wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 46
INSTITUT
FORSCHUNG
K O O P E R AT I O N E N
Dissertationen
Bildbasierte Quantifizierung und Prognose
des Verschleißes an Kugelgewindetriebspindeln
Ziel des Vorhabens
Autor:
Dr.-Ing. Tobias Schlagenhauf
Ziel ist es, ein Prognosesystem zur bildbasierten
Zustandsüberwachung der Kugelgewindetriebspindel zu realisieren. Damit soll eine Verzahnung
der Domänen des Maschinenbaus und des Maschinellen Lernens erreicht werden. Dieses Ziel gliedert
sich in vier Unterziele: 1. Ein Sensorsystem zur Aufnahme der Oberfläche der KGT-Spindel im Betrieb
entwickeln und befähigen. 2. Lebensdauerversuche
durchführen, um einen Bilddatensatz zu generieren, der die gesamte Verschleißhistorie der Spindeln
abbildet. 3. Die empirische Analyse der Entstehung
und Entwicklung von Oberflächenzerrüttung in den
Bilddaten und 4. Ansätze zur Klassifikation, Quantifizierung und Prognose der Verschleißentwicklung
untersuchen.
Vorgehensweise
In einem ersten Schritt wurde iterativ ein Sensorsystem konzipiert und befähigt, Bilddaten der Spindeloberfläche aufzuzeichnen. Dieses Sensorsystem
wurde über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren
in Lebensdauerversuchen zur Datengenerierung
verwendet. Dabei wurde die Verschleißentwicklung
auf den Spindeln von Betriebsbeginn bis zum technischen Ausfall der Komponenten aufgezeichnet.
Diese Bilddaten wurden hinsichtlich der Entstehung
und Entwicklung von Oberflächenzerrüttung untersucht und damit Arbeiten im Stand der Forschung
belegt. Um Schadensbildung (Pittings) in Bilddaten
zu identifizieren, wurden unterschiedliche Klassifikationsmodelle untersucht. Ergänzend zu den
Klassifikationsmodellen wurden weitere Modelle
zur Quantifizierung und zur Prognose der Oberflächenzerrüttung untersucht. Zur Prognose wurde
eine Lebensdauer von hundert Prozent, angelehnt
an bestehende Normen, definiert.
Ergebnisse
Als Ergebnis resultierte ein Sensorsystem, das robust
Bilddaten der Spindeln im Betrieb aufzeichnen
kann. Der in den Verschleißversuchen entstandene
Bilddatensatz zeigt die Entwicklung und Entstehung der Oberflächenzerrüttung. Weiterhin eignet
sich der Bilddatensatz, um Klassifikationsmodelle
zu untersuchen. Als Ergebnis der Versuchsplanbasierten Untersuchungen konnte eine zuverlässige Klassifikation durch die Klassifikationsmodelle
erzielt werden. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass auch eine nachvollziehbare Klassifikation
möglich ist und die Entwicklung der Schädigungen
bestehende Arbeiten im Stand der Forschung bestätigen. Als weiteres Ergebnis konnte erfolgreich
eine hundert Prozent Lebensdauermarke, angelehnt
an die Größe eines Pittings, definiert werden. Die
untersuchten Quantifizierungs- und Prognosemodelle zeigen eine hohe Übereinstimmung mit dem
realen Schädigungsverlauf. Letztlich wurde im Rahmen der Arbeit die Relevanz von dateneffizienten
und generalisierenden Methoden gezeigt.
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Befähigtes Sensorsystem zur Bildaufnahme (Abbildung: wbk)
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Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
