本發(fā)明申請是于申請日為2009年11月2日提交的、申請?zhí)枮?00980154137.x(國際申請?zhí)枮閜ct/ep2009/007830)以及發(fā)明名稱為“用于振動分析的方法和裝置以及用于其的模式數(shù)據(jù)庫和模式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及一種用于對使用部件期間、在檢查部件時和/或在通過切削、焊接、改型、接合和/或分離等對工件進(jìn)行加工期間形成的振動譜進(jìn)行分析的方法和裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種用于此的模式數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

為了監(jiān)視工件的機(jī)械加工，在現(xiàn)有技術(shù)中公開了許多方法。

如此，在de102005034768a1中公開了一種用于監(jiān)控機(jī)床的工作狀態(tài)的方法，以便在出現(xiàn)損害情況之前已經(jīng)診斷出臨界狀態(tài)并且因此避免由于損害和意外故障造成的費用和開銷。在已知的方法中，機(jī)床的旋轉(zhuǎn)部件譬如工具軸或發(fā)動機(jī)軸、泵或者通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子借助振動傳感器來監(jiān)控。為此，低頻振動通過振動傳感器來檢測，以便識別出不平衡和/或工具振動，并且這樣例如識別出平衡差的、誤張緊的或磨損的工具。在此，分析基于在預(yù)先給定的頻率的情況下的信號幅度的單個值以圖形形式進(jìn)行。對各個低頻振動的這種分析如其也在de10244426d4和de10340697a1中公開的那樣，然而也僅受限地適用于在工件加工的質(zhì)量方面對切削工藝進(jìn)行評估。

為了優(yōu)化切削工藝，在de69804982t2中公開了：檢測在工件加工期間的低頻振動并且根據(jù)關(guān)于工具的信息說明工具的轉(zhuǎn)速的參考值，借助這些參考值可以消除或降低不期望的振動，這些振動稱為震顫。

de4405660a1同樣涉及減小或者防止這種震顫，該震顫通過振動傳感器來記錄，并且為此利用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

在d9403901中公開了一種用于從切削加工過程獲得信號的振動傳感器的裝置。在此情況下，結(jié)構(gòu)聲傳感器固定在測量臂上，該測量臂與工件接觸，使得從加工過程中生成的聲信號或震顫振動從工件傳送到傳感器。盡管d9403901關(guān)于此點談及了高頻聲信號。然而，術(shù)語“高頻”與de3829825a1結(jié)合來使用，該對比文件將20khz到2mhz之間的頻率范圍輸送給平均值形成部。甚至該頻率范圍幾乎不能夠通過d9403901的測量臂耦合來傳輸和識別。

在de4436445a1中公開了一種用于評估切削工藝的方法，其中工具的振動/結(jié)構(gòu)聲信號一方面在有負(fù)載的情況下并且另一方面在相同轉(zhuǎn)速而無負(fù)載的情況下被檢測并且針對每個轉(zhuǎn)速將在無負(fù)載情況下和在有負(fù)載情況下的工作的相應(yīng)振動頻率進(jìn)行一維比較，以便對工具進(jìn)行評估。

在wo88/07911和wo89/12528中分別公開了帶有集成的聲傳感器的切削工具，其提供一維的電壓信號，其與振動頻率成比例。

在de3829825c2中，在對工件切削加工時根據(jù)頻率檢測聲傳感器的信號電平并且在時間間隔上求平均。平均值與閾值或者期望值的比較引起對于工具或加工的質(zhì)量的推斷。

所有已知的方法附帶有如下缺點：只能不充分地評估工具和切削工藝。

此外，已知的方法限于切削加工。

在現(xiàn)有技術(shù)中并未公開可靠的基于聲的方法，用于監(jiān)視其他加工工藝譬如焊接(激光焊接、電弧焊等等)、改型、接合和/或分離等等。

如此現(xiàn)在使用用于監(jiān)控激光過程的光學(xué)系統(tǒng)，其測量被作用部位反射的光并且嘗試從光譜或強(qiáng)度導(dǎo)出實際激光過程如何被材料吸收。令人滿意的結(jié)果由此并非總是可實現(xiàn)，因為多種材料相互連接并且無法借助在表面反射的激光發(fā)射檢查焊透(durchschweiβens)的過程，即激光能量是否也引起所有部件的要求的熔接和熱滲透。

此外，在現(xiàn)有技術(shù)中并未公開可靠的基于聲的方法以監(jiān)視運(yùn)行中的部件譬如在火車運(yùn)行期間火車車廂的鋼輪或者在運(yùn)行期間發(fā)動機(jī)的部件。避免部件故障尤其是在安全相關(guān)的應(yīng)用中譬如在通過例如火車、飛機(jī)和機(jī)動車運(yùn)送人員時或者在具有潛在危險的設(shè)備譬如發(fā)電廠中是絕對必要的，并且只能以高成本開銷通過有規(guī)律地在不運(yùn)行時進(jìn)行檢查來實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明基于以下任務(wù)：提出一種用于振動分析、尤其是聲分析的方法和裝置，以及一種用于此的模式數(shù)據(jù)庫及該模式數(shù)據(jù)庫用于振動分析的應(yīng)用，借助其能夠?qū)崿F(xiàn)精確地監(jiān)視和/或評定部件、工件、工具和/或加工工藝。

該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征來解決。

于是提出了一種用于振動分析的方法，其中檢測并且分析部件或工件或工具的振動，其中在不同的時間或連續(xù)地檢測振動譜并且進(jìn)行多維分析。

在此，在使用部件期間(示例性地譬如在火車的鋼輪或軸運(yùn)行期間)、在可能在從外部經(jīng)敲擊或聲耦合輸入引起的振動激勵下或在運(yùn)動下等對安裝狀態(tài)中和拆卸狀態(tài)中的部件進(jìn)行檢查中和/或在通過切削、焊接、改型、接合和/或分離等等加工工件時會形成振動。將振動分析用于這些應(yīng)用中的每個單個應(yīng)用并且用于其他技術(shù)上相類似的應(yīng)用分別獨立地具有創(chuàng)造性。

根據(jù)本發(fā)明在不同時間并且優(yōu)選連續(xù)地或近似連續(xù)地以適宜的采樣率來檢測振動譜實現(xiàn)了多維數(shù)據(jù)分析，其為精確評定部件、工件、工具和/或加工的基礎(chǔ)。

針對一個優(yōu)選的具有三個維度的實施形式，可以示例性地通過圖景來闡明多維的數(shù)據(jù)分析，該圖景于是例如可以在通過頻率軸、時間軸和幅度軸所張的空間中延伸。該圖景在時間曲線中將聲發(fā)射形象化并且在此具有如下典型特征：其分別近似形成指紋。這些典型特征可以以合適的方法來確定。同樣，也可以確定與這些典型特征的偏差。對于確定的故障或者故障類型而言也可以在多維數(shù)據(jù)中確定典型的特征?？傊?，可以基于多維數(shù)據(jù)(其在優(yōu)選的實施形式中在頻率-時間-幅度空間中形成圖景)以高可靠性實時確定工件尤其是尚在加工期間的工件的機(jī)械加工的質(zhì)量，并且更確切地說普偏地在多種加工工藝的情況下來確定，譬如切削、焊接、改型、接合、分離等等。工具的磨損程度或工具故障譬如鉆頭破裂也可以借助相應(yīng)的典型特征來確定和辨識。最后，在部件檢查中可以確定與所期望的典型特征的偏差并且與故障特征的一致性可以診斷確定的故障或者故障類型。部件檢查在此甚至可以在部件運(yùn)行期間進(jìn)行；例如在火車運(yùn)行中在軸或輪上會量取到振動譜并且尤其是量取到聲發(fā)射譜，并且對典型特征進(jìn)行檢查，以便例如確定磨損、磨損程度、故障(譬如破裂或裂縫)，亦或確定正常特性或者一般而言地確定與正常特性的偏差。

優(yōu)選地，自動化地基于模式識別來進(jìn)行分析。如下合適的算法可以用于多維并且尤其是三維的模式識別：該算法可快速且可靠地并且借助可設(shè)置的識別參數(shù)基于計算機(jī)地來實現(xiàn)，并且訪問所存儲的振動譜數(shù)據(jù)或?qū)崟r處理振動譜數(shù)據(jù)。

合乎目的地設(shè)計有具有適于確定應(yīng)用的模式的模式數(shù)據(jù)庫。這些模式在此可以以模式圖景片段的形式必要時與公差范圍一起被存儲和/或通過函數(shù)來限定。這一方面能夠?qū)崿F(xiàn)將預(yù)先給定的模式用于確定的應(yīng)用或者應(yīng)用分類，例如模式用于確定的鉆孔工藝步驟。此外，在學(xué)習(xí)階段期間可以收集數(shù)據(jù)，以及將數(shù)據(jù)作為模式并且必要時與公差值一起存儲。這樣，例如在鉆孔和更換工件和更換工具時可以記錄聲發(fā)射譜并且由此提取模式，基于該模式可以對后續(xù)的加工進(jìn)行評估。由此，可以以簡單方式并且必要時自動化地實現(xiàn)模式例如與確定的工藝或確定的加工機(jī)器或確定的部件或針對部件的確定的檢查情況的獨特的可匹配性。模式在此可以覆蓋值域，以便限定可容忍的偏差和/或簡化可識別性。

為了自動化的評估而優(yōu)選設(shè)計：所檢測的振動譜或其區(qū)段的包絡(luò)線形成并且與參考包絡(luò)線比較。包絡(luò)線在此例如通過平滑函數(shù)形成，從空間中相鄰的數(shù)據(jù)點的平均形成或者在使用用于平滑多維數(shù)據(jù)的適宜方法的情況下來形成。在包絡(luò)線與參考包絡(luò)線之間的偏差可以作為用于評定部件、工件、工具和/或工藝(例如切削工藝的質(zhì)量)的尺度來考慮。此外，使用包絡(luò)線允許自動化地辨識工藝區(qū)段譬如工件接觸部或確定的加工。此外，通過使用包絡(luò)線簡化了模式識別并且改進(jìn)了識別率。

振動譜優(yōu)選以高頻和/或?qū)拵У姆绞絹頇z測和分析。

寬帶性是適宜的，因為典型特性會在聲發(fā)射譜的如下范圍中出現(xiàn)，這些范圍在頻率上彼此遠(yuǎn)隔。這樣，裂縫形成具有高頻的“指紋”，而鉆頭破裂在聲發(fā)射譜中留下比較低頻的特征并且機(jī)器故障譬如車床的有故障的同軸度在振動譜的低頻范圍中留下典型特征。優(yōu)選地檢測振動的整個頻率譜，為此必要時可以設(shè)置有不同的傳感器，其覆蓋不同的頻率范圍。在該優(yōu)選的實施形式中僅僅使用一個傳感器，即聲傳感器，而在其他實施形式中也可以附加地或可替選地使用其他振動傳感器。

高頻的檢測能夠有利地實現(xiàn)也對部件或者工件或者工具上或其中的微觀的過程進(jìn)行評定。

這樣，例如在固體的切削中將材料抵抗著其接合力而從其位置撕裂。為此所需的力通過工具來施加。接合力在微觀上的小部分之間形成。因此，切削也可以理解為微觀分離的連續(xù)。這些小分離中的每個都發(fā)出沖擊通過鄰接的材料。通過這些沖擊形成振動。振動頻率取決于沖擊持續(xù)時間和材料的彈性。每個切削在此都由非常多微觀分離的連續(xù)構(gòu)成，即也由許多小沖擊的序列構(gòu)成。這些沖擊隨著時間序列而形成。在進(jìn)行一個微觀分離之后，在切削工具的路徑上的接下來的尚接合的材料顆粒上重新形成分離力。在超過所需的分離力之后，形成接下來的沖擊。由此，始終出現(xiàn)新的振動激勵，其時間分布與切削速度和所分開的材料顆粒大小關(guān)聯(lián)。由此，形成了材料和工具的振動激勵，其頻率和幅度變化過程對于相應(yīng)的切削過程是典型的。

微觀分離因此導(dǎo)致高頻的切削振動譜，從該切削振動譜可以在微觀層面上獲得關(guān)于實際切削過程的特性。

在本發(fā)明的其他應(yīng)用譬如焊接或部件檢查中同樣在振動譜中出現(xiàn)高頻的典型特征。

所檢測的振動譜優(yōu)選地受到頻率-時間分析。通過頻率-時間分析一方面可以在時間軸上將所記錄的振動與過程曲線相關(guān)，而另一方面可以將感興趣的振動與占據(jù)其他頻率范圍的不感興趣的振動譬如機(jī)器振動和干擾振動分離。因此，分析可以集中于對于相應(yīng)的應(yīng)用典型的范圍中。

振動譜優(yōu)選借助如下頻率分辨率來檢測，該頻率分辨率對應(yīng)于部件或工件的材料的微觀粒度并且必要時對應(yīng)于其他應(yīng)用相關(guān)的因素。在切削工藝中例如切削加工速度可以視為其他因素。這樣，例如在3000m/min的切削加工速度的情況下需要50mhz的頻率分辨率，以便通過相關(guān)的切削振動檢測1μm的量級的結(jié)構(gòu)。根據(jù)可以在微米范圍之上或之下的微觀粒度和切削加工速度形成更高的或更低的頻率分辨率。根據(jù)本發(fā)明，頻率分辨率優(yōu)選在50mhz，以便覆蓋所有應(yīng)用，然而也可以在40mhz、30mhz、20mhz或10mhz的范圍中。

振動譜可以借助坐標(biāo)：頻率f、時間t和幅度a來檢測。該檢測適于在計算機(jī)中的數(shù)字分析，其中這些坐標(biāo)也可以是頻率f、時間t或幅度a的函數(shù)a(f)、b(t)和/或c(a)，或為a(f，t，a)，b(f，t，a)和/或c(f，t，a)，使得三維陣列以對f、t、a的給定的函數(shù)相關(guān)性存儲，例如(if，mt，na^x)，其中i、m、n、x為任意數(shù)。為了闡明和/或手工分析，振動譜可以借助三個坐標(biāo)以圖形方式顯示。在此，可以選擇三維顯示，其中頻率和時間張成平面而通過幅度(或其函數(shù))限定高度輪廓。這種圖形顯示使識別與評估相關(guān)的振動變得容易，例如其可以通過在時間軸上的分離與加工過程相關(guān)并且與機(jī)器振動和其他干擾振動在頻率軸上分離。

為了記錄振動優(yōu)選地使用聲傳感器，尤其是壓電-聲傳感器。這種聲傳感器可以處理根據(jù)本發(fā)明必要的高頻率，具有大的頻率帶寬，可以成本低廉地制造并且無需維護(hù)。

可以設(shè)置在部件、工件或工具或與部件、工件和/或工具振動耦合的部件上的傳感器、尤其是聲傳感器在其安裝之后被校準(zhǔn)并且優(yōu)選也隨后周期地或者在每次使用之前被校準(zhǔn)。由此，保證了測量的保持不變的高精度。校準(zhǔn)尤其是在傳感器安置在新工件上或為了維護(hù)目的而必須移除并且重新安置時是特別適宜的，因為由于安置會形成其他耦合特性。為了校準(zhǔn)，根據(jù)本發(fā)明的聲傳感器可以被施加以確定的電脈沖，以便發(fā)射(emmitieren)聲信號。接著，檢測聲信號的回聲并且與期望回聲比較。由此可以確定聲傳感器在工件或者工具或者部件上的耦接的品質(zhì)并且在測量時予以考慮。

優(yōu)選地實時進(jìn)行分析。由此，省去了存儲數(shù)據(jù)的必要性。在安全相關(guān)的部件中，數(shù)據(jù)的存儲對于證明無故障性會是適宜的，或?qū)τ谧C明故障會是適宜的。可以針對工件或部件的整個加工工藝或整個監(jiān)控持續(xù)時間來完全地存儲數(shù)據(jù)或者僅僅部分地在感興趣的特征被識別出的時間范圍中存儲數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一方面涉及：振動譜或者其中感興趣的頻率范圍借助合適的例如線性的函數(shù)或者映射變換到可聽見的聲譜中。這能夠?qū)崿F(xiàn)通過人員以聽覺方式進(jìn)行監(jiān)視或者評估。適宜地，聽覺監(jiān)視對于多維分析補(bǔ)充性地來進(jìn)行，但可以替代多維分析。

在一個特別適宜的實施形式中，針對損傷識別振動譜中的典型模式。在此，尤其是可以得到對分析的簡化，該分析限于故障識別。

本發(fā)明也能夠?qū)崿F(xiàn)識別并不與工件的加工直接關(guān)聯(lián)的故障。例如，可以識別通過溫度波動引起的應(yīng)力裂縫或通過外來影響產(chǎn)生的一般損傷。

此外，識別過負(fù)載裂縫和/或疲勞裂縫。這尤其是在檢查部件時或在監(jiān)視運(yùn)行中的部件時是有利的，例如在監(jiān)控火車車廂的輪子時是有利的。

由此，本發(fā)明提出了方法和裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)對部件、工件和加工工藝進(jìn)行自動化的監(jiān)控、質(zhì)量保證和檢查。

本發(fā)明的其他特征和擴(kuò)展方案從以下參照附圖的描述中得到。

附圖說明

圖1示意性地闡明了用于評估切削工藝的裝置。

圖2和3示出了剛結(jié)構(gòu)中的晶粒。

圖4闡明了振動譜的三維圖形視圖。

圖5在二維視圖中闡明了圖4中的剖面。

圖6是通過圖4的平行于f軸的截面。

圖7和8示出了針對不同工件的圖1的所記錄的整個頻率范圍到時間軸上的投影。

具體實施方式

在下文中首先以切削工藝為實施例來描述本發(fā)明。

圖1中所示的用于執(zhí)行振動分析(在此為了評估切削工藝的目的)的裝置1包括用于檢測振動的傳感器2，其示例性設(shè)置在機(jī)床4的工具3上，該機(jī)床可以對工件5切削加工。傳感器2與分析裝置6例如計算機(jī)相連。在本發(fā)明的其他擴(kuò)展方案中，工件以其他方式來加工，例如焊接、改型、接合和/或分離，或部件被檢查或在其在安裝好的狀態(tài)中使用期間被監(jiān)視。

傳感器2優(yōu)選是結(jié)構(gòu)聲傳感器例如壓電傳感器，并且優(yōu)選可以不僅記錄結(jié)構(gòu)聲信號，而且可以發(fā)送結(jié)構(gòu)聲信號。發(fā)送結(jié)構(gòu)聲信號尤其是適宜于部件的檢查，因為這些部件由此可以置于振動中。同樣也可以使用其他類型的傳感器，只要其能夠檢測在感興趣的頻率范圍中的振動，例如運(yùn)動傳感器。

傳感器2如示例性所示那樣耦接在工具3上或耦接在機(jī)床4或工件5上或者耦接在與其振動耦合的部分上，使得可以檢測工件5和/或工具3的振動。在最簡單的情況下，該傳感器被旋緊。

機(jī)床4例如銑床對工具5例如鋼塊借助工具3(例如銑刀)尤其自動化地進(jìn)行加工過程，以便從鋼塊中例如形成齒輪。

在加工過程期間，在工件5和工具3上形成振動，其被傳感器2記錄。為此，傳感器2構(gòu)建為，其可以檢測下邊界值到上邊界值之間的頻率。在理想情況下，下邊界值為0而上邊界值為∞，使得可以記錄整個感興趣的譜。在實踐中，適宜的是至少50mhz的上邊界值、優(yōu)選至少100mhz的上邊界值。在90khz或40khz以下的頻率在實踐中優(yōu)選被衰減或者被截斷，因為其幾乎不含可用的信息，使得相應(yīng)的下邊界值是適宜的，然而下邊界值也可以為200khz、500khz或1mhz。

傳感器2的實際頻率范圍應(yīng)借助要加工的材料和加工速度來選擇。圖2、3示出了在鋼結(jié)構(gòu)中的典型晶粒。明顯地，顆粒大小在其大小方面變化，更確切地說，根據(jù)冷卻工藝和合金組成部分來變化。如果材料的粒度例如為1μm并且加工速度為3000m/min，則上邊界值應(yīng)為至少50mhz，以便可以檢測感興趣的切削速度。在加工速度為400m/min并且平均粒度為1μm時得到了6.66mhz的最小分辨率。然而由于工具尖端(例如1mm)與晶粒(1μm)相比非常大，所以其始終同時檢測非常多的(例如1000個)晶粒，更確切地說略微偏移顆粒大小的分?jǐn)?shù)；明顯比最小分辨率更高的頻率分辨率因此是適宜的，以便檢測關(guān)于切削工藝的所有感興趣的頻率信息。

由傳感器2在對工件5的切削加工期間檢測到的振動被多維地分析。為此可以將所檢測的振動譜在分析單元6中緩存，該分析單元優(yōu)選是帶有相應(yīng)接口和合適的存儲介質(zhì)的計算機(jī)。

在分析單元6中可以進(jìn)行頻率-時間分析，使得振動譜尚在檢測期間或者隨后以圖形方式顯示和/或數(shù)字分析。

顯示可以如圖4中所闡明的那樣三維地借助坐標(biāo)：時間、頻率和幅度(或者最大幅度或者強(qiáng)度等等)進(jìn)行，或如在圖5中所闡明的那樣二維地進(jìn)行，其中等高線使幅度可見。在圖5中在左邊在低頻率的情況下可見驅(qū)動軸，在右邊處存在高頻的干擾并且在其間可見到機(jī)動車變速箱軸的兩個齒的相繼的磨削。在圖6中示出了在時間t的截面，圖6示出了典型的頻率譜。

可以識別模式，尤其是圖5中的島狀物，其對于相應(yīng)的工藝是典型的。這種模式也針對故障來形成。通過模式識別因此可以識別工藝步驟，并且進(jìn)行評定，其方式是例如確定與模式的偏差的尺度，并且故障也被識別和辨識(鉆頭破裂、無工件等)，在任何情況下都可以尚在加工期間就對與正常特性的偏差進(jìn)行識別。

可以借助圖4、5或6進(jìn)行分析，其可以與參考數(shù)據(jù)或經(jīng)驗值進(jìn)行比較并且由其可以導(dǎo)出關(guān)于切削工藝的特性。為此，可以使用來自模式數(shù)據(jù)庫中的模式。模式可以存儲在模式數(shù)據(jù)庫中或是功能上所描述的典型面區(qū)段，這些面區(qū)段的存在要在所檢測的振動譜中確定。

圖7和8示出了圖1的所記錄的整個頻率范圍至?xí)r間軸的投影，使得形成二維圖像。其涉及對鋼部件的兩個彼此緊隨的轉(zhuǎn)動過程的記錄。圖7示出了在使用磨損的工件的情況下的發(fā)射，而圖8示出了在安裝新工件之后的發(fā)射。圖8明顯更為平滑并且可以用作確定轉(zhuǎn)動過程的參考，其中與此的差異可以用于評價工具和/或工件。在此，在對所檢測的三維數(shù)據(jù)集的自動化分析中可以圍繞所檢測的圖景作相應(yīng)的參考包絡(luò)線。差、平均值、方差等等可以用作工件質(zhì)量、加工質(zhì)量等的尺度。

振動譜在此不僅取決于工具和工件，而且取決于加工速度、機(jī)床、耗材(例如冷卻油)等等。因此，振動譜也可以提供關(guān)于機(jī)床或者耗材等等的信息。這樣，振動譜可能通過機(jī)床的振動例如200hz來調(diào)制。

傳感器2具有非線性的頻率響應(yīng)，其取決于整個系統(tǒng)：機(jī)床、工具、工件。頻率響應(yīng)對于每個傳感器而言是獨特的并且此外也取決于其固定的轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)諧振、機(jī)器噪聲等等。在測量期間的尤其是周期的校準(zhǔn)因此是適宜的。校準(zhǔn)通過傳感器2發(fā)送脈沖并且對脈沖應(yīng)答進(jìn)行分析的方式來進(jìn)行。

以下裂縫識別描述為實施例。

在部件譬如輪承受負(fù)載時的裂縫識別能夠通過對結(jié)構(gòu)聲信號的寬帶的實時監(jiān)視以高可靠性實現(xiàn)。

頻率探測的監(jiān)視能夠?qū)崿F(xiàn)對由結(jié)構(gòu)中的過負(fù)載裂縫或疲勞裂縫引起的自發(fā)出現(xiàn)的部件損傷和正常工作噪聲進(jìn)行選擇性的過濾。

每個結(jié)構(gòu)分離發(fā)射脈沖狀的結(jié)構(gòu)聲發(fā)射，其可以與正常的工藝噪聲分離。

隨著時間的優(yōu)選整個頻率變化過程的實時監(jiān)視能夠?qū)崿F(xiàn)識別工藝過程中的改變并且對這種波動進(jìn)行調(diào)整，使得可以預(yù)防性地避免出現(xiàn)的損傷。

在用于有目的地引起損傷的設(shè)備例如測試設(shè)備中可以監(jiān)視通常的損傷過程的進(jìn)展。由此變得可能的是，并不僅僅事后評估損傷大小，而是評估損傷形成的時間變化過程以及在損傷發(fā)展時的定量的發(fā)生。

即使在頻率范圍移動或改變或者檢測到新的、目前未知的信號時，通過將所檢測的振動譜與存儲的損傷模式和標(biāo)準(zhǔn)模式比較也可以非常靈活地對出現(xiàn)的部件損傷或者工藝漂移做出反應(yīng)。

在開始就確定的頻率分離或者頻率過濾的情況下，這種靈活的反應(yīng)和識別是不可能的。

本發(fā)明也可以應(yīng)用于焊接、尤其是應(yīng)用于激光焊接中。

在借助激光器進(jìn)行的材料加工中，材料被加熱并且由此改變結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。每次這種應(yīng)力改變都會產(chǎn)生壓力波，其通過材料傳播。這種由于通過激光能量引起的熱變形導(dǎo)致的壓力波動可以借助結(jié)構(gòu)聲傳感器來檢測并且根據(jù)本發(fā)明被分析。

目前，使用了用于監(jiān)控激光過程的光學(xué)系統(tǒng)，其測量由作用部位反射的光并且嘗試由光譜或者強(qiáng)度導(dǎo)出實際激光過程如何被材料吸收。令人滿意的結(jié)果由此并非始終能夠獲得，因為多種材料會彼此連接并且無法借助在表面上反射的激光發(fā)射檢查焊透的過程即激光能量是否也能夠引起所有部件的所需的熱滲透和熔接。

通過在部件或者工件上的結(jié)構(gòu)聲傳感器根據(jù)本發(fā)明可以檢測是否由于在部件中的熱學(xué)加熱而形成應(yīng)力波動以并且應(yīng)力波動可以被分析以評定焊接工藝。

通過激光引起的能量吸收在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度波動并且由此產(chǎn)生變化的壓力應(yīng)力、壓力波和頻率，其實現(xiàn)推斷出結(jié)構(gòu)中的熱學(xué)改變的類型。這樣，可能的是，繪制焊接能量和/或由材料吸收的能量。尤其是，通過對振動譜進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的多維分析可以識別焊接故障譬如多個要連接的部件的未焊透、由于過強(qiáng)的能量傳輸引起的孔洞的形成或激光束的消失。

振動傳感器或尤其聲傳感器必要時多個聲傳感器在此可以借助裝置振動耦接到工件上。該傳感器或這些傳感器也可以放置在保持裝置上，該保持裝置在切削部件或者工件時與部件或者工件形成振動耦合的接觸。

根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)對加工、尤其是激光焊接過程的過程中的監(jiān)控(in-process-uberwachung)，其中無需其他措施來監(jiān)視或者評估質(zhì)量。

本發(fā)明也適于監(jiān)視改型工藝。

在固體的任何改型工藝中應(yīng)力引入部件中或者斷裂。力改變引起壓力波，其通過部件或工具傳播。

這些壓力波的頻率取決于改型工藝的動態(tài)特性、力的速度以及材料的微觀結(jié)構(gòu)。

一般而言，會出現(xiàn)非常高的頻率。聲發(fā)射在頻率和時間方面的分析能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確地描述改型工藝并且近似地形成每個具體改型工藝的指紋。在此情況下，通過不同的材料特性和工藝過程引起的改變是可能的。

根據(jù)本發(fā)明的方法不僅可以應(yīng)用在冷改型中而且可以應(yīng)用在溫改型和熱改型中。故障例如受損的、斷裂和有故障的改型工具可以被識別。在改型、沒有工作劑(如潤滑油/潤滑劑)或者其特性變化時、在熱改型時尤其是溫度的變化時可以識別部件的變化的強(qiáng)度。1℃的小溫度差已可以引起改型力的極大改變并且尤其導(dǎo)致在改型動態(tài)特性和壓力波發(fā)射方面的特性改變。

如果在改型工藝內(nèi)在振動檢測期間器件冷卻，則也可以一同監(jiān)視和評估松弛過程或者冷卻過程和收縮過程和材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程，以及得出關(guān)于冷卻工藝的結(jié)論。

這適用于振動，尤其是結(jié)構(gòu)聲發(fā)射，其源自結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換本身的振動，以及來自在部件和工具之間的力引起的發(fā)射引起的，這些發(fā)射在體積改變時出現(xiàn)。

一般而言，本發(fā)明明顯能夠借助在加工(包括可能的冷卻階段等等)期間出現(xiàn)的振動譜實現(xiàn)尤其是自動化地監(jiān)視和評估近乎所有加工工藝，其中振動譜如所描述地具有針對標(biāo)準(zhǔn)特性的典型特征和與其的偏差的典型特征。除了前面示例性地描述的切削、基于焊接的和改型的加工之外，本發(fā)明也可以用于接合和分離中。

在任何接合過程和分離過程中，不同的部分相互作用。在運(yùn)動期間，表面彼此摩擦，材料刮擦、分開，引入任何形式的力。這些行為的每個都產(chǎn)生壓力波，其通過相關(guān)的部件并且其對于相應(yīng)的接合過程或者分離過程是典型的并且可以被典型化。

因此可能的是，接合過程和分離過程在不同特性方面進(jìn)行量化并且評定，即限定和識別典型特征。

例如，在將軸擠入軸套中(這兩者均帶有公差地來制造)時聲發(fā)射壓力波提供了擠入力的尺度。在過大的過度或不利的公差設(shè)計的情況下產(chǎn)生非常強(qiáng)的聲信號，其可以指示在擠壓時的故障。借助對所檢測的振動譜的根據(jù)本發(fā)明的多維分析可以識別出該故障，例如通過與期望模式比較。同樣可以識別不同的表面特性譬如過大的表面粗糙度或材料改變，因為其在振動譜中具有典型特性。

旋擰基本上無其他不同。在此，這些面也相對于彼此來推動和擠壓并且所使用的轉(zhuǎn)矩與摩擦特性一起產(chǎn)生可典型化的聲發(fā)射，其又可以用于評定旋擰。

上述內(nèi)容也可以應(yīng)用于分離過程譬如從軸套中排出芯棒、擠出、擰松、切割等等。

加工過程在此一般而言當(dāng)在部件或者工件上不出現(xiàn)改變時才結(jié)束。這樣，即例如在改型或接合或焊接等等時可以在較長的時間段上分析振動譜，以便也在對部件或者工件的作用剛結(jié)束之后例如確定在溫度改變時出現(xiàn)的應(yīng)力，其可能導(dǎo)致部件的損傷。