DD290060A5 - Verfahren zur gewinnung signifikanter merkmale - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion signifikanter Merkmale aus Signalen magnetfeldempfindlicher Sensoren bei gleichzeitiger Unterdrueckung von Stoergroeszen zur Erkennung von Geometriemerkmalen elektrisch leitfaehiger Werkstuecke. Erfindungsgemaesz wird das dadurch erreicht, dasz durch einen impulsfoermigen Strom in einer Induktorschleife ein magnetisches Feld erzeugt wird, wobei sich das Werkstueck im Wirkungsbereich des Magnetfeldes befindet und das von den im Werkstueck flieszenden Wirbelstroemen zusaetzlich hervorgerufene Magnetfeld von verteilt angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensoren resultierend erfaszt wird, wobei die empfangenen Signale waehrend der Einschaltdauer des Erregerstromes innerhalb variabler Grenzen integriert werden in der Gestalt, dasz die signifikanten Merkmale aus den Signalen extrahiert und gleichzeitig Stoergroeszen unterdrueckt werden. Die Integrationsgrenzen werden variabel so gelegt, dasz sie sich zeitlich nach dem Einschaltvorgang und vor dem Ausschaltvorgang befinden.{Merkmale, signifikant; Sensoren, magnetfeldempfindlich; Magnetfeld; Induktorschleife; Wirbelstrom; Geometriemerkmale}

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von signifikanten Merkmalen aus Sensorsignalen mit dem Ziel der Dedektierung von Werkstückkonturen, wie z. B. Fugen und Kanten. Dabei werden die von den in das Werkstück induzierten Wirbelströmen hervorgerufenen Magnetfelder erfaßt.

Die Hauptanwendung liegt in der Gewinnung von Informationen, mit deren Hilfe Geräte und technologische Werkzeuge, z.B.

Schweißbrenner entlang einer Schweißfuge, Klebevorrichtungen entlang einer Naht, geführt werden können. Die zu verfolgende Kontur muß dabei so ausgebildet sein, daß es in ihr zu einer Verdichtung der Wirh:<iströme kommt, wie es bei Kanten, Fugen und Muten leitfähiger Werkstücke der Fall ist.

Durch die Erkennung von Abweichungen zwischen Werkzeug und Kontur kann das Werkzeug entsprechend der Kontur nachgeführt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Verfahren, bei denen durch Erfassung der durch im Werkstück f ließende Wirbelströme hervorgerufenen Magnetfelder Konturen des Werkstücks dedektiert werden, nutzen eine sinusförmige Wechselspannung zum Induzieren der Wirbelströme. So wird in der DE-OS 3425612 eine Lösung für eine Abstands- und Positionsmessung dargestellt, die die Erfassung eines magnetischen Wechselfeldes mittels Hallsonden realisiert. Der Mittelwert der Ausgangssignale der magnetfeldempfindlichen Sonden soll ein Maß für den Abstand und die Lage des Objektes sein. Nachteilig ist, daß die Stärke des magnetischen Wechselfeldes hierbei durch den notwendigen Leistungsverstärker begrenzt ist. Dementsprechend ist auch der Störspannungsabstand unter dem Einfluß von Prozeßbedingungen und den dabei vorhandenen Störsignalen (z. B. elektrischer Schweißprozeß) gering.

Andere Verfahren, z. B. die DD 215627 nutzen die Bedämpfung eines Schwingkreises durch das leitfähige Werkstück aus, welches sich im Magnetfeld des Schwingkreises befindet. Auch hiar sind der Stärke des Magnetfeldes Grenzen gesetzt. Ein weiterer Nachteil ist, daß selektive Messungen durch die relativ großen Abmessungen der Spulen nur schwer möglich sind. Verfahren, die mit einer impulsförmigen Erregung des Magnetfeldes arbeiten, werden in der Materialdefektoskopie eingesetzt (DE 3034426). Dabei wird aus dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Wirbelstromsignales auf die Anwesenheit von Defekten im Material geschlossen /11/. Es sind dabei Erregerleistungen bis zu 1 kW möglich, die innerhalb einiger Mikrosekunden umgesetzt werden. Dieses Verfahren ist aber nicht auf die Erkennung von Geometriemerkmalen anwendbar, weil die Sonden direkt auf das Werkstück aufgesetzt werden und Materialfehler auch als Geometriemerkmale erkannt werden können. Weiterwerdenmagnotinduktive Verfahren eingesetzt /3/. Nachteile dieser Verfahren sind notwendige hohe Permeabilitätswerte des Werkstückes und ihre meist große Abmessungen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Gewinnung von signifikanten Merkmalen aus mittels magnetfeldempfindlicher Sensor gewonnenen Signalen bei Erreichen eines maximalen Störspannungsabstandes und Unterdrückung von Einflüssen mikroskopischer Defekte des Werkstückes zur Dedektierung von Werkstückkonturen zu entwickeln. Dabei ist vor allem die Feldstärke des Erregerfeldes durch Verwendung eines impulsförmigen Erregerstromes zu vergrößern und durch ein geeignetes Meßverfahren Informationen über die Lage von geometrischen Besonderheiten eines Werkstückes zu gewinnen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von signifikanten Merkmalen aus Sensorsignaion zur Dedektierung von Konturen bei großem Störabstand zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die empfangenen Signale in einem Vorverstärker in bekannter Weise verstärkt, über ein steuerbares Tor für die Integrationszeit einem vorher rückgesetztem Integrator zum Integrieren zur Verfügung gestellt werden und das Integrationsergebnis über ein steuerbares Tor an den Ausgang gelangt. Dabei wird das Tor für die Integrationszeit in der Art gesteuert, daß von einem Induktorgenerator der gleichzeitig die Indukturschleife speist, ein Monoflop über ein steuerbares Verzögerungsglied angesteuert wird, der wiederum das Tor für die Integrationszeit freigibt, wobei das Verzögerungsglied in der Art gesteuert wird, daß das vorverstärkte Eingangssignal in einem Differenzierglied differenziert und sowohl von einem Schwellwertschalter für den minimalen Signalanstieg als auch von einem Schwellwertschalter für den maximalen Signalanstieg überwacht wird. Dies geschieht in der Art, daß bei Überschreiten des maximalen Schwellwertes der Zähler zum Einstellen der Verzögerungszeit in eine Richtung und bei Unterschreiten des minimalen Schwellwertes in die andere Richtung verändert wird, wobei der Zähler zum Einstellen der Verzögerungszeit auf das Verzögerungsglied wirkt und das Tor zur Meßwertübernahme dann freigegeben wird, wenn über die ODER-Verknüpfung keine Über- oder Unterschreitung der Schwellwerte für den maximalen oder minimalen Signalanstieg vorliegt.

Ausfuhrungsbeispiel

Das Verfahren zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion signifikanter Merkmale aus Signalen magnetfeldempfindlicher Sensoren bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störgrößen zur Erkennung von Geometriemerkmalen leitfähiger Werkstücke soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. Dabei werden verschiedene Funktionselemente wie der Induktorgenerator, der Zähler zum Einstellen der Verzögerungszeit, das steuerbare Verzögerungsglied, das Monoflop, die ODER-Verknüpfung nachgebildet. Der Einchipmikrorechner steuert das gesamte Zeitregime des Meßablaufes.

Nach dem Einschalten des Induktorstromes in der Induktorschleife und dem Ablauf der voreingestellten Verzögerungszeit wird der Integrationsvorgang gestartet. Gleichzeitig wird das differenzierte Sensorsignal durch zwei Schwellwertschalter, jeweils für den minimalen und maximalen Signalanstieg, überwacht. Sollte zu Integrationsbeginn der Grenzwert für den minimalen Anstieg des Signales noch überschritten werden, also der Einschaltvorgang des Induktorstromes noch nicht abgeklungen sein, wird die Verzögerungszeit zum Start des Monoflops für die Integrationszeit erhöht und damit die Störung im nächsten Sensorsignal ausgeblendet. Während der konstanten, durch das Monoflop vorgegebenen Integrationszeit wird der Anstieg des Signales weiter überwacht. Bei Überschreiten dir Grenzwerte für den minimalen und/oder den maximalen Anstieg durch mikroskopischen Störungen im Werkstück wird das Ergebnis der Integration für ungültig erklärt und das Tor zur Meßwertübergabe nicht übernommen. Die Grenzwerte werden entsprechend der Charakteristik der Sensorsignale eingestellt.

Claims (1)

1. Verfahren zur Gewinnung signifikanter Merkmale aus Signalen magnetfeldempfindlicher Sensoren zur Erkennung von Geometriemerkmalen elektrisch Leitfähiger Werkstücke bei Einwirkung magnetischer Felder, hervorgerufen durch einen impulsförmigen Strom in einer Induktorschleife, wobei sich das Werkstück im Wirkungsbereich des Magnetfeldes befindet und das von den im Werkstück fließenden Wirbelströmen zusätzlich hervorgerufene magnetische Feld von verteilt angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensoren resultierend erfaßt wird bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störgrößen, hervorgerufen durch Materialeigenschaften oder -defekten bzw. durch direkte Eikopplung des Erregerfeldes in die magnetfeldempfindlichen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale in einem Vorverstärker in bekannter Weise verstärkt, über ein steuerbares Tor für die Integrationszeit einem vorher rückgesetztem Integrator zum Integrieren zur Verfügung gestellt werden und das Integrationsergebnis über ein steuerbares Tor an den Ausgang gelangt, dabei wird das Tor für die Integrationszeit in der Art gesteuert, daß von einem Induktorgenerator der gleichzeitig die Indukturschleife speist, ein Monoflop über ein steuerbares Verzögerungsglied angesteuert wird, der wiederum das Tor für die Integrationszeit freigibt, wobei das Verzögerungsglied in der Art gesteuert wird, daß das vorverstärkte Eingangssignal in einem Differenzierglied differenziert und sowohl von einem Schwellwertschalter für den minimalen Signalanstieg als auch von einem Schwellwertschalter für den maximalen Signalanstieg überwacht wird in der Art, daß bei überschreiten des maximalen Schwellwertes der Zähler zum Einstellen der Verzögerungszeit in eine Richtung und bei Unterschreiten des minimalen Schwellwertes in die andere Richtung verändert wird, wobei der Zähler zum Einstellen der Verzögerungszeit auf das Verzögerungsglied wirkt und das Tor zur Meßwertübernahme dann freigegeben wird, wenn über die ODER-Verknüpfung keine Über- oder Unterschreitung der Schwellwerte für den maximalen oder minimalen Signalanstieg vorliegt.

   Anwendungsgebiet der Erfindung