DD290488A5

DD290488A5 - Weitwinkelobjektiv mit veraenderlicher brennweite fuer den infraroten spektralbereich

Info

Publication number: DD290488A5
Authority: DD
Publication date: 1992-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung 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 dies 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 Sensorelemente um das Werkzeug verteilt angeordnet sind und das vom jeweiligen Sensorelement empfangene Signal waehrend der Einschaltdauer des Erregerstromes innerhalb variabler Grenzen integriert wird in der Gestalt, dasz die signifikanten Merkmale aus den Signalen extrahiert und gleichzeitig Stoergroeszen unterdrueckt werden. Aus der oertlichen Verteilung der so vorverarbeiteten Signale wird auf die Lage und den Verlauf von geometrischen Besonderheiten leitfaehiger Werkstuecke geschlossen. Die Auswerteeinheit gibt Steuersignale an eine Industrierobotersteuerung. Fig. 1{Merkmale, signifikant; Sensoren, magnetfeldempfindlich; Magnetfeld; Induktorschleife; Wirbelstrom; Geometriemerkmale}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eme Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion signifikanter Merkmale

aus Sensorsignalen zur Detektierung 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 Wirbelströme kommt, wie es bei Kanten, Fugen und Nuten 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 d?r Technik

Bekannte Schaltungsanordnungen zur Gewinnung von Steuersignalen, bei denen durch Erfassung der durch im Werkstück fließende Wirbelströme hervorgerufenen Magnetfelder Konturen des Werkstücks detektiert 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 Lösungen, ζ. B. die in DD 215627 nuüen die Bedämpfung eines Schwingkreises durch das leitfähige Werstück aus, welches sich im Magnetfeld des Schwingkreises befindet. Auch hier sind der Stärke des Magnetfeldes Grenzen gesetzt. Ein weiterer Nachteil ist, daß selektive Messungen durch die relativ großen Abmessungen der Spulen nur schwer möV'ch sind. Schaltungsanordnungen die mit einer impulsförmigen Erregung des Magnetfeldes arbeiten, werden in der Materialdefektoskopie eingesetzt (DE 3034426). Dabei wird aus dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Wirbelstroinsignsles auf die Anwesenheit von Defekten Im Material geschlossen /11/. Es sind dabei Erregerleistungen bis zu 1 kW möglich, die innerhalb einiger Mlkrosekunden umgesetzt werden. Diese Lösung isi aber nicht auf die Erkennung von Geometriemerkmalen anwendbar, weil die Sonden dirket auf das Werkstück aufgesetzt werden und Materialfehler auch als Geometriemerkmale erkannt werden können.

Weiter werden magnetinduktive Verfahren mit entsprechenden Schaltungsanordnungen eingesetzt 121. Nachteilig dabei sind notwendige hohe Permeabililätswerte des Werkstückes und ihre meist großen Abmessungen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion von signifikanten Merkmalen aus mittels magnetfeldempfindflicher Sensor gewonnenen Signalen bei Erreichen eines maximalen Störspannungsabstandes und Unterdrückung von Einflüssen mikroskopischer Defekte des Werkstückes zur Detektierung 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, eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion signifikanter Merkmale aus Signalen bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störgrößen zur Erkennung von Geometriemerkmalen elektrisch leitfähiger Werkstücke zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßwertvorverarbeitung aus einem Vorverstärker, einem steuerbarem Tor für Integrationszeit, einem rücksetzbaren Integrator und einem Tor zur Meßwertübernahme besteht, welche in dieser Reihenfolge aneinandergeschaltet sind und wobei der Eingang des Vorverstärkers den Eingang der Meßwertvorverarbeitung und der Ausgang des Tores zur Meßweriübernahme den Ausgang der Meßwertvorverarbeitung darstellen. Der Steuereingang des Tores ist für die Integrationszeit mit dem Ausgang eines Monofiops verbunden und dessen Eingang wiederum mit dem Ausgang eines steuerbaren Verzöger jngsgliedes, dessen Triggereingang das Ausgangssignal eines Induktorgenerators, der gleichzeitig die Induktorschleife speist, erhält.

Die Stouereingänge zur Einstellung der Verzögerungszeit des steuerbaren Verzögerungsgliedes sind mit den Ausgängen eines Zählers für die Verzögerungszeit verbunden, dessen Inkrementier- bzw. Dekrementiereingänge erhalten ihre Signale von den Ausgängen zweier Schwellwertschalter für den maximalen und minimalen Signalanstieg.

Auf die Eingänge der Schwellwertschalter gelangt das differenzierte Sensorsignal von dem Ausgang des Differenziergliedes, das als Eingangssignal das am Ausgang des Vorverstärkers anliegende Sensorsignal erhält, wobei dio Ausgänge der Schwellwertschalter weiter mit den Eingängen der ODER-Verknüpf ung verbunden sind, deren Ausgang auf den Steuereingang des Tores zur Meßwertübergabe gelangt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden

Es zeigt Figur 1: Schaltungsanordnung

Dabeiwerden derlnduktorgenerator 8, derZähler zum Einstellen der Verzögerungszeit 9, das steuerbare Verzögerungsglied 10, das Monoflop 11, die ODER-Verknüpfung 12 und das Tor zur Meßwertübernahme 4 von einem Einchipmikrorechner nachgebildet. Der Einchipmlkrorechne,- steuert das gesamte Zeitregime des Meßablaufes.

Nach dem Einschalten des Induktorstromes in der Induktorschleifo 13 durch den Induktorgenerator 8 und dem Ablauf der voreingestellten Verzögerungszeit des steuerbaren Verzögerungsgliedes 10 wird das Monoflop 11 gestartet, welches das Tor für Integrationszeit 2 öffnet und somit die Integration des im Vorverstärker 1 verstärkten Sensorsignales im vorher rückgesetzten Integrator 3 freigegeben. Sollte zu dieser Zeit das im Diffcrenzierglied S differenzierte Sensorsignal den mit dem Grenzwertschalter für den minimalen Signalanstieg 7 eingestellten Grenzwert für den minimalen Anstieg des Signales noch überschreiten, also der Einschaltvorgang des lnduktor»tromes noch nicht abgeklungen sein, wird die Verzögerungszeit durch Nutzung des Ausgangssignals dieses Grenzwertschaliers zum Inkrementieren des Zählers zum Einstellen der Integrationszeit 9 erhöht. Während der konstanten Integrationszeit wird der Anstieg des Signales weiter über Differenzierglied 5 und Grenzwertschalter β, 7 überwacht. Bei Überschreiten des Grenzwertes für den minimalen oder des Grenzwertes für den maximalen Anstieg wird das Ergebnis der Integration für ungültig erklärt, indem ein Überschreiten der Grenzwerte aktive Ausgangssignale der Grenzwertschalter 6,7 hervorruft, welche über die ODER-Verknüpfung 12 auf das Tor zur Meßwertübernahme wirken und eine Weitergabe de» gestörten Meßwertes verhindern. Die Grenzwerte werden entsprechend der Charakteristik der Sonsorsignale eingestellt.

Claims

Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Steuersignalen durch Extraktion signifikanter Merkmale aus Signalen magnetfeldempfindlicher Sei soren bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störgrößen zur Erkennung von Geometriemerkmalen elektrisch leitfähiger Werkstücke, mittels eines von dem in der Induktorschleife fließenden irnpulsförmigen Strom hervorgerufenen magnetischen Feldes, wobei sich das Werkstück im Wirkungsbereich dieses magnetischen Feldes befindet und das von den im Werkstück fließenden Wirbelströmen zusätzlich hervorgerufene magnetische Feld von den verteilt angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensoren resultierend erfaßt wird bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störgrößen, hervorgerufen durch Materialeigenschaften oder -defekte bzw. durch direkte Einkopplung des Erregerfeldes in die magnetfeldempfindlichen Sensoren, wobei die magnetfeldempfindlichen Sensoren verteilt um das Werkzeug angeordnet sind und die Steuersignale für eine Industrierobotersteuerung aus der örtlichen Verteilung der Sensorsignale gewonnen werden, bestehend aus Impulsgenerator, Induktorschleife, magnetfeldempfindlichen Sensorelementen, Meßwertvorverarbeitungseinheit und Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertvorverarbeitung aus einem Vorverstärker (1), einem steuerbarem Tor für integrationszeit (2), einem rücksetzbaren Integrator (3) und einem Tor zur Meßwertübernahme (4) besteht, welche in dieser Reihenfolge aneinandergeschaltet sind und wobei der Eingang des Vorverstärkers (1) den Eingang der Meßwertvorverarbeitung und der Ausgang des Tores zur Meßwertübernahme (4) den Ausgang der Meßwertvorarbeituing und der Ausgang des Tores zur Meßwertvorverarbeitung darstellen, wobei der Steuereingang des Tores für die Integrationszeit (2) mit dem Ausgang eines Monoflop (11) verbunden ist, dessen Eingang wiederum mit dem Ausgang eines steuerbaren Verzögerungsgliedes (10) verbunden ist, dessen Triggereingang das Ausgangssignal eines Induktorgenerators (8), der gleichzeitig die Induktorschleife (13) speist, erhält, wobei Steuereingänge zur Einstellung der Verzögerungszeit des steuerbaren Verzögerungsgliedes (10) mit den Ausgängen eines Zählers für die Verzögerungszeit (9) verbunden sind, dessen Inkrementier- bzw. Dekrementiereingänge erhalten ihre Signale von den Ausgängen zweier Schwellwertschalter für den maximalen und minimalen Signalanstieg (6,7), wobei auf die Eingänge der Schwellwertschalter (6,7) das differenzierte Sensorsignal von dem Ausgang des Differenziergliedes (5) gelangt, das als Eingangssignal das am Ausgang des Vorverstärkers (1) anliegende Sensorsignal erhält, wobei die Ausgänge der Schwellwertschalter (6,7) weiter mit den Eingängen der ODER-Verknüpfung (12) verbunden sind, deren Auspang auf den Steuereingang des Tores zur Meßwertübergabe (4) gelangt.

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