DE102005045462B3

DE102005045462B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Auslegen einer Gravur

Info

Publication number: DE102005045462B3
Application number: DE200510045462
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pauly; Gerhard Schulte
Original assignee: Datron Electronic GmbH; REA Elektronik GmbH
Current assignee: Datron Ag 64367 Muehltal De; REA ELEKTRONIK GmbH 64367 MUEHLTAL DE
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-09-23

Abstract

Ein Verfahren zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur (210) mit Farbe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gravur (210) mittels eines Inkjet-Düsenkopfs (410), der unter Verwendung der Gravurdaten die Gravur (210) numerisch gesteuert abfährt, mit Farbe ausgelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur mit Farbe nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Bei der Herstellung von Frontplatten, Anzeigetafeln, Schildern etc. auf beispielsweise Metalloberflächen oder Kunststoffoberflächen müssen gravierte Zeichen, beispielsweise Schriften und Symbole mit Farbe ausgelegt werden.

So geht beispielsweise aus der DE 199 83 807 T1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenmarkierung eines Substrats, beispielsweise einer Flasche hervor, bei dem das Substrat mit Laserlicht bestrahlt wird, sodass über eine vertiefte Oberfläche Material vom Substrat entfernt wird. Die Bestrahlungsbedinungen einschließlich der Dauer sind dabei so festgelegt, dass durch diese Bestrahlung eine Vertiefung in Form eines Gravurgrabens erzeugt wird, der dort ein Druckmaterial aufnimmt, das wiederum durch einen Projiziervorgang in die vertiefte Oberfläche eingebracht wird.

Aus der DE 698 01 222 T2 geht ein Verfahren zur fälschungssicheren, permanenten und kontrastierenden Markierung von Objekten, insbesondere Etiketten hervor, bei dem ebenfalls zunächst eine Lasergravur vorgenommen wird und die Oberflächenmarkierung durch Färbung dieser Lasergravur realisiert wird.

Auch die DE 698 13 227 T2 offenbart ein Verfahren zum Bedrucken eines Werkstücks, an welchem durch Laser-Bearbeiten eine Vertiefung erzeugt wird, in die Pulvermaterial abgelagert wird. Das abgelagerte Pulvermaterial wird durch eine anschließende weitere Laserbearbeitung in der Vertiefung fixiert. Das Pulvermaterial wird anschließend durch Erwärmung des Werkstücks umgeschmelzt und in der Vertiefung fixiert ausgehärtet.

Darüber hinaus sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Farbe großflächig auf der gesamten Oberfläche aufgetragen wird, wobei sich die Farbe sowohl in den Gravurgräben sammelt als auch unerwünschterweise auf der Oberfläche. Danach wird die Oberfläche abgewischt oder die nicht in den Gravurgräben auf der Oberfläche befindliche Farbe auf andere Weise abgetragen.

Diese Art des Auslegens mit Farbe ist aufwendig und erfordert einen recht hohen Bearbeitungsaufwand durch Handarbeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass ein Auslegen von auf Oberflächen erzeugten Gravuren mit Farbe auf einfache Weise und insbesondere auch automatisch, also ohne Zwischenschaltung von manuellen Arbeitsschritten und ohne aufwendige Laserbearbeitung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der auf Anspruch 1 bzw. 5 rückbezogenen Unteransprüche.

Grundidee der Erfindung ist es, eine auf einer Oberfläche erzeugte Gravur mittels eines Inkjet-Düsenkopfs, der unter Verwendung der Gravurdaten die Gravur numerisch gesteuert abfährt, mit Farbe auszulegen, wobei der Inkjet-Düsenkopf aufgrund von Daten einer CNC-Fräsvorrichtung, durch welche die Gravur erzeugt wurde, verfahren wird. Da hierbei die zur Erzeugung der Gravur erforderlichen Daten für die Auslegung mit Farbe übernommen werden können, ist eine automatische und präzise Auslegung der Gravur mit Farbe möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Inkjet-Düsenkopf während des Abfahrens der Gravur einstellbar punktuell Farbe abgibt.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der zeitliche oder räumliche Abstand der punktuellen Farbabgabe, d.h. der zeitliche oder räumliche Abstand der Punkte, an denen Farbe abgegeben wird, einstellbar ist. Der zeitliche oder räumliche Abstand wird dabei abhängig von der abzugebenden Farbe gewählt. Bei einer eher zähflüssigen Farbe wird der zeitliche oder räumliche Abstand so klein gewählt, dass eine quasikontinuierliche Abgabe erfolgt. Bei einer Farbe, die eine so gute Fließfähigkeit aufweist, dass sie sich selbsttätig aufgrund der Kapillarkräfte in den Gravurgräben verteilt, sodass eine voll ständige Auslegung der Gravur gegeben ist, können die Abstände größer gewählt werden.

Der Inkjet-Düsenkopf wird während des Abfahrens der Gravur bevorzugt in einer einstellbaren Höhe über der Gravur angeordnet. Die Höhe wird in Abhängigkeit von der abzugebenden Farbe und von der Größe der Gravurgräben gewählt.

Die Vorrichtung zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur mit Farbe weist einen Inkjet-Düsenkopf auf, der in X-, Y-, Z-Richtung unter Verwendung der Gravurdaten numerisch gesteuert verfahrbar ist und während des Verfahrens gesteuert Farbe abgibt. Die Vorrichtung ist Teil einer CNC-Fräsvorrichtung ist, mit der beispielsweise eine Gravur erzeugbar ist. So kann zunächst mit der Fräsvorrichtung die Gravur erzeugt werden und nachträglich dann mit der Vorrichtung zum Auslegen der Gravur mit Farbe die Farbe automatisch und mit hoher Präzision aufgetragen werden.

Rein prinzipiell kann die Vorrichtung unabhängig von einer beispielsweise spanabhebenden Vorrichtung arbeiten und lediglich ausgebildet sein zum Auslegen von Gravuren mit Farbe.

Es versteht sich, dass eine derartige Vorrichtung zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur mit Farbe auch bei an sich bekannten CNC-Fräsvorrichtungen angeordnet und damit als zusätzliche Option oder Ersatzteil nachgerüstet werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass der Inkjet-Düsenkopf zusammen mit einem Fräswerkzeug an einem Fräskopf angeordnet ist. In diesem Falle können die Steuerung, die Motoren und dergleichen, die eine Bewegung des Fräskopfes in X-, Y-, Z-Richtung bewirken, auch für die Bewegung des Inkjet-Düsenkopfes verwendet werden, sodass zusätzliche Bauteile für die Steuerung des Inkjet-Düsenkopfes entfallen können.

Bevorzugt ist dabei der Düsenkopf gegen das Fräswerkzeug austauschbar. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass beispielsweise zunächst die Gravur mittels des Fräswerkzeugs hergestellt wird, dass dieses dann in eine Ruheposition oder in eine Werkzeugaufnahme oder dergleichen verbracht wird und dass dann nach Austausch des Fräswerkzeugs gegen den Inkjet-Düsenkopf das Auslegen der Gravur mit Farbe vorgenommen wird.

Der Austausch des Inkjet-Düsenkopfs gegen das Fräswerkzeug kann auf die unterschiedlichste Art und Weise realisiert werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Inkjet-Düsenkopf an einem an dem Fräskopf in Z-Richtung bewegbaren Lift oder einer liftähnlichen Einrichtung von einer Ruheposition, in der der Inkjet-Düsenkopf das Fräswerkzeug nicht stört, in eine Arbeitsposition, in der das Auslegen der Gravur mit Farbe erfolgt, absenkbar ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Inkjet-Düsenkopf mittels eines Schwenkarms von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition schwenkbar ist.

Es versteht sich, dass sowohl das Ab- und Auffahren mittels des Lifts als auch das Schwenken des Inkjet-Düsenkopfs mittels des Schwenkarms elektronisch gesteuert, beispielsweise durch die Steuereinrichtung der Fräsvorrichtung, erfolgen.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht eine sehr schnelle und gleichzeitig präzise Bearbeitung der Oberfläche, wobei vom Herstellen der Gravur bis zum Auslegen der Gravur mit Farbe alle Arbeitsvorgänge automatisch ablaufen, sodass ein Eingriff einer Bedienungsperson nicht erforderlich ist. Hierdurch wird auch eine große Bearbeitungsgeschwindigkeit und damit eine große Anzahl von in einem Zeitraum zu bearbeitenden Werkstücke ermöglicht.

Der Inkjet-Düsenkopf gibt dabei die Tinte gesteuert punktuell ab. Dabei ist der zeitliche oder räumliche Abstand zwischen den Farbabgabepunkten einstellbar und wird in Abhängigkeit von der verwendeten Tinte und der Größe der Gravurgräben gewählt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine von der Erfindung Gebrauch machende, an einer an sich bekannten Fräsvorrichtung angeordnete Vorrichtung zum Auslegen einer Gravur mit Farbe;
2 in vergrößerter Darstellung die Anordnung eines Inkjet-Düsenkopfs an einem in 1 dargestellten Fräskopf und
3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Inkjet-Düsenkopfs an einem Fräskopf
In 1 sind die wesentlichen, hier interessierenden Teile einer CNC-Fräsvorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise „DATRON M8" vertrieben wird.
Eine solche Fräsvorrichtung dient speziell der effektiven und präzisen Bearbeitung von Metallteilen, insbesondere Aluminiumteilen, sowie Kunststoff teilen. Die Bearbeitung erfolgt dabei mit einer Hochleistungszerspanung, bei der das Fräswerkzeug mit bis zu 60.000 U/min. rotiert.
Es ist hervorzuheben, dass die nachfolgend beschriebene Vorrichtung und das Verfahren bei jeder beliebigen CNC-Maschine zum Einsatz kommen kann.
Die Vorrichtung weist einen Maschinentisch 100 auf, der zur Aufnahme und Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken 200 dient. Der Bearbeitungstisch 100 ist zwischen einem in Y-Richtung beweglichen Träger 120 angeordnet. An dem Träger 120 selbst ist in X- und in Z-Richtung, beispielsweise durch Schwalbenschwanz-Aufnahmen 142 (siehe 2 und 3) beweglich ein Fräskopf 140 angeordnet mit einem Fräswerkzeug 150, welches ein Gravieren von beispielsweise Aluminium- oder Kunststoffplatten ermöglicht.
Der Fräskopf 140 ist mit einer schematisch dargestellten Steuereinrichtung 300 versehen, welche in bidirektionalem Datenaustausch den Fräskopf 140 numerisch gesteuert bewegt und so auf der Oberfläche des Werkstücks 200 beispielsweise einen Buchstaben oder ein anderes Symbol 210 graviert.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist des Weiteren an dem Fräskopf 140 an einer liftartigen Einrichtung 400 ein Inkjet-Düsenkopf 410 mit einer Düse 420 angeordnet, der in seiner Ruheposition, in 1 und 2 schematisch mit R bezeichnet, so angeordnet ist, dass er während der Herstellung der Gravur eine ungehinderte Bewegung des Fräswerkzeugs 150 ermöglicht.
Nach Herstellen der Gravur wird entweder das Fräswerkzeug 150 in einer (nicht dargestellte) Werkzeugaufnahme abgelegt oder der Düsenkopf 410 fährt in eine mit A bezeichnete Arbeitsposition, in der seine Düse 420 in Z-Richtung näher an dem Werkstück 200 angeordnet ist als das Fräswerkzeug 150. Hierdurch wird verhindert, dass bei dem Auslegen der Gravur 210 mit Farbe eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks 200 durch das Fräswerkzeug 150 erfolgen kann.
Wie in 1, 2 und 3 dargestellt, weist der Inkjet-Düsenkopf 410 gegenüber dem Fräswerkzeug 150 einen seitlichen Versatz in X-Richtung auf. Dieser Versatz wird bei dem Auslegen der Gravur mit Farbe durch die Steuereinrichtung 300 berücksichtigt. Der Inkjet-Düsenkopf 410 wird dabei aufgrund der Gravurdaten, die in einem (nicht dargestellten) Speicher der Steuereinrichtung 300 hinterlegt sind, verfahren. Oder anders ausgedrückt: Die Gravurdaten zur Herstellung der Gravur werden zum Auslegen der Gravur 210 mit Farbe verwendet, wobei der Versatz rechnerisch berücksichtigt wird.
Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, die Vorrichtung zum Auslegen der Gravur mit Farbe mit dem Fräskopf 140 zu kombinieren.
Vielmehr könnte rein prinzipiell auch nur die Vorrichtung zum Auslegen der Gravur mit Farbe an dem Träger 120 in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar angeordnet sein.
In diesem Falle müssten die Gravurdaten entweder eingegeben werden oder beispielsweise mittels Abtastung erfasst werden oder auf andere Weise in dem Speicher der Steuereinrichtung 300 hinterlegt werden.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Inkjet-Düsenkopf 410 an dem Lift 400 so angeordnet, dass er von der Arbeitsposition A in die Ruheposition R in Z-Richtung absenkbar ist. In der Ruheposition R findet das Herstellen der Gravur durch das Fräswerkzeug 150 statt. In der Arbeitsposition A wird dagegen die erzeugte Gravur mit Farbe ausgelegt. Bei einem anderen, in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Inkjet-Düsenkopf 410 an einem Schwenkarm 460 angeordnet, der mittels eines Drehlagers 465 an dem Fräskopf 400 gelagert ist. Aufgrund einer mit D gekennzeichneten Drehbewegung wird der Inkjet-Düsenkopf von seiner Ruheposition R in seine Arbeitsposition A bewegt und umgekehrt. Sowohl das Verschieben mittels des Lifts 400 als auch die Drehbewegung mittels des Schwenkarms 460 erfolgen dabei numerisch gesteuert durch die Steuereinrichtung 300.
Während des Auslegens der Gravur 210 mit Farbe wird der Inkjet-Düsenkopf 410 in seiner Arbeitsposition A in Z-Richtung so über der Gravur 420 positioniert, dass die Düse 420 näher an der Gravur 210 angeordnet ist als das Fräswerkzeug 150, sodass beim Auslegen mit Farbe eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks 200 nicht möglich ist. Der Inkjet-Düsenkopf 410 kann auch gegen das Fräswerkzeug 150 ausgetauscht werden. Letzteres wird dann beispielsweise in einer Werkzeugaufnahme abgelegt.
Die Höhe des Inkjet-Düsenkopfs 420 über der Gravur 210 ist einstellbar. Sie wird gewählt in Abhängigkeit von der auszulegenden Tinte und von der Größe der Gravurgräben, ferner in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit, der Verfahrbeschleunigung und dergleichen.
Der Inkjet-Düsenkopf 420 gibt die Farbe punktuell ab. Unter punktueller Farbabgabe wird dabei verstanden, dass die Farbe an verschiedenen Punkten der Gravur abgegeben wird. Der zeitliche Abstand der Farbabgabe oder auch der räumliche Abstand der Farbabgabe kann vorgegeben und eingestellt werden. Dieser Abstand wird in Abhängigkeit von der Farbe gewählt. Bei einer eher zähflüssigen Farbe wird dieser Abstand verhältnismäßig klein gewählt. Er kann so klein gewählt werden, dass eine quasikontinuierliche Abgabe der Farbe erfolgt. Bei sehr dünnflüssigen Farben mit geringer Oberflächenspannung erfolgt die punktuelle Farbabgabe mit größerem zeitlichen und räumlichen Abstand. In diesem Fall breitet sich die Farbe aufgrund der Kapillarkräfte selbsttätig in der Gravur 210 aus, wodurch eine gleichmäßige Auslegung der Gravur 210 ermöglicht wird.

Claims

Verfahren zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur (210) mit Farbe, wobei die Gravur (210) mittels eines Inkjet-Düsenkopfs (410), der unter Verwendung der Gravurdaten die Gravur (210) numerisch gesteuert abfährt, mit Farbe ausgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) aufgrund von Daten einer CNC-Fräsvorrichtung, durch welche die Gravur (210) erzeugt wurde, verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) während des Abfahrens der Gravur (210) einstellbar punktuell Farbe abgibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche oder räumliche Abstand der punktuellen Farbabgabe eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) während des Abfahrens der Gravur (210) in einer einstellbaren Höhe über der Gravur (210) angeordnet wird.
Vorrichtung zum Auslegen einer auf einer Oberfläche erzeugten Gravur (210) mit Farbe, mittels eines Inkjet-Düsenkopfs (410), der in X-, Y-, Z-Richtung unter Verwendung der Gravurdaten numerisch gesteuert verfahrbar ist und während des Verfahrens gesteuert Farbe abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil einer CNC-Fräsvorrichtung ist, mit der die Gravur (210) erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) zusammen mit einem Fräswerkzeug (150) an einem Fräskopf (140) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) gegen das Fräswerkzeug (150) austauschbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) an einem an dem Fräskopf (140) in Z-Richtung bewegbaren Lift (400) von einer Ruheposition (R) in eine Arbeitsposition (A) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf mittels eines Schwenkarms (460) von einer Ruheposition (R) in eine Arbeitsposition (A) schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Düsenkopf (410) Tinte gesteuert punktuell abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche oder räumliche Abstand zwischen den punktuellen Farbabgaben einstellbar ist.