DE102020134559A1

DE102020134559A1 - Method for monitoring a machining process of a machine tool

Info

Publication number: DE102020134559A1
Application number: DE102020134559.3A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hönle
Original assignee: Delta Logic Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Delta Logic Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022136499A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Bearbeitungsvorgangs einer Werkzeugmaschine, wobei- mittels eines Steuerprogramms der Bearbeitungsvorgang gesteuert wird,- mittels einer Datenerfassungseinheit Maschinenparameter zu bestimmten Zeiten auf einer Zeitskala erfasst werden,- eine zeitliche Zuordnung der Maschinenparameter zu Programmschritten des Steuerprogramms erfolgt, Erfindungsgemäß erfolgt die zeitliche Zuordnung dadurch, dass mittels einer Schnittstelle fortlaufend eine Zuordnung des jeweiligen Programmschrittes zu der Zeitskala erfolgt.The invention relates to a method for monitoring a machining process of a machine tool, wherein - the machining process is controlled by means of a control program, - machine parameters are recorded at specific times on a time scale by means of a data acquisition unit, - the machine parameters are assigned in terms of time to program steps of the control program, according to the invention the temporal assignment in that the respective program step is continuously assigned to the time scale by means of an interface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Bearbeitungsvorgangs einer Werkzeugmaschine.The invention relates to a method for monitoring a machining process of a machine tool.

Moderne Werkzeugmaschinen sind hochautomatisiert, wobei die einzelnen aufeinander folgenden Bearbeitungsschritte von Steuerprogrammen, wie beispielsweise CNC-Programmen, gesteuert werden. Zur Überwachung der Werkzeugmaschinen im Betrieb können Prozessdaten während der einzelnen Bearbeitungsschritte aufgezeichnet werden und in eine zeitliche Beziehung zu dem verwendeten Steuerprogramm gesetzt werden.Modern machine tools are highly automated, with the individual subsequent processing steps being controlled by control programs such as CNC programs. In order to monitor the machine tools in operation, process data can be recorded during the individual processing steps and placed in a chronological relationship to the control program used.

Als Datenquelle für die Prozessdaten können beispielsweise das Steuerprogramm selbst, wie beispielsweise die Programmzeilen des CNC-Programms oder eines SPS-Programms oder Maschinenparameter von Antrieben, Sensoren, Aktoren, wie beispielsweise die Stromaufnahme dienen, um nur eine Auswahl der möglichen Datenquellen zu nennen. Für die zur Überwachung ausgewählten Prozessdaten kann dabei im Vorfeld eine Referenzkurve erstellt werden. Während des Betriebs der Werkzeugmaschine können dann die Aktualdaten, also die während der Bearbeitung erfassten Prozessdaten, mit den Referenzkurven verglichen werden, wodurch Abweichungen von der Referenzkurve bestimmt werden können. Bei Überschreiten von vorbestimmten Abweichungen können Warnmeldungen erzeugt werden.The data source for the process data can be, for example, the control program itself, such as the program lines of the CNC program or a PLC program or machine parameters of drives, sensors, actuators, such as the current consumption, to name just a selection of the possible data sources. A reference curve can be created in advance for the process data selected for monitoring. During operation of the machine tool, the actual data, that is to say the process data recorded during machining, can then be compared with the reference curves, as a result of which deviations from the reference curve can be determined. If predetermined deviations are exceeded, warning messages can be generated.

Zusätzlich können die vom Bediener während der Produktion manipulierbaren Daten, wie beispielsweise der Vorschub und die Drehzahl oder das CNC-Programm selbst auf Änderungen mitüberwacht werden. Die nach dem Stand der Technik verfügbaren Systeme haben jedoch den Nachteil, dass Informationen über den aktuellen Status des Steuerprogramms, also beispielsweise in welcher Programmzeile des Steuerprogramms der Prozess sich gerade befindet nur dann verfügbar sind, wenn dies im Programm selbst beispielsweise durch entsprechende Trigger vorgesehen ist.In addition, the data that can be manipulated by the operator during production, such as feed and speed or the CNC program itself, can also be monitored for changes. However, the systems available according to the prior art have the disadvantage that information about the current status of the control program, for example in which program line of the control program the process is currently located, is only available if this is provided in the program itself, for example by appropriate triggers .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.The object of the present invention is to specify a method which eliminates the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a method having the features of independent claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments and variants of the invention.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Bearbeitungsvorgangs einer Werkzeugmaschine wird der Bearbeitungsvorgang mittels eines Steuerprogramms einer Steuereinheit gesteuert. Daneben werden mittels einer Datenerfassungseinheit Maschinenparameter zu bestimmten Zeiten auf einer Zeitskala erfasst. Daraufhin erfolgt eine zeitliche Zuordnung der Maschinenparameter zu Programmschritten des Steuerprogramms, wobei die zeitliche Zuordnung dadurch realisiert wird, dass mittels einer Schnittstelle fortlaufend eine Zuordnung des jeweiligen Programmschrittes zu der Zeitskala der Maschinenparameter erfolgt.In a method according to the invention for monitoring a machining process of a machine tool, the machining process is controlled by means of a control program of a control unit. In addition, machine parameters are recorded at specific times on a time scale by means of a data recording unit. The machine parameters are then assigned to program steps of the control program in terms of time, the assignment in terms of time being implemented in that the respective program step is continuously assigned to the time scale of the machine parameters by means of an interface.

Unter einer fortlaufenden Zuordnung ist dabei insbesondere eine Protokollierung des Starts und des Endes von mehreren Programmzeilen jeweils für sich oder aller Programmzeilen des beispielsweise als CNC-Programm ausgebildeten Steuerprogramms zu verstehen. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bedarf es dazu nicht einer Modifikation des Programmes selbst, beispielsweise durch das Vorsehen von sogenannten Triggern, sondern lediglich der Verwendung einer geeigneten Schnittstelle zu der jeweiligen Steuereinheit. Damit kann die Erfindung auch für bereits bestehende Programme zur Anwendung kommen. Die Schnittstelle ermöglicht es weiterhin, dass das Verfahren auf beliebigen Rechnersystemen, sowie steuerungsnah oder steuerungsfern ausgeführt werden kann.A continuous assignment is to be understood in particular as a logging of the start and end of a number of program lines, each individually or of all program lines of the control program, which is embodied as a CNC program, for example. In contrast to the solutions known from the prior art, this does not require a modification of the program itself, for example by providing so-called triggers, but only the use of a suitable interface to the respective control unit. The invention can thus also be used for already existing programs. The interface also makes it possible for the method to be executed on any computer system, as well as close to or remote from the controller.

Eine mögliche Schnittstelle zur Werkzeugmaschinensteuerung kann beispielsweise PROFIBUS oder TCP/IP sein.A possible interface to the machine tool control can be, for example, PROFIBUS or TCP/IP.

Weiterhin kann die Schnittstelle den Start und/oder das Ende eines Programmschrittes direkt erfassen. Eine direkte Erfassung ist immer dann möglich, wenn der in einer Programmzeile, als kleinste Einheit eines Programmschrittes, vorhandene Steuerbefehl, ein über die Schnittstelle eindeutig erfassbares Signal bewirkt. Dieses kann beispielsweise ein Signal zum Start der Rotation einer Spindel oder das Anfahren eines Aktuators zur Zustellung eines Werkstücks sein. Die von der Datenerfassungseinheit auf einer Zeitskale erfassten Daten, beispielsweise die Drehzahl der Spindel, können dabei durch die Zuordnung der ermittelten Programmzeile zu derselben Zeitskala direkt miteinander verglichen werden.Furthermore, the interface can record the start and/or end of a program step directly. Direct detection is always possible if the control command in a program line, the smallest unit of a program step, causes a signal that can be clearly detected via the interface. This can be, for example, a signal to start the rotation of a spindle or to start an actuator to feed a workpiece. The data recorded by the data recording unit on a time scale, for example the speed of the spindle, can be directly compared with one another by assigning the determined program line to the same time scale.

Daneben kann die die Schnittstelle den Start und/oder das Ende eines Programmschrittes indirekt bestimmen. Dies ist immer dann notwendig, wenn in einzelnen Fällen, wie beispielsweise eine zu kurze Bearbeitungszeit, die direkte Erfassung des Programmschrittes beziehungsweise einer Programmzeile nicht möglich ist. Die indirekte Erfassung macht sich dabei zunutze, dass der Start und/das Ender einer Programmzeile von der letzten direkt erfassten Programmzeile auf Basis der weiterhin durch die Datenerfassungseinheit erfassten Maschinenparameter bestimmt werden kann. Dabei ist darauf zu achten, dass insbesondere die vom Benutzer manipulierbaren Daten, wie beispielsweise die Drehzahl der Spindel mit erfasst und deren mögliche Änderung zu den Vorgaben des Steuerprogramms bei der Bestimmung der Programmzeile berücksichtigt werden. Bei der nächsten direkt erfassten Programmzeile kann eine mögliche Abweichung der berechneten und tatsächlichen Zuordnung zur Zeitskala korrigiert werden. Die Korrektur kann für spätere Auswertungen auch rückwirkend bis zu der letzten direkt erfassten Programmzeile in den gespeicherten Daten angewendet werden.In addition, the interface can indirectly determine the start and/or end of a program step. This is always necessary when, in individual cases, such as a too short processing time, direct recording of the program step or a program line is not possible. The indirect acquisition makes use of the fact that the start and/or the end of a program line can be determined from the last directly acquired program line on the basis of the machine parameters further acquired by the data acquisition unit. there is It is important to ensure that the data that can be manipulated by the user, such as the spindle speed, is also recorded and that possible changes to the specifications of the control program are taken into account when determining the program line. A possible deviation of the calculated and actual assignment to the time scale can be corrected in the next directly recorded program line. The correction can also be applied retroactively to the last directly recorded program line in the stored data for later evaluations.

Weiterhin kann die zeitliche Zuordnung der jeweiligen Programmschritte durch die Schnittstelle und die Erfassung der Maschinenparameter durch die Datenerfassungseinheit synchronisiert werden. Unter Synchronisation wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Zuordnung der Maschinenparameter zu den Programmschritten des Steuerprogramms zeitgleich zu deren Erfassung mit der Datenerfassungseinheit erfolgt. Dadurch ist keine nachgeschaltete Zuordnung der durch die Schnittstelle erfassten Programmschritte und der durch die Datenerfassungseinheit erfassten Maschinenparameter zu einer gemeinsamen Zeitskala mehr notwendig. Die derart synchronisierte Erfassung der Programmschritte und der Maschinenparameter ermöglicht bei entsprechend ausgebildeter Datenerfassung auch eine Überwachung des Programmablaufs in Echtzeit, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, im Bedarfsfall steuernd einzugreifen.Furthermore, the chronological assignment of the respective program steps can be synchronized by the interface and the acquisition of the machine parameters by the data acquisition unit. In this context, synchronization means that the machine parameters are assigned to the program steps of the control program at the same time as they are recorded with the data recording unit. As a result, it is no longer necessary to assign the program steps recorded by the interface and the machine parameters recorded by the data recording unit to a common time scale. The thus synchronized acquisition of the program steps and the machine parameters also enables, with appropriately designed data acquisition, a monitoring of the program sequence in real time, resulting in the possibility of intervening in a controlling manner if necessary.

Insbesondere kann die Synchronisation auf Basis von Unterprogrammaufrufen oder Werkzeugwechseln durchgeführt werden.In particular, the synchronization can be carried out on the basis of subprogram calls or tool changes.

Im Folgenden können für die Maschinenparameter Referenzkurven erstellt werden. Die Referenzkurven können beispielsweise beim Prüfen des Steuerprogramms beziehungsweise beim Einfahren des Bearbeitungsprozesses auf der Maschine aufgenommen werden.In the following, reference curves can be created for the machine parameters. The reference curves can be recorded, for example, when checking the control program or when running in the machining process on the machine.

Weiterhin können die Referenzkurven mit einer im Vergleich zum Betrieb hochfrequenten Erfassung der Maschinenparameter erstellt werden. In dieser auch als Lernphase bezeichneten Phase können beispielsweise zunächst alle oder nahezu alle Maschinenparameter aufgenommen werden. Die hochfrequente Erfassung der Maschinenparameter hat den Vorteil, dass die Referenzkurven eine hohe Auflösung aufweisen und dadurch der Verlauf, wie beispielsweise Schwingungen oder Schwankungen, genauer erfasst werden können. Die Anforderungen an die Produktivität der Maschine sind in der Lernphase üblicherweise auch geringer, so dass ein möglicherweise notwendiger zeitlicher Mehraufwand für die Erfassung der Daten akzeptiert werden kann.Furthermore, the reference curves can be created with a high-frequency acquisition of the machine parameters compared to operation. In this phase, which is also referred to as the learning phase, for example all or almost all machine parameters can initially be recorded. The high-frequency detection of the machine parameters has the advantage that the reference curves have a high resolution and the course, such as vibrations or fluctuations, can be detected more precisely as a result. The demands on the productivity of the machine are usually also lower in the learning phase, so that a possibly necessary additional expenditure of time for the acquisition of the data can be accepted.

Nachfolgend können für jeden Bearbeitungsschritt relevante Parameter bestimmt werden. Diese können aus den Referenzkurven bestimmt werden, wodurch sich die in der Produktionsphase zu erfassende Datenmenge vorteilhaft reduzieren kann. Neben den Parametern kann anhand des Verlaufs der Referenzkurven auch die Frequenz mit welcher die relevanten Parameter erfasst werden angepasst werden. Weiterhin kann bei der Bestimmung der relevanten Parameter verfahrensabhängige Korrelationen unter Berücksichtigung des jeweiligen Domänenwissens berücksichtigt werden.Relevant parameters can then be determined for each processing step. These can be determined from the reference curves, which can advantageously reduce the amount of data to be recorded in the production phase. In addition to the parameters, the course of the reference curves can also be used to adjust the frequency with which the relevant parameters are recorded. Furthermore, when determining the relevant parameters, process-dependent correlations can be taken into account, taking into account the respective domain knowledge.

Weiterhin kann die Erfassung der Maschinenparameter durch Trigger und/oder Filter begrenzt werden. Neben der Auswahl der relevanten Parameter können durch zusätzliche Trigger und/oder Filter die Menge der erfassten und gespeicherten Daten weiter reduziert werden. Im Fall einer Drehzahl, kann es beispielsweise sinnvoll sein beim Anlaufen der Spindel die Drehzahl mit einer höheren Frequenz zu erfassen, als beim Erreichen der konstanten Arbeitsdrehzahl.Furthermore, the acquisition of the machine parameters can be limited by triggers and/or filters. In addition to selecting the relevant parameters, additional triggers and/or filters can be used to further reduce the amount of recorded and stored data. In the case of a speed, it can be useful, for example, to record the speed at a higher frequency when the spindle starts up than when the constant working speed is reached.

Insbesondere kann die Definition der relevanten Parameter und/oder der Trigger und Filter durch ein selbstlernendes Computerverfahren fortlaufend angepasst werden. Durch immer größer werdende Datenmengen können durch das selbstlernende Verfahren automatisch Muster erkannt werden, auf deren Basis, die nach der ersten Lernphase definierten, relevanten Parameter weiter reduziert werden können oder die Frequenz mit welcher die relevanten Parameter erfasst werden, angepasst werden kann. Dadurch könnten beispielsweise nach einem Werkzeugwechsel die Frequenzen für die Erfassung der Stromaufnahme der Spindel reduziert werden, wenn eine abnutzungsbedingte Stromzunahme nur selten auftritt. Weiterhin können auch die Trigger und/oder Filterbedingungen automatisch angepasst werden. Das selbstlernende Computerverfahren kann auf Basis der erfassten Muster auch Vorschläge zur Anpassung des Steuerungsprogramms machen, die vom Maschinenbediener dann aufgenommen werden können.In particular, the definition of the relevant parameters and/or the triggers and filters can be continuously adapted using a self-learning computer process. With ever-increasing amounts of data, the self-learning process can automatically recognize patterns, on the basis of which the relevant parameters defined after the first learning phase can be further reduced or the frequency with which the relevant parameters are recorded can be adjusted. This could, for example, be used to reduce the frequencies for recording the power consumption of the spindle after a tool change if wear-related power increases occur only rarely. Furthermore, the trigger and/or filter conditions can also be adjusted automatically. Based on the recorded patterns, the self-learning computer process can also make suggestions for adapting the control program, which the machine operator can then accept.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

1 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

1 a flowchart for a method according to the invention.

1 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Überwachung eines Bearbeitungsvorgangs einer Werkzeugmaschine, wobei der Bearbeitungsvorgang mittels eines Steuerprogramms gesteuert wird und Maschinenparameter mittels einer Datenerfassungseinheit zu bestimmten Zeiten auf einer Zeitskala erfasst werden. Die Maschinenparameter werden zeitlich zu Programmschritten des Steuerprogramms zugeordnet, wobei die zeitliche Zuordnung erfindungsgemäß dadurch erfolgt, dass mittels einer Schnittstelle fortlaufend eine Zuordnung des jeweiligen Programmschrittes zu der Zeitskala erfolgt. 1 describes a possible method for monitoring a machining process of a machine tool, the machining process being controlled by means of a control program and machine parameters being recorded by means of a data acquisition unit at specific times on a time scale. The machine parameters are assigned in time to program steps of the control program, with the temporal Assignment according to the invention is carried out in that the respective program step is continuously assigned to the time scale by means of an interface.

Claims

Method for monitoring a machining process of a machine tool, in which - the machining process is controlled by means of a control program - machine parameters are recorded by means of a data acquisition unit at specific times on a time scale - a chronological assignment of the machine parameters to program steps of the control program takes place, characterized in that the chronological assignment takes place as a result that an assignment of the respective program step to the time scale is carried out continuously by means of an interface.

procedure after claim 1 , characterized in that the interface directly determines the start and/or end of a program step.

procedure after claim 1 , characterized in that the interface indirectly determines the start and/or end of a program step.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the temporal assignment of the respective program steps are synchronized by the interface and the acquisition of the machine parameters.

procedure after claim 4 , characterized in that the synchronization is carried out on the basis of subprogram calls or tool changes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that reference curves are created for the machine parameters.

procedure after claim 6 , characterized in that the reference curves are created with a high-frequency detection of the machine parameters compared to operation.

Procedure according to one of Claims 6 or 7 , characterized in that relevant parameters are determined from the reference curves for each processing step.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the machine parameters can be limited by triggers and/or filters.

Procedure according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that the definition of the relevant parameters and/or the trigger and filter are continuously adapted by a self-learning computer process.