PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19641607C2 15.05.2003
Titel Digitalisierungssonde und CNC-Schneidmaschine
Anmelder The Esab Group, Inc., Florence, S.C., US
Erfinder Oakley, Thomas F., Florence, S.C., US
Vertreter Lieck und Kollegen, 80538 München
DE-Anmeldedatum 09.10.1996
DE-Aktenzeichen 19641607
Offenlegungstag 17.04.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse G05D 3/20
IPC-Nebenklasse B23Q 15/007   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Kanten bzw. Ränder einer Metallplatte. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines im allgemeinen ebenen Metallwerkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer mittels eines Computers numerisch gesteuerten ("CNC"-)Schneidmaschine.

Schneidmaschinen werden üblicherweise eingesetzt, um große, maschinell bearbeitete Teile mit komplizierten Formen aus allgemein ebenen Werkstücken genau herzustellen. Wünschenswert ist es, den Schneidvorgang zu automatisieren, um die Produktivität und Qualität zu erhöhen und dabei Herstellungs- und Arbeitskosten zu senken. Ein bestimmtes Verfahren zur Automatisierung des Schneidvorganges, nämlich die numerische Steuerung der Schneidmaschine, wird seit mindestens den späten 1950ger Jahren auf Schneidmaschinen angewendet. Numerische Steuerung schließt die Verwendung einer programmierten Steuereinrichtung ein, um die Bewegung der Schneidmaschine mit numerischen Befehlen zu steuern und so ein Teil mit einer vorbestimmten Größe und Form herzustellen. Mit der Verfügbarkeit von Mikrocomputern und interaktiver Software werden bei modernen numerisch gesteuerten Schneidmaschinen üblicherweise mittels Computer numerisch gesteuerte ("CNC"-)Systeme eingesetzt.

Der Einsatz von CNC zum Automatisieren des Schneidvorganges erfordert, daß die Steuereinrichtung die Lage der Ränder und die Ausrichtung des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine bestimmt. Die Lagebestimmung der Ränder und die Bestimmung der Ausrichtung des Werkstückes wird gewöhnlicherweise durchgeführt, indem eine Digitalisierungssonde an aufeinanderfolgenden Stellen um den Umfang des Werkstückes herum manuell positioniert wird. Die Digitalisierungssonde versorgt die Steuereinrichtung mit den orthogonalen Koordinaten der digitalisierten Stellen, so daß die Software der Steuereinrichtung den Umfang und damit die Auflagefläche des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine abbilden bzw. aufnehmen kann. Die Lagebestimmung der Ränder und die Bestimmung der Ausrichtung des Werkstückes ist notwendig, um zu überprüfen bzw. zu bestätigen, ob bzw. daß ein bestimmtes Teil mit einer vorbestimmten Größe und Form aus dem Werkstück hergestellt werden kann, und um die Menge an Abfall bzw. Verschnitt, der aus dem maschinellen Bearbeiten des Teiles resultiert, zu verringern.

Bei herkömmlichen CNC-Schneidmaschinen ist eine Bedienungsperson erforderlich, um die Digitalisierungssonde oberhalb wenigstens drei Ecken eines quadratisch oder rechteckig geformten Werkstückes manuell zu positionieren. Mit der digitalisierten Information bildet die Steuereinrichtung die Auflagefläche des Werkstückes ab und bestimmt den optimalen Weg für den Schneidbrenner zum Herstellen des gewünschten Teils. Manuelles Digitalisieren auf einer herkömmlichen CNC- Schneidmaschine ist jedoch zeitaufwendig und auf Werkstücke begrenzt, die allgemein quadratisch oder rechteckig geformt sind, wenn nicht zusätzliche Stellen auf dem Umfang des Werkstückes digitalisiert werden. Dementsprechend können die nicht verwendeten Abschnitte früherer Werkstücke, in der Schneidmaschinentechnik als Abfälle oder Reste bzw. Verschnitt bekannt, die nicht allgemein quadratisch oder rechteckig geformt sind, nicht leicht zum Herstellen zusätzlicher Teile verwendet werden.

Automatisierte Verfahren zur Lagebestimmung der Ränder und zum Bestimmen der Ausrichtung eines Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine schliefen den Einsatz von Sensoren ein, die im Stand der Technik als Linienabtaster oder Linienfolger bekannt sind. Zum Beispiel ist im US-Patent Nr. 4 518 856 ein optischer dünner Linienabtastsensor offenbart. Der Kopf des Sensors enthält eine optische Faser mit einer Lichtquelle zum Übertragen eines Lichtstrahls in die Richtung einer Materialtafel, auf deren Material eine Linie gezogen, gedruckt oder anderweitig befestigt ist. Das die Linien umgebende Material hat eine sich abhebende energie-reflektierende Eigenschaft, um elektrische Signale zu erzeugen, die für die Bewegung des Sensors relativ zur Linie repräsentativ sind.

Der Einsatz des im US-Patent Nr. 4 518 856 beschriebenen optischen dünnen Linienabtastsensors zur Lagebestimmung der Ränder und zum Bestimmen der Ausrichtung eines Werkstückes relativ zu den Orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine erzeugt ein erhebliches Problem. Optische Linienabtastsensoren benutzen den optischen Kontrast zwischen der abgetasteten Linie und dem Material des Hintergrundes. Üblicherweise ist der Auflagetisch einer CNC-Schneidmaschine aus Metall hergestellt und weist ein horizontales Gitter auf, das aus in Längsrichtung und in Querrichtung verlaufenden Schienen besteht. Daher ist der optische Kontrast zwischen den Rändern des Werkstückes und dem Auflagetisch klein, sogar dann, wenn ein Rand des Werkstückes neben einer Schiene des Auflagetisches liegt. Der Umfang des Werkstückes kann angemalt sein, um einen optischen Kontrast zwischen den Rändern des Werkstückes und dem Hintergrund zu bewirken. Das Anmalen des Umfanges des Werkstückes ist jedoch zeitaufwendig und verringert dementsprechend die durch die Automatisierung des Schneidvorganges erzielten Vorteile.

Es ist möglich, einen kapazitiven Abstandssensor einzusetzen, um die Lage der Ränder und die Ausrichtung eines Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine zu bestimmen. Ein solcher Sensor wird z. B. in der US 4 766 389 beschrieben, wobei mehrere kapazitive Plattenelemente in Form eines Feldes in enger Nachbarschaft nebeneinander angeordnet sind. Ein Linienabtaster, der Kapazität mißt, erzeugt jedoch ebenfalls ein bedeutendes Problem. Die Ansprechempfindlichkeit eines kapazitiven Abstandssensors auf die gängigsten Metalle bzw. auf die meisten Basismetalle ist ohne Verstärkung nicht ausreichend, um die Genauigkeit zu erzeugen, die notwendig ist, um die Lage der Ränder und die Ausrichtung eines Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der CNC-Schneidmaschine genau zu bestimmen.

Unabhängig vom Typ des zum Abbilden des Umfangs des Werkstückes eingesetzten Sensors ist das Ausgangssignal des Sensors üblicherweise entweder ein digitales oder analoges elektrisches Signal. Das elektrischen Signal aus einem digitalen Sensor erfordert keine Umwandlung (aus einem analogen Signal) für die weitere Verarbeitung durch die Steuereinrichtung. Ein digitaler Sensor jedoch gibt an, ob irgendein Abschnitt des Sensors oberhalb des Werkstückes ist. Daher ist das elektrische Signal aus einem digitalen Sensor eine "An"- oder eine "Aus"-Anzeige und zeigt nicht an, wieviel des Sensors oberhalb des Werkstückes ist. Infolgedessen ist ein digitaler Sensor nicht so genau wie ein analoger Sensor und die Digitalisierungssonde tastet den Umfang des Werkstückes mit deutlichen Zickzack-Bewegungen ab. Zur Erzielung derselben Genauigkeit und glatten Bewegung, die aus einer vorbestimmten Gruppierung bzw. Anordnung von analogen Sensoren erhalten wird, würden deutlich mehr oder deutlich kleinere digitale Sensoren erforderlich sein.

Dementsprechend halten Fachleute für CNC-Schneidmaschinentechnik es für schwierig, automatisch die Lage der Ränder und die Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallwerkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine zu bestimmen. Insbesondere halten es Fachleute für CNC-Schneidmaschinentechnik es für schwierig, wenn nicht unmöglich, Rest-Werkstücke zu verwenden, die nicht allgemein quadratisch oder rechteckig geformt sind oder die innenliegende Ausschnitte aufweisen, um komplizierte maschinell bearbeitete Teile mit vorbestimmten Abmessungen und einer vorbestimmten Form genau herzustellen. Wie durch die folgende Beschreibung deutlich werden wird, löst die Digitalisierungssonde der Erfindung diese und andere Probleme.

Im Hinblick auf die angeführten Nachteile im Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Digitalisierungssonde zur automatischen Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes zu schaffen.

Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Digitalisierungssonde zur automatischen Lagebestimmung der Ränder und zum Bestimmen der Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine zur Verfügung zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes zu schaffen, die nicht den optischen Kontrast zwischen den Rändern des Werkstückes und dem Auflagetisch einer CNC- Schneidmaschine verwendet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes zu schaffen, die einen Sensor aufweist, der auf die gängigsten Metalle bzw. auf die meisten Basismetalle ohne Verstärkung anspricht.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes zu schaffen, die einen Sensor aufweist, der ein elektrisches Signal erzeugt, das angibt, wieviel des Sensors sich oberhalb des Werkstückes befindet.

Die Erfindung stellt eine Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Kanten bzw. Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallwerkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC- Schneidmaschine zur Verfügung. Die CNC-Schneidmaschine weist eine Steuerungseinrichtung zum Bewegen eines Querportals in die Längs- und in die Querrichtung auf, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definieren. Eine berührungslose Schneideinrichtung, wie zum Beispiel ein Sauerstoffstrahl- Schneidbrenner, eine Laser-Schneideinrichtung, oder eine Wasserstrahl-Schneideinrichtung, oder eine mit Berührung schneidende Einrichtung, wie zum Beispiel ein Rauter bzw. ein Plattenfräser, ist an einem vertikal beweglichen Tragarm für die Schneideinrichtung montiert, der an einer am Querportal vorgesehenen Traglasche für die Schneideinrichtung angebracht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schneideinrichtung ein berührungsloser Plasmagasschneidbrenner, der von The ESAB Group of Florence, South Carolina, hergestellt ist.

Die Digitalisierungssonde ist vorzugsweise an einem vertikal beweglichen Tragarm für die Digitalisierungssonde befestigt, der an einer Tragklammer bzw. -lasche für die Digitalisierungssonde angebracht ist, die an dem Querportal nahe der Traglasche für die Schneideinrichtung vorgesehen ist, und ist elektrisch mit der Steuereinrichtung der Schneidmaschine verbunden, wie beschrieben werden wird. Die CNC-Schneidmaschine weist ferner einen horizontalen Auflagetisch zur Abstützung des Werkstückes in einer Ebene auf, die parallel zur Ebene verläuft, die von den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definiert ist. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung der Schneidmaschine die Schneideinrichtung und die Digitalisierungssonde in einer vorbestimmten vertikalen Höhe oberhalb der Oberseite des Werkstückes positionieren.

Das Werkstück ist vorzugsweise eine allgemein ebene, quadratisch oder rechteckig geformte Metallplatte. Das Werkstück kann jedoch der nicht verwendete Abschnitt eines Werkstückes sein, das früher zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Teiles verwendet wurde. Der nicht verwendete Abschnitt ist den Fachleuten der Schneidmaschinentechnik als Abfall- oder Restwerkstück bzw. als Verschnitt bekannt. Der Umfang des Restwerkstückes ist üblicherweise nicht quadratisch oder rechteckig geformt und kann innenliegende Ausschnitte aufweisen. Dementsprechend ist die manuelle Lagebestimmung der Ränder und die manuelle Bestimmung der Ausrichtung eines Restwerkstückes zeitaufwendig, Bedienerfehlern ausgesetzt und verringert die durch die Automatisierung des Schneidvorganges erzielten Vorteile.

Die Steuereinrichtung der Schneidmaschine ist vorzugsweise ein Mikrocomputer, bei dem interaktive Software benutzt wird, um das Querportal in die Längs- und die Querrichtung zu bewegen, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definieren. Die Steuereinrichtung weist vorzugsweise Mittel zum Verarbeiten eines elektrischen Signals, üblicherweise in Form einer Spannung, aus einem Linienabtastsensor auf, um die Lage der Ränder und die Ausrichtung des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine zu bestimmen. Die Steuereinrichtung weist ferner vorzugsweise Mittel auf, welche dem Querportal befehlen, die Schneideinrichtung gemäß vorprogrammierten Befehlen zu bewegen, um ein maschinell bearbeitetes Teil mit vorbestimmten Abmessungen und einer vorbestimmten Form aus dem Werkstück herzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eine ANC40 VISION-Nachführsteuerung bzw. -Abtaststeuerung, hergestellt von der ATAS GmbH in Seligenstadt, Deutschland.

Die Digitalisierungssonde weist eine Mehrzahl von analogen induktiven Abstandssensoren auf, die in einer vorbestimmten feststehenden Gruppierung angeordnet sind. Vorzugsweise enthält jeder der Sensoren eine längliche, zylindrische Induktorspule mit einem Abtastende, oder Grundteil, das dem Werkstück gegenüberliegt, und mit einem Kopplungsende, das elektrisch an die Steuereinrichtung der CNC-Schneidmaschine angeschlossen ist. Ein Rohr mit einem Leiter verläuft vom Kopplungsende jeder Induktorspule aus nach außen, um das elektrische Signal aus dem entsprechenden Sensor zur Steuereinrichtung zu übertragen.

Die Sensorengruppe ist an einem vertikal verlaufenden Schaft befestigt, der mittig innerhalb eines hohlen, zylindrischen Gehäuses aufgenommen und an dem Gehäuse befestigt ist. Vorzugsweise ist eine Abdeckung, die die Form eines umgekehrten Bechers aufweist und von einer zentralen Öffnung durchlaufen wird, über dem Gehäuse positioniert, wobei die die Leiter enthaltenden Rohre der Sensoren durch die Öffnung der Abdeckung hindurch zur Steuereinrichtung verlaufen. Die Abdeckung ist am Gehäuse vorzugsweise durch wenigstens einen Satz Schrauben befestigt und die untere Kante der Abdeckung verläuft vorzugsweise unterhalb der Ebene, die durch die Grundteile der Sensoren festgelegt ist, um die Sensoren vor einem unabsichtlichen Berühren der Oberseite des Werkstückes und einer daraus resultierenden Beschädigung der Grundteile der Sensoren zu schützen.

Die Abdeckung ist starr am vertikal bewegbaren Tragarm für die Digitalisierungssonde befestigt, der von der Traglasche für die Digitalisierungssonde aus in Längsrichtung nach außen verläuft. Auf diese Weise ist die Sensorenanordnung mit dem Querportal in der Längs- und der Querrichtung linear bewegbar, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definieren. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung die Digitalisierungssonde und damit die Grundteile der Sensoren an jeder Stelle oberhalb der Oberseite des Werkstückes positionieren, indem sie das Querportal in die Längs- und die Querrichtung bewegt, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definieren.

Zum Betrieb wird das Werkstück (oder der Rest) auf den Auflagetisch der CNC-Schneidmaschine gelegt. Die an dem Querportal befestigte Digitalisierungssonde wird oberhalb der Oberseite des Werkstückes an einer Stelle innerhalb des Umfanges des Werkstückes positioniert. Die Sensorengruppe wird dann in Richtung auf das Werkstück abgesenkt, bis das elektrische Signal wenigstens eines der Sensoren eine vorgegebene maximale Spannung überschreitet. Die vorgegebene Spannung stellt die optimale Höhe der Sensoren oberhalb der Oberseite des Werkstückes zum Digitalisieren des Werkstückes dar.

Die Steuereinrichtung bewegt als nächstes die Digitalisierungsprobe in die Längs- oder die Querrichtung, bis das elektrische Signal wenigstens eines der Sensoren unter eine vorgegebene Spannung abfällt. Die vorgegebene minimale Spannung zeigt an, daß ein bekannter Abschnitt des entsprechenden Sensors über einen Rand des Werkstückes gelaufen ist. Die Steuereinrichtung bewegt sodann die Digitalisierungssonde im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes herum, während die elektrischen Signale der Sensoren kontinuierlich überwacht werden. Die Digitalisierungssonde bewegt sich in die Quer- oder in die Längsrichtung der Schneidmaschine, bis das elektrische Signal eines zweiten Sensors, der um 90 Grad vom ersten Sensor versetzt angeordnet ist, unter die vorgegebene minimale Spannung abfällt. Wenn die Spannung des zweiten Sensors unter das vorgegebene Minimum abfällt, ist der bekannte Abschnitt des zweiten Sensors über einen Rand des Werkstückes gelaufen.

Die Steuereinrichtung fährt fort, die Digitalisierungssonde im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes herumzubewegen, bis alle Ränder des Werkstückes lokalisiert worden sind und die Digitalisierungssonde zu ihrer Ausgangsposition zurückgekehrt ist. Die Steuereinrichtung verarbeitet dann die Digitalisierungsinformation, bildet die Auflagefläche des Werkstückes ab und legt fest, ob ein bestimmtes maschinell bearbeitetes Teil mit einer vorgegebenen Größe und Form aus dem Werkstück hergestellt werden kann.

Die Digitalisierungssonde der Erfindung kann die Lage der Ränder eines Werkstückes, das nicht quadratisch oder rechteckig geformt ist, und die Ausrichtung eines Werkstückes bestimmen, das Ränder aufweist, die nicht mit den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet sind. Falls beispielsweise der erste von der Digitalisierungssonde lokalisierte Rand nicht rechtwinklig zur Längs- oder zur Querrichtung verläuft, werden die Spannungen der Sensoren, die unmittelbar neben dem Sensor sind, der den Rand des Werkstückes lokalisiert hat, geringer als die Spannungen der restlichen Sensoren und nicht gleich bzw. gleichmäßig sein. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung die Neigung des Randes des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine bestimmen, indem sie die Spannungen der Sensoren vergleicht, die neben dem Sensor sind, der den Rand lokalisiert hat.

Die Steuereinrichtung bewegt dann die Digitalisierungssonde im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes inkrementell in die Quer- und die Längsrichtung entsprechend der Neigung des Randes des Werkstückes, bis das elektrische Signal eines zweiten Sensors, der um 90 Grad zum ersten Sensor versetzt angeordnet ist, unter die vorgegebene minimale Spannung abfällt. Die Steuereinrichtung bestimmt dann die Neigung des zweiten Randes durch Vergleichen der Spannungen der Sensoren, die unmittelbar neben dem zweiten Sensor angeordnet sind. Sobald die Steuereinrichtung der CNC-Schneidmaschine die Auflagefläche des Werkstückes abgebildet hat, kann die Steuereinrichtung das Werkstück innerhalb des Umfanges nach innenliegenden Ausschnitten abtasten, die größer als ungefähr 1/4 des Durchmessers der Grundteile der Sensoren sind. Die Steuereinrichtung kann auch Mittel aufweisen, um einen bestimmten Teil aus einer Gruppe von Teilen mit vorgegebenen Abmessungen und Formen auszuwählen, der unter Verwendung der maximalen Menge des Werkstückes mit der minimalen Menge an Abfall hergestellt werden kann.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird nun deutlich, daß die Digitalisierungssonde der Erfindung ein Werkstück oder den nicht verwendeten Abschnitt eines Werkstückes, das früher zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Teiles verwendet wurde (i. e. ein Rest-Werkstück), automatisch digitalisieren. Die Steuereinrichtung der Schneidmaschine nimmt sodann die Auflagefläche des Werkstückes auf und bestimmt, ob ein maschinell bearbeiteter Teil mit vorgegebenen Abmessungen und einer vorgegebenen Form aus dem Werkstück oder dem Rest-Werkstück hergestellt werden kann.

Nachdem einige der Gegenstände und Vorteile der Erfindung dargelegt worden sind, werden andere Gegenstände und Vorteile im Verlaufe der Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht bestimmter Bauteile einer CNC- Schneidmaschine, in der eine erfindungsgemäße Digitalisierungssonde eingebaut ist;

Fig. 2 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Sensoranordnungs-Baugruppe der Digitalisierungssonde aus Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes unter Verwendung der Digitalisierungssonde aus Fig. 1 zeigt, wobei die Ränder des Werkstückes mit den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet sind;

Fig. 3A ein Schaubild, in dem der Linienzug des Weges der Digitalisierungssonde aus Fig. 1 um den Umfang des Werkstückes aus Fig. 3 herum dargestellt ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines Werkstückes unter Verwendung der Digitalisierungssonde aus Fig. 1 zeigt, wobei die Ränder des Werkstückes mit den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine nicht ausgerichtet sind, und

Fig. 4A ein Schaubild, in dem der Linienzug des Weges der Digitalisierungssonde aus Fig. 1 um den Umfang des Werkstückes aus Fig. 4 herum dargestellt ist.

Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen Fig. 1 bestimmte Bauteile einer herkömmlichen CNC- Schneidmaschine zeigt, die eine schematisch bei 12 angegebene Steuereinrichtung zum Bewegen eines Querportals 10 aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann jede Einrichtung zum Automatisieren der Bewegung des Querportals 10 sein, ist aber vorzugsweise ein Mikrocomputer, bei dem interaktive Software benutzt wird, um das Querportal in die Längsrichtung X und in die Querrichtung Y, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definieren, und in die Vertikalrichtung Z zu bewegen, die senkrecht zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine verläuft. Das Querportal 10 ist mit der Querachse Y ausgerichtet und in die Längsrichtung X und in die Querrichtung Y mittels herkömmlicher Antriebsmittel bewegbar. Die CNC-Schneidmaschine weist ferner einen (nicht dargestellten) Auflagetisch zur Abstützung eines Werkstückes W unterhalb des Querportals 10 auf, der in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu der Ebene verläuft, die durch die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine festgelegt ist. Üblicherweise ist der Auflagetisch aus Metall hergestellt und weist ein horizontales Gitter auf, das aus Längs- und Querschienen besteht.

Das Werkstück W ist üblicherweise aus Metall hergestellt und im allgemeinen eben, so daß es relativ zu seinen Abmessungen in der Längsrichtung X und in der Querrichtung Y dünn ist. Vorzugsweise ist das Werkstück W quadratisch oder rechteckig geformt und innerhalb seines Umfangs durchlaufend. Das Werkstück W kann jedoch der nicht verwendete Abschnitt eines Werkstückes sein, das früher bzw. vorher zum Herstellen eines oder mehrerer maschinell bearbeiteter Teile auf der Schneidmaschine verwendet wurde. Der nicht verwendete Abschnitt ist den Fachleuten für Schneidmaschinen als Abfall- oder Restwerkstück bzw. Verschnitt bekannt. Das Rest-Werkstück kann unregelmäßig geformt sein und Löcher oder Ausschnitte innerhalb des Umfangs des Werkstückes enthalten. Vorzugsweise jedoch verlaufen die Ränder des Werkstückes im wesentlichen linear und durchgehend, wie in Fig. 1 dargestellt.

Das Querportal 10 weist eine Halteklammer bzw. -lasche 14 für eine Schneideinrichtung auf, um eine Schneideinrichtung 16 am Querportal der Schneidmaschine zu befestigen. Die Schneideinrichtung 16 kann jedes Werkzeug zum maschinellen Bearbeiten eines Teiles mit vorgegebenen Abmessungen und einer vorgegebenen Form aus dem Werkstück W sein. Die Schneideinrichtung 16 kann zum Beispiel eine berührungslos arbeitende Schneideinrichtung sein, wie zum Beispiel ein Sauerstoffstrahl- Schneidbrenner, eine Laser-Schneideinrichtung oder eine Wasserstrahl-Schneideinrichtung. Die Schneideinrichtung 16 kann auch eine mit Berührung arbeitende Schneideinrichtung, wie zum Beispiel ein Rauter bzw. eine Fräseinrichtung sein. Vorzugsweise ist die Schneideinrichtung 16, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Plasmagas-Schneidbrenner, der von der ESAB Group of Florence, South Carolina, hergestellt und im US-Patent Nr. 5 124 525 offenbart ist, wobei die Offenbarung dieses Patentes ausdrücklich hier einbezogen wird.

Die Haltelasche 14 für die Schneideinrichtung weist Positionierungsmittel 13 auf, um eine Vertikalbewegung der Schneideinrichtung 16 zu einer vorgegebenen Arbeitshöhe oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W zu gestatten. Die Positionierungsmittel 13 können beispielsweise ein von einem Gleichstrom-Servomotor bzw. -Stellmotor betriebener Kugelumlaufspindel-Antrieb sein. Die Schneideinrichtung 16 ist in herkömmlicher Weise an einen Haltelaschenarm 15 für die Schneideinrichtung befestigt, der in Längsrichtung aus den Positionierungsmitteln 13 der Haltelasche 14 für die Schneideinrichtung nach außen vorragt. Die Schneideinrichtung 16, die Haltelasche 14 für die Schneideinrichtung, die Positionierungsmittel 13 und der Haltelaschenarm 15 für die Schneideinrichtung sind in üblicher Weise ausgebildet.

Das Querportal 10 weist ferner eine Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde auf, um eine erfindungsgemäße, allgemein mit 20 bezeichnete Digitalisierungssonde oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W zu befestigen. Die Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde weist eine Positioniereinrichtung 17 auf, um eine Vertikalbewegung der Digitalisierungssonde 20 zu einer vorgegebenen optimalen Höhe über der Oberseite T des Werkstückes W zu gestatten. Die Digitalisierungssonde 20 ist in herkömmlicher Weise an einem Haltelaschenarm 19 befestigt, der sich in Längsrichtung aus der Positioniereinrichtung 17 der Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde hinaus erstreckt.

Die Digitalisierungssonde 20 weist eine Sensoranordnungs- Baugruppe 30 auf, die in der auseinandergezogenen Ansicht in Fig. 2 dargestellt ist und die mit der Steuereinrichtung 12 der Schneidmaschine elektrisch verbunden ist. Die Sensoranordnungs-Baugruppe 30 weist ein hohles zylindrisches Gehäuse 32 auf, in dem ein Hohlraum 33 zur mittigen Aufnahme einer Mehrzahl von Sensoren 34 ausgebildet ist. Die Sensoren 34 können beliebige bekannte Linienfolger oder Linienabtaster sein, die ein elektrisches Signal erzeugen, das der Größe des Sensor-Oberflächenbereiches proportional ist, der sich oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W befindet. Die Sensoren 34 können beispielsweise analoge kapazitive Abstandssensoren oder analoge optische Linienabtastsensoren sein. Vorzugsweise jedoch sind die Sensoren 34 analoge induktive Abstandssensoren.

Induktive Abstandssensoren werden gegenüber kapazitiven Abstandssensoren bevorzugt, weil das elektrische Signal aus einem kapazitiven Abstandssensor nicht ausreichend auf die gängigsten Metalle bzw. die meisten Basismetalle anspricht und daher verstärkt werden muß für eine Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 12 der Schneidmaschine. Induktive Abstandssensoren werden gegenüber optischen Linienabtastsensoren bevorzugt, weil das elektrische Signal aus einem optischen Linienabtastsensor auf dem optischen Kontrast zwischen der Linie oder dem Rand, die bzw. der abgetastet wird, und dem Material des Hintergrundes, i. e. Luft oder eine Schiene des Auflagetisches, der aus einem ähnlichen Material wie das Werkstück hergestellt ist, beruht.

Außerdem hängt die Amplitude des elektrischen Signals vor einer Verstärkung vom Reflektionsvermögen der Linie oder des Randes ab, die bzw. der abgetastet wird. Obwohl die Ränder des Werkstückes mit einer reflektierenden Farbe angestrichen sein können, um den optischen Kontrast zwischen dem Werkstück und dem Tisch zu erhöhen, erfordert dieses einen zusätzlichen zeitaufwendigen Schritt, der die durch die Automatisierung des Schneidvorganges erzielten Vorteile vermindert. Dementsprechend ist es bevorzugt, daß die Sensoren 34 analoge induktive Abstandssensoren sind, so daß die von den Sensoren erzeugten elektrischen Signale keine Verstärkung benötigen und die Ränder des Werkstückes nicht mit einem optisch reflektierenden Material angestrichen werden müssen.

Die Sensoren 34 sind analoge Sensoren, weil digitale Sensoren elektrische Signale erzeugen, die anzeigen, ob irgendein Teil des Sensors sich oberhalb des Werkstückes W befindet. Daher ist der Sensor "An", wenn irgendein Abschnitt des Sensors über dem Werkstück W ist, oder er ist "Aus", wenn kein Abschnitt des Sensors sich oberhalb des Werkstückes befindet. Dementsprechend kann ein digitaler Sensor die örtliche Lage des Randes des Werkstückes W nur innerhalb einer Genauigkeit bestimmen, die ungefähr dem halben Durchmesser des Sensors gleich ist.

Weiterhin kann eine Gruppe bzw. Anordnung von digitalen Sensoren, falls der Rand des Werkstückes nicht mit einer der orthogonalen Achsen der CNC-Schneidmaschine ausgerichtet ist, nicht die Ausrichtung oder die Neigung des Randes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine bestimmen. Dementsprechend wird die Digitalisierungssonde dem Rand des Werkstückes in einer Reihe von deutlichen Zickzack-Bewegungen folgen. Die Digitalisierungssonde 20 wird sich in einer Reihe von Zickzack-Bewegungen bewegen, da die Steuereinrichtung 12 die elektrischen Signale zwischen benachbarten Sensoren nicht interpolieren kann, um die örtliche Lage und die Ausrichtung des Randes des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der CNC-Maschine genau zu bestimmen. Die elektrischen Signale aus den analogen Sensoren jedoch können von der Steuereinrichtung 12 vor einem Verarbeiten der digitalisierten Information in digitale Signale umgewandelt werden.

Jeder der Sensoren 34 weist eine längliche, zylindrische Induktorspule 35 mit einem Abtastende oder Grundteil 36, das dem Werkstück W gegenüberliegt, und ein Kopplungsende 37 auf.

Jeder Sensor 34 weist ferner einen isolierten elektrischen Leiter 38 zur Übertragung eines elektrischen Signals auf, das eine Spannung enthält, die proportional zu dem Bereich des Grundteils 36 des Sensors 34 ist, der sich oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W befindet. Der Leiter 38 verläuft vom Grundteil 36 des Sensors 34 aus durch eine im Kopplungsende 37 der Induktorspule 35 vorgesehene Öffnung zu der Steuereinrichtung 12 der CNC-Schneidmaschinen.

Die Sensoren 34 sind in einer vorgegebenen feststehenden Gruppierung angeordnet und zum Beispiel durch Epoxidharz, an einem länglichen, vertikalen Schaft 40 befestigt. In der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform sind die Sensoren 34 symmetrisch in einer kreisförmigen Gruppierung um den Schaft 40 herum angeordnet. Die Sensoren 34 und der Schaft 40 sind mittig in dem Gehäuse 32 aufgenommen und so befestigt, daß der Schaft und die Sensoren mit der Vertikalrichtung Z ausgerichtet sind und die Grundteile 36 der Sensoren parallel zur Oberseite T des Werkstückes W verlaufen und dieser gegenüberliegen.

Eine Abdeckung 42 in Form eines umgedrehten Bechers wird von einer zentralen Öffnung 43 durchlaufen und ist über dem Gehäuse 32 so angeordnet, daß das Bündel von Leitern 38 durch die Öffnung hindurchläuft. Die Abdeckung 42 ist am Gehäuse 32 mit wenigstens einem Satz Schrauben 44 befestigt und an dem Haltelaschenarm 19 für die Digitalisierungssonde angebracht, so daß die Sensoren 34 mit der Abdeckung vertikal bewegbar sind, wenn die Positionierungseinrichtung 17 die Sensorenanordnungs-Baugruppe 30 oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W positioniert.

Die Funktionsweise der Digitalisierungssonde 20 zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes W mit Rändern, die mit den orthogonalen Achsen der CNC-Schneidmaschine ausgerichtet sind, ist in Fig. 3 dargestellt. Das Werkstück W wird auf den Auflagetisch der CNC-Schneidmaschine gelegt und die Bedienungsperson positioniert die Digitalisierungssonde 20 oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W, so daß die Sonde sich vollständig innerhalb des Umfanges des Werkstückes befindet. Anfänglich ist die Digitalisierungsprobe 20 ausreichend hoch oberhalb des Werkstückes W positioniert, so daß die Spannungen der Sensoren 34 näherungsweise Null sind. Die Steuereinrichtung befiehlt der Positionierungseinrichtung 17 der Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde, die Digitalisierungssonde 20 abzusenken, bis die Spannung wenigstens eines der Sensoren 34 einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Wenn beispielsweise der Spannungsbereich der analogen induktiven Abstandssensoren 34 0-10 Volt beträgt, wird die Digitalisierungssonde 20 durch die Positionierungseinrichtung 17 abgesenkt, bis die Spannung wenigstens eines der Sensoren zum Beispiel 8 Volt überschreitet. Da die Digitalisierungssonde 20 über die Oberseite T des Werkstückes W bewegt wird, werden die Spannungen der Sensoren 34 aufgrund von Unregelmäßigkeiten, wie zum Beispiel Erhebungen und Tälern, in der Oberseite T schwanken. Dementsprechend überwacht die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich die Spannungen der Sensoren 34, um die vorgegebene optimale Höhe der Digitalisierungssonde 20 oberhalb des Werkstückes W während des Digitalisierungsvorganges beizubehalten.

Sobald die Digitalisierungssonde 20 in der vorgegebenen optimalen Höhe oberhalb des Werkstückes W positioniert ist, wählt die Bedienungsperson eine anfängliche Verfahrrichtung aus, in der die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde bewegt. Wie für das Beispiel aus Fig. 3 ausgewählt, bewegt die Steuereinrichtung 12 das Querportal 10 (und damit die Digitalisierungssonde 20) in die positive Querrichtung Y. Da die Digitalisierungssonde sich quer über das Werkstück W in die positive Querrichtung Y bewegt, beträgt die Spannung jedes Sensors 34 anfänglich ungefähr 8 Volt.

Wenn einer der Sensoren 34 den linken Rand 52 des Werkstückes W erreicht und diesen überläuft, fällt seine Spannung im Verhältnis zu der Größe des Sensor-Oberflächenbereiches ab, dargestellt durch Schraffur in Fig. 3, der über den Rand des Werkstückes hinaus gelaufen ist. Da zum Beispiel 25% des Oberflächenbereiches eines Sensors 34 über den Rand des Werkstückes W hinaus gelaufen ist, fällt die Spannung des Sensors auf ungefähr 6 Volt ab. Wenn 50% des Oberflächenbereiches eines Sensors über den Rand des Werkstückes hinaus gelaufen sind, fällt die Spannung des Sensors auf ungefähr 4 Volt ab.

Wenn der Sensor #7 im Beispiel von Fig. 3 den Rand des Werkstückes erreicht und über diesen hinwegläuft, beginnt seine Spannung abzufallen. Da die Steuereinrichtung 12 fortfährt, die Digitalisierungssonde 20 in die positive Querrichtung Y zu bewegen, beginnen auch die Spannungen der Sensoren #6 und #8, die neben Sensor #7 angeordnet sind, abzufallen. Da der linke Rand 52 des Werkstückes W in Fig. 3 mit einer der orthogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet ist, bleiben die Spannungen der Sensoren #6 und #8 zueinander ungefähr gleich.

Wenn die Digitalisierungssonde 20, die in Fig. 3 mit 50 bezeichnete Stelle erreicht, betragen die Spannungen der Sensoren #7, #6 und #8 beispielsweise ungefähr 2, 6 bzw. 6 Volt. Durch Vergleichen der Spannungen der Sensoren #6 und #8 (die gleich sind) bestimmt die Steuereinrichtung 12, daß der linke Rand 52 des Werkstückes parallel zur Längsachse X verläuft. Dementsprechend bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum in die positive Längsrichtung X. Unabhängig von der durch die Bedienungsperson gewählte Anfangsverfahrrichtung ist die Steuereinrichtung vorprogrammiert, die Digitalisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum zu bewegen.

Die Steuereinrichtung 12 überwacht kontinuierlich die Spannungen der Sensoren 34, während die Digitalisierungssonde 20 sich in die positive Längsrichtung X bewegt. Wenn die Digitalisierungssonde den oberen Rand 62 des Werkstückes erreicht und überläuft, wird die Spannung des Sensors #1, der um 90 Grad vom Sensor #7 versetzt angeordnet ist, im Verhältnis der Größe des Sensor-Oberflächenbereiches abfallen, der über den oberen Rand des Werkstückes hinaus gelaufen ist. Wenn die Digitalisierungssonde 20 die in Fig. 3 mit 60 bezeichnete Stelle erreicht, betragen die Spannungen der Sensoren #1, #8 und #2 beispielsweise ungefähr 2, 4,5 bzw. 6 Volt.

Da die Spannung des Sensors #8 geringer als die Spannung des Sensors #2 ist, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 in einer Reihe von Inkrementen in die positive Längsrichtung X und die negative Querrichtung Y. Dementsprechend weist der Linienzug des Weges der Digitalisierungssonde 20, der in Fig. 3A dargestellt ist, einen kleinen Zickzack-Abschnitt an jeder Ecke des Werkstückes W auf. Da die Spannung des Sensors #8 sich der Spannung des Sensors #2 annähert, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum nur in die negative Querrichtung Y.

Die Steuereinrichtung 12 fährt fort, die Digitalisierungssonde 20 in dieser Weise zu bewegen, bis die Sonde die in Fig. 3 mit 70 bezeichnete Stelle erreicht. Wenn die Digitalisierungssonde 20 auf dem Werkstück W die Innenecke 72 erreicht und überläuft, steigen die Spannungen der Sensoren #8, #7 und #6 auf jeweils ungefähr 8 Volt an. Als Antwort auf diesen Zustand bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 in einer Reihe kleiner Inkremente in die positive Querrichtung Y und in die negative Längsrichtung X, bis die Spannung des Sensors #5 beispielsweise ungefähr 2 Volt beträgt und die Spannungen der Sensoren #6 und #4 näherungsweise gleich sind. Danach bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum in die positive Querrichtung Y.

Sobald die Digitalisierungssonde 20 wieder die in Fig. 3 mit 50 bezeichnete Stelle erreicht, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Sonde in negativer Querrichtung Y zurück in ihre Ausgangsposition. Während des Digitalisierungsvorganges empfängt die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich Digitalisierungsinformation von der Digitalisierungssonde 20 und wandelt die Digitalisierungsinformation in Linearvektoren mit kurzer, endlicher Länge um, um die mathematische Darstellung der Auflagefläche des in Fig. 3A dargestellten Werkstückes W zu entwickeln. Durch Vergleich der Auflagefläche des Werkstückes W mit der Auflagefläche eines maschinell bearbeiteten Teils, das eine vorbestimmte Größe und Form aufweist, kann die Steuereinrichtung bestimmen, ob das Teil aus dem digitalisierten Werkstück hergestellt werden kann.

Die Funktionsweise der Digitalisierungssonde 20 zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines Werkstückes W, das Ränder aufweist, die nicht mit den orthogonalen Achsen der CNC-Maschine ausgerichtet sind, ist in Fig. 4 dargestellt. Das Werkstück W wird auf den Auflagetisch der Schneidmaschine gelegt und die Digitalisierungssonde 20 wird darüber und vollständig innerhalb des Umfangs des Werkstückes W positioniert. Die Sonde wird dann auf die vorgegebene optimale Höhe oberhalb der Oberseite T des Werkstückes abgesenkt, und die Bedienungsperson wählt die Anfangsverfahrrichtung der Sonde wie vorstehend beschrieben aus.

Wie für das Beispiel aus Fig. 4 gewählt, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 in die positive Querrichtung Y. Wenn die Digitalisierungssonde 20 sich in die positive Querrichtung Y bewegt, betragen die Spannungen jedes Sensors 34 anfänglich ungefähr 8 Volt. Wenn Sensor #7 den Rand des Werkstückes W erreicht und über diesen hinaus läuft, beginnt seine Spannung um Verhältnis zur Größe des Sensor- Oberflächenbereiches abzufallen, der über den Rand des Werkstückes hinausgelaufen ist. Wie vorstehend beschrieben, fallen auch die Spannungen der benachbarten Sensoren #6 und #8 ab, bis die Spannung wenigstens eines der Sensoren #6 und #8 auf einen vorgegebenen Wert verringert ist.

Da der linke Rand 82 des Werkstückes W in Fig. 4 nicht mit einer der orthogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet ist, werden die Spannungen der Sensoren #6 und #8 nicht gleich bleiben. Wenn die Digitalisierungssonde 20 die in Fig. 4 mit 80 bezeichnete Stelle erreicht, betragen die Spannungen der Sensoren #7, #6 und #8 beispielsweise ungefähr 2, 6 bzw. 7 Volt. Durch Vergleich der Spannungen der Sensoren #6 und #8 bestimmt die Steuereinrichtung, daß der linke Rand 82 des Werkstückes W nicht parallel zur Längsachse X verläuft und berechnet die Neigung des linken Randes des Werkstückes an der Stelle 80. Die Steuereinrichtung 12 bewegt dann die Digitalisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum in einer Reihe von kleinen Inkrementen in die positive Längsrichtung X und die positive Querrichtung Y entsprechend der Neigung des linken Randes 82, so daß die Spannung des Sensors #7 ungefähr konstant bleibt.

Die Steuereinrichtung 12 überwacht kontinuierlich die Spannungen der Sensoren, während die Digitalisierungssonde 20 sich inkrementell in die positive Längsrichtung X und in die positive Querrichtung Y bewegt, um dem linken Rand 82 des Werkstückes W zu folgen. Wenn die Digitalisierungssonde 20 den oberen Rand 92 des Werkstückes W erreicht und über diesen hinaus läuft, fällt die Spannung des Sensors #1 im Verhältnis der Größe des Sensor-Oberflächenbereiches ab, der über den oberen Rand des Werkstückes hinaus gelaufen ist. Wenn die Digitalisierungssonde 20 die in Fig. 4 mit 90 bezeichnete Stelle erreicht, betragen die Spannungen der Sensoren #1, #8 und #2 beispielsweise ungefähr 2, 4,5 bzw. 7 Volt.

Da die Spannung des Sensors #8 geringer ist als die Spannung des Sensors #2, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde 20 in einer Reihe von kleinen inkrementen in die positive Längsrichtung X und in die negative Querrichtung Y entsprechend der Neigung des oberen Randes 92 an der Stelle 90, wobei die Neigung von der Steuereinrichtung 12 so berechnet ist, daß die Spannung des Sensors #1 ungefähr konstant bleibt. Wie weiter oben beschrieben ist, weist der Weg der Digitalisierungssonde einen kleinen zickzackförmigen Abschnitt an jeder Ecke des Werkstückes auf, da die Spannung des Sensors #8 vorübergehend durch die zusätzliche Größe des Sensor-Oberflächenbereiches beeinflußt ist, der sich jenseits des linken Randes 82 des Werkstückes W befindet. Da die Steuereinrichtung 12 fortfährt, die Neigung des oberen Randes 92 zu berechnen, wird sich die Digitalisierungssonde 20 entsprechend dem in Fig. 4A dargestellten Linienzug des Weges der Digitalisierungssonde 20 bewegen.

Die Steuereinrichtung 12 fährt fort, die Digitalisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes in dieser Weise herum zu bewegen, bis die Digitalisierungssonde 20 die in Fig. 4 mit 80 bezeichnete Stelle wieder erreicht. Die Steuereinrichtung 12 bewegt sodann die Digitalisierungssonde 20 in die negative Querrichtung Y, bis die Sonde zu ihrer Ausgangsposition zurückgekehrt ist. Während die Digitalisierungssonde 20 dem Umfang des Werkstückes W folgt, empfängt die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich Digitalisierungsinformation von der Digitalisierungssonde. Wie weiter oben beschrieben ist, wandelt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungsinformation in die mathematische Darstellung der in Fig. 4A dargestellten Auflagefläche des Werkstückes W um. Durch Vergleich der Auflagefläche des Werkstückes W mit der Auflagefläche eines maschinell bearbeiteten Teiles, das vorgegebene Abmessungen und eine vorgegebene Form aufweist, kann die Steuereinrichtung bestimmen, ob das Teil aus dem digitalisierten Werkstück hergestellt werden kann.

Wie Fachleuten für CNC-Schneidmaschinen klar sein wird, kann die Digitalisierungssonde 20 der Erfindung, sobald die Auflagefläche des Werkstückes abgebildet bzw. aufgenommen worden ist, eingesetzt werden, um die Oberseite T innerhalb des Umfangs des Werkstückes W nach innenliegenden Löchern und Ausschnitten abzutasten. Die einzige Beschränkung, die die Digitalisierungssonde 20 der Erfindung aufweist, liegt darin, daß die Ausschnitte größer als ungefähr 3/4 des Durchmessers der Sensoren 34 sein müssen.

Dementsprechend stellt die Erfindung eine Digitalisierungssonde zur genauen Lagebestimmung der Ränder und Bestimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallwerkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC- Schneidmaschine zur Verfügung.


Anspruch[de]
  1. 1. Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine, mit

    einer Mehrzahl von Abstandssensoren, die in einer symmetrischen kreisförmigen Anordnung angeordnet sind und jeweils die Oberfläche des Werkstückes abtasten;

    einem länglichen, vertikal verlaufenden Schaft zur Befestigung der Mehrzahl von Sensoren in dieser Anordnung derart, dass die einzelnen Sensoren mit dem Schaft in der Vertikalrichtung ausgerichtet sind und dass das dem Werkstück gegenüberliegende Abtastende der Sensoren parallel zur Oberseite des Werkstückes verläuft;

    einem hohlen Sensorgehäuse mit einem Hohlraum zur mittigen Aufnahme des Schaftes und der Mehrzahl von Sensoren und mit einer Abdeckung, die die Form eines umgedrehten Bechers aufweist und an der Aussenfläche des hohlen Sensorgehäuses befestigt ist und von einer mittigen Öffnung durchlaufen wird, die eine vertikale, senkrecht zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine verlaufende Achse definiert, wobei die Größe der Öffnung so ausgelegt ist, dass elektrische, an die Sensoren angeschlossene Leiter durch die Abdeckung hindurchlaufen können.
  2. 2. Digitalisierungssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde wenigstens vier Abstandssensoren aufweist.
  3. 3. Digitalisierungssonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor wenigstens ein Abtastende und eine Schaltung zur Erzeugung eines elektrischen Signals aufweist, das proportional zu der Größe des Oberflächenbereiches des Abtastendes ist, der über einem Werkstück liegt.
  4. 4. Digitalisierungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor einen analogen induktiven Abstandssensor aufweist.
  5. 5. CNC-Schneidmaschine zum Schneiden eines Metallteils aus einem allgemein ebenen Werkstück, wobei die Schneidmaschine für eine Bewegung in der Längsrichtung und in der Querrichtung geeignet ist, die orthogonale Achsen definieren, und aufweist eine an der Schneidmaschine befestigte Schneideinrichtung zum Schneiden des Metallteiles aus dem Werkstück;

    einen Auflagetisch zum horizontalen Stützen des Werkstückes unterhalb der Schneideinrichtung;

    eine an der Schneidmaschine befestigte Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine;

    eine Steuereinrichtung, die an die Schneideinrichtung und die Digitalisierungssonde elektrisch angeschlossen ist;

    elektrisch an die Steuereinrichtung angeschlossene Mittel zum Bewegen der Schneideinrichtung und der Digitalisierungssonde in der Längs- und in der Querrichtung, wobei die Digitalisierungssonde eine Mehrzahl von Abstandssensoren aufweist, die in einer symmetrischen kreisförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei jeder der Sensoren ein dem Werkstück gegenüberliegendes Abtastende und ein Kopplungsende aufweist, das mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden ist.
  6. 6. CNC-Schneidmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalisierungssonde wenigstens vier Abstandssensoren und jeder der Abstandssensoren eine Schaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signals aufweist, das der Größe des Oberflächenbereiches des Abtastendes proportional ist, der über dem Werkstück liegt.
  7. 7. CNC-Schneidmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Abstandssensoren einen analogen induktiven Abstandssensor aufweist.
  8. 8. CNC-Schneidmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bewegen der Schneideinrichtung und der Digitalisierungssonde in der Längs- und in der Querrichtung Mittel zum wahlweisen Bewegen der Schneideinrichtung und der Digitalisierungssonde in einer Vertikalrichtung aufweisen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com