DE19641607A1 - Digitalisierungssonde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Digitalisierungssonde und auf ein Verfahren zur Lagebestimmung der Kanten bzw. Ränder einer Metallplatte. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Digitalisierungssonde und auf ein Verfahren zur La­ gebestimmung 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. Wünschens­ wert ist es, den Schneidvorgang zu automatisieren, um die Produktivität und Qualität zu erhöhen und dabei Herstellungs- und Arbeitskosten zu senken. Ein bestimmtes Verfahren zur Au­ tomatisierung des Schneidvorganges, nämlich die numerische Steuerung der Schneidmaschine, wird seit mindestens den spä­ ten 1950ger Jahren auf Schneidmaschinen angewendet. Numeri­ sche 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 Verfügbar­ keit von Mikrocomputern und interaktiver Software werden bei modernen numerisch gesteuerten Schneidmaschinen üblicherweise mittels Computer numerisch gesteuerte ("CNC"-)Systeme einge­ setzt.

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 Digitalisie­ rungssonde an aufeinanderfolgenden Stellen um den Umfang des Werkstückes herum manuell positioniert wird. Die Digitalisie­ rungssonde versorgt die Steuereinrichtung mit den orthogona­ len Koordinaten der digitalisierten Stellen, so daß die Soft­ ware der Steuereinrichtung den Umfang und damit die Auflage­ fläche des Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine abbilden bzw. aufnehmen kann. Die Lagebestim­ mung der Ränder und die Bestimmung der Ausrichtung des Werk­ stückes 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 Bedienungs­ person erforderlich, um die Digitalisierungssonde oberhalb wenigstens drei Ecken eines quadratisch oder recht eckig ge­ formten Werkstückes manuell zu positionieren. Mit der digita­ lisierten Information bildet die Steuereinrichtung die Aufla­ gefläche 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 Werk­ stückes digitalisiert werden. Dementsprechend können die nicht verwendeten Abschnitte früherer Werkstücke, in der Schneidmaschinentechnik als Abfälle oder Reste bzw. Ver­ schnitt bekannt, die nicht allgemein quadratisch oder recht­ eckig 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 schließen 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 Linienab­ tastsensor offenbart. Der Kopf des Sensors enthält eine opti­ sche Faser mit einer Lichtquelle zum Übertragen eines Licht­ strahls in die Richtung einer Materialtafel, auf deren Mate­ rial eine Linie gezogen, gedruckt oder anderweitig befestigt ist. Das die Linien umgebende Material hat eine sich abheben­ de energie-reflektierende Eigenschaft, um elektrische Signale zu erzeugen, die für die Bewegung des Sensors relativ zur Li­ nie repräsentativ sind.

Der Einsatz des im US-Patent Nr. 4 518 856 beschriebenen op­ tischen 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 Linienabtastsenso­ ren benutzen den optischen Kontrast zwischen der abgetasteten Linie und dem Material des Hintergrundes. Üblicherweise ist der Auflagetisch einer CNC-Schneidmaschine aus Metall herge­ stellt und weist ein horizontales Gitter auf, das aus in Längsrichtung und in Querrichtung verlaufenden Schienen be­ steht. 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 Auflageti­ sches liegt. Der Umfang des Werkstückes kann angemalt sein, um einen optischen Kontrast zwischen den Rändern des Werk­ stückes und dem Hintergrund zu bewirken. Das Anmalen des Um­ fanges des Werkstückes ist jedoch zeitaufwendig und verrin­ gert 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 Linienabtaster, der Kapazität mißt, erzeugt jedoch ebenfalls ein bedeutendes Problem. Die Ansprechemp­ findlichkeit eines kapazitiven Abstandssensors auf die gän­ gigsten Metalle bzw. auf die meisten Basismetalle ist ohne Verstärkung nicht ausreichend, um die Genauigkeit zu erzeu­ gen, die notwendig ist, um die Lage der Ränder und die Aus­ richtung eines Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen der CNC-Schneidmaschine genau zu bestimmen.

Unabhängig vom Typ des zum Abbilden des Umfangs des Werkstüc­ kes eingesetzten Sensors ist das Ausgangssignal des Sensors üblicherweise entweder ein digitales oder analoges elektri­ sches 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 elektri­ sche Signal aus einem digitalen Sensor eine "An"- oder eine "Aus" -Anzeige und zeigt nicht an, wieviel des Sensors ober­ halb des Werkstückes ist. Infolgedessen ist ein digitaler Sensor nicht so genau wie ein analoger Sensor und die Digita­ lisierungssonde tastet den Umfang des Werkstückes mit deutli­ chen Zickzack-Bewegungen ab. Zur Erzielung derselben Genauig­ keit und glatten Bewegung, die aus einer vorbestimmten Grup­ pierung bzw. Anordnung von analogen Sensoren erhalten wird, würden deutlich mehr oder deutlich kleinere digitale Sensoren erforderlich sein.

Dementsprechend halten Fachleute für CNC-Schneidmaschinen­ technik es für schwierig, automatisch die Lage der Ränder und die Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallwerkstückes re­ lativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine zu be­ stimmen. Insbesondere halten es Fachleute für CNC-Schneid­ maschinentechnik es für schwierig, wenn nicht unmöglich, Rest-Werkstücke zu verwenden, die nicht allgemein quadratisch oder rechteckig geformt sind oder die innenliegende Aus­ schnitte 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 und das Verfahren der Erfindung diese und andere Probleme.

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

Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine verbes­ serte Digitalisierungssonde und ein Verfahren zur automati­ schen Lagebestimmung der Ränder und zum Bestimmen der Aus­ richtung eines allgemein ebenen Metallstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine zur Verfügung zu stellen.

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

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

Die Erfindung stellt eine Digitalisierungssonde und ein Ver­ fahren zur Lagebestimmung der Kanten bzw. Ränder und zur Be­ stimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Metallwerk­ stückes 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 Was­ serstrahl-Schneideinrichtung, oder eine mit Berührung schnei­ dende Einrichtung, wie zum Beispiel ein Rauter bzw. ein Plat­ tenfräser, ist an einem vertikal beweglichen Tragarm für die Schneideinrichtung montiert, der an einer am Querportal vor­ gesehenen Traglasche für die Schneideinrichtung angebracht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schneidein­ richtung 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 Digitalisie­ rungssonde angebracht ist, die an dem Querportal nahe der Traglasche für die Schneideinrichtung vorgesehen ist, und ist elektrisch mit der Steuereinrichtung der Schneidmaschine ver­ bunden, 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 Digitalisie­ rungssonde in einer vorbestimmten vertikalen Höhe oberhalb der Oberseite des Werkstückes positionieren.

Das Werkstück ist vorzugsweise eine allgemein ebene, quadra­ tisch oder rechteckig geformte Metallplatte. Das Werkstück kann jedoch der nicht verwendete Abschnitt eines Werkstückes sein, das früher zur Herstellung eines maschinell bearbeite­ ten 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 aufwei­ sen. Dementsprechend ist die manuelle Lagebestimmung der Rän­ der und die manuelle Bestimmung der Ausrichtung eines Rest­ werkstückes 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 bewe­ gen, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definie­ ren. Die Steuereinrichtung weist vorzugsweise Mittel zum Ver­ arbeiten 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, wel­ che dem Querportal befehlen, die Schneideinrichtung gemäß vorprogrammierten Befehlen zu bewegen, um ein maschinell be­ arbeitetes Teil mit vorbestimmten Abmessungen und einer vor­ bestimmten Form aus dem Werkstück herzustellen. In einer be­ vorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eine ANC40 VISION-Nachführsteuerung bzw. -Abtaststeuerung, herge­ stellt 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 ent­ hält jeder der Sensoren eine längliche, zylindrische Induk­ torspule mit einem Abtastende, oder Grundteil, das dem Werk­ stück gegenüberliegt, und mit einem Kopplungsende, das elek­ trisch an die Steuereinrichtung der CNC-Schneidmaschine ange­ schlossen ist. Ein Rohr mit einem Leiter verläuft vom Kopp­ lungsende jeder Induktorspule aus nach außen, um das elektri­ sche Signal aus dem entsprechenden Sensor zur Steuereinrich­ tung zu übertragen.

Die Sensorengruppe ist an einem vertikal verlaufenden Schaft befestigt, der mittig innerhalb eines hohlen, zylindrischen Gehäuses aufgenommen und an dem Gehäuse in herkömmlicher Wei­ se befestigt ist. Vorzugsweise ist eine Abdeckung, die die Form eines umgekehrten Bechers aufweist und von einer zentra­ len Öffnung durchlaufen wird, über dem Gehäuse positioniert, wobei die die Leiter enthaltenden Rohre der Sensoren durch die Öffnung der Abdeckung hindurch zur Steuereinrichtung ver­ laufen. Die Abdeckung ist am Gehäuse vorzugsweise durch we­ nigstens 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 Sen­ soren 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 beweg­ bar, die die orthogonalen Achsen der Schneidmaschine definie­ ren. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung die Digitali­ sierungssonde 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 defi­ nieren.

Zum Betrieb wird das Werkstück (oder der Rest) auf den Aufla­ getisch 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 Si­ gnal wenigstens eines der Sensoren eine vorgegebene maximale Spannung überschreitet. Die vorgegebene Spannung stellt die optimale Höhe der Sensoren oberhalb der Oberseite des Werk­ stückes zum Digitalisieren des Werkstückes dar.

Die Steuereinrichtung bewegt als nächstes die Digitalisie­ rungsprobe in die Längs- oder die Querrichtung, bis das elek­ trische Signal wenigstens eines der Sensoren unter eine vor­ gegebene Spannung abfällt. Die vorgegebene minimale Spannung zeigt an, daß ein bekannter Abschnitt des entsprechenden Sen­ sors über einen Rand des Werkstückes gelaufen ist. Die Steu­ ereinrichtung bewegt sodann die Digitalisierungssonde im Uhr­ zeigersinn 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 elek­ trische Signal eines zweiten Sensors, der um 90 Grad vom er­ sten Sensor versetzt angeordnet ist, unter die vorgegebene minimale Spannung abfällt. Wenn die Spannung des zweiten Sen­ sors 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 herumzubewe­ gen, bis alle Ränder des Werkstückes lokalisiert worden sind und die Digitalisierungssonde zu ihrer Ausgangsposition zu­ rückgekehrt 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 und das Verfahren der Erfindung können die Lage der Ränder eines Werkstückes, das nicht qua­ dratisch oder rechteckig geformt ist, und die Ausrichtung ei­ nes Werkstückes bestimmen, das Ränder aufweist, die nicht mit den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet sind. Falls beispielsweise der erste von der Digitalisie­ rungssonde 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 ab­ fällt. Die Steuereinrichtung bestimmt dann die Neigung des zweiten Randes durch Vergleichen der Spannungen der Sensoren, die unmittelbar neben dem zweiten Sensor angeordnet sind. So­ bald die Steuereinrichtung der CNC-Schneidmaschine die Aufla­ gefläche des Werkstückes abgebildet hat, kann die Steuerein­ richtung das Werkstück innerhalb des Umfanges nach innenlie­ genden Ausschnitten abtasten, die größer als ungefähr 1/4 des Durchmessers der Grundteile der Sensoren sind. Die Steuerein­ richtung 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 und das Verfahren der Erfindung ein Werkstück oder den nicht verwendeten Abschnitt eines Werk­ stückes, das früher zur Herstellung eines maschinell bearbei­ teten Teiles verwendet wurde (i.e. ein Rest-Werkstück), auto­ matisch digitalisieren. Die Steuereinrichtung der Schneidma­ schine nimmt sodann die Auflagefläche des Werkstückes auf und bestimmt, ob ein maschinell bearbeiteter Teil mit vorgegebe­ nen 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 Digitalisie­ rungssonde eingebaut ist,

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

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die das Verfahren der Erfindung zur Lagebestimmung der Ränder eines Werkstückes un­ ter 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 Di­ gitalisierungssonde aus Fig. 1 um den Umfang des Werkstückes aus Fig. 3 herum dargestellt ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die das Verfahren der Erfindung zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines Werkstückes unter Verwendung der Digi­ talisierungssonde 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 Di­ gitalisierungssonde 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 Automati­ sieren der Bewegung des Querportals 10 sein, ist aber vor­ zugsweise ein Mikrocomputer, bei dem interaktive Software be­ nutzt wird, um das Querportal in die Längsrichtung X und in die Querrichtung Y, die die orthogonalen Achsen der Schneid­ maschine definieren, und in die Vertikalrichtung Z zu bewe­ gen, die senkrecht zu den orthogonalen Achsen der Schneidma­ schine verläuft. Das Querportal 10 ist mit der Querachse Y ausgerichtet und in die Längsrichtung X und in die Querrich­ tung 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 hori­ zontales 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 recht eckig geformt und innerhalb seines Umfangs durchlaufend. Das Werk­ stück W kann jedoch der nicht verwendete Abschnitt eines Werkstückes sein, das früher bzw. vorher zum Herstellen eines oder mehrerer maschinell bearbeiteter Teile auf der Schneid­ maschine verwendet wurde. Der nicht verwendete Abschnitt ist den Fachleuten für Schneidmaschinen als Abfall- oder Rest­ werkstück bzw. Verschnitt bekannt. Das Rest-Werkstück kann unregelmäßig geformt sein und Löcher oder Ausschnitte inner­ halb des Umfangs des Werkstückes enthalten. Vorzugsweise je­ doch verlaufen die Ränder des Werkstückes im wesentlichen li­ near 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 Schneidein­ richtung 16 kann jedes Werkzeug zum maschinellen Bearbeiten eines Teiles mit vorgegebenen Abmessungen und einer vorgege­ benen Form aus dem Werkstück W sein. Die Schneideinrichtung 16 kann zum Beispiel eine berührungslos arbeitende Schneid­ einrichtung sein, wie zum Beispiel ein Sauerstoffstrahl- Schneidbrenner, eine Laser-Schneideinrichtung oder eine Was­ serstrahl-Schneideinrichtung. Die Schneideinrichtung 16 kann auch eine mit Berührung arbeitende Schneideinrichtung, wie zum Beispiel ein Rauter bzw. eine Fräseinrichtung sein. Vor­ zugsweise ist die Schneideinrichtung 16, wie in Fig. 1 darge­ stellt, 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 Paten­ tes ausdrücklich hier einbezogen wird.

Die Haltelasche 14 für die Schneideinrichtung weist Positio­ nierungsmittel 13 auf, um eine Vertikalbewegung der Schneid­ einrichtung 16 zu einer vorgegebenen Arbeitshöhe oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W zu gestatten. Die Positionie­ rungsmittel 13 können beispielsweise ein von einem Gleich­ strom-Servomotor bzw. -Stellmotor betriebener Kugelumlauf­ spindel-Antrieb sein. Die Schneideinrichtung 16 ist in her­ kömmlicher Weise an einen Haltelaschenarm 15 für die Schnei­ deinrichtung befestigt, der in Längsrichtung aus den Positio­ nierungsmitteln 13 der Haltelasche 14 für die Schneideinrich­ tung nach außen vorragt. Die Schneideinrichtung 16, die Hal­ telasche 14 für die Schneideinrichtung, die Positionierungs­ mittel 13 und der Haltelaschenarm 15 für die Schneideinrich­ tung sind in üblicher Weise ausgebildet.

Das Querportal 10 weist ferner eine Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde auf, um eine erfindungsgemäße, allge­ mein mit 20 bezeichnete Digitalisierungssonde oberhalb der Oberseite T des Werkstückes W zu befestigen. Die Haltelasche 18 für die Digitalisierungssonde weist eine Positionierein­ richtung 17 auf, um eine Vertikalbewegung der Digitalisie­ rungssonde 20 zu einer vorgegebenen optimalen Höhe über der Oberseite T des Werkstückes W zu gestatten. Die Digitalisie­ rungssonde 20 ist in herkömmlicher Weise an einem Haltela­ schenarm 19 befestigt, der sich in Längsrichtung aus der Po­ sitioniereinrichtung 17 der Haltelasche 18 für die Digitali­ sierungssonde 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 Sensoran­ ordnungs-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 ober­ halb 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 Abstandssenso­ ren.

Induktive Abstandssensoren werden gegenüber kapazitiven Ab­ standssensoren bevorzugt, weil das elektrische Signal aus ei­ nem kapazitiven Abstandssensor nicht ausreichend auf die gän­ gigsten Metalle bzw. die meisten Basismetalle anspricht und daher verstärkt werden muß für eine Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 12 der Schneidmaschine. Induktive Ab­ standssensoren werden gegenüber optischen Linienabtastsenso­ ren bevorzugt, weil das elektrische Signal aus einem opti­ schen 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 ei­ ner 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. Dement­ sprechend ist es bevorzugt, daß die Sensoren 34 analoge in­ duktive Abstandssensoren sind, so daß die von den Sensoren erzeugten elektrischen Signale keine Verstärkung benötigen und die Ränder des Werkstückes nicht mit einem optisch re­ flektierenden 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 Ab­ schnitt 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 Sen­ soren, falls der Rand des Werkstückes nicht mit einer der or­ thogonalen Achsen der CNC-Schneidmaschine ausgerichtet ist, nicht die Ausrichtung oder die Neigung des Randes relativ zu den orthogonalen Achsen der Schneidmaschine bestimmen. Dem­ entsprechend 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 Steuerein­ richtung 12 vor einem Verarbeiten der digitalisierten Infor­ mation in digitale Signale umgewandelt werden.

Jeder der Sensoren 34 weist eine längliche, zylindrische In­ duktorspule 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 Ober­ seite T des Werkstückes W befindet. Der Leiter 38 verläuft vom Grundteil 36 des Sensors 34 aus durch eine im Kopplungs­ ende 37 der Induktorspule 35 vorgesehene Öffnung zu der Steu­ ereinrichtung 12 der CNC-Schneidmaschinen.

Die Sensoren 34 sind in einer vorgegebenen feststehenden Gruppierung angeordnet und in herkömmlicher Weise, wie zum Beispiel durch Epoxidharz, an einem länglichen, vertikalen Schaft 40 befestigt. In der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform sind die Sensoren 34 symme­ trisch in einer kreisförmigen Gruppierung um den Schaft 40 herum angeordnet. Die Sensoren 34 können jedoch in irgendei­ ner vorgegebenen Gruppierung, in der der Abstand zwischen den Mitten zweier beliebiger Sensoren durch die Steuereinrichtung 12 festgelegt sein bzw. bestimmt werden kann, angeordnet sein. Die Sensoren 34 und der Schaft 40 sind mittig in dem Gehäuse 32 aufgenommen und in herkömmlicher Weise so befe­ stigt, daß der Schaft und die Sensoren mit der Vertikalrich­ tung Z ausgerichtet sind und die Grundteile 36 der Sensoren parallel zur Oberseite T des Werkstückes W verlaufen und die­ ser gegenüberliegen.

Eine Abdeckung 42 in Form eines umgedrehten Bechers wird von einer zentralen Öffnung 43 durchlaufen und ist über dem Ge­ häuse 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 Sensorenan­ ordnungs-Baugruppe 30 oberhalb der Oberseite T des Werkstüc­ kes W positioniert.

Die Funktionsweise der Digitalisierungssonde 20 zur Lagebe­ stimmung 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 Bedie­ nungsperson positioniert die Digitalisierungssonde 20 ober­ halb 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 Spannun­ gen der Sensoren 34 näherungsweise Null sind. Die Steuerein­ richtung befiehlt der Positionierungseinrichtung 17 der Hal­ telasche 18 für die Digitalisierungssonde, die Digitalisie­ rungssonde 20 abzusenken, bis die Spannung wenigstens eines der Sensoren 34 einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Wenn beispielsweise der Spannungsbereich der analogen induk­ tiven Abstandssensoren 34 0-10 Volt beträgt, wird die Digita­ lisierungssonde 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 Unregelmäßigkei­ ten, wie zum Beispiel Erhebungen und Tälern, in der Oberseite T schwanken. Dementsprechend überwacht die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich die Spannungen der Sensoren 34, um die vor­ gegebene optimale Höhe der Digitalisierungssonde 20 oberhalb des Werkstückes W während des Digitalisierungsvorganges bei­ zubehalten.

Sobald die Digitalisierungssonde 20 in der vorgegebenen opti­ malen Höhe oberhalb des Werkstückes W positioniert ist, wählt die Bedienungsperson eine anfängliche Verfahrrichtung aus, in der die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungssonde be­ wegt. Wie für das Beispiel aus Fig. 3 ausgewählt, bewegt die Steuereinrichtung 12 das Querportal 10 (und damit die Digita­ lisierungssonde 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 Ver­ hältnis zu der Größe des Sensor-Oberflächenbereiches ab, dar­ gestellt 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 Werk­ stückes 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 Werk­ stückes 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 or­ thogonalen Achsen der Schneidmaschine ausgerichtet ist, blei­ ben die Spannungen der Sensoren #6 und #8 zueinander ungefähr gleich.

Wenn die Digitalisierungssonde 20, die in Fig. 3 mit 50 be­ zeichnete Stelle erreicht, betragen die Spannungen der Senso­ ren #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 Digitali­ sierungssonde 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 Digitalisie­ rungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum zu bewegen.

Die Steuereinrichtung 12 überwacht kontinuierlich die Span­ nungen der Sensoren 34, während die Digitalisierungssonde 20 sich in die positive Längsrichtung X bewegt. Wenn die Digita­ lisierungssonde 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 Di­ gitalisierungssonde 20 die in Fig. 3 mit 60 bezeichnete Stel­ le 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 Digitali­ sierungssonde 20 in einer Reihe von Inkrementen in die posi­ tive Längsrichtung X und die negative Querrichtung Y. Dement­ sprechend weist der Linienzug des Weges der Digitalisierungs­ sonde 20, der in Fig. 3A dargestellt ist, einen kleinen Zick­ zack-Abschnitt an jeder Ecke des Werkstückes W auf. Da die Spannung des Sensors #8 sich der Spannung des Sensors #2 an­ nähert, bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungs­ sonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes W herum nur in die negative Querrichtung Y.

Die Steuereinrichtung 12 fährt fort, die Digitalisierungsson­ de 20 in dieser Weise zu bewegen, bis die Sonde die in Fig. 3 mit 70 bezeichnete Stelle erreicht. Wenn die Digitalisie­ rungssonde 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 Zu­ stand bewegt die Steuereinrichtung 12 die Digitalisierungs­ sonde 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 be­ trägt und die Spannungen der Sensoren #6 und #4 näherungswei­ se 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 Aus­ gangsposition. Während des Digitalisierungsvorganges empfängt die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich Digitalisierungsin­ formation von der Digitalisierungssonde 20 und wandelt die Digitalisierungsinformation in Linearvektoren mit kurzer, endlicher Länge um, um die mathematische Darstellung der Auf­ lagefläche des in Fig. 3A dargestellten Werkstückes W zu ent­ wickeln. Durch Vergleich der Auflagefläche des Werkstückes W mit der Auflagefläche eines maschinell bearbeiteten Teils, das eine vorbestimmte Größe und Form aufweist, kann die Steu­ ereinrichtung bestimmen, ob das Teil aus dem digitalisierten Werkstück hergestellt werden kann.

Die Funktionsweise der Digitalisierungssonde 20 zur Lagebe­ stimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines Werkstückes W, das Ränder aufweist, die nicht mit den ortho­ gonalen 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 Werk­ stückes W positioniert. Die Sonde wird dann auf die vorgege­ bene optimale Höhe oberhalb der Oberseite T des Werkstückes abgesenkt, und die Bedienungsperson wählt die Anfangsverfahr­ richtung der Sonde wie vorstehend beschrieben aus.

Wie für das Beispiel aus Fig. 4 gewählt, bewegt die Steuer­ einrichtung 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 Werk­ stückes hinausgelaufen ist. Wie vorstehend beschrieben, fal­ len 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 ausgerich­ tet 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 Digi­ talisierungssonde 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werk­ stückes W herum in einer Reihe von kleinen Inkrementen in die positive Längsrichtung X und die positive Querrichtung Y ent­ sprechend der Neigung des linken Randes 82, so daß die Span­ nung des Sensors #7 ungefähr konstant bleibt.

Die Steuereinrichtung 12 überwacht kontinuierlich die Span­ nungen 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 Di­ gitalisierungssonde 20 die in Fig. 4 mit 90 bezeichnete Stel­ le 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 Digitali­ sierungssonde 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 berech­ net ist, daß die Spannung des Sensors #1 ungefähr konstant bleibt. Wie weiter oben beschrieben ist, weist der Weg der Digitalisierungssonde einen kleinen zickzackförmigen Ab­ schnitt 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 Steu­ ereinrichtung 12 fortfährt, die Neigung des oberen Randes 92 zu berechnen, wird sich die Digitalisierungssonde 20 entspre­ chend dem in Fig. 4A dargestellten Linienzug des Weges der Digitalisierungssonde 20 bewegen.

Die Steuereinrichtung 12 fährt fort, die Digitalisierungsson­ de 20 im Uhrzeigersinn um den Umfang des Werkstückes in die­ ser 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 Digitalisie­ rungssonde 20 dem Umfang des Werkstückes W folgt, empfängt die Steuereinrichtung 12 kontinuierlich Digitalisierungsin­ formation von der Digitalisierungssonde. Wie weiter oben be­ schrieben ist, wandelt die Steuereinrichtung 12 die Digitali­ sierungsinformation 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 vor­ gegebene Abmessungen und eine vorgegebene Form aufweist, kann die Steuereinrichtung bestimmen, ob das Teil aus dem digita­ lisierten Werkstück hergestellt werden kann.

Wie Fachleuten für CNC-Schneidmaschinen klar sein wird, kann die Digitalisierungssonde 20 der Erfindung, sobald die Aufla­ gefläche des Werkstückes abgebildet bzw. aufgenommen worden ist, eingesetzt werden, um die Oberseite T innerhalb des Um­ fangs des Werkstückes W nach innenliegenden Löchern und Aus­ schnitten abzutasten. Die einzige Beschränkung, die die Digi­ talisierungssonde 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 Digitalisierungs­ sonde und ein Verfahren zur genauen Lagebestimmung der Ränder und Bestimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Metall­ werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine zur Verfügung. Selbstverständlich werden be­ stimmte Modifikationen, die vorstehend nicht vollständig be­ schrieben und offenbart worden sind, ohne weiteres von Fach­ leuten durchgeführt werden können. Die hier offenbarten er­ läuternden Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen jedoch nicht beschränkend sein, ferner sollen alle Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der Erfindung einbezogen sein und alle hier sowie in den beiliegenden Zeichnungen offenbarten Aus­ führungsformen als beispielhaft und nicht in einem einschrän­ kenden Sinne ausgelegt werden.

Claims (10)

1. Digitalisierungssonde zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung eines allgemein ebenen Werkstückes relativ zu den orthogonalen Achsen einer CNC-Schneidmaschine, wobei die Digitalisierungssonde eine Mehrzahl von Abstandssensoren aufweist, die in einer vor­ gegebenen, feststehenden Gruppierung angeordnet sind.

2. Digitalisierungssonde nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandssensoren in einer symmetri­ schen, kreisförmigen Anordnung angeordnet sind.

3. Digitalisierungssonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sonde wenigstens vier Abstandssen­ soren aufweist.

4. Digitalisierungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor wenigstens ein Abtastende und eine Schaltung zur Erzeugung eines elek­ trischen Signals aufweist, das proportional zu der Größe des Oberflächenbereiches des Abtastendes ist, der über einem Werkstück liegt.

5. Digitalisierungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor einen analogen induktiven Abstandssensor aufweist.

6. Digitalisierungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist
einen länglichen, vertikal verlaufenden Schaft zur Befe­ stigung der Mehrzahl von Sensoren in der symmetrischen kreisförmigen Anordnung;
ein hohles Sensorgehäuse mit einem Hohlraum zur Aufnahme des Schaftes und der Mehrzahl von Sensoren und eine 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 elek­ trische, an die Sensoren angeschlossene Leiter durch die Abdeckung hindurchlaufen können.

7. CNC-Schneidmaschine zum Schneiden eines Metallteils aus einem allgemein ebenen Werkstück, wobei die Schneidma­ schine für eine Bewegung in der Längsrichtung und in der Querrichtung geeignet ist, die die orthogonalen Achsen definieren, und aufweist
eine an der Schneidmaschine befestigte Schneideinrichtung zum Schneiden des Metallteiles aus dem Werkstück; einen Auflagetisch zum horizontalen Stützen des Werkstüc­ kes unterhalb der Schneideinrichtung;
eine an der Schneidmaschine befestigte Digitalisierungs­ sonde zur Lagebestimmung der Ränder und zur Bestimmung der Ausrichtung des Werkstückes relativ zu den orthogona­ len 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 Digitalisie­ rungssonde in der Längs- und in der Querrichtung, wobei die Digitalisierungssonde eine Mehrzahl von Abstandssen­ soren aufweist, die in einer symmetrischen kreisförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei jeder der Sensoren ein dem Werkstück gegenüberliegendes Abtastende und ein Kopp­ lungsende aufweist, das mit der Steuereinrichtung elek­ trisch verbunden ist.

8. Schneidmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalisierungssonde wenigstens vier Ab­ standssensoren und jeder der Abstandssensoren eine Schal­ tung zum Erzeugen eines elektrischen Signals aufweist, das der Größe des Oberflächenbereiches des Abtastendes proportional ist, der über dem Werkstück liegt.

9. Schneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Abstandssensoren einen analogen induktiven Abstandssensor aufweist.

10. Schneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Schneideinrichtung und der Digitalisierungssonde in der Längs- und in der Querrichtung Mittel zum wahlweisen Bewegen der Schneid­ einrichtung und der Digitalisierungssonde in einer Verti­ kalrichtung aufweisen.