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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Markiersystem für Werkstücke mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 24 23 424 C3 bzw.
GB 1 541 732 ist ein Markiersystem
für Werkstücke gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bekannt.
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Bei
der Markierung von Werkstücken,
insbesondere von metallischen Werkstücken, ist es erforderlich,
die zu markierende zweidimensionale Oberfläche vor der Markierung von
Rauheiten und Unebenheiten zu befreien, um Lesefehler zu vermeiden, wenn
diese Markierung später
mit Kamera-Systemen automatisch gelesen werden soll.
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Dieses
Problem tritt insbesondere bei Matrix-Codes oder Data-Matrix-(DM)-Codierungen
auf, die in Form von vertieft eingeschlagenen Punkten (wie Körner-Punkte
in codierender Matrix-Anordnung)
in den für
diese Markierung vorgesehenen Bereichen (Feld für die Matrix) gebildet werden.
Aber auch Klarschrift-Markierungen, die bekannterweise beispielsweise
in Form einer 5 × 7
Punkte-Matrix oder mit einem "nadelnden" Kopf mit selbststeuernder
Nadel erzeugt werden, gewinnen auf stark strukturierten Werkstück-Oberflächen deutlich
an Lesbarkeit, wenn der zu markierende Bereich, zuvor von Rauheiten
und Unebenheiten befreit wird. Das gilt sowohl für das visuelle Lesen, als auch
für das
auch bei Klarschriften angewandte automatische Lesen mittels Kamera-Systemen.
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Insbesondere
zum automatischen Lesen derartiger Data-Matrix-Codierungen müssen die
unterschiedlichen Lichtreflexe der einzelnen Punkte im Vergleich
zu denjenigen Reflexen in der die Matrix umgebenden "Ruhezone", den Zwischenräumen zwischen
den sich nicht berühren
dürfenden
Punkten innerhalb der Matrix und denjenigen Bereichen des Codefeldes
ohne solche Punkte, unterschieden werden. Deshalb ist es wichtig,
dass die zu markierenden Bereiche eine möglichst ebene, gleichmäßige Material-Oberfläche mit
sehr gleichmäßigen Reflexions-Eigenschaften
aufweisen, von deren Reflexion diejenigen Reflexionen, die durch
die Codierungspunkte erzeugt werden, eindeutig unterschieden werden
können.
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Darüber hinaus
ist es allgemein für
die Qualität
der Markierungen eines Markiersystems wünschenswert im Vorlauf zur
eigentlichen Markierung, und zwar unabhängig davon, ob diese mit einer DM-Codierung
oder mit Klarschrift erfolgt, eine möglichst glatte zu markierende
Oberfläche
zu realisieren.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Markiersystem
für Werkstücke der
eingangs genannten Art zur Verfügung
zu stellen, die auf eine einfache Art und Weise eine im Wesentlichen
ebene, gleichmäßige Oberfläche einer
Markiereinheit des Markiersystems vor der Markierung der Oberfläche des
Werkstücks
bereitstellt.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
ein Markiersystem für
Werkstücke
zur Verfügung
zu stellen, die gleichzeitig mit einer Glättungseinheit und mit einer
Markiereinheit zum Einsatz gebracht werden kann und leicht auf bestehende
Markiersysteme nachrüstbar
ist. Das bietet den Vorteil, dass das Werkstück nicht neu transportiert,
positioniert und fixiert werden muss.
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Diese
Aufgabe wird von einem Markiersystem für Werkstücke gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Wirkungsweise
verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen die vorliegende
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung weiterhin dazu,
die Grundsätze
der Erfindung zu erklären und
einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen,
die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Dabei zeigen:
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1 eine
Seitenansicht im Schnitt eines Markiersystems für Werkstücke mit einer Glättungseinheit
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
isometrische Ansicht von unten teilweise im Schnitt des Markiersystems
für Werkstücke mit
der Glättungseinheit
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
isometrische Ansicht von oben des Markiersystems für Werkstücke mit
der Glättungseinheit
einschließlich
der Koordinateneinheit gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Steuerung mittels einer Steuereinheit
schematisch angedeutet ist.
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4 eine isometrische Ansicht einer Glättungsnadel
gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung, und zwar in einer
ersten Ausführung 4A,
die plan mit verrundeten Kanten ist, und in einer zweiten Ausführung 4B mit
ballig ausgebildetem Kopf des Glättungs-Werkzeuges.
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5 einen
mechanischen Antrieb für
das Markiersystem über
einen rotierenden Exzenter gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird eine
derzeit bevorzugte erste Ausführungsform
eines Markiersystems mit einer Glättungseinheit beschrieben.
Das allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnete Markiersystem
umfasst eine Markiereinheit 2 und eine Glättungseinheit 3,
die als separate Köpfe
ausgeführt
sind. In der Ausführungsform
der 1–4 ist die Markiereinheit 2 als
DM-Codierkopf 2 ausgeführt und
die Glättungseinheit 3 ist
als zusätzlicher
Glättungskopf 3 ausgeführt und
neben dem DM-Codierkopf 2 auf einer einzigen Koordinateneinheit 4 (siehe 3)
montiert. Die Markiereinheit kann auch für die Klarschrift-Beschriftung
in Form eines entsprechenden Markierkopfs ausgeführt werden, worin die Zeichen
in Form einer 5 × 7
Punkte-Matrix (analog
zu einem Matrixdrucker) dargestellt werden. Weitere Markierköpfe für Klarschrift
sind beispielsweise die sogenannten Nadelköpfe mit selbststeuernder Nadel (über 100
Hz), die eine ganz dichte Folge von Punkten in das Werkstück nadelt
und somit ein Zeichen darauf als Nadel-Schrift "schreibt". In der nachstehenden Beschreibung
und in den Ansprüchen wird die
Bezeichnung "Markierkopf" in Alleinstellung
als Oberbegriff für
den DM-Codierkopf und für
den Markierkopf für
Klarschrift, die als Punkte-Matrix oder Nadel-Schrift ausgeführt ist,
verwendet. Markiersysteme mit einer Markiereinheit und einer Koordinateneinheit
sowie dem entsprechenden Antrieb und der entsprechenden Steuerung
eines Markierkopfes, der als DM-Codierkopf
oder als Markierkopf für
Klarschrift ausgebildet ist, sind an und für sich für dem Fachmann bekannt, und
werden nicht weiter ausgeführt.
Typisches Markiersysteme dieser Art nach dem Stand der Technik sind
die Ritz-, Nadel- und Data-Matrix-Markiersysteme, die von der Borries
Markier-Systeme aus D-72124 Pliezhausen unter den Typenbezeichnungen
310, 315, 320, 322, 323, 325, 326, 330 usw. hergestellt und vertrieben
werden.
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Es
ist jedoch denkbar, dass erfindungsgemäß der DM-Codierkopf 2 der
ersten Ausführungsform
durch einen nicht gezeigten Markierkopf für die Klarschrift-Beschriftung
ersetzt wird, oder dass der DM-Codierkopf selbst alternativ oder
zusätzlich
zur Erzeugung von Klarschrift-Markierungen eingesetzt wird. Ein
DM-Codierkopf könnte
auch zusammen mit einem separaten Markierkopf für die Klarschrift und einem
Glättungskopf
zum Einsatz gebracht werden, so dass eine dreiköpfige Vorrichtung entsteht.
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Darüber hinaus
ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Alternative zur Lösung mit
den separaten Köpfen
denkbar, beide Einheiten für
Glättung und
Codierung bzw. Klarschrift mechanisch in einem Kombi-Kopf d. h.
in einem einzigen Gehäuse
zusammenzufassen. Die Kombi-Kopf-Lösung bietet
den Vorteil eines geringen Platzbedarfs, ist aber insofern von Nachteil,
dass sie weniger Kombinationsmöglichkeiten
mit unterschiedlichen Köpfen
für Klarschrift-Markierung
erlaubt. Auch ist erfindungsgemäß als weitere
Alternative zur Lösung
mit separaten Köpfen
und einer einzigen Koordinateneinheit beabsichtigt, dass der Glättungskopf 3 und
der DM-Codier- kopf 2 (bzw. der Markierkopf für die Klarschrift)
mit getrennten Koordinateneinheiten innerhalb des Markiersystems
montiert werden, wobei die separaten Koordinateneinheiten für die Bewegung
des Glättungskopfes
an der Oberfläche
des Werkstücks selbstverständlich die
Komplexität
des Markiersystems erhöhen.
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Mit
weiterer Bezugnahme auf die 1–4 umfasst der Markierkopf, insbesondere
der DM-Codierkopf 2,
eine Markiernadel 21 und der Glättungskopf 3 umfasst
eine Glättungsnadel 31.
Für den
Fall, dass ein besonderer Markierkopf für die Klarschrift anstatt des
oder zusätzlich
zum DM-Codierkopf eingesetzt wird, umfasst dieser Markierkopf für die Klarschrift
eine geeignete Nadel.
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Die
Markiernadel
21 ist vorne spitz, um möglichst präzise DM-Codierungen auf dem
Werkstück anzubringen.
Ausbildung und Steuerung des Markierkopfes können analog zur nachveröffentlichten
DE 102 57 532 A1 realisiert
werden, deren Inhalt durch die Bezugnahme vollständig hierin eingeschlossen
wird.
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Hingegen
ist die erfindungsgemäße Glättungsnadel 31,
wie in der 4A und 4B. gezeigt,
vorzugsweise vorne nicht spitz, sondern plan mit Verrundungen an
der Außenkontur
der Planfläche
zur Vermeidung scharfer Abdrücke
auf dem Werkstück
oder ballig mit sehr flacher Wölbung
ebenfalls zur Vermeidung scharfer Abdrücke. Die Glättungsnadel 31 hat
außer
der Eigen-Masse am anderen Ende eine zylinderförmige Verdickung, zur Erhöhung der
Masse bzw. zur Erhöhung
der beim Hämmern
auf der Oberfläche
des Werkstücks
frei werdenden kinetischen Energie.
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Diese
Energie kann durch entsprechende Abstimmung von Abstand zur Oberfläche des
Werkstücks,
Masse der Glättungsnadel 31 einschließlich Verdickung
und Antriebs-Kraft bzw. Energie-Einbringung sehr fein dosiert und
auf den individuellen Bedarf eines Werkstücks angepasst werden.
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Beim
Auftreffen der Glättungsnadel 31 auf eine
raue Oberfläche
des Werkstücks
wird die kinetische Energie der als "Hammer" wirkenden Glättungsnadel 31 in
Verformungsarbeit in der obersten Ebene des Werkstücks umgesetzt.
Hervorstehende "Spitzen" oder Erhebungen
einer rauen Oberfläche,
z. B. bei unbearbeitetem Aluminium Sand-Guss, werden hierdurch flach
gedrückt,
auch kleinere Lunker werden von den Seiten her zusammengedrückt und
verkleinert. Die Steuerung der erfindungsgemäßen "hämmernden" Glättungsnadel 31 erfolgt,
wie später ausführlicher
erörtert,
mit Einzelsteuerung oder Selbststeuerung.
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Insgesamt
entsteht eine wesentlich ebenere, glattere Oberfläche, von
der sich die Licht-Reflexionen der anschließend eingeschlagenen, vertieften Punkte
der DM-Codierung des DM-Codierkopfes 2 sehr deutlich unterscheiden,
wenn sich die Zonen der von jedem "Hammerschlag" getroffenen Fläche jeweils überlappen,
aber infolge der Bahn-Bewegung beim Abfahren des zu glättenden
Bereiches jeweils versetzt sind.
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Obwohl
derzeit "hämmernde" Glättungsnadeln 31 bevorzugt
sind, ist es auch denkbar im Glättungskopf 3 statt
der hämmernden
Glättungsnadel 31 ein
rollendes Glättungswerkzeug
(nicht gezeigt) in Form einer Kugel oder Rolle einzusetzen. Das
Glättungswerkzeug
bleibt während
des gesamten Glättungsvorgangs
im Eingriff mit der Oberfläche
des Werkstücks,
auf die es mit entsprechender Kraft gedrückt wird. Mit der Kugel kann
hierbei in jeder beliebigen Richtung gerollt werden. Die Rolle kann
entsprechend der Achsen-Ausrichtung nur in zwei Richtungen gerollt
werden; allerdings ist eine automatische Ausrichtung, wie bei einer
Lenkrolle möglich. Die
Alternative mit Kugel oder Rolle hat einen hohen statischen Kraft-Bedarf,
um die Verformungsarbeit zum Glätten
aufzubringen, und erfordert eine entsprechend stabile Ausführung sowohl
des Markiersystems 1 als auch der Werkstück-Fixierung.
Weiterhin erfordert diese Alternative eine hohe Stabilität des Werkstücks selbst,
die nicht immer gegeben ist.
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Darüber hinaus
kann die Glättung
anstatt der Lösung
mit der "hämmernden" Glättungsnadel
mittels "Zusammendrücken" erfolgen, wobei
mit einem ähnlichen
Glättungswerkzeug,
wie beim Hämmern, nämlich einer
schwach Balligen Fläche
gearbeitet wird, die jedoch ähnlich
wie beim Rollen mit konstantem Anpressdruck seitlich über die
zu glättende Oberfläche des
Werkstücks
gezogen wird. Die Glättung
mittels "Zusammendrücken" hat einen noch höheren Kraftbedarf
als das Rollen.
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Im
Glättungskopf 3 kann
als weitere Alternative zur "hämmernden" Glättungsnadel
auch ein Material-abtragendes Werkzeug eingesetzt werden, z. B.
ein Fräs-
oder Schleif-Kopf. Der Vorteil einer derartigen Lösung besteht
unter Umständen
in der Möglichkeit,
durch entsprechend hohen Material-Abtrag (gegebenenfalls in mehreren
Arbeitsgängen)
auch größere Unebenheiten
einzuebnen, ebenso in der potenziellen Möglichkeit, eine besonders einheitliche Struktur
der Oberfläche
zu erzeugen. Bei diesem Ansatz ist jedoch das abgetragene Material
zu entsorgen und in der Regel ein höherer Zeitbedarf zu erwarten.
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Als
weitere Alternative für
eine "hämmernde" Glättungsnadel
kann auch mit einer Kugelstrahl-Vorrichtung
geglättet
werden. Dafür
muss der Arbeitsbereich des Kugelstrahl-Kopfes in der Regel mit
einem elastischen Element so gegen das Werkstück abgedichtet werden, dass
die Kugeln trotz der Höhen-Unterschiede
von ungeglätteter
zu geglätteter
Werkstück-Oberfläche nicht
seitlich austreten. Außerdem ist
eine separate Zustellmöglichkeit
zum Werkstück hin
erforderlich, ebenso wie eine Möglichkeit,
die Kugeln beim nicht zugestellten, offenen Werkzeug am Herausfallen
zu hindern (beispielsweise durch Magnet-Kraft). Die Bewegung der
Kugeln kann pneumatisch erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß kann das
Markiersystem besonders vorteilhaft mit einem pneumatischen Antrieb
ausgestattet werden. In der Ausführungsform mit
einem Glättungskopf 3 und
einem DM-Codierkopf 2 kann
der dem Fachmann bekannte Antrieb für den DM-Codierkopf 3 auf
den Glättungskopf übertragen werden.
Dabei werden einzeln von der Steuerung ausgelöste Schläge durch den Glättungskopf 3 ausgeführt, was
exakt dem Antrieb für
den DM-Codierkopf 2 entspricht, wie z. B. jener der vorstehend
aufgezählten
Modelle der Borries Markier-Systeme aus D-72124 Pliezhausen.
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Über einen
kleinen Kolben 23, 33 am oberen Ende der jeweiligen
Nadel 21, 31, mit oder ohne Dichtung zum umgebenden
Zylinder-Gehäuse,
wird die jeweilige Nadel 21, 31 durch Druckluft,
die durch eine Ventilanordnung geschaltet wird, nach vorne beschleunigt
bis zum Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks.
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Die
Steuerung der Schläge
des Glättungskopfes 3 kann
durch Einzelsteuerung oder durch Selbststeuerung erfolgen.
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Im
Falle der Einzelsteuerung muss die Steuerung der Schläge der Köpfe 2 und 3 asynchron über separate
Ventile bewerkstelligt werden, die von einer Steuereinheit (CPU 7)
voneinander getrennt geschaltet werden können. Wie für den Fachmann verständlich,
ist die asynchrone Steuerung des Glättungskopfes 3 möglich, da
bei der Glättungsfunktion
keine exakte Positionierung des Schlages in Bezug auf die Bahn auf
der Oberfläche
von Werkstücken
erforderlich ist.
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Die
Rückstellung
der Köpfe
erfolgt dann entweder ebenfalls pneumatisch oder über eine
jeweilige Rückstellfeder 22, 32,
die entweder als gewickelte Feder oder durch ein elastisches, festes
oder gasförmiges
Medium ausgebildet ist.
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Beim
pneumatischen Antrieb des Glättungskopfes
mit Selbststeuerung kann durch entsprechende Ausführung einer
Luft-Führung,
von Steuerkanten usw. eine permanente Oszillation der Glättungsnadel 31 samt
Kolben 23 in Längsrichtung
erzeugt werden. Der Energie-Gehalt des einzelnen Schlages ist hierbei
geringer als bei den einzeln ausgelösten Schlägen, dafür wird über die vergleichsweise hohe
Oszillations-Frequenz im Bereich von in etwa 110 Hz und mehr eine
entsprechend höhere
Anzahl von Schlägen
erzeugt. Auch in diesem Fall sind analog zur asynchronen Steuerung
zwei separate Ventile erforderlich.
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In
bestimmten Einsatzfällen
kann auch der Antrieb mit einem flüssigen Medium statt Druckluft sinnvoll
sein, insbesondere wenn dieses Medium ohnehin im Markiersystem verwendet
wird, in das die Glättungs-
und Markiereinheit integriert wird. Hierbei ist sowohl die Erzeugung
von einzeln gesteuerten Schlägen,
als auch eine selbst-gesteuerte Oszillation möglich.
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Eine
weitere vorteilhafte Alternative zum pneumatischen Antrieb bzw.
zum Antrieb mit einem flüssigen
Medium bietet ein mechanischer Antrieb des Glättungskopfes 3 über einen
rotierenden Exzenter 6 wie in der 5 dargestellt.
Beim Exzenterantrieb kann die Bewegung des Glättungskopfes 3 zum
Werkstück
hin (s. 5) oder in die Gegenrichtung
oder in beiden Richtungen über
ein Pleuel (nicht gezeigt) erfolgen.
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Für den Rückhub kann
beim einseitigen Antrieb die Feder 32 eingesetzt werden,
die entweder als gewickelte Feder oder durch ein elastisches, festes
oder gasförmiges
Medium ausgebildet ist. Der Antrieb der Rotation kann sowohl über einen
Elektromotor, als auch über
einen pneumatisch oder fluidisch angetriebenen Motor erfolgen.
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Statt
eines Exzenters 6 kann auch ein anders Element eingesetzt
werden, um den Kopf periodisch gegen eine Kraft-Einrichtung abzuheben
und dann im freien Flug wieder gegen das Werkstück schnellen zu lassen, um
den Hammer-Effekt zu bewirken, beispielsweise ein Nocken, eine axial
oder radial angebrachte Zähnung
oder ähnliches.
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Für den Antrieb
eines hämmernden
Kopfes mit Einzelsteuerung kann auch ein elektromagnetischer Antrieb
eingesetzt werden, der direkt oder indirekt über einen separaten Anker eine
Kraftwirkung auf das Werkzeug ausübt. Die Rückstellung kann dann ebenfalls
entweder elektro magnetisch, oder über eine Rückstellfeder erfolgen.
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Darüber hinaus
besteht bei einem elektromagnetischen Antrieb der Köpfe die
Möglichkeit, elektronisch
die Frequenz und den zeitlichen Kraftverlauf zu steuern, wie in
der DE-A-102 57 532 ausführlich
beschrieben. Daher ist der Übergang
von Einzelschlägen
zu höher-frequenten
Schlag-Folgen fließend.
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Die
Steuerung der Glättung
erfolgt wie in der 3 angedeutet, wobei, gemäß der derzeit
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die zwei separate Köpfe 2, 3 auf
der selben Koordinateneinheit 4 angeordnet werden. Die
Koordinateneinheit 4 kann beispielsweise als herkömmliche
Einheit ausgebildet werden, wie zur Zeit für die Steuerung von Markierköpfen in
eines der oben erwähnten
Systeme der Borries Markier-Systeme aus D-72124 Pliezhausen eingesetzt,
wobei die Verstellung in der X- und Y-Richtung über nicht gezeigte Spindeln
und Stellmotoren erfolgt, die in der Koordinateneinheit 4 vorhanden
sind. Die Verstellung in der Z-Richtung erfolgt wie vorstehend im
Zusammenhang mit den diversen Antriebsarten beschrieben.
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Die
Anordnung der 3 erlaubt die Steuerung des
Glättungsprozesses
ohne Mehrkosten über die
auch zur Markierung verwendeten Antriebe der Koordinateneinheit 4,
einschließlich
der elektronischen Steuerung (CPU) der Koordinateneinheit.
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Die
Anordnung des Markierkopfes und des Glättungskopfes kann, wie in den 1-3 gezeigt,
versetzt oder auf derselben Gerade parallel zur X-Richtung liegend
(nicht gezeigt) erfolgen. Die zum Glätten erforderlichen Bahnbewegungen
werden von der CPU gesteuert.
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Die
Glättung
kann in einem Vorlauf zur Markierung (Codieren oder Beschriften
mit Klarschrift) ausgeführt
werden. Hierbei können
die Lage der einzelnen "Bahnen" und die Bahn-Geschwindigkeit nach
den Bedürfnissen
einer optimalen Glättung durch
die CPU parametriert werden.
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Falls
vorhanden kann der seitliche Versatz der beiden Köpfe 2 und 3 auch
dazu verwendet werden, zunächst
nur einen Teil-Bereich der zu markierenden Fläche zu Glätten und mit der Markierung durch
den zweiten Kopf bereits dann zu beginnen, sobald dieser in den
bereits geglätteten Bereich
gelangt ist. Gleichzeitig mit der Markierung glättet dann der andere Kopf im
Vorlauf den restlichen Bereich für die
Markierung. Bei diesem Verfahren richtet sich die Bahn-Geschwindigkeit
ausschließlich
nach den Erfordernissen einer präzisen
Markierung (z. B. DM-Codierung), während zur Parametrierung einer optimalen
Glättung
immer noch die Schlag-Energie und die Schlagzahl benutzt werden
können.
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Wenn
in irgendeinem der Ansprüche
erwähnte
technische Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurden
diese Bezugszeichen lediglich eingeschlossen, um die Verständlichkeit
der Ansprüche
zu erhöhen.
Entsprechend haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung auf
den Schutzumfang eines jeden Elements, das exemplarisch durch solche
Bezugszeichen bezeichnet wird.