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Die Erfindung betrifft eine Beschriftungseinrichtung für Werkstücke mit gekrümmter Außenoberfläche. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschriftung eines Werkstücks.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beschriftungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Beschriftung eines Werkstücks bereitzustellen, mit denen eine Beschriftung eines Werkstücks mit gekrümmter Außenoberfläche schnell und präzise vorgenommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird für eine Beschriftungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei bildet das Maschinengestell, das auch als Maschinenbett bezeichnet wird, ein Grundgerüst für die Beschriftungseinrichtung, an dem sowohl der Werkstückträger als auch die Beschriftungseinheiten angebracht sind. Ferner können am Maschinengestell auch eine, insbesondere als Ladestern ausgebildete, Zufuhreinrichtung für die Werkstücke sowie eine, insbesondere als Förderband oder Ladestern ausgebildete, Abfuhreinrichtung für Werkstücke angeordnet sein, mit denen ein Werkstücktransport zum Werkstückträger bzw. vom Werkstückträger durchgeführt wird. Der Werkstückträger ist vorzugsweise als zumindest im Wesentlichen zylindrische Trommel ausgebildet, an dessen kreiszylindrischer Außenoberfläche die wenigstens zwei Werkstückaufnahmen angeordnet sind. Alternativ kann der Werkstückträger auch sternförmig ausgebildet sein, wobei an jedem in radialer Richtung nach außen abragenden Ausleger des sternförmigen Werkstückträgers wenigstens eine Werkstückaufnahme angeordnet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Werkstückaufnahmen auf einer gemeinsamen Kreisbahn angeordnet sind, die ihrerseits konzentrisch zur Drehachse des Werkstückträgers ausgerichtet ist, sodass die wenigstens zwei Werkstückaufnahmen den gleichen Abstand gegenüber den Beschriftungseinheiten einnehmen. Der Drehantrieb ist für die Bereitstellung einer Drehschrittbewegung zwischen Werkstückträger und Maschinengestell ausgebildet. Die Drehschnittbewegung umfasst dabei insbesondere eine Abfolge einer Stillstandsphase, einer Aufnahme einer Drehbewegung ausgehend von der Stillstandsphase sowie einer Abbremsung der Drehbewegung in die nachfolgende Stillstandsphase. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zeitlich aufeinanderfolgende Stillstandsphasen jeweils im gleichen zeitlichen Abstand zueinander erfolgen, wodurch eine Taktzeit für eine Beschriftung der Werkstücke vorgegeben wird. Bevorzugt wird die Beschriftung während einer Zeitspanne durchgeführt, die von der zeitlichen Differenz zwischen dem Beginn der Stillstandsphase und dem Ende der Stillstandsphase bestimmt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Werkstückträger mehrere, insbesondere in gleicher Winkelteilung relativ zur Drehachse angeordnete Stillstandspositionen einnehmen kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass an einer der Stillstandspositionen eine Zufuhr des Werkstücks erfolgt, an zwei - nicht zwingend unmittelbar nachfolgenden - Stillstandspositionen die erste und die zweite Bearbeitung des Werkstücks stattfindet, wodurch diese Stillstandspositionen als die erste Bearbeitungsposition und die zweite Bearbeitungsposition bestimmt werden, und an einer weiteren Stillstandsposition für den Werkstückträger eine Entladung und Abfuhr des Werkstücks erfolgt. Sowohl an der ersten Bearbeitungsposition als auch an der - nicht zwingend unmittelbar auf die erste Bearbeitungsposition folgenden - zweiten Bearbeitungsposition ist jeweils eine Beschriftungseinheit angeordnet, die für eine kontaktlose Beschriftung eines Beschriftungsabschnitts auf der Außenoberfläche des Werkstücks ausgebildet ist. Jede der Beschriftungseinheiten ist zur Beschriftung eines vorgebbaren Beschriftungsabschnitts auf der Außenoberfläche des Werkstücks ausgebildet. Hierbei ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Beschriftungsabschnitte, die von den wenigstens zwei Beschriftungseinheiten kontaktlos beschriftet werden können, in einer vorgegebenen Weise aneinandergrenzen oder bereichsweise überlappend angeordnet sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die beiden Beschriftungsabschnitte von den Beschriftungseinheiten jeweils mit Beschriftungspunkten in einem vorgegebenen, insbesondere durch ein optisches System der Beschriftungseinheit in seiner Auflösung begrenztes, Raster beschriftet werden. Ferner ist vorgesehen, dass Beschriftungspunkte der benachbart angeordneten Beschriftungsabschnitte mit dem gleichen Rastermaß zueinander angeordnet sind wie die Beschriftungspunkte der jeweiligen Beschriftungsabschnitte. Alternativ ist vorgesehen, dass die Beschriftungsabschnitte derart überlappend angeordnet sind, dass wenigstens eine Reihe von Beschriftungspunkten übereinstimmend sowohl vom ersten Beschriftungsabschnitt als auch vom zweiten Beschriftungsabschnitt erfasst werden können. Eine derartige Anordnung der beiden Beschriftungsabschnitte ist vorteilhaft, um eine optisch ansprechende Beschriftung des Werkstücks zu gewährleisten. Dementsprechend sind der Drehantrieb und die zugeordnete Steuereinrichtung für eine Positionierung des Werkstücks in den jeweiligen Bearbeitungspositionen mit einer Positioniergenauigkeit ausgebildet, die zumindest der Positioniergenauigkeit für Einzelpunkte der Beschriftung in den Beschriftungsabschnitten entspricht. Vorzugsweise sind der Werkstückträger, der Drehantrieb sowie die Steuereinrichtung derart aufeinander abgestimmt, dass diese Bedingung sowohl für die kleinsten als auch für die größten Werkstücke, die mit der jeweiligen Beschriftungseinrichtung bearbeitet werden können, zutrifft. Dabei ist davon auszugehen, dass bei einer Bearbeitung von Werkstücken mit stark gekrümmter Außenoberfläche, die insbesondere kreiszylindrisch mit einem kleinen Außendurchmesser ausgebildet sind, einen sehr viel geringeren Abstand zwischen der Beschriftungseinheit und dem Werkstück erfordern, wodurch aufgrund der Eigenschaften der Beschriftungseinheit von einer deutlich höheren Punktedichte pro Flächeneinheit auszugehen ist als bei Werkstücken mit weniger stark gekrümmter Außenoberfläche, beispielsweise kreiszylindrischen Behältern mit größerem Außendurchmesser. Besonders bevorzugt ist die Positioniergenauigkeit für den Werkstückträger höher als die Positioniergenauigkeit, die für die Erzeugung von Einzelpunkten der Beschriftung vorliegt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Beschriftungseinheit zur Bereitstellung eines Schreibstrahls in einer variabel zur Mittelachse der Beschriftungseinheit einstellbaren Schreibrichtung ausgebildet ist und wenn eine Ausdehnung des Beschriftungsabschnitts auf dem Werkstück von einem Maximalwinkel des Schreibstrahls gegenüber der Mittelachse sowie von einem Abstand der Beschriftungseinheit vom Werkstück bestimmt wird. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Beschriftungseinheit den Schreibstrahl, insbesondere einen Laserstrahl, bezogen auf eine an der Beschriftungseinheit ausgebildete Austrittsoberfläche in unterschiedlichen Winkeln ausgeben kann und dass die Mittelachse der Beschriftungseinheit als Winkelhalbierende zwischen zwei maximal gegensinnig ausgerichteten Winkelstellungen für den Schreibstrahl gebildet ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Schreibstrahl bezogen auf eine Austrittsoberfläche der Beschriftungseinheit in einem Winkel von maximal 10 Grad austreten kann und dass die Mittelachse als Flächennormale auf der Austrittsfläche der Beschriftungseinheit ausgebildet ist. Da mit der Beschriftungseinrichtung ein Teil einer gekrümmten Außenoberfläche eines Werkstücks beschrieben werden soll, wobei das Werkstück üblicherweise eine bezogen auf den Schreibstrahl konvexe Krümmung aufweist, ergeben sich für benachbart zueinander angeordnete Beschriftungspunkte stets unterschiedliche Auftreffeigenschaften für den Schreibstrahl. Daher ist es erforderlich, dass eine Abweichung des Schreibstrahls von der Mittelachse, die vorzugsweise derart gegenüber dem Werkstück ausgerichtet ist, dass sie das Werkstück senkrecht schneidet, in Abhängigkeit von der Krümmung der Außenoberfläche sowie vom Abstand zwischen Beschriftungseinheit und Werkstück begrenzt wird, um dadurch sicherzustellen, dass der Schreibstrahl auch abseits der Mittelachse in einer Weise auf die Außenoberfläche des Werkstücks auftrifft, dass eine zuverlässige und kontrastreiche Beschriftung gewährleistet ist. Dementsprechend ist der Beschriftungsabschnitt einerseits vom Maximalwinkel des Strahls gegenüber der Mittelachse und andererseits vom Abstand der Beschriftungseinheit gegenüber dem Werkstück sowie von der Krümmung der Außenoberfläche des Werkstücks begrenzt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschriftungseinheit zur Bereitstellung eines Laserstrahls ausgebildet ist und eine ortsfest angeordnete Laserquelle sowie eine der Laserquelle zugeordnete, beweglich aufgehängte Ablenkeinrichtung für den Laserstrahl umfasst. Dabei kann die Laserquelle unmittelbar in der Beschriftungseinheit angeordnet sein oder abseits der Beschriftungseinheit ausgebildet sein, wobei in diesem Fall eine Zuführung des Laserstrahls über ein starres oder bewegliches Spiegelsystem oder eine oder mehrere Lichtleitfasern erfolgt. Innerhalb der Beschriftungseinheit ist eine Ablenkeinrichtung für den Laserstrahl ausgebildet, beispielsweise in Form eines Spiegelsystems, dem wenigstens ein Galvanometerantrieb zugeordnet ist, um eine definierte Auslenkung des Spiegels um wenigstens eine Schwenkachse und damit die gewünschte Ablenkung des Laserstrahls zu gewährleisten. Dabei wird eine Positioniergenauigkeit des Schreibstrahls durch eine elektromechanische Wiederholgenauigkeit für die Positionierung der Ablenkeinrichtung bestimmt.
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Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Beschriftungseinheit ein einstellbares optisches System zur Bereitstellung des Laserstrahls in zumindest zwei längs der Schreibrichtung voneinander beabstandeten Fokusebenen umfasst. Mit Hilfe des einstellbaren optischen Systems kann eine qualitativ hochwertige Beschriftung des Werkstücks auch bei einer starken Krümmung der Außenoberfläche des Werkstücks zumindest innerhalb eines gewissen Rahmens gewährleistet werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass aus Gründen der Präzision weder eine Abstandsverstellung für die Beschriftungseinheiten noch für den Werkstückträger im laufenden Betrieb der Beschriftungseinrichtung vorgesehen ist. Vielmehr kann allenfalls für Justagezwecke eine derartige Abstandseinstellung, insbesondere für die Beschriftungseinheit, vorgesehen sein. Um auch Randbereiche der gekrümmten Außenoberfläche des Werkstücks, die einen größeren Abstand und eine andere Winkelausrichtung als zentrale Bereiche der gekrümmten Außenoberfläche des Werkstücks gegenüber der Beschriftungseinrichtung haben, qualitativ hochwertig beschriften zu können, ist die Nutzung von wenigstens zwei unterschiedlichen Fokussierungen für den Laserstrahl vorteilhaft. Dementsprechend ermöglicht das optische System der Beschriftungseinheit eine wahlweise Einstellung wenigstens zweier unterschiedlicher Fokussierungen für den Laserstrahl, so dass der Laserstrahl auf der Oberfläche des Werkstücks stets mit einer vorgebbaren maximalen Lichtfleckausdehnung und mit einer vorgebbaren Mindestenergiedichte auftrifft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschriftungseinheit für eine Beschriftung eines benachbart zur Mittelachse der Beschriftungseinheit erstreckten zentralen Bereichs des Beschriftungsabschnitts mit einer ersten Fokussierung des Laserstrahls sowie für eine Beschriftung wenigstens eines beabstandet zur Mittelachse der Beschriftungseinheit erstreckten peripheren Bereichs des Beschriftungsabschnitts mit einer zweiten Fokussierung des Laserstrahls ausgebildet ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Werkstück derart gegenüber der Beschriftungseinheit angeordnet wird, dass die Mittelachse der Beschriftungseinheit senkrecht auf den zu bearbeitenden Beschriftungsabschnitt des Werkstücks auftrifft und dass der Laserstrahl für kleine Winkel relativ zur Mittelachse mit der ersten Fokussierung des optischen Systems ausgegeben wird. Hierdurch kann ein, insbesondere rechteckiger oder quadratischer, Bereich des Beschriftungsabschnitts mit der ersten Fokussierung in der gewünschten Beschriftungsqualität beschriftet werden. Für einen peripheren Bereich des Beschriftungsabschnitts, der beabstandet zur Schnittpunkt der Mittelachse der Beschriftungseinheit mit dem Werkstück angeordnet ist, und der bereits aus diesem Grund sowie aufgrund der Krümmung der Außenoberfläche des Werkstücks einen größeren mittleren Abstand gegenüber der Beschriftungseinheit aufweist, wird zur Gewährleistung der gewünschten Beschriftungsqualität mit einer zweiten Fokussierung des Laserstrahls gearbeitet. Somit ist auch in diesem Bereich die gewünschte Energiedichte des Laserstrahls auf der Außenoberfläche des Werkstücks gewährleistet, um Beschriftung mit der gewünschten Qualität vornehmen zu können.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Werkstückaufnahme für eine zeitweilige Festlegung von rotationssymmetrischen Werkstücken ausgebildet ist, wobei die Werkstückaufnahmen derart am Werkstückträger angeordnet sind, dass Rotationssymmetrieachsen der Werkstücke parallel zur Drehachse ausgerichtet sind. Die Beschriftungseinrichtung dient insbesondere zur Beschriftung von Behältern für Flüssigkeiten und/oder Gase, die aus Kunststoff oder Glas oder Metall oder Werkstoffkombinationen hiervon hergestellt sind und die beispielsweise mit einer Produktbezeichnung und/oder Chargennummer und/oder Inhaltskennzeichnung versehen werden sollen. Diese Werkstücke sind zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch, insbesondere kreiszylindrisch hülsenförmig, ausgebildet und werden für die Durchführung des Beschriftungsvorgangs am Werkstückträger in der jeweiligen Werkstückaufnahme zeitweilig festgelegt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Werkstücke in den Werkstückaufnahmen ortsfest aufgenommen sind und gegenüber dem Werkstückträger keinen Freiheitsgrad der Bewegung aufweisen. Die einzige Bewegung der Werkstücke während der zeitweiligen Festlegung an den Werkstückaufnahmen ist die Drehbewegung des Werkstückträgers um die Drehachse. Dementsprechend ist auch sichergestellt, dass lagerichtig mit einer vorgegebenen Drehlage an den Werkstückträger zugeführte Werkstücke auch während des Beschriftungsvorgangs in der jeweiligen Lage gehalten werden und gegebenenfalls auch in dieser Lage an eine entsprechende Abfuhreinrichtung weitergeleitet werden können. Die Festlegung der Werkstücke an den jeweiligen Werkstückaufnahmen kann beispielsweise mit Vakuum und/oder Magnetkräften und/oder durch bereichsweise Einspannung mit einer der Werkstückaufnahme zugeordneten Spanneinrichtung erfolgen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkstückaufnahmen mit einer konstanten Winkelteilung am Werkstückträger angeordnet sind und dass die Beschriftungseinheiten zumindest um eine einfache Winkelteilung, vorzugsweise um eine doppelte Winkelteilung, versetzt am Maschinengestell angeordnet sind. Durch die versetzte Anordnung der Beschriftungseinheiten am Maschinengestell wird eine vorteilhafte Zugänglichkeit der Beschriftungseinheiten, insbesondere für Wartungs- und Einstellarbeiten, sichergestellt. Ferner wird dadurch die Zuführung von Laserstrahlen an die wenigstens zwei Beschriftungseinrichtungen ausgehend von einer einzigen Laserquelle erleichtert, da die Laserstrahlen in der Regel über starre Spiegelsysteme oder flexible Lichtwellenleiter übertragen werden, die ihrerseits einen gewissen Raumbedarf aufweisen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Beschriftungseinheiten für eine Beschriftung von Beschriftungsabschnitten ausgebildet sind, die in einer Umfangsrichtung des Werkstücks aneinandergrenzend angeordnet sind. Hierdurch lassen sich auch bei stark gekrümmten Außenoberflächen der Werkstücke längere Schriftzüge und/oder graphische Darstellungen verwirklichen, sodass die mit der Beschriftungseinrichtung anzubringenden Beschriftungen in gut lesbarer bzw. erkennbarer Weise auf die Werkstücke aufgebracht werden können. Somit verlängert sich durch jeden zusätzlichen Beschriftungsabschnitt, der mittels einer entsprechend ausgerichteten Beschriftungseinheit auf das Werkstück aufgebracht werden kann, die mögliche, in einer einzigen Zeile unterbringbare Wortlänge bzw. Ausdehnung einer graphischen Darstellung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehantrieb als getriebeloser elektrischer Direktantrieb, insbesondere als Torquemotor, ausgebildet ist und für eine Beschleunigung, Abbremsung und zeitweilige Festlegung des Werkstückträgers gegenüber dem Maschinengestell ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung des Drehantriebs als getriebeloser Direktantrieb werden Ungenauigkeiten, die beispielsweise durch das bei einem Rädergetriebe stets auftretende Zahnflankenspiel bedingt sind, vermieden. Durch die Ausgestaltung des Drehantriebs als elektrischer Direktantrieb kann mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Steuereinrichtung eine unmittelbare Ansteuerung des Drehantriebs vorgenommen werden und gegebenenfalls anhand von Sensoren, die dem Drehantrieb zugeordnet sind, auf eine Drehposition bezüglich der Drehachse geschlossen werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Drehantrieb nicht nur für die Beschleunigung und Abbremsung des Werkstückträgers genutzt werden kann, sondern in einer Bremsfunktion auch die, zumindest weitgehend spielfreie, Festlegung des Werkstückträgers gegenüber dem Maschinengestell gewährleistet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Drehantrieb eine ringförmig ausgebildete Permanentmagnetanordnung mit einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten Permanentmagneten sowie eine ringförmig ausgebildete Spulenanordnung mit einer Vielzahl von elektrisch betreibbaren Magnetspulen umfasst, wobei der Werkstückträger wahlweise mit der Permanentmagnetanordnung oder der Spulenanordnung versehen ist und wobei das Maschinengestell wahlweise mit der Spulenanordnung oder der Permanentmagnetanordnung versehen ist. Dabei wird ein zur Beschleunigung und Abbremsung des Werkstückträgers erforderliches Drehmoment durch magnetische Wechselwirkung zwischen der Permanentmagnetanordnung und der elektrischen Spulenanordnung hervorgerufen, wobei die Spulenanordnung durch die Steuereinrichtung mit geeigneten elektrischen Feldern und daraus resultierenden Strömen versorgt wird. Ferner kann die Aufbringung einer Haltekraft zwischen der Permanentmagnetanordnung und der Spulenanordnung durch eine geeignete Beaufschlagung der Spulenanordnung mit einem konstanten elektrischen Strom gewährleistet werden. Alternativ können die Permanentmagnete auch durch Magnetspulen ergänzt oder ersetzt werden und eine zweite Spulenanordnung bilden, die beispielsweise auch durch die Steuereinrichtung mit geeigneten elektrischen Feldern und daraus resultierenden Strömen versorgt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Beschriftung eines Werkstücks mit gekrümmter Außenoberfläche mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Hierbei sind die folgenden Schritte vorgesehen: Bereitstellen des Werkstücks an eine Werkstückaufnahme, die an einem drehbeweglich um eine Drehachse an einem Maschinengestell aufgenommenen Werkstückträger ausgebildet ist, Festlegen des Werkstücks in der Werkstückaufnahme, Bewegen des Werkstücks an eine erste Arbeitungsposition, kontaktloses Beschriften eines ersten Beschriftungsabschnitts der Außenoberfläche des Werkstücks mit einer ersten Beschriftungseinheit, Bewegen des Werkstücks an eine zweite Bearbeitungsposition, kontaktloses Beschriften eines zweiten Beschriftungsabschnitts der Außenoberfläche des Werkstücks mit einer zweiten Beschriftungseinheit, wobei der erste Beschriftungsabschnitt und der zweite Beschriftungsabschnitt unmittelbar aneinandergrenzend oder überlappend zueinander angeordnet sind und wobei eine Positionierung des Werkstücks in den Bearbeitungspositionen mit einer Positioniergenauigkeit erfolgt, die einer Positioniergenauigkeit für Einzelpunkte der Beschriftung in den Beschriftungsabschnitten entspricht. Besonders bevorzugt ist die Positioniergenauigkeit für den Werkstückträger, der die Positionierung der Werkstückaufnahmen und des daran festgelegten Werkstücks gewährleistet, höher als die Positioniergenauigkeit, die für die Erzeugung von Einzelpunkten der Beschriftung vorliegt.
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Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Beschriftungseinheit zur Bereitstellung eines Laserstrahls auf die Außenoberfläche des Werkstücks ausgebildet ist, wobei ein zentraler Bereich des Beschriftungsabschnitts mit einer ersten Winkelauslenkung für den Laserstrahl gegenüber einer Mittelachse der Beschriftungseinheit aus einem ersten Winkelintervall und mit einer ersten Fokussierung des Laserstrahls beschriftet wird und wobei ein seitlich an den zentralen Bereich des Beschriftungsabschnitts angrenzender Seitenbereich mit einer zweiten Winkelauslenkung für den Laserstrahl gegenüber der Mittelachse der Beschriftungseinheit aus einem zweiten Winkelintervall und mit einer zweiten Fokussierung des Laserstrahls beschriftet wird, wobei die beiden Winkelintervalle aneinandergrenzen und das zweite Winkelintervall größere Winkelbeträge als das erste Winkelintervall beinhaltet. Hierbei wird exemplarisch davon ausgegangen, dass die Beschriftungseinheit derart gegenüber dem Werkstück ausgerichtet ist, dass die Mittelachse der Beschriftungseinheit quer zu einer Rotationssymmetrieachse des Werkstücks ausgerichtet ist und diese Rotationssymmetrieachse schneidet. In diesem Fall weist der zentrale Bereich des Beschriftungsabschnitts, der um den Schnittpunkt der Mittelachse der Beschriftungseinheit mit der Außenoberfläche des Werkstücks herum angesiedelt ist, einen geringeren Abstand gegenüber der Beschriftungseinheit auf als der wenigstens eine Seitenbereich, der an den zentralen Bereich angrenzt. Beispielhaft umfasst ein erstes Winkelintervall für Winkel, die der Laserstrahl gegenüber der Mittelachse der Beschriftungseinheit einnehmen kann, Winkel in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen zwischen -3 Grad und +3 Grad, während das zweite Winkelintervall, das an das erste Winkelintervall angrenzt, Winkel in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen relativ zur Mittelachse umfasst, die rein exemplarisch in der einen Raumrichtung zwischen +3 Grad und -3 Grad betragen, während in der anderen Raumrichtung die Winkel zwischen +3 Grad und +6 Grad liegen. Hierdurch kann der Seitenbereich des Beschriftungsabschnitts mit der gleichen, durch das Winkelintervall von +3 Grad bis -3 Grad bestimmten Zeilenhöhe beschriftet werden wie der erste Beschriftungsabschnitt und ist aufgrund des Winkelintervalls von +3 Grad bis +6 Grad in der Zeilenrichtung unmittelbar angrenzend an den zentralen Beschriftungsabschnitt angeordnet. Dabei bilden der zentrale Bereich des Beschriftungsabschnitts und der wenigstens eine Seitenbereich zusammen entweder den ersten oder den zweiten Beschriftungsabschnitt.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Beschriftung dieses Seitenbereichs des Beschriftungsabschnitts mit einer zweiten Fokussierung für den Laserstrahl vorgenommen wird, da ein Abstand zwischen einer Austrittsoberfläche für den Laserstrahl an der Beschriftungseinheit und der Außenoberfläche des Werkstücks größer als beim zentralen Bereich des Beschriftungsabschnitts ist und dementsprechend durch die zweite Fokussierung eine vorteilhafte Einwirkung des Laserstrahls auf die Außenoberfläche des Werkstücks gewährleistet ist.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Ablenkung des Laserstrahls mit einer vorgegebenen Wiederholgenauigkeit, insbesondere einer vorgegebenen Wiederholgenauigkeit für eine Winkelauflösung eines Ablenkspiegels, erfolgt und in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der Beschriftungseinheit und dem Beschriftungsabschnitt in einer dementsprechenden Beschriftungsauflösung sowie einer Wiederholgenauigkeit für die Beschriftungspunkte im Beschriftungsabschnitt resultiert und dass eine Positionierung des an der Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstücks durch einen zwischen dem Maschinengestell und dem Werkstückträger ausgebildeten Drehantrieb mit einer Positioniergenauigkeit erfolgt, die gleich oder kleiner als die Beschriftungsauflösung ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Beschriftungseinrichtung,
- 2 ein aus zwei Beschriftungsabschnitten zusammengesetztes Schriftfeld,
- 3 eine Seitenansicht einer Beschriftungseinheit sowie eines Werkstücks, und
- 4 eine Vorderansicht der Beschriftungseinheit und des Werkstücks.
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Eine in der 1 nur stark schematisiert dargestellte Beschriftungseinrichtung 1 ist rein exemplarisch zur Beschriftung von kreiszylindrisch ausgebildeten, hülsenförmigen Werkstücken 2 vorgesehen und umfasst hierzu ein nicht näher dargestelltes Maschinengestell, das auch als Maschinenbett bezeichnet wird und das beispielsweise als Gitterrohrrahmen oder als Gussteil ausgebildet sein kann. An dem Maschinengestell sind an nur schematisch dargestellten Befestigungspunkten 3, 4, 5 und 6 ein Drehantrieb 7 sowie zwei Beschriftungseinheiten 8, 9 angebracht, die nachstehend näher beschrieben werden. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Drehantrieb 7 sowie die Beschriftungseinheiten 8 und 9 in einer festen räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet sind. Beispielhaft sind den Beschriftungseinheiten 8 und 9 nicht näher dargestellte Einstellmittel für eine Justierung ihrer jeweiligen räumlichen Ausrichtung am Maschinengestell zugeordnet. Alternativ kann für eine nicht dargestellte Ausführungsform vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Beschriftungseinheiten beweglich, vorzugsweise motorisch verstellbar, insbesondere schwenkbeweglich, am Maschinengestell angebracht ist, um eine vorteilhafte Einstellung einer Ausrichtung gegenüber dem Werkstück zu ermöglichen.
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Ferner ist rein exemplarisch vorgesehen, dass der Drehantrieb einen beispielhaft mit quadratischem Querschnitt ausgebildeten Befestigungsflansch 10 aufweist, der mit den beiden Befestigungspunkten 3 und 4 verbunden ist und der einen kreiszylindrisch ausgebildeten Stator 11 trägt, der auf diese Weise ortsfest, insbesondere drehfest, mit dem nicht näher dargestellten Maschinengestell verbunden ist. Ferner umfasst der Drehantrieb einen zumindest im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildeten Läufer 12, der den Stator 11 in koaxialer Anordnung radial außenliegend umgibt. An einer Außenoberfläche 15 des Läufers 12 ist eine Vielzahl von Werkstückaufnahmen 16 in konstanter Winkelteilung zu einer symbolisch in der 1 dargestellten Drehachse 17 angeordnet, wobei die Drehachse 17 normal zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtet ist.
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Der Stator 11 ist gemäß der Ausschnittvergrößerung der 1 an einer zylindermantelförmig ausgebildeten Außenoberfläche 18 mit einer Vielzahl von elektrischen Spulen 13 ausgerüstet, die über eine Versorgungsleitung 19 elektrisch mit einer Steuereinrichtung 20 verbunden sind. Dabei ist die Steuereinrichtung 20 dazu ausgebildet, einzelne Spulen 13 oder Gruppen von Spulen 13 des Stators 11 gezielt mit elektrischen Strömen, insbesondere mit variablen elektrischen Strömen zur Erzeugung von Elektromagnetischen Wanderfeldern an der Außenoberfläche 18 des Stators 11, zu beaufschlagen.
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Eine Innenoberfläche 21 des Läufers 12 ist gemäß der Ausschnittvergrößerung der 1 mit einer Permanentmagnetanordnung versehen, die aus einer Vielzahl von, vorzugsweise regelmäßig angeordneten, Permanentmagneten 14 gebildet ist und die für eine magnetische Wechselwirkung mit den Magnetfeldern der Spulen 13 vorgesehen ist. Durch eine geeignete Ansteuerung der Spulen 13 kann die Steuereinrichtung 20 wahlweise eine Einleitung eines Drehmoments zwischen Stator 11 und Läufer 12 oder die Ausübung von Haltekräften zwischen Stator 11 und Läufer 12 bewirken, sodass der Läufer 12 wahlweise in eine Rotationsbewegung gegenüber dem Stator 11 versetzt werden kann oder in eine Blockierstellung gegenüber dem Stator 11 gebracht werden kann.
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Rein exemplarisch ist am Stator 11 eine Sensoreinrichtung 22 angeordnet, die über eine Sensorleitung 23 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist und die zur Bereitstellung eines positionsabhängigen Sensorsignals ausgebildet ist, um eine relative rotatorische Lage des Läufers 12 gegenüber dem Stator 11 ermitteln zu können. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Sensorsignal der Sensoreinrichtung 22 in der Steuereinrichtung 20 zusammen mit Bewegungsprofilen für die Relativbewegung des Läufers 12 gegenüber dem Stator 11 zu entsprechenden Ansteuersignalen für die Spulen 13 des Stators 11 umgesetzt wird.
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Benachbart zu dem mit dem Werkstückaufnahmen 16 versehenen und damit als Werkstückträger dienenden Läufer 12 können beispielsweise eine nicht näher dargestellte Zufuhreinheit und eine nicht näher dargestellte Abfuhreinheit angeordnet werden: Diese ermöglichen eine durch den Pfeil 24 symbolisierte Zufuhr von Werkstücken 2 und eine durch den Pfeil 25 symbolisierte Abfuhr von Werkstücken 2 zu den Werkstückaufnahmen 16 beziehungsweise von den Werkstückaufnahmen 16. Dementsprechend werden die Werkstücke 2 ausgehend von einer Beladeposition 26 durch eine Rotation des Läufers 12 um die Drehachse 17 im Zuge einer Drehschrittbewegung schrittweise zu einer ersten Bearbeitungsposition 27, zu einer zweiten Bearbeitungsposition 28 sowie nach weiteren Drehschritten zu einer Endladeposition 29 transportiert. Dabei ist vorgesehen, dass sowohl an der ersten Bearbeitungsposition 27 als auch an der zweiten Bearbeitungsposition 28 jeweils eine Beschriftung der Werkstücke 2 mit einer der Beschriftungseinheiten 8 bzw. 9 erfolgt: Hierzu sind die Beschriftungseinheiten 8, 9 über Steuerleitungen 30 und 31 elektrisch mit der Steuereinrichtung 20 verbunden. Dabei ist die Steuereinrichtung 20 dazu ausgebildet, Steuersignale über die Steuerleitungen 30 beziehungsweise 31 an die Beschriftungseinheiten 8 beziehungsweise 9 bereitzustellen, damit diese eine kontaktlose Beschriftung des Werkstücks in vorgegebenen Beschriftungsabschnitten vorgenehmen, wie dies nachstehend im Zusammenhang mit den 2 bis 4 näher beschrieben wird.
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Exemplarisch ist vorgesehen, dass die beiden Beschriftungseinheiten 8, 9 derart an den Befestigungspunktenn 5, 6 des Maschinengestells angebracht sind, dass sie mit einer Mittelachse 32, 33 jeweils eine normal zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtete Rotationssymmetrieachse 30 beziehungsweise 35 des jeweiligen Werkstücks 2 schneiden. Ferner ist die Ausrichtung der Beschriftungseinheiten 8 und 9 am Maschinengestell derart gewählt, dass ein von Randstrahlen 36, 37 beziehungsweise 38, 39 begrenzter und in den 2 bis 4 näher dargestellter Beschriftungsabschnitt auf dem jeweiligen Werkstück 2 beschriftet werden kann. Aufgrund der ortsfesten, insbesondere durch Vakuumansaugung bewirkten, Festlegung des Werkstücks 2 an der jeweiligen Werkstückeaufnahme 16 sowie aufgrund der präzise einzustellenden Rotation des Läufers 12 um die Drehachse 17 kann ein von der Beschriftungseinheit 8 beschreibbarer Beschriftungsabschnitt 40 nahtlos angrenzend an einen von der zweiten Beschriftungseinheit 9 beschreibbaren Beschriftungsabschnitt 41 angeordnet werden. Dieses unmittelbare Angrenzen der beiden Beschriftungsabschnitte 40 und 41 ist in der 2 symbolisiert und wird zum einen durch die Ausrichtung der Beschriftungseinheiten 8 und 9 gegenüber dem Läufer 12, durch die Schreibeigenschaften der Beschriftungseinheiten 8 und 9 sowie durch die Verschwenkung des Werkstücks 2 bei der Durchführung der beiden Drehschrittbewegungen zwischen der ersten Bearbeitungsposition 27 und der zweiten Bearbeitungsposition 28 ermöglicht.
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In der 2 ist eine rein schematische Darstellung einer Abwicklung der beiden Beschriftungsabschnitte 40 und 41 gezeigt, die an einem Werkstück 2 mit Hilfe der Beschriftungseinheiten 8 und 9 aufgebracht werden können. Beispielhaft sind in der 2 einzelne Beschriftungspunkte 42 sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung in gleicher Teilung 43, 44 angeordnet. Exemplarisch umfasst jeder der Beschriftungsabschnitte 40, 41 jeweils einen zentralen Bereich 45, 46 sowie jeweils spiegelsymmetrisch daran angrenzende Seitenbereiche 47 und 48 bzw. 49 und 50. Dabei ist rein exemplarisch vorgesehen, dass sämtliche Bereiche 45 bis 50 der Beschriftungsabschnitte 40, 41 jeweils quadratisch ausgebildet sind. Bei der Darstellung der 2 ist vorgesehen, dass die Seitenbereiche 48 und 49 aneinandergrenzend angeordnet sind. Sofern die Zeilenlänge, in Darstellung der 2 also die horizontale Erstreckung, für die Beschriftung kürzer sein kann, ist auch ein Angrenzen eines Seitenbereichs 48 (bzw. 49) an einen zentralen Bereich 46 (bzw. 45) möglich. Gegebenenfalls können auch die beiden zentralen Bereiche 45 und 46 unmittelbar angrenzend zueinander angeordnet sein und nur ein oder zwei zusätzliche Seitenbereiche 47, 50 vorgesehen sein.
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In den beiden zentralen Bereichen 45, 46 ist jeweils der Schnittpunkt 53 beziehungsweise 54 zwischen der in der 1 dargestellten Mittelachse 32 beziehungsweise 33 der Beschriftungseinheit 8 beziehungsweise 9 und der Außenoberfläche 51 des Werkstücks 2 eingezeichnet. Ausgehend von diesem Schnittpunkt 53, 54 ist rein exemplarisch vorgesehen, dass die als Laserbeschriftungseinheiten ausgebildeten Beschriftungseinheiten 8, 9 entsprechend der Teilungen 43 und 44 die Beschriftungspunkte 42 erzeugen können. Hierzu wird auf den jeweiligen Beschriftungspunkt 42 ein Laserstrahl gesendet, der dort aufgrund der Energiedichte des Laserstrahls zu einer lokalen Werkstoffveränderung (aufschmelzen, Verdampfen, Entfärben) an der Außenoberfläche 51 des Werkstücks 2 führt.
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Beispielhaft werden die Beschriftungspunkte 42 im zentralen Bereich 45 des ersten Beschriftungsabschnitts 40 vom Laserstrahl der Beschriftungseinheit 8 erzeugt, wobei der Laserstrahl hierbei ausgehend von der Mittelachse 32 um einen rein schematisch in der 4 dargestellten Winkel 55 in einer Richtung parallel zur Rotationssymmetrieachse 34 sowie um einen in der 3 gezeigten Winkel 56 in einer Richtung quer zur Rotationssymmetrieachse 34 ausgelenkt wird. Rein exemplarisch liegen die Winkel 55 und 56 jeweils in einem Intervall von -3 Grad bis +3 Grad. Eine Erzeugung von Beschriftungspunkten in den jeweils angrenzenden Seitenbereichen 47 und 48 gemäß der 2 erfolgt bezogen auf die Mittelachse 32 in der Richtung parallel zur Rotationssymmetrieachse 34 gemäß der 4 mit dem gleichen Winkel 55, jedoch in der Richtung quer zur Rotationssymmetrieachse 34 gemäß der Figur mit einem Winkel 57, der in einem Winkelintervall liegt, das an das Winkelintervall des Winkels 56 einseitig angrenzt und rein exemplarisch -3 Grad bis ungefähr -6 Grad betragen kann, sowie gegebenenfalls mit einem Winkel 58, der in einem Winkelintervall liegt, das an das Winkelintervall des Winkels 56 einseitig angrenzt und rein exemplarisch +3 Grad bis ungefähr +6 Grad betragen kann.
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Ergänzend zu der Darstellung der 1 geht auch aus den Darstellungen der 3 und 4 hervor, in welcher Weise rein exemplarisch der Beschriftungsabschnitt 41 von der Beschriftungseinheit 9 auf die Außenoberfläche 51 des Werkstücks 2 aufgebracht wird und hierbei unmittelbar angrenzend an den Beschriftungsabschnitt 40 erzeugt wird. Ferner sind in den 3 und 4 rein schematisch eine Ablenkeinrichtung 60 für den Laserstrahl sowie eine Fokussiereinrichtung 61 für den Laserstrahl dargestellt. Mit Hilfe der Ablenkeinrichtung 60, die einen nicht näher bezeichneten und in zwei Raumrichtungen schwenkbaren Spiegelumfasst, kann der Laserstrahl in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen ausgelenkt werden, um die gewünschte Winkelausrichtung gegenüber der Mittelachse 32 einzunehmen. Mit Hilfe der Fokussiereinrichtung, die beispielsweise ein elektromotorisch einstellbares optisches System umfasst, kann eine Fokussierung des Laserstrahls auf der Außenoberfläche 51 des Werkstücks 2 verändert werden.
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Bei der Darstellung der 3 ist erkennbar, dass der zentrale Bereich 46 durch Auslenkung des von der Beschriftungseinheit 9 abgegebenen und nicht näher bezeichneten Laserstrahls innerhalb des Winkels 56 beschriftet wird, während die beiden Seitenbereiche 49 und 50 durch Auslenkung des Laserstrahls mit den Winkeln 57 und 58 beschriftet werden. Rein exemplarisch ist hierbei zusätzlich vorgesehen, dass der in 2 näher dargestellte zentrale Bereich 46 mit einer nicht näher dargestellten ersten Fokussierung des Laserstrahls beschriftet wird, während die Seitenbereiche 49 und 50 mit einer zweiten Fokussierung des Laserstrahls beschriftet werden.
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Aus der 4 geht hervor, dass der Beschriftungsabschnitt 41 über seine gesamte Erstreckung parallel zur Rotationssymmetrieachse 35 mit dem maximalen Auslenkungswinkel 55 beschriftet wird.
