Entwicklung eines Multisensorsystems zur Zustandsuberwachung und Crasherkennung von Werkzeugmaschinen mit rotierenden Spindeln

摘要

Im Zusammenhang mit der zunehmenden Digitalisierung moderner Fertigungssysteme steigt die Nachfrage nach Werkzeugmaschinendiagnostik. Neben der Uberwachung von hochentwickelten Antrieben (vorausschauende Wartung) ist eine Spindel-Crasherkennung eine vielversprechende Anwendung. Diese rechtzeitige Crasherkennung ermoglicht es Schadigungen der Werkzeugmaschine zu reduzieren und damit hohe Reparaturkosten zu verringern. Ziel war es ein sensorisches System zu entwickeln, welches aus mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) kombiniert mit einem leistungsstarken digitalen ASIC besteht. Zu diesem Zweck wurden zwei unterschiedliche MEMS mit einem Arbeitsbereich von bis zu 20 kHz bzw. 70 kHz realisiert und charakterisiert. Dabei wiesen die gemessenen Sensorparameter, wie die -3 dB-Frequenz, der beiden Sensoren eine gute Ubereinstimmung mit den Entwurfsdaten auf. Zusatzlich wurde ein Bewertungsansatz entwickelt, der die Beschleunigungssignale der Sensoren verarbeitet und analysiert, die wahrend eines Frasprozesses aufgezeichnet wurden. Anhand der Sensordaten konnen die einzelnen Bearbeitungs-schritte wahrend des Frasprozesses klar unterschieden werden. Daruber hinaus wurden Sensordaten eines gezielt herbeigefuhrten Werkzeugcrashs aufgezeichnet, der zeigt, dass Crashereignisse vom Frasprozess unterschieden werden konnen.