DE19646990C2 - Device for the deep marking of compressed gas cylinders - Google Patents
Device for the deep marking of compressed gas cylindersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Beschriftungskopf zur Erzeugung vertiefter Zeichen, Markierungen oder Beschriftungen an Druckgasflaschen und die Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device with a labeling head Generation of in-depth characters, markings or inscriptions Pressurized gas cylinders and the use of the device.
Druckgasflaschen müssen mit verschiedenen technischen Angaben dauerhaft versehen werden. So muß z. B. eine Druckgasflasche nach den in regelmäßigen Zeitabständen stattfindenden Prüfungen durch den TÜV mit dem Prüfdatum versehen werden. Diese Beschriftung muß auch nach mehrfachem Strahlen und Lackieren noch lesbar sein, weshalb diese Beschriftung als Tiefenbeschriftung ausgebildet wird. Weitere Anforderungen an die Beschriftung und die Art ihrer Anbringung, z. B. hinsichtlich der Tiefe der Buchstaben oder der bei der Beschriftung auftretenden Temperatur ergeben sich aus den Sicherheitsbestimmungen für Druckgasflaschen. Nach dem Stand der Technik werden derartige Beschriftungen durch manuelles Einhämmern von individuellen Schriftzeichen mit Hilfe von Prägestempeln hergestellt. Dies ist mit einem hohen Arbeitsaufwand und einer hohen Lärmbelastung verbunden.Pressurized gas cylinders must have various technical specifications be permanently provided. So z. B. after a gas cylinder the examinations taking place at regular intervals by the TÜV with the test date. This label must be legible even after multiple blasting and painting, which is why this label is designed as a depth label. Further requirements for the labeling and the type of their Attachment, e.g. B. in terms of the depth of the letters or at Labeling occurring temperatures result from the Safety regulations for compressed gas cylinders. According to the state of the Such markings become technology by manual hammering made of individual characters with the help of embossing stamps. This is a lot of work and a lot of work Noise pollution connected.
Es sind bereits Laser zur oberflächlichen Beschriftung von flachen Werkstücken bekannt, bei denen keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Verarbeitungsbedingungen bestehen. There are already lasers for the superficial labeling of flat ones Workpieces known for which no special requirements with regard to the processing conditions.
DE 92 06 302 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Einformen einer Beschriftung an einer kegeligen oder kegelähnlichen Fläche von rotationssymmetrischen Körpern. Als Beschriftungswerkzeug werden ein Nadelpräger und ein Laserschneidgerät genannt.DE 92 06 302 U1 describes a device for molding a Inscription on a conical or cone-like surface of rotationally symmetrical bodies. As a labeling tool, a Needle embosser and a laser cutter called.
EP 06 18 037 A1 beschreibt eine Schutz- und Absaugkammer für Laseranwendungen zur Materialbearbeitung, die auf die zu bearbeitende Fläche aufgesetzt wird und zur Abführung von erzeugtem Rauch, Dämpfen und Schmutz dient.EP 06 18 037 A1 describes a protective and suction chamber for Laser applications for material processing based on the one to be processed Surface is placed and for the discharge of smoke generated, Steaming and dirt serves.
JP 07-0 01 171 A (Abstract) beschreibt eine Vorrichtung zum Laserschweißen unter Wasser, die eine Kammer zum Aufsetzen auf das Werkstück aufweist, mit deren Hilfe ein Laserstrahl auf das Werkstück gelenkt wird.JP 07-0 01 171 A (abstract) describes a device for Laser welding under water, which is a chamber for placing on the Has workpiece, with the help of a laser beam on the workpiece is directed.
Geiger, S., "Laserbeschriftung durch Glasfasern mit Nd:YAG-Q-Switch- Laser", Laser und Optoelektronik, 1992, H. 3, S. 58-64, beschreibt Glasfaserübertragungssysteme für den industriellen Einsatz bei der Laserbeschriftung.Geiger, S., "Laser marking through glass fibers with Nd: YAG-Q-Switch- Laser ", Laser und Optoelektronik, 1992, H. 3, pp. 58-64 Fiber optic transmission systems for industrial use at the Laser marking.
Meiners, E., "Abtragende Bearbeitung von Keramiken und Metallen mit gepulstem Nd:YAG-Laser als zweistufiger Prozess", Teubner Verlag, Stuttgart 1995, Seiten 67-71, beschreibt den Einfluß von Sauerstoff auf den Materialabtrag bei Stahl bei der Bearbeitung mit einem Laserstrahl.Meiners, E., "Removal processing of ceramics and metals with pulsed Nd: YAG laser as a two-stage process ", Teubner Verlag, Stuttgart 1995, pages 67-71, describes the influence of oxygen the removal of material from steel when processing with a laser beam.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Tiefenbeschriftung von Druckgasflaschen zu schaffen, welche eine Beschriftung gewährleistet, die nach mehrfachem Strahlen und Lackieren noch lesbar ist und welche eine Beschriftung mit einem geringeren Arbeitsaufwand und mit einer geringeren Lärmbelastung als nach dem Stand der Technik ermöglicht.It is an object of the invention to provide a device for depth marking of pressurized gas bottles to create a label ensures that after multiple blasting and painting is still legible and which is a label with less work and with a lower noise pollution than according to the state of the Technology enables.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a device with the in claim 1 described features solved.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß auch auf stark gekrümmten, insbesondere in zwei Richtungen gekrümmten Flächen, wie sie bei Druckgasflaschen vorhanden sind, sich mit Hilfe einer Laserbearbeitung zuverlässig Buchstaben einprägen lassen, wobei die Sicherheitsbestimmungen für Druckgasflaschen eingehalten werden können. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, während der Bearbeitung ein Gas auf die Bearbeitungsstelle einzublasen, wodurch Material, das durch den Laserstrahl entfernt wurde, weggeblasen und anschließend abgesaugt wird. Vorteilhafterweise wird für diesen Blas- und Saugvorgang ein Bearbeitungskopf verwendet, in dem die entsprechenden Blas- und Saugvorrichtungen integriert sind, so daß die Bearbeitungsstelle nach außen hin abgeschirmt wird.Surprisingly, it has been shown that even on strongly curved, especially curved surfaces in two directions, as in Pressurized gas cylinders are in place using laser processing reliably have letters embossed, the Safety regulations for compressed gas cylinders are observed can. Here it has proven to be particularly advantageous during to blow a gas into the processing point during processing, whereby material removed by the laser beam is blown away and then suctioned off. Advantageously used a machining head for this blowing and suction process, in with the corresponding blowing and suction devices integrated, so that the processing point is shielded from the outside.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt zunächst eine Grobpositionierung der Laservorrichtung bezüglich der Druckgasflasche mit mechanischen Mitteln, z. B. durch Ansetzen und Fixieren eines Bearbeitungskopfes an einem vorgesehenen Beschriftungsfeld der Druckgasflasche, während die Feineinstellung des Einstrahlpunkts des Laserstrahls vor dem Beschriftungsvorgang und die eigentliche Beschriftung durch Ablenken des Laserstrahls mit einem beweglichen Spiegelsystem erfolgt, das vorzugsweise in den Bearbeitungskopf integriert ist. Der Bearbeitungskopf weist vorzugsweise eine Einrichtung zum Feststellen der Position des Laserstrahls zumindest zu Beginn des Beschriftungsvorgangs auf, die z. B. durch eine Kamera, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Referenzlichtquelle, gebildet werden kann.According to a preferred embodiment of the invention first a rough positioning of the laser device with respect to the Pressurized gas bottle with mechanical means, e.g. B. by starting and Fixing a machining head to an intended one Labeling field of the compressed gas cylinder, while the fine adjustment of the Point of incidence of the laser beam before the labeling process and the actual labeling by deflecting the laser beam with a movable mirror system, which is preferably in the Machining head is integrated. The machining head points preferably means for determining the position of the Laser beam at least at the beginning of the labeling process, the z. B. by a camera, possibly in conjunction with a Reference light source can be formed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Bearbeitungskopf an einer Aufhängevorrichtung mit mindestens zwei Freiheitsgraden aufgehängt, wobei einer dieser Freiheitsgrade eine Drehung um die Längsachse der Druckgasflasche ist und ein weiterer Freiheitsgrad einer Bewegung mit einer Komponente in Längsrichtung der Längsachse der Druckgasflasche entspricht. Zusätzlich kann die Aufhängevorrichtung als weitere Freiheitsgrade eine Drehung um den Aufhängepunkt des Bearbeitungskopfes und um die Längsachse des Bearbeitungskopfes aufweisen.According to a preferred embodiment of the invention, the Processing head on a suspension device with at least two Degrees of freedom suspended, with one of these degrees of freedom one Rotation around the longitudinal axis of the compressed gas bottle is and another Degree of freedom of movement with a component in the longitudinal direction corresponds to the longitudinal axis of the compressed gas cylinder. In addition, the Suspension device as a further degree of freedom a rotation around the Suspension point of the processing head and around the longitudinal axis of the Have processing head.
Die Bewegung des Bearbeitungskopfes entsprechend den vorangehend genannten Freiheitsgeraden erfolgt vorzugsweise durch mechanische Stellglieder, die entweder automatisch über eine Steuereinrichtung oder von einem Betreiber über ein entsprechendes Steuerpult angesteuert werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der in dieser Aufhängevorrichtung aufgehängte Bearbeitungskopf von Hand an die entsprechende Bearbeitungsstelle angesetzt wird und seine Position anschließend durch mechanische Mittel fixiert wird.The movement of the machining head according to the previous one Freedom line mentioned is preferably done by mechanical Actuators, either automatically via a control device or controlled by an operator via a corresponding control panel become. However, it can also be provided that the in this Hanging device suspended processing head by hand to the appropriate processing point is set and its position is then fixed by mechanical means.
Der Bearbeitungskopf kann, insbesondere wenn er als Blas- und Saugkopf ausgebildet ist, eine auswechselbare Schnauze als Werkstückadapter aufweisen, die an die jeweilige Kontur der Druckgasflasche in dem Beschriftungsfeld angepaßt ist.The processing head can, especially if it as a blowing and Suction head is designed as a replaceable snout Have workpiece adapters that match the respective contour of the Pressurized gas bottle in the labeling field is adjusted.
Das Verfahren arbeitet schneller und effizienter als das bisherige Prägeverfahren und führt insbesondere auch zu einer besseren Ausrichtung der Schriftzeichen. Das Verfahren läßt sich für die Erzeugung von Beschriftungen auf standardisierten Flaschen leicht automatisieren.The process works faster and more efficiently than the previous embossing process and in particular also leads to a better alignment of the characters. The procedure can be used for Creation of labels on standardized bottles easily automate.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following detailed description of an embodiment of the Invention with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Beschriftungsvorrichtung Fig. 1 is a schematic representation of the structure of a labeling device according to the invention
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer Aufhängevorrichtung für einen Bearbeitungskopf. Fig. 2 is a schematic diagram of a suspension device for a machining head.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beschriftung einer Druckgasflasche 1, die z. B. aus Stahl oder Aluminium bestehen kann, umfaßt einen Galvano-Beschriftungskopf 3, der über einen Lichtleiter 5 mit einem Laser 7, z. B. einem YAG-Laser, verbunden ist. Dieser Laser wird von einem Versorgungsschrank 9 mit Energie versorgt und von einem Zentralrechner 11 angesteuert.The inventive device for labeling a compressed gas bottle 1 , the z. B. can consist of steel or aluminum, includes a galvanic inscription head 3 , which via a light guide 5 with a laser 7 , z. B. a YAG laser. This laser is supplied with energy by a supply cabinet 9 and controlled by a central computer 11 .
Der Beschriftungskopf 3 weist ein von dem Rechner 11 angesteuertes bewegliches Spiegelsystem zum Ablenken des über den Lichtleiter 5 empfangenen Laserstrahls entlang der Beschriftungsfläche auf der Druckgasflasche 1 auf. Er enthält weiterhin eine Einrichtung zum Einblasen eines Gases auf die Bearbeitungsstelle sowie eine Einrichtung zum Absaugen dieses Gases zusammen mit dem durch den Laserstrahl entfernten Material. An seinem vorderen Ende weist der Beschriftungskopf weiterhin einen Werkstückadapter 13 auf, der an die Kontur der zu beschriftenden Fläche angepaßt ist. Dieser Werkstückadapter 13 schließt die Bearbeitungsfläche dicht ab und kann ausgewechselt werden, um den Beschriftungskopf an verschiedene Typen von Druckgasflaschen anzupassen. Der Beschriftungskopf 3 weist weiterhin eine Kamera auf, welche das Beschriftungsfeld auf der Druckgasflasche bei aufgesetztem Beschriftungskopf 3 abbildet. Er enthält außerdem eine Referenzlichtquelle, welche an der Stelle, an welcher der zur Bearbeitung verwendete Laserstrahl aufgrund der Stellung des beweglichen Spiegelsystems auftreffen würde, einen Lichtpunkt erzeugt. Dieser Lichtpunkt gestattet die Feineinstellung des Anfangspunkts der Beschriftung, ohne daß der zur Bearbeitung verwendete Laserstrahl auf die Beschriftungsfläche eingestrahlt werden muß. Das in den Beschriftungskopf 3 integrierte Spiegelsystem kann manuell über eine entsprechende Schnittstelle, z. B. über die Tastatur des Rechners 11, angesteuert werden. Bei eingeschalteter Referenzlichtquelle kann das Spiegelsystem daher so eingestellt werden, daß der Laserstrahl, der zur Bearbeitung verwendet wird, zu Beginn der Beschriftung an der richtigen Stelle des Beschriftungsfeldes einfällt. Diese Feineinstellung kann mit Hilfe der in den Beschriftungskopf 3 integrierten Kamera überwacht werden.The inscription head 3 has a movable mirror system controlled by the computer 11 for deflecting the laser beam received via the light guide 5 along the inscription surface on the compressed gas bottle 1 . It also contains a device for blowing a gas onto the processing site and a device for extracting this gas together with the material removed by the laser beam. At its front end, the inscription head also has a workpiece adapter 13 which is adapted to the contour of the surface to be inscribed. This workpiece adapter 13 closes the processing surface tightly and can be replaced in order to adapt the labeling head to different types of compressed gas cylinders. The inscription head 3 also has a camera which images the inscription field on the compressed gas bottle when the inscription head 3 is attached. It also contains a reference light source, which generates a light spot at the point at which the laser beam used for processing would strike due to the position of the movable mirror system. This point of light permits the fine adjustment of the starting point of the inscription without the laser beam used for processing having to be irradiated onto the inscription surface. The mirror system integrated in the labeling head 3 can be manually via a corresponding interface, for. B. can be controlled via the keyboard of the computer 11 . When the reference light source is switched on, the mirror system can therefore be set so that the laser beam that is used for processing is incident on the correct position of the labeling field at the beginning of the labeling. This fine adjustment can be monitored using the camera integrated in the labeling head 3 .
Für die Erzeugung von Schriftzeichen auf der Druckgasflasche wird das bewegliche Spiegelsystem in dem Beschriftungskopf 3 von dem Zentralrechner 11 derart angesteuert, daß der über den Lichtleiter 5 zugeführte Laserstrahl, der auf das Beschriftungsfeld der Druckgasflasche 1 einfällt, entsprechend der Form der zu erzeugenden Schriftzeichen bewegt wird. Typischerweise fährt der Laserstrahl die Konturen eines Schriftzeichens mehrfach ab, um die notwendige Schriftzeichentiefe zu erzeugen, z. B. dreimal für eine Tiefe von 0,4 mm.For the generation of characters on the pressurized gas bottle, the movable mirror system in the inscription head 3 is controlled by the central computer 11 in such a way that the laser beam supplied via the light guide 5 and incident on the inscription field of the pressurized gas bottle 1 is moved in accordance with the shape of the characters to be generated , Typically, the laser beam traces the contours of a character several times in order to generate the necessary character depth, e.g. B. three times for a depth of 0.4 mm.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Aufhängevorrichtung für den Beschriftungskopf zusammen mit einer zu beschriftenden Druckgasflasche 1, deren Längsachse mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Der Beschriftungskopf ist in Längsrichtung der Achse 20 beweglich an einem Arm 22 aufgehängt, der seinerseits an einem zu ihm senkrechten Arm 24 in einer Richtung quer zur Längsachse 20 beweglich aufgehängt ist. Der Arm 24 ist um eine Achse parallel zur Längsachse der Druckgasflasche 1 drehbar, wobei diese Drehachse bei der Beschriftung mit der Längsachse 20 der Druckgasflasche zusammenfällt. Die gesamte Aufhängevorrichtung kann, wie in Fig. 2 angedeutet, quer zu der Längsachse 20 verschiebbar sein, so daß mehrere nebeneinanderstehende Druckgasflaschen nacheinander beschriftet werden können. Der Beschriftungskopf 3 ist weiterhin um seinen Aufhängepunkt an dem Arm 22 sowie um seine Längsachse drehbar gelagert. Die durch die Aufhängung an den Armen 22 und 24 gegebenen Freiheitsgrade (Drehung um die Achse 20, lineare Bewegung parallel zur Achse 20 und lineare Bewegung senkrecht zu der Achse 20) ermöglichen das Positionieren des Beschriftungskopfes 3 an einem vorgesehenen Beschriftungsfeld der Druckgasflasche 1. Die Rotationsfreiheitsgerade bezüglich der Längsachse des Beschriftungskopfes und bezüglich der Achse um seinen Aufhängepunkt ermöglichen das Ausrichten des Werkstückadapters 12 entsprechend der Kontur des Beschriftungsfeldes derart, daß er ringsum dicht an dem Beschriftungsfeld anliegt. Das Ansetzen des Beschriftungskopfes 3 an der Druckgasflasche kann von Hand erfolgen, wobei nach dem Positionieren der Beschriftungskopf 3 und die Arme 22 und 24 mechanisch arretiert werden, um den Beschriftungskopf 3 an seiner Position zu halten. Alternativ können auch Stellglieder vorgesehen sein, welche von einer automatischen Steuereinrichtung oder einem Bedienungspult aus angesteuert werden und welche den Beschriftungskopf 3 zu der gewünschten Position führen und während des Beschriftens in dieser Position halten. Fig. 2 schematically shows a suspension device for the marking head, together with a, whose longitudinal axis is indicated by reference numeral 20 to be inscribed pressure gas cylinder 1. The inscription head is movably suspended in the longitudinal direction of the axis 20 on an arm 22 , which in turn is movably suspended on an arm 24 perpendicular to it in a direction transverse to the longitudinal axis 20 . The arm 24 can be rotated about an axis parallel to the longitudinal axis of the compressed gas bottle 1 , this axis of rotation coinciding with the longitudinal axis 20 of the compressed gas bottle when labeled. The entire suspension device can, as indicated in FIG. 2, be displaceable transversely to the longitudinal axis 20 , so that a plurality of compressed gas cylinders standing side by side can be labeled one after the other. The labeling head 3 is also rotatably mounted about its suspension point on the arm 22 and about its longitudinal axis. The degrees of freedom given by the suspension on the arms 22 and 24 (rotation about the axis 20 , linear movement parallel to the axis 20 and linear movement perpendicular to the axis 20 ) allow the labeling head 3 to be positioned on a provided labeling field of the compressed gas bottle 1 . The straight line of rotation with respect to the longitudinal axis of the inscription head and with respect to the axis around its suspension point enable the workpiece adapter 12 to be aligned in accordance with the contour of the inscription field in such a way that it lies tightly around the inscription field. The labeling head 3 can be attached to the pressurized gas bottle by hand, with the labeling head 3 and the arms 22 and 24 being mechanically locked after positioning in order to hold the labeling head 3 in position. Alternatively, actuators can also be provided, which are controlled by an automatic control device or a control panel and which guide the labeling head 3 to the desired position and hold it in this position during labeling.
Für umfangreichere Beschriftungen kann man so vorgehen, daß das zu beschriftende Gebiet in mehrere Beschriftungsfelder unterteilt wird, die nacheinander beschriftet werden. Dabei wird der Beschriftungskopf nach dem Beschriften eines Feldes azimutal und ggf. auch in Richtung der Achse 20 so nachgeführt, daß sich an ein beschriftetes Feld unmittelbar ein weiteres Beschriftungsfeld anschließt.For more extensive labeling, you can proceed in such a way that the area to be labeled is divided into several labeling fields, which are labeled one after the other. In this case, after the labeling of a field, the labeling head is tracked azimuthally and possibly also in the direction of the axis 20 in such a way that another labeling field immediately follows a labeled field.
Es wird vorteilhaft während des Beschriftungsvorganges über den Beschriftungskopf ein Gas auf die zu beschriftende Fläche eingeblasen. Das Gas kann ein Inertgas wie Stickstoff oder ein Reaktivgas wie Luft oder Sauerstoff sein. Die Verwendung von einem Reaktivgas unterstützt den Materialabtrag während der Beschriftung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von reinem Sauerstoff.It will be beneficial during the Labeling process over the labeling head a gas on the blown in the labeling surface. The gas can be an inert gas like Nitrogen or a reactive gas such as air or oxygen. The Use of a reactive gas supports material removal during the labeling. The use of is particularly advantageous pure oxygen.
Ein Beispiel für eine geignete Laserquelle ist in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 2 zeigt Versuchsdaten von verschiedenen Beispielen.An example of a suitable laser source is shown in Table 1. Table 2 shows experimental data from various examples.
Die Zeichen oder Markierungen haben im allgemeinen eine Tiefe im Bereich von 0,1 bis 1 mm, vorteilhaft im Bereich von 0,3 bis 0,8 mm und besonders vorteilhaft im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm. Die Größe der Zeichen liegt im allgemeinen im Bereich von 1 mm bis 10 cm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 3 cm. Die Zeichen und Markierungen werden bevorzugt im Schulterbereich der Druckgasflasche angebracht.The characters or markings generally have a depth in the Range from 0.1 to 1 mm, advantageously in the range from 0.3 to 0.8 mm and particularly advantageous in the range from 0.3 to 0.6 mm. The size of the Character is generally in the range of 1 mm to 10 cm, preferred in the range of 5 mm to 3 cm. The signs and markings will be preferably attached in the shoulder area of the compressed gas bottle.
Die Druckgasflaschen haben gewöhnlich eine Größe im Bereich von 1 Liter bis 250 Liter. Die Druckgasflaschen bestehen im allgemeinen aus Metall, zum Beispiel Stahl oder Aluminium. The compressed gas cylinders usually have a size in the range of 1 Liters to 250 liters. The compressed gas cylinders generally consist of Metal, for example steel or aluminum.
11
Druckgasflasche
Pressure cylinder
33
Galvano-Beschriftungskopf
Galvano marking head
55
Lichtleiter
optical fiber
77
Laser
laser
99
Versorgungsschrank
supply cabinet
1111
Rechner
computer
1313
Werkstückadapter
Workpiece Adapter
2020
Drehachse
axis of rotation
2222
Aufhängearm
suspension arm
2424
Aufhängearm
suspension arm
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