BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine Sensoranordnung gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 5. Taktile Sensoranordnungen, also solche, bei denen ein mechanischer Fühler die Werkstückoberfläche zum Abtasten berührt, sind für Führungsaufgaben an Werkzeugmaschinen, Schweissanlagen und Industrierobotern bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt und im Einsatz. Hauptkennzeichen solcher Sensoren ist ein meist als Stift, Kugel oder Rolle ausgeführtes mechanisches Fühlerorgan, das mit dem Werkstück in ständiger Berührung steht und dessen Auslenkung gegen über der Halterung, an der ein solcher Sensor befestigt ist, registriert und vorwiegend in elektrische analoge Signale zur Erkennung des Werkstückverlaufs umgewandelt wird.
Zur Umwandlung von mechanischen Bewegungen in elektrische Signale werden vielfach Widerstandsveränderungen, Magnetfeldänderungen oder kapazitive und induktive Feldänderungen verwendet. Wesentliches Merkmal dieser taktilen Sensoranordnungen ist, dass sie ständig im berührenden Kontakt zum Werkstück stehen. Dies bedeutet jedoch Verschleiss des taktilen Fühlers und Einschränkungen in der Anwendung, wenn z. B. die Oberfläche des Werkstücks mit steilem Winkel ansteigt, sodass ein taktiler Fühler, der beispielsweise stiftförmig ausgebildet ist und senkrecht zur Werkstückoberfläche abtastet, beschädigt werden könnte.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei der Fühler keinen oder nur geringen Verschleisserscheinungen ausgesetzt ist, und wobei insbesondere auch steile Oberflächenveränderungen des Werkstückes ohne Beschädigung der Sensoranordnung problemlos abgetastet werden können. Diese Aufgabe wird in verfahrensmässiger Hinsicht durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und in vorrichtungsmässiger Hinsicht durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst.
Durch die intermittierende Berührung der Werkstückoberfläche treten am Fühler nur geringe Reibungskräfte auf, so dass der Fühler praktisch keinem Verschleiss unterworfen ist. Je nach Amplitude der mechanischen Fühlerschwingung kann der Fühler ohne anzustehen auch steile Oberflächenänderungen von einer gewissen Höhe überwinden. Es sind daher keinerlei zusätzliche mechanische Sicherheitsschaltungen erforderlich, welche den Abtastvorgang notfallmässig unterbrechen, wie dies bei bekannten Vorrichtungen nötig ist.
Derart unerwartete Oberflächenveränderungen können beispielsweise bei aneinander anstossenden Blechkanten, Schweiss- oder Schneidebrauen usw. auftreten. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren treten somit keine unerwarteten Betriebsstörungen mehr auf, welche durch Bedienungspersonal behoben werden müssen. Die mit der Serisoranordnung gesteuerten Messvorrichtungen oder Werkzeugmaschinen arbeiten somit rationeller und erfordern weniger Aufsicht. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich durch einfache und kompakte Bauweise aus, wobei die mechanisch beweglichen Bauteile auf ein Minimum reduziert sind. Komplizierte und hoch präzise Fühlerlagerungen sind nicht erforderlich.
Ganz besonders vorteilhaft wird das in der Auswertvorrichtung gebildete Signal zum Ansteuern einer Nachführvorrichtung verwendet, welche den Abstand zwischen Werk stückoberfläche und Sensoranordnung regelt.
Die intermittierende Bewegung des Fühlers kann auf einfachste Weise dadurch erreicht werden, dass der Fühler elektromagnetisch in Eigenresonanz versetzt wird, und dass er an einer Rückkoppelspule eine Spannung induziert, die von der Auswertvorrichtung zur Signalbildung gemessen wird.
Auf diese Weise wird der Fühler stets mit seiner Frequenz angetrieben, wobei die Schwingung ohne Berührung des Fühlers mit der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems erfolgt, oder bei der Oberflächenberührung des Fühlers eine gedämpfte Schwingung sein kann.
Das mechanische Schwingsystem weist einen an einer Federvorrichtung befestigten Fühlerstift auf, wobei die Federvorrichtung wenigstens eine Blattfeder sein kann, deren eines Ende fest eingespannt ist, und an deren anderem Ende etwa quer zur Blattfeder der Fühlerstift befestigt ist. Bei zwei übereinander angeordneten Blattfedern ist der Fühlerstift fest eingespannt, ohne dass zusätzliche Führungsvorrichtungen für den Fühlerstift erforderlich sind. Durch die Länge der Blattfedern bzw. durch Verändern der Einspannstellen kann auf einfachste Weise die Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems verändert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung in Seitenansicht,
Figur 2 die als Diagramme dargestellten Schwingungen des Systems,
Figur 3 das Schaltschema einer Auswertvorrichtung,
Figur 4 die in der Auswertvorrichtung erzeugten Impulse als Diagramme dargestellt,
Figur 5 das Schaltschema einer Nachführvorrichtung zur Abstandsregelung,
Figuren 6a und 6b die Fühlerbewegung bei verschiedenen Werkstückoberflächen, und
Figur 7 die Fühlerbewegung mit abstandsgeregeltem Fühlervorschub mit dem dazugehörigen Ausgangssignal des Sensors als Diagramm.
Wie in Figur 1 dargestellt, besteht die Sensoranordnung aus einem mechanisch schwingenden System mit zwei übereinander angeordneten Blattfedern 1 und 2, die an Einspannvorrichtungen 4 an einer Halterung 3 fest eingespannt sind. An den frei schwingenden Enden der Blattfedern 1 und 2 ist ein Fühlerstift 5 mittels Befestigungselementen 7 befestigt, so dass die beiden Blattfederenden miteinander verbunden sind. Ersichtlicherweise könnten anstelle der beiden Blattfedern auch andere Federelemente verwendet werden.
Das mechanische Schwingsystem wird über einen elektromagnetischen Antrieb, bestehend aus der Treiberspule 9 und dem Eisenkern 6 am Fühlerstift in Eigenresonanz versetzt. Der Fühlerstift 5 ist auch mit einem Magnet 8 versehen, der in eine Rückkoppelspule 10 eingreift. In der Rückkoppelspule 10 wird beim Schwingen eine gleichfrequente Induktionsspannung durch Bewegen des Magneten 8 erzeugt, die dem Verstärker 11 zugeführt wird. Dadurch kann das Schwingsystem in Rückkopplungsschaltung auf seiner durch die Feder-Fühlerstiftkombination gegebenen mechanischen Eigenfrequenz seine Schwingungen beginnen und aufrecht erhalten. An dem Ausgang der Rückkoppelspule 10 steht eine sinusförmige Wechselspannung zur Verfügung.
Diese Wechselspannung besitzt die gleiche Frequenz wie das Schwingsystem. Sobald der Fühlerstift 5 beim Schwingen die Oberfläche des Werkstücks 41 berührt, verringert sich die Amplitude der mechanischen Schwingung und die Schwing frequenz erhöht sich in Abhängigkeit von der Verringerung der Amplitude, d.h. von der Stärke des Anschlags. Jede Änderung des Abstands 12 zwischen Werkstück 41 und der
Sensoranordnung führt auch zu einer Veränderung der Schwingfrequenz.
In Figur 2 ist die Ausgangsspannung der Rückkoppelspule 10, die Wechselspannung 13 gezeigt. Die Zeitdauer Tl einer Schwingung entspricht dem Reziprokwert der Fre quenz. Position 14 zeigt eine mit bekannten Mitteln in ein
Rechteck umgewandelte Schwingform gleicher Zeitdauer, während Position 15 eine umgewandelte Schwingung mit höherer Frequenz, also kleinerer Schwingungsdauer T2, dar stellt. Aus der Zeitdauer T2 lässt sich somit bei bekannter Zeitdauer T1 der Grad des Fühlerstifteingriffs auf das Werkstück und damit der Abstand der Sensoranordnung ermitteln. Wird der Abstand 12 der Sensoranordnung kleiner, so wird auch T2 kleiner, erhöht sich der Abstand, so wird auch T2 grösser. Beim Verschwinden des Werkstücks, etwa durch Überlaufen einer Kante durch den Fühlerstift 5, wird T2 gleich T1, d.h. das mechanische Schwingsystem schwingt wiederum ungedämpft mit seiner Eigenfrequenz.
Für die Ermittlung der Zeitdauer von Schwingungen sind verschiedene Verfahren, sowohl analoger als auch digitaler Art bekannt. In Figur 3 ist eine besonders zweckmässige Art der Auswertung dieser Veränderung der Schwingungsdauer dargestellt. Dabei wird eine PLL-Schaltung (Phase Locked Loop) eingesetzt, die aus einem Phasenvergleicher 16, dem Tiefpass 17 und dem steuerbaren Oszillator 18 besteht. Am Eingang des Phasenvergleichers 16 liegt die Rückkoppelspannung der Rückkoppelspule 10. An dem Ausgang des Oszillators 18, der zum Phasenvergleicher 16 zurückgeführt ist, steht die in Figur 2 mit Position 14 gezeigte rechteckige Spannung, die im Diagramm gemäss Figur 4 nochmals dargestellt ist.
Am Ausgang 19 des Phasenvergleichers 16 erscheint eine Impulsfolge, deren Frequenz doppelt so hoch wie die des Oszillators 18 ist, deren Pulslänge jedoch infolge Phasenverschiebung zwischen der Spannung am Eingang des Phasenvergleichers 16 und der rückgeführten Spannung aus dem Oszillator 18 unterschiedlich wird, sobald die Eigenfrequenz sich ändert. Dabei verschiebt sich die Rückflanke der positiven Pulse 19.
Im monostabilen Pulserzeuger 22 an sich bekannter Art wird bei jeder Rückflanke ein Impuls 20 mit definierter Impulslänge generiert. Ist die Lücke zwischen den positiven Impulsen 19 grösser als die Pulslänge 20, so besteht zwischen den positiven Pulsen 14 und 20 keine Koinzidenz. Die Gatterschaltung 23 an sich ebenfalls bekannter Art kann dann keine Ausgangsimpulse 24 abgeben. Wird jedoch durch tiefere Frequenz des Schwingsystems bei zunehmender Entfernung des Werkstücks die positive Pulslänge des Signals 19 grösser, so wandert der Impuls 20 im Bild nach rechts, und es beginnt damit zunehmend eine Koinzidenzphase zwischen den Signalen 14 und 20, so dass in der Gatterschaltung 23 eine positive Impulsfolge 21 zum Ausgang 24 entsteht, welche um so breiter ist, je weiter sich die Pulsfolge 20 nach rechts verschoben hat.
Das Auftreten dieser Impulse 21 an sich zeigt an, dass eine definierte Entlastung des Schwingsystems stattgefunden hat, beispielsweise, wenn sich der Abstand 12 vergrössert oder beim Erreichen und Überfahren einer Werkstückkante.
Die Breite der Impulsfolge 21 zeigt den Grad der Entlastung an, so dass z. B. nach Integration dieser Impulsfolge ein elektrisches Analogsignal für den Abstand 12 gewonnen werden kann. Die Länge eines Impulses 21 kann jedoch auch digital ausgezählt werden, so dass damit ein digitales Abstandssignal für den Abstand 12 ermittelt wird, das wesentlich schneller verfügbar ist, als ein integriertes Analogsignal.
Gleichzeitig steht jedoch am Ausgang der Rückkoppelspule 10 auch eine Wechselspannung mit abstandsabhängiger Amplitude A zur Verfügung, die in Figur 5 mit Position 13 dargestellt ist. Führt man diese Spannung 13 einem Gleichrichter 25 zu. so erhält man ein weiteres abstandsabhängiges Gleichspannungssignal, das einem Regelverstärker 27 zugeführt werden kann. Am Summierpunkt 26 vor diesem Regelverstärker lässt sich eine Korrekturspannung aus dem Potentiometer 28 einspeisen. So lange diese Korrekturspannung in bekannter Weise gleich, aber umgekehrter Polung mit der Spannung aus dem Gleichrichter 25 ist, bleibt der Ausgang auf Null, der nachgeschaltete Motorverstärker 29 wird nicht angesteuert, und der Servomotor 30 steht still.
Bei Abweichungen am Summierpunkt 26 wird im Regelverstärker 27 ein positives oder negatives Signal erzeugt, und im Motorverstärker 29 verstärkt. Der Motor 30 regelt entsprechend nach, so dass der Abstand 12 (Figur 1) der Sensoranordnung korrigiert wird.
In den Figuren 6a und 6b sind zwei Beispiele der Verhaltensweise der taktilen Sensoranordnung dargestellt. Der Fühlerstift 5 bewegt sich dabei in Pfeilrichtung B von rechts nach links. Mit 37 ist die Vorschubebene dargestellt, welche der Ruhelage der Unterkante des Fühlerstiftes 5 entspricht.
Bei Position 31 weist das Werkstück 41 eine Materialerhöhung auf. welche die Schwingamplitude des Fühlerstifts 5 verringert. Position 32 zeigt die Schwingamplitude bei normalem Oberflächenabstand, und bei Position 33 ist die Kante 40 des Werkstücks 41 überfahren und die Schwingamplitude erreicht ihr Maximum, zugleich die Frequenz ihr Minimum, was zur Kantenerkennung ausgenutzt wird.
Ähnliches gilt für die Positionen 34, 35 und 36 gemäss Figur 6b. in der ein etwas unterschiedlicher Oberflächenverlauf dargestellt ist. Bei Position 34 fährt der Fühlerstift 5 in normalem Abstand über die Werkstückoberfläche. Bei Position 35 überfährt der Fühlerstift 5 eine steile Materialerhöhung, ohne dass der Fühler dabei in seitlicher Richtung mechanisch beansprucht wird. Bei Position 36 ist die Werkstückkante 40 wiederum überfahren. Bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Figuren 6a und 6b wird vorausgesetzt, dass die Abstandsregelung nicht über das Schwingsystem und die Auswertvorrichtung erfolgt, so dass die Vorschubebene 37 mit andern Mitteln konstant gehalten wird oder konstant bleibt. Ein Konstantbleiben dieser Vorschubebene 37 ist beispielsweise möglich, wenn offensichtlich keine wesentlichen Oberflächenveränderungen am Werkstück auftreten können.
In Figur 7 ist ein Betrieb mit einem abstandsgeregelten Sensorsystem dargestellt. Während sich der Fühlerstift 5 in Pfeilrichtung B bewegt, wird der Abstand 38 wie vorstehend beschrieben, dauernd nachgeregelt, so dass der Fühlerstift 5 den Oberflächenkonturen des Werkstücks 41, z. B. über eine Materialerhebung 39, nachfolgt. An der Werkstückkante 40 ergibt sich wiederum ein plötzlicher Sprung der Frequenz im Schwingsystem, so dass das dabei in der Auswertvorrichtung erzeugte Signal die Kante signalisiert. 42 ist dabei das Ausgangssignal des Sensors, das im unteren Diagramm in digita lisierter Form dargestellt ist. Eine beispielsweise mit der Sensoranordnung gesteuerte Werkzeugmaschine, wie z. B. ein Schweissbrenner, kann so bei Erreichen der Werkstückskante 40 abgeschaltet werden.
Ersichtlicherweise kann die Auswertvorrichtung die Schwingungen des Schwingsystems auch noch mit anderen Methoden auswerten. So beispielsweise akustisch, da beim periodischen Anschlagen des Fühlerstiftes auf das metallische Werkstück ein charakteristisches hämmerndes Geräusch mit definierter Frequenz/Energieverteilung entsteht, das beim Verlassen der Kante plötzlich abbricht. Zur Auswertung dieses Geräusches wird vorzugsweise ein Luftschalloder Körperschallmikrofon verwendet werden, das so an der Sensoranordnung angeordnet ist, dass die Schallenergie oder die vom Fühlerstift auf das Schwingsystem übertragene Aufschlagenergie mit Anteilen bei höheren Frequenzen von diesem erfasst wird. Ein selektiver Verstärker filtert die charakteristischen Frequenzen heraus, die nur dann entstehen, wenn der Fühlerstift periodisch aufschlägt.
Ein diesem Verstärker nachgeschalteter Gleichrichter oder eine geeignete PLL-Schaltung detektiert diese Signale und gibt ein Ausgangssignal in dem Augenblick ab, wo der Fühlerstift das Werkstück verlässt.
Auf ähnliche Weise könnte z. B. die Fühlerschwingung auch optisch abgetastet werden, indem ein optischer Sensor eine am Fühlerstift angebrachte Markierung beobachtet, wobei die Lageveränderungen dieser Markierung in Steuersignale umgewandelt werden können.
DESCRIPTION
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a sensor arrangement according to the preamble of claim 5. Tactile sensor arrangements, i.e. those in which a mechanical sensor touches the workpiece surface for scanning, are for management tasks on machine tools, welding systems and industrial robots already known in various versions and in use. The main characteristic of such sensors is a mechanical sensor element, usually designed as a pin, ball or roller, which is in constant contact with the workpiece and whose deflection against the holder to which such a sensor is attached is registered and predominantly in electrical analog signals for detecting the Workpiece path is converted.
Resistance changes, magnetic field changes or capacitive and inductive field changes are often used to convert mechanical movements into electrical signals. An essential feature of these tactile sensor arrangements is that they are in constant contact with the workpiece. However, this means wear of the tactile sensor and restrictions in use, e.g. B. the surface of the workpiece rises at a steep angle, so that a tactile sensor, which is for example pin-shaped and scans perpendicular to the workpiece surface, could be damaged.
It is therefore an object of the invention to provide a method and a sensor arrangement of the type mentioned at the outset, the sensor being exposed to little or no wear and tear, and in particular steep surface changes in the workpiece being able to be scanned without damage to the sensor arrangement. In terms of the method, this object is achieved by a method having the features of claim 1 and in terms of the device by a sensor arrangement having the features of claim 5.
Due to the intermittent contact of the workpiece surface, only slight frictional forces occur on the sensor, so that the sensor is practically not subject to wear. Depending on the amplitude of the mechanical sensor vibration, the sensor can overcome steep surface changes of a certain height without waiting. There is therefore no need for any additional mechanical safety circuits which interrupt the scanning process in an emergency, as is necessary in known devices.
Such unexpected surface changes can occur, for example, in the case of abutting sheet metal edges, welding or cutting brows, etc. With the method according to the invention, therefore, there are no longer any unexpected malfunctions which have to be remedied by operating personnel. The measuring devices or machine tools controlled with the serisor arrangement thus work more efficiently and require less supervision. The device according to the invention is characterized by a simple and compact design, the mechanically movable components being reduced to a minimum. Complicated and highly precise sensor bearings are not necessary.
The signal formed in the evaluation device is very particularly advantageously used to control a tracking device which regulates the distance between the workpiece surface and the sensor arrangement.
The intermittent movement of the sensor can be achieved in a very simple manner by the sensor being electromagnetically set into its own resonance and by inducing a voltage at a feedback coil which is measured by the evaluation device for signal formation.
In this way, the sensor is always driven at its frequency, the oscillation taking place without touching the sensor at the natural frequency of the mechanical oscillation system, or a damped oscillation when the sensor comes into contact with the surface.
The mechanical oscillation system has a sensor pin fastened to a spring device, the spring device being able to be at least one leaf spring, one end of which is firmly clamped, and the other end of which is attached to the spring pin approximately transversely to the leaf spring. With two leaf springs arranged one above the other, the feeler pin is firmly clamped in without the need for additional guide devices for the feeler pin. The natural frequency of the mechanical vibration system can be changed in the simplest way by the length of the leaf springs or by changing the clamping points.
An embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it:
FIG. 1 shows a schematic illustration of a sensor arrangement in a side view,
FIG. 2 shows the system vibrations shown as diagrams,
FIG. 3 shows the circuit diagram of an evaluation device,
FIG. 4 shows the pulses generated in the evaluation device as diagrams,
5 shows the circuit diagram of a tracking device for distance control,
Figures 6a and 6b, the sensor movement on different workpiece surfaces, and
Figure 7 shows the sensor movement with distance-controlled sensor feed with the associated output signal of the sensor as a diagram.
As shown in FIG. 1, the sensor arrangement consists of a mechanically oscillating system with two leaf springs 1 and 2 arranged one above the other, which are firmly clamped on clamping devices 4 on a holder 3. At the free-swinging ends of the leaf springs 1 and 2, a sensor pin 5 is fastened by means of fastening elements 7, so that the two leaf spring ends are connected to one another. Obviously, other spring elements could be used instead of the two leaf springs.
The mechanical vibration system is set to its own resonance via an electromagnetic drive, consisting of the driver coil 9 and the iron core 6 on the sensor pin. The sensor pin 5 is also provided with a magnet 8 which engages in a feedback coil 10. In the feedback coil 10, an induction voltage of the same frequency is generated by moving the magnet 8 during vibration, which is fed to the amplifier 11. As a result, the oscillation system in the feedback circuit can begin and maintain its oscillations at its natural mechanical frequency given by the spring-sensor pin combination. A sinusoidal AC voltage is available at the output of the feedback coil 10.
This AC voltage has the same frequency as the vibrating system. As soon as the feeler pin 5 touches the surface of the workpiece 41 during vibration, the amplitude of the mechanical vibration decreases and the vibration frequency increases depending on the reduction in the amplitude, i.e. on the strength of the attack. Any change in the distance 12 between workpiece 41 and
Sensor arrangement also leads to a change in the oscillation frequency.
In Figure 2, the output voltage of the feedback coil 10, the AC voltage 13 is shown. The time period Tl of an oscillation corresponds to the reciprocal of the frequency. Position 14 shows one with known means in a
Rectangle converted waveform of the same period of time, while position 15 is a converted vibration with a higher frequency, that is, a shorter oscillation period T2. With a known time period T1, the degree of sensor pin engagement on the workpiece and thus the distance of the sensor arrangement can thus be determined from the time period T2. If the distance 12 of the sensor arrangement becomes smaller, then T2 also becomes smaller; if the distance increases, then T2 also becomes larger. When the workpiece disappears, e.g. due to an edge passing over the sensor pin 5, T2 becomes T1, i.e. the mechanical vibration system in turn vibrates undamped at its natural frequency.
Various methods, both analog and digital, are known for determining the duration of vibrations. FIG. 3 shows a particularly expedient way of evaluating this change in the oscillation period. A PLL circuit (phase locked loop) is used, which consists of a phase comparator 16, the low pass 17 and the controllable oscillator 18. The feedback voltage of the feedback coil 10 is at the input of the phase comparator 16. The rectangular voltage shown in FIG. 2 with position 14 is at the output of the oscillator 18, which is fed back to the phase comparator 16, and is shown again in the diagram according to FIG.
At the output 19 of the phase comparator 16, a pulse sequence appears, the frequency of which is twice as high as that of the oscillator 18, but the pulse length of which, due to the phase shift, becomes different between the voltage at the input of the phase comparator 16 and the voltage fed back from the oscillator 18 as soon as the natural frequency changes changes. The trailing edge of the positive pulses 19 shifts.
In the monostable pulse generator 22 of a type known per se, a pulse 20 with a defined pulse length is generated on each trailing edge. If the gap between the positive pulses 19 is greater than the pulse length 20, there is no coincidence between the positive pulses 14 and 20. The gate circuit 23, which is also known per se, can then not output any output pulses 24. However, if the positive pulse length of the signal 19 increases due to the lower frequency of the oscillating system with increasing distance from the workpiece, the pulse 20 moves to the right in the image, and a phase of coincidence between the signals 14 and 20 begins, so that in the gate circuit 23 a positive pulse train 21 to the output 24 arises, which is wider the further the pulse train 20 has shifted to the right.
The occurrence of these pulses 21 per se indicates that a defined relief of the vibration system has taken place, for example when the distance 12 increases or when a workpiece edge is reached and passed.
The width of the pulse train 21 indicates the degree of relief, so that, for. B. after integration of this pulse train, an electrical analog signal for the distance 12 can be obtained. However, the length of a pulse 21 can also be counted digitally, so that a digital distance signal for the distance 12 is determined which is available much faster than an integrated analog signal.
At the same time, however, an AC voltage with a distance-dependent amplitude A is also available at the output of the feedback coil 10, which is shown in FIG. 5 with position 13. If this voltage 13 is fed to a rectifier 25. this gives a further distance-dependent DC voltage signal which can be fed to a control amplifier 27. At the summing point 26 in front of this control amplifier, a correction voltage can be fed in from the potentiometer 28. As long as this correction voltage is the same, but reversed polarity with the voltage from the rectifier 25 in a known manner, the output remains at zero, the downstream motor amplifier 29 is not activated, and the servo motor 30 is at a standstill.
If there are deviations at the summing point 26, a positive or negative signal is generated in the control amplifier 27 and amplified in the motor amplifier 29. The motor 30 adjusts accordingly, so that the distance 12 (FIG. 1) of the sensor arrangement is corrected.
FIGS. 6a and 6b show two examples of the behavior of the tactile sensor arrangement. The feeler pin 5 moves in the direction of arrow B from right to left. With 37 the feed plane is shown, which corresponds to the rest position of the lower edge of the sensor pin 5.
At position 31, the workpiece 41 has an increase in material. which reduces the vibration amplitude of the feeler pin 5. Position 32 shows the vibration amplitude at a normal surface distance, and at position 33 the edge 40 of the workpiece 41 is passed over and the vibration amplitude reaches its maximum, and at the same time the frequency reaches its minimum, which is used for edge detection.
The same applies to positions 34, 35 and 36 according to FIG. 6b. in which a slightly different surface course is shown. At position 34 the feeler pin 5 moves over the workpiece surface at a normal distance. At position 35, the sensor pin 5 runs over a steep increase in material without the sensor being mechanically stressed in the lateral direction. At position 36, the workpiece edge 40 is again run over. In the exemplary embodiments according to FIGS. 6a and 6b, it is assumed that the distance control is not carried out via the vibration system and the evaluation device, so that the feed plane 37 is kept constant or remains constant by other means. This feed plane 37 can remain constant, for example, if obviously no significant surface changes can occur on the workpiece.
FIG. 7 shows operation with a distance-controlled sensor system. While the sensor pin 5 moves in the direction of arrow B, the distance 38 is continuously readjusted as described above, so that the sensor pin 5 corresponds to the surface contours of the workpiece 41, e.g. B. via a material survey 39 follows. At the workpiece edge 40 there is again a sudden jump in the frequency in the oscillation system, so that the signal generated in the evaluation device signals the edge. 42 is the output signal of the sensor, which is shown in digitized form in the lower diagram. A machine tool controlled, for example, with the sensor arrangement, such as. B. a welding torch, can be switched off when the workpiece edge 40 is reached.
Obviously, the evaluation device can also evaluate the vibrations of the vibration system using other methods. For example, acoustically, because when the feeler pin is periodically struck on the metal workpiece, a characteristic hammering noise with a defined frequency / energy distribution arises, which suddenly stops when the edge is left. To evaluate this noise, an airborne sound or structure-borne sound microphone is preferably used, which is arranged on the sensor arrangement in such a way that the sound energy or the impact energy transmitted from the sensor pin to the vibrating system is detected by the latter at proportions at higher frequencies. A selective amplifier filters out the characteristic frequencies that only arise when the sensor pin periodically opens.
A rectifier connected downstream of this amplifier or a suitable PLL circuit detects these signals and emits an output signal at the moment when the sensor pin leaves the workpiece.
Similarly, e.g. B. the sensor vibration can also be optically scanned by an optical sensor observing a mark attached to the probe pin, the changes in position of this mark can be converted into control signals.