DE102022132237A1

DE102022132237A1 - Laserbeschriftungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022132237A1
Application number: DE102022132237.8A
Authority: DE
Inventors: Bernward Mähner; Stefan Dengler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-16
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2023-11-16
Also published as: DE102022132238A1

Abstract

Eine Laserbeschriftungsvorrichtung (10) zur Beschriftung der Oberfläche (12) eines Bauteils (11), insbesondere eines Reifens (14), weist eine Laserquelle (26) zum Beschriften der Oberfläche (12) des Bauteils (11) und ein Kamerasystem (50) zum Erfassen und Anzeigen eines Markierbereichs (57) auf der Oberfläche (12) des Bauteils (11) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserbeschriftungsvorrichtung zur Beschriftung der Oberfläche eines Bauteils, insbesondere eines Formteils oder eines Reifens.
Im Anschluss an die Produktion von Bauteilen, wie beispielsweise eines Reifens, ist es oft erforderlich, diese für die Lagerhaltung und/oder für länder- oder kundenspezifische Informationen zu kennzeichnen. Die Kennzeichnung kann ein Prüfsiegel, eine Norm und/oder ein QR-Code, mittels dem Informationen hinsichtlich des Produktionsprozesses und/oder des Lagerplatzes abgerufen werden können, sein. Zur Kennzeichnung eines Reifens ist es bekannt, in eine Reifenseitenwand das Kennzeichen durch Lasereintrag einzugravieren.
Aus DE 20 2020 104 479 U1 geht eine Reifenmarkierungsvorrichtung zum Eingravieren eines Kennzeichens in eine Reifenseitenwand hervor. Die Reifenmarkierungsvorrichtung weist eine Reifenaufnahme zum Aufnehmen eines Reifens, beispielsweise in Form eines Förderbands, und eine Gravurvorrichtung, die mittels eines Laserstrahls graviert, auf. Bei der bekannten Reifenmarkierungsvorrichtung ist die Gravurvorrichtung stationär angeordnet, und die zu markierenden Reifen werden der Reifenmarkierungsvorrichtung über ein Förderband zugeführt. Dadurch weist die bekannte Reifenmarkierungsvorrichtung einen hohen Platzbedarf und eine geringe Flexibilität auf.
Eine platzsparende und flexibel einsetzbare Laservorrichtung ist aus DE 20 2017 103 770 U1 bekannt, die zum Reinigen von Oberflächen eingesetzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserbeschriftungsvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Beschriftung einer Oberfläche eines Bauteils ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Laserbeschriftungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Laserbeschriftungsvorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 26.
Gemäß der Erfindung wird eine Laserbeschriftungsvorrichtung zur Beschriftung einer Oberfläche eines Bauteils vorgeschlagen, die eine Laserquelle zum Beschriften der Oberfläche des Bauteils und ein Kamerasystem zum Erfassen und Anzeigen eines Markierbereichs auf der Oberfläche des Bauteils aufweist.
Mittels des Kamerasystems kann der Bediener den Markierbereich, einen in den Markierbereich eingravierten Text und/oder eine in den Markierbereich eingravierte Grafik sehen, oder den Beschriftungsprozess beobachten. Unter dem Markierbereich wird vorliegend derjenige Bereich auf der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils verstanden, innerhalb dem ein Text und/oder eine Grafik auf eine Oberfläche des Bauteils eingraviert wird. Das Kamerasystem kann eine Kamera und einen Monitor aufweisen. Vorteilhaft ist das Kamerasystem mit der Steuereinheit gekoppelt. So kann das Kamerasystem über eine Datenleitung, wie beispielsweise ein Datenkabel, oder per Funk mit der Steuereinheit verbunden sein. Der Text kann wenigstens eine Zahl, wenigstens einen Buchstaben und/oder wenigstens ein Sonderzeichen umfassen. Die Grafik kann wenigstens ein Symbol und/oder wenigstens einen QR-Code umfassen.
Die Laserbeschriftungsvorrichtung zeichnet sich zudem dadurch aus, dass diese für unterschiedliche industrielle Applikationen eingesetzt werden kann, da die Oberflächen einer Vielzahl an Bauteilen mittels der Laserbeschriftungsvorrichtung beschriftet werden können. Beispielsweise können metallische Oberflächen oder Kunststoff-Oberflächen mit der Laserbeschriftungsvorrichtung beschriftet werden. Die Beschriftung kann eine Grafik, ein QR-Code, Zahlen und/oder Zeichen umfassen. Im Rahmen der Erfindung kann für den Begriff Beschriftung auch der Begriff Kennzeichnung oder Markierung verwendet werden. Das Bauteil kann ein Formteil aus einem Metall und/oder einer Formmasse sein. Vorteilhaft ist das Bauteil ein Gummikörper, wie beispielsweise ein Reifen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kamerasystem wenigstens eine Kamera auf, die in der Laserbeschriftungsvorrichtung integriert ist, oder die separat zu der Laserbeschriftungsvorrichtung anordenbar ist. Wenn die Kamera in der Laserbeschriftungsvorrichtung integriert ist, kann die Kamera im Bereich der Fokussieroptik des Lasers angeordnet und auf den Markierbereich gerichtet sein. Wenn die Kamera separat zu der Laserbeschriftungsvorrichtung angeordnet ist, kann die Kamera außerhalb der Laserbeschriftungsvorrichtung, insbesondere außerhalb des Lasers, derart angeordnet sein, dass die Kamera auf den Markierbereich gerichtet ist. So kann die Kamera beispielsweise auf einem Stativ außerhalb der Laserbeschriftungsvorrichtung angeordnet sein. Vorteilhaft ist die Kamera mit einer Steuereinheit der Laserbeschriftungsvorrichtung gekoppelt. So kann die Kamera über eine Datenleitung, wie beispielsweise ein Datenkabel, oder per Funk mit der Steuereinheit verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kamerasystem eingerichtet, einen in die Oberfläche eingravierten Text und/oder eine in die Oberfläche eingravierte Grafik zu erfassen und entsprechende Signale an eine Steuereinheit zu senden, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, den erfassten Text und/oder die erfasste Grafik auf Korrektheit zu überprüfen. Unter Korrektheit im Sinne der Erfindung wird Richtigkeit und Vollständigkeit des Texts oder der Grafik verstanden. Vorteilhaft ist die Steuereinheit Bestandteil der Laserbeschriftungsvorrichtung. Alternativ ist das Kamerasystem eingerichtet, den erfassten Text und/oder die erfasste Grafik auf Korrektheit zu überprüfen. Hierzu kann das Kamerasystem eine Auswerteeinheit aufweisen. Die Auswerteeinheit kann eine Datenverarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise ein Computer auf dem zum Auswerten des erfassten Textes und/oder der erfassten Grafik eine Schrifterkennungssoftware gespeichert ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Laserbeschriftungsvorrichtung handgeführt oder maschinengeführt, vorzugsweise mittels eines Roboters oder eines Linearsystems geführt. Mittels der Maschinenführung kann die Laserbeschriftungsvorrichtung exakt positioniert werden. Zudem kompensiert die Maschinenführung das Gewicht der Laserbeschriftungsvorrichtung, so dass die Handhabung vereinfacht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Handeinheit mit einem Auslass für die Strahlung der Laserquelle auf. Die Handeinheit kann einen Laserkopf aufweisen, der über einen Lichtwellenleiter mit der Laserquelle verbunden ist. Zudem kann die Handeinheit eine Ablenkungsoptik zum Ablenken des Laserstrahls und/oder eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls aufweisen. Weiterhin vorteilhaft ist die Handeinheit an einem Manipulator angeordnet ist, der ausgestaltet ist, das Gewicht der Handeinheit zu kompensieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung einen Zeigelaser auf, der eingerichtet ist, einzugravierenden Text, Grafik und/oder Grenzen einer Markierung auf die Oberfläche des Bauteils zu projizieren, wobei das Kamerasystem eingerichtet ist, die Projektion zu erfassen. Vorteilhaft ist der Zeigelaser in den Laserkopf integriert oder separat zu dem Laserkopf, insbesondere neben der Fokussieroptik des Laserkopfes, angeordnet. Weiterhin vorteilhaft ist der Zeigelaser ein Laser der Laserklasse 1 oder 2 (vergleiche DIN EN 60825-1) und/oder eine Laserdiode. Vorteilhaft ist der Zeigelaser ausgestaltet, Licht im sichtbaren Bereich zu emittieren. Mit dem Zeigelaser kann die Markierung auf die Oberfläche des Bauteils projiziert werden und der Bediener sieht, wie die Markierung auf der Oberfläche des Bauteils positioniert ist. Unter einer Markierung wird vorliegend eine Beschriftung, also ein Text und/oder eine Grafik, verstanden, die auf die Oberfläche des Bauteils, insbesondere innerhalb des Markierbereichs auf die Oberfläche des Bauteils eingraviert wird. Die Markierung liegt innerhalb des Markierbereichs, wobei die Größe die Markierung kleiner oder gleich der Größe des Markierbereichs sein kann. Der Zeigelaser kann in einem Laserkopf integriert sein, oder der Zeigelaser kann separat zu dem Laserkopf, insbesondere neben einer Fokussieroptik des Laserkopfes, angeordnet sein. Der Zeigelaser kann ein Laser der Klasse 1 oder 2 sein. Der Zeigelaser kann eine Laserdiode, die Licht im sichtbaren Bereich aussendet, sein. Der Zeigelaser kann auch als Pilotlaser bezeichnet werden. Der Text kann wenigstens eine Zahl, wenigstens einen Buchstaben und/oder wenigstens ein Sonderzeichen umfassen. Die Grafik kann wenigstens ein Symbol und/oder wenigstens einen QR-Code umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Markierung innerhalb des Markierbereichs mittels einer Steuereinrichtung verschiebbar. Durch das Verschieben die Markierung innerhalb des Markierbereichs kann eine Lage der Markierung innerhalb des Markierbereichs verändert werden. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn der Bediener feststellt, dass die Markierung in einem Bereich des Markierbereichs liegt, in dem nicht markiert werden darf, oder in dem bereits ein Text und/oder eine Grafik vorhanden ist. Vorteilhaft ist das Markierfeld innerhalb des Markierbereichs verschiebbar, insbesondere lateral verschiebbar, und/oder drehbar. Vorteilhaft ist die Steuereinrichtung ein Joystick, ein Trackball ein Touchpad und/oder Steuerungstasten, mittels dem/denen die Markierung innerhalb des Markierbereichs verschoben, insbesondere lateral verschoben, werden kann, um die Markierung korrekt auf dem Bauteil zu positionieren. Ferner kann alternativ oder zusätzlich die Markierung innerhalb des Markierbereichs gedreht werden, um die Markierung korrekt auf dem Bauteil auszurichten. Die Steuereinrichtung kann an der Handeinheit angeordnet sein. Vorteilhaft weist der Zeigelaser eine Ablenkeinrichtung zum Verschieben der Markierung auf, wobei die Ablenkeinrichtung mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, so dass in Abhängigkeit von einer Eingabe der Steuereinrichtung die Markierung verschoben wird. Die Ablenkeinrichtung kann wenigstens einen Spiegel aufweisen, der den Laserstrahl des Zeigelasers verschwenkt, wobei der Spiegel über die Steuereinrichtung verschwenkt wird. Vorteilhaft kann der Monitor zur Ausrichtung der Markierung innerhalb des Markierbereichs Hilfslinien anzeigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zeigelaser vor einem Aufsetzen auf die Oberfläche des Bauteils eingeschalten. Hierzu kann ein Abstandsensor, wie beispielsweise ein Ultraschallsensor, mit dem Zeigelaser gekoppelt sein, der einen Abstand der Laserbeschriftungsvorrichtung zu der Oberfläche des Bauteils erkennt und den Zeigelaser startet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung einen Fadenkreuzlaser auf, der zur Positionierung der Laserbeschriftungsvorrichtung, vorzugsweise des Distanzkopfes, auf der Oberfläche des Bauteils ein Kreuz und/oder Hilfslinien auf die Oberfläche des Bauteils projiziert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kamerasystem Laserbeschriftungsvorrichtung einen Monitor und/oder eine Beleuchtungsvorrichtung auf. Das Livebild der Kamera des Kamerasystems kann der Bediener über einen im Gehäuse integrierten Monitor ansehen. Der Monitor kann ein Display, wie beispielsweise ein LCD oder ein OLED-Display sein. Ferner kann über eine Pilotlaserfunktion die Markierung, also der zu markierende Text und/oder Grafik auf den Markierbereich projiziert werden, und der Bediener sieht auf dem Monitor, wie der anschließend markierte Text und/oder Grafik auf der Oberfläche des Bauteils positioniert ist. Mittels der Beleuchtungsvorrichtung kann die Oberfläche des Bauteils beleuchtet werden. Die Beleuchtungsvorrichtung kann LED-Lampen aufweisen, die die Oberfläche des Reifens direkt und/oder indirekt beleuchten. Vorteilhaft bildet der Monitor den Markierbereich ab.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Laserquelle ein Festkörperlaser, vorzugsweise ein Faserlaser, oder ein CO2-Laser. Durch den Einsatz eines Festkörperlasers als Laserquelle können die Laserquelle und eine Laserstrahlauslassvorrichtung, wie beispielsweise eine Handeinheit oder ein Laserkopf, für den Laserstrahl räumlich voneinander getrennt werden. Dadurch weist die Laserstrahlauslassvorrichtung ein geringes Gewicht sowie einen kompakten und damit handlichen Aufbau auf. Darüber hinaus ermöglicht die Laserbeschriftungsvorrichtung aufgrund ihrer kompakten und leichtgewichtigen Laserstrahlauslassvorrichtung und der räumlichen Trennung von Laserquelle und Auslass einen flexiblen und platzsparenden Einsatz der Laserbeschriftungsvorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Laserquelle und die Laserstrahlauslassvorrichtung voneinander getrennt und über eine die Laserstrahlung leitende Verbindung, wie beispielsweise einen Lichtwellenleiter, miteinander verbunden. So kann die Laserquelle in einem mobilen oder stationären Steuerschrank einer Versorgungsvorrichtung angeordnet sein. Innerhalb des Steuerschranks kann eine speicherprogrammierbare Steuereinheit mit einem Steuerungs-PC zur Steuerung und Bedienung der Laserbeschriftungsvorrichtung sowie zur Überwachung und Verknüpfung von Sicherheitskriterien, eine Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle zur Bedienung der Steuereinheit, die auch als HMI bezeichnet werden kann, mit einer Bedienoberfläche in Form eines Touchscreens, eine Absaugvorrichtung zur Absaugung der Rauchgases und des Abbrandes und eine Filtervorrichtung für die Rauchgases und des Abbrandes angeordnet sein. Vorteilhaft ist der Festkörperlaser ein Laser der Laserklasse 4.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Festkörperlaser ein Faserlaser. Ein Faserlaser erlaubt es, die Laserquelle, also insbesondere eine oder mehrere Punktlaserdioden und eine Fokussieroptik durch einen Lichtwellenleiter miteinander zu verbinden, welche das Laserlicht nach Austritt aus der aktiven Faser von der Laserquelle zu der Fokussieroptik, die sich in der Handeinheit befinden kann, leitet. Der Faserlaser kann eine oder mehrere Pumplaserdioden, eine Einkoppeloptik und einen Resonator aufweisen.
Der Lichtwellenleiter kann auch als Lichtleitkabel bezeichnet werden. So kann der Lichtwellenweiter wenigstens ein Kabel aus Quarzglas oder Kunststoff umfassen, die die von der Laserquelle erzeugte Strahlung, insbesondere Laserstrahlung zu der Fokussieroptik der Handeinheit leitet. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter ein oder mehrere Glasfaserkabel aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung einen Laserkopf auf, der mit der Laserquelle verbunden ist und der eine Ablenkungsoptik zum Ablenken des Laserstrahls und/oder eine Fokussieroptik zum Fokussieren eines Laserstrahls aufweist. Über die Ablenkungsoptik wird die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung in Richtung des Auslasses gelenkt. Über die Fokussieroptik und den Auslass tritt die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung aus der Handeinheit zum Beschriften eines Bauteils aus. Mittels der Fokussieroptik wird die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung auf einen bestimmten Abstand gebündelt beziehungsweise fokussiert, um die zum Bearbeiten erforderliche Energiedichte im gewollten Arbeitsabstand herzustellen. Vorteilhaft ist die Fokussieroptik im Strahlengang der Ablenkungsoptik nachgeschaltet. Weiterhin vorteilhaft ist der Laserkopf über einen Lichtwellenleiter mit der Laserquelle verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserstrahlauslassvorrichtung einen Laserkopf auf, der mit der Laserquelle verbunden ist und der eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls aufweist. Über die Fokussieroptik und den Auslass tritt die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung aus der Handeinheit zum Beschriften eines Bauteils aus. Vorteilhaft weist der Laserkopf einen Laserscanner auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Steuereinheit auf, die eingerichtet ist, auf Basis wenigstens eines erfassten Sicherheitskriteriums einen Start der Laserquelle zu zulassen, wobei das Sicherheitskriterium ein in der Laserbeschriftungsvorrichtung gemessener Unterdruck und/oder ein ermittelter Differenzdruck und/oder ein erfasster Kontakt der Laserbeschriftungsvorrichtung mit der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils ist und/oder ein erfasster Schließkontakt, insbesondere eines Zugangs zu einer die Laserbeschriftungsvorrichtung umgebenden Kabine, ist. Da ein Start des Lasers nur dann möglich ist, wenn zumindest ein Sicherheitskriterium vorliegt, wird eine sichere Anwendung der Laserbeschriftungsvorrichtung, insbesondere eines Lasers der Klasse 4, gewährleistet. Vorteilhaft wird das Sicherheitskriterium von einem Sensor, wie beispielsweise einem Druck- oder einem Kontaktsensor, erfasst und an die Steuereinheit gesendet. Die Steuereinheit wertet das gesendete Sicherheitskriterium aus und entscheidet, ob das Sicherheitskriterium und damit die Bedingung zum Zulassen eines Starts des Festkörperlasers gegeben ist. Die Steuereinheit kann eine speicherprogrammierbare Steuereinheit sein. Vorteilhaft weist die Steuereinheit zum Auswerten des Sicherheitskriteriums eine Datenverarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einen Computer auf dem eine Software zum Auswerten des Sicherheitskriteriums gespeichert ist, auf. Die Steuereinheit kann über eine Datenleitung, wie beispielsweise ein Datenkabel, oder per Funk mit der Handeinheit, insbesondere mit wenigstens einem in der Handeinheit angeordneten Sensor, wie beispielsweise einem Druck- oder einem Kontaktsensor, verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Handeinheit mit einem Auslass für den Laserstrahl auf, wobei vorzugsweise in der Handeinheit der Laserkopf angeordnet ist. Durch den Einsatz eines Festkörperlasers als Strahlungsquelle können die Strahlungsquelle und die Handeinheit räumlich voneinander getrennt werden. Dadurch weist die Handeinheit ein geringes Gewicht sowie einen kompakten und damit handlichen Aufbau auf. Darüber hinaus ermöglicht die Laserbeschriftungsvorrichtung aufgrund ihrer kompakten und leichtgewichtigen Handeinheit und der räumlichen Trennung von Strahlungsquelle und Handeinheit einen flexiblen und platzsparenden Einsatz der Laserbeschriftungsvorrichtung. Über die Fokussieroptik und den Auslass tritt die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung aus der Handeinheit zum Beschriften eines Bauteils aus.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Strahlungsquelle und die Handeinheit voneinander getrennt und über eine die Strahlung, insbesondere eine Laserstrahlung, leitende Verbindung, wie beispielsweise einen Lichtwellenleiter, miteinander verbunden. So kann die Strahlungsquelle in einem mobilen oder stationären Steuerschrank einer Versorgungsvorrichtung angeordnet sein. Innerhalb des Steuerschranks kann eine speicherprogrammierbare Steuereinheit mit einem Steuerungs-PC zur Steuerung und Bedienung der Laserbeschriftungsvorrichtung sowie zur Überwachung und Verknüpfung von Sicherheitskriterien, eine Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle zur Bedienung der Steuereinheit, die auch als HMI bezeichnet werden kann, mit einer Bedienoberfläche in Form eines Touchscreens, eine Absaugvorrichtung zur Absaugung der Rauchgases und des Abbrandes und eine Filtervorrichtung für die Rauchgases und des Abbrandes angeordnet sein. Vorteilhaft ist der Festkörperlaser ein Laser der Klasse 4. Der Lichtwellenleiter kann auch als Lichtleitkabel bezeichnet werden. So kann der Lichtwellenweiter wenigstens ein Kabel aus Quarzglas oder Kunststoff umfassen, die die von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlung, insbesondere Laserstrahlung zu der Fokussieroptik der Handeinheit leitet. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter ein oder mehrere Glasfaserkabel aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Handeinheit derart ausgebildet, dass diese manuell, das heißt händisch, durch einen Bediener gegriffen und bedient werden kann. Zum Beschriften einer Oberfläche eines Bauteils, wie beispielsweise einer Seitenwand eines Reifens, nimmt der Bediener die Handeinheit und setzt diese auf die zu markierende Fläche der Reifenseitenwand auf. Durch Aktivierung der Laserquelle, beispielsweise durch Einschalten der Laserbeschriftungsvorrichtung mittels eines an der Handeinheit angeordneten Startknopfs, wird der Beschriftungsprozess gestartet. Während des Beschriftungsprozesses muss der Bediener die Handeinheit an die Reifenseitenwand angedrückt lassen. Nach erfolgter Beschriftung entfernt der Bediener die Handeinheit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit einen den Auslass umgebenden Distanzkopf auf, der ausgebildet ist, den zum Beschriften des Bauteils erforderlichen Abstand einzuhalten. Der Distanzkopf gewährleistet den für die Fokussierebene erforderlichen Arbeitsabstand. Zudem ermöglicht der Distanzkopf, den Markierbereich mit der Laserstrahlung gegenüber der Umgebung abzugrenzen. Vorteilhaft bildet der Distanzkopf den Auslass der Handeinheit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem freien Ende des Distanzkopfes ein Sicherheitsring angeordnet, der über wenigstens ein Federmittel bewegbar an den Distanzkopf gekoppelt ist. Beim Beschriften einer Oberfläche eines Bauteils wird der Sicherheitsring durch Andrücken der Handeinheit an die Oberfläche des Bauteils gegen das freie Ende des Distanzkopfs gedrückt. Dadurch wird ein zwischen dem Sicherheitsring und dem Distanzkopf vorhandener Spalt geschlossen und es entsteht ein Unterdruck in einem Absaugbereich der Handeinheit. Der gemessene Unterdruck kann als Sicherheitskriterium verwendet werden, damit der Laservorgang gestartet werden kann. Der infolge des Federmittels vorhandene Spalt beziehungsweise Abstand zwischen dem Sicherheitsring und dem Distanzkopf kann auch als Schaltweg bezeichnet werden. Vorteilhaft beträgt der Schaltweg im unbelasteten Zustand zwischen ca. 5 mm und ca. 15 mm, insbesondere 10 mm auf. Das Federmittel kann eine Druckfeder sein. Die Feder kann mit dem Distanzkopf und/oder dem Sicherheitsring form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Vorteilhaft können mehrere Federmittel vorgesehen sein, die in äquidistanten Abständen um einen Auslass des Distanzkopfs angeordnet sein können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Distanzkopf wenigstens eine Dichtlippe auf. Dadurch wird bei Anlage des Distanzkopfes an die Oberfläche des Bauteils eine ausreichende Dichtheit geschaffen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Distanzkopf eine Sensorvorrichtung auf, die durch Anlage des Sicherheitsringes an dem Distanzkopf ein als Sicherheitskriterium dienendes Signal an die Steuereinheit sendet. Somit erkennt die Sensorvorrichtung, wenn der Sicherheitsring an dem freien Ende des Distanzkopfes anliegt. Liegt der Sicherheitsring an, sendet die Sensorvorrichtung ein Signal an die Steuereinheit der Laserbeschriftungsvorrichtung, die dann ein Starten der Laserquelle zulässt. Somit dient das von der Sensorvorrichtung gesendete Signal als Sicherheitskriterium, um den Laservorgang zu starten. Vorteilhaft teilt die Steuereinheit dem Bediener die Freigabe der Laserquelle akustisch und/oder optisch mit, dass das Sicherheitskriterium erfüllt ist und die Laserquelle gestartet werden kann. Ist der Ring angedrückt, ist ein Sicherheitskriterium zum Starten der Laserquelle erfüllt. Die Sensorvorrichtung kann eine Vielzahl an Sensoren aufweisen, die innenumfangsseitig an dem Distanzkopf in äquidistanten Abständen angeordnet sind. Dadurch kann die Sensorvorrichtung erkennen, wenn der Sicherheitsring über seinen gesamten Umfang an dem Distanzkopf anliegt. Vorteilhaft wird die Sensorvorrichtung aktiviert, wenn der Spalt zwischen Sicherheitsring und Distanzkopf geschlossen ist, das heißt, wenn der Schaltweg der Federmittel überwunden ist, in dem der Bediener die Handeinheit gegen die Federkraft an den Distanzkopf drückt. Das Signal kann auch als Sicherheitssignal bezeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sensorvorrichtung Sensoren, insbesondere induktive Sensoren und/oder taktile Schaltelemente, vorzugsweise Mikroschalter auf. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Sensorvorrichtung geschaffen. Vorteilhaft weist die Sensorvorrichtung vier induktive Sensoren auf, die als induktive Schalter ausgebildet sein können. Induktive Sensoren sind als kostengünstige Standardbauteile erhältlich. Vorteilhaft ist jeweils ein induktiver Sensor innerhalb einer Feder angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit eine Luftführungseinrichtung zum Führen von Luft innerhalb der Handeinheit auf. Die Luftführungseinrichtung führt einerseits Frischluft an den Laserkopf zur Kühlung und leitet Luft innerhalb der Handeinheit möglichst nahe an der Oberfläche des Bauteils vorbei, damit der Abbrand effektiv abgesaugt wird und keine Partikel in den Bereich einer Austrittslinse des Laserkopfes ankommen, welche sich in die Optik des Laserkopfes einbrennen und diese schädigen könnten. Im Falle des Einsatzes einer Kamera sowie einer Beleuchtungsvorrichtung in der Handeinheit ermöglicht die Luftführungseinrichtung, dass durch das effektive Absaugen des Abbrandes die Bildqualität und die Helligkeit der Beleuchtung während des Beschriftungsprozesses erhalten bleiben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Luftführungseinrichtung eine Trennplatte auf, die einen Innenraum der Handeinheit in einen ersten Bereich mit Normaldruck und einen zweiten Bereich mit Unterdruck unterteilt. Die Trennplatte teilt somit einen Innenraum der Handeinheit in zwei Bereiche, nämlich einen ersten Bereich mit Normaldruck, über den die Handeinheit mit Frischluft versorgt und der Laserkopf gekühlt wird, und einen zweiten Bereich mit Unterdruck, über den die Rauchgase und der Abbrand abgesaugt wird. Um die Handeinheit mit Frischluft zu versorgen, kann ein Gehäuse der Handeinheit mit Schlitzen versehen sein. Vorteilhaft befinden sich der Laserkopf, die Kamera und die Beleuchtungsvorrichtung in dem ersten Bereich, in dem Normaldruck herrscht. Der zweite Bereich kann auch als Absaugbereich bezeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Luftführungseinrichtung ein Luftleitblech auf, das ausgebildet ist, Luft an die zu beschriftende Oberfläche des Bauteils zu führen. Dadurch kann der Abbrand effektiv abgesaugt werden, so dass keine Partikel in dem Bereich der Austrittslinse kommen, die möglicherweise einbrennen und die Fokussieroptik schädigen könnten. Am Kamera-Objektiv würde der Abbrand die Bildqualität reduzieren und die Beleuchtung würde an Helligkeit verlieren. Vorteilhaft ragt das Luftleitblech in Richtung der aus dem Laserkopf austretenden Laserstrahlung von der Trennplatte ab. Weiterhin vorteilhaft ragt das Luftleitblech in den Distanzkopf hinein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit einen Drucksensor zum Messen des Drucks, insbesondere Luftdrucks, im ersten Bereich und/oder im zweiten Bereich auf, wobei der gemessene Druck und/oder ein aus dem gemessenen Druck abgeleitete Druckdifferenz als Sicherheitskriterium dient und an die Steuereinheit gesendet wird. Wenn der Sicherheitsring an dem Distanzkopf anliegt und somit der Spalt zwischen dem Distanzkopf und dem Sicherheitsring geschlossen ist, entsteht ein Unterdruck in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich beziehungsweise dem Absaugbereich und/oder eine Druckdifferenz in der Handeinheit. Dieser Unterdruck und/oder Druckdifferenz kann mit dem Drucksensor gemessen werden, wobei der gemessene Unterdruck und/oder die gemessene Druckdifferenz an die Steuereinheit gesendet und von dieser ausgewertet wird. Ergibt die Auswertung, dass ein Unterdruck in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich und/oder eine Druckdifferenz vorliegt, so lässt die Steuereinheit eine Aktivierung der Laserquelle zu. Der gemessene Unterdruck und/oder die gemessene Druckdifferenz dient somit als weiteres Sicherheitskriterium, damit der Laservorgang gestartet werden kann. Vorteilhaft teilt die Steuereinheit dem Bediener die Freigabe der Laserquelle akustisch und/oder optisch mit, dass das Sicherheitskriterium erfüllt ist und die Laserquelle gestartet werden kann. Vorteilhaft ist der Drucksensor im ersten Bereich angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit ein Gehäuse und vorzugsweise wenigstens ein an dem Gehäuse angeordnetes Griffteil zum Greifen der Handeinheit auf. Über das Griffteil hält der Bediener die Handeinheit in der Hand. Vorteilhaft kann an dem Griffteil eine Signallampe angebracht sein, die anzeigt, sobald das System die Sicherheitskriterien (angedrückter Sicherheitsring und/oder Messung eines Unterdruckes) erfüllt und somit sicher ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit eine Auslöseeinrichtung zum Starten des Beschriftungsprozesses auf, wobei vorzugsweise die Auslöseeinrichtung an dem wenigstens einen Griffteil angeordnet ist. Der Bediener kann den Beschriftungsprozess mit der Auslöseeinrichtung nur dann starten, wenn alle Sicherheitskriterien (angedrückter Sicherheitsring und/oder Messung eines Unterdruckes) erfüllt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit eine Signaleinrichtung, vorzugswiese eine Signallampe und/oder ein Signalhorn auf, die ein optisches und/oder ein akustisches Signal abgibt, wenn Steuereinheit wenigstens ein Sicherheitskriterium erfasst. Folglich gibt die Signaleinrichtung nur ein optisches und/oder ein akustisches Signal ab, wenn die Steuereinheit erkennt, dass eines der Sicherheitskriterien oder beide Sicherheitskriterien erfüllt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Absaugvorrichtung auf, die vorzugsweise ausgebildet ist, während des Beschriftungsprozesses entstehende Partikel, insbesondere Abbrand, und/oder Abgase abzusaugen. Die Absaugvorrichtung saugt die, Rauchgase und/oder die Partikel, insbesondere den Abbrand, während des Beschriftungsprozesses ab. Die Absaugvorrichtung kann über einen Abluftschlauch mit der Handeinheit verbunden sein, über den die während des Beschriftungsprozesses entstehenden Rauchgase und/oder Partikel, insbesondere den Abbrand, abgesaugt werden können. Vorteilhaft ist der Abluftschlauch innerhalb eines flexiblen Schlauches der die Handeinheit mit einer Versorgungsvorrichtung verbindet, geführt. Die Absaugvorrichtung kann eine Vakuumpumpe sein. Die Vakuumpumpe kann in einer Versorgungsvorrichtung, in der auch die Laserquelle angeordnet sein kann, angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Filtervorrichtung, durch welche die abgesaugten Rauchgase und/oder die angesaugten Partikel, insbesondere der abgesaugte Abbrand, geführt werden, auf. Die Filtervorrichtung kann einen Filter, durch den die Rauchgase und/oder die Partikel, insbesondere der Abbrand, geführt werden, und einen Aktivkohlefilter, der den Geruch des Abbrandes und der Rauchgase eliminiert, aufweisen. Die Filtervorrichtung kann in einer Versorgungsvorrichtung der Laserbeschriftungsvorrichtung, in der auch die Laserquelle und die Absaugvorrichtung angeordnet sein können, angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Laserbeschriftungsvorrichtung eine Versorgungsvorrichtung auf, die die Laserquelle aufweist. Die Versorgungsvorrichtung kann einen stationären oder mobilen Schaltschrank aufweisen, innerhalb dessen die Laserquelle angeordnet ist. Die Versorgungsvorrichtung kann eine speicherprogrammierbare Steuereinheit mit einem Steuerungs-PC zur Steuerung und Bedienung der Laserbeschriftungsvorrichtung sowie zur Überwachung und Verknüpfung der Sicherheitskriterien, eine Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle zur Bedienung der Steuereinheit, die auch als HMI bezeichnet werden kann, mit einer Bedienoberfläche in Form eines Touchscreens, eine Absaugvorrichtung zur Absaugung der Rauchgase und des Abbrandes und eine Filtervorrichtung für die Rauchgase und des Abbrandes aufweisen. Die Versorgungsvorrichtung kann mit einer Laserauslassvorrichtung, insbesondere einer Handeinheit oder einem Laserkopf, über einen flexiblen Schlauch verbunden sein, wobei in dem flexiblen Schlauch eine den Laserstrahl von der Laserquelle zu der Laserauslassvorrichtung leitende Verbindung angeordnet sein kann. Der flexible Schlauch gewährleistet eine Zugentlastung, damit der empfindliche Lichtwellenleiter, welcher den in der Handeinheit befindlichen Laserkopf mit der Laserquelle verbindet, und eine Datenleitung, die die Steuereinheit mit der Handeinheit verbindet, geschützt werden, wenn der Bediener an der Handlasereinheit zieht. Darüber hinaus ist der Schlauch trittfest, um den empfindlichen Lichtwellenleiter und die empfindliche Datenleitung zu schützen. Über den Schlauch kann zudem Frischluft in die Handeinheit nachströmen, insbesondere in den ersten Bereich mit Normaldruck strömen, was zu einem Luftaustausch in der Versorgungsvorrichtung führt. Hierzu kann die Luft über entsprechend große Luftfilter angesaugt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Versorgungsvorrichtung mit der Handeinheit über einen flexiblen Schlauch verbunden ist, innerhalb dessen ferner vorzugsweise der Lichtwellenleiter angeordnet ist. Vorteilhaft ist die Versorgungsvorrichtung fahrbar ausgestaltet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Handeinheit eine Einhängevorrichtung zum Einhängen an der Versorgungsvorrichtung auf, wobei vorzugsweise im eingehängten Zustand die Laserquelle nicht aktivierbar ist. Ist die Handeinheit am Steuerschrank eingehängt, ist ein Sicherheitskreis unterbrochen. Dies wird von der Steuereinheit erkannt, die daraufhin eine Aktivierung der Laserquelle über eine Auslöseeinrichtung nicht zulässt. Mit der Einhängevorrichtung werden somit drei voneinander unabhängige Sicherheitskriterien geschaffen, die zusammen eine sichere Anwendung der Laserbeschriftungsvorrichtung gewährleisten. Vorteilhaft weist das erste Griffteil die Einhängevorrichtung auf. Weiterhin vorteilhaft ist die Einhängevorrichtung als ein Haken ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse der Handeinheit aus gefrästen Metallplatten, insbesondere Aluminiumplatten, und/oder im 3D-Druck hergestellten Bauteilen gebildet.
Nachfolgend werden die Laserbeschriftungsvorrichtung sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt:

1 eine Vorderansicht einer Laserbeschriftungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfassend eine Versorgungsvorrichtung mit einer Innenansicht, einer Handeinheit mit einer Innenansicht und einem die Versorgungsvorrichtung und die Handeinheit verbindenden flexiblen Schlauch;
2 eine vergrößerte Darstellung der Handeinheit von 1;
3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Handeinheit von 1;
4 eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Handeinheit;
5 einen vergrößerten Teilausschnitt eines Distanzkopfes der Handeinheit von 1;
6 eine vergrößerte Darstellung der Handeinheit von 1, die einen im Querschnitt dargestellten Reifen markiert; und
7 eine schematische Darstellung einer Laserbeschriftungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Laserbeschriftungsvorrichtung 10 zur Beschriftung einer Oberfläche 12 eines Bauteils 11, insbesondere einer Oberfläche einer Reifenseitenwand 13 eines Reifens 14, wie dies in 4 dargestellt ist, gezeigt.
Die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 weist eine Versorgungsvorrichtung 16, eine Handeinheit 18 und einen die Versorgungsvorrichtung 16 und die Handeinheit 18 miteinander verbindenden flexiblen Schlauch 20 auf.
Die Versorgungsvorrichtung 16 ist vorliegend eine stationäre Versorgungsvorrichtung 16 und weist einen Steuerschrank 22, der über Füße 24 stationär gelagert ist, auf. In einer alternativen Ausführungsform kann die Versorgungsvorrichtung 16 eine mobile Versorgungsvorrichtung 16 sein. Hierzu kann die Versorgungsvorrichtung 16 mit Rollen versehen sein.
Der Steuerschrank 22 weist eine Laserquelle 26, eine Steuereinheit 28, eine Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29, eine Absaugvorrichtung 32 und eine Filtervorrichtung 34 auf.
Die Laserquelle 26 ist ein Festkörperlaser, insbesondere ein Faserlaser, der einen Laserstrahl erzeugt, der zu der Handeinheit 18 geführt wird und aus selbiger Austritt, um die Reifenoberfläche 12 zu beschriften, wie dies im Folgenden noch näher erläutert wird. Der Faserlaser ist ein Laser der Klasse 4 mit einem Laserscanner und kann eine oder mehrere Pumplaserdioden, eine Einkoppeloptik und einen Resonator aufweisen.
Die Steuereinheit 28 ist eine speicherprogrammierbare Steuereinheit, die auch als SPS bezeichnet werden kann. Die Steuereinheit 28 weist einen nicht dargestellten Computer, wie beispielsweise einen Steuerungs-PC, auf, der zur Steuerung und Bedienung der Laserbeschriftungsvorrichtung 10 sowie zur Überwachung und Verknüpfung von Sicherheitskriterien dient. Die Steuereinheit 28 ist über eine nicht dargestellte Datenleitung, wie beispielsweise ein Datenkabel, mit der Handeinheit 18 verbunden. Die Datenleitung wird innerhalb des flexiblen Schlauches 20 zu der Handeinheit 18 geführt.
Die Steuereinheit 28 wird über die Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29, die auch als HMI bezeichnet werden kann, bedient. Hierzu weist die Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29 eine Bedienoberfläche 30 in Form eines Touchscreens 31 auf, über den die Steuereinheit 28 und damit die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 bedient werden kann.
Die Absaugvorrichtung 32 ist eine Vakuumpumpe und dient zur Absaugung der während des Beschriftungsprozesses entstehenden Rauchgase und des Abbrandes.
Die Filtervorrichtung 34 dient zur Eliminierung der während des Beschriftungsprozesses entstehenden Rauchgase und Geruchs. Hierzu kann die Filtervorrichtung einen nicht dargestellten Filter sowie Aktivkohlefilter aufweisen. Die Rauchgase und der Abbrand werden durch den Filter geführt und der Geruch wird durch den Aktivkohlefilter eliminiert.
Der flexible Schlauch 20, der in 1 ausschnittsweise dargestellt ist, verbindet die Versorgungsvorrichtung 16 mit der Handeinheit 18. Innerhalb des flexiblen Schlauchs 20 ist ein Lichtwellenleiter 35 angeordnet, der den in der Laserquelle 26 erzeugten Laserstrahl in die Handeinheit 18 leitet. Zudem sind in dem flexiblen Schlauch 20 wenigstens eine nicht dargestellte Datenleitung, welche Vorrichtungen der Handeinheit, wie beispielsweise einen Laserkopf 46, eine Kamera 50 und/oder eine Beleuchtungsvorrichtung mit Steuersignalen der Steuereinheit 18 und mit Strom versorgen, und einen Abluftschlauch 37, über den die Rauchgase und der Abbrand mittels der Absaugvorrichtung 32 abgesaugt werden, geführt.
Der flexible Schlauch 20 dient zur Zugentlastung für den empfindlichen Lichtwellenleiter 35 und der Datenleitung sowie dem Abluftschlauch 37, wenn ein nicht dargestellter Bediener an der Handeinheit 18 zieht. Zudem ist der flexible Schlauch 20 trittfest ausgebildet, so dass er die empfindliche Datenleitung und den Lichtwellenleiter 35 schützt. Des Weiteren strömt über den flexiblen Schlauch 20 Frischluft in die Handeinheit 18 nach, was zu einem Luftaustausch im Steuerschrank 22 führt. Die Luft wird über einen nicht dargestellten Luftfilter, der in dem Steuerschrank 22 angeordnet ist, angesaugt.
Die Handeinheit 18 weist ein Gehäuse 36 auf, das aus gefrästen Platten, insbesondere gefrästen Aluminiumplatten, und/oder im 3D-Drucker hergestellten Formteilen gebildet ist.
Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 36 ein erstes Griffteil 38 und ein zweites Griffteil 40 auf. Über die zwei Griffteile 38, 40 hält der Bediener die Handeinheit 18 in der Hand. An dem zweiten Griffteil 40 ist eine Signallampe 42 angebracht, die anzeigt, dass die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 alle Sicherheitskriterien erfüllt, wie dies im Folgenden noch näher erläutert wird und dadurch gestartet werden kann. Zudem ist an dem zweiten Griffteil 40 eine Auslöseeinrichtung 44 angeordnet, die ein Startknopf 94 ist, der insbesondere in den 3 und 4 ersichtlich ist. Über die Auslöseeinrichtung kann der Beschriftungsprozess gestartet werden, wenn die Signallampe 42 leuchtet und damit alle Sicherheitskriterien erfüllt sind.
Das erste Griffteil 38 weist eine als Haken 47 ausgebildete Einhängevorrichtung 46 auf, mit dem sich die Handeinheit 18 an dem Steuerschrank 22 einhängen lässt. Ist die Handeinheit 18 am Steuerschrank 22 eingehängt, ist ein Sicherheitskreis unterbrochen. Dies wird von der Steuereinheit 18 erkannt, die daraufhin eine Aktivierung der Laserquelle 26 unterbindet.
Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist, ist innerhalb des Gehäuses 36 ein Laserkopf 48, ein nicht dargestellter Zeigelaser, ein Kamerasystem 50 und ein Drucksensor 52 angeordnet.
Der Laserkopf 48 ist über den Lichtwellenleiter 35 mit der Laserquelle 26 verbunden, wobei der Laserkopf 48 den Laserstrahl zur Beschriftung der Reifenoberfläche 12 abgibt. Zur Fokussierung und Bündelung des Laserstahls für den Beschriftungsprozess weist der Laserkopf 46 im Bereich des Auslasses 54 eine nicht dargestellte Ablenkeinrichtung und im Strahlengang nachgeschaltet eine Fokussieroptik 56 auf.
Die Ablenkeinrichtung umfasst zweckmäßigerweise einen Galvoscanner, der einen über ein Steuersignal in der Regel um wenigstens zwei Achsen kippbaren Spiegel umfasst. Die Ablenkreinrichtung dient dazu, den Laserstrahl abzulenken, also insbesondere in einem Markierbereich 57 zu positionieren.
Die Fokussieroptik 56 dient dazu, den Laserstrahl zu fokussieren, um die erforderliche Energiedichte im gewählten Arbeitsabstand zu gewährleisten.
Der Zeigelaser, der auch als Pilotlaser bezeichnet werden kann, ist ein Laser der Laserklasse 1 oder 2 (vergleiche DIN EN 60825-1) und projiziert die Markierung, also den Text und/oder die Grafik innerhalb des Markierbereichs 57 auf die Oberfläche 12 des Bauteils 11, so dass der Bediener über das Kamerasystem 50 sieht, wie der anschließend markierte Text und/oder Grafik auf der Oberfläche 12 des Reifens 14 positioniert ist.
Das Kamerasystem 50 weist eine Kamera 50 und einen im Gehäuse 36 integrierten Monitor 58 auf. Die Kamera 50 ist im Bereich der Fokussieroptik 56 angeordnet und auf den Markierbereich 57 gerichtet. Das Livebild des Markierbereichs 57 kann der Bediener über den Monitor 58 sehen.
Wie in den 3 und 4 ersichtlich ist, weist die Handeinheit 18 eine Steuereinrichtung 90 auf, mittels der der Zeigelaser gesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung 90 weist Richtungstasten 96 zum lateralen Verschieben des Laserstrahls des Zeigelasers innerhalb des Markierbereichs 57 auf. Insbesondere wird über die Richtungstasten 96 eine nicht dargestellte Ablenkeinrichtung des Zeigelasers, beispielsweise ein Spiegel, der den Laserstahl des Zeigelasers ablenkt, gesteuert. Zur Ausrichtung der Markierung 92 innerhalb des Markierbereichs 57 sind auf die Oberfläche 12 Hilfslinien 98 mittels nicht dargestellten Fadenkreuzlaser projiziert. Ein Verschieben der Markierung 92 kann erforderlich, wenn, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, die Markierung 92 (die hell dargestellte Markierung) nicht korrekt positioniert ist. Durch Betätigung der Richtungstasten 96 wird die Markierung 92 innerhalb des Markierbereichs 57 lateral in die korrekte Position (die dunkel dargestellte Markierung) verschoben. Darüber hinaus kann ein Verschieben der Markierung 57 erforderlich sein, wenn der Bediener feststellt, dass das Markierfeld in einem Bereich des Markierbereichs 57 liegt, in dem nicht markiert werden darf, oder in dem bereits ein Text und/oder eine Grafik vorhanden ist.
Um die Oberfläche des Reifens 14 zu sehen, weist die Handeinheit 18 eine nicht dargestellte Beleuchtungsvorrichtung auf. Die Beleuchtungsvorrichtung kann LED-Lampen aufweisen, die die Oberfläche des Reifens 14 direkt und/oder indirekt beleuchten.
Wie insbesondere in den 5 und 6 ersichtlich ist, weist die Handeinheit 18 einen den Auslass 54 umgebenden Distanzkopf 60 auf, der den richtigen Arbeitsabstand ermöglicht und den Markierbereich 57 mit der Laserstrahlung gegenüber der Umgebung abgrenzt. Der Distanzkopf 60 ist eine zylinderförmige Hülse 62, die mit dem Gehäuse 36 verbrunden ist.
Am freien Ende des Distanzkopfes 60 ist ein Sicherheitsring 64 vorgesehen, der beabstandet zu dem Distanzkopf 60 über Federmittel 66 bewegbar an den Distanzkopf 60 gekoppelt ist. Die Federmittel 66 sind Druckfedern 68, die in äquidistanten Abständen innerhalb des Distanzkopfes 60 angeordnet sind. Beim Beschriften der Reifenoberfläche 12 wird der Sicherheitsring 64 gegen die Federkraft der Druckfedern 68 an den Distanzkopf 60 gedrückt. Dadurch wird ein zwischen dem Sicherheitsring 64 und dem Distanzkopf 60 vorhandener Spalt 70 geschlossen. Der Spalt 70 zwischen dem Distanzkopf 60 und dem Sicherheitsring 64 bildet einen Schaltweg, der im unbelasteten Zustand zwischen ca. 5 mm und ca. 15 mm, insbesondere 10 mm beträgt. Wenn der Spalt 70 geschlossen ist, dann entsteht ein Unterdruck, der mittels des Drucksensors 52 gemessen wird. Der gemessene Unterdruck kann als Sicherheitskriterium verwendet werden, damit der Laservorgang gestartet werden kann.
Wie zudem in 5 ersichtlich ist, weist der Distanzkopf 60 eine Sensorvorrichtung 72 auf, die durch Anlage des Sicherheitsringes 64 an dem Distanzkopf 60 betätigt wird. Die Sensorvorrichtung 72 weist induktive Sensoren 74 auf, die als induktive Schalter ausgebildet sind und die innerhalb der Druckfedern 68 angeordnet sind. Die Sensorvorrichtung 72 erkennt somit, wenn der Sicherheitsring 64 an dem Distanzkopf 60 anliegt. Liegt der Sicherheitsring 64 an dem Distanzkopf 60 an, so werden die induktiven Schalter 74 betätigt, die daraufhin ein Signal an die Steuereinheit 28 senden. Das von der Sensorvorrichtung 72 gesendete Signal dient als Sicherheitskriterium, das ein Starten des Laservorgangs ermöglicht. Wie insbesondere in 6 gezeigt ist, weist die Handeinheit 18 eine Luftführungseinrichtung 76 auf, die einen Innenraum 78 des Gehäuses 36 in zwei Bereiche unterteilt. Die Luftführungseinrichtung 76 weist eine Trennplatte 80 auf, die den Innenraum 78 in einen ersten Bereich 82 mit Normaldruck und einen zweiten Bereich 84 mit Unterdruck unterteilt. Innerhalb des ersten Bereichs 82 sind der Laserkopf 46, die Kamera 50 und die Beleuchtungsvorrichtung angeordnet. Über den ersten Bereich 82 wird die Handeinheit 18 mit Frischluft versorgt. Hierzu strömt die Frischluft über den flexiblen Schlauch 20 in den ersten Bereich 82, so dass dort Normaldruck herrscht. Die Luft führt zu einer Kühlung des Laserkopfes 48 und auch zu einer zusätzlichen Kühlung im Steuerschrank 22. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse im oberen Bereich mit Luftschlitzen versehen werden. In dem zweiten Bereich 84 erfolgt die Absaugung der während des Beschriftungsprozesses entstehenden Rauchgase und des Abbrandes. Hierzu ist der zweite Bereich 84 mit dem Abluftschlauch 37 über eine in die Trennplatte 80 eingebrachte Öffnung 86 mit der Absaugvorrichtung 32 verbunden.
Wie in 6 ersichtlich ist, weist die Luftführungseinrichtung 54 zudem ein Luftleitblech 88 auf, das die Luft nahe an die Oberfläche 12 vorbeiführt. Dadurch kann der Abbrand effektiv abgesaugt werden, so dass sich keine Partikel in eine Austrittslinse der Fokussieroptik 56 einbrennen und diese schädigen können. Am Kamera-Objektiv würde der Abbrand die Bildqualität reduzieren und die Beleuchtungsvorrichtung würde an Helligkeit verlieren. Für eine effektive Luftführung ragt das Luftleitblech 88 von der Trennplatte 80 in Richtung der aus dem Laserkopf 46 austretenden Laserstrahlung ab und in den Distanzkopf 60 hinein.
In 7 ist eine zweite Ausführungsform der Laserbeschriftungsvorrichtung 10 gezeigt, wobei zu deren Beschreibung für gleiche oder funktionsgleiche Teile, die selben Bezugszeichen verwendet werden.
Die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 stationär.
Die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform weist eine stationäre Kabine 100 und eine als Förderband ausgebildete Zuführvorrichtung 102 zum Zuführen eines Reifens 14 zu der Kabine 100 auf.
In der Kabine 100 befindet sich ein Laserkopf 48, der stationär oder vertikal und/oder horizontal verfahrbar ist, das Kamerasystem 50, eine nicht dargestellte Laserquelle, die mit dem Laserkopf 48 verbunden ist, die Steuereinheit 28, eine nicht dargestellte Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29, eine nicht dargestellte Absaugvorrichtung 32 und eine nicht dargestellte Filtervorrichtung 34. Die Laserquelle kann ein CO2-Laser oder ein Festkörperlaser, insbesondere ein Faserlaser sein. Alternativ können die Laserquelle 26 und die Steuereinheit 28 außerhalb der Kabine 100 angeordnet sein. Wie in 5 ersichtlich ist, sind die Laserquelle 26 und das Kamerasystem 50 mit der Steuereinheit 28 über Datenleitungen 104 miteinander verbunden. Der Aufbau, die Funktionen und die Wirkungsweise der Laserquelle 26, des Laserkopfes 48, des Kamerasystems 50, der Steuereinheit 28, der Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29, der Absaugvorrichtung 32 und der Filtervorrichtung 34 entsprechen der Laserquelle 26, des Laserkopfes 48, des Kamerasystems 50, der Steuereinheit 28, der Mensch-Maschinen-Benutzer-Schnittstelle 29, der Absaugvorrichtung 32 und der Filtervorrichtung 34 der ersten Ausführungsform.
Die Laserbeschriftungsvorrichtung 10 zeichnet sich durch den Einsatz eines Kamerasystems 50 aus, mittels dem ein Markierbereich 57 einer Oberfläche 12 erfasst und angezeigt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Laserbeschriftungsvorrichtung
11: Bauteil
12: Oberfläche
13: Reifenseitenwand
14: Reifen
16: Versorgungsvorrichtung
18: Handeinheit
20: flexibler Schlauch
22: Steuerschrank
24: Fuß
26: Laserquelle
28: Steuereinheit
29: Mensch-Maschinen-Schnittstelle
30: Bedienoberfläche
31: Touchscreen
32: Absaugvorrichtung
34: Filtervorrichtung
35: Lichtwellenleiter
36: Gehäuse
37: Abluftschlauch
38: erstes Griffteil
40: zweites Griffteil
42: Signallampe
44: Auslöseeinrichtung
46: Einhängevorrichtung
47: Haken
48: Laserkopf
50: Kamerasystem
51: Kamera
52: Drucksensor
54: Auslass
56: Fokussieroptik
57: Markierbereich
58: Monitor
60: Distanzkopf
62: zylindrische Hülse
64: Sicherheitsring
66: Federmittel
68: Druckfeder
70: Spalt
72: Sensorvorrichtung
74: induktiver Sensor
76: Luftführungseinrichtung
78: Innenraum
80: Trennplatte
82: erster Bereich
84: zweiter Bereich
86: Öffnung
88: Luftleitblech
90: Steuereinrichtung
92: Markierung
94: Starttaste
96: Richtungstaste
98: Hilfslinie
100: Kabine
102: Zuführvorrichtung
104: Datenleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202020104479 U1 [0003]
DE 202017103770 U1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60825-1 [0015, 0065]

Claims

Laserbeschriftungsvorrichtung (10) zur Beschriftung der Oberfläche (12) eines Bauteils (11), insbesondere eines Reifens, umfassend eine Laserquelle (26) zum Beschriften der Oberfläche (12) des Bauteils (11) und ein Kamerasystem (50) zum Erfassen und Anzeigen eines Markierbereichs (57) auf der Oberfläche (12) des Bauteils (11).
Laserbeschriftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (50) wenigstens eine Kamera (51) aufweist, die in der Laserbeschriftungsvorrichtung (10) integriert ist oder die separat zu der Laserbeschriftungsvorrichtung (10) anordenbar ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (50) eingerichtet ist, einen in die Oberfläche eingravierten Text und/oder eine in die Oberfläche eingravierte Grafik zu erfassen und entsprechende Signale an eine Steuereinheit (28) zu senden, wobei vorzugsweise die Steuereinheit eingerichtet ist, den erfassten Text und/oder die erfasste Grafik auf Korrektheit zu überprüfen.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbeschriftungsvorrichtung (10) handgeführt oder maschinengeführt ist, wobei vorzugsweise die Laserbeschriftungsvorrichtung (10) mittels eines Roboters oder eines Linearsystems geführt ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Zeigelaser, der eingerichtet ist, einzugravierenden Text, Grafik und/oder Grenzen einer Markierung (92) auf die Oberfläche des Bauteils (11) zu projizieren, wobei das Kamerasystem (50) eingerichtet ist, die Projektion zu erfassen, wobei vorzugsweise der Zeigelaser in den Laserkopf (48) integriert oder separat zu dem Laserkopf (48) in der Handeinheit (18), insbesondere neben der Fokussieroptik (56) des Laserkopfes (48), angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Zeigelaser ein Laser der Laserklasse 1 oder 2 ist und/oder eine Laserdiode ist, wobei ferner vorzugsweise der Zeigelaser ausgestaltet ist, Licht im sichtbaren Bereich zu emittieren.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (92) innerhalb des Markierbereichs (57) mittels einer Steuereinrichtung (90) verschiebbar und/oder drehbar ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (50) einen Monitor (58) und/oder eine Beleuchtungsvorrichtung aufweist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquelle ein Festkörperlaser, vorzugsweise ein Faserlaser, oder ein CO₂-Laser ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Laserkopf (48), der mit der Laserquelle (26) verbunden ist, und/oder der eine Ablenkungsoptik zum Ablenken des Laserstrahls und/oder eine Fokussieroptik (56) zum Fokussieren eines Laserstrahls aufweist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (28), die eingerichtet ist, auf Basis wenigstens eines erfassten Sicherheitskriteriums einen Start der Laserquelle (26) zuzulassen, wobei vorzugsweise das Sicherheitskriterium ein in der Laserbeschriftungsvorrichtung (10) gemessener Unterdruck und/oder ein ermittelter Differenzdruck und/oder ein erfasster Kontakt der Laserbeschriftungsvorrichtung (10) mit der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils (11) und/oder ein erfasster Schließkontakt, insbesondere eines Zugangs zu einer die Laserbeschriftungsvorrichtung (10) umgebenden Kabine (100), ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Handeinheit (18) mit einem Auslass für den Laserstrahl, wobei vorzugsweise der Laserkopf (48) in der Handeinheit (18) angeordnet ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) einen den Auslass (54) umgebenden Distanzkopf (60) aufweist, der ausgebildet ist, den zum Beschriften des Bauteils (11) erforderlichen Abstand einzuhalten.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an einem freien Ende des Distanzkopfes (60) ein Sicherheitsring (64) angeordnet ist, der über Federmittel (6) bewegbar an den Distanzkopf (60) gekoppelt ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzkopf (60) eine Sensorvorrichtung (72) aufweist, die durch Anlage des Sicherheitsringes (64) an dem Distanzkopf (60) ein als Sicherheitskriterium dienendes Signal an die Steuereinheit (28) sendet.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (72) Sensoren, insbesondere induktive Sensoren (74) und/oder taktile Schaltelemente, vorzugsweise Mikroschalter, aufweist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) eine Luftführungseinrichtung (76) zum Führen von Luft innerhalb der Handeinheit (18) aufweist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungseinrichtung (76) eine Trennplatte (80) aufweist, die einen Innenraum (78) der Handeinheit (18) in einen ersten Bereich (82) mit Normaldruck und einen zweiten Bereich (84) mit Unterdruck untertei lt.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungseinrichtung (76) ein Luftleitblech (88) aufweist, das ausgebildet ist, Luft an die zu beschriftende Oberfläche (12) des Bauteils (11) zu führen.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) einen Drucksensor (52) zum Messen eines Drucks, vorzugsweise Luftdrucks, im ersten Bereich (82) und/oder im zweiten Bereich (84) aufweist, wobei vorzugsweise der gemessene Druck und/oder ein aus dem gemessenen Druck abgeleiteter Differenzdruck als Sicherheitskriterium dient und an die Steuereinheit (28) gesendet wird.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) ein Gehäuse (36) und vorzugsweise wenigstens ein an dem Gehäuse (36) angeordnetes Griffteil (38, 40) zum Greifen der Handeinheit (18) aufweist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) eine Auslöseeinrichtung (44) zum Starten des Beschriftungsprozesses aufweist, wobei vorzugsweise die Auslöseeinrichtung (44) an dem wenigstens einen Griffteil (38, 40) angeordnet ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, gekennzeichnet durch eine Signaleinrichtung, vorzugsweise eine Signallampe (42) und/oder ein Signalhorn, die ein optisches und/oder ein akustisches Signal abgibt, wenn die Steuereinheit (28) wenigstens ein Sicherheitskriterium erfasst.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Absaugvorrichtung (32), die vorzugsweise ausgebildet ist, während des Beschriftungsprozesses entstehende Partikel, insbesondere Abbrand, und/oder Abgase abzusaugen.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine Versorgungsvorrichtung (16), wobei vorzugsweise die Laserquelle (26) in der Versorgungsvorrichtung (16) angeordnet ist; wobei vorzugsweise die Versorgungsvorrichtung (16) mit der Handeinheit (18) über einen flexiblen Schlauch (20) verbunden ist, innerhalb dessen ferner vorzugsweise der Lichtwellenleiter (35) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Versorgungsvorrichtung (16) fahrbar ausgestaltet ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (18) eine Einhängevorrichtung (46) zum Einhängen an der Versorgungsvorrichtung (16) aufweist, wobei vorzugsweise im eingehängten Zustand die Laserquelle (26) nicht aktivierbar ist.
Laserbeschriftungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) der Handeinheit (18) aus gefrästen Metallplatten, insbesondere Aluminiumplatten, und/oder im 3-D-Druck hergestellten Bauteilen gebildet ist.