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Florian F. Linscheid

• Im Rahmen des Themengebiets Industrie 4.0 kommt der automatisierten Überwachung von Industrieanlagen eine immer größere Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Zustandsüberwachungssystem mittels akustischer Überwachungsmethoden entwickelt, welches sowohl den strukturellen Zustand einer industriellen CNC-Fräsmaschine als auch den Zustand des Bearbeitungswerkzeugs überwacht. Hierfür wurden mehrere Zustandsüberwachungsmethoden in einem Sensorsystem kombiniert, was Kosten im Vergleich zum Einsatz mehrerer individueller Überwachungssysteme einspart, während weiterhin eine umfassende Charakterisierung des Zustands möglich ist. Für das entwickelte Messsystem wurden die Methoden der Schwingungsanalyse, Schallemissionsanalyse, Körperschallanalyse und Prüfung mit geführten Wellen ausgewählt, da diese alle mittels piezoelektrischer Ultraschallsensoren messbar sind und unterschiedliche Aspekte der Zustandsüberwachung abdecken. Die Fragestellung, die sich dabei ergab, war, wie gut dieIm Rahmen des Themengebiets Industrie 4.0 kommt der automatisierten Überwachung von Industrieanlagen eine immer größere Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Zustandsüberwachungssystem mittels akustischer Überwachungsmethoden entwickelt, welches sowohl den strukturellen Zustand einer industriellen CNC-Fräsmaschine als auch den Zustand des Bearbeitungswerkzeugs überwacht. Hierfür wurden mehrere Zustandsüberwachungsmethoden in einem Sensorsystem kombiniert, was Kosten im Vergleich zum Einsatz mehrerer individueller Überwachungssysteme einspart, während weiterhin eine umfassende Charakterisierung des Zustands möglich ist. Für das entwickelte Messsystem wurden die Methoden der Schwingungsanalyse, Schallemissionsanalyse, Körperschallanalyse und Prüfung mit geführten Wellen ausgewählt, da diese alle mittels piezoelektrischer Ultraschallsensoren messbar sind und unterschiedliche Aspekte der Zustandsüberwachung abdecken. Die Fragestellung, die sich dabei ergab, war, wie gut die einzelnen Methoden in dem kombinierten System noch messbar sind und welche Abstriche bei der Signalqualität gemacht werden müssen. Hierfür wurde ein neuer, kostengünstiger Sensor entwickelt, welcher aus einem Piezoplättchen und einer integrierten Vorverstärkerschaltung besteht. Der Sensor wurde daraufhin optimiert, einen guten Kompromiss für die Messung aller Methoden bilden zu können. Darüber hinaus wurde ein MATLAB-basiertes Softwareframework entwickelt, welches die Basis für die Auswertung der verschiedenen Messmethoden aus dem Sensornetzwerk und die Zusammenführung von Messdaten aus unterschiedlichen Messsystemen stellt. Die Sensoren wurden auf einer 5-Achs-Hochgeschwindigkeitsfräse installiert und es wurde gezeigt, dass alle Überwachungsmethoden mit den Sensoren messbar sind und dass die Kombination von verschiedenen Messmethoden in einem einzigen Sensornetzwerk eine effektive Möglichkeit darstellt, eine kostengünstige und umfassende Zustandsüberwachung für Bauteile, Prozesse und Werkzeuge durchzuführen, die bisher in dieser Form nicht möglich war. Durch die Reduktion auf einen Sensortyp für unterschiedliche Messmethoden wurde der Anreiz für die Überführung in die praktische Anwendung erhöht.…