Antriebsnahe Prozess- und Maschinendiagnose

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 14394217

Zur Lageeinstellung an Industrierobotern, Werkzeugmaschinen (WZM) und an anderen Fertigungseinrichtungen werden heute digitale Antriebssysteme verwendet, welche Signale von Gebern für Achspositionen und Motorströme in hohen Taktraten mit hoher Auflösung erfassen. Für den Ausfall von Komponenten des Antriebsstranges gibt es zwei Ursachen: den betriebsbedingten Verschleiß und unsachgemäßen Gebrauch. Es kann daher sowohl zu spontanem als auch fortschreitendem Versagen kommen was sich gegenseitig bedingen kann. Als Beispiel können Fremdpartikel im Schmierstoff genannt werden, die den betriebsbedingten Verschleiß beschleunigen. In der ersten Förderperiode ist es gelungen bei Einzelachsen aus den in digitalen Antrieben zur Verfügung stehenden Signalen Schäden zu detektieren. Abweichungen im Spektrum der Messsignale im Vergleich zum Auslieferungszustand einer Maschine sind signifikant. Es ist möglich durch einen aus den Signalen berechneten Kennwert auf eine Abnutzung oder Schädigung einer einzelner Komponenten oder des gesamten Antriebsstranges zu schließen. Der durch den Betrieb verursachte Verschleiß wird mit Hilfe von Mechanikmodellen laufen erfasst. Es wurde eine Basis an Algorithmen für eine signalbasierte, zustandsorientierte Wartung gelegt. In der beantragten Förderperiode soll diese Basis auf die Werkzeugmaschine übertragen werden. Um das Ziel einer automatisierten Schadensvorhersage zu entwickeln, bedarf es der Festlegung von Grenzwerten für die in der ersten Förderperiode ermittelten Kennwerte. Grenzwerte für die Einsatzfähigkeit einer Maschine können zum Beispiel durch Referenz- Bearbeitungsprozesse festgelegt werden. Diese soll am Beispiel des Längsdrehens erfolgen und als Maß für die Maschinenfähigkeit gelten. Die in Werkzeugmaschinen vorhandenen Kopplungen von Achsen erfordern neue Ansätze in der Signalanalyse und die Erarbeitung neuer Lastbewertungsmethoden mit einer Erweiterung der mitgeführten Mechanikmodelle. Es gilt, das Übersprechen von einzelnen Phänomen zu vermeiden oder diesen Effekt bewusst zur Diagnose zu nutzen. Als Beispiel ist die Verlagerung von Massen und deren Auswirkung auf die erste Eigenfrequenz zu nennen. Durch die weitere Verknüpfung von Statistik, Signalanalyse und Lastbewertung wird eine bedarfsgerechte Wartung möglich sein und somit werden Ausfälle minimiert. Alle erarbeiten Methoden des Vorhabens werden implementiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 639: Gezielte vorbeugende Wartung durch automatisierte Zustandsbeobachtung