DE10242565A1

DE10242565A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Werkstückbezeichnung

Info

Publication number: DE10242565A1
Application number: DE10242565A
Authority: DE
Inventors: Paul Schindler
Original assignee: CPAR AG DEGERSHEIM
Current assignee: CPAR AG DEGERSHEIM
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2003-04-10
Also published as: CH695607A5; US20030071397A1; US6998090B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Werkstückbezeichnung (2, 20) eines Werkstückes (5) aus umformbarem Material angegeben. Dabei umfasst die Werkstückbezeichnung (2, 20) eine Vielzahl von Kennzeichnungselementen, die jeweils aus der Oberfläche (6) des Werkstückes (5) herausragende Hervorhebungen umfassen. Dabei ist für jedes der Vielzahl der Kennzeichnungselemente eine Öffnung (2) in der Werkstückbezeichnungsform (1) der Vorrichtung vorgesehen, durch die eine Wärmestrahlung (13) auf die Oberfläche des Werkstückes (5) zur Erzeugung eines Bildpunktes (20) bringbar ist, so dass das sich über die Öffnung (2) erstreckende Material in die Öffnung (2) hineinerstreckt (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Werkstückbezeichnung eines Werkstückes, welches aus einem umformbaren Material besteht, wobei die Werkstückbezeichnung eine Vielzahl von Kennzeichnungselementen aufweist, die jeweils aus der Oberfläche des Werkstückes herausragende Hervorhebungen und/oder in die Oberfläche des Werkstückes hineinragende Vertiefungen umfassen, die durch Abformen aus einer Werkstückbezeichnungsform hergestellt werden, sowie ein Verfahren zur Werkstückbezeichnung.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 257 805 A2 bekannt, welche sich darüber hinaus insbesondere mit einer Ausleseeinrichtung für eine solche Werkstückbezeichnung beschäftigt. Es ist bei spritzgegossenen Artikeln wie Autoreifen bekannt, dort in die Form eine Matrize einzusetzen, die über alphanumerische Zeichen verfügt, die auf die Herstellungsdaten und weitere Informationen des Reifens Bezug nimmt. Zu den dort aufgeführten Daten können insbesondere Produktionswochen, Produktionsstandorte, Materialmischungen, Profilart und ähnliche Informationen gehören. Diese Matrize ist manuell zu ersetzen, so dass hier nur eine chargengenaue Markierung möglich ist. Darüber ist das Ersetzen in mehr oder weniger Weise umständlich.
Zur Qualitätssicherung ist es jedoch notwendig, die Produkte besser rückverfolgbar zu machen. Bei anderen Artikeln wird dies in aufwendiger Art und Weise nachträglich erreicht, z. B. durch Lasergravur oder Aufdruck eines Codes. Für das Aufbringen einer solchen Lasergravur oder Codeaufdruckes muss eine weitere Bearbeitungsstation vorgesehen werden, mit deren Hilfe Datum und Zeit dann eventuell stückgenau aufgebracht werden können.
Ausgehend von diesem Stand der Dinge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkstückbezeichnung, die insbesondere aus einer Unikatnummer und zusätzlichen Informationen bestehen kann, direkt während dem Formherstellungsverfahren anzubringen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss für die Vorrichtung dadurch gelöst, dass für jedes der Vielzahl der Kennzeichnungselemente eine Öffnung in der Werkstückbezeichnungsform der Vorrichtung vorgesehen ist, durch die eine Wärmestrahlung auf die Oberfläche des Werkstückes zur Erzeugung eines Bildpunktes bringbar ist, so dass das sich über die Öffnung erstreckende Material in die Öffnung hineinerstreckt. Für ein Verfahren wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Das Nebeneinander von unveränderten Bildpunkten und durch Wärmeeinstrahlung erzeugten Oberflächenveränderungen führt zu einem von außen durch entsprechende Sensoren und Ausleseeinrichtungen einfach zu erkennenden Codemuster.
Durch das Aufbringen der Werkstückbezeichnung innerhalb des Werkzeuges und direkt aus dem Basismaterial wird erreicht, dass keine getrennte Arbeitsstation mehr vorzusehen ist. Darüber hinaus ist eine Codierung auf sehr kleinem Raum möglich, mit einer Größenordnung von 1 mm², so dass keine Funktions-, Design- oder Formbeeinträchtigungen auftreten können.
Die erfindungsgemässe Codierung erlaubt das Aufbringen eines unverwechselbaren Codes auf jedes einzelne Werkstück, so dass im Nachhinein exakt bestimmt werden kann, wann das Werkstück auf welcher Maschine und welchem Werkzeug in welcher Cavität hergestellt wurde. Falls zudem produktionstechnisch sichergestellt ist, dass die Verarbeitungsparameter der Verarbeitungsmaschine aufgezeichnet und gespeichert werden, können im Nachhinein für jedes einzelne Werkstück die exakten Produktionsdaten abgerufen werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispitelhaft dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Kennzeichnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine sehr schematische Querschnittsansicht durch eine Öffnung eines Bildpunktes nach Fig. 1 mit angrenzendem Material des Formkörpers ohne Aktivierung des Bildpunktes, und
Fig. 3 eine sehr schematische Querschnittsansicht durch eine Öffnung eines Bildpunktes nach Fig. 1 mit angrenzendem Material des Formkörpers mit Aktivierung des Bildpunktes.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Kennzeichnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in einer runden Basisplatte 1 angeordnet ist. Der Durchmesser der Basisplatte kann beispielsweise 1,5 mm sein, so dass die Darstellung in der Fig. 1 eine zum Beispiel 70fache Vergrößerung bedeutet. In dieser Basisplatte 1 sind eine Vielzahl von einen zylindrischen Außenmantel 12 aufweisenden Löchern 2 vorgesehen, die eine zweidimensionale Matrix mit Zeilen 3 und Spalten 4 bilden. In dem hier dargestellten Fall ist es eine quadratische Matrix 3/4 von 16 mal 16 Löchern 2, so dass 256 Informationen codiert werden können. Es sind jedoch andere Formgebungen der Basisplatte 1 zum Beispiel Rechtecke, Dreiecke, Ellipsen denkbar und die Anzahl der kodierenden Öffnungen 2 ist im vornherein nicht festgelegt. Auch sind die Öffnungen 2 nicht unbedingt kreisrund, jedoch wird dies aufgrund des gleichen maximalen Abstandes eines Punktes von den Rändern des Mantels 12 bevorzugt.
Es ist natürlich klar, dass sich der Umfang der kodierbaren Information mit steigender Anzahl der Öffnungen 2 vergrößert. Mit 256 Öffnungen sind 2exp(256) Informationen darstellbar. Eine nähere Beschreibung der Ausgestaltung der Öffnungen 2 und deren Ansteuerung zum Erreichen der gewünschten Funktion wird in den Fig. 2 und 3 beschrieben.
Die Fig. 2 zeigt eine sehr schematische Querschnittsansicht durch eine Öffnung 2 eines Bildpunktes 10 nach Fig. 1 mit angrenzendem Material des Formkörpers 5 ohne Aktivierung des Bildpunktes 10. Die schematische Übersicht beschränkt sich auf den Bereich um eine einzige Öffnung 2 mit einem angespritzten Materialteil 5. Dabei wird nur mit dem Bezugszeichen 12 auf die Seitenwände um das Loch oder die Öffnung 2 hingewiesen, welche insbesondere entsprechend Fig. 1 rund ausgestaltet sein kann. Mit dem Bezugszeichen 5 ist der Körper des aufgespritzten Materials bezeichnet, welches natürlich nicht als rechteckiger Block, sondern sich unter dem Einspritzdruck gegen jede Oberfläche 6 des Formteils andrückt. Im Bereich der Oberfläche 6 der Basisplatte 1 kann diese als eben angesehen werden.
Aufgrund des Durchmessers des Loches 2 kann das eingespritzte und ausgehärtete Material 5 nicht in den Hohlraum 7 des Loches 2 eindringen und bildet einen flachen Bereich 10 zwischen den Oberflächenelementen 6 um die Öffnung 2. Geeignete Durchmesser für die Öffnungen 2 sind beispielsweise 0,01 bis 0,05 Millimeter, typischerweise 0,02 Millimeter. Dies hängt natürlich auch vom Einspritzdruck, dem eingespritzten Material und weiteren Parametern ab, die der Fachmann auf der Basis der vorliegenden Informationen anpassen kann.
Die Fig. 3 zeigt eine sehr schematische Querschnittsansicht durch die Öffnung 2 eines Bildpunktes 20 nach Fig. 1 mit angrenzendem Material des Formkörpers 5 mit Aktivierung des Bildpunktes 20. Gleiche Merkmale sind in allen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Bildpunkt der Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 20 im Gegensatz zu 10 aus der Fig. 2 bezeichnet, weil er sich entsprechend unterscheidet.
Die Fig. 3 stellt die im wesentliche gleiche Situation der Fig. 2 dar, mit der Ausnahme einer gleichzeitigen und/oder nachträglichen Wärmeeinwirkung. Mit den Pfeilen 13 ist das Einleiten von beispielsweise Laserstrahlung dargestellt, welche als paralleles Lichtbündel in dem Loch 2 auf das gegenüber der Öffnung 2 bestehende und im wesentliche flache Material des erkaltenden Formkörpers 5 geführt wird. Durch die mit der Lichteinstrahlung verbundene Wärmeeinwirkung fließt das Material in einer konvexen Art und Weise in die Öffnung 2, wobei konvex im Hinblick auf das Material des Formkörpers 5 und die Oberfläche desselben zu verstehen ist.
Insbesondere ist es möglich, die Bestrahlung nicht mit einer direkt im Bereich der Form vorgesehenen Lichtquelle durchzuführen, sondern es ist natürlich möglich, die entsprechende Energie über einen Lichtleiter heranzuführen.
Dabei ist eine geeignete Beleuchtungseinheit zum Beispiel ein Laser, insbesondere ein Halbleiterlaser wie Laserdioden. Die Beleuchtungszeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, kann aber insbesondere kleiner als 0,01 Sekunden sein, vorteilhafter Weise kleiner als 1 Sekunde. Dabei wird vorzugsweise die Wärmeeinstrahlung aktiviert, wenn das Einspritzen von Material beendet ist und nur noch Verteilprozesse mit einem Restdruck ablaufen. Bei einem vorteilhaften Verfahren werden die einzelnen Bildpunkte 20 nicht gleichzeitig erzeugt sondern sequentiell, indem beispielsweise nur einer oder eine bestimmte Anzahl von Lasern elektronisch nacheinander in die einzelnen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden.
Mit diesen Parametern weicht das Material des Formkörpers 5 im Bereich der Öffnung 2 auf und fließt, insbesondere auch wegen des noch herrschenden Spritzdruckes, insbesondere möglich auch: wegen nur noch des Restspritzdruckes, etwas in den Hohlraum 7 der Öffnung 7 herein. Die sich dadurch ergebende Erhebung 8 kann insbesondere eine Höhe von 1/3 des Durchmessers der Öffnung 2 haben, also beispielsweise zwischen 0,003 bis 0,02 Millimeter, typischerweise 0,01 Millimeter. Wesentlich ist, dass sich der bei einer Wärmeeinwirkung ergebende Buckel wesentlich von der Fläche unterscheidet, die das Material ohne Wärmeeinwirkung einnimmt, so dass der Unterschied durch entsprechende Sensoren erfassbar ist. Größere Löcher 2 ergeben auch ohne Einwirkung der Wärmestrahlung eine leicht von der planen Fläche abweichende Oberfläche, die im Sinne der Ansprüche hier als wesentlich plan angesehen wird im Unterschied zum konvexen Buckel bei Lichteinwirkung.
Mit Hilfe dieses Formeinsatzes der Basisplatte 1, welcher viele kleinste durchgehende Löcher 2 besitzt, kann jedes einzelne Loch mit Hilfe eines Laserstrahls die Werkstückoberfläche so beheizen, dass das Material an dieser Stelle einen kleinen nach aussen gerichteten Buckel durch nachfließendes Material ausbildet.
Dabei wird die Lochgröße so gewählt, dass ohne Bestrahlung bei normaler Kühlung des Werkstückes 5 kein Material in das Loch 2 eintreten kann. Dies ist in der Fig. 2 mit Hilfe einer ebenen Fläche 6 des Bildpunktes 10 dargestellt. Sobald dieses Loch 2 aber während des Kühlungsprozesses oder danach entsprechend Fig. 3 bestrahlt wird, wird die Lichtenergie 13 auf der Werkstückoberfläche in Wärme umgewandelt und dadurch verändert sich die Viskosität des Materials derart, dass das Material an dieser Stelle mit Hilfe des noch herrschenden Spritz- bzw. Nachdruckes einen kleinen Buckel 8 ausbildet. So kann ein beliebiges und für jedes Werkstück individuelles Muster an der Formteiloberfläche 6 ausgebildet werden, welches im Nachhinein und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt mit Hilfe eines entsprechenden Messsystems abgelesen und decodiert werden kann. Zu solchen Messsystemen gehören Mikroskope, Kameras und Laser. Als Codierungen können beispielsweise Strichcodes, sogenannte 2D-Strichcodes oder andere, insbesondere zweidimensionale Codierverfahren vorgesehen werden.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Beschreibung liegt in der individuellen Formteilkennzeichnung, da für jedes einzelne Formteil eine eigene eindeutige Codierung aufgebracht werden kann, ohne dass die Vorrichtung geändert werden muss. Die Ansteuerung ist insbesondere berührungslos und kann mit Hilfe entsprechender Steuersoftware automatisiert werden.
Die Notwendigkeit, dass die Lochgröße (Durchmesser der Öffnung 2) so klein ist, dass bei normaler Kühlung kein Material in das Loch 2 eintreten kann, bringt zudem den Vorteil, dass die Gesamtcodierung selber eine sehr kleine Abmessung von z. B. 1 bis 5 mm²aufweisen kann. Somit ist die Markierung mit bloßem Auge fast nicht festzustellen und stört insbesondere nicht, da sie ja aufgrund des gleichen Materials aus der gleichen Farbe und sonstigen Eigenschaften besteht. Natürlich können die Lochverteilung und insbesondere die Abstände zwischen den einzelnen Löchern auch über eine größere Fläche der Basisplatte 1 verteilt werden. Ein funktioneller Unterschied ergibt sich nicht.
Im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten kann die Kennzeichnung an jedem beliebigen Ort des Werkstückes plaziert werden.
Die Formteilkennzeichnung ist auch einstückig mit dem Werkstück verbunden. Somit ergibt sich eine hohe Abriebfestigkeit. Die Codierung kann auch noch nach sehr langer Benutzungszeit des Werkstückes entschlüsselt werden, z. B. nach einem Versagen des Bauteils.
Da die Kennzeichen direkt während des Abformprozesses aufgebracht werden, ergibt sich keine wesentliche Zykluszeitverlängerung, es ist keine Vor- und/oder Nachbehandlung notwendig und eine Nachbearbeitung als solche entfällt. Die Codierung kann auch als Werkstückkennung für eine spätere automatische Montage, sowie auch für sicherheitstechnische Anwendungen dienen. Die wesentlichen Eckpunkte des Verfahrens und der Vorrichtung liegen in der Anwendung desselben während des Formherstellungsprozesses und dass die Wärme je Einzelstück eingekoppelt werden kann. Als Wärmequellen können insbesondere Laserlichtquellen eingesetzt werden, es sind jedoch auch andere Wärmequellen wie Infrarotdioden oder andere fokussierbare und/oder leitbare Wärmestrahler möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur Werkstückbezeichnung (2, 3, 4; 10, 20) eines Werkstückes (5), welches aus einem umformbaren Material besteht, wobei die Werkstückbezeichnung (2, 3, 4; 10, 20) eine Vielzahl von Kennzeichnungselementen (2; 10, 20) aufweist, die jeweils aus der Oberfläche (6) des Werkstückes (5) herausragende Hervorhebungen und/oder in die Oberfläche des Werkstückes (5) hineinragende Vertiefungen umfassen, die durch Abformen aus einer Werkstückbezeichnungsform (1) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Vielzahl der Kennzeichnungselemente eine Öffnung (2) in der Werkstückbezeichnungsform (1) der Vorrichtung vorgesehen ist, durch die eine elektromagnetische Strahlung (13) auf die Oberfläche des Werkstückes (5) zur Erzeugung eines Bildpunktes (20) bringbar ist, so dass das sich über die Öffnung (2) erstreckende Material in die Öffnung (2) hineinerstreckt (8).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (13) durch einen Laser erzeugbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch einen Laser erzeugte elektromagnetische Strahlung (13) über einen Lichtleiter in einen zur Öffnung (2) hinführenden Hohlraum (7) führbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2) eine Oberfläche aufweisen, die ohne Beaufschlagung durch die elektromagnetische Strahlung (13) durch das Material des Werkstückes im wesentlichen plan abgeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2) kreisförmig sind und jeweils in einen zylindrischen Hohlraum (7) übergehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2) in einer Matrix (3, 4) angeordnet sind, die in einer in der Vorrichtung austauschbaren Basisplatte (1) angeordnet ist.

7. Verfahren zur Werkstückbezeichnung eines Werkstückes, welches aus einem umformbaren Material besteht, mit einer Vorrichtung mit einer Werkstückbezeichnungsform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Vielzahl der Kennzeichnungselemente in einer Steuerungseinrichtung für jedes hergestellte Werkstück (5) bei dessen Ausformen vordefiniert ist, ob elektromagnetische Strahlung (13) auf die Oberfläche des Werkstückes (5) zur Erzeugung eines erhabenen Bildpunktes (20) gebracht oder zum Verbleiben eines flachen Bildpunktes (10) eben nicht gebracht wird, so dass sich bei den vordefinierten erhabenen Bildpunkten (20) über die Öffnung (2) erstreckendes Material in die Öffnung (2) hineinerstreckt (8).