DE102021001523A1

DE102021001523A1 - Data Matrix Code Scanbox und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102021001523A1
Application number: DE102021001523.1A
Authority: DE
Inventors: Julian Thiemo Kolb; Marco Siegler; André Blümel
Original assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JP2024511110A; WO2022200527A1; US20240169169A1; KR20230157513A; EP4315152A1; MX2023011168A; BR112023019459A2; CN117157644A; CA3212379A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Scannen eines DMC und/oder eines Barcodes auf dem Schaft eines Werkzeuges, umfassend:- eine Scankamera (3)- ein Gehäuse (5) an dem die Scankamera derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie einen Bereich, im Inneren des Gehäuses scannen kann, wobei durch die Ausrichtung der Scankamera (3) eine Scanrichtung von der Scankamera (3) zum zu scannenden Werkzeugschaft definiert ist und durch den Bereich ein Scanbereich definiert ist.- wobei das Gehäuse (5) an einer Wand, die im wesentlichen parallel zur Scanrichtung verläuft, eine Öffnung (7) aufweist, dergestalt, dass der mit einem DMC Code und/oder Barcode versehene Schaft des Werkzeugs senkrecht zur Scanrichtung in den Scanbereich zum Scannen eingeführt werden kann

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scannen von Data Matrix Codes (DMC) auf Substraten sowie die Verwendung einer solchen Scanbox in einem Oberflächenbehandlungsverfahren.
Häufig müssen Komponenten aus Metall oder Metalllegierungen einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Dies ist zum Beispiel bei Werkzeugen und insbesondere bei Werkzeugen mit zylindrischem Schaft der Fall. Prominente und weit verbreitete Vertreter sind hierbei Schaftwerkzeuge insbesondere die Bohrer.
Bohrer können beispielsweise nach Gebrauch nachgeschliffen werden. Hierzu sollte deren Oberfläche aber zunächst gereinigt werden. Nach dem Nachschleifen kann dann wieder eine Reinigung und vorzugsweise auch noch eine Beschichtung mit einer Hartstoffschicht durchgeführt werden.
Unterschiedliche Schaftwerkzeuge, z.B. Bohrer benötigen dabei in der Regel unterschiedliche Behandlungen. Sollen diese Schritte im industriellen Maßstab erfolgen, so ergibt sich in den meisten Fällen das Problem, das die Anzahl der Werkzeuge, für die der einzelne Kunde einen Behandlungsservice bestellt, zu gering ist, um beispielsweise Reinigungs- und oder Beschichtungshalterungen sinnvoll auszufüllen. Die Reinigung wird damit ineffizient. Man möchte daher unterschiedliche Bestellungen unterschiedlicher Kunden zur Reinigung zusammenfassen. Tut man dies allerdings, so ergibt sich nach der Reinigung das Problem, dass die einzelnen Bestellungen wieder voneinander getrennt werden müssen. Ohne weitere Hilfe ist dies ein schwieriges, zeitaufwändiges und damit ineffizientes unterfangen.
Bisweilen passiert es auch, dass irgendwo im Rahmen der unterschiedlichen Behandlungsschritte ein Werkzeug verloren geht und erst später wieder aufgefunden wird. Diese beiden Probleme können mit eine Markierung der einzelnen Werkzeuge mit einem für diese spezifischen Code adressiert werden.
Eine andere Möglichkeit sind direkte Gravuren von Markercodes auf den Schaft der Werkzeuge. Einerseits können dies die bekannten Barcodes sein, andererseits eignet sich aber auch ein sogenannter Data Matrix Code (DMC). Die vorliegende Erfindung bietet sowohl für den Barcode Ansatz als auch für den DMC Ansatz eine Lösung. Da die Lösung für beide Ansätze identisch ist, wird die Erfindung im Folgenden lediglich für den DMC Ansatz beschrieben.
Ein Data Matrix Code ist ein zweidimensionales Datenpunktmuster, das eine variable, rechteckige Größe in Form einer Matrix aufweist. Die Matrix besteht aus mindestens 10×10 und maximal 144×144 Symbolelementen. Es handelt sich um einen Binärcode, der mit Nullen und Einsen interpretiert wird und bis zu 1.556 Bytes umfassen kann.
Ein horizontaler und ein vertikaler Rand beschreiben eine Ecke, die als Orientierung für das Lesen dient - das sogenannte „Finding pattern“. Auf den gegenüberliegenden Seiten muss die jeweilige Seite zwischen hellen und dunklen quadratischen Elementen variieren, um die Position und Größe der Matrixstruktur zu beschreiben - das „Alternating Pattern“. Der Datenspeicherbereich befindet sich innerhalb des Symbols.
Diese maschinenlesbare Kodierungsform wurde entwickelt, um größere Datenmengen als bei 1D-Codes auf kleineren Raum packen zu können. Kamerascanner können bereits Punktmuster von lediglich 2 × 2mm zuverlässig lesen. Somit eignet sich DMC für sehr kleine Produkte oder gewölbte Oberflächen, bei denen wenig Platz für Markierungen auf dem Produkt vorhanden ist.
Die DMC-Technologie ermöglicht es, dem Werkzeug eine eineindeutige systematische Kennzeichnung anzuheften, die es ermöglicht viele in einer Datenbank gespeicherte Informationen wie zum Beispiel Artikel- oder Chargennummern, Herstellungs- oder Verfallsdaten sowie andere wichtige Fertigungsdaten können über alle Verarbeitungsschritte hinweg dauerhaft dem Werkstück zuzuordnen. Die DMCs können also als eineindeutigen Nummern genutzt werden, die all die Informationen in einer Datenbank zugeordnet bekommt.
Ein besonderer Vorteil liegt auch darin, dass der Code mittels verschiedener Druck- oder Prägeverfahren direkt - ohne Etikett - auf ein Objekt aufgebracht werden kann. Es kann genadelt, gelasert oder mit Inkjet- oder Thermotransferdruck bedruckt werden. Und er funktioniert auf den verschiedensten Materialien: Kunststoffe, Papier, Metalle und vieles mehr. Da zum Lesen des DMCs spezielle Kameras, nicht Barcodescanner, verwenden werden müssen, können sie in jeder beliebigen Lage gelesen werden.
Zusätzlich ist die Fehlerkorrektur beim Lesen eines DMC aufgrund von Informationsredundanz und Fehlerkorrekturalgorithmus sehr hoch: Selbst eine Verschmutzung oder Beschädigung des Datenfeldes um 25-30% kann vollständig kompensiert werden.
Die Position des DMCs bestimmt allerdings, ob er lesbar ist oder nicht. Denn im Gegensatz zu RFID kann ein DMC nur mit Sichtkontakt gelesen werden. Ein verdeckter DMC kann von Kameras nicht gelesen werden. Und selbst wenn der Sichtkontakt gegeben ist, kann der DMC nur innerhalb einer bestimmten Lesedistanz gelesen werden.
Hinzu kommt, dass obwohl DMC kontrastarmes Drucken ermöglicht (20% Kontrast sind ausreichend), sind glänzende Oberflächen schwierig zu handhaben, da entweder das von der Kamera zum Auslesen verwendete Licht nicht optimal reflektiert wird oder zu stark gestreut wird. Auch der Winkel, in dem die Kamera montiert ist, kann eine Rolle spielen.
(siehe https://www.innovating-automation. blog/dmc-vs-rfid/?lang=de)
Nun sind aber beispielsweise Schaftwerkzeuge (Bohrer) wie oben bereits beschrieben in den allermeisten Fällen aus Metall oder einer Legierung gefertigt. Sie haben jedenfalls entweder eine glänzende Oberfläche oder die Oberfläche ist derart aufgeraut, dass - wie oben ebenfalls geschildert - das von der Kamera zum Auslesen verwendete Licht nicht optimal reflektiert wird oder stark gestreut wird. Dementsprechend bereitet das Auslesen des DMC in der Regel Probleme. Insbesondere durch die abgerundete sowie die meist stark polierten Oberfläche entstehen Lichtbänder über dem DMC die ein Auslesen erschweren bis unmöglich machen unter nicht kontrollierten Lichtbedingungen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Lösung dafür anzugeben, die zuverlässige Auslesung von DMCs auf metallischen Oberflächen gestattet.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mittels eines Gehäuses in spezifischer Weise Störeinflüsse von nichtrelevantem Licht minimiert werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um Fremdlicht, nicht-polarisiertes Licht und Streulicht handeln.
Die Erfinder haben nämlich zu ihrem Erstaunen festgestellt, dass die Eliminierung von (insbesondere von unpolarisiertem) Umgebungslicht sehr wesentlich dazu beiträgt, dass der Data Matrix Code korrekt und in zuverlässiger Art und Weise ausgelesen werden kann. Mit Hilfe von reinem polarisiertem Licht kann eine Kamera auch kontrastarme Codes mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit identifizieren. Es kommen durch polarisiertes Licht nicht nur Kontrastunterschiede, sondern auch unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit (z.B. Rauheit) besonders zum Vorschein.
Dabei hat das erfindungsgemässe Gehäuse im Wesentlichen fünf Aufgaben:

- den Scankopf zu halten
- den Scanbereich abzudunkeln
- die Positionierung des Werkzeugs im Lesebereich des Scanners zu vereinfachen
- eine Lichtschranke bereitzustellen, um den Scan auszulösen
- Das Werkzeug im optimalen Fokuspunkt zu platzieren

Das Gehäuse hat eine Öffnung im unteren vorderen Bereich, um das Werkzeug einzuführen. Diese Öffnung ermöglicht es, das Werkzeug genau in den Lesebereich des Scanners zu positionieren und in ihm auszurichten. Dadurch wird dann die Lichtschranke unterbrochen und der Lesevorgang ausgelöst.
Das Gehäuse stellt auch sicher, dass gestreutes Licht der Umgebung nicht in den Detektor des Scanners eindringen kann. Hierdurch werden die Störungen minimiert.
Die Öffnung im Gehäuse, um das Werkzeug einzuführen, ist lediglich so groß und tief, dass der am Werkzeug angebrachte DMC nach Einführen in das Gehäuse im wesentlichen automatisch genau im Lese- und Fokusbereich des Scanners positioniert ist und schnell und effektiv ausgelesen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die beschriebene Öffnung des Gehäuses nach oben hin V-förmig verlaufend. Gegenüber der V-förmigen Öffnung ist im Gehäuse eine ebenfalls V-förmige Ausformung vorgesehen. Auf diese Weise kann das Schaftwerkzeug mit zylindrischem Schaft an die V-Formen angelegt werden, wodurch der Schaft automatisch zentriert wird und ein Teil der Oberfläche des Schaftes automatisch in den Lesebereich des Scanners zu liegen kommt. Gemäß dieser Ausführungsform muss der Anwender dann lediglich noch dafür sorgen, dass der DMC nach oben zeigt.
Um nicht für jeden beliebigen Radius den Winkel α der V-Form anpassen zu müssen, ist der obere Bereich des Vs abgeflacht worden (siehe 3). Hiermit ist es möglich (natürlich nur im Rahmen des maximalen Lesebereichs) eine große Bandbreite an Radien mit einer Öffnung perfekt auszurichten. Sollte der Bereich nicht ausreichen muss sowohl der Winkel α nach der Formel α = arcsin (r/(x+r)) als auch der Abstand × (Abstand Werkzeug zu Lesegerät) neu bestimmt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von einem Beispiel und mit Hilfe der Figuren im Detail beispielhaft beschrieben.

1 zeigt einen mit einem DMC versehenes Schaftwerkzeug (hier ein Bohrer)
2 zeigt ein Reinigungskorb aus Kunststoff der ebenfalls mit einem DMC versehen ist.
3 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Scannen von DMCs.
4 zeigt ein geöffnetes Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
5 zeigt den Ablauf eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung einer Vielzahl von Substraten.

Zunächst wird jedes Werkzeug mit einem ihm spezifisch zugeordneten DMC mittels Lasermarkierung markiert. 1 zeigt entsprechend markierte Bohrer. Anschließend werden beim und vom Kunden die Werkzeuge vermessen, z.B. der Durchmesser des Schaftes, die Länge und der funktionelle Durchmesser. Der Kunde gibt die gemessenen Daten in ein ERP System ein und ordnet diese dabei einem DMC zu. Hierbei ist es erstmals notwendig, den DMC am Schaft mittels Scan zu identifizieren.
Nun kann beispielsweise das Nachschleifen der Schneiden erfolgen. Im Anschluss werden dann die Werkzeuge in einen Reinigungskorb (der auch als Transporteinheit genutzt wird) umgesetzt und miteinander auf Datenebene verheiratet. 2 zeigt einen solchen Reinigungskorb mit DMC. Nun kann der Reinigungskorb mitsamt den Bohrern zum Beschichten in Auftrag gegeben werden. Im Beispiel wird hierzu der Auftrag mitsamt den Informationen über Bohrer und DMCs in eine Cloud gestellt. Dort werden die Daten derart umstrukturiert, dass der Datensatz der Datenstruktur des Beschichters entspricht. Parallel dazu wird das mit den Bohrern bestückte Reinigungskorb zum Beschichter verschickt.
Sobald der Beschichter den Korb erhalten hat, kann er den DMC auf dem Korb scannen und die dem Werkzeugsatz zugeordneten Daten aus der Cloud herunterladen. Durch Umsortierung und Zusammenstellen mit anderen Aufträgen, unter Umständen auch anderer Kunden, Kann der Produktionsablauf optimiert werden da die einzusetzenden Halterungen höher ausgelastet werden können.
Am Ende des Produktionsprozesses, muss im Warenausgang der ursprüngliche Anlieferungszustand des Kunden wiederhergestellt werden. Hierzu wird jeder einzelne Bohrer mit der erfindungsgemäßen Scanbox gescannt und somit identifiziert.
3 zeigt schematisch den Aufbau der Apparatur 1 zum Scannen. Der Aufbau umfasst eine als Scanner genutzte Kamera 3, ein Gehäuse 5 und eine Öffnung 7. Im Gehäuse angeordnet ist eine Lichtschranke 9. Wird diese Lichtschranke durch Einführen eines Schaftwerkzeuges unterbrochen, so wird der Scannvorgang ausgelöst. Durch das Gehäuse 5 wird störendes Licht der Umgebung weitgehend vermieden. In 4 dargestellt ist nochmals das Gehäuse 5, wobei die Frontwand abgeschraubt wurde, um einen Blick ins Innere zu gestatten. Es sind zwei Ansichten von der abgeschraubten Frontwand gezeigt. Außerdem ist der untere Teil des offenen Gehäuses nochmals vergrößert dargestellt. Das Gehäuse wurde mittels 3D Druck erstellt.
Sind die ursprünglichen Aufträge wieder zusammengestellt dann können die beschichteten Werkzeuge zum Kunden und/oder Endkunden zurücktransportiert werden.
Es wurde eine Vorrichtung zum Scannen eines DMC und/oder eines Barcodes auf dem Schaft eines Werkzeuges offenbart, umfassend:

- eine Scankamera
- ein Gehäuse an dem die Scankamera derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie einen Bereich, im Inneren des Gehäuses scannen kann, wobei durch die Ausrichtung der Scankamera eine Scanrichtung von der Kamera zum zu scannenden Werkzeugschaft definiert ist und durch den Bereich ein Scanbereich definiert ist.
- wobei das Gehäuse an einer Wand, die im wesentlichen parallel zur Scanrichtung verläuft, eine Öffnung aufweist, dergestalt, dass der mit einem DMC Code und/oder Barcode versehene Schaft des Werkzeugs senkrecht zur Scanrichtung in den Scanbereich zum Scannen eingeführt werden kann,

Bei der Vorrichtung kann die Öffnung so ausgestaltet sein, dass der Schaft, wenn er in den Scanbereich eingeführt ist an eine Begrenzung der Öffnung anliegt, die eine Bewegung des Schaftes weiter in Richtung stromaufwärts zur Kamera verhindert.
Bei der Vorrichtung können im Scanbereich Mittel zur Auslösung des Scanvorgangs vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, dass der Scanvorgang ausgelöst wird wenn der Schaft in den Scanbereich eingeführt ist.
Die Mittel können eine Lichtschranke umfassen so dass der Scanvorgang durch unterbrechen des Lichtstrahls der Lichtschranke ausgelöst wird. Die Mittel können aber auch einen mechanischen Schalter und/oder einen Näherungssensor umfassen. (Oder Bewegungsmelder)
Es wurde eine Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Vielzahl von Substraten offenbart, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Markierung jedes einer ersten Menge angehörenden zu behandelnde Substrats mit einem DMC und/oder einem Barcode
- Markierung jedes einer zweiten Menge angehörenden zu behandelnde Substrats mit einem DMC und/oder einem Barcode, wobei keine der Markierungen der Substrate aus der zweiten Menge mit einer Markierung der Substrate aus der ersten Menge identisch ist.
- Beschickung einer Halterung für Substrate mit Substraten der ersten Menge und Substraten der zweiten Menge
- Durchführung einer gemeinsamen Oberflächenbehandlung an Substraten in der Halterung
- Sortierung der oberflächenbehandelten Substrate nach Substraten der ersten Menge und Substraten der zweiten Menge

In dem Verfahren können die Substrate der ersten Menge jeweils nach der Markierung in einem ersten zugeordneten Behälter gesammelt werden, der mit einem weiteren DMC und/oder Barcode markiert ist und Substrate der zweiten Menge jeweils nach der nach der Markierung in einem zweiten zugeordneten Behälter gesammelt werden, der mit einem weiteren DMC und/oder Barcode markiert ist.
Erster und zweiter Behälter können Transportbehälter sein und die Sortierung der oberflächenbehandelten Substrate kann in die jeweils zugeordneten Behälter erfolgen.
Die Oberflächenbehandlung kann eine Oberflächenbeschichtung umfassen, insbesondere eine PVD und/oder CVD Beschichtung.
Bei den Substraten kann es sich um Werkzeuge handeln, insbesondere um Werkzeuge mit Schaft.

Claims

Vorrichtung (1) zum Scannen eines DMC und/oder eines Barcodes auf dem Schaft eines Werkzeuges, umfassend: - eine Scankamera (3) - ein Gehäuse (5) an dem die Scankamera derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie einen Bereich, im Inneren des Gehäuses scannen kann, wobei durch die Ausrichtung der Scankamera (3) eine Scanrichtung von der Scankamera (3) zum zu scannenden Werkzeugschaft definiert ist und durch den Bereich ein Scanbereich definiert ist. - wobei das Gehäuse (5) an einer Wand, die im wesentlichen parallel zur Scanrichtung verläuft, eine Öffnung (7) aufweist, dergestalt, dass der mit einem DMC Code und/oder Barcode versehene Schaft des Werkzeugs senkrecht zur Scanrichtung in den Scanbereich zum Scannen eingeführt werden kann
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (7) so ausgestaltet ist, dass der Schaft, wenn er in den Scanbereich eingeführt ist an eine Begrenzung der Öffnung anliegt, die eine Bewegung des Schaftes weiter in Richtung stromaufwärts zur Kamera verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Scanbereich Mittel (9) zur Auslösung des Scanvorgangs vorgesehen sind die so ausgebildet sind, dass der Scanvorgang ausgelöst wird wenn der Schaft in den Scanbereich eingeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) eine Lichtschranke umfassen und der Scanvorgang durch unterbrechen des Lichtstrahls der Lichtschranke ausgelöst wird.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Vielzahl von Substraten umfassend die Schritte: - Markierung jedes einer ersten Menge angehörenden zu behandelnde Substrats mit einem DMC und/oder einem Barcode - Markierung jedes einer zweiten Menge angehörenden zu behandelnde Substrats mir einem DMC und/oder einem Barcode, wobei keine der Markierungen der Substrate aus der zweiten Menge einer Markierung der Substrate aus der ersten Menge entspricht. - Beschickung einer Halterung für Substrate mit Substraten der ersten Menge und Substraten der zweiten Menge - Durchführung einer gemeinsamen Oberflächenbehandlung an Substraten in der Halterung - Sortierung der oberflächenbehandelten Substrate nach Substraten der ersten Menge und Substraten der zweiten Menge wobei die Sortierung mittels Scannen der DMC und/oder Barcodes in einer Vorrichtung entsprechend einem der vorangehenden Ansprüche erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Substrate der ersten Menge jeweils nach der Markierung in einem ersten zugeordneten Behälter gesammelt werden, der mit einem weiteren DMC und/oder Barcode markiert ist und Substrate der zweiten Menge jeweils nach der nach der Markierung in einem zweiten zugeordneten Behälter gesammelt werden, der mit einem weiteren DMC und/oder Barcode markiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Behälter Transportbehälter sind und die Sortierung der oberflächenbehandelten Substrate in die jeweils zugeordneten Behälter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenbeschichtung umfasst, insbesondere eine PVD und/oder CVD Beschichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Substraten um Werkzeuge handelt, insbesondere um Werkzeuge mit Schaft.