DD290060A5

DD290060A5 - METHOD FOR OBTAINING SIGNIFICANT CHARACTERISTICS

Info

Publication number: DD290060A5
Application number: DD33553489A
Authority: DD
Inventors: Harald Eichner; Hans-Joachim Gerhard; Nils Meinert
Original assignee: Th Zwickau,De
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1991-05-16

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}The invention relates to a method for obtaining control signals by extraction of significant features from signals of magnetic field-sensitive sensors while suppressing Stoergroeszen for the detection of geometry features electrically leitfaehiger workpieces. According to the invention, this is achieved by generating a magnetic field by a pulsed current in an inductor loop, the workpiece being within the working range of the magnetic field and resulting in the magnetic field additionally caused by the vortex fl owing in the workpiece, resulting from distributed magnetic field sensitive sensors the received signals are integrated within variable limits during the on-time of the exciting current, in the form that the significant features are extracted from the signals and at the same time suppressing disturbance strobes. The integration limits are variably set to be in time after the turn-on operation and before the turn-off operation. {Features, Significant; Sensors, sensitive to magnetic fields; magnetic field; inductor; Eddy current; Geometric features}

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.The invention relates to a method for obtaining significant features from sensor signals with the aim of Dedektierung workpiece contours, such. B. joints and edges. In this case, the induced by the induced eddy currents in the workpiece magnetic fields are detected.

Die Hauptanwendung liegt in der Gewinnung von Informationen, mit deren Hilfe Geräte und technologische Werkzeuge, z.B.The main application is to obtain information that can be used to assist devices and technological tools, e.g.

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.Welding torch along a weld joint, gluing along a seam, can be performed. The contour to be traced must in this case be designed in such a way that it compresses the wire flows, as is the case with edges, joints and grooves of conductive workpieces.

Durch die Erkennung von Abweichungen zwischen Werkzeug und Kontur kann das Werkzeug entsprechend der Kontur nachgeführt werden.By detecting deviations between tool and contour, the tool can be tracked according to the contour.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

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.Known methods in which contours of the workpiece are detected by detecting the magnetic fields caused by the eddy currents in the workpiece f use a sinusoidal alternating voltage for inducing the eddy currents. Thus, a solution for a distance and position measurement is shown in DE-OS 3425612, which realizes the detection of an alternating magnetic field by means of Hall probes. The mean value of the output signals of the magnetic field-sensitive probes should be a measure of the distance and the position of the object. The disadvantage is that the strength of the magnetic alternating field is limited by the necessary power amplifier. Accordingly, the Störspannungsabstand under the influence of process conditions and the existing interference signals (eg electrical welding process) is low.

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.Other methods, e.g. B. DD 215627 use the damping of a resonant circuit through the conductive workpiece, which is located in the magnetic field of the resonant circuit. Even hiar are limited by the strength of the magnetic field. Another disadvantage is that selective measurements are difficult due to the relatively large dimensions of the coils. Methods that work with a pulsed excitation of the magnetic field are used in material defectoscopy (DE 3034426). It is concluded from the time course of the received eddy current signal on the presence of defects in the material / 11 /. Excitation power up to 1 kW is possible, which can be implemented within a few microseconds. However, this method is not applicable to the recognition of geometric features, because the probes are placed directly on the workpiece and material defects can also be recognized as geometry features. Further, magnetic inductive methods are used / 3 /. Disadvantages of these methods are necessary high permeability values of the workpiece and their usually large dimensions.

Object of the invention

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.The object of the invention is to develop a method for obtaining significant features from signals obtained by means of a magnetic-field-sensitive sensor when a maximum interference voltage gap is reached and suppression of influences of microscopic defects of the workpiece for the deduction of workpiece contours. In particular, the field strength of the excitation field is to be increased by using a pulse-shaped exciting current and to obtain information about the position of geometric features of a workpiece by means of a suitable measuring method.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

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.The invention has for its object to develop a method for obtaining significant features from Sensorignaion for Dedektierung contours with high signal to noise ratio. According to the invention the object is achieved in that the received signals amplified in a preamplifier in a known manner, are provided via a controllable gate for the integration time a previously reset integrator for integrating available and passes the integration result via a controllable gate to the output. In this case, the gate for the integration time is controlled in such a way that is driven by a Induktorgenerator the same time the Indukturschleife, a monoflop is controlled via a controllable delay element, which in turn releases the gate for the integration time, wherein the delay element is controlled in the manner that the preamplified input signal is differentiated in a differentiator and monitored by both a minimum signal rise threshold switch and a maximum signal rise threshold switch. This is done in such a way that when the maximum threshold value is exceeded, the counter for setting the delay time in one direction and falling below the minimum threshold in the other direction is changed, the counter for setting the delay time acts on the delay element and the gate for Meßwertübernahme is released when there is no overshooting or undershooting of the threshold values for the maximum or minimum signal increase via the OR operation.

Ausfuhrungsbeispielexemplary

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.The method for obtaining control signals by extraction of significant features from signals of magnetic field-sensitive sensors with simultaneous suppression of disturbances for the detection of geometric features of conductive workpieces will be explained using an exemplary embodiment. In this case, various functional elements such as the inductor generator, the counter for setting the delay time, the controllable delay element, the monoflop, the OR operation are modeled. The single-chip microcomputer controls the entire time regime of the measurement process.

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.After switching on the inductor current in the inductor loop and the expiration of the preset delay time, the integration process is started. At the same time, the differentiated sensor signal is monitored by two threshold switches, each for the minimum and maximum signal rise. If, at the beginning of the integration, the limit value for the minimum rise of the signal is still exceeded, ie the turn-on process of the inductor current has not subsided yet, the delay time for starting the monoflop for the integration time is increased and thus the fault in the next sensor signal is faded out. During the constant integration time given by the monoflop, the rise of the signal continues to be monitored. If you exceed limits for the minimum and / or the maximum increase due to microscopic disturbances in the workpiece, the result of the integration is invalidated and the gate for the transfer of the measured value is not accepted. The limits are set according to the characteristics of the sensor signals.

Claims

Method for obtaining significant characteristics from signals of magnetic-field-sensitive sensors for the detection of geometric features of electrically conductive workpieces caused by a pulsed current in an inductor loop, wherein the workpiece is within the field of action of the magnetic field and additionally caused by the eddy currents flowing in the workpiece Field of distributed magnetic field-sensitive sensors resulting is detected while suppressing disturbances caused by material properties or defects or by direct coupling of the exciting field in the magnetic field sensitive sensors, characterized in that the received signals amplified in a preamplifier in a known manner, via a controllable gate for the integration time is provided to a previously reset integrator for integrating and integrating The gate for the integration time is controlled in such a way that is fed by a Induktorgenerator the same time the Indukturschleife, a monoflop is controlled via a controllable delay element, which in turn releases the gate for the integration time, wherein the delay element is controlled such that the preamplified input signal is differentiated in a differentiator and monitored by both a minimum signal rise threshold switch and a maximum signal rise threshold switch, such that when the maximum threshold is exceeded, the counter Setting the delay time is changed in one direction and falling below the minimum threshold in the other direction, wherein the counter for setting the delay time acts on the delay element and the gate is then released for Meßübübahme, we nn via the OR operation there is no overshoot or undershoot of the threshold values for the maximum or minimum signal increase.

Field of application of the invention