiert werden. Insbesondere können dadurch Abhängigkeiten mehrere Betriebsparameter bzw. mehrerer Beanspruchungsparameter voneinander berücksichtigt bzw. erkannt werden.

Die Schritte B) und C) sowie vorzugsweise auch A) können mit einer festgelegten Frequenz durchgeführt werden. Die Frequenz beträgt bevorzugt wenigstens 10 Hz, besonders bevorzugt wenigstens 100 Hz, ganz besonders bevorzugt wenigstens 500 Hz. Derart können auch schnell veränderliche Vorgänge, die sich beispielsweise bei der Laserbearbeitung in Bruchteilen von Sekunden abspielen können, präzise erfasst und durch die Klassifikation und Aggregation effizient weiterverarbeitet werden.

Die Größenklassen für den wenigstens einen bzw. wenigstens einen der Beanspruchungsparameter können jeweils dieselbe Wertespanne umfassen. Die Größenklassen können mit anderen Worten gleichmäßig verteilt sein. Dies bietet sich an, wenn der Beanspruchungsparameter bzw. zugrundeliegender Betriebsparameter nicht unmittelbar mit mechanischen Strukturen der Werkzeugmaschine in Zusammenhang steht.

Alternativ bzw. zusätzlich können die Größenklassen für den wenigstens einen bzw. wenigstens einen der Beanspruchungsparameter unterschiedliche Wertespannen umfassen. Die Klassifizierung der ermittelten Werte des Beanspruchungsparameters kann dadurch beispielsweise an mechanische Strukturen der Werkzeugmaschine angepasst werden. Insbesondere können Größenklassen mit größeren und kleineren Wertespannen abwechselnd aufeinanderfolgen. Derart kann beispielsweise die Abfolge von Auflagestegen einer Werkstückauflage und dazwischenliegenden Lücken nachvollzogen werden, um die Beanspruchung der Auflagestege, etwa durch den Eintrag von Laserstrahlung, zu erfassen.

Schritt C) kann über eine Einsatzdauer der Werkzeugmaschine hinweg durchgeführt werden. Die Beanspruchungsereignisse innerhalb der jeweiligen Größenklassen werden mit anderen Worten über die gesamte Einsatzdauer der Werkzeugmaschine gezählt. Derart kann die Beanspruchung der Werkzeugmaschine über ihre Lebensdauer hinweg bewertet werden. Diese Variante eignet sich insbesondere zur Diagnose von Maschinenverschleiß und zur Planung von Wartungs- bzw. Reparaturmaßnahmen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass für ein weiteres Rohteil, ein weiteres Werkstück oder eine weitere bearbeitete Kontur Schritt C) jeweils erneut durchgeführt wird. Die Beanspruchungsereignisse innerhalb der jeweiligen Größenklassen werden mit anderen Worten für die Bearbeitung des jeweiligen Rohteils, Werkstücks bzw. der jeweiligen Kontur gezählt. Derart können Lasten und/oder Verbrauche bearbeitungsbezogen erfasst und ausgewertet werden. Dies ermöglicht es, verschleißbedingte und/oder verbrauchsabhängige Bearbeitungskosten dem jeweiligen Rohteil, dem jeweiligen Werkstück bzw. der jeweiligen Kontur zuzuordnen.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Wartung, eine Reparatur und/oder ein Austausch wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine erfolgen, wenn die in Schritt C) ermittelten Anzahlen ein vordefiniertes Kriterium erfüllen. Die vorgenannten Maßnahmen können somit nutzungsabhängig und insbesondere vorbeugend auf Grundlage der erfassten Belastungs- und/oder Verbrauchsdaten erfolgen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die in Schritt C) ermittelten Anzahlen für die Bearbeitung weiterer Werkstücke, insbesondere zum Festlegen von deren Anordnung und/oder Ausrichtung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine, verwendet werden. Die weiteren Werkstücke können insbesondere so angeordnet und/oder ausgerichtet werden, dass schwierig zu bearbeitende Bereiche, beispielsweise besonders präzise zu bearbeitende Konturen, in bisher weniger belasteten bzw. verschlissenen Bereichen des Arbeitsraums platziert werden. Ferner kann durch das geeignete Anordnen bzw. Ausrichten der weiteren Werkstücke die Beanspruchung der Werkzeugmaschine gleichmäßig im Arbeitsraum verteilt werden, um die Lebensdauer der Werkzeugmaschine zu steigern.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Laserbearbeitungsmaschine, mit einem Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks, einer Sensoreinrichtung zum Messen wenigstens eines Betriebsparameters während der Bearbeitung des Werkstücks mit dem Werkzeug, und einer Steuereinrichtung, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ermöglicht die Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens. Die Werksmaschine weist typischerweise wenigstens eine Maschinenachse zum Bewegen des Werkzeugs relativ zum Werkstück auf. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere Sensoren umfassen. Die Steuereinrichtung kann lokal an der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung unabhängig von der Werkzeugmaschine ausgebildet sein und insbesondere zur Steuerung mehrerer Werkzeugmaschinen eingerichtet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte der und

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von

Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens;

Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung des Verlaufs von Weg und Beschleunigung eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine während der Bearbeitung aufgetragen über der Zeit;

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Ereignishäufigkeiten (Anzahlen) der in mehrdimensionale Größenklassen eingeteilten Werte aus Fig. 3.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10. Die Werkzeugmaschine 10 ist hier beispielhaft eine Laserbearbeitungsmaschine, insbesondere eine Laserschneidmaschine. Die Werkzeugmaschine 10 weist ein Werkzeug 12, hier einen Laserbearbeitungskopf, auf. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks 14 kann ein nicht näher dargestellter Laserstrahl zusammen mit einem Prozessgas aus einer Düse 16 austreten. Das Werkstück 14 ist auf einer Werkstückauflage 18 mit mehreren Auflagestegen 20 angeordnet. Das Werkzeug 12 ist entlang mehrerer Maschinenachsen 22, 24 relativ zu dem Werkstück 14 bewegbar.

Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Sensoreinrichtung 26 mit mehreren Sensoren 28, 30 zum Erfassen von Betriebsparametern während der Bearbeitung des Werkstücks 14 auf. Ein oder mehrere Sensoren 28 können beispielsweise Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Werkzeugs 12 entlang der Maschinenachsen 22, 24 messen. Ein oder mehrere Sensoren 30 können beispielsweise eine Leistungsabgabe und/oder eine Temperatur des Werkzeugs 12 messen. Es versteht sich, dass weitere Sensoren zum Messen weiterer Betriebsparameter vorgesehen sein können.

Die Werkzeugmaschine 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 32 auf. Die Steuereinrichtung 32 ist dazu eingerichtet, die Bearbeitung des Werkstücks 14 mit dem Werkzeug 12 zu steuern und die Messwerte der Sensoreinrichtung 26 zu verarbeiten.

Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm der Bearbeitung des Werkstücks 14 mit der Werkzeugmaschine 10. In einem Schritt 102 wird das Werkstück 14 mit dem Werkzeug 12 bearbeitet. Hier wird das Werkstück 14 von dem Laserstrahl durchschnitten.

Während der Bearbeitung des Werkstücks 14 werden von der Sensoreinrichtung in Schritten 104a, 104b, 104c mehrere Betriebsparameter gemessen, beispielsweise eine Position y des Werkzeugs 12 entlang einer der Maschinenachsen und die Beschleunigung a des Werkzeugs 12 entlang dieser Maschinenachse, vergleiche Figur 3. Das Messen der unterschiedlichen Betriebsparameter kann mit einer festgelegten Frequenz, beispielsweise 1000 Hz. Vorzugsweise werden alle Betriebsparameter zu den jeweils selben Zeitpunkten gemessen. Ein weiterer Betriebsparameter kann eine Zeitdauer, über welche ein anderer Betriebsparameter einen bestimmten Wert annahm, sein. Diese Zeitdauer kann dem Kehrwert der Messfrequenz entsprechen.

Aus den gemessenen Betriebsparametern werden während der Bearbeitung 102 in Schritten 106a, 106b, 106c mehrere Beanspruchungsparameter berechnet. Im einfachsten Fall kann ein Beanspruchungsparameter einem Betriebs para meter entsprechen. Es können aber auch mehrere Betriebsparameter in vordefinierter Weise miteinander verrechnet werden, um einen Beanspruchungsparameter zu erhalten. Für die Beanspruchungsparameter sind Größenklassen vordefiniert. Vorzugsweise wird eine Größenklasse jeweils durch Wertepaare mehrerer Beanspruchungsparameter begrenzt. Die Größenklassen können mit anderen Worten mehrdimensional sein. Die Wertepaare können dabei (für einen jeweiligen Beanspruchungsparameter) gleiche oder unterschiedliche Wertespannen umfassen. Unterschiedliche Wertespannen können beispielsweise das Raster von Auflagestegen 20 und dazwischenliegenden Lücken der Werkstückauflage 18 nachbilden, insbesondere wenn der betreffende Beanspruchungsparameter mit der Position des Werkzeugs 12 entlang der Maschinenachse 22 zusammenhängt bzw. diese Position beschreibt.

Sodann werden während der Bearbeitung 102 in Schritten 108a, 108b, 108c die berechneten Werte der Betriebsparameter in die vordefinierten Größenklassen eingeteilt. Es wird mit anderen Worten gezählt, wie oft die Betriebsparameter einen Wert innerhalb der unterschiedlichen Größenklassen annehmen. In Figur 4 sind die entsprechenden Anzahlen n für Bewegungen des Werkzeugs 12 gemäß Figur 3 über den zu Grunde liegenden Betriebs- bzw. Beanspruchungsparametern, hier Position y und Beschleunigung a, aufgetragen. Diese Anzahl wird für alle vordefinierten Größenklassen gespeichert.

Diese Anzahlen können einerseits für die Werkzeugmaschine 10 über ihre gesamte Lebensdauer hinweg ermittelt werden. Andererseits können diese Anzahlen bearbeitungsbezogen, beispielsweise für die Bearbeitung des einen Werkstücks 14, ermittelt werden.

Aus den werkstückbezogenen Anzahlen können in einem Schritt 110 bearbeitungsbezogene Kosten, Verbrauchs- und/oder Verschleißdaten ermittelt werden. Diese können wiederum zur Abrechnung oder Kalkulation herangezogen werden.

Aus den lebensdauerbezogenen Anzahlen können in einem Schritt 112 Wartungsmaßnahmen für die Werkzeugmaschine 10 abgeleitet werden. Beispielsweise können Komponenten der Werkzeugmaschine 10 gewartet oder ausgetauscht werden, wenn die Anzahlen in den unterschiedlichen Größenklassen der Beanspruchungsparameter vordefinierte Kriterien erfüllen.

Besonders vorteilhaft können die lebensdauerbezogenen Anzahlen zur Steuerung der Bearbeitung weiterer Werkstücke in Schritten 102' herangezogen werden. Die weiteren Werkstücke können insbesondere so im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine 10 angeordnet und ausgerichtet werden, dass sich die Belastungen der Werkzeugmaschine 10 gleichmäßig verteilen. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Maschinenachse 22, 24 und ihre Antriebe gleichmäßig verschleißen. Alternativ oder zusätzlich können die weiteren Werkstücke so im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine 10 angeordnet und ausgerichtet werden, dass schwierig zu bearbeitende Bereiche der Werkstücke, beispielsweise mit besonders engen Toleranzen oder hohen Dynamikanforderungen an die Werkzeugmaschine 10, in solchen Bereichen des Arbeitsraums liegen, die bisher geringeren Beanspruchungen und mithin einem geringeren Verschleiß unterlagen.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei welchem Beanspruchungsparameter in einem mehrdimensionalen Raster erfasst und in Größenklassen eingeteilt werden. Dabei werden Ereignishäufigkeiten ermittelt. Es wird mit anderen Worten gezählt, wie oft die Beanspruchungsparameter einen Wert innerhalb der unterschiedlichen Größenklassen annehmen. Die Zählung kann sich über eine gesamte Einsatzdauer der Werkzeugmaschine oder einzelne Bearbeitungsvorgänge bzw. Teilbearbeitungsvorgänge erstrecken. Die Beanspruchungsparameter können Last-, Verschleiß- und/oder Verbrauchsgrößen beschreiben. Die Beanspruchungsparameter können direkt gemessen oder aus gemessenen Betriebsparametern abgeleitet werden. Durch Auswerten der ermittelten Anzahlen in den Größenklassen können Wartungsmaßnahmen und/oder weitere Bearbeitungsvorgänge gesteuert werden. Insbesondere können die Wartungsmaßnahmen und/oder weiteren Bearbeitungsvorgänge in Abhängigkeit von den ermittelten Anzahlen durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren ermöglicht insbesondere eine kontextbezogene Aufzeichnung und Analyse der erfolgten Bearbeitungsvorgänge mit geringem Speicherbedarf, und ohne dass die konkret durchgeführten Bearbeitungsvorgänge aus den gespeicherten Anzahlen rekonstruiert werden können.

Werkzeugmaschine 10

Werkzeug 12

Werkstück 14

Düse 16

Werkstückauflage 18

Auflagestege 20

Maschinenachsen 22, 24

Sensoreinrichtung 26

Sensoren 28, 30

Steuereinrichtung 32

Position y

Beschleunigung a

Anzahl n

Bearbeiten 102, 102'

Messen 104a, 104b, 104c von Betriebsparametern

Berechnen 106a, 106b, 106c von Beanspruchungsparametern

Ermitteln 108a, 108b, 108c von Anzahlen für Größenklassen der

Beanspruchungsparameter

Ermitteln 110 von bearbeitungsbezogenen Daten

Vornehmen 112 von Wartungsmaßnahmen




 
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