DE102005019372B3 - Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben, die zu Untersuchungszwecken Zug-, Druck-, Biege- oder Wechsellastbeanspruchungen unterworfen werden, mittels Markierungsmarken, die auf das Werkstück haftend aufgebracht werden. Die Vorrichtung besteht aus einer Druckeinrichtung mit Tintenstrahl-Druckkopf zur Markierung der Probenoberfläche, einem zumindest in einer Richtung relativ zur Druckeinrichtung verschiebbaren, motorisch gesteuerten Probentisch und einer Stelleinrichtung zur Einstellung des Abstands von Druckeinrichtung und Probentisch.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben, die zu Untersuchungszwecken Zug-, Druck-, Biege- oder Wechsellastbeanspruchungen unterworfen werden, mittels Markierungsmarken, die auf das Werkstück haftend aufgebracht werden.
• Markierungsmarken auf Probenoberflächen dienen dazu, bei Werkstoffuntersuchungen die Änderungen der Probendimension bei mechanischer Beanspruchung zu erfassen. Hierzu werden die Markierungen auf der Probenoberfläche, beispielsweise nach einem Zugversuch, optisch vermessen und die Veränderungen gegenüber dem Ausgangszustand ausgewertet. Über das Verformungsverhalten der Probe können wichtige Werkstoffeigenschaften ermittelt werden.
• Aus der Druckschrift DE 100 02 684 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Kenngrößen bei der Umformung von Blechen oder Zugproben bekannt, bei dem die Oberfläche mit Markierungen versehen wird. Die Markierungen werden mittels eines Laserstrahls in Form eines flächigen Rastergitters aufgebracht, das nach einem Verformungsvorgang vermessen wird und daraus die Umform-Kenngrößen ermittelt werden.
• Des Weiteren ist aus der Druckschrift DE 38 01 740 A1 eine Vorrichtung zum Markieren von Werkstücken bekannt, die Markierungsmaterial mittels eines Hohlstempels ausstanzt. Unter Einsatz eines im Hohlstempel verschiebbar angeordneten
• Innenstempels, in der Funktion einer Andrückeinrichtung, wird die Markierung auf das Werkstück aufgebracht. Dabei ist der Bewegungsablauf von Hohl- und Innenstempel über eine mechanische Hebelanordnung so aufeinander abgestimmt, dass das mit einer Klebeschicht versehene Markierungsmaterial nicht am Hohlstempel haftet, obwohl ein gewisser Anteil des Klebers beim Stanzvorgang mit diesem in Kontakt tritt.
• Da beim Aufbringen des Markierungsmaterials von den Stempeln ein gewisser Druck auf das Werkstück ausgeübt wird, sind zusätzliche Halteeinrichtungen vorgesehen, mit denen das Werkstück beim Markierungsvorgang entsprechend fixiert wird.
• Allerdings werden zur Markierung rohrförmiger Proben mit unterschiedlichem Radius jeweils Anpassungen an die sich ändernde Krümmung der Probenoberfläche nötig. So muss der für das Markierungsmaterial vorgesehene Hohl- und Innenstempel aufwendig ausgetauscht werden, sobald sich die Probengeometrie verändert. Zudem sind die Halteeinrichtungen für eine Fixierung des Werkstücks beim Markierungsvorgang entsprechend aufwendig. Auch das bandförmige Markierungsmaterial, aus dem mittels des Hohlstempels eine Markierungsmarke beim Markierungsvorgang ausgestanzt wird, muss mit aufwendigen Mitteln von Trägerspulen abgewickelt und mit Umlenkrollen der Stanzkulisse zugeführt und das Restmaterial wieder aufgewickelt werden.
• Zudem sind aus der Patentschrift US 5,088,401 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Markieren von Werkstücken mit einer Druckplatte bekannt. Eine Sensoreinheit detektiert dabei den Berührungszeitpunkt der Druckplatte mit dem Werkstück. Auf dieses Signal hin wird die Druckplatte weiter um einen gewissen Betrag in Richtung der Werkstückoberfläche abgesenkt, wodurch der Anpressdruck der Druckplatte auch bei unterschiedlichen Probendicken konstant gehalten werden kann.
• Auch ist aus der Druckschrift JP 2000094652 A eine Vorrichtung zum Markieren von Probenoberflächen mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers bekannt. Dabei wird die zu bedruckende Probenoberfläche mit einem Mikroskop ausgewählt und durch eine durch einen PC gesteuerte präzise Verschiebung des Probentisches unter eine Tintenstrahldruckeinheit so positioniert, dass an der zuvor ausgewählten Probenstelle eine Markierung aufgebracht werden kann. Zur Positionierung dient ein relativ zur Druckeinrichtung verschiebbarer, motorisch gesteuerter Probentisch. Für jede Markierung ist eine vorherige Auswahl der Probenstelle mit dem Mikroskop vorgesehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben weiterzubilden, mit der auf einfache Weise Markierungsmarken auf Proben auch mit unterschiedlicher Oberflächengeometrie aufgebracht werden können.
• Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung schließt die technische Lehre bezüglich einer Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben, die zu Untersuchungszwecken Zug-, Druck-, Biege- oder Wechsellastbeanspruchungen unterworfen werden, mittels Markierungsmarken ein, die auf das Werkstück haftend aufgebracht werden. Die Vorrichtung besteht aus einer Druckeinrichtung mit Tintenstrahl-Druckkopf zur Markierung der Probenoberfläche, einem zumindest in einer Richtung relativ zur Druckeinrichtung verschiebbaren, motorisch gesteuerten Probentisch und einer Stelleinrichtung zur Einstellung des Abstands von Druckeinrichtung und Probentisch.
• Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass sich bei Betriebsbereitschaft des Gerätes die Druckeinrichtung mit dem Tintenstrahl-Druckkopf zunächst in angehobener Position und der Probentisch, der beispielsweise zum Aufbringen einer Markierung durch einen Motor lediglich in Längsrichtung verschiebbar ist, in linker oder rechter Startposition befindet. Der Probentisch kann zu Justierzwecken und zur Aufnahme unterschiedlicher Probengeometrien dennoch quer zur Markierungsrichtung, also nach innen verschoben werden.
• Nach dem Drücken der Starttaste verliert ein Absenkzylinder der Stelleinrichtung seinen Druck, wodurch sich der Tintenstrahl-Druckkopf über ein Vertikalführungssystem nach unten zur Probe absenkt, bis ein Abstandssensor auf der Probe zum Aufliegen kommt. Sobald der Abstandssensor auf der Probe aufsitzt, wird die eingenommene Position durch eine Arretiereinrichtung fixiert, so dass der Tintenstrahl-Druckkopf in dieser Höhenlage festgehalten wird. Die Probe kann dann berührungsfrei unter dem Tintenstrahl-Druckkopf durchgefahren werden, nachdem der Abstandssensor wieder von der Probe abgehoben wurde.
• Der motorisch gesteuerte Antrieb des Probentisches erfolgt beispielsweise über einen Gleichstrom-Getriebemotor, der entweder auf dem Probentisch angeordnet ist und beim Markierungsvorgang mitbewegt wird oder als Antriebseinheit stationär in der Vorrichtung integriert ist. Insbesondere für eine automatische Verschiebung in der Ebene kann die Antriebseinheit auch mit mehreren Stellmotoren ausgestattet sein. Entsprechende Endschalter und Positionsgeber überwachen die Probentischposition, die zur Steuerung des Tintenstrahl-Druckkopfes zur Markierung der Probenoberfläche übertragen wird. Nach Erreichen der Endposition kann zur Entnahme der Probe der Tintenstrahl-Druckkopf zuvor wieder in seine Ausgangsposition gebracht werden. Auch kann die Markierung einer Probe durch eine Vorwärtsbewegung des Probentisches in einer Richtung erfolgen ohne den Probentisch wieder in seine Ausgangsstellung zu bringen. In diesem Fall wird in der Endposition der Probentisch mit einer weiteren Probe neu bestückt, die beim Zurückfahren des Probentisches ihre Markierung erhält. Es erfolgt somit die Entnahme und Neubestückung jeweils zum Ende einer Probentischbewegung.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit der Markierungsvorrichtung auf einfache Weise Markierungsmarken mit hoher Genauigkeit auf Proben auch mit unterschiedlicher Oberflächengeometrie aufgebracht werden können. Durch die Anpassungsfähigkeit an die Probengeometrie kann mit dem Tintenstrahl-Druckkopf mit hoher Druckgeschwindigkeit die erforderliche Genauigkeit bei der Markierung erzielt werden. Das Gerät kann gegenüber herkömmlichen Ausführungen leistungsfähiger, fertigungstechnisch einfacher und somit preisgünstiger realisiert werden.
• Die Stelleinrichtung kann zumindest einen pneumatisch betätigten Abstandssensor, der ein Abstandszylinder sein kann, und einen Klemmzylinder aufweisen. Mit mehreren Abstandssensoren besteht die Möglichkeit, eine Verkippung der Probe oder Unebenheiten zu ermitteln. Der Klemmzylinder arretiert die Druckeinheit, sobald der Abstandssensor auf der Probe aufsitzt und der Tintenstrahl-Druckkopf seine Druckposition erreicht hat. Die Steuerung der Stelleinrichtung kann pneumatisch erfolgen. Alternativ sind jedoch auch einzelne Motorsteuerungen denkbar.
• Gelegentlich sind die Werkstück- oder Werkstoffproben, die zu Untersuchungszwecken Zug-, Druck-, Biege- oder Wechsellastbeanspruchungen unterworfen werden, nur mit Punkten oder Strichmarkierungen zu versehen, die auf das Werkstück haftend aufgebracht werden. Vorteilhafterweise kann der Tintenstrahl-Druckkopf eine punkt- oder linienförmige Auftragscharakteristik aufweisen. Eine flächige Markierung, beispielsweise angewandt bei besonders dünnen Drähten, kann über die Probentischbewegung erfolgen.
• Die Markierungen müssen permanent haftend aufgebracht werden, so dass ein Abwischen oder Verwischen bei der weiteren Probenbehandlung nicht stattfindet. Insbesondere bei leicht öligen Oberflächen werden häufig Spezialtinten verwendet, die geruchsintensive Lösungsmittel enthalten können. In der Praxis werden häufig Tinten auf MEK-Basis (Methyl-Ethyl-Keton) eingesetzt. In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen an der Druckeinrichtung eine Absaugeinrichtung angeordnet sein. Hierdurch lassen sich die den Arbeitsbereich stark belastenden Lösungsmittel von der Vorrichtung abführen.
• Durch die Bewegung des Probentisches ist es insbesondere bei Proben mit geringer Auflagefläche auf dem Probentisch, wie beispielsweise bei stangenförmigen Proben, erforderlich, diese entsprechend zu fixieren. Vorteilhafterweise kann dazu am Probentisch eine Ausnehmung, beispielsweise in Form einer prismatischen Nut, zur Halterung von stangen- oder rohrförmigen Proben vorgesehen sein. Ohne weitere Fixierung können dann diese Proben markiert werden.
• Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, alle Baugruppen der Vorrichtung im Betrieb entsprechend aufeinander abzustimmen. In bevorzugter Ausführungsform können dazu die Druckeinrichtung, der Probentisch und die Stelleinrichtung vollautomatisch programmgesteuert ausgeführt sein. Zur Automatisierung können Stellmotoren in Verbindung mit entsprechenden Schnittstellen zur Computersteuerung zum Einsatz kommen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
• Darin zeigen:
• 1 eine Seitenansicht der Markierungsvorrichtung,
• 2 eine Vorderansicht der Markierungsvorrichtung.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist eine Seitenansicht der Markierungsvorrichtung von Werkstück- oder Werkstoffproben mit einer Druckeinrichtung 1 mit Tintenstrahl-Druckkopf 11 dargestellt. Ein senkrecht zur Bildebene verschiebbarer Probentisch 2 wird durch einen Getriebemotor 31 gesteuert. Der Getriebemotor 31 ist in dieser Ausführung als Teil der Antriebseinheit 3 auf dem Probentisch 2 angeordnet. Zur genauen Positionierung der Druckeinrichtung 1 dient die Stelleinrichtung 4, mit deren Hilfe der Abstand von Druckeinrichtung 1 und Probentisch 2 vor dem Markierungsvorgang eingestellt wird. Die Druckeinrichtung 1 und die Stelleinrichtung 4 sind mit Hilfe der Halteeinrichtung 5 über dem beweglichen Probentisch 2 angeordnet. Der Haltearm 51 der Halteeinrichtung 5 ist fest auf der Probentischgrundplatte 21 montiert. Am Haltearm 51 befindet sich die erste Führungsschiene 52, die in Verbindung mit dem ersten Führungswagen 12 die Vertikalbewegung der Druckeinrichtung 1 ermöglicht. Die Positionierung der Druckeinrichtung 1 erfolgt mit Hilfe der Stelleinrichtung 4, indem zu Beginn des Markierungsvorgangs der Absenkzylinder 41 seinen Druck verliert und sich durch Gravitation die Druckeinrichtung 1 nach unten zur Probe bewegt.
• Wenn einer der beiden in 2 dargestellten Abstandssensoren 42 in Gestalt von Abstandszylindern die Probenoberfläche berührt, wird der Klemmzylinder 43 so mit Druck beaufschlagt, dass die Druckeinrichtung 1 in dieser Stellung fixiert wird. Daraufhin verlieren die Druckzylinder der Abstandssensoren 42 ihren Druck und fahren in eine von der Probenoberfläche entfernte Endposition.
• Mit Hilfe der Antriebseinheit 3 kann der in Arbeitsstellung positionierte Tintenstrahl-Druckkopf 11 berührungsfrei die Probenoberfläche markieren, indem die auf der Probenauflage 26 befindliche Probe unter dem Tintenstrahl-Druckkopf 11 durchgefahren wird. Rohr- oder stangenförmige Proben werden auf dem Probentisch 2 durch eine in der Probenauflage 26 eingebrachte Ausnehmung 27 in Form einer prismatischen Nut gehaltert. Ohne weitere Fixierung können dann diese Proben markiert werden.
• Durch eine zweite Führungsschiene 22 ist mittels eines zweiten Führungswagens 23 der Probentisch 2 in Längsrichtung – in 1 in die Bildebene hinein – bewegbar gelagert. Der Antrieb des Probentisches in Längsrichtung erfolgt über einen Gleichstrom-Getriebemotor 31, der mit einem Reibrad 32 ausgestattet ist, das an der auf der Probentischgrundplatte 21 montierten Antriebsleiste 33 abrollt. Ebenso kann die Justage in Querrichtung – in 1 horizontal in der Bildebene – durch eine in diesem Falle manuelle Verschiebung der Probenauflage 26 erfolgen. Hierzu ist eine am Probentisch 2 angeordnete dritte Führungsschiene 24 in Verbindung mit einem dritten Führungswagen 25 vorgesehen.
• Die Längsbewegung des Probentisches 2 wird von dem in 2 dargestellten Dreh- bzw. Positionsgeber 34 überwacht, dessen Achse von dem Mitnehmerseil 35 umschlungen ist und die jeweilige Position zur Steuerung des Tintenstrahl-Druckkopfes 11 übermittelt, damit an den entsprechenden Stellen markiert werden kann.
• Nach Erreichen der linken oder rechten Endlage des Probentisches 2 schaltet der Getriebemotor 31 über einen in 1 unter dem Probentisch 2 angeordneten Endlagenschalter 36 ab.
• Nach dem Markierungsvorgang fahren wiederum die Abstandssensoren 42 aus, bis einer der beiden Zylinder auf der Probe aufsetzt. Der Klemmzylinder 43 verliert seinen Druck, worauf die Druckeinrichtung 1 wieder nach oben in die Startposition gehoben wird. Die markierte Probe kann entnommen werden, und das Gerät steht für den nächsten Markierzyklus bereit.
• Die den Arbeitsbereich stark belastenden Lösungsmittel werden über die in beiden Figuren dargestellte Absaugeinrichtung 13 abgeführt und ins Freie ausgeleitet.

1

Druckeinrichtung

11

Tintenstrahl-Druckkopf

12

erster Führungswagen zur Vertikalbewegung

13

Absaugeinrichtung

2

Probentisch

21

Probentischgrundplatte

22

zweite Führungsschiene für Längsbewegung

23

zweiter Führungswagen zur Längsbewegung

24

dritte Führungsschiene für Querbewegung

25

dritter Führungswagen zur Querbewegung

26

Probenauflage

27

Ausnehmung

3

Antriebseinheit

31

Getriebemotor

32

Reibrad

33

Antriebsleiste

34

Dreh- bzw. Positionsgeber

35

Mitnehmerseil

36

Endlagenschalter

4

Stelleinrichtung

41

Absenkzylinder

42

Abstandssensor

43

Klemmzylinder

5

Halteeinrichtung

51

Haltearm

52

erste Führungsschiene für Vertikalbewegung

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Markieren von Werkstück- oder Werkstoffproben, die zu Untersuchungszwecken Zug-, Druck-, Biege- oder Wechsellastbeanspruchungen unterworfen werden, mittels Markierungsmarken, die auf das Werkstück haftend aufgebracht werden, mit – einer Druckeinrichtung (1) mit Tintenstrahl-Druckkopf (11) zur Markierung der Probenoberfläche, und – einem zumindest in einer Richtung relativ zur Druckeinrichtung (1) verschiebbaren, motorisch gesteuerten Probentisch (2), gekennzeichnet durch, eine Stelleinrichtung (4) zur Einstellung des Abstands von Druckeinrichtung (1) und Probentisch (2), wobei die Stelleinrichtung (4) zumindest einen pneumatisch betätigten Abstandssensor (42) und einen Klemmzylinder (43) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahl-Druckkopf (11) eine punkt- oder linienförmige Auftragscharakteristik aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Druckeinrichtung (1) eine Absaugeinrichtung (13) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Probentisch (2) eine Ausnehmung (27) zur Halterung von stangen- oder rohrförmigen Proben vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (1), der Probentisch (2) und die Stelleinrichtung (4) vollautomatisch programmgesteuert sind.