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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Rückverfolgung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Sandkerns für ein Gussverfahren.
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Sandkerne spielen eine signifikante Rolle für die Qualität von Gussteilen. Um das volle Potential moderner Datenanalysen ausschöpfen zu können, müssen Prozessdaten mit Qualitätsdaten zusammengeführt werden. Die dafür notwendige Rückverfolgung von Sandkernen entlang der Prozesskette ist aber oft noch eine Herausforderung. Die Rückverfolgbarkeit der Sandkerne ist derzeit nicht bekannten Verfahren kostengünstig, ausreichend zuverlässig und gleichzeitig ohne Schädigung des Kerns möglich. Es fehlt daher ein Verfahren zur zuverlässigen, kostengünstigen und beschädigungsfreien Markierung von Sandkernen.
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Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur Markierung von Sandkernen schließen beispielsweise die Laser-Markierung, Pin in der Kernkokille, chargenbezogene Rückverfolgbarkeitssysteme durch Tracking der Transportbehälter (Kernregal) und die Nutzung der Oberfläche von Sandkernen zur Erkennung als ID Image [„Track and Trace“, Fraunhofer IPM], das Aufbringen papierbasierter/aufgeklebter Zettel/Barcodeetiketten am Sandkern ein.
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Die meisten vorhandenen Techniken üben eine Belastung auf die Oberfläche der Sandkerne aus, die leicht zu Fehlern im Sandkern durch Beschädigung oder zu Fehlern in Gussteilen durch losen Restsand führen kann. Laser-Markierung und Pin in der Kernkokille als Identifizierungs- und Rückverfolgungssysteme weisen zusätzlich hohe Anschaffungskosten auf.
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Weiterhin kann ein (smartes) Tracking der Transportbehälter keine einzelteilgenaue Bauteilrückverfolgung realisieren. Eine auf der stochastischen Oberfläche basiertes Erkennungs-/Trackingsystem ist bezüglich Handling und Implementierung aufwendig bei gleichzeitiger Empfindlichkeit gegenüber (leichten) Oberflächenbeschädigungen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein System und ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Rückverfolgung eines dreidimensionalen Objekts zur Verfügung zu stellen, welches eine zuverlässige und belastungsfreie einzelteilgenaue Identifizierung und Rückverfolgbarkeit von dreidimensionalen Objekten entlang einer Prozesskette ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Identifizierung und/oder Rückverfolgung eines dreidimensionalen Objekts nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 9. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Das erfindungsgemäße System zur Identifizierung und/oder Rückverfolgung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Sandkerns für ein Gussverfahren, umfasst eine erste Sensorunterlage, auf die ein dreidimensionales Objekt auflegbar ist und die einen integrierten Sensor zum Erzeugen von ersten Sensordaten aufweist, wobei die ersten Sensordaten einen Belegungszustand der ersten Sensorunterlage anzeigen, und eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche mit der ersten Sensorunterlage eine erste Kommunikationsverbindung zum Empfang der ersten Sensordaten von der ersten Sensorunterlage aufweist und eingerichtet ist, Korrelationsdaten zu speichern und das dreidimensionale Objekt mittels einer Korrelation der empfangenen ersten Sensordaten mit den Korrelationsdaten zu identifizieren und/oder rückzuverfolgen.
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Unter dem Belegungszustand kann sowohl die Information verstanden werden, ob sich ein Objekt auf der Sensorunterlage befindet oder nicht, als auch eine Belegungseigenschaft. Dabei kann eine Belegungseigenschaft beispielsweise ein Gewicht des Objekts, ein zweidimensionales oder dreidimensionales Kontaktprofil oder ein digitaler Abdruck des Objekts auf der Sensorunterlage sein. Das dreidimensionale Kontaktprofil kann dabei eine Eindrücktiefe in der jeweiligen Sensorunterlage berücksichtigen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das System weiterhin eine zweite Sensorunterlage umfassen, auf die ein dreidimensionales Objekt auflegbar ist und die einen integrierten Sensor zum Erzeugen von zweiten Sensordaten aufweist, wobei die zweiten Sensordaten einen Belegungszustand der zweiten Sensorunterlage anzeigen, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung mit der zweiten Sensorunterlage eine zweite Kommunikationsverbindung zum Empfang der zweiten Sensordaten von der zweiten Sensorunterlage aufweist und eingerichtet ist, Korrelationsdaten zu speichern und das dreidimensionale Objekt mittels einer Korrelation der empfangenen ersten und/oder zweiten Sensordaten mit den Korrelationsdaten zu identifizieren und/oder zwischen der ersten und der zweiten Sensorunterlage rückzuverfolgen.
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Das erfindungsgemäße System kann vorzugsweise eine Vielzahl von Sensorunterlagen aufweisen, die gleich oder ähnlich wie die erste oder zweite Sensorunterlage ausgestaltet sind. Die einzelnen Sensorunterlagen der Vielzahl von Sensorunterlagen können sich auch in einer Form, Größe, Oberflächenbeschaffenheit, Art des integrierten Sensors und/oder in einer Anzahl von integrierten Sensoren voneinander unterscheiden. Auf diese Weise können die Sensorunterlagen gemäß ihrer Position in der Prozesskette bzw. ihres genauen Anwendungszwecks (Ein-/Ausschleusunterlage, Lagerung des Objekts etc.) speziell angepasst sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Datenverarbeitungseinrichtung eingerichtet sein, aus den ersten oder zweiten Sensordaten eine Identifikationsnummer für das Objekt zu generieren. Weiterhin kann die Datenverarbeitungseinrichtung eingerichtet sein aus einem Datensatz der ersten Sensordaten bzw. einem Datensatz der zweiten Sensordaten eine Identifikationsnummer zu generieren und dem Datensatz die Identifikationsnummer zuzuordnen.
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Die ersten und/oder zweiten Sensordaten können ein Kontaktprofil, einen digitalen Abdruck und/oder ein Gewicht des Objekts auf der ersten bzw. zweiten Sensorunterlage beinhalten. Vorteilhafterweise kann ein Datensatz der ersten bzw. zweiten Sensordaten einen Belegungszustand und/oder eine Belegungseigenschaft, insbesondere ein Gewicht, einen digitalen Abdruck und/oder ein Kontaktprofil des Objekts auf der Sensorunterlage beschreiben.
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Die Korrelationsdaten können Prozessinformationen, insbesondere Prozesszeiten und/oder Informationen über Ein- und Ausschleusunterlagen, oder früher gespeicherte Sensordaten, insbesondere ein früher registriertes Kontaktprofil, ein früher registriertes Gewicht und/oder einen früher registrierten digitalen Abdruck des Objekts auf einer Sensorunterlage, umfassen, wobei jedem Kontaktprofil, jedem Gewicht und/oder jedem digitalen Abdruck eine Identifikationsnummer zugewiesen sein kann. Einschleusunterlagen dienen insbesondere zum Einführen des dreidimensionalen Objekts in einer Prozesskette, innerhalb welcher das dreidimensionale Objekt identifiziert und/oder rückverfolgt werden soll. Ausschleusunterlagen dienen dementsprechend insbesondere zum Ausführen des dreidimensionalen Objekts aus der Prozesskette.
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Der integrierte Sensor der ersten und/oder zweiten Sensorunterlage kann zentral oder mittig bezüglich der flächigen Ausdehnung der jeweiligen Sensorunterlage in der jeweiligen Sensorunterlage angeordnet sein. Eine aktive oder auslösende Fläche Sensorfläche des integrierten Sensors kann kleiner oder viel kleiner als die Oberfläche der entsprechenden Sensorunterlage oder gleich groß oder nahezu gleich groß wie die Oberfläche der entsprechenden Sensorunterlage sein.
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Der integrierte Sensor der ersten und/oder zweiten Sensorunterlage kann ein kapazitiver Sensor, ein Druckluft-Sensor, ein Druckschalter-Sensor, ein Mikroschalter-Sensor oder ein Infrarot-Sensor sein oder diesen umfassen. Jegliche Initiator-Sensorik kann in eine oder mehrere der Sensorunterlagen integriert sein.
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Vorteilhafterweise können auch mehrere verschiedene Sensoren in einer Sensorunterlage integriert sein, die eingerichtet sind, verschiedene Belegungseigenschaften zu erfassen und diese als Sensordaten an die Datenverarbeitungseinrichtung zu senden.
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Eine Sensorunterlage gemäß der Erfindung kann eine runde, kreisförmige, ellipsoide, dreieckige, viereckige, vieleckige oder unregelmäßige Form aufweisen. Eine Oberfläche einer oder mehrerer im System befindlichen Sensorunterlagen kann glatt, transparent oder nicht transparent sein, eine bestimmte Rauigkeit aufweisen und/oder mit Sitzen und/oder Stufen versehen sein. Eine Farbe einer oder mehrerer im System befindlichen Sensorunterlagen kann beliebig sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann jede Sensorunterlage eine Schutzhülle zum Schutz des jeweiligen Sensors oder ein Vollmaterial, ein Fasermaterial und/oder ein Gewebe, in das der jeweilige Sensor integriert ist, aufweisen oder daraus bestehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Sensorunterlage eine Vielzahl von entlang der flächigen Ausdehnung der jeweiligen Sensorunterlage rasterartig, gleichmäßig oder stochastisch verteilt angeordneten, integrierten Sensoren aufweisen kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Sensorunterlage einen Kanal für ein Kühlmittel, insbesondere Kühlluft, und/oder zur Kabelführung aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die erste und/oder die zweite Sensorunterlage mindestens einen zusätzlichen Sensor zur Überwachung einer Umgebung und/oder einer Qualität des Objekts, insbesondere einen Vibrationssensor, einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Geschwindigkeitssensor, einen Beschleunigungssensor und/oder einen Luftdrucksensor aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Rückverfolgung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Sandkerns für ein Gussverfahren, mit einem vorbeschriebenen System ein, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auflegen des dreidimensionalen Objekts auf die erste Sensorunterlage, Empfangen von ersten Sensordaten von der ersten Sensorunterlage in der Datenverarbeitungseinrichtung, Korrelieren der ersten Sensordaten mit Korrelationsdaten in der Datenverarbeitungseinrichtung, Identifizieren und/oder Rückverfolgen des Objekts aufgrund eines Korrelationsergebnisses des Korrelierens der ersten Sensordaten mit den Korrelationsdaten in der Datenverarbeitungsvorrichtung.
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Die Korrelationsdaten können Prozessinformationen, insbesondere Prozesszeiten und/oder Informationen über Ein- und Ausschleusunterlagen, beinhalten und das Objekt aufgrund eines Korrelationsergebnisses der Korrelation der ersten Sensordaten mit den Prozessinformationen identifiziert und/oder rückverfolgt werden.
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Weiterhin können die Korrelationsdaten früher gespeicherte Sensordaten der ersten und/oder zweiten Sensorunterlage umfassen, und die Datenverarbeitungseinrichtung kann die empfangenen ersten Sensordaten mit den früher gespeicherten Sensordaten der ersten und/oder zweiten Sensorunterlage vergleichen, und das Objekt aufgrund eines Korrelationsergebnisses des Korrelierens der ersten Sensordaten mit den früher gespeicherten Sensordaten identifiziert und/oder rückverfolgt werden.
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Die Korrelationsdaten können auch früher gespeicherte Sensordaten der ersten und/oder zweiten Sensorunterlage umfassen, und die Datenverarbeitungsvorrichtung kann dem Objekt eine Identifikationsnummer zuweisen, welche den früher gespeicherten Sensordaten zugeordnet ist, bei Übereinstimmung der empfangenen ersten Sensordaten mit einem Datensatz oder mehreren Datensätzen der früher gespeicherten Sensordaten.
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Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht es, dreidimensionale Objekte, wie z.B. Sandkerne, entlang einer Prozesskette durch die Kombination von lokalen Erkennungsvorrichtungen und damit vernetzter elektronischer Datenverarbeitung sowie durch einen Vergleich/Korrelation von empfangenen Sensordaten mit früher gespeicherten Daten von anderen Sensorunterlagen des Systems oder der gleichen Sensorunterlage identifizierbar und/oder rückverfolgbar zu machen. Dadurch wird eine zuverlässige und belastungsfreie einzelteilgenaue Identifizierung und Rückverfolgbarkeit von Sandkernen oder anderen Objekten entlang beispielsweise der kompletten Produktion realisiert. Weiterhin ermöglicht das vorliegende erfindungsgemäße System und Verfahren eine Lokalisation von auf einer Sensorunterlage lagernden Objekten.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere in einer einzelteilgenauen Bauteilrückverfolgung, einer niedrigen Anwendungs-Komplexität und damit in niedrigen Hürden für den industriellen Einsatz, einer minimalen oder nicht vorhandenen Belastung der Sandkerne bzw. der anderen rückzuverfolgenden Objekte, einer hohen Flexibilität und in einer fast vollständig von der Sandkern- bzw. Objektgeometrie unabhängigen Anwendbarkeit.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Systems können Sandkerne auf einfache Weise mit Gussteilen assoziiert werden, die mit den Sandkernen gegossen wurden, da der Weg eines Sandkerns bis zur Giessstation rückverfolgt wird. Wird der Sandkern dann aus einer Prozesskette entnommen, wird die Identifikationsnummer des Sandkerns dem Gussteil zugeordnet. Auf diese Weise kann auch ein Ausschuss eines Gießprozesses mit dem verwendeten Sandkern in Verbindung gebracht werden. Gleiches ist möglich, wenn für einen Giessprozess eine Vielzahl von Sandkernen verwendet wird.
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Im Folgenden werden Beispiele eines erfindungsgemäßen Systems und eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Figuren detailliert beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen dieser Beispiele genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.
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Es zeigen
- 1 eine Sensorunterlage sowie ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 verschiedene Beispiele für einen integrierten Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 3 verschiedene Beispiele für Auslesechips zum Auslesen einer Vielzahl von integrierten Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 4 ein Beispiel einer Erfassung eines zweidimensionalen Kontaktprofils eines Objekts auf zwei Sensorunterlagen oder auf einer Sensorunterlage zu verschiedenen Zeitpunkten gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 5 ein Beispiel einer Erfassung einer Gewichtsverteilung bzw. eines dreidimensionalen Kontaktprofils zusammen mit einem Gewicht eines Objekts auf zwei Sensorunterlagen oder auf einer Sensorunterlage zu verschiedenen Zeitpunkten gemäß der vorliegenden Erfindung und
- 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Sensorunterlage sowie ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 a) zeigt eine Sensorunterlage 1 in einer Aufsicht auf eine Oberfläche 8 der Sensorunterlage mit einer Vielzahl von rasterartig angeordneten integrierten Sensoren 2. An einem Rand der Sensorunterlage 1 ist eine Schnittstelle 3 zum Anschließen an eine Stromversorgung, wie z.B. an ein Stromnetz, eine Solarstromquelle, eine Powerbank, einen Wärme-/Stromwandler etc., angeordnet. Die Sensorunterlage 1 kann auch einen integrierten wiederaufladbaren Akkumulator beinhalten, der u.a. per Induktion oder durch Anschließen an ein Stromnetz aufgeladen werden kann. Weiterhin kann die Schnittstelle 3 ein Gerät zur kabellosen Datenübertragung aufweisen, wie z.B. einen RFID-, Funk-, Wi-Fi-, GPRS-, Bluetooth-, Zig-Bee-, UWB-, NFC-, IrDA-, Li-Fi-, Mesh-, Thread-, Z-Wave-, EnOcean- und/oder einen Wi-Sun-Sender/Empfänger aufweisen.
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1b) zeigt einen Ausschnitt der Sensorunterlage 1 aus 1 a) in Aufsicht. Die Sensorunterlage 1 ist modular in quadratische Sensorikblöcke 6 unterteilt an deren Seiten jeweils ein Sensor 2 angeordnet ist.
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1 c) zeigt einen Querschnitt durch einen Sensorikblock 6. An den Seiten sind Sensoren 2 angeordnet. Die Sensorunterlage 1 weist weiterhin einen Schichtaufbau mit der Oberfläche 8, einen im Inneren der Sensorunterlage 1 eingebetteten Kanal 7 zur Kabelführung und Luftkühlung sowie einer unteren Schicht 9 auf, in welche eine Auswerteelektronik 3, 4, 5 eingebettet ist.
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1 d) zeigt einen weiteren Querschnitt durch eine gesamte Sensorunterlage 1. An der Oberfläche 8 sind die Sensoren 2 rasterartig in die Sensorunterlage 1 integriert. Im Inneren der Sensorunterlage 1 befindet sich eine Vielzahl von Kanälen 7 zur Kabelführung und Luftkühlung der Sensoren 2. In der unteren Schicht 9 ist die Auswerteelektronik 3, 4, 5 integriert. Die Auswerteelektronik 3, 4, 5 umfasst die Anschlussschnittstelle 3, einen Zeilenchip 4 zum zeilenweise Auslesen der in einer Sensormatrix angeordneten Sensoren 2 sowie eine zentrale Steuerelektronik 5. Die Verwendung eines Zeilenchips hat den Vorteil, dass die Auslese- und Verarbeitungsgeschwindigkeit der Signale erhöht wird. Die zentrale Steuerelektronik 5 umfasst einen Analog/DigitalWandler, eine CPU und einen Akkumulator. Mögliche Akkumulatorausführungen sind Ni-Cd, Mi-MH, Li-Ion, Li-polymer, LiFePO4, Lead-Sealed, etc.
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1 e) zeigt eine schematische Ansicht der Sensormatrix und des Zeilenchips der Sensorunterlage 1. Die Signale werden zeilenweise vom Zeilenchip ausgelesen und dann an die zentrale Steuerelektronik 5 gesendet.
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2 zeigt verschiedene Beispiele für einen integrierten Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 a) zeigt einen Spannungssensor mit übereinander angeordneten Kondensatorplatten 10 und 12 und einer zwischen den Kondensatorplatten 10 und 12 liegenden Isolator-Schicht 11. Die nahe der Oberfläche 8 der Sensorunterlage 1 hin zu platzierende, obere Kondensatorplatte 10 ist dabei über ein Spannungsmeter 13 mit einer Spannungsquelle 13 verbunden. Die ins Innere der Sensorunterlage 1 hin zu platzierende, untere Kondensatorplatte 12 ist mit der Erde verbunden. Durch Auflegen eines Objekts auf einen als Spannungssensor ausgeführten integrierten Sensor ändert sich der Abstand zwischen den Kondensatorplatten 10 und 12 und damit der kapazitive Widerstand und die Spannung zwischen den Kondensatorplatten 10 und 12. Die Spannungsänderung bildet das Signal des Sensors.
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2 b) zeigt einen Druckluft-Sensor. Der Druckluft-Sensor weist ein Sensorsubstrat mit einer düsenartigen Öffnung 16 zu einer an der Oberfläche 8 der Sensorunterlage zu platzierenden Oberseite des Sensorsubstrats auf. In der düsenartigen Öffnung 16 ist ein Drucksensor 17 angeordnet. Durch das Sensorsubstrat führt weiterhin ein Luftkanal 19 zur düsenartigen Öffnung16. In dem Luftkanal 19 wird auch ein Kabel 18 zur Signalweiterleitung von dem Drucksensor 17 geführt. Dem Luftkanal 18 wird Druckluft zugeführt, welche aus der düsenartigen Öffnung 18 ausströmt. Wird ein Objekt auf dem Sensor abgelegt, verdeckt dieses die düsenartige Öffnung teilweise oder ganz, wodurch der Luftdruck in der düsenartigen Öffnung 16 ansteigt. Dieser Druckanstieg kann vom Drucksensor 17 gemessen und als Signal über das Kabel 18 an die Auswerteelektronik 3, 4, 5 weitergeleitet werden. Alternativ dazu kann die düsenartige Öffnung 16 mit einem Deckel verschlossen sein. In diesem Fall strömt keine Luft aus der düsenartigen Öffnung 16 aus, sondern in der düsenartigen Öffnung 16 herrscht ein konstanter Luftdruck. Wird dann ein Objekt auf den Sensor gelegt, wird der Deckel leicht in die Öffnung 16 hineingedrückt, wodurch sich der Luftdruck in der Öffnung 16 erhöht. Diese Druckänderung kann als Signal an die Auswerteelektronik 3, 4, 5 weitergeleitet werden. Ein derartiger Drucksensor kann auch als Gewichtssensor dienen, bei dem der Deckel je nach Gewicht des Objekts in einem gewissen Maße in die Öffnung 16 gedrückt wird und der Druck in der Öffnung 16 in entsprechend gewissem Maße ansteigt.
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2 c) zeigt einen Infrarot-Sensor mit einer Lichtöffnung 20, einer in der Lichtöffnung 20 angeordneten Infrarot-Strahlungsquelle -und Empfänger 21 und einem Luftkanal 22 zur Belüftung der Infrarot-Strahlungsquelle -und Empfänger 21. Die Infrarot-Strahlungsquelle -und Empfänger 21 kann über ein in dem Luftkanal 22 geführten Kabel 23 zur Signalweiterleitung mit der Auswerteelektronik 3, 4, 5 verbunden werden. Die Infrarot-Strahlungsquelle - und Empfänger 21 strahlt über die Lichtöffnung 20 kontinuierlich InfrarotLicht ab. Wird die Lichtöffnung 20 durch ein auf dem Sensor liegendes Objekt abgedeckt, wird zumindest ein Teil des abgestrahlten Infrarot-Lichts an der Oberfläche des Objekts zurück in die Lichtöffnung 20 reflektiert und von der Infrarot-Strahlungsquelle und-Empfänger empfangen. Der Empfang von Infrarot-Licht in der Infrarot-Strahlungsquelle -und Empfänger 21 kann als Signal über das Kabel 23 an die Auswerteelektronik 3, 4, 5 weitergeleitet werden.
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2 d) zeigt einen Druckschalter-Sensor mit einer Druckfläche 24 an der Sensoroberseite und einem an der Druckfläche 24 befestigten, zur Sensorunterseite weisenden Kontaktelement 25. An der Unterseite des Sensors befindet sich eine elektrisch leitfähige Fläche 26, die unterhalb des Kontaktelements 25 eine Unterbrechung aufweist. An der Leitfähigen Fläche liegt eine elektrische Spannung an. Liegt auf dem Druckschalter-Sensor ein Objekt auf, wird die Druckfläche 24 zur Unterseite gedrückt, wobei das Kontaktelement 25 mit der leitfähigen Fläche 26 zu beiden Seiten der Unterbrechung in elektrischen Kontakt gebracht wird. Durch das Kontaktelement 25 wird die Unterbrechung überbrückt, sodass sich die an der leitfähigen Fläche 26 anliegende Spannung ändert und ein elektrischer Strom fließen kann. Die Spannungsänderung und/oder die Stromänderung kann als Signal an die Auswerteelektronik 3, 4, 5 weitergeleitet werden.
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2 e) einen Mikroschalter-Sensor mit einer Druckfläche 28 und einem Schaltelement 27. Durch Auflegen eines Objekts auf die Druckfläche 28 wird die Druckfläche 28 auf das Schaltelement 27 gedrückt, wodurch sich ein Stromkreis schließt. Eine resultierende Strom- und/oder Spannungsänderung kann als Signal an die Auswerteelektronik 3, 4, 5 weitergeleitet werden.
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3 zeigt verschiedene Beispiele für Auslesechips bzw. -Verfahren zum Auslesen einer Vielzahl von integrierten Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung. In 3 a) weist die Sensorunterlage 1 einen Zeilenchip 40 auf, der zeilenweise die Signale der Sensoren 2 in der Sensormatrix ausliest. Jede Zeile wird dann die zentrale Steuerelektronik weitergeleitet. Die zentrale Steuerelektronik weist im Wesentlichen einen Analog/Digital(A/D)-Wandler 50 auf, der die analogen Signale aus den Sensoren digitalisiert. Die digitalisierten Signale können dann über einen I2C-Bus an einen Mikrokontroller zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden.
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3 b) zeigt eine Sensormatrix der Sensorunterlage 1, wobei zwischen zwei Spalten von Sensoren 2 ein Schieberegister 41 angeordnet ist. Bei dieser Variante werden die Signaldaten jeder Spalte von Sensoren 2 in ein Schieberegister 41 verschoben und dann spaltenweise an die zentrale Steuerelektronik weitergeleitet. In der zentralen Steuerelektronik werden die Signaldaten zunächst im A/D-Wandler digitalisiert und anschließend über einen I2C-Bus an den Mikrokontroller zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet.
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In 3 c) werden die Signaldaten der Sensoren 2 aus der Sensormatrix in ein Matrixregister 43 verschoben und von dort in ein serielles Ausleseregister 42 überführt. Von dem seriellen Ausleseregister 42 werden die Signaldaten zur weiteren Verarbeitung an den Mikrokontroller 52 weitergeleitet.
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4 zeigt ein Beispiel einer Erfassung eines zweidimensionalen Kontaktprofils eines Objekts auf zwei Sensorunterlagen oder auf einer Sensorunterlage zu verschiedenen Zeitpunkten gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt ein Beispiel einer Erfassung einer Gewichtsverteilung bzw. eines dreidimensionalen Kontaktprofils zusammen mit einem Gewicht eines Objekts auf zwei Sensorunterlagen oder auf einer Sensorunterlage zu verschiedenen Zeitpunkten gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wenn ein Sandkern oder ein anderes Objekt 60, 61 auf die erste Sensorunterlage 1a gelegt wird, werden alle unter dem Sandkern oder Objekt 60, 61 liegenden Sensoren 2a nahezu gleichzeitig aktiviert. Diese Signale werden in der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung (IT-System) als erste Sensordaten zusammengeführt und als eine Identifikationsnummer (ID) gespeichert. Wird nun das Objekt 60, 61 von der ersten Sensorunterlage 1a abgehoben und auf eine zweite Sensorunterlage 1b abgelegt, kann eine Überführung der ID von Sensorunterlage 1 auf Sensorunterlage 2 auf verschiedenen Wegen stattfinden:
- 1. Zeit/Prozess-basiert: Dies erfordert Kenntnis vom Handhabungsprozess. Wird innerhalb von einer für den Prozess typischen Zeitspanne das Abheben eines Objekts 60, 61 von Sensorunterlage 1a registriert und das Ablegen eines Objekts 62, 63 auf Sensorunterlage 1b registriert, erhält das Objekt 62, 63 auf Sensorunterlage 1b die ID des Objekts 60, 61, das zuvor auf Sensorunterlage 1a lag.
- 2. Objekt-/Signalbasiert: Ist die Zahl der Sensoren 2a auf der Sensorunterlage 1a hoch genug, kann für jedes abgelegte Objekt 60, 61 neben einer ID auch ein Sensorprofil 70-73, 80-83 erzeugt werden. Dieses kann die belegte Oberfläche 70-73, die vom Objekt 60, 61 auf die Sensorunterlage 1a wirkende Gewichtskraft 80-83 oder andere Belegungseigenschaften umfassen. Wird nun das Abheben des Objekts 60, 61 von der ersten Sensorunterlage 1a und auf der zweiten Sensorunterlage 1b das Ablegen eines Objekts 62, 63 registriert, werden die Sensorprofile 70, 71 und 72, 73 bzw. 80, 81 und 82, 83 verglichen (Korrelation der ersten Sensordaten mit früher gespeicherten Sensordaten). Sind diese identisch oder gleichen sich diese stark, erhält das Objekt 62, 63 auf der zweiten Sensorunterlage 1b die ID des Objekts 60, 61, das zuvor auf der ersten Sensorunterlage 1a lag.
- 3. Kombiniert: Für erhöhte Zuverlässigkeit können die zwei zuvor beschriebenen ID-Überführungsverfahren kombiniert werden.
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Objekte müssen in das System eingeschleust und ausgeschleust werden. Sie bekommen bei der ersten Registrierung eine einzigartige ID. Die Vergabe einer neuen ID oder das Ausschleusen eines Objekts mit ID erfolgt prozessgesteuert, zeitgesteuert, wahrscheinlichkeitsgesteuert oder signalbasiert:
- 1. Prozessbasiert: Bestimmte Sensorunterlagen werden als Einschleusmatten definiert, z.B. an der Produktionsmaschine für neue Sandkerne (Kernschießmaschine). Alle abgelegten Objekte werden automatisch als neues Objekt registriert und bekommene eine neue, einzigartige ID zugewiesen. Äquivalent gibt es Ausschleusmatten. Alle darauf abgelegten Objekte werden nach Abheben als „dem Prozess entnommen“ definiert, z.B. an der Gussanlage, in welcher die Sandkerne durch Abguss verwendet und damit auch zerstört werden.
- 2. Zeitbasiert: Registriert eine Sensorunterlage ein abgelegtes Objekt, ohne dass in einer für den Prozess typischen Zeit vorher ein Objekt von einer Sensorunterlage abgehoben wurde, wird das abgelegte Objekt als neu definiert und bekommt eine neue, einzigarte ID. Ebenso wird ein abgehobenes Objekt als dem Prozess entnommen definiert, wenn in einer für den Prozess typischen Zeit kein Objekt auf einer anderen Sensorunterlage abgelegt wird.
- 3. Wahrscheinlichkeitsbasiert bzw. Objekt-/Signalbasiert: Wird ein Objekt abgelegt mit einem Sensorprofil, das keinem derzeit im Prozess befindlichen Profil entspricht, wird es als neues Objekt definiert und erhält eine neue ID. Wird dies mit den vorherigen Methoden kombiniert, kann eine Wahrscheinlichkeit berechnet werden, ob das Objekt neu ist oder nicht.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zum Zeitpunkt t1 wird ein Sandkern (Kern) in einer Kernschießanlage 90 produziert. Ein Roboter 91 legt den Kern auf den Inspektionstisch 92. Die Sensorunterlage 93 auf dem Inspektionstisch 92 meldet beim Belegen durch den Roboter 91 eine Zustandsänderung (t2) und gibt dem Kern die neue ID „ID5“. Durch die zeitliche Kopplung mit der Kernproduktionsmaschine 90 kann der ID5 noch die Eigenschaft „Ölraumkern“ hinzugefügt werden. Ein Werker hebt den Kern vom Tisch 92 und somit von der Sensorunterlage 93 ab, kontrolliert den Kern und legt ihn im Kernregal 94 und der dort platzierten Sensorunterlage 95 ab. Die Sensorunterlage 95 im Kernregal 94 meldet die Veränderung (Zeitpunkt t3). Das System erschließt aus der zeitlichen Nähe zwischen Abheben und Ablegen, dass der Kern ID5 nun im Kernregal 94 liegt und speichert die Standortänderung im System ab. Am Gießplatz 99 entnimmt ein Werker den Kern aus dem Regal 94 (t4). Die Entnahme wird durch die Sensorunterlage 95 im Kernregal 94 ans System gemeldet. Nachdem der Werker den Kern auf den Übergabetisch 96 gelegt hat (t5) registriert die dortige Sensorunterlage 97 die Ablage. Erneut erschließt sich das System durch die zeitliche Nähe der zwei Meldungen, dass Kern ID5 nun auf dem Übergabetisch 96 liegt und speichert die Änderung im System. Der Kern wird von einem Roboter 98 abgehoben und in die Kokille eingelegt. Die Sensorunterlage 97 am Tisch 96 meldet dies dem System (t6). Da die Sensorunterlage 97 am Übergabetisch 96 eine „Ausschleusmatte“ ist, wird der Kern als dem System entnommen bzw. in diesem Fall als „abgegossen“ definiert. Das als nächstes produzierte Gussteil erhält die ID5 als verwendeten Kern. Somit bleibt die Rückverfolgung von fertigem Gussteil und den dabei erzeugten Qualitätsberichten bis zum Zeitpunkt der Kernproduktion und den dort erhobenen Prozessparametern erhalten. Durch die Kombination der Daten können die Teilprozesse datengetrieben effizient optimiert werden.
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Neben den hier dargestellten Sandkernen können alle Arten von Artikeln mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen System zurückverfolgbar gemacht werden, z.B. Kunststoff-Komponenten, Halbzeuge, Autotüren, Automobile, Zementsäcke, Ziegelsteine, Paletten mit oder ohne Beladung usw. Auch die Identifikation und örtliche Verfolgung von Personen(-strömen) ist denkbar.
