Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen einer Verzahnung oder eines Profils eines Werkstücks mittels eines Schleifwerkzeugs in einer Schleifmaschine, wobei das Schleifwerkzeug auf einer Werkzeugspindel aufgenommen ist und die Werkzeugspindel mittels eines ersten Antriebsmotors gedreht wird, so dass ein Werkzeugantriebsstrang vorliegt, und wobei das Werkstück auf einer Werkstückspindel aufgenommen ist und die Werkstückspindel mittels eines zweiten Antriebsmotors gedreht wird, so dass ein Werkstückantriebsstrang vorliegt, wobei im Bereich des Werkzeugantriebsstrangs und/oder im Bereich des Werkstückantriebsstrangs mindestens ein Drehbeschleunigungssensor angeordnet ist, wobei die vom Drehbeschleunigungssensor aufgenommenen Werte für die Drehbeschleunigung der Werkzeugspindel und/oder der Werkstückspindel an eine Datenverarbeitungsanlage, insbesondere an eine Maschinensteuerung, übermittelt und von dieser ausgewertet werden.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art offenbart die WO 2015/036519 Al. Das Dokument erwähnt, dass ein Drehbeschleunigungssensor in einer Werkzeugmaschine angeordnet werden kann, wobei eine Signalübertragung mittels einer ersten und einer zweiten Antennenspule erfolgt, um eine drahtlose Signalübertragung zwischen den Antennenspulen zu ermöglichen.

Ein anderes Verfahren ist aus der WO 2022/100972 A2 bekannt. Hier erfolgt während der Bearbeitung einer Verzahnung mittels einer Schleifschnecke eine Überwachung mehrerer Maschinenparameter, bei denen es sich um die Leistungs- oder Stromaufnahme der Motoren oder um Körperschallsignale handeln kann. Diese werden in der Maschinensteuerung daraufhin ausgewertet, ob sie innerhalb zulässiger Grenzen liegen. Ist dies nicht der Fall, wird eine entsprechende Warnung ausgegeben, die darauf hinweist, dass der Schleifprozesse nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden kann.

Die WO 2022/207371 Al offenbart, dass bei der Hartfeinbearbeitung eines Werkstücks Signale aufgenommen werden, wobei im Falle dessen, dass die gemessenen Signale außerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen, nach der Bearbeitung des Werkstücks ein Vermessen desselben in einer Messvorrichtung erfolgt.

Es hat sich herausgestellt, dass es bei der Überwachung der vorbekannten Größen wünschenswert ist, eine noch höhere Aussagekraft zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden und eine Schleifmaschine mit entsprechender Ausstattung bereitzustellen, dass eine verbesserte Überwachung des Schleifprozesses möglich wird.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Signal der Drehbeschleunigung einer Frequenzanalyse unterzogen wird, wobei die einzelnen Frequenzanteile hinsichtlich ihrer Amplitude bestimmt werden, wobei für die Amplituden der Frequenzanteile jeweilige Grenzwerte vorgegeben sind, wobei von der Datenverarbeitungsanlage ein Signal ausgegeben wird, wenn mindestens einer der Grenzwerte überschritten wird, und wobei die Frequenzanteile nur hinsichtlich ihrer Amplitude überwacht werden.

Die Datenverarbeitungsanlage kann dabei auch ein mit der Maschine in Verbindung stehender Industne-PC sein.

Der Drehbeschleunigungssensor ist bevorzugt zwischen dem ersten Antriebsmotor und dem Werkzeug und/oder zwischen dem zweiten Antriebsmotors und dem Werkstück angeordnet. Allerdings kann der Sensor auch jenseits der jeweils genannten Bereiche vorgesehen werden; er muss lediglich in der Lage sein, die jeweilige Drehbeschleunigung der Spindel zu erfassen. Hierzu kann der Beschleunigungssensor beispielsweise auch im Bereich eines Spindel-Gegenlagers platziert werden.

Das Erfassen und Auswerten von Messdaten vom Drehbeschleunigungssensor erfolgt bevorzugt während des Eingriffs des Werkzeugs in die Verzahnung oder das Profil des Werkstücks. Das Erfassen und Auswerten von Messdaten vom Drehbeschleunigungssensor erfolgen dabei bevorzugt (nur) während des Eingriffs des Werkzeugs in die Verzahnung oder das Profil des Werkstücks.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Erfassen und Auswerten von Messdaten vom Drehbeschleunigungssensor während des Betriebs des ersten und/oder zweiten Antriebsmotors erfolgt, ohne dass ein Eingriff des Werkzeugs in die Verzahnung oder das Profil des Werkstücks vorliegt. Hiernach erfolgt die Auswertung der Signale des Drehbeschleunigungssensors also quasi im „Leerlauf ‘, was die Möglichkeit bietet, Rückschlüsse auf den Zustand von Maschinenkomponenten bzw. auf Ursachen von sich anbahnenden Betriebsstörungen zu ziehen. Besagte Rückschlüsse sind in besonders einfacher Weise zu ziehen, wenn die Auswertung der Signale des Drehbeschleunigungssensors periodisch wiederholt wird. Die erste Auswertung kann beispielsweise nach der Inbetriebnahme der Maschine erfolgen, woran sich periodisch weitere Auswertungen anschließen; Veränderungen der Signale lassen dann Rückschlüsse auf Veränderungen in der Maschine zu.

Eine spezielle Analyse im genannten „Leerlauf ‘-Betrieb ist so gestaltet, dass die Datenerfassung während des Hochlaufs der Motoren (insbesondere bei konstanter Drehbeschleunigung) erfolgt und über den Drehbeschleunigungssensor erfasst wird, welches dynamische Verhalten das System zeigt. Auch hieraus können Rückschlüsse auf den Maschinenzustand gezogen werden. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass die Datenerfassung der Drehbeschleunigungswerte vom Drehbeschleunigungssensor während des Hochlaufs vom Stillstand bis zu einer vorgegebenen Enddrehzahl der Spindel erfolgt.

Eine weitere Alternative sieht vor, dass das Erfassen und Auswerten von Messdaten vom Drehbeschleunigungssensor, der in diesem Falle im Bereich des Werkzeugantriebstrangs angeordnet ist, während des Abrichtens des Werkzeugs mittels eines Abrichtwerkzeugs erfolgt. Hierdurch können Rückschlüsse auf das Abricht- System gezogen werden. Diesbezüglich sieht eine spezielle Ausbildung der Erfindung vor, dass auch im Bereich des Antriebsstrangs zum Antrieb des Abrichtwerkzeugs ein Drehbeschleunigungssensor angeordnet ist und die von diesem erfassten Daten ausgewertet werden. Dies kann für die Analyse des Abrichtprozesses sehr hilfreich sein, insbesondere, wenn die nachfolgend beschriebene Datenanalyse durchgeführt wird.

Von der Datenverarbeitungsanlage kann ein Signal ausgegeben werden, wenn für die gemessene Drehbeschleunigung ein Messwert festgestellt wird, der oberhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt.

Die Auswertung der Messwerte für die Drehbeschleunigung können dabei - nicht erfindungsgemäß - im Zeitbereich erfolgen.

Gemäß einer bevorzugten Vorgehensweise ist vorgesehen, dass die genannte Frequenzanalyse mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) erfolgt.

Es können hierzu allerdings auch alternative und an sich bekannte Verfahren herangezogen werden, insbesondere eine Diskrete Fourier-Transformation (DFT), eine Root-Mean-Square-Analyse (Bestimmung des RMS-Spektrums), eine Bestimmung des Amplituden-Spektrums, eine Cepstrum-Analyse, eine Ausgleichssinusfunktion oder eine Ermittlung des Autoleistungsspektrums (PSD-Analyse). Die genannten Verfahren zur Signalanalyse sind als solche bekannt und müssen daher hier nicht näher besprochen werden.

Die Erfassung der Werte des Drehbeschleunigungssensors erfolgt bevorzugt während eines vorgegebenen Zeitintervalls während des Schleifens des Werkstücks mit dem Schleifwerkzeug. Vorgesehen kann auch werden, dass die Erfassung der Werte des Drehbeschleunigungssensors zwischen zwei definierten Positionen erfolgt, insbesondere über einen vorgegebenen Vorschubweg beim Schleifen des Werkstücks mit dem Schleifwerkzeug. Die Erfassung der Drehbeschleunigung kann demnach also sowohl zeitlich definiert als auch örtlich definiert (d. h. beispielsweise über den Verlauf des Schleifhubs zwischen vorgegebenen Positionen, aber beispielsweise auch über einen Bereich eines Vorschubs oder einer Shiftbewegung einer Spindel) erfolgen. Damit ist es möglich, besonders relevante Abschnitte des Schleifprozesse zu betrachten und Vergleiche mit bereits abgespeicherten Daten anzustellen.

Das Schleifen ist vorzugsweise ein Wälzschleifen eines Zahnrads mit einer Schleifschnecke.

Eine Schleifmaschine zum Schleifen einer Verzahnung oder eines Profils eines Werkstücks mittels eines Schleifwerkzeugs, mit einer Werkzeugspindel zur Aufnahme des Schleifwerkzeugs und einem ersten Antriebsmotor zum Antrieb der Werkzeugspindel, so dass ein Werkzeugantriebsstrang vorliegt, und einer Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkstücks und einem zweiten Antriebsmotor zum Antrieb der Werkstückspindel, so dass ein Werkstückantriebsstrang vorliegt, kann so ausgestaltet sein, dass im Bereich des Werkzeugantriebsstrangs und/oder im Bereich des Werkstückantriebsstrangs ein Drehbeschleunigungssensor angeordnet ist, der mit einer Datenverarbeitungsanlage, insbesondere mit einer Maschinensteuerung, in Verbindung steht.

Das vorgeschlagene Konzept sieht insofern eine Überwachung und Bewertung des Schleifprozesses, insbesondere des Wälzschleifprozesses, unter Auswertung der Drehbeschleunigung vor, die während des Schleifprozesses an der Werkstückspindel und gegebenenfalls auch oder alternativ an der Werkzeugspindel mittels eines Drehbeschleunigungssensors erfasst wird. Es hat sich herausgestellt, dass die Drehbeschleunigung insbesondere nach der signaltechnischen Auswertung wie oben beschrieben (d. h. nach einer Frequenzanalyse) sehr brauchbare Hinweise darauf liefert, wie sich der Schleifprozess gestaltet und ob er ordnungsgemäß verläuft.

Somit kann der Schleifprozess effektiv überwacht werden und rechtzeitig fehlerhafte bzw. auffällige Bauteile erkannt werden. Dabei werden insbesondere Fehler am Rohteil des Werkstücks, Welligkeiten auf den Flanken des geschliffenen Zahnrads und auch Werkzeugfehler erkannt.

Die Beurteilung erfolgt bevorzugt durch Rückgriff auf (in der Maschinensteuerung) gespeicherte Daten und somit eingelernte Erkenntnisse aus früheren Schleifprozessen. Prozessabweichungen (Anomalien) können so verbessert erkannt werden, so dass dem Maschinenbediener ein Warnhinweis gegeben oder der Schleifprozess abgebrochen werden kann.

Zusätzlich zu der beschriebenen Erfassung der Drehbeschleunigung können weitere steuerungsinteme Signale (d. h. solche, die in der Maschinensteuerung vorhanden sind) und auch steuerungsexterne Signale (beispielsweise erfasst über Sensoren, die Körperschall aufnehmen, die beispielsweise vom Maschinenbett oder vom Hallenboden herrühren) aufgenommen und berücksichtigt werden.

Zusätzlich können maschineninteme Daten (wie beispielsweise eingestellte Korrekturen, der Durchmesser der Schleifschnecke, generierte Bahnen, entlang derer das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander geführt werden) verwendet werden, um diese zur Beurteilung des Prozesses zu verwenden, wozu diese gegebenenfalls adaptiv gefiltert und einsortiert werden (beispielsweise durch eine Unterteilung des gesamten Schleif- Vorgangs in verschiedene Hübe, Unterteilung in Einlauf, Auslauf und vollständigen Eingriff von Werkstück und Werkzeug).

Abhängig von den Einflussgrößen auf den Prozess, insbesondere mit Blick auf die generierte Bahn (beeinflusst durch Schneckendurchmesser und Korrekturen), können Kennwerte berechnet und ausgegeben werden.

Mit Hilfe von Algorithmen aus der Statistik und insbesondere mit Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens werden diese Daten vorzugsweise ausgewertet und hierdurch die Qualität des Bearbeitungsprozesses bestimmt. Die an sich bekannten Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens beinhalten sowohl überwachtes als auch unüberwachtes Lernen, „Deep Learning“ und „bestärkendes Lernen“.

Somit wird es möglich, die Überwachungsqualität zu erhöhen und damit den Schleifprozess zu stabilisieren. Es kann in verbesserter Weise erkannt werden, ob es sich um einen fehlerhaften Prozess handelt, wobei auch die Art des Fehlers verbessert identifiziert werden kann. Die Voraussetzung hierfür ist, dass bei den (in der Maschinensteuerung) hinterlegten Daten ein solcher oder ein ähnlicher Fehler eingelemt wurde.

Neben der Erkennung des Fehlerfalls ist damit auch eine schnellere Fehlerbehebung möglich. Aufbauend auf diesem Wissen ist die Maschine in der Lage, adaptiv in den Prozess einzugreifen und diesen zu optimieren.

Wie erwähnt, können die Messsignale im Prozess auf der Basis von Erkenntnissen über den Schleifprozess in Bereiche unterteilt werden, die für die Bewertung des Prozesses aussagekräftig sind. Es wird somit nicht zwingend der gesamte Bearbeitungsprozess beurteilt, sondern nur relevante Bereiche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Werkstückspindel einer Schleifmaschine mit einem aufgenommenen zu schleifenden Werkstück,

Fig. 2a zeigt schematisch die Aufzeichnung des Verlaufs der Drehbeschleunigung der Werkstückspindel über der Zeit und

Fig. 2b zeigt schematisch die aus einer Fast Fourier Transformation (FFT) des Signals gemäß Figur 2a gewonnenen Amplituden der Frequenzanteile.

In Figur 1 ist eine Werkstückspindel 2 dargestellt, auf der ein zu schleifendes Werkstück 1 in Form eines Zahnrads aufgespannt ist. Die Werkstückspindel 2 wird durch einen Antriebsmotor 3 angetrieben. Hierdurch liegt ein Werkstückantriebsstrang vor. Wesentlich ist, dass in den Bereich des Antriebsstrangs, im Ausführungsbeispiel zwischen Antriebsmotor 3 und Werkstück 1 , ein Drehbeschleunigungssensor 4 integriert ist, der in der Lage ist, die Drehbeschleunigung der Werkstückspindel 2 um ihre Längsachse zu detektieren. Die hierbei gewonnenen Werte werden an eine Datenverarbeitungsanlage 5 übermittelt, bei der es sich beispielsweise um die Maschinensteuerung handeln kann. Alternativ kann auch ein Industrie-PC als Datenverarbeitungsanlage eingesetzt werden.

Dargestellt ist auch ein Reitstock 6, welcher das Werkstück 1 stützt. Alternativ zu der dargestellten Lösung wäre es auch denkbar, dass der Drehbeschleunigungssensor 4 im Bereich des Reitstocks 6 angeordnet ist. Wesentlich ist insoweit nur, dass die Drehbeschleunigung der Werkstückspindel 2 aufgenommen werden kann.

Die vom Drehbeschleunigungssensor 4 aufgenommenen Messwerte sind schematisch in Figur 2a über der Zeit skizziert, d. h. die zweiten Ableitungen des Dreh winkels ([).

Das so aufgenommene Signal wird einer Fast Fourier Transformation (FFT) unterzogen, um die einzelnen Frequenzanteile und insbesondere deren Amplitude A zu bestimmen. Dies ist in Figur 2b skizziert.

Der aufgezeichnete Verlauf in Figur 2b ist also einer Fast Fourier Transformation (FFT) unterzogen worden, um das periodische Signal gemäß Figur 2a in seine Bestandteile (in die „Har onischen") zu zerlegen. In Fig. 2b dargestellt ist die Amplitude A der einzelnen Frequenzanteile des erfassten periodischen Signals über der Ordnung Or.

Für die einzelnen Amplituden A ist ein Grenzwert Gr vorgegeben, der nicht überschritten werden darf, um die Annahme zu rechtfertigen, dass der Schleifvorgang ordnungsgemäß durchgeführt wurde. Ausweislich Figur 2b ist exemplarisch dargestellt, dass für die 7. Ordnung des analysierten Verlaufs gemäß Figur 2a dies nicht der Fall ist, da hier der Grenzwert Gr überschritten wurde. Zu erkennen ist also in Fig. 2b, dass ein Frequenzanteil über dem Grenzwert Gr liegt, so dass darauf geschlossen werden kann, dass kein ordnungsgemäßer Schleifprozess stattgefunden hat. Für die einzelnen Ordnungen Or können natürlich (im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 2b) auch unterschiedliche Werte für die zulässige Amplitude A vorgegeben werden.

Der Schleifprozess ist der letzte formgebende Fertigungsprozess bei der Herstellung von Zahnrädern. Drehfehler der Werkstück- und Werkzeugachsen wirken sich insbesondere beim Wälzschleifen besonders nachteilig auf das Geräuschverhalten der Verzahnung im Getriebe auf. Diese lassen sich mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drehbeschleunigungsemrichtungen effektiv messen und über eine Ordnungsanalyse auswerten. Durch das Einlemen von Grenzen können nicht ordnungsgemäß bearbeitete Werkstücke während des Schleifprozesses erkannt und aussortiert werden.

Gerade bei höherfrequenten Signalen (über 150 Hz) kann die Wegmessung des Winkels (mittels eines Winkelmesssystem) nachteilig sein, während eine Messung der Beschleunigung hier Potential hat. Die Amplitude des Schwingwegs einer Drehschwingung nimmt mit zunehmender Frequenz bei einer konstanten Schwinggeschwindigkeit reziprok mit der Frequenz ab. Die Geschwindigkeitsamplitude steigt linear mit der Frequenz, während die Beschleunigung quadratisch mit der Frequenz zunimmt.

Die in die (Werkstück-) Spindel zu integrierenden Komponenten der Drehbeschleunigungseinrichtung beinhaltet im Wesentlichen den (rotierenden) Beschleunigungssensor und eine Signalübertragungseinheit. Die beiden Komponenten können zusammen oder getrennt voneinander aufgebaut sein.

Bevorzugt ist der Drehbeschleunigungssensor in die Werkstückspindel integriert. Der Antriebstrang besteht beispielsweise aus einer Drehdurchführung, einer Werkstückspindelwelle, einem Zwischenflansch, dem Spannmittel, dem Werkstück, der Reitstockspitze und der Reitstockpinoie.

Bevorzugt ist dabei der Drehbeschleunigungssensor und die Signalübertragungseinheit in oder nahe bei der Werkstückspindelwelle, dem Zwischenflansch, dem Spannmittel oder der Reitstockpinoie angeordnet.

Möglich ist es aber auch, dass der Drehbeschleunigungssensor im Antriebsstrang der Werkzeugspindel angeordnet wird. Dieser besteht beispielsweise aus der Werkzeugspindel welle, dem Werkzeugdom und der Gegenlagerwelle. Bevorzugt ist dabei der Beschleunigungssensor und die Signalübertragungseinheit in oder nahe bei der Werkzeugspindelwelle, dem Werkzeugdom oder der Gegenlagerwelle angeordnet.

Ein Drehbeschleunigungssensor, der sich für den erfindungsgemäßen Einsatz am rotierenden System eignet, wird beispielsweise von der Discom - Elektronische Systeme und Komponenten GmbH hergestellt und angeboten. Durch den Drehbeschleunigungssensor wird hierbei die Abweichung von einer gleichförmigen Drehung erfasst.

Der Drehbeschleunigungssensor besteht bevorzugt aus einem Stator, der ortsfest angeordnet ist, und aus einem Rotor, der auf der zu vermessenden rotierenden Welle montiert ist. Der Stator sorgt für die Stromversorgung des Rotors und empfängt die Daten vom rotierenden Teil des Drehbeschleunigungssensors (vorzugsweise von zwei um 180° versetzt eingebauten Beschleunigungssensoren). Die Signalübertragung vom Rotor auf den Stator kann auf optischem Wege erfolgen. Wenn vorstehend von einem in die Werkstück- oder Werkzeugspindel integrierten Drehbeschleunigungssensor gesprochen wird, ist hierunter natürlich auch zu verstehen, dass mehr als ein solcher Sensor vorgesehen werden kann.

Im Ausführungsbeispiel dargestellt ist der Einsatz einer FFT. Alternativ kann natürlich jedes andere an sich bekannte Verfahren zur Frequenzanalyse zum Einsatz kommen, wie insbesondere die Diskrete Fourier-Transformation (DFT), die Frequenzanalyse durch eine Root-Mean-Square-Analyse (Bestimmung des RMS- Spektrums), durch eine Bestimmung des Amplituden- Spektrums, durch eine Cepstrum- Analyse (einschließlich der Varianten, wie zum Beispiel Power-Cepstrum), durch eine Ausgleichssinusfunktion oder durch eine Ermittlung des Autoleistungsspektrums (PSD- Analyse). In der Messwertanalyse sind die beschriebenen Verfahren als solche sämtlich bekannt, so dass an dieser Stelle nicht näher auf sie eingegangen werden muss. Wesentlich ist lediglich, dass für die gemessenen periodischen Signalanteile durch eine Frequenzanalyse die einzelnen Frequenzanteile bestimmt und die hieraus ermittelten Ergebnisse für den Vergleich mit zulässigen Grenzwerten (insbesondere für die maximal zulässigen Größen der einzelnen Amplituden der Harmonischen") herangezogen werden.

Das vorgeschlagene Verfahren kann grundsätzlich bei beliebigen Schleifzyklen eingesetzt werden, insbesondere auch beim Schleifen mit variablen Drehzahlen. Bezugszeichenliste; 1 Werkstück (Zahnrad)

2 Werkstückspindel

3 Antriebsmotor

4 Drehbeschleunigungssensor

5 Datenverarbeitungsanlage (Maschinensteuerung) 6 Reitstock