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Patent Searching and Data


Title:
MECHANICAL PROCESSING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/041784
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a mechanical processing machine, in particular a machine tool, a grinding machine, or a threaded wheel grinding machine or a milling machine or a lathe, comprising a sensor unit which has the following features: a high-frequency sensor which is designed to ascertain a series of high-frequency measurements with measurement values that describe a physical variable of the mechanical processing machine; a digital processing device which is designed to convert the measurement values into the digital domain in order to obtain digital measurement values; and a radio transmitter which is designed to transmit digital measurement values or one or more of the digital measurement values of the series of measurements or information derived from the digital measurement values of the series of measurements to the outside.

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Inventors:
KRAGE ROBIN (DE)
SCHÖNIGER KONSTANTIN (DE)
HOCHMUTH CARSTEN (DE)
RENTZSCH HENDRIK (DE)
GENTZEN JENS (DE)
SCHUSTER ALEXANDER (DE)
SCHWARZE MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/075971
Publication Date:
March 23, 2023
Filing Date:
September 19, 2022
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
B23Q17/09; H04B17/18
Foreign References:
DE112014004780T52016-07-14
EP1650540A22006-04-26
Attorney, Agent or Firm:
PFITZNER, Hannes et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche Mechanische Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere Werkzeugmaschine oder Schleifmaschine, Wälzschleifmaschine, Fräsmaschine oder Drehmaschine, mit einer Sensoreinheit, die folgende Merkmale aufweist: einen hochfrequenten Sensor (22), der ausgebildet ist, um eine hochfrequente Messreihe mit Messwerten zu ermiteln, die eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) beschreiben; eine digitale Verarbeitungsvorrichtung, die ausgebildet ist, die Messwerte in die digitale Domäne zu überführen, um digitale Messwerte zu erhalten; und einen Funksender (26, 26s), der ausgebildet ist, die digitalen Messwerte oder ein oder mehrere der digitalen Messwerte der Messreihe oder eine von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleitete Information nach extern zu übertragen. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß Anspruch 1 , wobei der hochfrequente Sensor (22) ausgebildet ist, mit einer Abtastfrequenz von mindestens 0,5 MHz oder einer Abtastfrequenz von mindestens 1 ,0 MHz oder einer Abtastfrequenz im Bereich zwischen 1 ,0 und 2,0 MHz Messwerte zu ermitteln. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der hochfrequente Sensor (22) ein akustischer Emissionssensor ist. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die einen weiteren hochfrequenten Sensor (22) oder mehrere weitere hochfrequente Sensoren (22) aufweist. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der hochfrequente Sensor (22) einen Kraft-Sensor, DMS-Sensor, einen Temperatursensor und/oder einen Schwingungssensor umfasst; wobei die Bearbeitungsmaschine (10) einen zusätzlichen Sensor aufweist oder eine Schnittstelle zum Empfangen interner Antriebsdaten, wie Leistungsdaten, Antriebsströme oder Positionen.

6. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Funksender (26, 26s) ein breitbandiger Funksender (26‘) ist und/oder einen Funksender (26, 26s) auf UWIN-Basis aufweist und/oder mindestens eine Bandbreite von 1 ,0 MHz und 16 Bit aufweist.

7. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die digitale Verarbeitungsvorrichtung einen Prozessor aufweist, der ausgebildet ist, die digitalen Messwerte vorzuverarbeiten.

8. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß Anspruch 7, wobei das Vorverarbeiten Interpretieren, Komprimieren, Aggregieren und/oder Selektieren aufweist.

9. Mechanische Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei ein Selektieren von zu übermittelnden digitalen Messwerten durch Analyse und/oder Interpretation der digitalen Messwerte eventbasiert und/oder unter Berücksichtigung eines Schwellenwerts erfolgt; und/oder wobei eine Selektion der digitalen zu übertragenden Messwerte zwischen mehreren Messwerten mehrerer Messreihen erfolgt.

10. Mechanische Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Prozessor ausgebildet ist, Messwerte zu komprimieren, mehrere Messwerte einer Messreihe zusammenzufassen und/oder mehrere Messwerte mehrerer Messreihen zusammenzufassen.

11. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Vorverarbeitung prozessspezifisch und/oder abhängig von unterschiedlichen Bearbeitungstechniken der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) erfolgt. 12. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoraktoreinheit energieautark agiert und/oder einen Akku, einen Energie-Harvester oder einen induktiven Energieempfänger (42p, 42s, 42sh, 70p, 70s) aufweist.

13. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die eine Regelstrecke (34‘, 34b, 34c, 34d) aufweist, wobei die Regelstrecke (34', 34b, 34c, 34d) einen Funkempfänger (32‘) aufweist, der ausgebildet ist, die übertragenen digitalen Messwerte von dem Funksender (26, 26s) zu empfangen, und einen Steuerausgang aufweist, der ausgebildet ist, um einen Steuerungsparameter für die mechanische Bearbeitungsmaschine (10), einen Steuerungsparameter für den Vorschub, für die Drehzahl oder einen anderen Maschinenparameter basierend auf den empfangenen Messwerten auszugeben und/oder zu variieren.

14. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß Anspruch 13, wobei die Regelstrecke (34‘ , 34b, 34c, 34d) prozessspezifisch ist und/oder auf den jeweiligen Typ der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) angepasst ist.

15. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei welcher die Sensoreinheit in ein rotierendes Element der Bearbeitungsmaschine, in eine Schleifscheibe, Schleifspindel oder ein bewegliches Element der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) integriert ist.

16. Mechanische Bearbeitungsmaschine (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei welcher die Sensoreinheit in einer Hauptspindel der Bearbeitungsmaschine, oder an einem Werkzeugflansch der Bearbeitungsmaschine, oder in Kontakt mit einem Werkzeug der Bearbeitungsmaschine, oder im Nahbereich des Werkzeugs der Bearbeitungsmaschine, oder in einem Gegenlager der Bearbeitungsmaschine, oder in einem Werkzeugdorn der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist.

17. Rotierende Messeinrichtung für eine mechanische Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere Werkzeugmaschine oder Schleifmaschine, Wälzschleifmaschine, Fräsmaschine oder Drehmaschine, mit einer Sensoreinheit, die folgende Merkmale aufweist: einen hochfrequenten Sensor (22), der ausgebildet ist, um eine hochfrequente Messreihe mit Messwerten zu ermiteln, die eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) beschreiben; eine digitale Verarbeitungsvorrichtung, die ausgebildet ist, die Messwerte in die digitale Domäne zu überführen, um digitale Messwerte zu erhalten; und einen Funksender (26, 26s), der ausgebildet ist, die digitalen Messwerte oder ein oder mehrere der digitalen Messwerte der Messreihe oder eine von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleitete Information nach extern zu übertragen. Verfahren zur Überwachung einer mechanischen Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere einer Schleifmaschine, Wälzschleifmaschine Werkzeugmaschine, Fräsmaschine oder Drehmaschine, mit folgenden Schritten:

Ermiteln mitels eines hochfrequenten Sensors (22) einer hochfrequenten Messreihe mit Messwerten, die eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) beschreiben;

Digitalisieren der Messwerte; und

Übermitteln der digitalen Messwerte oder ein oder mehrerer der digitalen Messwerte der Messreihe oder einer von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleiteten Information nach extern. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner den Schritt des Empfangens der digitalen Messwerte oder ein oder mehrerer der digitalen Messwerte der Messreihe oder einer von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleiteten Information sowie des Regelns der Bearbeitungsmaschine (10) mittels eines Steuerungsparameters für die mechanische Bearbeitungsmaschine (10), eines Steuerungsparameter für den Vorschub, für die Drehzahl oder einen anderen Maschinenparameter basierend auf den empfangenen Messwerten aufweist; oder das ferner den Schritt des Empfangens der digitalen Messwerte oder ein oder mehrerer der digitalen Messwerte der Messreihe oder einer von den digitalen Messwer- ten der Messreihe abgeleiteten Information sowie des Ausgebens und/oder des Variierens eines Steuerungsparameters für die mechanische Bearbeitungsmaschine (10), eines Steuerungsparameter für den Vorschub, für die Drehzahl oder einen anderen Maschinenparameter basierend auf den empfangenen Messwertendes auf- weist. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 18 oder 19, wenn das Verfahren auf einem Prozessor abläuft.

Description:
MECHANISCHE BEARBEITUNGSMASCHINE

Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine mechanische Bearbeitungsmaschine, insbesondere Schleifmaschine oder Wälzschleifmaschine (Fräsmaschine, Drehmaschine, etc.) oder allgemein Werkzeugmaschine mit einer Sensoreinheit. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Bearbeitungsmaschine sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine rotierende Messeinrichtung mit Sensoreinheit.

Mechanische Bearbeitungsmaschinen weisen oft ein sich bewegendes Element, wie zum Beispiel ein rotierendes Werkstück oder ein rotierendes Werkzeug, auf, wobei durch die Relativbewegung des rotierenden Werkzeugs gegenüber dem festen Werkstück oder des rotierenden Werkstücks gegenüber dem festen Werkzeug eine mechanische Bearbeitung erfolgt. Beispiele für Werkzeugmaschinen sind Bohrmaschinen, Standbohrmaschinen, Schleifmaschinen, Fräsmaschinen (alle mit rotierendem Werkzeug) oder auch Drehmaschinen (rotierendes Werkstück). Eine häufig anzutreffende Thematik ist die Überwachung des Bearbeitungsvorgangs, z. B. des Fräsvorgangs oder des Schleifvorgangs. Optimalerweise werden Sensoriken direkt in die mechanische Bearbeitung integriert, z. B. in das Werkzeug. Gerade bei rotierenden Werkzeugen stellt das ein Problem dar, da hier die Signalauskopplung, Energieeinkopplung zum Betreiben der Sensorik usw. schwierig ist. Elektrische Schleiflcontakte haben häufig Verschleiß und sind aufgrund der Bewegung manchmal fehlerbehaftet. Eine Lösung, die denkbar ist, ist die Funkübertragung, wobei es gerade bei dieser Funkübertragung erhebliche Probleme mit Bandbreite, Energieversorgung gibt. Die Schwierigkeiten werden umso größer, wenn hochfrequente Abtastungen zur feingranularen Überwachung eingesetzt werden sollen. Im Rahmen dieser Erfindung wurde erkannt, dass es gerade bei Wälzschleifmaschinen wünschenswert wäre, eine hochfrequente Abtastung durchzuführen. Beim Wälzschleifen wird ein schneckenförmiges Werkzeug verwendet, wobei das Schneckenprofil im Stirnschnitt eine Evolvente aufweist. Mittels Wälzschleifen sind Verzahnungen/Zahnräder herstellbar. Durch die mehrdimensionale Bewegung (Bewegung der Schleifschnecke sowie Bewegung des Zahnrades) wäre eine hochauflösende Abtastung wünschenswert. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine genaue, hochauflösende und zuverlässige sensorische Abtastung bei der Überwachung von mechanischen Bearbeitungsmaschinen zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine mechanische Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Schleifmaschine Wälzschleifmaschine, Fräsmaschine oder andere Werkzeugmaschine , mit einer Sensoreinheit. Die Sensoreinheit umfasst einen hochfrequenten Sensor, eine digitale Verarbeitungsvorrichtung sowie einen Funksender. Der hochfrequente Sensor ist ausgebildet, um eine hochfrequente Messreihe mit Messwerten zu ermitteln, die eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine beschreibt. Beispiele für solche Sensoren sind akustische Emissionssensoren, aber auch DMS-Sensoren, Temperatursensoren und/oder Schwingungssensoren. Die digitale Verarbeitungsvorrichtung ist ausgebildet, die Messwerte in die digitale Domäne zu überführen, um digitale Messwerte zu erhalten. Der Funksender ist ausgebildet, die digitalen Messwerte oder zumindest ein oder mehrere digitale Messwerte der Messreihe nach extern zu übertragen. Alternativ kann auch eine von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleitete Information nach extern übertragen werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Mess- reihe/hochfrequente Messreihe mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Messwerte umfasst. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Sensor ausgebildet, mit einer Abtastfrequenz von mindestens 0,5 MHz oder einer Abtastfrequenz von mindestens 1 ,0 MHz oder einer Abtastfrequenz im Bereich zwischen 1 ,0 und 2,0 MHz Messwerte zu ermitteln.

Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung von einem hochfrequenten Sensor eine extreme Anzahl an Sensorwerten generiert wird, so dass auch bei besonders anspruchsvollen mechanischen Bearbeitungsvorgängen eine sehr gute Abtastung erfolgen kann. Das bis dato bestehende Problem mit der Übermitlung der Sensorwerte nach extern wird durch die Kombination aus digitaler Verarbeitungsvorrichtung und Funksender gelöst. Entsprechend zwei unterschiedlichen Varianten kann diese Kombination die hohe Datenmenge zuverlässig im digitalen Bereich nach extern auskoppeln. Diese hat ferner den Vorteil, dass eine kabelungebundene Daten- und Energieübertragung ermöglicht wird, um so den Einsatz von rotierenden Sensoren in Wirkstellennähe zu ermöglichen. Entsprechend einer ersten Variante kann ein breitbandiger Funksender, wie zum Beispiel ein UWIN-Funksender, eingesetzt werden, der die von der digitalen Verarbeitungsvorrichtung digitalisierten/vorverarbeiteten Daten nach extern auskoppelt. Die UWIN-Empfänger ermöglichen beispielsweise eine hohe Bandbreite bei gleichzeitiger Echtzeitfähigkeit und zuverlässigem Betrieb. So ist es entsprechend einer ersten Variante vorteilhafterweise möglich, die hochaufgelösten Abtastwerte nach extern zu übermitteln und zum Beispiel zur Steuerung der Werkzeugmaschine zu verwenden. Der UWIN-Funkstandard hat ferner einige Vorteile, nämlich eine passende Netzwerktopologie, umfassend zumindest eine Basisstation und ein User-Equipment und umfasst darüber hinaus die Vorteile einer passenden niedrigen Latenz. Auch ist die Verzögerung bei der Datenschnittstelle anpassbar und wie bereits angekündigt, ist im Gegensatz zu Bluetooth oder Wifi auch eine Echtzeitfähigkeit möglich, was insbesondere für eine schnelle Regelung wichtig ist.

Entsprechend einer zweiten Variante (Ausführungsbeispiele entsprechend einem zweiten Unteraspekt) kann die Verarbeitungsvorrichtung ausgebildet sein, die Daten vorzuverarbeiten, z. B. derart, dass die tragende Datenmenge reduziert wird. Das kann durch Interpretieren der Daten, Aussortieren/Selektieren von Daten oder Aggregieren von Daten erledigt werden. Dadurch wird die zu übertragende Datenmenge reduziert, was es im Resultat dann auch ermöglicht, dass mittels nicht extrem breitbandiger Sender eine zuverlässige, echtzeitfähige Übermittlung von Sensorwerten in ausreichend hoher Auflösung nach extern möglich ist.

Bereits bei obigen Ausführungsbeispielen wurde erläutert, dass entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der hochfrequente Sensor ein akustischer Emissionssensor ist. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann neben dem einen hochfrequenten Sensor auch ein weiterer Sensor oder insbesondere ein weiterer hochfrequenter Sensor zum Einsatz kommen. Auch sind mehrere weitere Sensoren/hochfrequente Sensoren denkbar. Neben einem akustischen Emissionssensor können entsprechend Ausführungsbeispielen Kraft-/ DMS-Sensoren zur Kraftmessung, Temperatursensoren zur Temperaturmessung und/oder Schwingungssensoren zur Schwingungs-A/ibrationsmessung vorgesehen sein. Auch wäre es denkbar, dass ein zusätzlicher Sensor an der mechanischen Bearbeitungsmaschine (d.h. nicht nur an der drehenden Einheit) angeordnet ist.

Nachfolgend wird auf Ausführungsbeispiele entsprechend einem ersten Unteraspekt (breitbandiger Funksender) eingegangen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Funksender breitbandig ausgeführt. Ein Beispiel von einer derartigen breitbandigen Ausführung ist ein Funksender auf UWIN-Basis. Alternativ können natürlich auch andere Funkstandards neben dem UWIN-Funkstandard eingesetzt werden. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel ist die Bandbreite mindestens 1 MHz bei einer 16-Bit-Signaltiefe. Mit 1 MHz lassen sich entsprechend Ausführungsbeispielen Abtastfrequenzen von 0,5 MHz übertragen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele entsprechend dem zweiten Unteraspekt (Signalvorverarbeitung) erläutert. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die digitale Verarbeitungsvorrichtung einen Prozessor auf, der ausgebildet ist, die digitalen Messwerte vorzuverarbeiten. Zu der Vorverarbeitung gehört entsprechend Ausführungsbeispielen ein Interpretieren der digitalen Messdaten, ein Komprimieren der digitalen Messdaten, ein Aggregieren der digitalen Messdaten und/oder ein Selektieren der digitalen Messdaten. Unter einem Interpretieren ist die Auswertung der digitalen Messdaten zu verstehen, wobei basierend auf dieser Auswertung beispielsweise vergleichbare Messdaten zusammengeführt werden können, so dass insgesamt die zu übertragende Datenrate reduziert wird. Beispielsweise kann auch eine Übertragung nur noch dann stattfinden, wenn durch die Interpretation der Messdaten erkannt wurde, dass es eine Änderung der Messdaten gegeben hat. Ferner können auch Messdaten komprimiert werden, das heißt also, dass durch das Komprimieren die Datenmenge reduziert wird. Hierbei unterscheidet man zwischen verlustbehafteter und verlustfreier Komprimierung. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Selektieren der Messdaten erfolgen, so dass, wie bereits eingangs erwähnt, nur noch Messdaten von Relevanz übermittelt werden, z. B. welche, die auf eine Änderung hinweisen oder bei welchen die Änderung signifikant ist, so dass hier ein Übermiteln der Messdaten sinnvoll ist. Eine signifikante Änderung kann beispielsweise durch die Verwendung von Messwerten definiert werden. Deshalb umfasst entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ein Selektieren von zu übermittelnden digitalen Messwerten eine Analyse und/oder Interpretation der digitalen Messwerte, z. B. eventbasiert und/oder unter Berücksichtigung eines Schwellenwertes. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann bei der Selektion der digitalen zu übertragenden Messwerten zwischen mehreren Messwerten mehrerer Messreihen selektiert werden. Wenn beispielsweise zwei Messreihen mit zwei unterschiedlichen Sensoren ermittelt werden, werden Messdaten einer Messreihe ggf. übermittelt, wenn die Messdaten der anderen Messreihe viel aussagekräftiger sind. Je nach Situation beziehungsweise Zeitpunkt in der Messreihe kann dann wieder auf die Messdaten der anderen Messreihe zurückgewechselt beziehungsweise hin und her gewechselt werden. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der Prozessor ausgebildet, Messwerte zu komprimieren, mehrere Messwerte einer Messreihe zusammenzufassen und/oder mehrere Messwerte mehrerer Messreihen zusammenzufassen. Wenn beispielsweise beide Messreihen den gleichen Wert aufweisen, reicht es, dass ein Messwert übermittelt wird, zusammen mit der Information, dass er für beide Messreihen gilt. Das Gleiche gilt auch für zeitlich aufeinanderfolgende Messwerte einer Messreihe. Wenn diese Messwerte sich nicht än- dern/sich nicht signifikant ändern (vgl. mit Schwellwert oder Mitelwert), können zeitlich aufeinanderfolgende Messwerte zusammengefasst werden, das heißt also komprimiert. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Vorverarbeitung prozessspezifisch und/oder abhängig von unterschiedlichen Bearbeitungstechniken der mechanischen Bearbeitungsmaschine. Beispielsweise können die Schwellwerte bei einer Wälzschleifmaschine unterschiedlich sein zu den Schwellwerten einer Fräsmaschine.

Neben den erläuterten Unterschieden zwischen den zwei Unteraspekten sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass beide Aspekte gemein haben, dass durch die digitale Verarbeitung der Messwerte und/oder Übermittlung die Qualität, Echtzeitfähigkeit und Auflösungsfähigkeit verbessert wird.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen (beide Unteraspekte) weist die Sensoreinheit einen Akku, einen Energie-Harvester und/oder einen Energieempfänger, z. B. induktiven Energieempfänger, auf. Dies ermöglicht entsprechenden Ausführungsbeispielen, dass die Sensoreinheit energieautark agieren kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine mechanische Bearbeitungsmaschine, die eine Regelstrecke aufweist. Die Regelstrecke weist einen Funkempfänger auf, der ausgebildet ist, die übertragenen digitalen Messwerte von einem Funksender zu empfangen. Ferner weist die Regelstrecke einen Steuerausgang auf, der ausgebildet ist, um einen Steuerungsparameter für die mechanische Bearbeitungsmaschine, wie zum Beispiel einen Steuerungsparameter für den Vorschub, für die Drehzahl und/oder einen anderen Maschinenparameter basierend auf den empfangenen Messwerten auszugeben und/oder zu variieren. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Funksender Teil einer Sensoreinheit, die auch noch einen hochfrequenten Sensor und eine digitale Verarbeitungsvorrichtung aufweist (vgl. obige Ausführungsbeispiele).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Überwachung einer mechanischen Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Schleifmaschine beziehungsweise Wälzschleifmaschine. Das Verfahren umfasst die folgenden Schrite: Ermiteln mittels eines hochfrequenten Sensors (22) einer hochfrequenten Messreihe mit Messwerten, die eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine (10) beschreiben;

- Digitalisieren der Messwerte; und

- Übermitteln der digitalen Messwerte oder ein oder mehrerer der digitalen Messwerte der Messreihe oder einer von den digitalen Messwerten der Messreihe abgeleiteten Information nach extern.

Ein weiteres Ausführungsbeispielen ergänzt das Verfahren um den Schritt des Empfangens der Messwerte und des Regelns der Bearbeitungsmaschine (z.B. entsprechend der beschriebenen Regelstrecke).

Selbstverständlich kann entsprechend Ausführungsbeispielen das Verfahren auch computerimplementiert sein. Insbesondere die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterten Verfahrensschritte des Verarbeitens beziehungsweise Vorverarbeitens der digitalen Messwerte stellen typische Vertreter von computerimplementieren Verfahrensschritten dar. Hierzu zählen das Interpretieren, Aggregieren, Komprimieren und/oder Selektieren der Messwerte der ein oder mehreren Messreihen.

Weitere Bildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer mechanischen Bearbeitungsmaschine mit einer Sensoreinheit in Kombination mit einem optionalen Empfänger gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mechanischen Bearbeitungsvorrichtung mit einer Sensoreinheit und einer Regelschleife gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen;

Fig. 3a, 3b schematische Darstellungen zur Illustration optionaler Merkmale der Sensoreinheit (Energieübertragung, Sensor) zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer mechanischen Bearbeitungsvorrichtung zur Erläuterung der Systemkomponenten bei einer Sensoreinheit gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung der Datenverarbeitung gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 6a-h schematische Darstellungen von Bearbeitungsmaschinen zur Erläuterung von Details gemäß Ausführungsbeispielen; und

Fig. 7a-b schematische Darstellungen einer mechanischen Bearbeitungsvorrichtung zur Erläuterung der Funktionalität gemäß Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Schleifmaschine 10, als Beispiel für eine mechanische Bearbeitungsmaschine, mit einer Sensoreinheit 20. Ferner ist auch eine Datensenke 30 vorgesehen.

Die mechanische Bearbeitungsmaschine kann, wie hier dargestellt, eine Schleifmaschine 10 mit mechanischen Komponenten 12 zur Bearbeitung des Werkstücks 14 sein. Hier ist die mechanische Komponente eine Schleifschnecke, da es sich bei der mechanischen Bearbeitungsmaschine 10 um eine sogenannte Wälzschleifmaschine handelt. Dieser Schleifvorgang soll mitels der Sensoreinheit 20 überwacht werden.

Die Sensoreinheit 20 umfasst einen Sensor 22, eine digitale Verarbeitungsvorrichtung 24 sowie einen Funksender 26. Der Sensor 22 kann beispielsweise ein akustischer Emissionssensor sein und in die Schleifmaschine 10 beziehungsweise insbesondere in die Schleifkomponenten 12 integriert sein. Beispielsweise kann der akustische Emissionssensor direkt in die Schleifschnecke 12 integriert sein beziehungsweise mit dieser fest gekoppelt sein. Der Sensor 22 ist ein hochfrequenter Sensor, das heißt, dass dieser eine Vielzahl von Sensorwerten zugehörig zu einer Messreihe ermittelt, die jeweils eine physikalische Größe der mechanischen Bearbeitungsmaschine beschreiben. Die Vielzahl der Sensorwerte können zeitlich aufeinanderfolgende Sensorwerte sein, die zusammen eine Messreihe bilden, so dass die erfasste physikalische Größe, wie zum Beispiel die akustische Emission, sehr gut über einen zeitlichen Verlauf erfasst werden kann. Die hochfrequenten Eigenschaften des Sensors ergeben sich dadurch, dass die Erfassung mit einer sehr feinen zeitlichen Abtrastrate durchgeführt wird. Beispiele für solche Abtastraten sind mindestens 0,5 MHz oder sogar mindestens 1 ,0 MHz (das heißt größer 0,5 MHz oder größer 1 ,0 MHz). Bevorzugter Abtastbereich liegt zwischen 1 ,0 und 2,0 MHz, so dass also eine Abtastfrequenz in diesem Bereich gewählt wird.

Die digitale Verarbeitungsvorrichtung 24 ist ausgebildet, die Messwerte, die durch den hochfrequenten Sensor 22 ermittelt werden, in die digitale Domäne zu überführen, um digitale Messwerte zu erhalten. Das kann beispielsweise durch einen einfachen AD-Wandler erfolgen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die digitale Verarbeitungsvorrichtung auch ausgebildet, die Messwerte/digitalen Messwerte zu überarbeiten beziehungsweise anzupassen. Beim Anpassen kann beispielsweise ein Selektieren, Interpretieren, etc. erfolgen. Unabhängig von den optionalen Funktionalitäten der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 24 gibt diese digitale Messwerte basierend auf den durch den Sensor 22 erfassten Messwerten aus. Die digitalen Messwerte können alle Messwerte der Sensorvorrichtung 22 oder nur einige Messwerte der Sensorvorrichtung 22 oder eine von den Messwerten der Sensorik 22 abgeleitete Information umfassen/beinhalten. Der Funksender 26 ist im Detail eines Funktransceivers 26 oder auch nur ein einzelner Funksender 26 und ausgebildet, die digitalen Messwerte (erhalten von der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 24) nach extern zu übertragen. Entsprechend Ausführungsbeispielen kommt ein breitbandiger Funk, wie zum Beispiel UWIN, zum Einsatz. Dieser breitbandige Funk hat den Vorteil, dass die ausgehend von der hochfrequenten Abtastung erhaltene Datenmenge der Messwerte der Messreihe zuverlässig, vollständig in Echtzeit nach extern übertragen werden kann. Hier ist optionaler Weise die Datensenke 30 zum Beispiel umfassend den Datenempfänger 32 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 34 als Senke 30 dargestellt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 34 kann optionaler Weise mit der Schleifmaschine 10 verbunden sein (hier nicht dargestellt). Die Werkzeugmaschine 10 in Verbindung mit der Sendeinheit 20 sowie der Datensenke 30 stellt ein System dar. Der Datenempfänger 32 nutzt denselben Funkstandard, z. B. den UWIN-Standard, wie der Funksender 26. Nachgelagert zu dem Funkempfänger 32 kann ein Regler beziehungsweise die Datenverarbeitungsvorrichtung 34 vorgesehen sein, die entweder die Daten auswertet oder ausgehend von den ausgewerteten Daten eine Aktion durchführt. Ein Beispiel hierfür wäre eine Regelung der Schleifmaschine 10. Diese Variante ist im Detail in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Schleifmaschine 10 mit einem Regelkreis 30*, der in eine Maschinensteuerung 14 der Schleifmaschine 10 eingreift.

Problem ist wiederum, dass der aktuelle Werkzeugzustand unbekannt ist, so dass typischerweise das Potential des Werkzeuges nicht ausgeschöpft werden kann. Das kann dann zu einem hohen nachgelagerten Prüfaufwand führen. Durch die in Fig. 1 dargestellte wirkstellennahe Sensoranbindung unter Verwendung der Sensoreinheit 20 kann eine hochfrequente Erfassung von Messdaten, hier von akustischen Emissionssignalen, durchgeführt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoreinheit 20 wiederum den hochfrequenten Sensor 22, eine digitale Verarbeitungsvorrichtung 24 sowie als Funksender einen UWIN-Device 26‘. Durch diese Konfiguration ist ein kontinuierliches Monitoring des Prozesses der Schleifmaschine 10 und/oder eine zustandsbasierte Regelung des Prozesses der Schleifmaschine 10 möglich. Nachfolgend wird die Regelung des Prozesses anhand des Regelkreises 30' erläutert. Der Regelkreis 30' erhält seine Messdaten per Funk von der Einheit 26* und hat hierzu einen UWIN-Empfänger 32'. Die so erhaltenen Messdaten werden dann der eigentlichen Verarbeitungseinheit 34‘ zur Verfügung gestellt. Diese kann ein oder mehrere Einheiten umfassen, um ein oder mehrere Funktionen durchzuführen. Bei der zustandsbasierten Regelung des Prozesses der Schleifmaschine 10 werden Maschinenparameter ermittelt, die dann an die Maschinensteuerung 14 weitergegeben werden, so dass diese Einfluss auf den Prozess nehmen kann. Denkbar wäre, dass der Vorschub und/oder eine Drehzahl und/oder ein anderer Maschinenparameter in Abhängigkeit von der Regelung 34‘ durch die Maschinensteuerung 14 variiert wird.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel umfasst der Regler 34' die Einheiten 34b, 34c und 34d. In der Einheit 34b erfolgt eine Fourier-Transformation, hier eine short-time Fourier transformation. Die so in den Spektralbereich transformierten Daten werden nun weiterverarbeitet, z. B. durch die Einheit 34c, die ausgebildet ist, einen Energiewert zu ermitteln. Basierend auf diesem Energiewert beziehungsweise den vorverarbeiteten Messdaten erfolgt dann die eigentliche Regelung in der Einheit 34d, die einen Steuerparameter für die Maschinensteuerung 14 ermittelt und ausgibt. Die Datenverarbeitung wird im Detail anhand von Fig. 5 für ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass alle oder einige Komponenten der genannten und erläuterten Komponenten 34b, 34c und 34d optional sind. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 34‘ auch eine Einheitzum Monitoring/Logging der digitalen Messdaten umfassen. Diese Einheit ist mit dem Bezugszeichen 34 versehen und erhält die digitalen Messdaten von der Funkschnittstelle 32‘.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und 2 wurde insbesondere davon ausgegangen, dass der Funksender 26 beziehungsweise 26‘ breitbandig ausgeführt ist. Durch diese Breitbandigkeit kann realisiert werden, dass alle mit dem Sensor 32 ermittelten Messdaten nach der Digitalisierung mittels einer Einheit 24 durch die Einheit 26 beziehungsweise 26' nach extern, z. B. zur Datensenke 30 beziehungsweise 30‘, übertragen werden.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die digitale Verarbeitungsvorrichtung 24 durch eine Art Vorverarbeitung erweitert ist. Diese Vorverarbeitung ermöglicht das Interpretieren, Selektieren, Komprimieren oder Aggregieren der Messdaten der Einheit 22. Beispielsweise werden Messdaten vorausgewertet und dann in komprimierter Form nach extern übermittelt. Eine Komprimierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nicht der komplette aktuelle Messwert, sondern ein komprimierter Messwert nach extern übertragen wird. Ein Beispiel für eine Komprimierung ist, dass der aktuelle Messwert durch eine Veränderung des aktuellen Messwerts gegenüber dem vorherigen Messwert komprimiert wird, was die Datenmenge reduziert. Selbstverständlich sind auch andere Komprimierungsverfahren denkbar. Beispielsweise wäre es auch möglich, dass die Komprimierung dadurch erfolgt, dass nur Messwerte übertragen werden, wenn selbige eine Veränderung gegenüber dem vorherigen Messwert darstellen. Insofern erfolgt entsprechend Ausführungsbeispielen eine Selektierung der Messwerte nach Interpretation/Analyse selbiger. Wenn man entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen davon ausgeht, dass mehrere Sensoren, z. B. zwei parallele AE-Sensoren 22, verwendet werden, können auch Messwerte aggregiert werden, indem beispielsweise die zwei gleichzeitig ermittelten Sensorwerte der zwei Sensoren in aggregierter Weise übertragen werden. Beispielsweise kann nur ein Sensorwert übertragen werden, wenn beide Sensorwerte identisch sind. Alternativ kann ein Sensorwert übertragen werden und der andere Sensorwert als Änderung gegenüber dem ersten Sensorwert übertragen werden. Weitere Aggregationsformen sind natürlich auch möglich.

Bezug nehmend auf Fig. 3a wird nun ein optionaler Aspekt erläutert. Es sei davon ausgegangen, dass die Einheit 20 in einem Teil der Werkzeugmaschine 10, z. B. in die Schleif- Schnecke 12, integriert oder an diese angekoppelt ist. Die Funkverbindung wurde, wie eingangs erläutert, deshalb eingesetzt, um Schleifkontakte zur elektrischen Kontaktierung zu vermeiden. Bei einer solchen Konstellation ist auch die Energieübertragung schwierig. Deshalb kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen eine drahtlose Energieübertragung erfolgen Die Anforderungen sind beispielsweise, dass ein Strom von ca. 30 Wat mit etwa 20 KHz eingekoppelt wird. Hieraus ergeben sich 30 bis 120 Vpp. Bei Fig. 3a wird davon ausgegangen, dass die Übermittlung induktiv mittels Spulen erfolgt. Diese Elemente können dann in die Einheit 20 integriert sein. Die Energieübertragung erfolgt beispielsweise mittels Spulen. Fig. 3a zeigt auf der rechten Seite die einander gegenüberliegenden Primär- und Sekundärspulen 42b und 42s, die jeweils mit Segmenten (Bodensegment und Innensegment) umgeben sind. Die Schnittdarstellung der Spulen ist ein Querschnitt durch die kreisrunden Segmente beziehungsweise ringförmigen Segmente, wie sie in der linken Hälfte des Bildes gezeigt sind. Die linke Hälfte des Bildes zeigt das Bodensegment 42pp sowie die zwei Innensegmente 42pi der Primärspule 42. Die Primärspule 42 wird hufeisenförmig durch Bodensegment 42pp und die zwei Innensegmente 42pi umgeben. Auf der geöffneten Seite des Hufeisens ist ein Luftspalt 40I vorgesehen, der die Primärseite 42p, 42pb, 42pi von der Sekundärseite 42s, 42si und 42sb trennt. Auf der Sekundärseite kann eine Hilfswicklung 42sh vorgesehen sein, die zur Versorgung der Rotorelektronik dient.

Fig. 3b zeigt ein Diagramm der Frequenz über die Zeit, das schematisch einen beispielhaften Wälzschleifvorgang zeigt. Hier sind zwei Hubbewegungen, nämlich einmal die Schrupphubbewegung sowie die Endhubbewegung markiert. Deutlich ist zu erkennen, dass in diesem Spektrogramm bestimmte Frequenzbereiche interessant sind. Ausgehend von diesen Frequenzbereichen wird der entsprechende Sensor ausgewählt und/oder die digitale Verarbeitung angepasst, so dass beispielsweise nur diese relevanten Frequenzbereiche zu übermitteln sind. In diesem Ausführungsbeispiel wurde dann ein Sensor mit einem abtastbaren Frequenzbereich von 30 bis 320 kHz eingesetzt. Dieser kann beispielsweise einen integrierten Vorverstärker haben und/oder austauschbar sein. Alternativ wäre es auch denkbar, dass ein großer Frequenzbereich mittels eines anderen Sensor, z. B. in einem Frequenzbereich von 20 bis 54 kHz, abgetastet wird. In einem solchen Fall ist es dann umso bedeutender, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die digitale Vorverarbeitung eine entsprechende Frequenzselektion beziehungsweise allgemein Messdatenselektion durchführt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung eines mechanischen Werkzeuges einer mechanischen Werkzeugmaschine. Dieses weist auf: einen Schleifdorn 51 , eine Schleifscheibe + Spannfuter 52, ein Systemgehäuse + Wuchtscheibe 53 sowie eine Energieübertragung (Starter) 54. Die Energieübertragung/der Stator kann so ausgeführt sein, wie im Zusammenhang mit Fig. 3a erläutert. Hierbei steht beispielweise das Element 54 still und überträgt an das Systemgehäuse 53 die damit gekoppelte Schleifscheibe 52 sowie an einen Schleifdorn 51 elektrische Energie, so dass dieser in Rotation versetzt werden kann. Unter Zuhilfenahme der Hilfswicklung 42sh kann dann auch noch weiter Energie in das Systemgehäuse 53 eingekoppelt werden, so dass eine Sensoranordnung, wie die Sensoranordnung 20 aus Fig. 1 und 2, hier betreibbar ist.

Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Sensoranordnung 20 in das Systemgehäuse 53 integriert.

Bezug nehmend auf Fig. 5 wird der Regelalgorithmus, wie er beispielsweise in der Datenverarbeitung 341 durch die Elemente 34b, 34c und 34d durchgeführt wird, beschrieben. Exemplarisch sind die Schritte mit 1 bis 5 durchnummeriert. Der Schritt 1 stellt das Empfangen der digitalisierten und per Funk übertragenden Messwerte dar. Dieser Schrit wird bei den Ausführungsbeispielen aus Fig. 1 und 2 durch die Einheiten 32 beziehungsweise 32‘ durchgeführt. Im Schritt 2 erfolgt eine Frequenzanalyse durch die Einheit 34‘. Im Detail erfolgt die Frequenzanalyse durch die STFT 34b. Hierbei werden die Messwerte von der Zeit in die Frequenzdomäne übertragen, so dass als Ergebnis ein Spektrogramm entsteht. Das Spektrogramm ist in der Darstellung mit dem Bezugszeichen 34bs markiert. Im dritten Schritt erfolgt eine Eigenwertanalyse beziehungsweise die Bildung des Eigenwertes. Beim Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 wird das durch die Einheit 34c durchgeführt. Der Eigenwert ist mit dem Bezugszeichen 34ce gekennzeichnet. Auf Basis dieser ermittelten Eigenwerte kann nun eine Regelung im vierten Schritt durch die Einheit 34d erfolgen. Entsprechend Ausführungsbeispielen erfolgt das beispielsweise dadurch, dass die Eigenwerte mit Sollwerten verglichen werden, die aus einer Matrix in Kombination mit einem Regler aufgerufen werden (vgl. Bezugszeichen 34a). Ausgehend von dieser Regelung werden dann entsprechende Maschinenparameter ausgegeben, die dann an die Maschinenschnittstelle 14 zur Maschinensteuerung übergeben werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen können zur Regelung auch ein oder mehrere Werte-/Sensorwerte eines zusätzlichen an der Bearbeitungsmaschine angeordneten Sensors oder von internen Antriebsdaten hinzugezogen werden.

Bezug nehmend auf die Fig. 6a-h wird nun exemplarisch eine Werkzeugmaschine dargestellt und hierbei entsprechend gekennzeichnet, wo sich die einzelnen Elemente befinden. Fig. 6a zeigt eine Schleifspindel 52, die mit einem Systemgehäuse 53 verbunden ist Wie in Fig. 6b dargestellt, ist in das Systemgehäuse eine Elektronik 20‘ integriert. Diese Elektronik 20‘ beherbergt die digitale Verarbeitung, das Funkdevice und/oder die ein oder mehreren Sensoren. Hierfür ist das Systemgehäuse 53 hohl, z. B. als Hohlzylinder ausgebildet, so dass eine runde Platine 20‘ mit Bohrung in der Mitte entsprechend integriert werden kann. Fig. 6h stellt die Platine beziehungsweise Sensoreinheit 20‘ dar, welche in das zylinderförmige Systemgehäuse 53 mit der zylinderförmigen Aussparung integriert werden kann.

In Fig. 6c ist das Systemgehäuse 53 illustriert. Das Systemgehäuse 53 weist entsprechend Ausführungsbeispielen eine zylindrische Form auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel auf der Außenseite des Zylinders mehrere Antennen 26a vorgesehen sind. Die Antennen 26a sind auf der Außenseite der Zylindermantelfläche des Systemgehäuses 53 angeordnet, wobei selbstverständlich auch andere Anordnungen möglich sind. Die Antennen 26a sind auf der Außenseite der Zylindermantelfläche des Systemgehäuses 53 angeordnet, wobei selbstverständlich auch andere Anordnungen möglich sind.

In Fig. 6d sind die mehreren Antennen 26a zusammen mit einem entsprechenden Abstrahlprofil dargestellt. Die Antennen 26a dienen im Wesentlichen zum Aussenden von Messdaten, können entsprechend Ausführungsbeispielen zusätzlich auch zum Empfangen dienen. Fig. 6f zeigt vier Positionen 32a für Antennen im metallischen Bauraum dargestellt, die zum Empfang des Signals, das durch die Antenne 26 ausgesendet wird, dient. Das entsprechende Empfangsprofil ist in Fig. 6f dargestellt.

Fig. 6g zeigt die Bearbeitungsmaschine in der Kombination mit einem zu bearbeitend Objekt 14. Wie zu erkennen ist, wird mittels der Schleifschnecke 52 ein schräg verzahntes Zahnrad 14 bearbeitet.

Bezug nehmend auf Fig. 7a, b wird nun anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schleifvorgang beim Wälzschleifen erläutert.

Fig. 7a zeigt eine mechanische Bearbeitungsmaschine mit den Elementen Schleifscheibe 52, Spindelantrieb 58 sowie akustischer Emissionssensor 22“. Wie zu erkennen ist, ist der akustische Emissionssensor 22‘ direkt an der Schleifspindel 52 befestigt. Ferner zeigt Fig. 7a das entsprechend zu bearbeitende Objekt 14 sowie die Objektaufnahme 16. Die zwei Bereiche für die Schleifscheibe beziehungsweise Schleifschnecke 52 und das Objekt 14 + 16 sind voneinander getrennt und hier durch Schraffierungen kenntlich gemacht. Beide haben gemein, dass diese beweglich sind, so dass grundsätzlich die oben erläuterte Sensorik sowohl aufseiten der Schleifschnecke als auch aufseiten der Objektspindel integriert werden kann. Auch ist eine Kombination von beidem denkbar.

Wie oben bereits angedeutet, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel die Erweiterung einer Wälzschleifmaschine mit entsprechender hochfrequenter Sensorik. Selbstverständlich kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die hochfrequente Sensorik auch bei anderen mechanischen Bearbeitungsmaschinen eingesetzt werden. Hierzu zählen Werkzeugmaschinen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen, etc. Eine weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine rotierende Messeinrichtung mit Sensoreinheit, z.B. integriert in eine mechanisches Bauteil oder Werkzeug. Bei all diesen Einrichtungen kann die Sensoreinheit 20 beziehungsweise 20' aus Fig. 1 und 2 integriert werden. Diese hat den Vorteil, dass sich die Sensorik unmittelbar in der Nähe der Kontaktstelle Werkstück 14 und Werkzeug 52 befindet, nämlich in der Schleifspindel. An dieser Stelle sei angemerkt, dass, wie bereits in den vorherigen Erläuterungen, Daten- und Energieüberträger angrenzend zum Schleifkörper im Systemgehäuse 53 angeordnet sind.

Entsprechend Ausführungsbeispielen kann als Funkstandard UWIN eingesetzt werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist für die Energieübertragung des UWIN-Systems beziehungsweise allgemein des Funksystems eine berührungslose, induktive Energieübertragung vorgesehen, wie sie in Fig. 7b exemplarisch dargestellt ist.

Auf der stehenden Primärseite 70p wird mithilfe eines Frequenzgenerators inklusive Leistungselektronik eine Wechselspannung erzeugt, welche in der Kupferwicklung 70k ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld wird über einen Luftspalt (ca. 0,5 mm) übertragen und erzeugt auf die rotierende Sekundärseite 70s eine Spannung, welche zur Versorgung eines UWIN-Modems oder anderem Funktionellen genutzt werden kann. Zur Energieversorgung des UWIN-Modems beziehungsweise allgemein des Funkelements ist weiterhin eine zusätzliche Versorgungsschaltung sinnvoll, welche die induzierte Wechselspannung gleichrichtet und in die exakte benötigte Versorgungsspannung transformiert. Die Energieübertragung wird entsprechend Ausführungsbeispielen vollständig von der Datenübertragung getrennt, um Wechselwirkung zwischen den beiden System zu verhindern. Infolgedessen kann ein ringförmiges Modem, wie es in Fig. 6h gezeigt ist, eingesetzt werden. Weitere Bestandteile sind die bauliche Konzeption / Integration in die Maschine sowie die elektrotechnische Auslegung des Systems aus Kupferwindungen und Ferritkernen zur Übertragung der nötigen Leistung von ca. 20 Wat. Je nach baulicher Randbedingung kann die Energieübertragung radial oder axial realisiert werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen werden zum Schutz vor den Arbeitsraumeinflüssen wie Kühl-, Schmiermittel und Späne sowie vor der mechanischen Belastung durch die entstehenden Fliehkräfte die Komponenten des induktiven Energiekopplers mit Epoxidharz ausgegossen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Sensoreinheit bevorzugt im Nahbereich des Werkzeugs der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist. Beispiele für den Nahbereich sind: Anordnung in einer Hauptspindel der Bearbeitungsmaschine, oder an einem Werkzeugflansch der Bearbeitungsmaschine, oder in Kontakt mit einem Werkzeug der Bearbeitungsmaschine, oder in einem Gegenlager der Bearbeitungsmaschine, oder in einem Werkzeugdorn der Bearbeitungsmaschine.

Ferner sei an dieser Stelle angemerkt, dass unter einer mechanischen Bearbeitungsmaschine jegliche Maschinen mit oder ohne elektrischen Antrieb zur Bearbeitung von Werkstücken zu verstehen sind. Darunter fällt auch ein Bearbeitungszentrum mit einer oder mehreren Bearbeitungseinheiten, z. B. eine Schleifeinheite.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.

Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.

Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gaterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gaterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.

Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.

Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Bezugszeichen

Mechanische Bearbeitungsmaschine (10)

Hochfrequenter Sensor (22) Digitale Verarbeitungsmaschine (24)

Funksender (26, 26s)

Breitbandiger Funksensor (26‘)

Energieempfänger (42p, 42s, 42sh, 70p, 70s)

Regelstrecke (34‘, 34b, 34c, 34d) Funkempfänger (32‘)

Steuerungsausgang (14)