用于振动分析的方法和装置以及模式数据库和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于振动分析的方法和装置以及模式数据库和应用。在用于声发射分析的方法和装置中，对振动进行检测和分析，该振动在使用部件期间、在检查部件时或在通过切削、焊接、改型、接合和/或分离等来加工工件期间形成，其中对振动谱在不同时间或连续地进行检测并且进行多维分析。

【技术实现步骤摘要】
用于振动分析的方法和装置以及模式数据库和应用本专利技术申请是于申请日为2009年11月2日提交的、申请号为200980154137.X(国际申请号为PCT/EP2009/007830)以及专利技术名称为“用于振动分析的方法和装置以及用于其的模式数据库和模式数据库的应用”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于对使用部件期间、在检查部件时和/或在通过切削、焊接、改型、接合和/或分离等对工件进行加工期间形成的振动谱进行分析的方法和装置。此外，本专利技术还涉及一种用于此的模式数据库及其应用。
技术介绍
为了监视工件的机械加工，在现有技术中公开了许多方法。如此，在DE102005034768A1中公开了一种用于监控机床的工作状态的方法，以便在出现损害情况之前已经诊断出临界状态并且因此避免由于损害和意外故障造成的费用和开销。在已知的方法中，机床的旋转部件譬如工具轴或发动机轴、泵或者通风机的转子借助振动传感器来监控。为此，低频振动通过振动传感器来检测，以便识别出不平衡和/或工具振动，并且这样例如识别出平衡差的、误张紧的或磨损的工具。在此，分析基于在预先给定的频率的情况下的信号幅度的单个值以图形形式进行。对各个低频振动的这种分析如其也在DE10244426D4和DE10340697A1中公开的那样，然而也仅受限地适用于在工件加工的质量方面对切削工艺进行评估。为了优化切削工艺，在DE69804982T2中公开了：检测在工件加工期间的低频振动并且根据关于工具的信息说明工具的转速的参考值，借助这些参考值可以消除或降低不期望的振动，这些振动称为震颤。DE4405660A1同样涉及减小或者防止这种震颤，该震颤通过振动传感器来记录，并且为此利用调节机构。在D9403901中公开了一种用于从切削加工过程获得信号的振动传感器的装置。在此情况下，结构声传感器固定在测量臂上，该测量臂与工件接触，使得从加工过程中生成的声信号或震颤振动从工件传送到传感器。尽管D9403901关于此点谈及了高频声信号。然而，术语“高频”与DE3829825A1结合来使用，该对比文件将20kHz到2MHz之间的频率范围输送给平均值形成部。甚至该频率范围几乎不能够通过D9403901的测量臂耦合来传输和识别。在DE4436445A1中公开了一种用于评估切削工艺的方法，其中工具的振动/结构声信号一方面在有负载的情况下并且另一方面在相同转速而无负载的情况下被检测并且针对每个转速将在无负载情况下和在有负载情况下的工作的相应振动频率进行一维比较，以便对工具进行评估。在WO88/07911和WO89/12528中分别公开了带有集成的声传感器的切削工具，其提供一维的电压信号，其与振动频率成比例。在DE3829825C2中，在对工件切削加工时根据频率检测声传感器的信号电平并且在时间间隔上求平均。平均值与阈值或者期望值的比较引起对于工具或加工的质量的推断。所有已知的方法附带有如下缺点：只能不充分地评估工具和切削工艺。此外，已知的方法限于切削加工。在现有技术中并未公开可靠的基于声的方法，用于监视其他加工工艺譬如焊接(激光焊接、电弧焊等等)、改型、接合和/或分离等等。如此现在使用用于监控激光过程的光学系统，其测量被作用部位反射的光并且尝试从光谱或强度导出实际激光过程如何被材料吸收。令人满意的结果由此并非总是可实现，因为多种材料相互连接并且无法借助在表面反射的激光发射检查焊透(Durchschweiβens)的过程，即激光能量是否也引起所有部件的要求的熔接和热渗透。此外，在现有技术中并未公开可靠的基于声的方法以监视运行中的部件譬如在火车运行期间火车车厢的钢轮或者在运行期间发动机的部件。避免部件故障尤其是在安全相关的应用中譬如在通过例如火车、飞机和机动车运送人员时或者在具有潜在危险的设备譬如发电厂中是绝对必要的，并且只能以高成本开销通过有规律地在不运行时进行检查来实现。
技术实现思路
基于此，本专利技术基于以下任务：提出一种用于振动分析、尤其是声分析的方法和装置，以及一种用于此的模式数据库及该模式数据库用于振动分析的应用，借助其能够实现精确地监视和/或评定部件、工件、工具和/或加工工艺。该任务根据本专利技术的实施例的特征来解决。于是提出了一种用于振动分析的方法，其中检测并且分析部件或工件或工具的振动，其中在不同的时间或连续地检测振动谱并且进行多维分析。在此，在使用部件期间(示例性地譬如在火车的钢轮或轴运行期间)、在可能在从外部经敲击或声耦合输入引起的振动激励下或在运动下等对安装状态中和拆卸状态中的部件进行检查中和/或在通过切削、焊接、改型、接合和/或分离等等加工工件时会形成振动。将振动分析用于这些应用中的每个单个应用并且用于其他技术上相类似的应用分别独立地具有创造性。根据本专利技术在不同时间并且优选连续地或近似连续地以适宜的采样率来检测振动谱实现了多维数据分析，其为精确评定部件、工件、工具和/或加工的基础。针对一个优选的具有三个维度的实施形式，可以示例性地通过图景来阐明多维的数据分析，该图景于是例如可以在通过频率轴、时间轴和幅度轴所张的空间中延伸。该图景在时间曲线中将声发射形象化并且在此具有如下典型特征：其分别近似形成指纹。这些典型特征可以以合适的方法来确定。同样，也可以确定与这些典型特征的偏差。对于确定的故障或者故障类型而言也可以在多维数据中确定典型的特征。总之，可以基于多维数据(其在优选的实施形式中在频率-时间-幅度空间中形成图景)以高可靠性实时确定工件尤其是尚在加工期间的工件的机械加工的质量，并且更确切地说普偏地在多种加工工艺的情况下来确定，譬如切削、焊接、改型、接合、分离等等。工具的磨损程度或工具故障譬如钻头破裂也可以借助相应的典型特征来确定和辨识。最后，在部件检查中可以确定与所期望的典型特征的偏差并且与故障特征的一致性可以诊断确定的故障或者故障类型。部件检查在此甚至可以在部件运行期间进行；例如在火车运行中在轴或轮上会量取到振动谱并且尤其是量取到声发射谱，并且对典型特征进行检查，以便例如确定磨损、磨损程度、故障(譬如破裂或裂缝)，亦或确定正常特性或者一般而言地确定与正常特性的偏差。优选地，自动化地基于模式识别来进行分析。如下合适的算法可以用于多维并且尤其是三维的模式识别：该算法可快速且可靠地并且借助可设置的识别参数基于计算机地来实现，并且访问所存储的振动谱数据或实时处理振动谱数据。合乎目的地设计有具有适于确定应用的模式的模式数据库。这些模式在此可以以模式图景片段的形式必要时与公差范围一起被存储和/或通过函数来限定。这一方面能够实现将预先给定的模式用于确定的应用或者应用分类，例如模式用于确定的钻孔工艺步骤。此外，在学习阶段期间可以收集数据，以及将数据作为模式并且必要时与公差值一起存储。这样，例如在钻孔和更换工件和更换工具时可以记录声发射谱并且由此提取模式，基于该模式可以对后续的加工进行评估。由此，可以以简单方式并且必要时自动化地实现模式例如与确定的工艺或确定的加工机器或确定的部件或针对部件的确定的检查情况的独特的可匹配性。模式在此可以覆盖值域，以便限定可容忍的偏差和/或简化可识别性。为了自动化的评估而优选设计：所检测的振动谱或其区段的包络线形成并且与参考包络线比较。包络线在此例如通过平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于振动分析的方法，其中对振动进行检测和分析，其中振动在使用部件期间、在检查部件时和/或在通过切削、焊接、改型、接合和/或分离等来加工工件(5)期间形成，其中对振动谱在不同时间或者(近似)连续地检测并且进行多维分析。

【技术特征摘要】
2008.11.07 DE 202008014792.11.一种用于振动分析的方法，其中对振动进行检测和分析，其中振动在使用部件期间、在检查部件时和/或在通过切削、焊接、改型、接合和/或分离等来加工工件(5)期间形成，其中对振动谱在不同时间或者(近似)连续地检测并且进行多维分析。2.根据权利要求1所述的方法，其中以三维方式执行分析。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中分析自动化地基于模式识别来实施。4.根据权利要求3所述的方法，其中模式识别在一时间段所检测的振动谱中寻找模式，所述模式在模式数据库中存储或者定义。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中形成振动谱的包络线并且将其与参考包络线比较。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中振动谱以高频和/或宽带方式检测和/或分析。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中对振动谱进行频率-时间分析。8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中在通过切削来加工的情况下振动谱以对应于被加工的工件(5)的材料的微观粒度和切削加工速度的频率分辨率来检测。9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其中振动谱借助以下变量以图形方式显示：频率、时间、幅度或其函数。10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其中声传感器(2)用于记录振动谱。11.根据权利要求10所述的方法，其中声传感器(2)通过在测量之前通过声传感器(2)发射声信...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里克·佐伊特，
申请(专利权)人：卡斯公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE