DE102007004438A1

DE102007004438A1 - Markierungsvorrichtung

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Publication number: DE102007004438A1
Application number: DE102007004438A
Authority: DE
Original assignee: Flemming G & Pehrsson H; Gerhard Flemming & Hermann Pehrsson GmbH
Current assignee: Flemming & Pehrsson 12349 Berlin De GmbH
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2007-08-16

Abstract

Vorrichtung zum Markieren eines Werkstücks durch Erzeugen einer Vertiefung in dem Werkstück mittels eines angespitzten Druckumformwerkzeuges, welches mit einem Vorschubantrieb verbunden ist, der ausgebildet ist, eine Werkzeugspitze des Druckumformwerkzeuges unter Druck auf das Werkstück entlang eines vorgegebenen, der gewünschten Markierung entsprechenden und in einem Markierungswegspeicher gespeicherten Markierungsweges über das Werkstück zu führen und so die die Markierung bildende Vertiefung im dem Werkstück durch Materialumformung zu erzeugen,
wobei der Vorschubantrieb Antriebsmotoren und eine Wegsteuerung umfasst oder mit einer solchen verbunden ist und die Wegsteuerung auf den Markierungswegspeicher zugreift und die Antriebmotoren derart ansteuert und damit den Vorschubantrieb derart steuert, dass dieser das Druckumformwerk zeugt entlang des gespeicherten Markierungsweges bewegt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Markierungsprüfeinheit umfasst, die eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, die mit dem Druckumformwerkzeug wenigstens mittelbar fest verbunden ist und relative oder absolute Positionsdaten liefert, die eine jeweilige aktuelle Position des Druckumformwerkzeugs widerspiegeln und deren zeitlicher Verlauf einen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Markieren eines Werkstücks durch Erzeugen einer Vertiefung in dem Werkstück mit Hilfe eines angespitzten Druckumformwerkzeuges. Das Druckumformwerkzeug ist mit einem Vorschubantrieb verbunden, der ausgebildet ist, eine Werkzeugspitze des Druckumformwerkzeugs unter Druck auf das Werkstück entlang eines vorgegebenen, der gewünschten Markierung entsprechenden und in einem Markierungswegspeicher gespeicherten Markierungsweges über das Werkstück zu führen und so die die Markierung bildende Vertiefung in dem Werkstück durch Materialumformung zu erzeugen.

Üblicherweise umfasst der Vorschubantrieb einen XY-Antrieb, mit dem das Druckumformwerkzeug in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen parallel zur markierenden Werkstückoberfläche verschoben werden kann. Der Vorschubantrieb kann dazu beispielsweise zwei Spindelantriebe aufweisen, von denen einer der Verstellung in X-Richtung und der andere der Verstellung in Y-Richtung dient. Indem die beiden Spindelantriebe synchron zueinander verstellt werden, lassen sich Markierungen beliebiger Form erzeugen.

Neben dem Vorschubantrieb ist üblicherweise noch ein Andruckantrieb vorgesehen, der dazu dient, die Spitze des Druckumformwerkzeuges mit einer zum Erzeugen der gewünschten Vertiefung erforderlichen Druckkraft auf die Werkstückoberfläche zu drücken. Außerdem dient der Andruckantrieb dazu, das Druckumformwerkzeug von der Werkstückoberfläche abzuheben, so dass der Vorschubantrieb und das Druckumformwerkzeug über die Werkstückoberfläche bewegt werden können, ohne dass dabei eine Markierung entsteht.

Mit einer derartigen Markierungsvorrichtung lassen sich beispielsweise in Blechen von Automobilen Markierungen erzeugen, bei denen ein in diesem Falle das Werkstück bildendes Blech so tiefgehend umgeformt wird, dass selbst nach Herausschleifen der Markierung eine spätere Rekonstruktion der Markierung aufgrund der tiefgehenden Gefügeumformung des Blechs möglich ist. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt.

An die Qualität der Markierung werden üblicherweise sehr hohe Anforderungen gestellt, um sicherzustellen, dass die Markierung überall eine ausreichende Tiefe besitzt. Außerdem kann es beispielsweise durch Schweißpunkte auf einem zu markierenden Werkstück dazu kommen, dass die Spitze des Druckumformwerkzeuges die vorgegebene Bahn verlässt, so dass es zu einer Fehlmarkierung kommt. Gerade bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen ist es besonders problematisch, wenn es beispielsweise erst beim Vergleich der Kraftfahrzeugpapiere mit der tatsächlich eingeprägten Fahrgestellnummer auffällt, dass die eingeprägte Fahrgestellnummer fehlerhaft ist.

Es besteht daher ein Interesse, eine fehlerhafte Markierung möglichst unmittelbar nach dem Erzeugen der Markierung zu erkennen. Dann besteht beispielsweise grundsätzlich noch die Möglichkeit, die Markierung auszubessern oder eine neue, fehlerfreie Markierung zu erzeugen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Markierungsvorrichtung zu schaffen, die eine Prüfung der Markierung möglichst unmittelbar nach deren Erzeugen erlaubt.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einer Markierungsvorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, bei der der Vorschubantrieb Antriebsmotoren und eine Wegsteuerung umfasst oder mit einer solchen verbunden ist und die Wegsteuerung auf den Markierungswegspeicher zugreift und die Antriebmotoren derart ansteuert und damit den Vorschubantrieb derart steuert, dass dieser das Druckumformwerkzeug entlang des gespeicherten Markierungsweges bewegt. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Markierungsprüfeinheit, die eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, die mit dem Druckumformwerkzeug wenigstens mittelbar fest verbunden ist und relative oder absolute Positionsdaten liefert, die eine jeweilige aktuelle Position des Druckumformwerkzeugs widerspiegeln und deren zeitlicher Verlauf einen tatsächlichen Verfahrweg des Druckumformwergzeugs wieder, der von dem gespeicherten Markierungsweg abweichen kann. Die Markierungsprüfeinheit ist ausgebildet, die jeweiligen aktuellen Positionsdaten mit sich aus dem gespeicherten Markierungsweg ergebenden Sollpositionsdaten zu vergleichen und eine ein vorgegebenes Mindestmaß überschreitende Abweichung zwischen dem gespeicherten Markierungsweg und dem tatsächlichen Verfahrweg des Druckumformwerkzeugs anzuzeigen.

Der Verfahrweg des Vorschubantriebs wird also auf Basis dem Markierungsweg entsprechender, gespeicherter Daten gesteuert und parallel dazu wird der tatsächliche Verfahrweg zur Kontrolle aufgezeichnet. Während die Weggeber für den Vorschubantrieb unmittelbar mit den Antriebsmotoren verbunden sind und für deren Ansteuerung berücksichtigt werden, ist die Positionsbestimmungseinheit mit dem Druckumformwerkzeug selbst verbunden.

Im Falle eines eine fehlerhafte Markierung außerhalb der Toleranzen anzeigenden negativen Prüfergebnisses kann die Markierungsvorrichtung mit dem Werkstück verbunden bleiben und es kann sofort eine Korrektur der Markierung erfolgen, soweit dies möglich ist. Wäre die Markierungsvorrichtung zum Zeitpunkt der Kontrolle bereits demontiert, ist eine Wiederholung des Markierens praktisch unmöglich.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinheit mit einer Halterung für das Druckumformwerkzeug fest verbunden ist, so dass die Positionsbestimmungseinheit zwar mittelbar, aber fest mit dem Druckumformwerkzeug verbunden ist.

Das Druckumformwerkzeug ist vorzugsweise eine Rolliernadel, also eine Nadel auf ausreichendem harten Material und mit einer Nadelspitzen-Geometrie, die geeignet sind, in einem zu markierenden Blech eine Vertiefung zu erzeugen, ohne dass dabei Späne abgehoben werden, also durch Materialumformung.

Die Markierungsprüfeinheit weist vorzugsweise einen Kraftaufnehmer auf, der angeordnet und ausgebildet ist, auf die Spitze der Rolliernadel wirkende Kräfte zu erfassen und einen dementsprechenden Ausgangswert als Messwert zu liefern. Der Kraftaufnehmer kann dabei so ausgebildet sein, dass er auf die Spitze der Rolliernadel wirkende Biegekräfte erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann der Kraftaufnehmer auch dazu ausgebildet sein, Axialkräfte zu erfassen. In einer Variante kann der Kraftaufnehmer beispielsweise von Dehnmessstreifen gebildet sein, die in Längsrichtung der Rolliernadel ausgerichtet sind und in Bezug auf deren Umfang um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Mit einer derartigen Messanordnung können sowohl Axial- als auch Biegekräfte erfasst und der Richtung und Größe nach bestimmt werden.

Ein typischer Andruckantrieb umfasst beispielsweise einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, in den ein Fluid wie Hydrauliköl oder Luft gepresst wird, um über einen mit dem Druckumformwerkzeug verbundenen Kolben die gewünschte Druckkraft zu erzeugen. Die Druckkraft, mit der das Druckumformwerkzeug schließlich auf die Werkstückoberfläche drückt, hängt dabei von dem im Fluid herrschenden Druck ab und kann so eingestellt und über den Fluiddruck auch gemessen werden. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung umfasst der Kraftaufnehmer dementsprechend einen Drucksensor für den Fluiddruck.

Andere Andruckantriebe arbeiten zum Beispiel auf elektromagnetischer Basis. Da die Druckkraft in diesem Fall von der aufgebrachten elektrischen Leistung abhängt, kann der Kraftaufnehmer in einer alternativen Ausführungsvariante dazu ausgebildet sein, die vom Andruckantrieb aufgenommene elektrische Leistung zu erfassen.

Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Kraftaufnehmers repräsentiert der Referenzwert für den Ausgangwert des Kraftaufnehmers vorzugsweise eine minimale Kraft, die bei einer akzeptablen Markierung auf die Spitze der Rolliernadel wirken sollte. Ist diese auf die Spitze der Rolliernadel wirkende Kraft zu klein, kann dies bedeuten, dass die Rolliernadel abgebrochen oder stumpf geworden ist. In dieser Ausführungsvariante ist die Steuer- und Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie ein negatives Prüfsignal erzeugt, wenn der Referenzwert vom Ausgangswert des Kraftaufnehmers unterschritten wird. Wenn der Kraftaufnehmer ausgebildet ist zwei Ausgangswerte zu liefern, beispielsweise einen für eine Axialkraft und einen für eine Biegekraft, dann können entsprechend zwei Referenzwerte im Sinne jeweils eines Maximalwertes vorgegeben werden, der bei einer akzeptablen Markierung nicht unterschritten werden darf.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn neben einem Referenzwert im Sinne eines Maximalwertes auch ein Referenzwert als Maximalwert vorgegeben wird. In diesem Sinne ist die Steuer- und Auswerteeinheit vorzugsweise ausgebildet, vom Kraftaufnehmer erfasste Messwerte mit wenigstens zwei eingestellten oder gespeicherten Referenzwerten zu vergleichen, von denen ein Referenzwert ein Maximalwert ist und ein zweiter Referenzwert ein Minimalwert ist und ein positives Prüfsignal zu erzeugen, wenn der Messwert größer oder gleich dem Minimalwert und gleichzeitig kleiner oder gleich dem Maximalwert ist.

Um beim Prüfen der Markierung Positionierungsfehler durch den Vorschubantrieb zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Vorschubantrieb eine absolute Positionsbestimmungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, die absolute Position des Vorschubsantriebs in Bezug auf seinem Verfahrweg zu erfassen. Mit einer absoluten Positionsbestimmungseinheit wird eine Positionsbestimmungseinheit verstanden, die die absolute Position des Vorschubsantriebs auf seinem Verfahrweg erfasst. Der Begriff absolute Positionsbestimmungseinheit wird hier zur Unterscheidung von einer inkrementellen Positionsbestimmungseinheit verwendet, die eine aktuelle Position dadurch bestimmt, dass sie ausgehend von einem Bezugspunkt durch Zählen von Messschritten oder Bestimmen der Verfahrdauer eine relative Position bestimmt. Eine inkrementelle Positionsbestimmungseinheit liefert beispielsweise dann fehlerhafte Ergebnisse, wenn der Vorschubantrieb Schlupf aufweist. Eine absolute Positionsbestimmungseinheit setzt entsprechende Wegmarkierungen entlang des Verfahrweges voraus, die jede Position entlang des Verfahrweges eindeutig kennzeichnen. Üblicherweise sind die Antriebsmotoren für den Vorschubantriebs mit inkrementellen Weggebern für die Positionssteuerung des Vorschubantriebs versehen.

Die absolute Positionsbestimmungseinheit ist dabei typischerweise unabhängig von den Antrieben und Positionierungsmitteln des Vorschubantriebs und in diesem Sinne autark. Die Positionssteuerung des Vorschubantriebs erfolgt üblicherweise inkrementell, z.B. durch Zählen der Umdrehungen von Antriebsmotor oder Antriebsspindel. Die absolute Positionsbestimmungseinheit erfasst die Position des Vorschubantriebs hingegen autark und im vorgenannten Sinne absolut und liefert auch dann einen korrekten (Ist-) Positionswert, wenn die inkrementelle Positionssteuerung des Vorschubantriebs nicht die gewünschte (Soll-) Position erreicht.

Bekannte absolute Positionsbestimmungseinheiten weisen eine Referenzskala mit einer wenigstens abschnittsweise absoluten Positionskodierung und einen relativ zur Referenzskala beweglichen Abtastkopf auf. Der Abtastkopf tastet die jeweils seiner Position relativ zur Referenzskala entsprechende Positionskodierung auf der Referenzskala ab und liefert so den jeweiligen Positionswert, den die absolute Positionsbestimmungseinheit ausgibt.

Eine absolute Positionsbestimmungseinheit für die Position des Druckumformwerkzeugs kann beispielsweise jeweils eine absolute Längenmesseinheit für jede der beiden Verfahrachsen des Vorschubantriebs (X-Achse und Y-Achse) aufwei sen. Eine derartige Positionsbestimmungseinheit arbeitet mit zwei Längenskalen als Referenzskalen.

Es können auch eine absolute Längenmesseinheit und eine absolute Winkelmesseinheit zu einer absoluten Positionsbestimmungseinheit kombiniert sein. Eine derartige Positionsbestimmungseinheit arbeitet mit einer Längenskala und einer Winkelskala als Referenzskalen.

Die Referenzskalen können in an sich bekannter Weise magnetische, optische oder elektrische Wegmarkierungen als Positionskodierung aufweisen. Eine einfache Skala mit elektrischen Wegmarkierungen in diesem Sinne ist beispielsweise ein Potentiometer, welches als Linear-Potentiometer eine Längenskala bildet und als Drehpotentiometer eine Winkelskala.

Andere, ebenfalls geeignete sind ausgebildet die Position eines Positionsgebers innerhalb einer vorgegebenen Fläche zu erfassen und entsprechende Positionswerte auszugeben.

Im Falle von mit Referenzskalen arbeitenden absoluten Positionsbestimmungseinheiten ist wird der Positionsgeber von einem oder zwei Abtastköpfen gebildet, die mit dem Druckumformwerkzeug derart verbunden sind, dass sich eine mit der Bewegung des Druckumformwerkzeug synchrone Relativbewegung zwischen Positionsgeber und Referenzskalen ergibt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Markierungsvorrichtung bildet die absolute Positionsbestimmungseinheit mit deren Positionsgeber den Messfühler und ist die Markierungsprüfeinheit zum Vergleich mit von der absoluten Positionsbestimmungseinheit erfassten Positionswerten als Ist-Positionswerten mit sich aus dem gespeicherten Markierungsweg ergebenden Soll-Positionswerten als Referenzwerten ausgebildet.

Im Betrieb wird der Vorschubantrieb entsprechend dem gespeicherten Markierungsweg angesteuert. Dabei kann es beispielsweise zu Positionierungsfehlern kommen. Bereits während des Verfahrens des Vorschubantriebs und des Erzeugens der Markierung kann die tatsächliche Position des Druckumformwerkzeugs mit Hilfe der absoluten Positionsbestimmungseinheit und dessen Positionsgeber erfasst werden und die so erfasste Ist-Position mit der jeweils durch den Markie rungsweg vorgegebenen aktuellen Soll-Position verglichen werden. Die Markierungsprüfeinheit gibt bei dieser Ausführungsvariante immer dann ein eine fehlerhafte Markierung kennzeichnendes negatives Prüfsignal aus, wenn die Abweichung der mit Hilfe der absoluten Positionsbestimmungseinheit erfassten Ist-Position um mehr als ein vorgegebenes Maß von der durch den gespeicherten Markierungsweg vorgegebenen Soll-Position abweicht.

In diesem Sinne bilden die sich aus dem Markierungsweg ergebenden Soll-Positionswerte Referenzwerte im Sinne der Erfindung, die mit von dem Positionsgeber als Messfühler erfassten Ist-Positionswerten zu vergleichen sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Markierungsprüfeinheit ausgebildet ist, den Vergleich von Soll- und Ist-Positionswerten während des Erzeugens der die Markierung bildenden Vertiefung im dem Werkstück vorzunehmen.

Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsvariante erfolgt die Prüfung der Markierung somit praktisch zeitgleich mit deren Erzeugung. Fehler werden somit nicht erst erfasst, wenn die Markierung fertiggestellt ist, sondern bereits beim Erzeugen, so dass unter Umständen ein sofortiger korrigierender Eingriff möglich ist. Außerdem erspart diese Ausführungsvariante ein gesondertes Entlangfahren der Vertiefung zum Zwecke der Markierungsprüfung. Das zeitgleiche Erzeugen und Prüfen der Markierung ist somit besonders zeitsparend.

Der Vorschubantrieb verfügt vorzugsweise über zwei Linearantriebe, die ausgebildet sind, das Druckumformwerkzeug in zwei senkrecht zueinander und parallel zur Werkstückoberfläche verlaufenden Richtungen zu bewegen. In Verbindung mit einer Markierungsprüfeinheit ergibt sich der Vorteil, dass diese Linearantriebe gleichzeitig auch zum Bewegen des Messfühlers der Markierungsprüfeinheit verwendet werden können. Es ist sogar vorteilhaft, wenn das Druckumformwerkzeug und des Messfühlers von denselben Antrieben bewegt werden, da dies das Nachvollziehen eines vorgegebenen und gespeicherten Markierungsweges leichter gestaltet.

Die Linearantriebe sind vorzugsweise Spindelantriebe, da diese zum einen eine hohe Stellgenauigkeit bieten und zum anderen es auch möglich machen, das Druckumformwerkzeug mit der erforderlichen Vorschubkraft zu bewegen. Die Linearantriebe sind vorzugsweise jeweils mit einem Umdrehungszähler versehen, der ausgebildet ist, eine Anzahl der Umdrehungen einer Antriebspindel des jeweiligen Spindelantriebs zu erfassen. Auf diese Weise können die Linearantriebe selbst ein inkrementelles Positionssignal liefern und auch unabhängig von der jeweiligen absoluten Positionsmesseinheit positionsgenau gesteuert werden.

Weiterhin weist die Markierungsvorrichtung vorzugsweise einen Andruckantrieb für das Druckumformwerkzeug und die Markierungsprüfeinheit auf, der mit dem Vorschubantrieb und dem Druckumformwerkzeug verbunden und ausgebildet ist, das Druckumformwerkzeug in einer Markierposition mit einer zum Erzeugen einer Vertiefung der gewünschten Tiefe erforderlichen Kraft auf das Werkstück zu drücken und in einer Ruheposition von der Oberfläche des Werkstücks abzuheben.

Vorzugsweise weist der Andruckantrieb einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder auf, der einerseits zum Bewegen des Druckumformwerkzeugs und Erzeugen der Andruckkraft mit dem Druckumformwerkzeug verbunden ist und andererseits mit einem Drucksensor zum Erfassen des Fluiddrucks in dem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, wobei der Drucksensor einen Kraftaufnehmer zum Erfassen einer auf Druckumformwerkzeugs wirkenden Axialkraft bildet.

Außerdem weist der Hydraulik- oder Pneumatikzylinder vorzugsweise wenigstens einen Kolbenpositionsgeber zum Erfassen wenigstens einer Position eines innerhalb des Hydraulik- oder Pneumatikzylinders beweglichen Kolbens auf, wobei der Kolbenpositionsgeber und der Drucksensor mit der Markierungseinheit verbunden sind. Die Markierungsprüfeinheit ist ausgebildet, die Ausgangssignale des Drucksensors und des Kolbenpositionsgebers in Relation zueinander auszuwerten, um ein Prüfsignal für einer ausreichende Andruckkraft bei entsprechender Kolbenposition zu erzeugen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist der Kolbenpositionsgeber ein Wegaufnehmer, der ein über den Verfahrweg des Kolbens sich stetig veränderndes Ausgangssignal liefert.

Diese Ausführungsvariante erlaubt es, der Markierungsprüfeinheit den zeitlichen Verlauf des Fluiddrucks über den Verfahrweg des Kolbens auszuwerten. Der Fluiddruck steigt üblicherweise in dem Augenblick an, in dem die Spitze des Druckumformwerkzeugs die zu markierende Oberfläche des Werkstücks berührt. Ein Druckanstieg würde auch dann erfolgen, wenn der Kolben seinen Endanschlag erreicht, was beispielsweise bei abgebrochenem Druckumformwerkzeug der Fall sein könnte. Ein Prüfkriterium ist somit, dass die Markierungsprüfeinheit einen Anstieg des Fluiddrucks erfasst, bevor der Kolben seinen Endanschlag erreicht. Hierzu kann ein einfacher Kolbenpositionsgeber vorgesehen sein, der einer Kolbenposition zugeordnet ist, zu der spätestens ein Druckanstieg erfolgen sollte. Eine noch differenzierte Auswertung durch die Markierungsprüfeinheit ist möglich, wenn der Kolbenpositionsgeber ein Wegaufnehmer ist, der ein sich entlang des Verfahrwegs des Kolbens stetig veränderndes Ausgangssignal liefert.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Von den Zeichnungen zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung
2: eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Materialumformung beim Markieren; und
3: eine skizzenhafte Darstellung eines Teils eines Andruckantriebs im Schnitt.
In 1 ist eine Markierungsvorrichtung 10 mit integrierter Markierungsprüfeinheit abgebildet.
Ein Druckumformwerkzeug 12 mit einem angespitzten Werkzeugende (Spitze) 14 ist an einem Trägerkopf 16 eines Vorschubantriebs 20 befestigt. Der Vorschubantrieb 20 ist mittels zweier Spindelantriebe, die in zueinander senkrecht stehen den Richtungen verstellbar sind, in der Lage, den Trägerkopf 16 innerhalb einer vorgegebenen Ebene in eine beliebige Position zu bringen.
Die Spindelantriebe umfassen jeweils eine Spindel 22, die jeweils von einem eigenen Antriebsmotor 24 angetrieben ist.
Außerdem ist ein Andruckantrieb 26 in den Trägerkopf 16 integriert und erlaubt es, das Druckumformwerkzeug 12 in einer senkrecht zur durch die Verstellwege des Vorschubantriebs 20 definierten Ebene verlaufenden Richtung zu bewegen.
Im Betrieb verläuft die durch den Vorschubantrieb 20 definierte Ebene, in der der Trägerkopf 16 verstellt werden kann, in etwa parallel zu einer Oberfläche eines zu markierenden Werkstücks 30.
Soll das Werkstück 30 markiert werden, wird das Druckumformwerkzeug 12 mit seiner Spitze 14 mit Hilfe des Andruckantriebs 26 derart auf die Oberfläche des Werkstücks 30 gedrückt, dass die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 unter Materialumformung in die Werkstoffoberfläche eindringt. Dann werden die beiden Spindelantriebe des Vorschubsantriebs 20 derart angesteuert, dass die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 einer Bahn folgt, die der gewünschten Markierung entspricht. Auf diese Weise entsteht in der Oberfläche des Werkstücks 30 eine Vertiefung 32, die die Markierung bildet.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Vertiefung und das Druckumformwerkzeug in schematischer Darstellung. Zu erkennen ist, wie das Gefüge des Werkstücks 30 auch unterhalb des Bodens der Markierung 32 verformt ist.
Die Spindeln 22 bzw. die Motore 24 der Spindelantriebe des Vorschubantriebs 20 jeweils mit Umdrehungszählern versehen, um die Anzahl der Umdrehungen der Antriebsspindeln 22 zu erfassen und auf diese Weise eine inkrementale Positionssteuerung des Trägerkopfes 16 zu erlauben.
Außerdem sind beide Achsen des Vorschubantriebs 20 mit einer absoluten Positionsbestimmungseinheit versehen, die Stellung der jeweiligen Achse des Vorschubantriebs 12 nicht nur inkremental, sondern absolut erfasst.
Die absolute Positionsbestimmungseinheit ist unabhängig von der inkrementalen Positionssteuerung des Trägerkopfes 16 und in diesem Sinne autark.
Die absolute Positionsbestimmungseinheit gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Positionsbestimmungseinheit von zwei linearen Referenzskalen 34 und 36 gebildet, die wenigstens abschnittsweise absolute Wegmarkierungen aufweisen, die durch einen Abtastkopf 38 als Positionsgeber abgetastet werden. Auf diese Weise erzeugt die absolute Positionsbestimmungseinheit mit Hilfe des Positionsgebers (Abtastkopfes) 38 Positionswerte, die die tatsächliche Position des Druckumformwerkzeugs in x- und y-Achsenrichtung wiedergeben, und zwar auch dann, wenn diese jeweilige, tatsächliche Ist-Position des Druckumformwerkzeugs nicht der durch den vorgegebenen Markierungsweg bestimmten Position entspricht, weil beispielsweise der Vorschubantrieb 20 die vorgegebene Soll-Position nicht korrekt anfährt. Der Positionsgeber 38 ist mit der Markierungsprüfeinheit verbunden, die gleichzeitig Zugriff auf den Markierungswegspeicher hat und somit in der Lage ist, die jeweils vom Positionsgeber 38 erfassten Ist-Positionen mit dem sich aus in dem Markierungswegspeicher gespeicherten Markierungsweg ergebenden Soll-Positionen zu vergleichen. Wenn die jeweilige Ist-Position von einer jeweiligen Soll-Position um mehr als ein vorgegebenes Maß abweicht, erzeugt die Markierungsprüfeinheit ein negatives Prüfsignal, welches eine fehlerhafte Markierung kennzeichnet. Wenn andererseits die jeweils erfasste Ist-Position innerhalb vorgegebener Toleranzen um den gespeicherten Markierungsweg herum liegt, erzeugt die Markierungsprüfeinheit ein positives Prüfsignal, aus dem sich ergibt, dass die erzeugte Markierung in Ordnung ist.
Dieses Prüfen der Markierung (Vertiefung 32) kann zeitgleich mit dem Erzeugen der Vertiefung erfolgen, so dass Fehler bereits in dem Augenblick bekannt werden können, in dem sie entstehen.
Außerdem ist die Markierungsvorrichtung 10 als zusätzliche Option dazu ausgebildet, eine Markierung 32 nach deren Erzeugen dadurch zu prüfen, dass das Druckumformwerkzeug 12 noch einmal genau entlang des gespeicherten Markierungsweges geführt wird, an dem sich die die Markierung bildende Vertiefung 32 befinden sollte. Dabei wird das Druckumformwerkzeug 12 von dem Andruckantrieb 26 in eine ähnliche Position bewegt, wie sie das Druckumformwerkzeug 12 auch beim Markieren einnimmt. Soweit die die Markierung bildende Vertiefung 32 erzeugt ist, erzeugt das Druckumformwerkzeug 12 auf diese Weise keine weitere Vertiefung. Sie berührt jedoch die Wände der Vertiefung 32, so dass auf das Druckumformwerkzeug auch beim Nachfahren der Markierung Biege- und Axialkräfte wirken.
Diese werden mit Hilfe zweier Dehn-Messstreifen 40 und 42 erfasst, die Stauchungen oder Biegungen in Bezug auf die Längsachse des Druckumformwerkzeugs 12 erfassen können und am Umfang des Druckumformwerkzeugs 12 um 90° zueinander versetzt angeordnet sind, so dass auch die Richtung einer eventuell wirksamen Biegekraft zu erfassen ist. Eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 44, die in der 1 als Platine angedeutet ist, liest die Ausgangswerte der Dehn-Messstreifen 40 und 42 aus und vergleicht diese mit vorgegebenen Referenzwerten. Diese sind so vorgegeben, dass ein eine einwandfreie Markierung anzeigendes positives Prüfungssignal nur dann ausgegeben wird, wenn jeweils ein minimaler Wert für die auf die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 wirkende Kraft überschritten wird, um auf diese Weise beispielsweise einen Nadelbruch erfassen zu können, und gleichzeitig ein vorgegebener Maximalwert nicht überschritten wird. Ein derartiges Überschreiten des Maximalwertes könnte erfolgen, wenn die Markierung 32 nicht die gewünschte Tiefe hat oder nicht den gewünschten, dem Markierungsweg entsprechenden, Verlauf nimmt. Im letzteren Fall würden seitliche Biegekräfte auf das Druckumformwerkzeug 12 beim Prüfen der Markierung auftreten. Eine zu flache Markierung 32 lässt sich anhand erhöhter, auf das Druckumformwerkzeug 12 wirkender Axialkräfte detektieren.
In 3 ist ein Teil eines pneumatischen Druckantriebes 26 dargestellt, nämlich ein Druckzylinder 50 mit einem Kolben 52, der mit dem Druckumformwerkzeug 12 verbunden ist. Der Kolben 52 ist entlang des Zylinders 50 längsverschieblich und teilt das Innere des Zylinders 50 in zwei Kammern, nämlich einer Andruckkammer 54 und einer Abhebekammer 56. Beide Kammern weisen einen Druckluftanschluss auf, über die Druckluft in die eine oder die andere Kammer oder auch in beide Kammern eingeleitet werden kann. Einleiten von Druckluft in die Abhebekammer 56 bewirkt, dass das Druckumformwerkzeug 12 zurückgezogen wird und somit vom Werkstück abgehoben. Einleiten von Druckluft in die Andruckkammer 54 bewirkt, dass der Kolben 52 das Druckumformwerkzeug 12 auf die Werkstückoberfläche drückt. Damit das Druckumformwerkzeug 12 mit einer ausreichenden Andruckkraft auf die Werkstückoberfläche gedrückt wird, muss in der Andruckkammer 54 ein entsprechender Druck herrschen. Dieser baut sich nach Einleiten von Druckluft in die Andruckkammer 54 in dem Augenblick auf, in dem die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 auf die Werkstückoberfläche stößt, sofern nicht der Kolben 52 zuvor bereits an das druckumformwerkzeugseitige Ende des Zylinders 50 gestoßen ist. Bei einem typischen, geeigneten Pneumatikzylinder 50 beträgt die Fläche des Kolbens beispielsweise etwa 1000 mm², um bei einem Druckluft-Druck(Fluiddruck) von 5 bar eine Andruckkraft von 500 N erzeugen zu können.
Die Andruckkammer 54 ist mit einem Manometer 58, also einem Drucksensor für den Fluiddruck in der Andruckkammer 54 verbunden, da der Fluiddruck über die Fläche des Kolbens 52 proportional zur Andruckkraft ist, ist der vom Drucksensor 58 erfasste Druckwert gleichzeitig ein geeigneter Ausgangswert eines Kraftaufnehmers für eine in Längsrichtung des Druckumformwerkzeugs 12 herrschende Axialkraft. In diesem Sinne ist der Drucksensor 58 ein Kraftaufnehmer für die Axialkraft.
Wie eingangs erläutert, steigt der in der Andruckkammer 54 herrschende Fluiddruck in dem Augenblick an, in dem die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 die Werkstückoberfläche erreicht, oder wenn der Kolben 52 seine Endlage erreicht.
Um zu prüfen, ob während des Erzeugens einer Markierung 32 eine ausreichende Andruckkraft herrscht, ist der Pneumatikzylinder 50 mit einem Kolbenpositionsgeber 60 ausgestattet, der so angeordnet ist, dass er anspricht, wenn der Kolben 52 diejenige Position erreicht hat, bei der spätestens ein Anstieg des Fluiddrucks erfolgt sein muss, also bei dem die Spitze 14 des Druckumformwerkzeugs 12 spätestens die Oberfläche des Werkstücks erreicht haben muss.
Der Drucksensor 58 und der Kolbenpositionsgeber 60 sind beide mit der Markierungsprüfeinheit verbunden, so dass diese während des Erzeugens der Markierung ständig prüfen kann, ob die zum Erzeugen der Markierung ausreichende Andruckkraft gewährleistet ist.
Eine noch differenziertere Prüfung ist möglich, wenn anstelle eines einzelnen Kolbenpositionsgebers 60 ein Wegaufnehmer 60' vorgesehen ist, der ein über den Verfahrweg des Kolbens 52 sich stetig veränderndes Ausgangssignal liefert. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Markierungsprüfeinheit ständig prüfen, ob Fluiddruck und Position des Kolbens sich innerhalb vorgegebener Toleranzen befinden.

Claims

Vorrichtung zum Markieren eines Werkstücks durch Erzeugen einer Vertiefung in dem Werkstück mittels eines angespitzten Druckumformwerkzeuges, welches mit einem Vorschubantrieb verbunden ist, der ausgebildet ist, eine Werkzeugspitze des Druckumformwerkzeuges unter Druck auf das Werkstück entlang eines vorgegebenen, der gewünschten Markierung entsprechenden und in einem Markierungswegspeicher gespeicherten Markierungsweges über das Werkstück zu führen und so die die Markierung bildende Vertiefung im dem Werkstück durch Materialumformung zu erzeugen, wobei der Vorschubantrieb Antriebsmotoren und eine Wegsteuerung umfasst oder mit einer solchen verbunden ist und die Wegsteuerung auf den Markierungswegspeicher zugreift und die Antriebmotoren derart ansteuert und damit den Vorschubantrieb derart steuert, dass dieser das Druckumformwerk zeugt entlang des gespeicherten Markierungsweges bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Markierungsprüfeinheit umfasst, die eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, die mit dem Druckumformwerkzeug wenigstens mittelbar fest verbunden ist und relative oder absolute Positionsdaten liefert, die eine jeweilige aktuelle Position des Druckumformwerkzeugs widerspiegeln und deren zeitlicher Verlauf einen tatsächlichen Verfahrweg des Druckumformwergzeugs widerspiegelt, der von dem gespeicherten Markierungsweg abweichen kann, wobei die Markierungsprüfeinheit weiterhin ausgebildet ist, die jeweiligen aktuellen Positionsdaten mit sich aus dem gespeicherten Markierungsweg ergebenden Sollpositionsdaten zu vergleichen und eine ein vorgegebenes Mindestmaßüberschreitende Abweichung zwischen dem gespeicherten Markierungsweg und dem tatsächlichen Verfahrweg des Druckumformwerkzeugs anzuzeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinheit mit einer Halterung für das Druckumformwerkzeug fest verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckumformwerkzeug eine Rolliernadel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit einen Kraftaufnehmer aufweist, der angeordnet und ausgebildet ist, auf die Spitze der Rolliernadel wirkende Kräfte zu erfassen und einen dem entsprechenden Ausgangswert als Messwert zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert ein Minimalwert ist, der einem Ausgangswert des Kraftaufnehmers entspricht, welcher ein Minimum von seitlich oder axial auf die Rolliernadel wirkenden Kräften widerspiegelt, wenn die Rolliernadel entlang des Markierungsweges geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert ein Maximalwert ist, der einem Ausgangswert des Kraftaufnehmers entspricht, welcher ein Maximum von seitlich oder axial auf die Rolliernadel wirkenden Kräften widerspiegelt, die auftreten dürfen, wenn die Rolliernadel entlang des Markierungsweges geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit ausgebildet ist, vom Kraftaufnehmer erfasste Messwerte mit wenigstens zwei eingestellten oder gespeicherten Referenzwerten zu vergleichen, von denen ein Refe renzwert eine Maximalwert ist und ein zweiter Referenzwert ein Minimalwert, und ein positives Prüfsignal zu erzeugen, wenn der Messwert größer oder gleich dem Minimalwert und kleiner oder gleich dem Maximalwert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb entlang eines Verstellweges hin- und herbeweglich ist und die Positionsbestimmungseinheit eine absolute Positionsbestimmungseinheit ist, die ausgebildet ist, die absolute Position des Vorschubantriebs in Bezug auf seinem Verfahrweg zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Positionsbestimmungseinheit einen Positionsgeber aufweist, der derart mit dem Druckumformwerkzeug verbunden ist, dass sich eine mit der Bewegung des Druckumformwerkzeug synchrone Relativbewegung zwischen Positionsgeber und Referenzskalen ergibt, so dass der Positionsgeber einen Ausgangswert liefert, der mit der Position des Druckumformwerkzeugs korreliert und zur Bildung von Positionswerten durch die Positionsbestimmungseinheit führt, wobei die Markierungsprüfeinheit zum Vergleich mit von der absoluten Positionsbestimmungseinheit erfassten Positionswerten als Ist-Positionswerten mit sich aus dem gespeicherten Markierungsweg ergebenden Soll-Positionswerten als Referenzwerten ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Positionsbestimmungseinheit eine Referenzskala und einen relativ zur Referenzskala beweglichen Abtastkopf aufweist, der einen Teil des Positionsgebers bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit ausgebildet, den Vergleich von Soll- und Ist- Positionswerten während des Erzeugens der die Markierung bildenden Vertiefung im dem Werkstück vorzunehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb über zwei Linearantriebe verfügt, die ausgebildet sind, das Druckumformwerkzeug in zwei senkrecht zueinander und parallel zur Werkstückoberfläche verlaufenden Richtungen zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe Spindelantriebe sind, die jeweils einen Antriebsmotor und eine Spindel aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe jeweils mit einem Umdrehungszähler versehen sind, der jeweils ausgebildet ist, einen einer Anzahl der Umdrehungen einer Antriebsspindel des jeweiligen Spindelantriebs zu erfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Andruckantrieb für das Druckumformwerkzeugs aufweist, die mit dem Vorschubantrieb und dem Druckumformwerkzeug verbunden und ausgebildet ist, das Druckformwerkzeug in einer Markierposition mit einer zum Erzeugen einer Vertiefung gewünschter Tiefe erforderlichen Kraft auf das Werkstück zu drücken und in einer Ruheposition von der Oberfläche des Werkstücks abzuheben.
Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Andruckantrieb ausgebildet ist, das Druckumformwerkzeug in eine Messposition zu bewegen, in der die Spitze des Druckumformwerkzeugs in eine ordnungsgemäße Markierung berührend eingreift, ohne beim Prüfen eine weitere, bleibende Materialumformung zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Andruckantrieb einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder aufweist, der einerseits zum Bewegen des Druckumformwerkzeugs und Erzeugen der Andruckkraft mit dem Druckumformwerkzeug verbunden ist und andererseits mit einem Drucksensor zum Erfassen des Fluiddrucks in dem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, wobei der Drucksensor einen Kraftaufnehmer zum Erfassen einer auf Druckumformwerkzeugs wirkenden Axialkraft bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulik- oder Pneumatikzylinder wenigstens einen Kolbenpositionsgeber zum Erfassen wenigstens einer Position eines innerhalb des Hydraulik- oder Pneumatikzylinders beweglichen Kolbens aufweist, wobei der Kolbenpositionsgeber und der Drucksensor mit der Markierungsprüfeinheit verbunden sind, welche ausgebildet ist, die Ausgangssignale des Drucksensors und des Kolbenpositionsgebers in Relation zueinander auszuwerten, um ein Prüfsignal für einer ausreichende Andruckkraft bei entsprechender Kolbenposition zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenpositionsgeber ein Wegaufnehmer ist, der ein über den Verfahrweg des Kolbens sich stetig veränderndes Ausgangssignal liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert so eingestellt oder gewählt ist, dass er eine Mindest-Solltiefe der Markierung gegenüber einer der Markierung benachbarten unmarkierten Werkstückoberfläche widerspiegelt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsprüfeinheit einen Referenzwertspeicher aufweist, der mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die Markierungsprüfeinheit ausgebildet ist, vor einer Markierungsprüfung eine Referenz-Tiefenmessung neben dem Markierungsweg durchzuführen und den Referenzwert in Abhängigkeit des durch Referenztiefenmessung erfassten Wertes zu bilden und in dem Referenzwertspeicher zu speichern.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefenmessfühler ein optischer Abstandsmesssensor ist.