DE102006056388B3

DE102006056388B3 - Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes, Markierungsprüfeinheit für eine solche Vorrichtung sowie Verfahren zur Markierungsprüfung

Info

Publication number: DE102006056388B3
Application number: DE200610056388
Authority: DE
Inventors: Robert Schlamp; Udo Spindler; Andreas Rieber
Original assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Audi AG; Borries Markier Systeme GmbH
Current assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Audi AG; Borries Markier Systeme GmbH
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2026-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes (1) mit einem Markierwerkzeug (3), das mittels eines Stellantriebs (19, 21) entlang einer, von einer Steuereinrichtung (37) vorgegebenen Markierungsbahn führbar ist, welcher Vorrichtung eine Markierungsprüfeinheit zugeordnet ist, die zumindest einen ersten und einen zweiten Prozessparameter (Deltaa, Deltab, Deltac, Deltad(t)) erfasst und ein korrespondierendes erstes und zweites Prüfsignal (Sa, Sb, Sc, Sd) erzeugt. Erfindungsgemäß weist die Markierungsprüfeinheit für die erzeugten Prüfsignale eine gemeinsame Auswerteeinrichtung (76) auf, die auf der Grundlage einer gemeinsamen Auswertung der beiden Prüfsignale ein Prüfergebnis (A) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Markierungsprüfeinheit für eine Markierungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 15 sowie ein Verfahren zur Markierungsprüfung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 16.
Zur Individualisierung von Kraftfahrzeug-Karosserien können Karosserieteile durch eine sogenannte Ritzprägung mit Fahrgestell-Identifikations-Nummern fälschungssicher markiert werden. Bei der Ritzprägung wird eine mit Hartmetall- oder Diamantspitze versehene Schreibnadel mit hoher Kraft gegen das Werkstück gedrückt und in Form der Schrift-Zeichen über die Werkstück-Oberfläche gezogen. Insbesondere die Ritzprägung ist mit ihrer reduzierten Prägetiefe (in einer Größenordnung von lediglich 0,2 mm) anfällig für Fehler, wie etwa Verzerrungen oder ein Versatz von Zeichen. Aus diesem Grunde werden Prüf- bzw. Überwachungseinrichtungen eingesetzt, die in der Fertigungslinie integriert sind und die Qualität des Prägevorgangs überwachen.
Aus der DE 199 30 272 C2 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes mit einem Markierwerkzeug bekannt. Das Markierwerkzeug wird mittels eines Stellantriebs entlang einer, von einer Steuereinrichtung vorgegebenen Markierungsbahn geführt. Für die Qualitätsprüfung ist der Markierungsvorrichtung eine Markierungsprüfeinheit zugeord net, die über Bilderfassungsgeräte Prozessparameter erfasst, wie etwa die Breite, die Konturenschärfe, und/oder die Oberfläche des zu prägenden Werkzeugbereiches unmittelbar vor Einwirken des Werkzeuges. Auf der Grundlage der erfassten Prozessparameter werden Prüfsignale erzeugt.
Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Signalverarbeitung werden Messwerte des jeweiligen Prozessparameters mit einem zugehörigen Referenzwert verglichen und entsprechend das Prüfsignal erzeugt. Wenn dabei nur einzelne Messwerte stark von dem Referenzwert abweichen, kann dies bereits zu einem negativen Prüfsignal mit einem sofortigen Produktionsstillstand führen. Außerdem sind die beiden Bildbearbeitungsgeräte der Markierungsprüfeinheit zusätzlich in den Regelkreis zur Werkzeug-Bahnführung eingebunden, in dem sie Ist-Werte der Regelung erfassen. Ein Ausfall dieser Bildbearbeitungsgeräte führt daher zwangsläufig auch zu einem Ausfall der Markierungsvorrichtung.
Aus der DE 20 2006 002 052 U1 ist eine weitere Markierungsvorrichtung mit einer Markierungsprüfeinheit bekannt. Die Markierungsprüfeinheit weist hierbei Dehn-Messstreifen auf, die Stauchungen oder Biegungen der Schreibnadel in Bezug auf deren Längsachse erfassen können. Die erfassten Axial- und Biegekräfte werden mit gespeicherten Referenzwerten verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs wird ein positives oder negatives Prüfsignal erzeugt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes oder ein Verfahren zur Markierung eines Werkstückes bereitzustellen, das bei geringem Produktionsstillstand die Qualität der erzeugten Markierungen sichert.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 15 bzw. des Patentanspruches 16 gelöst. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die Markierungsprüfeinheit eine Auswerteeinrichtung auf, in die die erzeugten Prüfsignale geleitet werden. Die Auswerteeinrichtung erzeugt dann auf der Grundlage einer gemeinsamen Auswertung der Prüfsignale ein Prüfergebnis. In der Auswerteeinheit kann jedes Prüfsignal nach individuellen Regeln bzw. Algorithmen bewertet werden. Dadurch ist verhindert, dass bereits einzelne Messwerte, die stark von Referenzwerten abweichen, sofort einen Produktionsstillstand bewirken, obwohl das Prägeergebnis selbst noch in Ordnung ist.
Bevorzugt kann die Markierungsprüfeinheit zur Erfassung des ersten und des zweiten Prozessparameters jeweils eine separate Erfassungseinrichtung aufweisen. Auf diese Weise kann jede der Erfassungseinrichtungen jeweils einem bestimmten Prozessparameter speziell angepasst sein, der entsprechend mit hoher Ansprechempfindlichkeit überwachbar ist. Bevorzugt können die weiteren Erfassungseinrichtungen diesen Prozessparameter ebenfalls zumindest mit einer geringen oder mittleren Ansprechempfindlichkeit erfassen. In diesem Fall überlappen sich die Erfassungsbereiche der unterschiedlichen Erfassungseinrichtungen. Unregelmäßigkeiten während des Markiervorgangs werden so durch die verschiedenen Erfassungseinrichtungen in unterschiedlicher Prüfschärfe erfasst, wodurch die Betriebssicherheit steigt. Selbst bei einem Ausfall eines dieser Erfassungseinrichtungen kann somit der, der ausgefallenen Erfassungseinrichtung zugeordnete Prozessparameter von den verbleibenden Erfassungseinrichtungen überwacht werden.
Bevorzugt können zwischen den Erfassungseinrichtungen und der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung Vergleichseinrichtungen vorgeschaltet sein. Die von der jeweiligen Erfassungseinrichtung kommenden Messwerte werden in den Vergleichseinrichtungen mit entsprechenden Referenzwerten verglichen, woraufhin das Prüfungssignal erzeugt wird.
Bevorzugt können die Erfassungseinrichtungen analoge Signale zu den Vergleicheinrichtungen leiten. Die Vergleichseinrichtungen können hierbei – im Gegensatz zu binären Signalen – mehrere Grenzwerte bzw. Referenzwerte für jeden der Prozessparameter definieren. Somit kann in der Vergleichseinrichtung für jeden erfassten Prozessparameter das Prüfsignal in zumindest zwei oder drei unterschiedlichen Qualitätsstufen „Gut", „Schlecht", „Warnung" erzeugt werden.
Beispielhaft kann als ein Prozessparameter die Prägetiefe des Markierwerkzeugs analog erfasst werden. Die erfasste Prägetiefe wird in der zugeordneten Vergleichseinrichtung mit zumindest einem Referenzwert verglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleich erzeugt die Vergleichseinrichtung bei einwandfreier Prägetiefe das Prüfsignal „Gut", bei einer reduzierten Prägetiefe das Prüfsignal „Warnung", und bei einer stark reduzierten Prägetiefe das Prüfsignal „Schlecht". Das erzeugte Prüfsignal wird dann zur erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung geleitet. In der Auswerteeinrichtung werden neben dem Prägetiefe-Prüfsignal weitere Prozessparameter-Prüfsignale niedergelegt und gemeinsam bewertet. Auf der Grundlage dieser gemeinsamen Bewertung erzeugt die Auswerteeinrichtung das Prüfergebnis.
Für eine Prozessautomatisierung ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinrichtung der Markierungsprüfeinheit in Signalverbindung mit der Steuereinrichtung des Markierwerkzeugs ist. Auf diese Weise kann bei einem negativen Prüfergebnis die Auswerteeinrichtung ein AUS-Signal an die Steuereinrichtung leiten, um selbsttätig eine Prozessunterbrechung herbeizuführen.
Zur Reduzierung von Produktionsstillständen ist es bevorzugt, wenn die Markierungsprüfeinheit weitgehend getrennt von der Werkzeugsteuerung vorgesehen ist. Hierzu sind die Erfassungseinrichtungen der Markierungsprüfeinheit ohne Signalverbindung mit und daher unabhängig von der Werkzeug-Steuereinrichtung. Dadurch ist auch bei einer Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen die Wahrscheinlichkeit eines Prozessausfalles nicht erhöht, sofern eine der Erfassungseinrichtungen ausfallen sollte.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Markierungsprüfeinheit eine Erfassungseinrichtung zur Prüfung einer zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche aufweisen. Dadurch können vor Beginn des Prägevorgangs Oberflächen-Unregelmäßigkeiten erfasst werden, die während des Prägevorgangs zu einer Verzerrung des geprägten Zeichens führen können. Solche Unregelmäßigkeiten bzw. Hindernisse sind im Karosserie-Bau z. B. festanhaftende Schweißperlen oder falsch gesetzte Schweißnähte oder -punkte. Diese können dazu führen, dass das Markierwerkzeug zwangsweise die gewünschte Bahnkurve verlässt und eine Fehlprägung entsteht.
In einer einfachen Ausführungsform kann die Markierungsprüfeinheit als Erfassungseinrichtung eine Wippe aufweisen, die vor dem Prägevorgang in paralleler Ausrichtung mit der Werkstückoberfläche in Anlage mit dieser geführt wird. Die Erfassungseinrichtung erfasst dabei eine durch Oberflächen-Unregelmäßigkeiten entstehende Kippbewegung bzw. Schrägstellung der Wippe. Die Erfassung kann bevorzugt mit zumindest einem, an den Wippenarmen vorgesehenen Abstandssensor zur Abstandsmessung erfolgen. Ein derart erfasster Abstand kann in der zugeordneten Vergleichseinrichtung mit zumindest einem Differenzwert verglichen werden. Auf dieser Grundlage kann dann ein entsprechendes Prüfsignal in der Qualitätsstufe „Gut", „Warnung" oder „Schlecht" erzeugt und zur Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden.
Ein weiterer bedeutsamer Prozessparameter ist die Geometrie der Werkzeugspitze des Markierwerkzeugs, die mittels einer weiteren Erfassungseinrichtung überwacht werden kann. Zur Prüfung der Werkzeugspitze kann die Erfassungseinrichtung bei einer Neumontage des Werkzeugs einen Referenz-Abstand zwischen dem Werkzeugkopf und der Werkzeugspitze erfassen. Dieser Referenz-Abstand kann nach erfolgtem Prägevorgang mit dem aktuellen Abstand zwischen dem Werkzeugkopf und der Werkzeugspitze verglichen werden. Die Differenz zwischen dem aktuellen Abstand und dem Bezugs-Abstand kann wiederum zur zugeordneten Vergleichseinrichtung geleitet werden. Daraufhin wird ein Prüfsignal mit entsprechender Qualitätsstufe zur erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden kann.
Als weiterer wichtiger Prozessparameter kann die Prägetiefe während des Markierungsvorganges mittels einer Erfassungseinrichtung überwacht werden. Hierzu kann die Erfassungseinrichtung einen Arbeitshubweg des Markierwerkzeugs erfassen. Die Erfassungseinrichtung legt zunächst einen Bezugspunkt festlegen, bei dem die Werkzeugspitze mit einer reduzierten Kraft auf die noch unbearbeitete Werkstück-Oberfläche drückt. Die Prägetiefe ergibt sich in diesem Fall aus der Differenz zwischen dem oben erwähnten Bezugspunkt und der in der Arbeitsposition befindlichen Werkzeugspitze.
Ein ebenfalls bedeutsamer Prozessparameter für die Qualitätssicherung der geprägten Zeichen ist die während des Markiervorganges vorgegebene Markierungsbahn des Werkzeugs, die ebenfalls mittels einer Erfassungseinrichtung überwacht werden kann. Zur Bahnüberwachung kann die Erfassungseinrichtung rechnerisch ein Toleranzband um eine Idealbahn des Werkzeugs als Sollvorgabe definieren. Die Erfassungseinrichtung bzw. deren Vergleichseinrichtung kann dann im Prägevorgang die Idealbahn mit dem tatsächlichen Bahnverlauf des Werkzeugs vergleichen. In Abhängigkeit davon, wie häufig die Schreibnadel das Toleranzband verlässt, kann die Vergleichseinrichtung ein Prüfsignal „Gut", „Warnung" oder „Schlecht" an die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung weiterleiten.
Die Schwellwerte für die Qualitätsstufen „Gut", „Warnung" oder „Schlecht" können elektronisch in den Vergleichseinrichtungen eingestellt werden und bedürfen keiner mechanischen Justage. Für statistische Auswertungen, z. B. Trend-Analysen, Standzeit-Berichte, können die einzelnen Messwerte der Prozessparameter auch gespeichert und gesammelt werden. Die Werte zur Messung der Prägetiefe sowie der Bahnüberwachung können während des Prägevorgangs in Echtzeit zur Markierungsprüfeinheit übertragen werden. Sämtliche Messwerte können laufend gespeichert werden, um für statistische Auswertungen verfügbar zu sein. Insbesondere dient eine Langzeit-Auswertung dazu, prozesssichere Referenzwerte für die verschiedenen Qualitätsstufen der Prüfsignale festzulegen.
Hiermit kann beim Start einer neuen Produktion (z. B. bei einer neuen Prägeanlage) der jeweilige Referenzwert relativ großzügig definiert werden, um eine Produktion nicht durch „unberechtigte" Alarme zu behindern. Aufgrund von Erfahrungswerten kann dann der jeweilige Referenzwert entsprechend geändert werden, um nicht nur schwerwiegende Fehlfunktionen bei der Prägung zu erfassen, sondern bereits nach Art eines Frühwarn-Systems Prozess-Veränderungen zu detektieren, die noch keine spezifikationswidrige Prägung verursachen.
Auf der Basis eines solchen Frühwarn-Systems kann die Markierungsvorrichtung bedarfsorientiert außerhalb regulärer Produktionszeiten gewartet werden, ohne dass reine Routine-Wartungen zu festgelegten Zeitintervallen notwendig sind.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht grob schematisch die Markierungsvorrichtung;
2 in einer perspektivischen Ansicht eine Prüfeinheit zur Prüfung einer zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche;
3 und 4 jeweils Seitenschnittansichten der Prüfeinheit gemäß der 2;
5 in perspektivischer Ansicht eine Prüfeinheit zur Prüfung einer Werkzeugspitze und eine Prüfeinheit zur Prüfung der Prägetiefe;
6 in einem Blockschaltdiagramm die Markierungsprüfeinheit sowie die Werkzeugsteuerung; und
7, 8 jeweils beispielhaft der Idealbahnverlauf des Werkzeugs bei einem zu prägenden Zeichen zusammen mit einem von einer Erfassungseinrichtung zur Bahnüberwachung ermittelten Toleranzband.
In der 1 ist grob schematisch eine Markierungsvorrichtung für eine dauerhafte und fälschungssichere Werkstück-Kennzeichnung gezeigt, wie es hier beispielhaft an einem angedeuteten Kraftfahrzeug-Karosserieteil 1 vorzunehmen ist. Das Karosserieteil 1 ist in bekannter Weise gegenüber der Markierungsvorrichtung fixiert. Die Werkstück-Kennzeichnung erfolgt hier durch eine sogenannte Ritzprägung, bei der eine, mit einer Hartmetall- oder Diamantspitze versehene Schreibnadel 3 mit hoher Kraft gegen die Oberfläche des Karosserieteils 1 gedrückt und zur Prägung von Schriftzeichen über die Werkstück-Oberfläche gezogen wird.
Hierzu ist die Schreibnadel 3, wie später anhand der 5 beschrieben ist, in einem Gehäuse 5 des Prägekopfes 7 in der z-Richtung verschiebbar geführt. Der Prägekopf 7 ist auf einem Schlitten 9 gehaltert, der den Prägekopf 7 in der y-Richtung verstellt. Hierzu ist der Schlitten 9 auf Querschienen 11 in der y-Richtung verschiebbar geführt. Die Querschienen 11 sind auf einem weiteren Schlitten 13 angeordnet, der in der x-Richtung auf Längsschienen 15 verschiebbar geführt ist. Die Längsschienen 15 sind ortsfest auf einer Grundplatte 17 der Markierungsvorrichtung befestigt.
Für eine Stellbewegung des Querschlittens 9 und des Längsschlittens 13 sind jeweils Spindelantriebe 19, 21 vorgesehen. Jeder der Spindelantriebe weist einen Elektromotor auf, der über einen Riementrieb 23, 25 jeweils Schraubspindeln 27 antreibt, die mit den jeweiligen Schlitten 9, 13 in Wirkverbindung sind.
Die Hubbewegung der Schreibnadel 3 in der z-Richtung erfolgt über ein in 5 gezeigtes Pneumatiksystem im Prägekopf 7. Demzufolge weist der Prägekopf 7 einen Zylinderraum 29 auf, in dem ein Pneumatikkolben 31 verschiebbar geführt ist. Eine Arbeitskammer oberhalb des Pneumatikkolbens 31 ist zur Druckbeaufschlagung mit einer Pneumatikleitung 33 in Verbindung. Gemäß der 5 ist die Schreibnadel 3 über eine Rückstellfeder 35 am Pneumatikkolben 31 abgestützt. Die Rückstellfeder 35 begrenzt beim Prägevorgang eine auf die Schreibnadel 3 wirkende Axialkraft.
In der 5 ist die in einer Führungsbohrung 34 des Prägekopfes 7 axial geführte Schreibnadel 3 in ihrer zurückgezogenen Position gezeigt. In dieser Position ist die Schreibnadel mit ihrer Spitze – in Bezug auf eine Gehäusekopfmündung 57 – um den Abstand Δb im Prägekopf 7 versenkt. Der Pneumatikkolben 31 befindet sich dabei in seiner oberen Endlage. Für einen Prägevorgang wird der Pneumatikkolben 31 mitsamt der Schreibnadel 3 um einen Arbeitshub Δc in einer Arbeitsposition verstellt, in der die Schreibnadel mit einer bestimmten Prägetiefe auf die Werkzeug-Oberfläche drückt.
Gemäß der 1 weist die Markierungsvorrichtung eine Steuereinrichtung 37 auf, die über Signalleitungen 39 die Spindelantriebe 19, 21 bzw. über die Pneumatikleitung 33 den Pneumatikkolben 31 ansteuert. Zur fälschungssicheren Kennzeichnung der Oberfläche des Karosserieteils 1 werden die Spindelantriebe 19, 21 bzw. das Pneumatiksystem im Gehäusekopf 7 entsprechend angesteuert, um die Schreibnadel 3 entlang einer vorgegebenen Markierungsbahn in einer vorgegebenen Prägetiefe auf der Werkstückoberfläche zu ziehen.
Zur Sicherung der Qualität der Werkstück-Kennzeichnung ist der Markiervorrichtung eine Markierungsprüfeinheit mit vier verschiedenen, jeweils getrennt voneinander funktionsfähigen Erfassungseinrichtungen bzw. Prüfeinheiten zugeordnet, deren Aufbau und Funktionsweise nachfolgend beschrieben ist. Jede der Prüfeinheiten erfasst mit sich teilweise überlappende Empfindlichkeiten sowie mit unterschiedlicher Prüfschärfe vier Prozessparameter Δa, Δb, Δc und Δd(t). Wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, repräsentiert Δa die Unregelmäßigkeiten bzw. Hindernisse auf der zu prägenden Werkstück-Oberfläche, Δb den Zustand der Schreibnadelspitze, Δc die Prägetiefe des im Werkstück eingeprägten Zeichens, und Δd(t) den Bahnverlauf der Schreibnadel 3.
So zeigen die 2 bis 4 eine erste Erfassungseinrichtung bzw. Prüfeinheit 39. Mit der Prüfeinheit 39 wird vor einer Ritzprägung die zu prägende Oberfläche des Karosserieteils 1 auf Hindernisse, z. B. fest anhaftende Schweißperlen, falsch gesetzte Schweißnähte oder -punkte, überprüft. Solche Hindernisse können während des Prägevorgangs die Schreibnadel 3 aus einer vorgegebenen Soll-Bahnkurve lenken, wodurch das zu prägende Zeichen verzerrt wird und eine fehlerhafte Kennzeichnung entsteht.
Die gezeigte Erfassungseinrichtung 39 weist gemäß den 2 bis 4 eine Wippe 41 auf, die über einen Parallelabstand a von der Oberfläche des Karosserieteils 1 entfernt ist. Die Wippe 41 ist mittig an einem Ende einer Zylinderstange 45 einer Vorschubeinheit 43 angelenkt. Die Vorschubeinheit 43 kann eine Elektromagnetanordnung oder eine Pneumatik-/Hydraulikanordnung sein, die die Wippe 41 höhenverstellt. An den beiden Enden der Wipp-Arme sind Abstandssensoren 47 angeordnet, die den Abstand zur Werkstück-Oberfläche erfassen.
Zur Prüfung der Werkstück-Oberfläche schiebt die Vorschubeinheit 43 die Wippe 41 mit geringer Geschwindigkeit senkrecht gegen die Werkstück-Oberfläche im Prägebereich, bis die Wippe 41 mit ihrer Unterseite eben und flach auf der Oberfläche liegt.
Wie aus der 3 hervorgeht, befindet sich eine Schweißperle 49 als Hindernis auf der zu prüfenden Werkstück-Oberfläche. Die Wippe 41 liegt daher nicht eben, sondern in der gezeigten Schrägstellung auf der Werkstück-Oberfläche. Die Abstandssensoren 47 erfassen daher ungleiche Abstände a₁ und a₂, so dass beide Sensoren 47 jeweils unterschiedliche analoge Ausgangssignale bzw. ein Differenzsignal Δa zu einer später beschriebenen Vergleichseinrichtung leiten. Die Vergleichseinrichtung erzeugt auf der Grundlage der Ausgangssignale ein entsprechendes Prüfsignal.
Alternativ zu den beiden Abstandssensoren 47 können gemäß der 4 an beiden Wipp-Armen jeweils federnd gelagerte Taststifte 51 angeordnet sein. Die Taststifte 51 können bei einer anliegenden Wippe 41 entgegen einer Federkraft zurückgeschoben werden. Der Stellweg der Taststifte 51 kann dann jeweils mittels eines Sensors 53 erfasst werden.
In der 5 ist eine zweite Prüfeinheit 55 gezeigt, die als weiteren Prozessparameter Δb den Zustand der Schreibnadel-Spitze erfasst. Hierbei wird der Abstand Δb zwischen der Schreibnadel-Spitze und der Gehäusekopfmündung 57 erfasst. Der Abstand Δb wird dann von der Prüfeinheit 55 zu einer Vergleichseinrichtung geleitet und dort mit einem Referenzabstand verglichen, der nach einer Neu-Montage der Schreibnadel 3 im Gehäusekopf 7 gemessen wurde.
Die Prüfeinheit 55 weist einen ortsfesten Grundrahmen 59 auf, an dem ein höhenverstellbarer Trägerschlitten 61 gelagert ist. Der Trägerschlitten 61 ist über angedeutete Rückstellfedern 62 am Grundrahmen 59 abgestützt und trägt einen in Axialrichtung verstellbaren Taststift 63. Der Taststift 63 ist axial verschiebbar durch die Oberseite des Trägerschlittens 61 sowie durch einen Gehäusekopf-Anschlag 64 geführt.
Die Prüfung der Schreibnadel-Spitze kann vor und/oder nach jeder Prägung erfolgen. Hierzu wird der Pneumatikkolben 31 in seine obere Endlage gemäß der 5 verstellt. Anschließend werden der Gehäusekopf 7 und die Prüfeinheit 55 axial zueinander ausgerichtet, wie es in der 5 gezeigt ist. In dieser Stellung werden der Gehäusekopf 7 und die Prüfeinheit 55 so gegeneinander axial verstellt, bis der Gehäusekopf 7 mit seiner Mündung 57 in Anlage mit den Anschlag 64 des Trägerschlittens ist und den Trägerschlitten 61 über einen kurzen Hubweg zurückschiebt. Dadurch können Abstands-Toleranzen bzw. Hub-Toleranzen in Axialrichtung beseitigt werden.
Beim Verstellen des Gehäusekopfes 7 in Anlage mit dem Anschlag 64 wird zugleich der Taststift 63 in den gehäusekopfseitigen Führungskanal 34 bis in Anlage mit der Schreibnadel 3 geführt und entsprechend in Axialrichtung nach unten verstellt. Der Stellweg des Taststiftes 63 wird durch einen Abstandssensor 67 erfasst, der den Weg einer Mess-Fahne 68 des Taststiftes 63 misst und daraus den Abstand Δb ermittelt.
Gemäß der 5 erfolgt das Prüfverfahren bei im Gehäusekopf 7 versenkter Schreibnadel-Spitze und einem vom Anschlag 64 vorstehenden Taststift 63. Alternativ kann das Prüfverfahren auch bei aus dem Gehäusekopf 7 ragenden Schreibnadel-Spitze und versenkt im Gehäusekopf-Anschlag 64 angeordneten Taststift 63 erfolgen.
Als eine dritte Prüfeinheit weist der Gehäusekopf 7 gemäß der 5 einen angedeuteten Sensor 69 auf, mittels dem die Prägetiefe Δc der Schreibnadel 3 während des Ritzprägevorganges erfasst wird. Hierzu ist der Pneumatikkolben 31 an seiner Oberseite mit einer angedeuteten Messplatte 70 versehen, mit der ein Hubweg der Schreibnadel 3 erfasst wird. Der Sensor 69 kann nach einem beliebigen physikalischen Prinzip, etwa induktiv, kapazitiv oder magnetisch, arbeiten. Alternativ ist auch ein Differenzial-Verfahren möglich, wie etwa bei einem induktiven Wegaufnehmer mit mechanischem Taststift. Auf diese Weise kann der Hubweg der Schreibnadel 3 kontinuierlich während des gesamten Prägevorgangs erfasst und als Analog-Signal ausgewertet werden.
Um einen genauen Wert der Prägetiefe Δc aus dem gemessenen Arbeitshubweg abzuleiten, wird vor Beginn des Prägevorgangs die Schreibnadel 3 mit einem geringen Druck in Anlage mit der Werkstück-Oberfläche gebracht und die vom Sensor 69 gemessene Hubposition der Messplatte 70 als eine Bezugsposition definiert. Eine solche Kalibrierung kann entweder einmalig für die gesamte zu prägende Zeichenfolge oder für jedes Zeichen einzeln erfolgen. Nach der Erfassung der Bezugsposition durch den Sensor 69 schließt sich unmittelbar der Prägevorgang an, ohne dass die Schreibnadel 3 wieder zurückgestellt werden müsste.
Die Schreibnadel 3 wird dann zum Start des Prägevorgangs von ihrer Bezugsposition in die Arbeitsposition verstellt. Der von der Bezugsposition in die Arbeitsposition zurückgelegte Hubweg Δc entspricht dabei der Prägetiefe. Die Prägetiefe kann kontinuierlich oder nur an einzelnen Stellen des Zeichens erfasst werden.
Je nach Umfang der Erfassung von Prägetiefen-Werten kann eine Reihe von Messergebnissen als Prägetiefen-Protokoll für einzelne Zeichen weiterverarbeitet werden. Alternativ kann die Prägetiefe Δc als Einzelwert in einer Vergleichseinrichtung bewertet und ein Prüfsignal erzeugt werden, wie es später beschrieben ist.
Eine vierte Prüfeinheit weist die in der 1 gezeigten Wegesensoren 71 und 72 auf, die die Markierungsbahn Δd(t) der Schreibnadel 3 überwachen. Mittels der Wegesensoren 71, 72 wird der tatsächliche zeitliche Bahnverlauf Δd(t) der Schreibnadel 3 erfasst und mit einem idealen Bahnverlauf 73 verglichen, wie er in den 7 und 8 beispielhaft anhand der Ziffer „2" dargestellt ist.
Die Prüfeinheit ermittelt dabei für den idealen Bahnverlauf rechnerisch ein Toleranzband 74, das eine bestimmte Bandbreite bei der Schreibnadel-Führung definiert. Innerhalb dieser Bandbreite kann die Schreibnadel 3 an beliebiger Stelle verlaufen, also auch leicht oszillierend sein oder einem polygonförmigen Verlauf folgen. Gemäß der 7 ist dem gestrichelt dargestellten Toleranzband 74 eine mathematisch exakte Form-Definition der Ziffer „2" zugrundegelegt, wie sie der DIN-Norm entspricht. Alternativ kann dem Toleranzband 74 gemäß der 8 auch eine der Norm-Schrift nur angenäherte Linienführung 73 zugrundegelegt sein. Die Linienführung 73 entspricht hierbei einem Soll-Verlauf der Schreibnadel 3 bei einer realen Prägesteuerung.
Die Signalverarbeitung der mittels der vier Erfassungseinrichtungen bzw. Prüfeinheiten erfassten Prozessparameter Δa, Δb, Δc und Δd(t) wird anhand des in der 6 gezeigten Blockschaltdiagramms beschrieben. Demzufolge werden die Prozessparameter Δa, Δb, Δc und Δd(t) von den vier Prüfeinheiten zu den Vergleichseinrichtungen 75 geleitet. In jeder der Vergleichseinrichtungen 75 wird der erfasste Prozessparameter mit Referenzwerten verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs generiert die jeweilige Vergleichseinrichtung 75 ein Prüfsignal mit den verschiedenen Qualitätsstufen „Gut", „Warnung" oder „Schlecht" und leitet das Prüfsignal S_a, S_b, S_c, S_d zu einer Auswerteeinheit 76 weiter. In der Auswerteeinrichtung 76 werden alle weitergeleiteten Prüfsignale in einer angedeuteten Matrix niedergelegt. Auf der Grundlage dieser Matrix erfolgt dann eine gemeinsame Auswertung aller vier Prüfsignale anhand entsprechender Algorithmen sowie Gewichtungen der einzelnen Prüfsignale.
Gemäß der 6 sind in der Matrix der Auswerteeinheit 76 sind mit „X" die Qualitätsstufen der einzelnen Prüfsignale eingetragen. Die Qualitätsstufen der Prüfsignale ergeben sich beispielhaft bei einer zu geringen Prägetiefe Δc infolge eines Nadelbruches. Demzufolge zeigt die Prüfeinheit 39 zur Überwachung der Werkstück-Oberfläche keinerlei Reaktion, so dass entsprechend das Prüfsignal S_a mit der Qualitätsstufe „Gut" in der Matrix der Auswerteeinrichtung 76 eingetragen ist. Die Prüfeinheit 55 zur Überwachung der Nadelspitze erfasst den Messwert Δb, der aufgrund des Nadelbruchs wesentlich größer als ein Bezugswert ist. Folgerichtig wird daher das Prüfsignal S_b mit der Qualitätsstufe „Schlecht" in die Matrix der Auswerteeinrichtung 76 eingetragen. Die Prüfeinheit 69 zur Erfassung der Prägetiefe Δc spricht ebenfalls noch deutlich an, so dass hier ein Prüfsignal S_c mit der Qualitätsstufe „Warnung" in der Matrix der Auswerteeinrichtung 76 niedergelegt ist. Im Gegensatz dazu zeigt die Prüfeinheit mit den Messwegsensoren 71, 72 zur Bahnüberwachung keinerlei Reaktion auf die geringe Prägetiefe infolge des Nadelbruchs. Daher ist das Prüfsignal S_d mit der Qualitätsstufe „Gut" in der Matrix der Auswerteeinrichtung 76 niedergelegt.
Auf der Grundlage der in der Matrix niedergelegten Prüfsignale bestimmt die Auswerteeinrichtung 76 ein positives oder negatives Prüfergebnis A, das über die Signalleitung 77 zur Steuereinrichtung 37 weitergeleitet wird.
Bei der Bestimmung des Prüfergebnisses A kann ggf. das Prüfsignal S_b mit der Qualitätsstufe „Schlecht" der Prüfeinheit 55 mit zwei Prüfsignalen S_a und S_d mit den Qualitätsstufen „Gut" sowie mit einem Prüfsignal S_c der Stufe „Warnung" ausgeglichen werden. In Abhängigkeit von dem zur Auswertung eingesetzten Algorithmus sowie von unterschiedlichen Prüfsignal-Gewichtungen kann daher die Auswerteeinrichtung 76 trotz negativem Prüfsignal S_b der Prüfeinheit 55 ein insgesamt noch positives Prüfergebnis A generieren. Der Markierprozess wird also zumindest ohne Prozessstillstand fortgesetzt.
Aufgrund des Nadelbruches kann sich jedoch im folgenden Messzyklus das Prüfsignal S_c der Prüfeinheit 69 zur Prägetiefen-Überwachung von „Warnung" auf „Schlecht" ändern, wie es in der Matrix gestrichelt angedeutet ist. Nunmehr sind zwei negative Prüfsignale S_b und S_c vorhanden. Die Auswerteeinrichtung 76 kann daher entsprechend ein negatives Prüfergebnis A bestimmen, das dann zu einem Prozessstillstand führt. Auf diese Weise können „ungerechtfertigte" Prozessstillstände verhindert werden, die sich ergeben, wenn lediglich ein einziger Prozessparameter signifikant vom Referenzwert abweicht.

Claims

Vorrichtung zur Markierung eines Werkstückes (1) mit einem Markierwerkzeug (3), das mittels eines Stellantriebs (19, 21) entlang einer, von einer Steuereinrichtung (37) vorgegebenen Markierungsbahn führbar ist, welcher Vorrichtung eine Markierungsprüfeinheit zugeordnet ist, die zumindest einen ersten und einen zweiten Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) erfasst und ein korrespondierendes erstes und zweites Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit zur Erfassung der Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) jeweils eine separate Erfassungseinrichtung (39, 55, 69, 71, 72) aufweist, und zur Erzeugung der Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) jeweils eine separate Vergleichseinrichtung (75) aufweist, die auf einen Vergleich des jeweiligen Prozessparameters (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) mit einem zugeordneten Referenzwert das jeweilige Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt, wobei die Markierungsprüfeinheit für die erzeugten Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) eine gemeinsame Auswerteeinrichtung (76) aufweist, die auf der Grundlage einer gemeinsamen Auswertung der Prüfsignale ein Prüfergebnis (A) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergleichseinrichtung (75) für jeden erfassten Prozessparameter das Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) in unterschiedlichen Qualitätsstufen („Gut", „Warnung", „Schlecht") erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (76) der Markierungs prüfeinheit in Signalverbindung (77) mit der Steuereinrichtung (37) des Markierwerkzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Trennung der Markierungsprüfeinheit von der Steuereinrichtung (37) des Werkzeugs (3) die Erfassungseinrichtungen (39, 55, 69, 71, 72) unabhängig von der Werkzeugsteuerung der Steuereinrichtung (37) arbeiten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit eine Erfassungseinrichtung (39) zur Prüfung einer zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (39) eine Wippe (41) aufweist, die in flache Anlage mit der zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche bringbar ist, und eine, bei Oberflächen-Unregelmäßigkeiten entstehende Schrägstellung der Wippe (41) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schrägstellung an zumindest einem der Wippenarme ein Abstandssensor (47) zur Abstandsmessung gegenüber der Werkzeugoberfläche vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit eine Erfassungseinrichtung (55) zur Prüfung einer Werkzeugspitze aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (55) den Abstand (Δb) zwischen der Werkzeugspitze des in einem Werkzeugkopf (7) montierten Werkzeugs (3) und einem Bezugspunkt (57) erfasst, und den Abstand (Δb) mit einem entsprechenden Referenz-Abstand nach einer Werkzeug-Neumontage vergleicht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit eine Erfassungseinrichtung (69) zur Prüfung einer Prägetiefe (Δc) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Prägetiefe (Δc) die Erfassungseinrichtung (69) einen Arbeitshubweg des Markierwerkzeugs (3) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (69) zur Prüfung der Prägetiefe (Δc) einen Abstand zwischen einem Bezugspunkt, bei dem die Werkzeugspitze verformungsfrei in Anlage mit der Werkstück-Oberfläche ist, und der Arbeitsposition des Werkzeugs (3) erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit eine Erfassungseinrichtung (71, 72) zur Überwachung der Markierungsbahn des Werkzeugs (3) während des Markiervorgangs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (71, 72) zur Bahnüberwachung rechnerisch ein Toleranzband (74) um das jeweilige, zu prägende Zeichen (73) als Sollvorgabe definiert, und mit dem tatsächlichen Bahnverlauf des Werkzeugs (3) vergleicht.
Markierungsprüfeinheit für eine Markierungsvorrichtung, zur Markierung eines Werkstückes (1) mit einem Markierwerkzeug (3), das mittels eines Stellantriebs (19, 21) entlang einer, von einer Steuereinrichtung (37) vorgegebenen Markierungsbahn führbar ist und zumindest ein erster und ein zweiter Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) erfasst ist und ein korrespondierendes erstes und zweites Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit zur Erfassung der Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) jeweils eine separate Erfassungseinrichtung (39, 55, 69, 71, 72) aufweist, und zur Erzeugung der Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) jeweils eine separate Vergleichseinrichtung (75) aufweist, die auf einen Vergleich des jeweiligen Prozessparameters (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) mit einem zugeordneten Referenzwert das jeweilige Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt, wobei die Markierungsprüfeinheit für die erzeugten Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) eine gemeinsame Auswerteeinrichtung (76) aufweist, die auf der Grundlage einer gemeinsamen Auswertung der Prüfsignale ein Prüfergebnis (A) erzeugt.
Verfahren zur Markierungsprüfung für eine Markierungsvorrichtung, bei dem zumindest ein erster und ein zweiter Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) erfasst wird, auf deren Grundlage ein entsprechendes erstes und zweites Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt wird, wobei auf der Grundlage einer gemeinsamen Auswertung der Prüfsignale ein Prüfergebnis (A) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) jeweils separat erfasst werden, und zur Erzeugung der Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) jeweils separat die jeweiligen Prozessparameters (Δa, Δb, Δc, Δd(t)) verglichen werden und mit einem zugeordneten Referenzwert das jeweilige Prüfsignal (S_a, S_b, S_c, S_d) erzeugt wird, wobei die erzeugten Prüfsignale (S_a, S_b, S_c, S_d) gemeinsam ausgewertet werden und ein Prüfergebnis (A) erzeugt wird.