DE102017218692A1

DE102017218692A1 - Verfahren zum Kodieren und Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks, Metallbearbeitungsmaschine und Verwendung einer Metallbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102017218692A1
Application number: DE102017218692.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bauer; Eberhard Wahl; Andreas Popp; Daniel Bossert
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-04-25
Also published as: US11113489B2; EP3698266A1; CN111433777A; US20200311363A1; WO2019076723A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kodieren und Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks (1) mit folgenden Verfahrensschritten:• Kodieren des Werkstücks (1), wobei eine Kodierung in Form einer lokalen Änderung der Materialstruktur des Grundmaterials des Werkstücks (1) innerhalb eines Kodierbereichs (8, 8') erzeugt wird,• Auslesen der Kodierung durch Messung der örtlichen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität des Grundmaterial des Werkstücks (1) mittels eines Wirbelstromsensors (4) in einem Lesebereich, der den Kodierbereich (8) umfasst, entlang einer Auslesestrecke (10), wobei ein auf den Abstand des Wirbelstromsensors (4) zur Oberfläche des Lesebereichs (11) normiertes Signal ermittelt wird;• Speicherung der ausgelesenen Kodierung in einer Speichereinrichtung (5);• erneutes Auslesen der Kodierung mittels Wirbelstrommessung;• Vergleich der gespeicherten Kodierung und der erneut ausgelesenen Kodierung.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kodieren und Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks, eine Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine, sowie eine Verwendung einer Metall-, insbesondere einer Blechbearbeitungsmaschine.
Um Produkte identifizieren und nachverfolgen zu können, ist es bekannt, die Produkte mit einem auslesbaren Code zu versehen.
In DE 43 06 209 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Strichcode-Strukturen in ein elektrisch leitfähiges Material eingekerbt werden. Zum Auslesen wird ein Lesekopf mit einem in einem Schwingkreis angeordneten Elektromagneten verwendet, der im Material einen örtlich begrenzten Wirbelstrom induziert. Aufgrund der Einkerbungen ergeben sich unterschiedliche Abstände des Lesekopfes zum Material und daraus unterschiedliche magnetische Widerstände des Schwingkreises, welche detektiert werden. Nachteilig daran ist, dass zum Zwecke der Kodierung in die Oberfläche des Materials Einkerbungen vorgenommen werden müssen und dadurch die Eigenschaften des Werkstücks eventuell negativ beeinflusst werden. Insbesondere ist der Code optisch und haptisch erkennbar. Da dies oftmals nicht gewünscht ist, müssen zusätzliche Arbeitsschritte (Spachteln, Lackieren) durchgeführt werden, um die Strukturen der Kodierung unsichtbar zu machen.
DE 102 48 142 B3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch abtastbaren Kodierung in einem metallischen Bauelement durch Erzeugung bleibender Gefügeveränderungen mittels einer Strahlenquelle, die durch Veränderung der Gitterstruktur und Einlagerung von Ionen eine Änderung der magnetischen Leitfähigkeit in den bestrahlten Bereichen gegenüber den nicht bestrahlten Bereichen des Bauteils hervorruft. Das Verfahren ist aber beschränkt auf nur wenige Materialien, die sich auf diese Weise magnetisieren lassen. Zudem ist die so erzielte Kodierung nur mit technisch sehr aufwändigen Leseköpfen auslesbar.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kodierung und Identifizierung von plattenartigen Werkstücken vorzuschlagen, die einerseits die Eigenschaften des Werkstücks nicht negativ beeinflussen und andererseits ermöglichen, Informationen, die für die Identifikation des Werkstücks genutzt werden können, auf einfache und zuverlässige Weise zu extrahieren.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Kodieren und Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks mit folgenden Verfahrensschritten:

• Kodieren des Werkstücks, wobei eine Kodierung in Form einer lokalen Änderung der Materialstruktur des Grundmaterials des Werkstücks innerhalb eines Kodierbereichs erzeugt wird;
• Auslesen der Kodierung durch Messung der örtlichen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität des Grundmaterials des Werkstücks mittels eines Wirbelstromsensors in einem Lesebereich, der den Kodierbereich zumindest teilweise umfasst, entlang einer Auslesestrecke, wobei ein auf den Abstand des Wirbelstromsensors zur Oberfläche des Lesebereichs normiertes Signal ermittelt wird;
• Speicherung der ausgelesenen Kodierung in einer Speichereinrichtung;
• erneutes Auslesen der Kodierung mittels Wirbelstrommessung;
• Vergleich der gespeicherten Kodierung und der erneut ausgelesenen Kodierung.

Die Erfindung kombiniert eine Kodierung durch lokale Veränderung der Gefügestruktur des Grundmaterials des Werkstücks mit einer abstandsnormierten Ermittlung von Wirbelstromsignalen.
Die lokale Veränderung der Gefügestruktur kann durch eine lokale thermische und/oder mechanische Beanspruchung (z.B. Bestrahlung mit Laserstrahlung, Warm- oder Kaltumformung, Additive Verfahren wie z.B. Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen) des Werkstücks (bspw. eines Metallwerkstücks, insbesondere eines Blechs) erfolgen. Als Folge der lokalen Veränderung der Gefügestruktur ergeben sich lokale Unterschiede von elektrischen und/oder magnetischen Materialeigenschaften (elektrische Leitfähigkeit und Permeabilität) des Grundmaterials.
Zum Auslesen der Kodierung wird erfindungsgemäß ein Wirbelstromsensor verwendet. Der Wirbelstromsensor weist einen Magnetfelderzeugungsvorrichtung z.B. eine Spule auf, die eingerichtet ist, von einem Strom durchflossen zu werden. Dabei kann durch eine Spule mittels eines elektrischen Wechselstroms ein wechselndes Magnetfeld erzeugt (Erregersignal) werden, welches im Grundmaterial des Werkstücks Wirbelströme induzieren kann. Der Wirbelstromsensor weist weiter einen Magnetfeldsensor auf. Mittels des Magnetfeldsensors wird die Wirbelstromdichte durch das vom Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld detektiert (Wirbelstromsignale). Der Magnetfeldsensor kann auch eine Spule sein, in der ein elektrischer Strom durch das vom Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld induziert wird. Es gibt aber auch andere technische Möglichkeiten zur Detektion eines Magnetfelds, z.B. einen Hall-Sensor.
Aus den detektierten Wirbelstromsignalen lassen sich Informationen extrahieren, die für die Identifikation des Werkstücks interessant sind, wie z.B. Leitfähigkeits- bzw. Permeabilitätsunterschiede (Kodiermuster). Dies erfolgt im Rahmen des Auslesevorgangs. Die detektierten Signale und/oder die daraus extrahierten Informationen werden in der Speichereinrichtung abgelegt und können für eine spätere Identifikation, bei der die Kodierung erneut ausgelesen wird, abgerufen werden. Die bei der erneuten Messung gemessenen Wirbelstromsignale und/oder die daraus extrahierten Informationen werden mit den bereits in der Speichereinrichtung abgespeicherten Wirbelstromsignalen und/oder daraus extrahierten Informationen auf Übereinstimmung verglichen. Bei positiver Übereinstimmung lässt sich eine mit der ausgelesenen Kodierung verknüpfte, in der Speichereinrichtung referenzierte Teilenummer z.B. an einem PC-Bildschirm ausgeben und so ein Werkstück eineindeutig identifizieren.
Wirbelstromsensoren werden in der Regel zur Abstands- und Schichtdickenmessung eingesetzt. Hierzu wird ein Magnetfeld erzeugt und ein elektrisch leitfähiger Körper in diesem Magnetfeld verfahren. In dem leitenden Material wird eine Spannung induziert, die abhängig von der Magnetfeldstärke ist und demnach abhängig vom Abstand des leitenden Materials von der magnetfelderzeugenden Vorrichtung. Die induzierte Spannung im leitenden Material erzeugt in diesem Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen nun ihrerseits wieder ein Magnetfeld, das dem angelegten Magnetfeld entgegenwirkt. Dieses durch die Wirbelströme erzeugte Magnetfeld lässt sich nun wiederum messen und ist durch seine Abhängigkeit ein Maß des Abstands des leitenden Materials zum außen angelegten Magnetfeld.
Im Gegensatz dazu werden gemäß der Erfindung Wirbelstromsignale ermittelt, die von eventuell vorhandene Abstandsvariationen unbeeinflusst sind (abstandsnormiert). Auf diese Weise kann aus den gemessenen Wirbelstromsignalen mit hoher Auflösung auf lokale Veränderungen von Gefügeunterschieden geschlossen werden. Insbesondere durch Einsatz eines breiten Frequenzspektrums z.B. von 10 kHz bis 100 MHz können Gefügeveränderungen in unterschiedlichen Eindringtiefen ermittelt werden. Mit Hilfe von Analytischen Methoden und Maschine-Learning Algorithmen, lässt sich die Güte bzw. Trefferquote bei der Teileidentifikation verbessern.
Die Erfindung ermöglicht eine optisch und haptisch nicht erkennbare Kodierung, auch von strukturierten Werkstücken, mittels Gefügeveränderungen.
Durch die Kodierung und/oder eine andere Werkstückbearbeitung kann vor dem ersten Auslesen eine Änderung der Oberflächenkontur des Grundmaterials des Werkstücks erzeugt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn für die Kodierung Umformwerkzeuge benutzt werden oder eine gemäß einer Bearbeitungsanleitung vorgesehenen Umformung durchgeführt wird. Dabei kann das plattenartige Werkstück mit Strukturen (bspw. Einkerbungen, Knicke, Dellen usw.) versehen werden, was zu einer Änderung der Oberflächenkontur führt. Vor dem Auslesen der Kodierung weist das Werkstück also eine unebene Oberfläche auf. Entscheidend hierbei ist die Oberfläche des Grundmaterials des Werkstücks, dessen Materialstruktur durch die Kodierung verändert wird, nicht einer etwaig aufgebrachten Lackierung oder Beschichtung.
Die erfindungsgemäße Ermittlung eines Wirbelstromsignals, welches auf den Abstand zwischen Lesegerät und Oberfläche des Werkstücks normiert ist, stellt sieher, dass eine Variation der Signalstärke nicht aufgrund eines variierenden Abstands verfälscht wird, sondern von der Signalstärke auf die elektrische und/oder magnetische Eigenschaft der Gefügeveränderung im Grundmaterial geschlossen werden kann. Wirbelstromsensor und Werkstück können also trotz unebener Oberfläche innerhalb einer Ebene parallel zur flächigen Ausdehnung des Werkstücks relativ zueinander verfahren werden, ohne dass die Unebenheiten der Oberfläche das Messergebnis verfälschen. Ein Nachführen des Wirbelstromsensors senkrecht zur flächigen Ausdehnung des Werkstücks ist nicht notwendig.
Eine solche Abstandsnormierung kann dadurch erreicht werden, dass zwischen Kodierung und Auslesen der Kodierung eine Umformung des Grundmaterials im Lesebereich vorgenommen wird, mit der die Änderung der Oberflächenkontur des Grundmaterials innerhalb des Lesebereichs beseitigt wird. Im Lesebereich weist das Grundmaterial dann eine ebene Oberfläche auf, so dass der Wirbelstromsensor exakt auf das Werkstück aufgesetzt werden kann, insbesondere mittels eines Vakuumsaugers. Mittels der Umformung kann auch eine optische und/oder haptische Überdeckung der Kodierung erreicht werden. Das Kodiermuster kann also optisch und haptisch „versteckt“, aber trotzdem noch ausgelesen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann durch die Umformung des Grundmaterials im Lesebereich eine einheitliche Dicke des Grundmaterials erzeugt werden.
Eine weitere Möglichkeit eine erfindungsgemäße Abstandsnormierung der detektierten Wirbelstromsignale zu erreichen besteht darin, dass die Oberflächenkontur des Grundmaterials des Werkstücks entlang der Auslesestrecke erfasst wird. Beim Auslesen der Kodierung kann dann eine Konturkorrektur durchgeführt werden, durch welche Signaländerungen, die sich aus einer Änderung der Oberflächenkontur entlang der Auslesestrecke ergeben, aus dem vom Wirbelstromsensor detektierten Signal herausgerechnet werden. Im Rahmen des Auslesevorgangs wird also ein um die Oberflächenkontur des Grundmaterials im Lesebereich bereinigtes Signal ermittelt. Die Konturkorrektur kann gleichzeitig oder nach der Detektion des Wirbelstromsignals erfolgen. Dabei kann es sich um die exakte Kontur der Werkstückoberfläche handeln. Es ist jedoch auch möglich, mittels der Konturkorrektur eine Grobkontur aus dem detektierten Signal herauszurechnen, bspw. die Welligkeit des Werkstücks, um die Empfindlichkeit der Messung zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke des Grundmaterials des Werkstücks entlang der Auslesestrecke erfasst werden. Beim Auslesen der Kodierung kann dann eine Dickenkorrektur durchgeführt werden, durch welche Signaländerungen, die sich aus einer Änderung der Dicke des Grundmaterials entlang der Auslesestrecke ergeben, aus dem vom Wirbelstromsensor detektierten Signal herausgerechnet werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Auslesestrecke um eine Isolinie, entlang welcher das Grundmaterial des Werkstücks eine einheitliche Dicke aufweist und/oder die Oberfläche des Werkstücks eben ist. Durch das Auslesen entlang einer Isolinie wird sichergestellt, dass von dem detektierten Signal direkt (ohne Abstandskorrektur) auf die Gefügeveränderungen im Grundmaterial und somit auf die geschlossen werden kann.
Das Werkstück kann nach dem ersten Auslesen der Kodierung einer weiteren Bearbeitung, insbesondere Lackieren, Biegen, Stanzen, unterzogen werden. Die Wiedererkennung der Kodierung nach einer Weiterbearbeitung oder nach einer unbeabsichtigten Verformung des kodierten Werkstücks kann sichergestellt werden, wenn durch die Kodierung eine Gefügeveränderung des Grundmaterials erzeugt wird, derart, dass zumindest in einem Teilbereich des Kodierbereichs die Änderung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität, welche aufgrund der Kodierung resultiert, größer ist als die, welche aus der weiteren Bearbeitung resultiert. Dies ermöglicht eine weitere Bearbeitung ohne dass Referenzmessungen nach jedem Bearbeitungsschritt notwendig sind. Zur Teileidentifikation werden dann insbesondere die aus dem oben genannten Teilbereich erhaltenen Signale verwendet. Dieser Teilbereich sollte mindestens 30 % des Kodierbereichs umfassen.
Die Kodierung kann so vorgenommen werden, dass die Wiedererkennungswahrscheinlichkeit der Kodierung so hoch ist, dass die Kodierung auch dann auffindbar ist, wenn der Kodierbereich bei einem späteren Lesevorgang nicht bekannt ist. Ein umgeformtes und kodiertes Metall-, insbesondere Blechstück, kann beispielsweise ein Teil einer Fahrzeugkarosserie oder einer Maschine sein. Wenn nun ein Sensor, z.B. von einem Servicemitarbeiter oder Sicherheitspersonal, die von außen nicht sichtbare und nicht ertastbare Kodierung auslesen soll, kann es sein, dass wohl bekannt ist, dass es eine solche Kodierung geben muss, der Ort, an dem sich dieser Kodierbereich befindet, jedoch unbekannt ist. Wenn der Sensor zum Auslesen entlang der gesamten Oberfläche des Werkstücks geführt wird, so werden sehr viele Muster erkannt. Um diese von der eigentlichen Kodierung zu unterscheiden, kann beispielsweise eine vorher festgelegte, ausreichend hohe Anzahl an kodierten Stellen in das Werkstück eingebracht werden oder eine bestimmte Größe der kodierten Fläche vorgegeben sein, die beim Auslesen eine signifikante Anzahl an Signalen oberhalb eines Grenzwertes hervorruft. Es ist auch möglich, die Werkstücke mit einem Grundkodiermuster (das für alle Werkstücke gleich sein kann) in der Nähe der individuellen Kodierung zu versehen. Sobald das Grundkodiermuster erkannt wurde, weiß man, dass sich das eigentliche Kodiermuster sich in der Nähe befindet. Darüber hinaus kann mit der Kodierung ein Prüfcode, beispielsweise eine Prüfsumme, in das Werkstück eingebracht werden. Somit kann sichergestellt werden, dass Muster, die keine Kodierung sind, nicht zufällig als vermeintliche Kodierung erkannt werden. Wenn das Grundkodiermuster oder der Prüfcode-Errechnung nicht allgemein zugängliche Informationen sind, so erhöht dies auch die Sicherheit gegen unerwünschtes Auffinden oder Auslesen der Kodierung, wenn z.B. eine bewusste Löschung oder Fälschung der Kodierung verhindert werden soll.
Die Erfindung betrifft auch eine Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine mit einem Wirbelstromsensor zur Erfassung von Wirbelstromsignalen, einer Auswerteeinrichtung zum Extrahieren von Informationen aus den erfasste Signalen, insbesondere der örtlichen Verteilung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität eines Werkstücks, einer Speichereinrichtung zum Speichern der Informationen und einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Metallbearbeitungsmaschine kann eine Maschine sein, die ein Metallwerkstück, insbesondere ein Blech, in einer oder mehreren der folgenden Arten bearbeiten kann: Schneiden, Stanzen, Biegen, Kalt- und/oder Warmumformen, Scheren, Pressen, Walzen, Beschichten, Fräsen, Schweißen, Körnen, Bohren, Gewindeschneidern, Nieten etc..
Die Auswerteeinrichtung kann in analoger oder digitaler oder als Kombination beider Techniken aufgebaut sein. Eine digitale Auswerteeinrichtung kann aus logischen Bauelementen, insbesondere aus programmierbaren Logikbauelementen (PLD) aufgebaut sein. Sie kann einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher und einen Programmspeicher umfassen. Das Programm kann Algorithmen zum Extrahieren von Informationen aus den erfassten Signalen, insbesondere der örtlichen Verteilung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität eines Werkstücks aufweisen. Zur Erfassung von Orts-und Bewegungsdaten des Wirbelstromsensors kann der Wirbelstromsensor einen Beschleunigungssensor und/oder einen Gyrosensor und/oder einen Empfänger zur Ortsbestimmung des Wirbelstromsensors umfassen. Ein Beschleunigungssensor ist eine Vorrichtung, die Beschleunigung in eine oder mehrere unterschiedliche Richtungen entlang einer Geraden, einer Fläche oder im Raum erfassen kann. Ein Empfänger zur Ortsbestimmung kann z.B. ein GPS-Empfänger sein. Es kann allgemeiner ein Empfänger von elektromagnetischen, insbesondere Licht- oder Radiowellen, Schallwellen, oder anderen Signalen sein, mit Hilfe derer der Ort gegenüber einem oder mehreren Fixpunkte eindeutig bestimmbar ist. Mit einem solchen Empfänger kann die Position des Wirbelstromsensors auch dann ermittelt werden, wenn der Wirbelstromsensor nicht bewegt wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Metallbearbeitungsmaschine um eine Laserbearbeitungsmaschine oder eine Maschine zur formenden Bearbeitung, wie z.B Biegen, walzen pressen etc..
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Metallbearbeitungsmaschine, eines Wirbelstromsensors zur Erfassung von Wirbelstromsignalen, einer Einrichtung zum Extrahieren von Informationen aus den erfasste Signalen, insbesondere der örtlichen Verteilung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität eines Werkstücks, und einer Speichereinrichtung zum Speichern der Informationen zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Bei der Einrichtung zum Extrahieren von Informationen, der Speichereinrichtung und dem Wirbelstromsensor kann es sich um externe (also nicht zur Metallbearbeitungsmaschine gehörende) Geräte handeln, die bspw. mit anderen Metallbearbeitungsmaschinen gemeinsam genutzt werden.
Alle zuvor und im Folgenden genannten Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale sowie die sich einstellenden Effekte können die Verwendung weiter verbessern.
Die Bearbeitungsmaschine kann Computer-gesteuert arbeiten und die Werkstücke aus einem Grundmaterial nach einer oder mehreren Bearbeitungsanleitungen formen, die in Form von digitalen Daten gespeichert sind. Dazu können Programme verwendet werden, denen die Konturen und die Ausgestaltung des fertig umgeformten Werkstücks übermittelt werden, oder die von diesen selbst erzeugt werden. Man kann einem solchen Programm nun ein Zusatzmodul anbieten, dass dem Anwender anbietet, ein Kodiermuster in das Werkstück einzubringen. Das Programm kann eine Auswahl unterschiedlicher Kodiermuster anbieten. Das Programm kann abfragen, ob das Kodiermuster optisch und/oder haptisch überdeckt sein soll. Wenn diese Option ausgewählt wird, kann das Programm derart ausgestaltet sein, dass es einen Vorschlag macht für den Kodierbereich und dabei die weitere gemäß Bearbeitungsanleitung vorgesehen Umformung mit berücksichtigt und zu Kodierung und/oder Überdeckung zumindest teilweise nutzt. Das Programm kann ein auf einem Speichermedium befindlicher ausführbarer Programmcode sein und/oder in den einzelnen Verfahrensschritten durchgeführt werden. Das Speichermedium kann Teil der oben genannten Speichereinrichtung sein
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine mit einem Umformwerkzeug und einem in Bearbeitung befindlichen Werkstück.
2 zeigt ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kodiertes Werkstück sowie die lokale Änderung der Signalintensität aufgrund der eingebrachten Kodierung.
3 zeigt im Zeichnungsbereich (I) eine räumliche Darstellung eines unkodierten Werkstücks, im Zeichnungsbereich (II) eine räumliche Darstellung sowie eine Schnittdarstellung eines mittels Umformung kodierten Werkstücks und im Zeichnungsbereich (III) eine räumliche Darstellung sowie eine Schnittdarstellung des kodierten Werkstücks aus Zeichnungsbereich (II) nach einer weiteren Umformung gemäß einer ersten Variante (Ebnung der Oberfläche im Lesebereich).
4 zeigt eine räumliche Darstellung eines kodierten Werkstücks mit einer unebenen Oberfläche, bei dem eine Kodierung entlang einer Isolinie ausgelesen wird.
5 zeigt eine Schittdarstellung des Werkstücks aus 4 entlang der Isolinie sowie die lokale Änderung der Signalintensität aufgrund der eingebrachten Kodierung
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine mit einem Laserbearbeitungskopf und einem in Bearbeitung befindlichen Werkstück.
7a zeigt ein kodiertes Werkstück sowie Intensität des gemessenen Wirbelstromsignals vor einer weiteren Umformung.
7b zeigt ein kodiertes Werkstück sowie Intensität des gemessenen Wirbelstromsignals nach einer weiteren Umformung.

Erfindungsgemäß wird als Kodierung eine lokale Änderung der Materialstruktur und somit der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität des Grundmaterials eines Werkstücks 1 erzeugt und mittels Wirbelstrommessung ausgelesen. Gefügeveränderungen können beispielsweise mittels einer geeigneten Umformung, z.B. mittels Warm- oder Kaltumformung in das Werkstück 1 eingebracht werden. Kaltumformung bezeichnet das plastische Umformen von Metallen unterhalb der Rekristallisationstemperatur, z.B. Kaltwalzen, Tiefziehen, Biegen, Dengeln oder auch Hämmern und Kugelstrahlen. Die elektrische Leitfähigkeit und die Anfangspermeabilität verändern, insbesondere verringern, sich aufgrund einer Kaltumformung. Gefügeveränderungen können auch bei Warmumformung, bspw. durch Abschrecken bzw. Abkühlen des Werkstücks, erreicht werden.
Eine hierfür geeignete Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine 2, ist in 1 gezeigt. In dem in 1 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Blechbearbeitungsmaschine 2 mit einem Umformwerkzeug 3 umfassend ein Körner- oder Hammerwerkzeug 3a und eine Unterlage 3b (Gegenlager). Die erfindungsgemäße Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine 2, umfasst einen Wirbelstromsensor 4, mit dem Signale detektiert werden können, aus denen für die Identifikation des Werkstücks interessante Informationen, wie z.B. Leitfähigkeits- bzw. Permeabilitätsunterschiede durch Anwendung von Algorithmen und Maschine-Learning mit Hilfe einer Auswerte- und Vergleichseinrichtung 6 extrahiert werden können. Diese Informationen können dann mit einer Identifikationsnummer verknüpft und in einer Speichereinrichtung 5 abgelegt werden. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine 2, eine Steuereinrichtung 7 zur Ansteuerung des Umformwerkzeugs 3. Je nach Ausgestaltung des Umformwerkzeugs 3 und/oder der Ansteuerung des Umformwerkzeugs 3 mittels der Steuereinrichtung 7 kann in einem Kodierbereich 8 ein vorgegebenes Kodiermuster erzeugt werden. Die Steuereinrichtung 7 kann darüber hinaus dazu eingerichtet sein, die Bewegung des Wirbelstromsensors 4 und die Stärke des vom Wirbelstromsensor 4 in das Werkstück eingebrachten Magnetfelds zu steuern.
Mittels des Umformwerkzeugs 3 wird die Oberfläche des Werkstücks 1 verformt, wodurch eine Änderung der Materialstruktur und damit der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität des Grundmaterials des Werkstücks 1 in Bereichen 19 der mechanischen Oberflächenbehandlung bewirkt wird. Die Änderung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität kann mittels des Wirbelstromsensors 4 gemessen werden, der über das Werkstück 1 hinwegbewegt wird.
Wird der Wirbelstromsensor 4 zum Auslesen der Kodierung über das Werkstück 1 bewegt, kann diese Bewegung über einen weiteren Sensor 13 (Gyrosensor und/oder Beschleunigungs-Sensor) erfasst werden, sodass das Signal in Abhängigkeit vom Ort (hier beispielhaft entlang der Richtung x) angegeben werden kann. Dies ist besonders dann interessant, wenn der Wirbelstromsensor 4 nicht fest in der Bearbeitungsvorrichtung eingebaut ist, sondern Teil eines portablen Lesegeräts ist. Über einen Empfänger 14 zur Ortsbestimmung (z.B. ein GPS-Sensor) kann darüber hinaus beim Auslesen der Kodierung der Standort des Werkstücks 1 ermittelt werden und über das Internet z.B. an einen Produktverkäufer übermittelt werden. Durch die Vergleichseinrichtung 6 (bspw. in Form einer App, die mit einer Datenbank über das Internet verbunden ist) kann die Kodierung auf Echtheit hin überprüft werden. Die Daten der Sensoren 4, 13, 14 werden dazu, vorzugsweise über W-LAN, an die Vergleichseinrichtung 6 übermittelt und dort mit den in der Speichereinrichtung 5 hinterlegten Signatur-Daten verglichen. Auf diese Weise kann das Werkstück 1 identifiziert werden und in der Speichereinrichtung 5 hinterlegte Eigenschaften des Werkstücks 1 können verifiziert werden.
2 zeigt das Werkstück 1, bei dem in Bereichen 19 Gefügeveränderungen mittels Umformung (plastische Eindrücke, hier: Einkerbungen 9) eingebracht wurden. Darüber hinaus ist in 2 die lokale Änderung der Signalintensität aufgrund der eingebrachten Einkerbungen 9 gezeigt. Das detektierte Signal kann in der Speichereinrichtung 5 der Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine 2, abgelegt werden bzw. mit einem in der Speichereinrichtung 5 hinterlegten Signal in der Vergleichseinrichtung 6 verglichen werden (bspw. wenn das kodierte Werkstück 1 zu einer anderen Arbeitsstation gebracht wird und die Kodierung dort erneut ausgelesen wird). In der Speichereinrichtung 5 können darüber hinaus Informationen zu dem entsprechend kodierten Werkstück 1 hinterlegt sein, z.B. betreffend eine Bearbeitungsanleitung, Bearbeitungszeitpunkt usw..
Das vom Wirbelstromsensor 4 detektierte Messsignal ist im Wesentlichen abhängig von den Parametern Leitfähigkeit, Permeabilität und Abstand zwischen Wirbelstromsensor 4 und Oberfläche des Grundmaterials des Werkstücks 1. Durch die Gefügeveränderung mittels Umformung kann ein ursprünglich ebenes Werkstück 1 (3 Zeichnungsbereich (I)) nach der Kodierung eine strukturierte Oberfläche aufweisen, da bspw. Einkerbungen 9 in die Oberfläche eingebracht wurden, wie in 3 im Zeichnungsbereich (II) gezeigt. Um zu vermeiden, dass die Änderung der Oberflächenkontur das durch den Wirbelstromsensor 4 ermittelte Signal verfälscht, ist bei der in 3 im Zeichnungsbereich (III) gezeigten Variante des erfindungsgemäßen Kodierverfahrens vorgesehen, dass eine weitere Umformung des Werkstücks 1 vorgenommen wird, mittels der die Oberfläche des Werkstücks 1 so verändert wird, dass der Abstand zwischen Wirbelstromsensor 4 und Oberfläche des Werkstücks 1 entlang einer Auslesestrecke 10 oder in einem Lesebereich 11 (Strecke bzw. Bereich auf der Oberfläche des Werkstücks 1 entlang welcher bzw. innerhalb welchem der Wirbelstromsensor 4 zum Auslesen der Kodierung verfahren wird) konstant ist. In dem im Zeichnungsbereich (III) der 3 gezeigten Beispiel wurde das Werkstück 1 im Lesebereich 11, der den Kodierbereich 8 umfasst, mittels eines Walzwerkzeugs 12 gewalzt und somit eine ebene Oberfläche im Lesebereich 11 erzeugt. Der Wirbelstromsensor 4 kann somit innerhalb des Lesebereichs 11 in einem konstanten Abstand zur Oberfläche des Werkstücks 1 verfahren werden, ohne dass er eine Bewegung senkrecht zur Oberfläche ausführen muss, um den Abstand zum Werkstück 1 konstant zu halten. Der Wirbelstromsensor 4 kann sich somit zum Auslesen auf einer Isolinie bzgl. der Werkstückoberfläche bewegen. Darüber hinaus kann durch die weitere Umformung auch sichergestellt werden, dass das Werkstück 1 zumindest im Lesebereich 11 eine konstante Dicke aufweist, was insbesondere beim Auslesen von nicht ferromagnetischen Werkstücken von Vorteil ist, da hier auch die Materialdicke Einfluss auf das detektierte Wirbelstromsignal hat. Der Wirbelstromsensor 4 kann somit Signale detektieren, aus denen direkt Informationen über die veränderte Leitfähigkeit und/oder Permeabilität extrahiert werden können. Vorzugsweise handelt es sich bei der weiteren Umformung um eine Umformung die gemäß einer dem Werkstück 1 zugeordneten Bearbeitungsvorschrift ohnehin hätte durchgeführt werden müssen (z.B. Walzen, Biegen). Die Kodierung erfolgt also vorzugsweise vor bzw. während der Bearbeitung des Werkstücks 1 gemäß Bearbeitungsvorschrift.
Bei Werkstücken 1', die im Kodierbereich 8' eine Oberflächenstruktur in Form einer unebene Oberfläche aufweisen, bei denen aber die vorhandene Oberflächenstruktur nicht beseitigt werden kann oder soll (z.B. wenn eine Welligkeit des Werkstücks 1' gewünscht ist), kann eine unerwünschte Beeinflussung des Wirbelstromsignals durch die Oberflächenstruktur des Werkstücks 1' dadurch vermieden werden, dass die Auslesestrecke geeignet gewählt wird. 4 zeigt eine Isolinie 10' (also einer Linie, entlang welcher der Wirbelstromsensor 4 einen konstanten Abstand zur Oberfläche des Grundmaterials des Werkstücks 1 aufweist), entlang der die Auslesestrecke verlaufen kann. Das Werkstück 1' mit der welligen Oberflächenstruktur wurde im Kodierbereich 8' mit einer Kodierung versehen. Zum Auslesen der Kodierung wird im gezeigten Beispiel der Wirbelstromsensor 4 entlang eines „Wellentals“ der Wellenstruktur der Werkstückoberfläche verfahren. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Wellental-Isolinie 10' sowie das vom Wirbelstromsensor 4 detektierte Signal.
In beiden Fällen (Erzeugen eines Lesebereichs 11 mit einer ebenen Oberfläche bzw. Wahl der Auslesestrecke entlang einer Isolinie 10') erhält man ein auf den Abstand des Sensors 4 zur Oberfläche des Grundmaterials des Werkstücks 1, 1' normiertes Wirbelstromsignal.
Darüber hinaus kann bei bekannten Oberflächenstrukturen auch mittels der Auswerte- und Vergleichseinrichtung 6 eine Strukturkorrektur durchgeführt werden.
Statt einer Blechbearbeitungsmaschine 2 mit einem Umformwerkzeug kann eine für eine Kodierung geeignete Gefügeveränderung auch mittels einer Laserbearbeitungsmaschine 2' mit einem Laserbearbeitungskopf 3' erzeugt werden, wie in 6 gezeigt.
Die erfindungsgemäße Kodierung von plattenartigen Werkstücken 1 mittel Gefügeveränderungen in Kombination mit einer Detektion der Gefügeveränderungen mittels des Wirbelstromsensors 4 eignet sich insbesondere für Werkstücke 1, die nach der Kodierung noch weiterverarbeitet und dafür identifiziert werden müssen. Es besteht jedoch die Gefahr, dass das Werkstück 1 durch die Weiterverarbeitung oder auch durch einen Unfall verformt wird, wodurch sich ungewollte Gefügeveränderungen auch im Lesebereich 11 ergeben können. Umformungen im Bereich angrenzend um den Lesebereich können die Gefügeveränderungen im Lesebereich ebenfalls verändern. Mit größerem Abstand zum Lesebereich nimmt der Einfluss ab und kann vernachlässigt werden. 7a zeigt Wirbelstromsignale 16 des Werkstücks 1 ohne Kodierung (dünne Kurve 16 = Untergrund) sowie Wirbelstromsignale 17 der Kodierung (fette Kurve 17 = Kodiermuster). Durch eine ungewollte Umformung (Biegung 18) außerhalb des Lesebereichs 11 verändert sich auch im Lesebereich 11 das Wirbelstrom-Muster des Werkstücks 1. 7b zeigt das aufgrund der außerhalb des Lesebereichs 11 eingebrachten Biegung 18 veränderte Wirbelstromsignal 16' ohne Kodierung. Um trotzdem die Identifizierung eines solchen unvermeidlich oder ungewollt verformten Werkstücks 1 zu gewährleisten, wird die Intensität der Kodierung (Intensität der Kraftbeaufschlagung bei Umformung bzw. Intensität des Lasers) so groß gewählt, dass sich das Kodiermuster 17 vom Untergrund 16' abhebt. Auf diese Weise kann die Kodierung auch nach einer Weiterbearbeitung sicher gefunden und ausgelesen werden. Mit dem beschriebenen Verfahren und Vorrichtung kann ein schwer zu fälschendes Schließsystem realisiert werden mit Schlüsseln als Werkstücke 1 und Schloss als Wirbelstromsensor 4.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Metall-, insbesondere Blechbearbeitungsmaschine
3: Umformwerkzeug
3a: Körner- oder Hammerwerkzeug
3b: Unterlage
4: Wirbelstromsensor
5: Speichereinrichtung
6: Auswerte- und Vergleichseinrichtung
7: Steuereinrichtung
8, 8': Kodierbereich
9: Einkerbungen
10: Auslesestrecke
10': Isolinie
11: Lesebereich auf Werkstückoberfläche
12: Walzwerkzeug
13: Gyrosensor und/oder Beschleunigungs-Sensor
14: Empfänger zur Ortsbestimmung, z.B GPS-Empfänger
16: Wirbelstromsignal ohne Kodierung (Untergrund) vor Weiterbearbeitung
16': Wirbelstromsignal ohne Kodierung (Untergrund) nach Weiterbearbeitung
17: Wirbelstromsignal von Kodierung (Kodiermuster)
18: Umformung (Biegung)
19: Bereiche mit veränderter Materialstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4306209 A1 [0003]
DE 10248142 B3 [0004]

Claims

Verfahren zum Kodieren und Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks (1) mit folgenden Verfahrensschritten: • Kodieren des Werkstücks (1), wobei eine Kodierung in Form einer lokalen Änderung der Materialstruktur des Grundmaterials des Werkstücks (1) innerhalb eines Kodierbereichs (8, 8') erzeugt wird, • Auslesen der Kodierung durch Messung der örtlichen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität des Grundmaterial des Werkstücks (1) mittels eines Wirbelstromsensors (4) in einem Lesebereich, der den Kodierbereich (8, 8') zumindest teilweise umfasst, entlang einer Auslesestrecke (10), wobei ein auf den Abstand des Wirbelstromsensors (4) zur Oberfläche des Lesebereichs (11, 11') normiertes Signal ermittelt wird; • Speicherung der ausgelesenen Kodierung in einer Speichereinrichtung (5); • erneutes Auslesen der Kodierung mittels Wirbelstrommessung; • Vergleich der gespeicherten Kodierung und der erneut ausgelesenen Kodierung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Auslesen eine Änderung der Oberflächenkontur des Grundmaterials des Werkstücks (1) durch die Kodierung und/oder eine andere Werkstückbearbeitung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kodierung und Auslesen der Kodierung eine Umformung des Grundmaterials im Lesebereich (11, 11') vorgenommen wird, mit der die Änderung der Oberflächenkontur des Grundmaterials innerhalb des Lesebereichs (11, 11') beseitigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur des Grundmaterials des Werkstücks (1) entlang der Auslesestrecke (10) erfasst wird und dass beim Auslesen der Kodierung eine Konturkorrektur durchgeführt wird, durch welche Signaländerungen, die sich aus einer Änderung der Oberflächenkontur des Grundmaterials entlang der Auslesestrecke ergeben, aus dem vom Wirbelstromsensor detektierten Signal herausgerechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auslesestrecke um eine Isolinie handelt, entlang der das Grundmaterial des Werkstücks (1) eine einheitliche Dicke aufweist und/oder die Oberfläche des Werkstücks (1) eben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) nach dem ersten Auslesen der Kodierung einer weiteren Bearbeitung, insbesondere Lackieren, Biegen, Stanzen, unterzogen wird, und dass durch die Kodierung eine Gefügeveränderung des Grundmaterials erzeugt wird derart, dass zumindest in einem Teilbereich des Kodierbereichs (8, 8') die Änderung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität, welche aufgrund der Kodierung resultiert, größer ist als die, welche aus der weiteren Bearbeitung resultiert.
Blechbearbeitungsmaschine (2) mit einem Wirbelstromsensor (4) zur Erfassung von Wirbelstromsignalen, einer Auswerteinrichtung (6) zum Extrahieren von Informationen aus den erfassten Signalen, insbesondere der örtlichen Verteilung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität eines Werkstücks (1), einer Speichereinrichtung (5) zum Speichern der Informationen und einer Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Blechbearbeitungsmaschine (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromsensor (4) einen Beschleunigungssensor und/oder einen Gyrosensor (13) und/oder einen Empfänger (14) zur Ortsbestimmung des Wirbelstromsensors (4) umfasst.
Blechbearbeitungsmaschine (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Laserbearbeitungsmaschine oder eine Maschine zur formenden Bearbeitung handelt.
Verwendung einer Blechbearbeitungsmaschine (2), eines Wirbelstromsensors (4) zur Erfassung von Wirbelstromsignalen, einer Einrichtung (6) zum Extrahieren von Informationen aus den erfassten Signalen, insbesondere der örtlichen Verteilung der Leitfähigkeit und/oder der Permeabilität eines Werkstücks (1), und einer Speichereinrichtung (5) zum Speichern der Informationen, zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.