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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Gegenständen und die Verwendung eines magnetoelastischen Sensors. Insbesondere betrifft die Erfindung die Identifikation von Werkstücken oder Wellen anhand einer mechanischen Spannung des Gegenstands.
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Zur Identifikation von Gegenständen, z.B. von metallischen Werkstücken oder Wellen, werden diese beispielsweise mit Markierungen wie Barcodes, Hologrammen, RFID Tags oder Typenschildern versehen. Diese Identifikation durch zusätzliches Aufbringen von Informationsträgern ist aufwendig. Solche sichtbaren Markierungen können sich zudem lösen bzw. einfach manipuliert werden.
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Durch Aufprägen bzw. mechanisches Prägen von Informationen in das Material können sich Markierungen nicht lösen, jedoch ist eine teils aufwendige mechanische Bearbeitung der Gegenstände notwendig. Zudem sind diese Markierungen weiterhin sichtbar.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erkennung von Gegenständen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erkennung von Gegenständen die folgenden Schritte:
- – Erfassen einer Markierung des Gegenstands in Form einer mechanischen Spannung an einer Oberfläche des Gegenstands;
- – Zuordnen der erfassten Markierung zu dem Gegenstand.
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Durch die Nutzung einer im Gegenstand bereits vorhandenen mechanischen Spannung bzw. mechanischer Oberflächenspannungen können Gegenstände eindeutig charakterisiert werden, wobei diese Markierung nicht sichtbar ist. Die mechanische Spannung kann mit einem geeigneten Sensor wie zum Beispiel einem magnetoelastischen Sensor oder einer röntgenografischen Eigenspannungsmessung erfasst werden. Die Markierung in Form der mechanischen Spannung kann dann dem Gegenstand fest zugeordnet werden, zum Beispiel in einer Datenbank oder einem Datenblatt. Dazu kann die Markierung, ein Teil der Markierung oder ein charakteristisches Signal der Markierung, wie zum Beispiel der räumliche Verlauf der Oberflächenspannung, verwendet werden und zur späteren eindeutigen Zuordnung, Speicherung und/oder Identifikation genutzt werden. Das zusätzliche Aufbringen von Identifikationsträgern fällt somit weg. Die Verwendung solcher nicht sichtbaren Markierungen ermöglicht einen Einsatz zur Anwendungen bei dem Plagiatsschutz.
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Der Gegenstand kann ferromagnetisches Material aufweisen und/oder es kann ein magnetoelastischer Sensor zum Erfassen verwendet werden. Dies erlaubt eine besonders gute Erkennung der Spannungen.
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Die Markierung kann eine eingefrorene mechanische Spannung sein, die beim Herstellungsprozess des Materials oder des Gegenstandes entsteht. Eine eingefrorene mechanische Spannung oder Oberflächenspannung kann durch Temperaturbehandlungen, chemische Oberflächenbehandlungen oder physikalische Einwirkungen entstehen. Damit kann eine bereits im Gegenstand bestehende Markierung verwendet werden, was die Erzeugung und/oder das Aufbringen einer eigenen Markierung überflüssig macht.
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Eine Markierung in Form einer mechanischen Spannung kann am Gegenstand aufgebracht, erfasst und/oder zugeordnet werden. Durch Veränderung der mechanischen Spannungen mit Hilfe von Temperaturbehandlungen, chemischen Oberflächenbehandlungen, z.B. Ätzen, oder physikalischen Einwirkungen, z.B. Stempeln von Oberflächenmustern, Markierungen, Aufdampfen von Strukturen kann die Markierung erzielt werden. Dies ist im Gegensatz zu den bei der Herstellung des Gegenstands willkürlich auftretenden eingefrorenen Spannungen eine definiert erzeugte mechanische Spannung. Nach dem Aufbringen dieser Markierung kann sie genauso wie oben beschrieben verwendet werden.
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Die Markierung kann neben Information zur Zuordnung des Gegenstands weitere Information, wie z.B. Informationen zum Gegenstand, Hersteller, Herstellung usw. aufweisen.
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Die Markierung kann ein- oder zweidimensional aufgebracht sein. Eindimensional bedeutet entlang einer Linie, während zweidimensional das Abtasten oder Abscannen einer Fläche bedeutet. Dies gilt sowohl für das Aufbringen der Markierung als auch für Erfassen oder Messen der Markierung.
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Daten der erfassten mechanischen Spannung können zur Identifikation des Gegenstands in einer Datenbank gespeichert werden. Dies erlaubt eine einfache und umfassende Zuordnung mehrerer Gegenstände.
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Der Gegenstand kann eine Welle sein. Bei einer rotierenden Welle stören so keine zusätzlichen Markierungen, die eine Unwucht hervorrufen können. Außerdem lassen sich die Markierungen in Form einer mechanischen Spannung leicht auslesen, so dass dies auch bei hohen Drehzahlen möglich ist.
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Die erfasste mechanische Spannung kann als Drehzahlmarkierung für die Erfassung einer Drehzahl der Welle verwendet werden. Bei rotierenden Wellen kann so durch Zählen der Markierung pro Zeiteinheit die Drehzahl oder Rotationsgeschwindigkeit der Welle ermittelt werden. Ebenso kann die Anzahl der Rotationen gespeichert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung gerichtet auf die Verwendung eines magnetoelastischen Sensors zur Identifikation eines Gegenstandes gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Detektion von mechanischen Spannungen gemäß der Erfindung.
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2 eine weitere schematische Darstellung der Detektion von mechanischen Spannungen gemäß der Erfindung.
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3 eine weitere schematische Darstellung der Detektion von mechanischen Spannungen gemäß der Erfindung.
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Die Zeichnung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränkt diese nicht ein. Die Zeichnung und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
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1 zeigt ein erstes Beispiel der Erfassung oder Detektion einer mechanischen Spannung 1 eines Gegenstands oder Werkstücks 2 bzw. einer Oberfläche 3 des Gegenstands 2. Gezeigt ist ein kleiner Ausschnitt des Gegenstandes 2, der zum Beispiel eine Welle sein kann. Die mechanische Spannung 1 kann eine eingefrorene mechanische Spannung oder Oberflächenspannung sein, die bei der Herstellung oder Bearbeitung des Materials des Gegenstandes 2 und/oder des Gegenstands 2 selbst entstanden ist. Bei einem ferromagnetischen Material sind die eingefrorenen Spannungen oder Eigenspannungen besonders gut zu erkennen. Diese Spannungen treten auf ohne dass außen an dem Gegenstand 2 Kräfte angreifen. Die mechanische Oberflächenspannung 1 hat das Symbol σ und die Einheit von N/m².
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In 2 ist ein zweites Beispiel gezeigt, bei dem eine mechanische Spannung oder Oberflächenspannung 4 definiert aufgebracht worden ist. Dies ist an dem definierteren Verlauf der Spannung 4 zu erkennen. Durch gezieltes Aufbringen der Markierung oder Spannung 4 können zusätzliche Informationen kodiert und auf dem Gegenstand 2 gespeichert werden. Das Aufbringen oder Speichern auf dem Gegenstand 2 kann durch Veränderung der mechanischen Spannungen mit Hilfe von Temperaturbehandlungen, chemischen Oberflächenbehandlungen, z.B. Ätzen, oder physikalischen Einwirkungen, z.B. Stempeln von Oberflächenmustern, Markierungen, Aufdampfen von Strukturen erzielt werden.
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Die Verläufe der Spannungen 1 und 4 bilden eine Markierung, welche den Gegenstand 2 eindeutig definiert und im Fall der speziell erzeugten Spannung 4 die Speicherung von weiteren Informationen erlaubt.
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Es kann der Fall auftreten, dass auf der gesamten Oberfläche 3 mechanische Spannungen oder Oberflächenspannungen vorhanden sind, die sich zudem lokal unterscheiden können. Es kann ein Erfassungsbereich 7 definiert werden, in dem die Spannung erfasst werden soll. So kann eine einfache Reproduzierbarkeit der Erfassung ermöglicht werden. Zusätzlich zu dem Bereich kann auch eine Erfassungsrichtung, entlang der die Spannung erfasst oder detektiert werden soll, definiert sein. In den 1 und 2 entspricht der Erfassungsbereich 7 dem gezeigten Ausschnitt des Gegenstandes 2 oder einem gewissen Bereich links und rechts der Abtastlinie 6, zum Beispiel der Erfassungsbreite des verwendeten Sensors. Der Erfassungsbereich 7 kann lediglich ein bestimmter Teil des Gegenstandes 2 sein. Der Erfassungsbereich 7 kann auf dem Gegenstand 2 markiert sein oder es kann ein bestimmter Bereich zum Beispiel in einem Datenblatt definiert sein.
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Ein Sensor 5, wie zum Beispiel ein magnetoelastischer Sensor oder eine röntgenografische Eigenspannungsmessung, erfasst oder erkennt die mechanische Spannung 1 bzw. 4. Der Sensor 5 tastet oder scannt die Oberfläche 3 entlang einer Abtastlinie 6 (x) eindimensional ab und erfasst dabei jeweils die örtliche Oberflächenspannung 1 bzw. 4. Der Sensor 5 kann sich über den Gegenstand 2 bewegen oder der Gegenstand 2 kann sich entlang des Sensors 5 bewegen, zum Beispiel als rotierende Welle.
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Der Sensor 5 kann zum Beispiel ein elektrisches Signal liefern, dessen Verlauf dem dargestellten Verlauf der Spannung 1 bzw. 4 genau entspricht oder ähnelt. Dieses Signal bzw. die zugrundeliegende Markierung in Form der Spannung 1 bzw. 4 kann nun dem Gegenstand 2 zugeordnet werden. Dies umfasst das Speichern des Signals oder eines bestimmten Teils des Signals oder eines bestimmten Charakteristikums wie einer Transformation oder einem Ergebnis einer Signalbe- und/oder -verarbeitung, aber auch die Erkennung eines Gegenstandes 2 anhand seiner (bekannten) Markierung.
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Dazu kann der Sensor 5 mit einem Rechner und einer Datenbank oder einem Speicher für Markierungen verbunden sein, um so erfasste Markierungen auf Bekanntheit und Informationen zu untersuchen und/oder die erfasste Markierung zu speichern.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel der Erfassung von mechanischen Oberflächenspannungen 8 und 9 an der Oberfläche 3 des Gegenstandes 2. Die in den 1 bis 3 gezeigten Spannungen 1, 4, 8 und 9 können beispielsweise an verschiedenen Orten oder in unterschiedlichen Erfassungsbereichen 7 des Gegenstands 2 vorhanden sein.
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In 3 ist eine zweidimensionale Erfassung von mechanischen Spannungen 8 und 9 gezeigt. Dies umfasst das Abtasten eines Bereiches der Oberfläche 3 zwischen zwei Abtastlinien 6 (x1 und x2), der auch als Erfassungsbereich 7 bezeichnet werden kann. Dabei scannt der Sensor 5 beispielsweise den ganzen Bereich zwischen den beiden Abtastlinien 6 ab oder er tastet entlang beider Abtastlinien 6 ab. Erkannt bzw. erzeugt werden hier zwei separate Spannungen bzw. Markierungen 8 und 9. Es ist auch möglich eine zwei- oder mehrdimensionale Karte der mechanischen Spannungen über den Erfassungsbereich 7 zu lesen bzw. zu erstellen und zu speichern. Auf diese Weise kann die Erkennungsgenauigkeit und/oder der Informationsgehalt gesteigert werden.
