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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Lasercodierungssysteme
und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Lasercodierung
von Positionsinformationen auf Hydraulikstangen.
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Hintergrund
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Viele
elektromechanische Maschinen verwenden ein oder mehrere hydraulische
oder pneumatische Systeme zur Ausführung von Aufgaben, die mit
einem Industriezweig assoziiert sind, wie beispielsweise Bergbau,
Transport, Ackerbau, Bau- oder
Leistungserzeugung. Diese Systeme können ein bewegbares Objekt
aufweisen, wie beispielsweise eine Stange, einen Kolben oder einen
Zylinder, der mit einem Arbeitswerkzeug an einem Ende und mit einer
Kammer am anderen Ende gekoppelt ist. Strömungsmittel kann in die Kammer
geliefert werden, um das bewegbare Objekt entlang eines linearen
Pfades auszufahren, typischerweise über mehrere Meter. Das Strömungsmittel
kann aus der Kammer entfernt werden, um das bewegbare Objekt entlang des
gleichen Pfades zurückzuziehen.
In gewissen Situationen kann die präzise Position des bewegbaren Objektes
erforderlich sein, um gewisse Aufgaben auszuführen und/oder gewisse Prozesse
zu automatisieren, die mit der Maschine assoziiert sind.
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In
manchen Maschinen werden Positionsidentifikationssysteme verwendet,
um eine absolute Position oder Lage eines bewegbaren Objektes in der
Kammer zu bestimmen. Diese Systeme weisen typischerweise Markierungen
auf, wie beispielsweise Strichcodes, die entlang der Länge des
bewegbaren Objektes mit Laser eingeätzt oder darauf abgelagert werden.
Diese Markierungen können
durch optische Sensoren detektiert werden, die in der Kammer positioniert
sind, die mit dem bewegbaren Objekt assoziiert ist. Die Sensoren
können
einen Teil des Strichcodes abtasten, wenn er über eine Linse läuft, und den
abgetasteten Teil decodieren, um eine Position zu bestimmen, die
mit dem bewegbaren Objekt in der Kammer assoziiert ist.
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Der
ordnungsgemäße Betrieb
und die Genauigkeit dieser Identifikationssysteme hängen von der
Präzision
und von der Dauerhaftigkeit der Markierungen auf dem bewegbaren
Objekt ab. Beispielsweise können
sich mit der Zeit Markierungen, die auf die Oberfläche gemalt
oder geätzt
sind, abnutzen, wobei sie die Detektion durch optische Sensoren schwierig
machen. Weiterhin wird, da die Präzision, die von dem Positionsbestimmungssystem
gefordert wird, zunimmt, die Größe der Markierungen
(und der Abstand zwischen ihnen) kompakter. Um somit haltbare Markierungen
vorzusehen, die die Präzision
im kleinen Maßstab
aufweisen, die für
eine genaue Positionsidentifikation nötig ist, kann ein Lasercodierungssystem
mit einer Feineinstellfähigkeit
erforderlich sein, die hochauflösende
Oberflächenmarkierungen
erzeugt.
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Ein
Verfahren, um haltbare permanente Markierungen auf der Oberfläche eines
bewegbaren Objektes vorzusehen, wird beschrieben im US-Patent 5 632
916 (in dem '916-Patent)
von Lappalainen u.a.. Das '916-Patent
beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Markierungen auf einer
Metalloberfläche. Diese
Markierungen können
durch Senden einer Reihe von aufeinander folgenden Laserimpulsen
erzeugt werden, die jeweils eine Spur auf der Metalloberfläche erzeugen.
Jede Spur überlappt
mit einer vorherigen Spur, um die Farbe der Oberfläche der Kolbenstange
zu modifizieren, um die Metalloberfläche zu markieren.
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Obwohl
das '916-Patent
ein Verfahren vorsehen kann, um haltbare abnutzungsbeständige Markierungen
unter Verwendung eines Lasers zu formen, kann es immer noch inadäquat sein.
Beispielsweise sieht das im '916-Patent
beschriebene Verfahren keine steuerbare Montagevorrichtung vor,
um die Metalloberfläche
mit Bezug zum Laser einzustellen. Somit kann das System des '916-Patents eventuell keine
präzise
gesteuerte Einstellung der Oberfläche mit Bezug zum Laser gestatten.
Als eine Folge kann das System des '916-Patents nicht adäquat eine Fehlausrichtung korrigieren,
sollte einer oder mehrerer der Laser oder die Metallober fläche fehlausgerichtet
werden, was möglicherweise
zu einer irrtümlichen
und/oder ungenauen Markierung der Metalloberfläche führt.
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Das
offenbarte System und das Verfahren zur Lasercodierung von Informationen
auf bewegbaren Objekten sind darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein System zur Codierung
von Informationen auf einem bewegbaren Objekt gerichtet, wobei das
bewegbare Objekt eine Umfangsfläche und
eine Längsachse
aufweist. Das System kann einen Laser aufweisen, der optisch mit
einem bewegbaren Objekt gekoppelt ist und konfiguriert ist, um konzentrierte
elektromagnetische Strahlung auf das bewegbare Objekt zu projizieren.
Die konzentrierte elektromagnetische Strahlung kann einen Teil der Oberfläche des
bewegbaren Objektes aufheizen, die von der Strahlung beeinflusst
wird, um den Teil der Oberfläche
anzulassen, der von der Strahlung beeinflusst wird, wodurch die
Reflexionscharakteristiken des angelassenen Teils modifiziert werden.
Das System kann auch eine Befestigungsvorrichtung aufweisen, die
konfiguriert ist, um adaptiv das bewegbare Objekt relativ zum Laser
zu positionieren. Das System kann weiter eine Steuervorrichtung
in Verbindung mit dem Laser und der Montage- bzw. Befestigungsvorrichtung
aufweisen, die konfiguriert ist, um die Befestigungsvorrichtung
und/oder den Laser zu steuern, um ein erwünschtes Codierungsmuster auf das
bewegbare Objekt zu projizieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Codieren von Informationen auf einem bewegbaren Objekt gerichtet,
wobei das bewegbare Objekt eine Umfangsfläche und eine Längsachse
aufweist. Das Verfahren kann aufweisen, das bewegbare Objekt relativ
zu einem Laser zu positionieren, der konfiguriert ist, um elektromagnetische
Strahlung auf das bewegbare Objekt zu projizieren. Das Verfahren
kann auch aufweisen, durch den Laser die konzentrierte elektromagnetische
Strahlung auf das bewegbare Objekt zu projizieren, wodurch die konzentrierte
elektromagnetische Strahlung einen Teil der Ober fläche des
bewegbaren Objektes aufheizt, die durch die Strahlung beeinflusst
wird, um den Teil der Oberfläche
anzulassen, der von der Strahlung beeinflusst wird, wodurch die
Reflexionscharakteristiken des angelassenen Teils modifiziert werden.
Das System kann weiter aufweisen, eine Position des bewegbaren Objektes
einzustellen, wenn eine Auftreffcharakteristik, die mit der elektromagnetischen
Strahlung assoziiert ist, einen Einstrahlungs- bzw. Auftreffschwellenwert überschreitet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 bietet
eine schematische Perspektivansicht eines beispielhaften Systems
zur Lasercodierung von Informationen auf bewegbaren Objekten gemäß den offenbarten
Ausführungsbeispielen;
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2A bietet
eine schematische Frontansicht eines Lasercodierungssystems gemäß den offenbarten
Ausführungsbeispielen;
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2B bietet
eine schematische Seitenansicht eines Lasercodierungssystems gemäß den offenbarten
Ausführungsbeispielen;
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3 stellt
ein Flussdiagramm dar, welches ein beispielhaftes offenbartes Betriebsverfahren
veranschaulicht, welches mit dem System der 1 assoziiert
ist; und
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4 stellt
ein Flussdiagramm dar, welches ein beispielhaftes offenbartes Betriebsverfahren
veranschaulicht, welches mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen
assoziiert ist.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
ein beispielhaftes System 100 zum Codieren von Informationen
auf bewegbaren Objekten in Übereinstimmung
mit den offenbarten Ausführungsbeispielen.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das System 100 eine
oder mehrere Komponenten und/oder Untersysteme aufweisen, die zusammenarbeiten,
um Informationen auf einer Oberfläche eines bewegbaren Objektes
zu codieren. Für
die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann das bewegbare Objekt
irgendein Objekt aufweisen, welches eine Umfangsfläche und
eine Längsachse aufweist,
wie beispielsweise eine Stange, ein Kolben oder ein Hydraulikzylinder.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann ein bewegbares Objekt 125 aus einem Metallmaterial
aufgebaut sein, wie beispielsweise aus Stahl, Eisen oder Aluminium,
obwohl andere Arten von Materialien ebenfalls verwendet werden können. Das
System 100 kann unter anderem einen Laser 110,
eine Befestigungsvorrichtung 120 zum Greifen und Positionieren
eines bewegbaren Objektes 125, eine Steuervorrichtung 130 und
optional ein Galvanometer 140 aufweisen. Es wird in Betracht
gezogen, dass das System 100 mehr, weniger und/oder andere
Komponenten aufweisen kann, als jene, die oben aufgelistet sind.
Es sei bemerkt, dass die oben aufgelisteten Komponenten nur beispielhaft sind
und nicht einschränkend
sein sollen.
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Der
Laser 110 kann irgendeine Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert
ist, um konzentrierte elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche des bewegbaren
Objektes 125 zu projizieren. Konzentrierte elektromagnetische
Strahlung kann irgendeine Art von Strahlung aufweisen, die, wenn
sie auf eine Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 aufgebracht wird, einen Teil
der Oberfläche
entsprechend der konzentrierten elektromagnetischen Strahlung aufheizt.
Beispielsweise kann konzentrierte elektromagnetische Strahlung unter
anderem Hochleistungsmikrowellen, Millimeterwellen, ultraviolette Strahlung,
optische Strahlung, infrarote Strahlung oder irgendeine andere Art
von elektromagnetischer Hochleistungsstrahlung aufweisen. Die lokale
Aufheizung des bewegbaren Objektes in dieser Weise, wenn ihr eine
darauf folgende Abkühlung
des Teils der Oberfläche
folgt, die der Strahlung unterworfen wurde, kann die Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 anlassen, um die Reflexionseigenschaften des
beeinflussten Teils zu verändern.
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Der
Laser 110 kann irgendeine Art von Laser aufweisen, um ein
Niveau von konzentrierter elektromagnetischer Strahlung zu erzeugen,
welches erforderlich ist, um einen Teil der Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 bis zu einer vorbestimmten Temperatur
aufzuheizen. Beispielsweise kann der Laser 110 einen Festkörperlaser
(beispielsweise einen Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (YAG-Laser), einen Rubin-Laser
usw.), einen Gaslaser (beispielsweise einen Kohlendi oxid-Laser,
eine Kohlenmonoxid-Laser usw.) oder eine Excimerlaser (beispielsweise
einen Helium-Laser, einen Argon-Laser usw.) aufweisen. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann der Laser 110 einen Q-geschalteten YAG-Laser aufweisen,
der im TEM0-Modus arbeitet.
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Die
Befestigungsvorrichtung 120 kann eine oder mehrere Komponenten
aufweisen, die konfiguriert sind, um das bewegbare Objekt 125 aufzunehmen,
zu halten, zu sichern, zu positionieren, zu drehen, zu verschieben,
anzuheben und/oder in anderer Weise während der Bearbeitung durch
den Laser 110 zu bewegen. Wie in 1 veranschaulicht,
kann die Befestigungsvorrichtung beispielsweise gegenüberliegende
Haltevorrichtungen 121a–b aufweisen, die konfiguriert
sind, um das bewegbare Objekt 125 am anderen Ende zu ergreifen.
Die Haltevorrichtungen 121a–b können jeweils (nicht gezeigte)
rotierende Vorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um das
bewegbare Objekt 125 in Umfangsrichtung zu drehen. Alternative
und/oder zusätzliche
Haltevorrichtungen 121a–b können (nicht gezeigte) Verschiebevorrichtungen
aufweisen, die konfiguriert sind, um das bewegbare Objekt 125 in
axialer Richtung (d.h. in Längsrichtung)
zu verschieben. Obwohl die Befestigungsvorrichtung 120 als
eine gegenüberliegende bzw.
gegeneinander ausgerichtete Klemmvorrichtung veranschaulicht ist,
sei bemerkt, dass die Befestigungsvorrichtung 120 irgendeine
Vorrichtung aufweisen kann, um das bewegbare Objekt 125 zu
halten und zu positionieren. Beispielsweise kann die Befestigungsvorrichtung 120 einen
Befestigungstisch aufweisen, um das bewegbare Objekt 125 zu
halten. Der Befestigungstisch kann eine Aufnahmekammer zum Halten
des bewegbaren Objektes 125 aufweisen. Der Befestigungstisch
kann auch Positionierungsmotoren aufweisen, um in Drehrichtung und axial
das bewegbare Objekt 125 mit Bezug zum Laser 110 zu
positionieren.
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Die
Befestigungsvorrichtung 120 kann konfiguriert sein, um
erwünschte
Einstellungen an der Position des bewegbaren Objektes 125 vorzusehen. Beispielsweise
können
die Drehvorrichtungen, die mit der Befestigungsvorrichtung 120 assoziiert
sind, konfiguriert sein, um eine Präzisionsdreheinstellung (d.h.
den Bruchteil eines Grades) des bewegbaren Objektes 125 einzustellen.
In ähnlicher
Weise können
die Verschiebevorrichtungen, die mit der Befestigungsvorrichtung 120 assoziiert sind,
konfiguriert sein, um das bewegbare Objekt 125 in sehr
kleinen Inkrementen bzw. Schritten zu verschieben (beispielsweise
10–50
Mikrometer).
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Das
System 100 kann optional ein Galvanometer 140 aufweisen,
um die elektromagnetische Strahlung zu leiten, die mit dem Laser 110 assoziiert ist.
Beispielsweise kann das Galvanometer 140 eine elektronisch
gesteuerte Reflexionsvorrichtung aufweisen (beispielsweise ein Prisma,
ein Spiegel usw.), die konfiguriert ist, um die elektromagnetische
Strahlung zu leiten, die von dem Laser 110 geliefert wird. Das
Galvanometer 140 kann die Reflexionsvorrichtung relativ
zu dem bewegbaren Objekt 125 orientieren, und zwar basierend
auf Steuersignalen, die von der Steuervorrichtung 130 aufgenommen
wurden, die mit dem System 100 assoziiert ist.
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Obwohl
gewisse Ausführungsbeispiele
des Systems 100 so veranschaulicht sind, dass sie ein Galvanometer 140 enthalten,
wird in Betracht gezogen, dass das Galvanometer 140 eine
optionale Komponente des Systems 100 ist. Entsprechend kann
der Laser 110 konfiguriert sein, um die elektromagnetische
Strahlung direkt auf das bewegbare Objekt 125 zu projizieren,
und zwar ohne Anwendung des Galvanometers 140.
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Die
Steuervorrichtung 130 kann Komponenten aufweisen, um Computer
lesbare Anweisungen und Programme auszuführen. Diese Komponenten können beispielsweise
eine oder mehrere Memory-Vorrichtungen, eine Speichervorrichtung,
eine zentrale Verarbeitungseinheit, eine Schnittstelle und eine
Eingabevorrichtung oder irgendeine andere geeignete Komponente aufweisen,
um eine Anwendung laufen zu lassen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 eine
Eingabevorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Informationen
von einem Anwender aufzunehmen, die auf der Oberfläche des bewegbaren
Objektes 125 unter Verwendung des Verfahrens und der Prozesse
codiert werden können, die
unten beschrieben werden.
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Die
Steuervorrichtung 130 kann konfiguriert sein, um eine oder
mehrere Charakteristiken zu überwachen,
zu steuern, einzustellen, zu analysieren und/oder zu ver arbeiten,
die mit dem System 100 assoziiert sind. Diese Charakteristiken
können
beispielsweise eine Position, eine Orientierung oder eine Konfiguration
des Lasers und/oder der Befestigungsvorrichtung 120 und/oder
des Galvanometers 140; eine Drehung oder Verschiebung,
die mit jeder der Haltevorrichtungen 121a–b assoziiert
ist; ein Leistungsniveau und/oder eine Frequenz des Lasers 110;
und eine X-Y-Orientierung
aufweisen, die mit dem Galvanometer 140 assoziiert ist.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 konfiguriert
sein, um die Position der Befestigungsvorrichtung 120 zu steuern,
während
sie den Laser 110 impulsartig steuert, um ein erwünschtes
Muster auf der Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 zu erzeugen.
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Die
Steuervorrichtung 130 kann in Verbindung mit einer oder
mehreren Komponenten sein, die mit dem System 100 assoziiert
sind. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 in
Verbindung mit dem Laser 110, mit der Befestigungsvorrichtung 120 und
mit dem Galvanometer 140, falls vorgesehen, über Kommunikationsleitungen 131 verbunden
sein. Verschiedene andere Komponenten können mit der Steuervorrichtung 130 assoziiert
sein, wie beispielsweise (nicht gezeigte) Abfühlvorrichtungen zur Überwachung
von einem oder mehreren Betriebsaspekten, die mit gewissen Komponenten
des Systems 100 assoziiert sind, zur Überwachung der Leistungsversorgungsschaltung,
der Signalkonditionierungsschaltung und einer anderen geeigneten
Schaltung.
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2A und 2B veranschaulichen
beispielhafte Front- bzw. Seitenansichten des Systems 100,
um beispielhafte Prozesse in Übereinstimmung mit
den offenbarten Ausführungsbeispielen
zu veranschaulichen. Wie in 2A gezeigt,
können
Informationen auf der Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 in einer Weise in Übereinstimmung
mit den offenbarten Ausführungsbeispielen
codiert werden. Codierte Informationen können irgendwelche Informationen
aufweisen, die auf die Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 unter Verwendung des Lasers 110 übertragen
werden können,
wie beispielsweise Positionsinformationen, Teile-Identifikationsnummern, Herstellungsinformationen,
eine Lagerhaltungseinheitsnummer (SKU-Nummer, SKU = Stock Keeping
Unit), eine Inventurnummer oder irgendeine andere Art von Information,
die auf dem bewegbaren Objekt 125 co diert sein kann. Codierte
Informationen können
Markierungen, Linien, Symbole oder andere Anzeigemittel aufweisen,
die auf der Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 vorgesehen sind.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
können die
codierten Informationen in Form eines Strichcodes 200 sein,
der von einem optischen Scann- bzw. Abtastungssensor identifiziert
werden kann, der konfiguriert ist, um die codierten Informationen
zu lesen und zu decodieren, um die relevanten Informationen aufzunehmen,
die in dem Code enthalten sind. Wie in 2A veranschaulicht,
kann der Strichcode 200 eine Vielzahl von linearen oder
rechteckigen Markierungen aufweisen. Die Gesamtanordnung dieser
Markierungen kann Informationen bezüglich der absoluten Position
und/oder der Orientierung des bewegbaren Objektes 125 liefern,
wenn sie von einem optischen Scanner gelesen wird.
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Das
System 100 kann die codierten Informationen auf das bewegbare
Objekt 125 projizieren, und zwar durch Leiten von konzentrierter
elektromagnetischer Strahlung auf einen Teil der Oberfläche entsprechend
einem erwünschten
Muster. Bei der in 2A veranschaulichten Strichcodeanordnung kann
das Muster eine Vielzahl von Markierungen 201a–c aufweisen,
die von einer Vielzahl von Beabstandungen 203a–c getrennt
werden. Gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
kann jede Markierung ein lineares oder rechteckiges Symbol aufweisen,
10 mm–20
mm lang, in Umfangsrichtung und ein ganzzahliges Vielfaches von
50 Mikrometern (beispielsweise 50 Mikrometer, 100 Mikrometer, 150 Mikrometer
usw.) in der Breite, welches sich in axialer Richtung erstreckt.
Es wird in Betracht gezogen, dass andere Längen und Breiten von Markierungen 201a–c verwendet
werden können.
Somit ist die Größe, Form,
Länge und
Breite von jeder Markierung nur beispielhaft und soll nicht einschränkend sein.
Es wird in Betracht gezogen, dass andere Konfigurationen und Orientierungen
der codierten Informationen verwirklicht werden können, wie
beispielsweise ein Strichcode, bei dem die Vielzahl von Linien Längen hat,
die sich in axialer Richtung und benachbart angeordnet umlaufend
um das bewegbare Objekt 125 erstrecken. In dieser Konfiguration
können
Positionsinformationen geliefert werden, um eine Rate und/oder Lage
einer Drehposition des bewegbaren Objektes 125 zu bestimmen.
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Das
System 100 kann konfiguriert sein, um Markierungen 201a–c durch
Projektion von konzentrierter elektromagnetischer Strahlung auf
der Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 unter Verwendung des Lasers 110 zu
bilden. Die elektromagnetische Strahlung kann die Oberfläche in solcher
Weise aufheizen, dass sie die physische Struktur der Teile modifiziert,
die von der elektromagnetischen Strahlung beeinflusst werden. Die
darauf folgende Abkühlung
der aufgeheizten Teile verändert
die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Farbe, Reflexionseigenschaften
usw. Dieser Vorgang, der als Anlassen bekannt ist, sieht ein Verfahren
vor, um unlöschbar
die Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 zu markieren. Zusätzlich ist
die von diesem Vorgang erzeugte Markierung typischerweise beständig gegen
Abnutzung und Ausbleichen aufgrund der Festigkeit der Oberfläche des
angelassenen Bereiches. Das Formen der Markierungen auf der Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 kann von gewissen Auftreffcharakteristiken
abhängen,
die mit der elektromagnetischen Strahlung assoziiert sind. Diese Charakteristiken
können
beispielsweise eine Distanz d1, d2 der Quelle (beispielsweise des
Galvanometers 140, des Lasers 110 usw.) von der
Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125; einen Auftreffwinkel (θ1, θ2, φ1 oder φ2); eine Intensität der elektromagnetischen Strahlung
an der Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 und/oder einen Streuungsfaktor aufweisen,
der mit dem Brennpunkt der Strahlung auf der Oberfläche assoziiert
ist.
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Um
die Strahlung zu konzentrieren, um die Präzision vorzusehen, die erforderlich
ist, um die Markierungen zu erzeugen, kann die Steuervorrichtung 130 eine
oder mehrere Komponenten und/oder Charakteristiken steuern, die
mit dem System 100 assoziiert sind. Beispielsweise kann
die Steuervorrichtung 130 eine Position einstellen, die
mit dem Laser 110 und/oder der Befestigungsvorrichtung 120 und/oder
dem Galvanometer 140 assoziiert ist, um die Distanz zu
modifizieren, über
die die Strahlung läuft,
bevor sie auf die Oberfläche
trifft. Als eine Folge können
die Streuung, Dämpfung
und Intensität,
die mit der elektromagnetischen Strahlung assoziiert sind, manipuliert
und/oder von dem System 100 durch Anwendung der Steuervorrichtung 130 gesteuert
werden.
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Verfahren
und Systeme in Übereinstimmung mit
den offenbarten Ausführungsbeispielen
können es
Anwendern gestatten, Informationen auf einem bewegbaren Objekt zu
codieren (beispielsweise auf einer Stange, einem Zylinder, einem
Kolben usw.), und zwar unter Verwendung von konzentrierter elektromagnetischer
Strahlung, um ein spezielles Muster auf der Oberfläche des
Objektes anzulassen. Verfahren und Systeme gestatten den Anwendern
auch, gesteigerte Niveaus von Details und Präzision zu realisieren, und
zwar durch Anwendung eines elektronisch steuerbaren Lasers 110,
einer Befestigungsvorrichtung 120 und eines Galvanometers 140,
wobei alle davon unabhängig
eingestellt werden können,
um gesteigerte Niveaus bei der Codierungspräzision vorzusehen.
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3 stellt
ein Flussdiagramm 300 dar, welches ein beispielhaftes Verfahren
zum Codieren von Informationen auf dem bewegbaren Objekt 125 veranschaulicht,
welches von dem System 100 in Übereinstimmung mit den offenbarten
Ausführungsbeispielen
ausgeführt
wird. Wie in 3 veranschaulicht, kann das
Verfahren aufweisen, das bewegbare Objekt 125 zu positionieren
(Schritt 310). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 ein
Referenzsignal an die Befestigungsvorrichtung 120 liefern,
die das bewegbare Objekt 125 hält. Das Referenzsignal kann
die Position der Befestigungsvorrichtung 120 relativ zum
Laser 110 auf eine Anfangsposition einstellen, die mit
einem ersten Teil des bewegbaren Objektes assoziiert ist, auf dem
das erwünschte
Muster codiert werden soll. Zusätzlich
zu der anfänglichen
Positionierung des bewegbaren Objektes 125 kann die Befestigungsvorrichtung 120 das
bewegbare Objekt 125 in irgendeiner Anordnung relativ zum Laser 110 positionieren,
die das Lasercodieren von Informationen auf der Oberfläche des
Objektes erleichtert.
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Sobald
das bewegbare Objekt 125 positioniert worden ist, kann
ein Strahl der konzentrierten elektromagnetischen Strahlung auf
eine Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 projiziert werden (Schritt 320).
Beispielsweise kann der Laser 110 einen Befehl von der
Steuervorrichtung 130 aufnehmen und den Strahl der Strahlung
ansprechend auf den Befehl projizieren. Der Leistungspegel, der
mit dem Strahl assoziiert ist, kann vorbestimmt sein (beispielsweise
in der Fabrik vor eingestellt), oder kann von einem Anwender über eine
(nicht gezeigte) Schnittstelle eingestellt werden, die mit der Steuervorrichtung 130 assoziiert
ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann das Galvanometer 140 eine Richtungssteuerung des Strahls der
Strahlung vorsehen, die von dem Laser 110 geliefert wird.
Wie in 2A veranschaulicht, kann das Galvanometer 140 zur
Kommunikation mit der Steuervorrichtung 130 gekoppelt sein
und konfiguriert sein, um den Strahl der konzentrierten elektromagnetischen
Strahlung in einer oder mehreren Richtungen basierend auf Befehlen
abzulenken, die von der Steuervorrichtung 130 aufgenommen
wurden. Dies kann es dem System 100 gestatten, eine Richtungssteuerung
der elektromagnetischen Strahlung vorzusehen, um mehrere Markierungen
auf dem bewegbaren Objekt 125 zu erzeugen, ohne eine Positionseinstellung
des Lasers 110 oder der Befestigungsvorrichtung 120 zwischen
benachbarten Markierungen zu erfordern.
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Während der
Strahl der elektromagnetischen Strahlung auf die Oberfläche des
bewegbaren Objektes 125 projiziert wird, kann eine Auftreffcharakteristik,
die mit einer gegenwärtigen
und/oder zukünftigen Projektion
des Strahls assoziiert ist, bestimmt und/oder abgeschätzt werden
(Schritt 330). Wie in 2A veranschaulicht,
kann beispielsweise die Steuervorrichtung 130 eine Distanz
(d1) und einen Auftreffwinkel (θ1) bestimmen, die bzw. der mit einer gegenwärtigen Projektion
des Strahls 210 in axialer Richtung assoziiert ist, während der
Strahl 210 auf die Oberfläche des bewegbaren Objektes 125 projiziert
wird. Alternativ und/oder zusätzlich,
wie in 2B veranschaulicht, kann die
Steuervorrichtung einen Auftreffwinkel (φ1)
bestimmen, der mit einer gegenwärtigen
Projektion des Strahls 210 in Umfangsrichtung assoziiert
ist. In ähnlicher
Weise kann die Steuervorrichtung 130 einen Auftreffwinkel
(φ2) abschätzen,
der mit einer zukünftigen
Projektion des Strahls 210' in
Umfangsrichtung assoziiert ist.
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Sobald
die gegenwärtigen/zukünftigen
Auftreffcharakteristiken bestimmt/abgeschätzt worden sind, können die
Auftreffcharakteristiken mit Schwellenwerten verglichen werden (Schritt 340).
Diese Schwellenwerte können
Grenzwerten von jeder jeweiligen Auftreffcharakteristik entsprechen,
die, falls sie überschritten
wer den, eine nicht ordnungsgemäße, nicht
ideale und/oder ineffiziente Leistung des Systems 100 oder
der Komponenten des Systems 100 zur Folge haben können. Beispielsweise
kann ein Schwellenwert, der mit der axialen Distanz eines Strahls
der elektromagnetischen Strahlung assoziiert ist, einer Distanzgrenze
entsprechen, nach welcher der Strahl eine beträchtliche Streuung und/oder Dämpfung erfahren
kann. In ähnlicher
Weise kann ein Schwellenwert, der mit einem Auftreffwinkel eines Strahls
in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung assoziiert ist,
einem kritischen Winkel entsprechen, der, falls er überschritten
wird, nicht ideale Markierungen aufgrund einer Verbreiterung oder
Abweichung des Strahls über
die Oberfläche
des bewegbaren Objektes 125 zur Folge haben kann. Diese Schwellenwerte
können
in einer oder mehreren Speichervorrichtungen der Steuervorrichtung 130 gespeichert
werden.
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Wenn
die Auftreffcharakteristiken nicht einen Schwellenwert überschreiten,
kann das System 100 weiter mit der Codierung von Markierungen 201a–c auf dem
bewegbaren Objekt 125 fortfahren (Schritt 340:
Nein). Sollte eine oder mehrere der Auftreffcharakteristiken einen
Schwellenwert überschreiten (Schritt 340:
Ja), kann die Position des Lasers 110 und/oder des Galvanometers 140 und/oder
des bewegbaren Objektes 125 (über die Befestigungsvorrichtung 120)
eingestellt werden. Wenn die Distanz, die mit dem Strahl der elektromagnetischen
Strahlung assoziiert ist, den Schwellendistanzwert überschreitet,
kann beispielsweise der Laser 110 auf „aus" gepulst werden, und die Steuervorrichtung 130 kann
die Position des Lasers 110 und/oder der Befestigungsvorrichtung 120 einstellen,
sodass jede Auftreffcharakteristik innerhalb der Grenzen des jeweiligen
Schwellenpegels bleibt. Sobald die Positionen eingestellt sind und
gemäß dem erwünschten
Muster ausgerichtet sind und die Auftreffcharakteristiken bezüglich der Übereinstimmung
mit den Schwellenpegeln überprüft worden
sind, kann der Laser 110 auf an gepulst werden, um den
Prozess des Anlassens der codierten Informationen auf dem bewegbaren Objekt 125 fortzusetzen.
Gemäß einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
können
die Auftreffcharakteristiken durch eine vorbestimmte Betriebssequenz
definiert werden, die mit der Steuervorrichtung assoziiert ist.
Beispielsweise können
die Auftreffwinkel θ1 und φ1 im Wesentlichen auf nominellen Werten gehalten
werden (beispielsweise 90° +/– einem
gewisser akzeptabler Feh ler). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
kann die Steuervorrichtung 130 den Laser 110 und/oder
das bewegbare Objekt 125 in vorbestimmter Weise einstellen,
um ein vorbestimmtes Muster auf das bewegbare Objekt 125 zu projizieren,
ohne eine oder mehrere Auftreffcharakteristiken überwachen zu müssen, die
mit dem Strahl der elektromagnetischen Strahlung assoziiert sind. 4 stellt
ein Flussdiagramm 400 dar, welches ein beispielhaftes Verfahren
gemäß dem offenbarten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht, kann das
Verfahren eingeleitet werden durch Ausrichtung eines Teils des bewegbaren Objektes 125,
welches mit einer erwünschten
Markierungsstelle assoziiert ist, mit dem Laser 110 (Schritt 410).
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 das bewegbare
Objekt 125 so positionieren, dass ein Auftreffwinkel in
axialer Richtung des Strahls der elektromagnetischen Strahlung im
Wesentlichen 90° für die erste
Markierung ist, die mit dem vorbestimmten Markierungsmuster assoziiert ist.
In ähnlicher
Weise kann die Steuervorrichtung 130 das bewegbare Objekt 125 positionieren,
so dass ein Auftreffwinkel in Umfangsrichtung des Strahls der elektromagnetischen
Strahlung im Wesentlichen 90° für die Mitte
der ersten Markierung ist, die mit dem vorbestimmten Markierungsmuster
assoziiert ist. Dieses vorbestimmte Markierungsmuster kann in die
Steuervorrichtung 130 programmiert sein.
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Sobald
das bewegbare Objekt 125 und der Laser 110 in
Ausrichtung assoziiert mit einem erwünschten Muster sind, kann der
Laser auf an gepulst werden, um die elektromagnetische Strahlung auf
das bewegbare Objekt 125 basierend auf dem erwünschten
Muster zu projizieren (Schritt 420). Beispielsweise kann
die Steuervorrichtung 130 den Laser 110 auf an
pulsen, um die erste Markierung zu erzeugen, die mit dem erwünschten
Muster assoziiert ist. Während
der Laser 110 auf an gepulst ist, kann die Steuervorrichtung 130 die
Position des bewegbaren Objektes 125 und/oder des Lasers 110 und/oder des
Galvanometers 140 einstellen, um die Auftreffwinkel θ1 und φ1 innerhalb der normalen Werte zu halten.
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Sobald
die erste Markierung gemacht worden ist, kann der Laser 110 auf
aus gepulst werden (Schritt 430). Beispielsweise kann die
Steuervorrichtung 130 detektieren, dass die erste Markierung,
die mit dem erwünschten
Muster assoziiert ist, vollendet worden ist, und ein Steuersignal
zum Laser 110 liefern, um den Strahl der elektromagnetischen
Strahlung auszuschalten.
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Nachdem
der Laser 110 die erste Markierung vollendet hat und auf
aus gepulst worden ist, kann die Position des bewegbaren Objektes 125 und/oder
des Lasers 110 und/oder des Galvanometers 140 um eine
vorbestimmte Größe entsprechend
einer erwünschten
Lage einer darauf folgenden Markierung eingestellt werden, die mit
dem erwünschten
Muster assoziiert ist (Schritt 440). Beispielsweise kann
die Steuervorrichtung 130 in Längsrichtung die Position des
bewegbaren Objektes 125 und/oder des Lasers 110 in
vorbestimmten Inkrementen einstellen, um darauf folgende Strahle
der Strahlung gemäß dem erwünschten
Muster zu liefern.
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Zwischen
aufeinander folgenden Impulsen der Strahlung kann die Steuervorrichtung 130 bestimmen,
ob die vorbestimmte Mustersequenz vollendet ist (Schritt 450).
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 einen Fortschritt überwachen,
der mit einem Programm assoziiert ist, welches mit dem erwünschten
Muster assoziiert ist. Wenn das Programm vollendet worden ist (Schritt 450:
Ja), kann die Steuervorrichtung 130 den Mustermarkierungsprozess
beenden und das bewegbare Objekt 125 zum Entladen aus der
Befestigungsvorrichtung 120 vorbereiten.
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Wenn
jedoch das Programm nicht vollendet worden ist (Schritt 450:
Nein), kann die Steuervorrichtung 130 den Laser auf an
pulsen, um den Strahl der Strahlung auf das bewegbare Objekt zu
projizieren, welches mit darauf folgenden Markierungen des erwünschten
Musters assoziiert ist. Wie der Fachmann erkennen wird, können die
Schritte 420 bis 450 wiederholt werden, bis das
erwünschte
Markierungsmuster vollendet ist.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass mehrere bewegbare Objekte gemäß Ausführungsbeispielen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung durch Laser gleichzeitig codiert
werden können.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 mehrere bewegbare
Objekte gleichzeitig durch Laser codieren, indem sie zusätzliche
Steuersignale zu einer oder mehreren zusätzlichen Befestigungsvorrich tungen 120 liefert,
die mit einem zusätzlichen
bewegbaren Objekt 125 assoziiert sind und zwar unter Verwendung
eines Strahlteilers oder eines Systems mit mehreren Lasern.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Obwohl
das offenbarte System und Verfahren für die Lasercodierung von Informationen
in Verbindung mit bewegbaren Objekten beschrieben wird, wird in
Betracht gezogen, dass das System und das Verfahren bei irgendeinem
Produkt oder Material eingesetzt werden können, welches die unlöschbare Einpflanzung
von codierten Informationen erfordert. Insbesondere können Prozesse
in Übereinstimmung mit
dem offenbarten System und Verfahren es Anwendern gestatten, einen
Strichcode entsprechend Positionsinformationen aufzubringen, die
mit einer Hydraulikstange für
eine Maschine assoziiert sind.
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Das
vorliegende offenbarte Verfahren zur Lasercodierung von Informationen
auf der Oberfläche eines
bewegbaren Objektes kann mehrere Vorteile haben. Weil die Steuervorrichtung 130 konfiguriert sein
kann, um simultan, unabhängig
und automatisch den Laser 110 und die Befestigungsvorrichtung 120 zu
steuern, kann es beispielsweise mehr Freiheitsgrade zur Einstellung
und Orientierung des bewegbaren Objektes 125 geben. Als
eine Folge können codierte
Informationen, die Muster mit extrem kleinen Seitenverhältnissen
aufweisen (beispielsweise im Bereich von 50 Mikrometern) auf das
bewegbare Objekt 125 mit Präzision und Genauigkeit aufgebracht werden.
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Weil
das System 100 die Auftreffcharakteristiken bestimmen und/oder
einschätzen
kann, die mit einer gegenwärtigen
oder zukünftigen
Projektion eines Strahls der elektromagnetischen Strahlung assoziiert
sind, können
zusätzlich
Einstellungen an dem System 100 in Echtzeit vorgenommen
werden, um sicherzustellen, dass das Muster genau auf dem Objekt
aufgebracht ist. Als eine Folge können Fehlausrichtungen, die
mit einer Strahldämpfung,
Streuung und dem Verlust des Brennpunktes assoziiert sind, während des
Lasercodierungsprozesses von sich heraus reduziert werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten System und Verfahren zur Lasercodierung
von Informationen auf einem bewegbaren Objekt vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung
der Beschreibung und der praktischen Ausführung der vorliegenden Offenbarung
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer
Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und
ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.