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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maschinenlesbaren Markierung von Stückgut.
Besonders in der metallherstellenden und metallverarbeitenden Industrie sind maschinenlesbare Markierungen für einen rationellen Produktionsablauf unverzichtbar. Im wesentlichen geht es darum, das Stückgut so zu kennzeichnen, dass es nach Durchlaufen von einem oder mehreren Bearbeitungsschritten identifiziert und seiner weiteren Bestimmung zugeführt werden kann. Verschiedene Normen, z. B. ISO 900x o.ä. erfordern eine durchgängige Materialrückverfolgbarkeit vom Endprodukt zurück bis auf die Chargennummer bzw. den entsprechenden Knüppel oder die Bramme.
Eine Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches Zurückverfolgen der verschiedenen Bearbeitungsvorgänge ist ein zuverlässiges, vollautomatisches Markierungsverfahren.
Das Problem herkömmlicher Markierungsverfahren besteht in der geringen Beständigkeit solcher Markierungen, wenn diese verschiedene Bearbeitungsvorgänge, wie z. B. Glühen, Härten, Walzen o.ä., durchlaufen, wobei Temperaturen über 1000 C auftreten können, die herkömmliche Markierungsarten nicht überdauern. Unter Stückgut werden dabei alle nach einem industriellen Prozess hergestellte oder verarbeitete Teile oder Gegenstände aus Metall, Kunststoff, Holz, Glas o.ä. Materialen verstanden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur maschinenlesbaren Markierung von Stückgut anzugeben, welches das Aufbringen einer Markierung ermöglicht, die gegenüber äusseren Einflüssen, insbesondere hohen Temperaturen, beständig und mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit lesbar ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass auf das Stückgut ein Markierungsfeld in Form einer aus einer Vielzahl von Matrixpunkten gebildeten Punktematrix aufgebracht wird, indem die Oberfläche des Stückguts an den Matrixpunkten entsprechend einem vorbestimmbaren Markierungskode jeweils mit aus einer Vertiefung oder einer Erhebung gebildeten Markierung versehen wird oder die Stückgutoberfläche unverändert gelassen wird.
Die auf diese Weise erzielbare Markierung des Stückgutes ermöglicht eine Bearbeitung des Stückgutes, z. B. bei hohen Temperaturen, unter hohem Walzdruck o.ä., ohne dass dadurch die nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufgebrachte Markierung ihre Lesbarkeit verliert. Jeder Matrixpunkt repräsentiert einen Informationsgehalt von 1 Bit, wobei eine Vertiefung oder eine Erhebung dem Wert 1 und eine unveränderte Stückgutoberfläche dem Wert 0 zugeordnet werden kann. Da die Information nur durch Vorhandensein einer Markierung oder durch ein Freilassen des Matrixpunktes besteht, ist diese Art der Kodierung weniger störanfällig als z.B. der bekannte Bar-Code, bei welchem genaue Strichstärken und Abstände vermessen werden. Der dabei angewandte Matrix-Code erlaubt es, eine redundante Kodierung vorzunehmen, bei der z.
B. bis zu 50% der Matnxpunkte gestört sein können und die Information trotzdem eindeutig und sicher lesbar ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Vertiefung jeweils durch ein Loch, insbesondere eine Bohrung, gebildet werden.
Die dabei im Stückgut ausgebildeten Löcher, vorzugsweise Bohrungen, können je nach zur Verfügung stehender Wandstärke des Stückgutes in ihrer Tiefe und ihrem Durchmesser so gewählt werden, dass diese Löcher die vorzunehmenden Produktionsabläufe so weit unbeschädigt überstehen, dass sie danach von einer Kode-Lesevorrichtung noch einwandfrei gelesen werden können und der Kode dekodiert werden kann. Der gegenseitige Abstand der Löcher bzw. Bohrungen muss dabei so gewählt werden, dass z. B. auch nach einer formgebenden Bearbeitung des Stückgutes die Matrixpunkte ohne Fehler identifizierbar sind.
Dünnwandige Bleche können auf einfache Weise, z.B. über ein Wasserstrahlverfahren, mit Durchgangslöchern markiert werden. Der besondere Vorteil von Sacklöchern in Stahlteilen ergibt sich während der Verarbeitung bei hohen Temperaturen, z.B. nach dem Wiederaufheizen einer Stahlbramme, die zuvor mit einer Punktematrix aus Sacklöchern markiert worden war. Die Stahlbramme wird dabei auf eine so hohe Temperatur erwärmt, dass ihr Inneres hellrot glühend bleibt, während eine äussere sich abkühlende Kruste den Inhalt zusammenhält. Die bei Umgebungstemperatur relativ niedrigen optischen Kontrast aufweisenden Sacklochbohrungen leuchten nach der Wiederaufheizphase hellrot auf, da der Bohrgrund dem heissen Inhalt näher ist als die diesen umgebende kühle Kruste, welche dunkelrote Farbe aufweist.
Dadurch entsteht ein sehr starker Kontrast und die Matrixpunkte können daher über optische Systeme mit hoher Lesesicherheit ausgelesen werden.
Die der Kodierung dienenden Sacklöcher sollen zur Vermeidung von Verzögerungen üblicherweise sehr schnell gebohrt werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass aufgrund der oftmals rauhen Oberflächen des Stückgutes es vorteilhaft ist, wenn in Weiterbildung der Erfindung das Loch als kegelstumpfförmige Sacklochbohrung ausgeführt wird. Dies kann mittels konischem Bohrer oder Fräser vorgenommen werden, die sehr rasch in das Stückgut eindringen und danach wieder austreten können, ohne dabei an Bohr- bzw.
Fräsgraten zu verhaken.
Weiters kann gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vertiefung jeweils durch eine Stempelprägung gebildet wird.
Die Stempelprägungen widerstehen auch einer relativ rauhen Betriebsumgebung, wenngleich bei Verzunderungseffekten die Erkennbarkeit der Kodierung leidet.
Eine weitere Möglichkeit der Kodierung besteht in Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Erhebung jeweils durch punktförmiges Flammspritzen von Metallen, insbesondere Metallpulvern, gebildet wird, wobei vorzugsweise gleichzeitig ein temperaturbeständiges Oxid mit einer zu Eisenoxid kontrastierenden Farbe aufgebracht wird.
Durch den Einsatz eines hochtemperaturbeständigen Oxids mit einer zu Eisenoxid kontrastierenden Farbe kann das aufgespritzte Metallpulver dauerhaft sichtbar eingefärbt werden, sodass auch hochschmelzende Metalle zur Markierung verwendet werden können, die sonst nur geringen Farbkontrast liefern würden. Die Zerstäubung des Metalls, insbesondere Metalldrahts, oder der Metallpulver geschieht dabei in bekannter Weise durch Drucklufteinwirkung auf das erhitzte Metall. Bei Verwendung zweier verschiedener
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Metallpulver wird die Zusammensetzung vorzugsweise so gewählt, dass ein Metallpulveranteil unter und ein anderer Metallpulveranteil über der durchschnittlichen Oberflächentemperatur des zu markierenden Stückgutes gewählt wird.
Der niedrigschmelzende Metallpulveranteil bringt eine verbesserte Haftung der Markierung auf dem Untergrund mit sich, wodurch ein Verfliessen der Markierung verhindert wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass die Erhebung jeweils durch einen mittels Explosivverformung in die Stückgutoberfläche eingebrachten Metallstift gebildet wird.
Die auf diese Weise im Stückgut fixierten Metallstifte erzeugen an den Matrixpunkten einen ausreichenden optischen Kontrast, um den Kode ablesen zu können.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Matrixpunkte der Punktematrix in gleich beabstandeten, parallelen Reihen und gleich beabstandeten, parallelen Spalten angeordnet werden.
Dadurch ergibt sich eine einfache und einheitliche Anordnung der Punktematrix, sodass die Kode-Lesevorrichtung entsprechend einfach aufgebaut werden kann.
Wird eine zusätzliche Information hinsichtlich der Orientierung des zu markierenden Stückgutes innerhalb der Kodierung angestrebt, so kann gemäss einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass zumindest eine Reihe oder zumindest eine Spalte der Punktematrix in einem grösseren Abstand zur restlichen Matrix angeordnet wird.
Die dadurch entstehende Asymmetrie innerhalb der Kodierung kann für die Detektion der richtigen Ausrichtung des Stückgutes herangezogen werden.
Für schmales Stückgut, wie z. B. Rohre o.ä. kann eine entsprechend platzsparende Kodierung gewählt werden, indem gemäss einer Weiterbildung der Erfindung die Punktematrix nur aus einer Zeile bzw. einer Spalte gebildet wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anzahl der in der Punktematrix beinhalteten Matrixpunkte entsprechend dem zu kodierenden Informationsgehalt gewählt werden.
Das Markierungsfeld kann demnach immer den aktuellen Informationsanforderungen angepasst werden, sodass immer die kleinstmögliche Punktematrix verwendet wird, um unnötige Markierungsvorgänge einzusparen.
Ein Teil der Matrixpunkte kann einem Fehlersicherungs- und-korrekturkode vorbehalten sein, mit dem überprüfbar ist, ob die Markierung des Stückgutes den jeweiligen Bearbeitungsvorgang fehlerfrei überstanden hat. Bei aufgetretenen Fehlern kann der richtige Kode zurückgerechnet werden.
In bevorzugter Weise kann das Stückgut aus Metallbrammen gebildet sein und die Punktematrix an einer der Stirnflächen der Metallbrammen angebracht werden. Damit können bei einer Serienfertigung verschiedene Metallbrammen unterschieden werden, wobei die Kode-Lesevorrichtung an einem festen Ort der Produktionsanlage angebracht ist und der Markierungskode während des Vorbeibewegens des Stückgutes gelesen werden kann, sodass eine entsprechende Zuordnung des identifizierten Stückgutes zu einem für ihn vorbestimmten Produktionsweg vorgenommen werden kann.
Das Anbringen des Kodes an der Stirnseite des Stückgutes ist deshalb von Vorteil, weil in den meisten Fällen keine Bearbeitung der
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Stirnseite sondern nur der Längsseiten des Stückgutes vorgenommen wird und die Sichtbarkeit des Kodes damit auch während eines Walzvorganges erhalten werden kann.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung können an den Matrixpunkten entsprechend dem Markierungskode Sacklochbohrungen mit einem mehrere, unabhängig voneinander betätigbare Bohrspindeln aufweisenden Mehrspindelkopf vorgenommen werden.
Das Lesen und Wandeln der Kodes kann auch über Handlesegeräte vorgenommen werden, was besonders im Lagerbetrieb sehr vorteilhaft ist, da die Vorgeschichte des gelagerten Stückgutes durch die Kodierung zurückverfolgt werden kann, der Lagerarbeiter dabei aber mit einem tragbaren Gerät jedes einzelne gelagerte Teil überprüfen kann, ohne das Stückgut zu einer stationären Lesevorrichtung transportieren zu müssen.
Der Mehrspindelkopf kann z. B. mehrere in einer Reihe angeordnete Bohrspindeln enthalten, die voneinander unabhängig Bohrungen mit vorbestimmbarer Tiefe ausführen können. Damit ist es möglich, den Mehrspindelkopf entsprechend dem gerade gewählten Markierungskode die Bohrungen für eine Reihe oder eine Spalte der Punktematrix ausführen zu lassen, wobei manche Punkte der Matrix gebohrt und manche unverändert bestehen gelassen werden. Zur Ausführung der jeweils nächsten Reihe oder Spalte der Punktematrix wird der Spindelkopf oder das Stückgut entsprechend weiterverschoben.
Die Erfindung wird anhand dem in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig.l eine teilweise Draufsicht auf ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren sowie nach einem bekannten Verfahren markiertes Stückgut;
Fig. 2 eine seitliche Ansicht von zwei erfindungsgemäss markierten Stückgutteilen ;
Fig.3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 4 eine Queransicht der Vorrichtung gemäss Fig.3 und
Fig.5 ein Detail einer Mehrspindel-Bohrmaschine.
Fig.l zeigt ein Stückgutteil 1 mit zwei auf diesem aufgebrachten Kodierungsarten im Vergleich, wobei ein Markierungsfeld 3 nach einem herkömmlichen Verfahren und ein Markierungsfeld 2 nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugt worden ist. Beide Möglichkeiten der Markierung sind maschinenlesbar, die nach dem bekannten Verfahren bewirkte Markierung 3 ist durch Metall-Flammspritzen aufgetragen worden, durch die gewöhnliche Zahlendarstellung ergibt sich aber nur eine geringe Fehlersicherheit.
Um eine fehlerfrei identifizierbare und beständige Markierung vorzunehmen, wurde für das Markierungsfeld 2 das erfindungsgemässe Verfahren angewandt, welches darin besteht, dass auf das Stückgut 1 das Markierungsfeld 2 in Form einer aus einer Vielzahl von Matrixpunkten 20 gebildeten Punktematrix aufgebracht wird, indem die Oberfläche des Stückguts 1 an den Matrixpunkten 20 entsprechend einem vorbestimmbaren
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Markierungskode jeweils mit einer aus einer Vertiefung gebildeten Markierung versehen wird oder die Stückgutoberfläche unverändert gelassen wird.
Für Rohre oder sonstige schmale Stückgutteile ist es vorzuziehen, wenn die Punktematrix nur aus einer Zeile bzw. einer Spalte besteht, die z.B. in Längsrichtung des Rohres aufgebracht wird.
Besonders vorteilhaft haben sich als Löcher, insbesondere als Sacklochbohrungen, ausgeführte Vertiefungen erwiesen, da diese bei hohen Temperaturen einen sehr gut erkennbaren Kontrast liefern, der eine besonders sichere Kodeerkennung ermöglicht.
Bei der Kodierung entsteht das in Fig.lgezeigte Markierungsfeld 2, welches an manchen der Matrixpunkte 20 Löcher bzw. Bohrungen 11 und an den restlichen Matrixpunkten 20 keine Löcher bzw. Bohrungen aufweist. Damit ist jeder Matrixpunkt als digitaler Wert in Form von logisch 1 (Bohrung) und logisch 0 (keine Bohrung) kodierbar.
Der auf diese Art am Stückgut anbringbare Kode kann auf vielfache Weise zur Markierung genützt werden.
Ein dafür verwendbare Datenkode ist z.B.der von AIM INTERNATIONAL als public domain-Kode freigegebene Data Matrix Code, welcher über Internet abrufbar ist (www.aimi.org). Dieser Kode enthält Fehlererkennung und Fehlerkorrektur.
Über eine solche Kodierung können die Stücknummer, der Bestimmungsort, der Herstellungsursprung, die anzuwendenden Prozesse oder ähnliche Informationen in praktisch unzerstörbarer Weise auf dem Stückgut aufgebracht und an geeigneter Stelle von einer Kode-Lesevorrichtung, z.B. einer Videokamera, einer CCD-Einheit, einer Laser- Lichtabtastung, bei der die Bohrtiefe festgestellt wird, o.ä., gelesen und dekodiert werden.
Lesevorrichtungen können entweder als stationäre Systeme oder Handlesegeräte ausgebildet sein.
Stationäre Systeme bestehen grundsätzlich aus einer CCD-Kamera mit Optik, z.B. Zoom-Objektiv, einer Auswerteeinheit mit Rechner, einer Anzeige und Datenübertragungsmodulen, die Schnittstellen wie RS232, RS485, Ethernet usw. beinhalten.
Zur Kontraststeigerung und zur Erhöhung der Lesezuverlässigkeit kann bei diesen Geräten eine spezielle Beleuchtung mit einem oder mehreren Schweinwerfern vorgesehen sein, die durch geeignete schräge Beleuchtung der Markierungsbohrungen deren Sichtbarkeit deutlich erhöhen.
Handlesegeräte beinhalten auch ein CCD-Kamera, eine Auswerteeinheit, einen Scheinwerfer und eine Anzeigeeinheit, die Datenübertragung zu einer zentralen Stelle geschieht jedoch über Funk oder Infrarot.
Die zusammen mit den Lesegeräten angewandte Software beinhaltet die Fähigkeit zum Erlernen von Zeichen, die der Punktematrix entsprechen, wobei über ein Korrelationsverfahren das gelesene Zeichen mit eingelernten Bildern verglichen wird. Das gelesene Zeichen wird segmentiert, wobei Kratzer oder andere Störungen innerhalb der Punktematrix beseitigt werden.
Die Sacklochbohrungen werden vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgeführt, wobei der Bohrdurchmesser sich zum Bohrgrund hin verjüngt. Diese besondere Art von
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Sacklochbohrungen ermöglicht ein sehr rasches Bohren oder Fräsen, wenn diese mit einem entsprechenden Bohrer oder Fräskopf ausgeführt werden.
Die Vertiefungen können nach einer anderen Variante der Erfindung jeweils auch durch an sich bekannte Stempelprägungen erreicht werden, die einen dellenartigen Eindruck in der Stückgutoberfläche hinterlassen.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann die Markierung aber auch durch Ausbilden einer Erhebung anstelle einer Vertiefung an den Matrixpunkten vorgenommen werden.
So kann die Erhebung jeweils durch punktförmiges Flammspritzen von Metallen, insbesondere Metallpulvern, gebildet werden, wobei vorzugsweise gleichzeitig ein temperaturbeständiges Oxid mit einer zu Eisenoxid kontrastierenden Farbe aufgebracht wird.
Eine weitere Möglichkeit der Markierung besteht darin, die Erhebung jeweils durch einen mittels Explosiwerformung in die Stückgutoberfläche eingebrachten Metallstift auszubilden.
Zweckmässig für eine technisch einfach realisierbare Art der Kodierung ist es, wie in Fig. 1 gezeigt, die Matrixpunkte 20 der Punktematrix in gleich beabstandeten, parallelen Reihen und gleich beabstandeten, parallelen Spalten anzuordnen, wobei die Punktematrix im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 aus acht Reihen und acht Spalten gebildet ist. Die Anzahl der Reihen und Spalten ist im Rahmen der Erfindung frei wählbar.
Die Matrix kann aber auch in unregelmässiger Form auf dem Stückgut aufgebracht sein.
Um eine eindeutige Definition der Ausrichtung der Punkte-Matrix gegenüber den Stückgutkanten vorzunehmen, kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Reihe oder zumindest eine Spalte der Punktematrix in einem grösseren Abstand zur restlichen Matrix angeordnet wird.
Für Metallbrammen ist es vorteilhaft, die Punktematrix an einer Stirnfläche anzubringen, weil dort keine Oberflächenbehandlung zu erwarten ist. Da eine Beschneidung oder Bearbeitung der Stirnflächen üblicherweise erst nach Durchlaufen aller Bearbeitungsvorgänge geschieht, bleibt der Kode bis dahin - ohne weitere Störungen der zu bearbeitenden Flächen zu verursachen - bestehen. Wie vorstehend erwähnt, kann das erfindungsgemässe Verfahren für die Markierung jeder beliebigen Art von Stückgut angewandt werden.
Genauso kann das Markierungsfeld 2 aber auch an einem anderen Bereich der Metallbrammen 1 angebracht sein, etwa an einer Längsseite, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Somit kann in einem bestimmten Abstand von einer Endkante die kodierte Information aufgebracht sein, sodass die Kode-Lesevorrichtung auf einer Produktions- oder Fördereinrichtung in passender Weise anzuordnen ist.
Der gegenseitige Abstand der Matrixpunkte, die Lochtiefe und andere Parameter sind je nach Art des Produktionsverfahrens frei gestaltbar. Auch die Auflösung der Kode-Lesevorrichtung spielt bei der Wahl dieser Parameter eine Rolle. Um Fehlersicherheit und Fehlerkorrektur zu gewährleisten, müssen der Abstand der Matrixpunkte und die Dimensionen der Bohrungen so gewählt werden, dass nach produktionsbedingten Verformungen infolge von Temperatur- oder Druckeinwirkung die Matrixinformation
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dennoch innerhalb bestimmter Toleranzbereiche bestehen bleiben wird, um sie einlesen zu können.
Eine von mehreren Möglichkeiten, die Punktematrix auf das Stückgut aufzubringen, besteht darin, die dem Markierungskode entsprechenden Löcher mit einer Bohrmaschine zu bohren. Rationell kann dies vorgenommen werden, indem an den Matrixpunkten 20 entsprechend dem Markierungskode Sacklochbohrungen mit einem mehrere, unabhängig voneinander betätigbare Bohrspindeln 6 aufweisenden Mehrspindelkopf 7,8 vorgenommen werden, wie er in Fig.5 abgebildet ist. Mehrere Bohrspindeln 6 sind dabei gleich beabstandet in einem Lagerbalken 5 nebeneinander angeordnet und unabhängig voneinander bewegbar. Damit kann jeweils eine Reihe oder eine Spalte einer Punktematrix gebohrt werden. Nach einer Vorschubbewegung kann nachfolgend die nächste Reihe oder Spalte mit den entsprechenden Bohrungen ausgeführt werden.
Die Punktematrix kann aber auch mittels anderer Werkzeuge, z.B. mittels Hochleistungs-Laser, auf das Stückgut aufgebracht werden.
Fig. und 4 zeigt eine beispielhafte Anlage mit zwei Mehrspindelbohrmaschinen 7, die auf einer Schiene 25 eines Maschinenrahmens 10 unabhängig quer verfahrbar angeordnet sind und die für die serienmässige, erfindungsgemässe Markierung von Stückgut 1 ausgelegt sind. Das mit Hilfe dieser Anlage stimseitig markierte Stückgut 1 (Fig.3) durchläuft weitere nicht dargestellte Prozesse und ist dabei ständig anhand des mit Hilfe der Bohrspindeln 6 aufgebrachten Markierungsfeldes identifizierbar. Durch Vorsehen von zwei unabhängig verfahrbaren Bohrmaschinen können unterschiedliche Breiten von Stückgut markiert werden.