DS16789-3623 - 1 - 12.09.2022 Anmelder: TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG Johann-Maus-Strasse 2 71254 Ditzingen Verfahren zur Ermittlung eines analytischen Prozessmodells einer Werkzeugmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Prozesssignals, das einen Bearbeitungsprozess eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine cha- rakterisiert. Messsignale einer Werkzeugmaschine, die während der Bearbeitung eines Werk- stücks erfasst werden, können beispielsweise Kräfte und Drehmomente von NC- Achsen, Verfahrachsen von NC (Numerical Control)-Maschinen, und Spindeln so- wie Signale von integrierten Sensoren beispielsweise für Druck, Vibration und Temperatur umfassen. Während einige dieser Signale tatsächlich vom eigentlichen Bearbeitungsprozess, beispielsweise einer spanabhebenden Bearbeitung oder eines Umformens eines Werkstücks erzeugt werden, rühren andere Signale vom Aufbau und Antrieb der Werkzeugmaschine, dem Verschleißzustand des Werkzeugs sowie Eigenschaften des bearbeiteten Werkstücks her. Diese Signale sind daher maschinenspezifisch DS16789-3623 - 2 - 12.09.2022 und werkzeugspezifisch und charakterisieren den eigentlichen Bearbeitungspro- zess nicht. Sie sind somit als Störsignale aufzufassen, die zu einer räumlichen und zeitlichen Verzerrung des oder der eigentlich interessierenden, den Bearbeitungs- prozess charakterisierenden Prozesssignale führen. Es ist daher bisher nicht möglich, die an einer Werkzeugmaschine gemessenen Signale auf andere Werkzeugmaschinen, die einen identischen Bearbeitungspro- zess ausführen, zu übertragen. Das Gleiche gilt für analytische Modelle, die auf Basis der Messsignale einer Maschine oder Werkzeugmaschine erstellt wurden. Auch diese Modelle lassen sich nicht zur Bewertung identischer Bearbeitungspro- zesse anderer Maschinen nutzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem einen Bearbeitungsprozess einer Werkzeugmaschine charakterisierende Prozesssignale in einer Weise ermittelt werden können, die eine Übertragung die- ser Prozesssignale auf andere Maschinen erlauben, die einen identischen Bearbei- tungsprozess ausführen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesssignalen, das einen Bearbeitungsprozess eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine cha- rakterisiert, das dadurch gekennzeichnet ist, dass - Messsignale an der Werkzeugmaschine während eines Bearbeitungs- prozesses eines Werkstücks von Sensoren erfasst und an eine Auswer- teeinrichtung übermittelt werden, - von Eigenschaften der Werkzeugmaschine und/oder eines Werkzeugs und/oder des Werkstücks erzeugte Störeinflüsse auf die Messsignale erfasst und an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden, - in der Auswerteeinrichtung zeitabhängige Störfunktionen für die einzel- nen gemessenen Störeinflüsse berechnet und diese Störfunktionen aus den Messsignalen herausgerechnet werden, um maschinenunabhängi- ges Prozesssignale zu erhalten. DS16789-3623 - 3 - 12.09.2022 Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Tatsache, dass sich jedes me- chanische Messsignal aufgrund des Superpositionsprinzips als eine Linearkombi- nation der Haupteinflussfaktoren beschreiben lässt. Neben dem eigentlichen Bear- beitungsprozess des Werkstücks, beispielsweise einem Abkanten eines Blechteils, haben auch der Aufbau und Antrieb der Werkzeugmaschine sowie Eigenschaften des Werkzeugs sowie des Werkstücks einen Einfluss auf die gemessenen Signale. Diese Einflüsse werden als Störeinflüsse aufgefasst, da sie nicht vom eigentlichen Bearbeitungsprozess verursacht werden, sondern maschinen- und werkstückspe- zifisch sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Störeinflüsse erfasst und daraus Störfunktionen berechnet, die zur Bereinigung der Messsignale herangezogen werden. Das oder die bereinigten Messsignale sind die gewünschten Prozesssignale, die ausschließlich den Bearbeitungsprozess charakterisieren. Diese Prozesssignale lassen sich auf andere Maschinen, die einen identischen Bearbei- tungsprozess ausführen, übertragen. Die Auswerteeinrichtung zur Durchführung der Berechnungen kann dabei Teil der Werkzeugmaschine sein oder eine externe Einrichtung. Aus den zeitabhängigen Prozesssignalen kann ein zeitunabhängiges Kraft-Weg- Diagramm berechnet werden, das eine qualitative Bewertung des Bearbeitungs- prozesses weiter vereinfacht. Außerdem kann aus dem mindestens einen Prozess- signal ein analytisches Prozessmodell des Bearbeitungsprozesses der Werkzeug- maschine erstellt werden. Ein solches Prozessmodell erlaubt die rasche Optimie- rung eines Bearbeitungsprozesses durch Simulation verschiedener Betriebszu- stände der Maschine. Die Störeinflüsse auf die Messsignale können gemäß ihrer Ursache kategorisiert werden. Manche der Störsignale aufgrund der Störeinflüsse können von der Ma- schine selbst herrühren oder verursacht sein. Andere Störsignale werden vom Zu- stand des Werkzeugs erzeugt. Auch Eigenschaften des Werkstücks beeinflussen die Messsignale. DS16789-3623 - 4 - 12.09.2022 Vorzugsweise werden mittels Sensoren von der Ausgestaltung oder dem Design des Maschinenrahmens, vom Antrieb der Werkzeugmaschine und von den Anbau- komponenten der Werkzeugmaschine herrührende Störeinflüsse gemessen. Die ausgestaltete Form des Maschinengestells, das heißt ob die Maschine ein C-Gestell oder ein Bettgestell aufweist oder eine Maschine in Portalbauweise ist, hat einen Einfluss auf die gemessenen Prozesssignale der Maschine. Die unterschiedlichen Maschinengestelle unterliegen unterschiedlichen elastischen Verformungen auf- grund der vom Bearbeitungsprozess herrührenden Krafteinwirkung, die durch Sen- soren erfasst werden können. Diese Verformungen können beispielsweise den von einem Werkzeug der Maschine für die Bearbeitung des Werkstücks zurückzulegen- den Weg verfälschen. Weitere, von der Werkzeugmaschine herrührende Störeinflüsse resultieren aus der Art des Antriebs der Maschine, der beispielsweise elektrisch oder hydraulisch sein kann. Diese vom Aufbau und Antrieb der Werkzeugmaschine verursachten Stö- reinflüsse können zu einer Störfunktion zusammengefasst werden, die zur Berei- nigung der Messsignale herangezogen werden kann. Neben diesen nicht beeinflussbaren Störeinflüssen der Maschine können auch An- baukomponenten an der Maschine, etwa Werkzeugwechsler oder Beladeeinrich- tungen und Entladeeinrichtungen für Werkstücke zu Verzerrungen von Prozesssig- nalen führen. Diese Einflüsse können relativ einfach dadurch ermittelt werden, dass ein Bearbeitungsprozess mit der Maschine ohne diese Anbaukomponenten und ein Bearbeitungsprozess mit der Maschine und diesen Anbaukomponenten durchgeführt wird. Die Differenz der Messsignale ergibt ein für die Anbaukompo- nenten spezifisches Störsignal, aus dem eine Störfunktion abgeleitet werden kann. Außerdem können mittels Sensoren von der Form und den Verschleißzustand des Werkzeugs herrührende Störeinflüsse gemessen werden. Diese Störsignale kön- nen durch Messungen während Bearbeitungsprozessen mit qualitativ unterschied- lichen Werkzeugen gewonnen und daraus Störfunktionen berechnet werden. Ne- ben einer Verwendung dieser Störfunktionen zur Bereinigung der gemessenen Pro- zesssignale können diese auch einer Qualitätsbewertung der Werkzeuge dienen DS16789-3623 - 5 - 12.09.2022 und beispielsweise einen erforderlichen Wechsel eines zu stark abgenutzten Werk- zeugs anzeigen. Die vom Werkzeug verursachten Störfunktionen multiplizieren sich mit Störfunkti- onen, die den Einfluss von Materialeigenschaften des bearbeiteten Werkstücks wie- dergeben. Daher werden zweckmäßigerweise auch von den Materialeigenschaften des Werkstücks verursachte Störeinflüsse gemessen. Dabei spielen nicht nur der Werkstoff des Werkstücks, sondern auch die Materialdicke sowie eventuell vorhan- dene Beschichtungen des Werkstücks eine Rolle. Durch Bearbeitung unterschied- licher Werkstücke und Durchführung von Messungen von Prozesssignalen während deren Bearbeitung lassen sich diese unterschiedlichen Einflüsse quantitativ erfas- sen. Zur Erfassung der Messsignale können insbesondere Kraftsensoren, Wegsensoren und Beschleunigungssensoren eingesetzt werden. Durch weitere Sensoren, etwa Temperatursensoren, Drucksensoren oder auch Schallsensoren lassen sich zusätz- liche Informationen gewinnen und zur Ermittlung der Störeinflüsse heranziehen. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung von Prozesssignalen eines Bear- beitungsprozesses an einer Werkzeugmaschine, die nach einem erfindungsgemä- ßen Verfahren gewonnen werden, zur Ermittlung von Schätzwerten für messbare Prozesssignale einer anderen Werkzeugmaschine, deren Störfunktionen bekannt sind, indem die bekannten Störfunktionen der anderen Werkzeugmaschine zu den Prozesssignalen der Werkzeugmaschine hinzuaddiert werden. Weiter ist von der Erfindung die Verwendung eines analytischen Prozessmodells eines Bearbeitungsprozesses vorgesehen, das aus Prozesssignalen einer Werk- zeugmaschine, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen werden, für einen Qualitätsvergleich des Bearbeitungsprozesses einer weiteren Werkzeug- maschine, für die ebenfalls ein Prozesssignal nach einem erfindungsgemäßen Ver- fahren ermittelt wird, in dem das Prozessmodell auf das Prozesssignal der zweiten Werkzeugmaschine angewendet wird. DS16789-3623 - 6 - 12.09.2022 Durch die von Störeinflüssen bereinigten Prozesssignale können Synergieeffekte zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen, die identische Bearbeitungspro- zesse ausführen, genutzt werden. Die Prozesssignale sind bei allen diesen Maschi- nen gleich. Für identische Bearbeitungsprozesse ist ein identischer Arbeitsaufwand erforderlich. Lediglich die Störeinflüsse auf die Prozesssignale können variieren, abhängig vom Aufbau und Antrieb der Maschine sowie Einflüssen von Werkzeug und Werkstück. Sind die Störfunktionen einer Maschine bekannt, kann aus den Prozesssignalen einer anderen Maschine, die einen identischen Bearbeitungspro- zess ausführt, auf die an der Maschine messbaren Signale geschlossen werden. Außerdem können analytische Prozessmodelle, die auf der Grundlage von nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Prozesssignalen erstellt wur- den, zur Prozessbewertung einer anderen Maschine, die einen identischen Bear- beitungsprozess ausführt, genutzt werden. Dazu werden auch für die zweite Ma- schine Prozesssignale nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt, d.h. an der Maschine erfasste Messsignale von ihren Störeinflüssen befreit und mit dem Prozessmodell der ersten Maschine bewertet. Für einen Vergleich der Bearbeitungsprozesse zweier Maschinen ist es notwendig, dass die Sensoren zur Erfassung der verschiedenen Signale an beiden Maschinen an den gleichen Messorten angeordnet werden. Wenn dies nicht möglich ist, kann durch Gewichtungsfaktoren in den Störfunktionen oder durch eine entsprechende Kalibrierung der Sensoren ein Ausgleich geschaffen werden. Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung einer Werkzeugmaschine A und einer weiteren Auswerteeinrichtung einer Werkzeugmaschine B, mit Prozesssignalen ^ ⁽ ^ ⁾ , von welchen Störsig- nale erster, zweiter und dritter Ordnung subtrahiert sind, und ein aus den Prozesssignalen ^ ⁽ ^ ⁾ erstelltes Prozessmodell. DS16789-3623 - 7 - 12.09.2022 Die einzige Figur zeigt ein schematisches Diagramm der Ermittlung von Prozess- signalen ^(^) von einer Werkzeugmaschine A und dessen Anwendung zur Ermitt- lung von Schätzwerten für Messsignale ^ _^ (^) einer weiteren Werkzeugmaschine B, die einen identischen Bearbeitungsprozess wie die Maschine A ausführt. Zunächst werden mittels eines oder mehrerer Sensoren 10 Messsignale an der Werkzeugmaschine A erfasst und an eine Auswerteeinrichtung 11 der Maschine A geleitet. Die Auswerteeinrichtung 11 erhält von den Sensoren 10 außerdem Stör- signale 12 erster Ordnung, Störsignale 13 zweiter Ordnung und Störsignale 14 dritter Ordnung. Die Störsignale 12 erster Ordnung umfassen Signale, die auf die Form des Maschi- nengestells sowie den Antrieb der Maschine A zurückzuführen sind. Abhängig da- von, ob die Werkzeugmaschine A ein C-Gestell oder ein Bettgestell aufweist oder eine Maschine in Portalbauweise ist und ob sie einen elektrischen oder hydrauli- schen Antrieb aufweist, ergeben sich unterschiedliche Störsignale 12 erster Ord- nung. Aus diesen Störsignalen 12 erster Ordnung errechnet die Auswerteeinrich- tung 11 eine erste Störfunktion ^ _^^ ℎ _^^ (t) . Die Störsignale 13 zweiter Ordnung rühren von Maschinenanbauten wie Werkzeug- wechsler oder Werkstück-Beladeeinrichtungen und Werkstück-Entladeeinrichtun- gen her. Aus diesen Signalen berechnet die Auswerteeinrichtung 11 eine zweite Störfunktion ^ _^^ ℎ _^^ (t), die den Einfluss der Anbaukomponenten auf die Gestellkon- struktion und die Antriebsart der Werkzeugmaschine A beschreibt. Mit den Störsignalen 14 dritter Ordnung werden Einflüsse eines Werkzeugs, die von dessen Form und Verschleißzustand herrühren, sowie Einflüsse des bearbei- teten Werkstücks erfasst. Die Abmessungen des Werkstücks sowie beispielsweise die Kontur einer Schneidkante des Werkzeugs können durch Gewichtungsfaktoren in der Störfunktion berücksichtigt werden. Außerdem zählen Einflüsse des Werk- stücks auf das Messsignal ^ _^ ⁽ ^ ⁾ zu den Störsignalen 14 dritter Ordnung. Dabei wer- den insbesondere vom Werkstoff und dessen Druckfestigkeit und Scherfestigkeit DS16789-3623 - 8 - 12.09.2022 sowie dessen Fließverhalten herrührende Einflüsse berücksichtigt. Auch nichtline- are Effekte weiterer Materialeigenschaften, etwa Materialdicken und Beschichtun- gen oder Lackierungen werden erfasst. Sämtliche genannten Einflüsse werden zu einer Störfunktion in Form eines Produkts aus den Einzeleinflüssen zusammenge- fasst: (^ _^^.^ ℎ _^^.^ (t) ∙ ^ _^^.^ ℎ _^^.^ (^) ∙ ^ _^^.^ ℎ _^^.^ (t)). Das gesuchte, ausschließlich den Bearbeitungsprozess charakterisierende Prozess- signal ^ ⁽ ^ ⁾ berechnet sich aus dem Messsignal ^ _^ ⁽ ^ ⁾ durch Subtraktion der Summe aller Störfunktionen ℎ _^ (^) = ∑ ^ ^ _^^ ^ _^ ℎ _^ (^): ^ ⁽ ^ ⁾ = ^ _^ ⁽ ^ ⁾ − ^ _^^ ℎ _^^ ⁽ ^ ⁾ − ^ _^^ ℎ _^^ (t) - (^ _^^.^ ℎ _^^.^ (t) ∙ ^ _^^.^ ℎ _^^.^ (^) ∙ ^ _^^.^ ℎ _^^.^ (t)). Aus dem Prozesssignal der Maschine A kann ein analytisches Prozessmodell 15 erstellt werden und zur Bewertung des Bearbeitungsprozesses einer Werkzeugma- schine B, die einen identischen Bearbeitungsprozess ausführt, aber beispielsweise eine andere Rahmenform und/oder einen anderen Antrieb aufweist, eingesetzt werden. Sind das Prozesssignal ^(^) der Maschine A und die Summe aller Störfunk- tionen der Maschine B ℎ _^ (^) = ∑ ^ ^ _^^ ^ _^^ ℎ _^^ (^) bekannt, so kann ein Schätzwert für ein Messsignal ^ _^ ⁽ ^ ⁾ eines Sensors 20 der weiteren Werkzeugmaschine B ermittelt werden: ^ _^ (^) = ^(^) + ∑ ^ ^ _^^ ^ _^^ ℎ _^^ (^). Ein solcher Schätzwert kann direkt durch eine weitere Auswerteeinrichtung 21 der Werkzeugmaschine B berechnet werden, indem das Prozesssignal ^ ⁽ ^ ⁾ an die wei- tere Auswerteeinrichtung 21 übergeben wird, in der bereits die Störfunktionen der weiteren Werkzeugmaschine B abgespeichert sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmals möglich, die Bearbeitungs- prozesse unterschiedlicher Maschinen oder Werkzeugmaschinen, die einen identi- schen Bearbeitungsprozess ausführen, miteinander zu vergleichen. Es lassen sich DS16789-3623 - 9 - 12.09.2022 auch beispielsweise Aussagen darüber machen, welche Kombination von Rahmen- form und Antriebskonzept einer Maschine für einen bestimmten Bearbeitungspro- zess optimal ist.

DS16789-3623 - 10 - 12.09.2022 Bezugszeichenliste 10 Sensoren der Werkzeugmaschine A 11 Auswerteeinrichtung 12 Störsignale erster Ordnung 13 Störsignale zweiter Ordnung 14 Störsignale dritter Ordnung 15 Prozessmodell 20 Sensor der weiteren Werkzeugmaschine B 21 weitere Auswerteeinrichtung