CN111868744B - 用于制造具有代码的构件的方法以及具有代码的构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法，在该方法中制造三维的构件(1)并且在构件(1)的构件表面(2)上附设机器可读的代码(3)，其特征在于，代码(3)与构件(1)被构造为一体，并且具有三维设计的码元(4)，码元(4)借助相对于参考平面的凸起区域和非凸起区域以二进制形式表示编码数据。此外，本发明涉及一种方，在该方法中制造三维的构件(1)并且在构件(1)的构件表面(2)上附设机器可读的代码(3)，其特征在于，代码(3)与构件(1)被构造为一体，并且具有三维设计的码元(4)，码元(4)借助相对于参考平面的凹陷区域和非凹陷区域以二进制形式表示编码数据。此外，本发明还涉及一种具有这种代码(3)的构件(1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法，在该方法中制造三维的构件并且在该构件的构件表面上附设机器可读代码。此外，本发明还涉及一种具有这种代码的构件。
背景技术
在现有技术中已知的是，在构件被制造之后为构件附设代码，该代码被用作构件的标识符。除了构件识别之外，这种代码还可以用于存储关于构件的其他信息，特别是关于构件生产条件的信息，以便以这种方式实现尽可能准确的构件追溯。
这种代码的最常见示例是所谓的序列号，该序列号是唯一的字母数字名称。这种序列号通常是三维设计的，并且永久地附加在构件处，例如以雕刻的形式。这种序列号的缺点在于，构件仅在其制造之后才附设这种序列号，这意味着附加的工作步骤。构件也可能被意外地标记错误的序列号。另外，序列号的机器读取仅可以通过复杂的技术手段来实现，这是不希望的。
除了序列号之外，还使用二维码来标识构件，特别是条形码，该条形码以白底上的黑条形式表示二进制的编码数据，以及QR码，该QR码由代表二进制编码数据的黑白正方形的方阵形成。条形码和QR码的主要优点在于是机器可读的。特别是QR码正越来越受欢迎，因为一方面可在较小面积内显示大量信息。另一方面，可以使用广泛应用的技术设备来读取，例如配备有合适的读取软件的智能手机。然而，条形码和QR码的一个严重缺点在于，其必须在单独的方法步骤中施加于构件表面。在此特别是可能会出现分配错误。根据代码的类型及其在构件表面的附着方式，也不可排除代码的随后脱落或非法更换。
发明内容
基于这些现有技术，本发明的目的是提出开头所述类型方法的替代方法。
为了实现该目的，本发明提出了一种开头所述类型的方法，其特征在于，代码与构件被制成一体，并且具有三维设计的多个码元，这些码元借助相对于参考平面的凸起区域和非凸起区域以二进制形式表示编码数据。
替代地或附加地，根据本发明，上述目的通过开头所述类型的方法实现，其特征在于，代码与构件被制成一体，并且具有三维设计的多个码元，这些码元借助相对于参考平面的凹陷区域和非凹陷区域以二进制形式表示编码数据。
代码和构件的一体式设计的优点在于，代码与构件永久绑定，因此不可轻易地去除或更换。此外，构件和代码基本上可以在同一生产机器上在一道工序中生产，从而可以排除错误分配。
有利地，码元被布置在由行和列限定的矩阵中，特别是类似于QR码。根据本发明的代码相应地可类似于或完全如常规QR码一样被读取。
优选地，码元具有相应于整数平方数的数量的以规则矩阵布置的凸起区域或凹陷区域，或者其由单个非凸起区域或单个非凹陷区域组成。也就是说，在最简单的情况下，码元可以由单个凸起或单个凹陷区域或者由单个非凸起或单个非凹陷区域形成。然而，作为替换还可行的是，码元由特别是以正方形布置的多个凸起或凹陷区域形成。必要时，这可以改善代码的可读性或降低对错误的敏感性。
根据本发明的一个设计方案，构件和代码由相同的原材料制成，由此特别是可以简化生产。
为了提高在凸起区域或凹陷区域与非凸起区域或非凹陷区域之间的对比度，凸起或凹陷区域有利地被构造为金字塔形、截头金字塔型、圆锥形、截头圆锥形或截球形，其中在此金字塔形应理解为具有至少三个渐缩侧面的任何均匀构造的主体。这样构造的凸起或凹陷区域与非凸起或非凹陷区域以不同的方式反射入射光，由此显著改善了在不同构造的码元之间的对比度以及代码的可读性。
根据本发明的一个设计方案，基于3D CAD数据集在增材制造机器上分层地制造构件和代码，其中3D CAD数据集具有定义构件几何形状的数据、关于代码在构件表面上的位置的数据以及关于代码几何形状的数据，或者由这些数据组成。增材制造机器基本上可以是任何可由原始材料分层制造构件的制造机器。因此，增材制造机器例如可以被设计用于执行光聚合工艺、SLM工艺(选择性激光熔融)、SLS工艺(选择性激光烧结)等。
替代地，可以基于3D CAD数据集在增材制造机器上分层地制造构件和代码，其中3D CAD数据集具有定义构件几何形状的数据和关于代码在构件表面上的位置的数据，或者由这些数据组成，并且其中在增材制造之前通过CAM软件将关于代码几何形状的数据添加到3D CAD数据集中。由此，3D CAD数据集与代码无关地始终保持不变。
如果构件是批量生产的，则在每个构件的生产之后优选地仅改变关于代码几何形状的数据。换言之，在量产构件中，定义构件几何形状的数据和关于代码在构件表面上位置的数据对于批量中的所有构件均被直接采用，而仅更换与代码几何形状相关的数据。以这种方式简化了批量生产中代码的生成，由此特别是可以节省运算能力。
此外，本发明提出了一种构件，该构件例如借助于一个或多个上述方法在该构件的构件表面上设有机器可读代码，其中该代码与构件被构造为一体，并且具有三维设计的多个码元，这些码元借助相对于参考平面的凸起区域和非凸起区域以二进制形式表示编码数据。
此外，本发明提出了一种构件，该构件例如借助于一个或多个上述方法在该构件的构件表面上设有机器可读代码，其中该代码与构件被构造为一体，并且具有三维设计的多个码元，这些码元借助相对于参考平面的凹陷区域和非凹陷区域以二进制形式表示编码数据。
优选地，码元被布置在由行和列限定的矩阵中，特别是类似于QR码。
有利地，码元具有相应于整数平方数的数量的以规则矩阵布置的凸起区域或凹陷区域，或者由单个非凸起区域或单个非凹陷区域组成。
根据本发明的一个设计方案，构件和代码由相同的原始材料制成。
优选地，凸起区域或凹陷区域被构造为金字塔形、截头金字塔型、圆锥形、截头圆锥形或截球形。
附图说明
参考附图借助以下对本发明的方法的说明使本发明的其他特征和优点变得更清楚。其中：
图1示出了构件的局部立体图，该构件的构件表面设置有根据本发明的第一实施方式的代码；
图2示出了构件的局部立体图，该构件的构件表面设置有根据本发明的第二实施方式的代码；
图3示出了构件的局部立体图，该构件的构件表面设置有根据本发明的第三实施方式的代码；
图4示出了构件的局部立体图，该构件的构件表面设置有根据本发明的第四实施方式的代码；
图5示出了构件的局部立体图，该构件的构件表面设置有根据本发明的第五实施方式的代码；并且
图6示出了根据本发明的一个实施方式的方法的示意图。
在下文中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
具体实施方式
图1示出了构件1，在构件1的构件表面2上在功能上无关的区域中设置有根据本发明的第一实施方式的代码3，该代码包含用作构件1的标识符的信息以及特别是关于构件生产条件的附加信息，以便以这种方式实现尽可能精确的构件追溯。代码3与构件1被构造为一体且与构件1由相同的原材料制成，并且包含三维设计的多个码元4，这些码元4如QR码一样被布置在N×M的矩阵中，其中N为行数并且M为列数。在此，选择N＝12和M＝12，从而整体上得到正方形矩阵。码元4借助相对于由构件表面2限定的参考平面的凸起区域和非凸起区域以二进制形式表示编码数据，其中凸起区域分别为具有四个渐缩侧壁的金字塔形状。在此，每个码元4由参考平面内的单个凸起区域或单个非凸起区域形成。由于凸起区域的金字塔形状，凸起区域的光反射特性明显不同于非凸起区域的光反射特性，这有利于代码3的机器可读性。为了进行读取，例如可以使用具有集成摄像头和相应软件的智能手机或类似的读取系统来读取例如QR码。
图2示出了构件1，在构件1的构件表面2上在功能上无关的区域中设置有根据本发明的第二实施方式的代码3。与图1中所示代码的区别仅在于每个码元由参考平面内布置在正方形子矩阵中的九个凸起区域或由单个非凸起区域形成，该单个非凸起区域的面积相应于以正方形排列的九个凸起区域的面积。这样的优点在于，在由凸起区域构成的码元4与分别由一个非凸起区域构成的码元4之间的对比度变得更加清晰，这有助于代码3的机器可读性。在此应指出，作为每个码元4具有9个凸起区域的替代，可以在每个码元4中使用其他数量的以规则矩阵排列的凸起区域，该数量为整数的平方数，即4、16、25等个凸起区域。
图3示出了构件1，在构件1的构件表面2上在功能上无关的区域中设置有根据本发明的第三实施方式的代码3。与图1中所示代码3的区别仅在于，代替金字塔形的凸起区域而设置了相对于由构件表面2限定的参考平面以金字塔形方式凹陷的区域。同样可以考虑类似于图2的以凹陷区域代替凸起区域的布置方式。
图4示出了构件1，在构件1的构件表面2上在功能上无关的区域中设置有根据本发明的第四实施方式的代码3。与图1中所示代码3的区别仅在于，设置了圆锥形凸起区域而不是金字塔形凸起区域。即使在此未示出，每个码元4也可以类似于图2具有多个以正方形子矩阵布置的凸起区域，其相应于整数的平方数，即4、9、16、25等个凸起区域。同样，这些凸起区域可以类似于图3由凹陷区域代替。
图5示出了构件1，在构件1的构件表面2上在功能上无关的区域中设置有根据本发明的第五实施方式的代码3。与图1中所示代码3的区别仅在于，设置了截球形凸起区域而不是金字塔形凸起区域。即使在此未示出，每个码元4也可以类似于图2具有多个以正方形子矩阵布置的凸起区域，其相应于整数的平方数，即4、9、16、25等个凸起区域。同样，这些凸起区域可以类似于图3由凹陷区域代替。
图1至图5中所示的构件的特征在于，代码3分别与构件被制造为一体，从而代码3不可轻易与构件1分离或被操纵。类似于QR码的三维码3可以包含大量信息，并且可以通过简单的方式由机器读取。
图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的方法，利用该方法可以批量生产图1至图5中所示构件1中的一个构件1以及其代码3。
在步骤S1中，通过使用计算机创建3D CAD数据集，该3D CAD数据集对包括代码3的构件1进行模拟成像，并且可以在增材制造机器上进行处理。该3D CAD数据集具有定义构件几何形状的数据、关于代码在构件表面上的位置的数据以及关于代码几何形状的数据，或者由这些数据组成。
在第二步骤S2中，基于在步骤S1中创建的3D CAD数据集，在增材制造机器上分层地制造构件1和代码3。
在步骤S3中，为待批量生产的构件1中包括对应代码3的下一个构件创建新的3DCAD数据集。在此，在步骤S1中创建的3D CAD数据集的定义构件几何形状的数据和关于代码在构件表面上的位置的数据被直接采用，并且仅将关于代码几何形状的数据替换为新的代码。
然后在步骤S4中，基于在步骤S3中创建的3D CAD数据集，在增材制造机器上分层地制造构件1和代码3。
然后根据待批量生产的构件1的数量重复步骤S3和S4。
上述方法的特征在于，构件1和对应的代码3可以在单个工作步骤中制造。在此始终确保了构件1和代码3的永久正确分配。
替代地，在步骤S1中，通过使用计算机创建3D CAD数据集，该3D CAD数据集对构件1和代码3在构件1上的位置进行模拟成像，并且可以在增材制造机器上进行处理。也就是说，3D CAD数据集具有定义构件几何形状的数据和关于代码在构件表面上的位置的数据，或者由这些数据组成。此外，通过CAM软件将关于代码3几何形状的数据添加到在步骤S1中创建的3D CAD数据集中。
在第二步骤S2中，基于在步骤1中创建的数据，在增材制造机器上分层地制造构件1和代码3。
在步骤S3中，通过CAM软件将改变的关于代码3几何形状的数据添加到来自步骤1的3D CAD数据集中。
然后在步骤S4中，基于在步骤S3中创建的数据，在增材制机器上分层地制造构件1和代码3。
然后根据待批量生产的构件1的数量重复步骤S3和S4。
尽管已通过优选的实施例对本发明进行了更详细的说明和描述，但本发明并不局限于所公开的示例，并且本领域技术人员可从中得出其他变型方案而不会脱离本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种用于制造构件的方法，在所述方法中制造一个三维的构件(1)并且在所述构件(1)的构件表面(2)上附设一个机器可读的代码(3)，
其特征在于，
所述代码包含用作所述构件(1)的标识符的信息，
所述代码(3)与所述构件(1)被构造为一体并且由相同的原材料制成，并且
所述代码(3)具有三维设计的多个码元(4)，所述多个码元(4)借助相对于一个参考平面的多个凸起区域和多个非凸起区域以二进制形式表示编码数据，
其中基于一个3D CAD数据集在一个增材制造机器上分层地制造所述构件(1)和所述代码(3)，其中所述3D CAD数据集具有定义所述构件(1)的几何形状的数据和关于所述代码(3)在所述构件表面(2)上的位置的数据，或者由这些数据组成，并且其中在增材制造之前通过CAM软件将关于所述代码(3)的几何形状的数据添加到所述3D CAD数据集中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)被布置在由多个行和多个列限定的一个矩阵中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)具有相应于整数平方数的数量的以规则矩阵布置的多个凸起区域，或者由单个非凸起区域组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个凸起区域被构造为金字塔形、截头金字塔型、圆锥形、截头圆锥形或截球形。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件是批量生产的，其中在每个构件的生产之后仅改变关于所述代码(3)的几何形状的数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)被布置在由多个行和多个列限定的一个类似于QR码的矩阵中。
7.一种用于制造构件的方法，在所述方法中制造一个三维的构件(1)并且在所述构件(1)的构件表面(2)上附设一个机器可读的代码(3)，
其特征在于，
所述代码包含用作所述构件(1)的标识符的信息，
所述代码(3)与所述构件(1)被构造为一体并且由相同的原材料制成，并且
所述代码(3)具有三维设计的多个码元(4)，所述多个码元(4)借助相对于一个参考平面的多个凹陷区域和多个非凹陷区域以二进制形式表示编码数据，
其中基于一个3D CAD数据集在一个增材制造机器上分层地制造所述构件(1)和所述代码(3)，其中所述3D CAD数据集具有定义所述构件(1)的几何形状的数据和关于所述代码(3)在所述构件表面(2)上的位置的数据，或者由这些数据组成，并且其中在增材制造之前通过CAM软件将关于所述代码(3)的几何形状的数据添加到所述3D CAD数据集中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)被布置在由多个行和多个列限定的一个矩阵中。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)具有相应于整数平方数的数量的以规则矩阵布置的多个凹陷区域，或者由单个非凹陷区域组成。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个凹陷区域被构造为金字塔形、截头金字塔型、圆锥形、截头圆锥形或截球形。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述构件是批量生产的，其中在每个构件的生产之后仅改变关于所述代码(3)的几何形状的数据。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个码元(4)被布置在由多个行和多个列限定的一个类似于QR码的矩阵中。
13.一种在构件表面(2)上设有机器可读的代码(3)的构件(1)，
其特征在于，
所述构件(1)是根据权利要求1至6中任一项所述的方法制造的。
14.一种在构件表面(2)上设有机器可读的代码(3)的构件(1)，
其特征在于，
所述构件(1)是根据权利要求7至12中任一项所述的方法制造的。
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