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Bereich
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Die beispielhaften und nicht-einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich allgemein auf Markierung oder Färbung von Stahloberflächen.
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Hintergrund
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Die folgende Beschreibung des Standes der Technik kann Einsichten, Entdeckungen, Erkenntnisse oder Offenbarungen oder Assoziationen zusammen mit Offenbarungen umfassen, die auf dem betreffenden Fachgebiet vor der vorliegenden Erfindung nicht bekannt waren sondern durch die Erfindung vorgesehen werden. Einige solche Beiträge der Erfindung können unten ausdrücklich aufgeführt sein, während andere solche Beiträge der Erfindung aus ihrem Kontext offensichtlich werden.
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Metall- oder Stahloberflächen werden in vielen Anwendungen mit verschiedenen Markierungen oder Farben markiert oder gefärbt. Das Ziel kann ästhetisch sein oder manchmal bezweckt man, die Oberfläche zu schützen. Ein gewöhnliches Verfahren zur Färbung von Metalloberflächen ist die Verwendung von Farben, Haftetiketten, Ätzung oder elektrolytischer Färbung. Diese Verfahren sind sehr beschränkt und die Prozesse sind nicht flexibel. Das gilt insbesondere für Anwendungen, bei denen unterschiedliche Markierungen auf den Metalloberflächen erforderlich sind. Die Markierungen und Farben sind nicht dauerhaft. Außerdem können die Verfahren die Verwendung von umweltschädlichen Farben und Lösungsmitteln umfassen.
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Markierung von kleinen Stahloberflächen mit einem Laserstrahl ist in Laborumgebungen seit einigen Jahren bekannt. Jedoch sind keine praktischen Anwendungen der bekannten Techniken vorgeschlagen worden und die erzielten Markierungen sind einfach.
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Zusammenfassung
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Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung dargestellt, um ein grundlegendes Verständnis für einige Aspekte der Erfindung zu liefern. Diese Zusammenfassung ist keine umfangreiche Übersicht über die Erfindung. Sie dient nicht dazu, wesentliche/entscheidende Elemente der Erfindung zu identifizieren oder den Rahmen der Erfindung zu schildern. Ihr einziger Zweck ist, einige Gedanken der Erfindung in vereinfachter Form vorzustellen, die eine Einleitung in eine ausführlichere, später darzustellende Beschreibung ausbilden.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Markierung einer Metalloberfläche vorgesehen, aufweisend: ein Bett für einen Gegenstand mit einer Metalloberfläche, welches Bett einen gesamten Markierungsbereich aufweist; eine Abdeckung, die einen luftdichten Raum über dem Bett ausbildet; eine oder mehr Lasermarkierungseinheiten, die einen Laserstrahl auf die innerhalb eines Einheitsmarkierungsbereichs befindliche Metalloberfläche richten können, wobei der Einheitsmarkierungsbereich kleiner als der gesamte Markierungsbereich ist; wobei jede Markierungseinheit eine Sensoreinheit aufweist, die konfiguriert ist, die Kontur des zu markierenden Gegenstands zu bestimmen und die entsprechende Markierungseinheit zu steuern, den Konturen des Gegenstands während der Markierung zu folgen; zumindest einen Prozessor; und zumindest einen Speicher, der Computerprogrammcode umfasst, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem zumindest einen Prozessor die Vorrichtung dazu zu bringen, zumindest: von einem Ferncomputer Steuerdaten zu empfangen, die Parameter zur Bereitstellung eines Musters auf der Metalloberfläche aufweisen; den Fokus, die Bandbreite und die Bewegung der einen oder mehr Lasermarkierungseinheiten aufgrund der Parameter und der Sensoreinheiten zu steuern, um das Muster auf der Metalloberfläche herzustellen.
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Ausführungsformen der Erfindung weisen mehrere Vorteile auf. Die mit den Ausführungsformen verwirklichten Markierungen sind sehr beständig gegen Abnutzung und Korrosion. Es ist möglich, praktisch jedes mehrfarbige graphische Bild auf eine Metall- oder Stahloberfläche zu markieren. Im Allgemeinen kann eine Metalloberfläche mattiert oder glänzend sein oder andere unterschiedliche Eigenschaften haben. In einer Ausführungsform lässt der Markierungsprozess diese Eigenschaften und die Oberflächenqualität der Metalloberfläche trotz der Markierung sichtbar.
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Die zu markierenden Gegenstände sind nicht auf kleine Metallplatten beschränkt, sondern können auf große Gegenstände mit anspruchsvollen geometrischen Formen angewandt werden. Zum Beispiel in der Automobilindustrie können die Metalloberflächen wie Hauben, Hecktüren, Kotflügel oder Schmutzfänger und Wagenkästen im Allgemeinen markiert und bearbeitet werden. Außerdem können beliebige Fahrzeuge, Vorrichtungen oder Strukturen mit großen Metallplatten jeglicher Form mit der Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung markiert werden.
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Zeichnungsliste
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
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1, 2 und 3 Beispiele für eine Vorrichtung zur Markierung oder Färbung von Stahloberflächen veranschaulichen;
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4A und 4B Beispiele für die Verwendung von Markierungseinheiten veranschaulichen;
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5 ein Beispiel für ein Lasermarkierungssystem veranschaulicht;
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6 ein Beispiel für eine Steuervorrichtung veranschaulicht;
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7 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für die Bestimmung von Steuerinformationen veranschaulicht;
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8 und 9 Flussdiagramme sind, die Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.
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Beschreibung von einigen Ausführungsformen
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1 veranschaulicht ein schematisches Beispiel für eine Vorrichtung, die sich zur Markierung oder Färbung von Gegenständen mit Metall- oder Stahloberflächen eignet. Es ist zu verstehen, dass die Vorrichtung hier als Beispiel beschrieben wird, das einige Ausführungsformen veranschaulicht. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass die Vorrichtung auch andere Funktionen und/oder Strukturen aufweisen kann und nicht alle beschriebenen Funktionen und Strukturen benötigt werden. Die Figur ist rein schematisch und die tatsächliche Lage der Einheiten einer verwirklichten Vorrichtung kann unterschiedlich sein, wie ein Fachmann weiß. Die Vorrichtung weist eine Steuerungseinheit oder Steuerschaltung 100 auf. Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung wird typisch durch zumindest einen Prozessor verwirklicht; und zumindest einen Speicher 101, der Computerprogrammcode umfasst, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, den Betrieb der Vorrichtung zu steuern. Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung 100 kann eine Eingabe/Ausgabeeinheit 102 aufweisen, die entweder, wie gezeigt, eine separate Vorrichtung oder in die Steuerungseinheit 100 integriert ist. Die Eingabe/Ausgabeeinheit 102 kann eine Tastatur, eine Anzeige und andere auf dem Fachgebiet bekannte Eingabe- und Ausgabevorrichtungen aufweisen. Die Steuerungseinheit 100 kann ferner eine Kommunikationsschnittstelle 104 aufweisen, die entweder, wie gezeigt, eine separate Vorrichtung oder in die Steuerungseinheit 100 integriert ist. Die Kommunikationsschnittstelle 104 kann mit anderen Vorrichtungen zum Beispiel über das Internet kommunizieren. Die Kommunikationsschnittstelle 104 kann eine verdrahtete oder drahtlose Netzwerkschnittstelle, ein Modem oder irgendeine andere geeignete auf dem Fachgebiet bekannte Schnittstelle sein.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine oder mehr Anordnungen oder Markierungseinheiten 106A, 106B, 106C zum Richten eines Laserstrahls auf einen zu markierenden Gegenstand. Im Beispiel nach 1 gibt es drei Markierungseinheiten. Die Anzahl von Einheiten ist aber nicht auf drei beschränkt. Die Vorrichtung weist ein Bett 108 auf, auf das ein Gegenstand mit einer zu markierenden Metalloberfläche gesetzt werden kann. In einer Ausführungsform ist eine Abdeckung 110 konfiguriert, einen luftdichten Raum 112 auszubilden, der das Bett 106 umgibt.
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Die Vorrichtung weist ferner einen oder mehr Laserstrahlgeneratoren 114A, 114B, 114C auf, die konfiguriert sind, einen Laserstrahl zu generieren. Der Laserstrahl wird auf den zu markierenden Gegenstand anhand der Lasermarkierungseinheit 116A, 116B, 116C gerichtet. Die Lasermarkierungseinheit kann einen oder mehr Köpfe aufweisen, die Laserstrahlen emittieren.
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Die Steuerungseinheit 100 ist konfiguriert, den Betrieb der Strahlgeneratoren 114A, 114B, 114C und der Markierungseinheiten 116A, 116B, 116C zu steuern 118.
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Der eine oder mehr Strahlgeneratoren 114A, 114B, 114C generieren einen Laserstrahl, der anhand von einer oder mehr Fasern oder optischen Wegen den Markierungseinheiten 116A, 116B, 116C übertragen wird. Die Markierungseinheiten richten den Laserstrahl auf den zu markierenden Gegenstand. Die Richtung kann zum Beispiel anhand von Spiegeln, optischen Fasern, Linsensystemen oder Scanoptik benutzt werden.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Gaseinheit 120 zur Steuerung der Atmosphäre des Raums 112 unterhalb der Abdeckung und eine Temperatursteuereinheit 122, die konfiguriert ist, die Temperatur des Raums unterhalb der Abdeckung mittels entweder Heizung oder Kühlung zu steuern. Beide Einheiten werden durch die Steuereinheit 100 gesteuert.
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In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Beschichtungseinheit 124 zur Herstellung einer Beschichtung auf der Metalloberfläche auf dem Bett unter der Kontrolle der Steuereinheit 100.
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Der Lasermarkierungsprozess erfordert die Bestimmung der Betriebsparameter für die verschiedenen Einheiten der oben beschriebenen Vorrichtung. Der Strahlgenerator 114 erfordert Parameter für die Generierung eines Laserstrahls mit passenden Eigenschaften, die Markierungseinheit 116 erfordert Parameter für die Steuerung und Richtung des Laserstrahls, die Gaseinheit 120 erfordert Informationen über die erforderliche Atmosphäre, die Temperatursteuereinheit 122 erfordert Parameter für die Steuerung der Temperaturen in verschiedenen Phasen des Markierungsprozesses und schließlich erfordert die Beschichtungseinheit 124 Informationen darüber, ob eine Beschichtung gewünscht ist, und über die Art der Beschichtung.
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Die Steuerung der Einheiten kann von der erforderlichen Markierung abhängig sein. Falls zum Beispiel ein bestimmtes Bild auf einer Metalloberfläche zu markieren ist, soll das Bild derart analysiert werden, dass der Strahlgenerator und die Markierungseinheit gesteuert werden können. Außerdem können die Eigenschaften des Gegenstands, zum Beispiel die Qualität der Metalloberfläche, berücksichtigt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung automatische oder halbautomatische Mechanik (nicht in der schematischen 1 gezeigt) auf, um zu markierende Gegenstände auf dem Bett 108 zu tauschen oder ändern. Die Mechanik kann unter der Kontrolle der Steuerungseinheit oder Steuerschaltung 100 vorliegen. In einer Ausführungsform werden die Gegenstände manuell getauscht.
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In einer Ausführungsform weist das Bett 108 einen gesamten Markierungsbereich 126 auf. Der gesamte Markierungsbereich ist der Bereich auf dem Bett 108, wo Markierungen ausgeführt werden können. In einer Ausführungsform kann jede Markierungseinheit 116A, 116B, 116C einen Laserstrahl auf die Metalloberfläche innerhalb eines Einheitsmarkierungsbereichs 126A, 126B, 126C richten, wobei der Einheitsmarkierungsbereich kleiner als der gesamte Markierungsbereich 126 ist. Somit wird der gesamte Markierungsbereich durch die Einheitsmarkierungsbereiche 126A, 126B, 126C bedeckt. Die Einheitsmarkierungsbereiche können sich teilweise überlappen.
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2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform. Das Beispiel nach 2 ist ansonsten gleich wie das Beispiel nach 1 aber es weist nur einen Strahlgenerator 114 auf. Der Strahlgenerator 114 ist konfiguriert, einen Laserstrahl zu generieren, und der Strahl kann auf den zu markierenden Gegenstand anhand der Lasermarkierungseinheit 116A, 116B, 116C gerichtet werden 106.
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3 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform. Das Beispiel nach 3 ist ansonsten gleich wie das Beispiel nach 1 aber es weist nur einen Strahlgenerator 114 und eine Lasermarkierungseinheit 116C auf. In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine oder mehr Bewegungssteuereinheiten 128 auf, die konfiguriert sind, die eine oder mehr Markierungseinheiten 116C über dem Bett 108 derart zu bewegen, dass die Einheitsmarkierungsbereiche 126C der Markierungseinheiten 116C den gesamten Markierungsbereich 126 bedecken. In einer Ausführungsform sind die eine oder mehr Bewegungssteuereinheiten 128 in die eine oder mehr Markierungseinheiten integriert.
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In einer Ausführungsform umfassen die eine oder mehr Markierungseinheiten 116A, 116B, 116C optische Sensoren, die die Oberfläche des Gegenstands auf dem Einheitsmarkierungsbereich bestimmen, und eine Dreheinheit, die konfiguriert ist, die Markierungseinheit zu drehen. Die Dreheinheit einer Markierungseinheit kann durch die Steuerschaltung 100 gesteuert werden, um die Markierungseinheit derart zu drehen, dass ein Laserstrahl senkrecht auf die Oberfläche des Gegenstands auf dem Einheitsmarkierungsbereich gerichtet wird.
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4A und 4B veranschaulichen Beispiele für die Verwendung von Markierungseinheiten. Die Ausführungsform nach 4A veranschaulicht das Beispiel für Vorrichtungen nach 1 und 2, in denen die Vorrichtung mehrere Markierungseinheiten aufweist. In 4A weist die Vorrichtung neun Markierungseinheiten auf, die Einheitsmarkierungsbereiche 126A bis 126I haben. Die Einheitsmarkierungsbereiche 126A bis 126I bedecken den gesamten Markierungsbereich 126. Somit kann der gesamte Markierungsbereich gleichzeitig markiert werden.
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Die Ausführungsform nach 4B veranschaulicht das Beispiel für Vorrichtungen nach 3, wo die Vorrichtung eine bewegliche Markierungseinheit mit dem Einheitsmarkierungsbereich 126C aufweist. Die Bewegungssteuereinheit der Vorrichtung ist konfiguriert, die Markierungseinheit derart zu bewegen, dass der gesamte Markierungsbereich 126 durch die einzelne Einheit bedeckt werden kann. Somit werden verschiedene Bereiche des gesamten Markierungsbereichs zu unterschiedlichen Zeiten markiert.
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Es ist auch möglich, Kombinationen von Ausführungsformen nach 4A und 4B zu haben, d. h. mehr als eine bewegliche Markierungseinheit oder eine Reihe von festen Markierungseinheiten und eine Reihe von beweglichen Markierungseinheiten.
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Der Betrieb der Vorrichtungen nach 1, 2 und 3 wird nachstehend ausführlicher erläutert.
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In einer Ausführungsform können die oben beschriebene Analyse und Steuerung mit der Steuerschaltung 100 durchgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine separate Steuervorrichtung benutzt werden. Die separate Steuervorrichtung kann geeignete Steuerparameter bestimmen und die Steuerinformationen an die Vorrichtung anhand der Schnittstelle 104 senden.
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5 veranschaulicht ein Beispiel für ein Lasermarkierungssystem mit einer separaten Steuervorrichtung und einer oder mehr Vorrichtungen zur Markierung einer Metalloberfläche, wie in 1, 2 und 3 veranschaulicht wird, wobei die Vorrichtungen miteinander über einen Server im Internet wirkverbunden sind.
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Das System weist eine Steuereinheit oder -vorrichtung 200 und eine oder mehr Installationen von Lasermarkierungsvorrichtungen 202, 204, 206 auf, wobei jede Installation eine oder mehr Lasermarkierungsvorrichtungen aufweist. Im Beispiel nach 2 umfasst die Installation 202 zwei Lasermarkierungsvorrichtungen, die Installation 204 eine Lasermarkierungsvorrichtung und die Installation 206 drei Lasermarkierungsvorrichtungen.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit oder -vorrichtung 200 mit einem Server 208 im Internet verbunden. Die Installationen und Lasermarkierungsvorrichtungen der Installationen sind ebenso mit dem Server 208 verbunden. Die Steuervorrichtung kann den Betrieb der Lasermarkierungsvorrichtungen über den Server 208 steuern.
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In einer Ausführungsform kann der Server 208 durch einen Cloud-Dienst 210, d. h. einen zum Beispiel von einem externen Operator angebotenen Serverdienst, ersetzt werden.
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Eine separate Steuereinheit 200 macht die Verwendung der Lasermarkierungsvorrichtungen einfacher. Die Bestimmung der von den Lasermarkierungsvorrichtungen erforderten Steuerinformationen kann eine Aufgabe sein, die Spezialkenntnisse erfordert, für deren Erwerbung einige kleine Hersteller nicht bereit sind. Im Beispiel nach 2 können sich die drei Installationen 202, 204, 206 an verschiedenen Stellen befinden und von unterschiedlichen Herstellern besitzt werden. Sie können die Lasermarkierungsvorrichtungen in der Herstellung ihrer eigenen Produkte benutzen. Die Produkte können mit den Lasermarkierungsvorrichtungen markiert, dekoriert oder gefärbt werden. Die von den Vorrichtungen erforderten Steuerinformationen können jedoch durch die Steuereinheit 200 eines vierten Verkäufers, zum Beispiel des Herstellers der Lasermarkierungsvorrichtungen, bereitgestellt werden. Die drei Hersteller können Informationen über die gewünschte Markierung (zum Beispiel ein Bild) an die Steuereinheit 200 über den Server 208 oder den Cloud-Dienst 210 senden. Die erforderten Steuerdaten werden durch die Steuereinheit 200 bestimmt und zurück an die Installationen 202, 204, 206 gesendet.
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6 veranschaulicht ein Beispiel für eine Steuereinheit oder -vorrichtung 200. Die Steuervorrichtung weist eine Steuerung oder eine Steuerschaltung 300 auf, die typisch, aber nicht unbedingt, mit zumindest einem Prozessor verwirklicht wird. Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen Speicher 302 auf, der Computerprogrammcode umfasst.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Benutzerschnittstelle 304 auf, die typisch eine Anzeige, eine Tastatur oder eine entsprechende Eingabevorrichtung, eine Maus oder eine andere auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtung umfasst.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Schnittstelle 306 auf, die konfiguriert ist, die Vorrichtung mit anderen Geräten und Netzwerken wie dem Internet zu verbinden. Die Vorrichtung kann zum Beispiel mit einem Scanner verbunden werden. Die Schnittstelle kann verdrahtete oder drahtlose Verbindungen oder beide ausführen.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Verbindung mit einer Datenbank 308 aufweisen, wo einige für die Bestimmung von Steuerinformationen nützliche Daten gespeichert werden können.
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7 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Dieses Beispiel veranschaulicht die Bestimmung der Steuerinformationen, die im durch die Lasermarkierungsvorrichtung nach 1 durchgeführten Lasermarkierungsprozess erfordert werden. Die Schritte dieses Beispiels können durch die Steuervorrichtung 200 nach 5 oder durch die Steuerung der Vorrichtung nach 1 bis 3 durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann geeignete Software in einer Vorrichtung zur Ausführung der Schritte ablaufen.
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Die Ausführungsform wird in Schritt 400 angefangen.
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In Schritt 402 wird die Vorrichtung konfiguriert, eine Datei, die ein Bild aufweist, zu erhalten. Das Bild ist auf der Metalloberfläche eines Gegenstands zu markieren. In einer Ausführungsform kann das Bild über die Benutzerschnittstelle 304 oder die Schnittstelle 306 von einem externen Netzwerk (zum Beispiel E-Mail) erhalten werden. Die Bilddatei kann in einer beliebigen elektrischen Form wie jpg (Joint Photographic experts Group), tiff (Tagged Image File Format), eps (Encapsulated PostScript), doc (Microsoft Word document) vorliegen.
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In einer Ausführungsform kann das Bild über die Schnittstelle 306 als gescanntes Bild erhalten werden.
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In Schritt 404 wird die Vorrichtung konfiguriert, unterschiedlich gefärbte Bereiche des Bildes zu bestimmen. Die Vorrichtung kann konfiguriert werden, die Bilddatei zu analysieren und einen oder mehr kontinuierliche Bereiche mit derselben Füllfarbe zu bestimmen.
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In Schritt 406 wird die Vorrichtung konfiguriert, die Farben des Bildes zu bestimmen. Die Schritte 404 und 406 können gleichzeitig durchgeführt werden. Bei der Bestimmung der Bereiche und Farben können einige Schwellenwerte verwendet werden, wenn Farben voneinander getrennt werden.
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In Schritt
408 wird die Vorrichtung konfiguriert, Informationen über den anhand des Lasermarkierungsprozesses zu markierenden Gegenstand oder Gegenstände zu erhalten. Das Material, die Qualität der Oberfläche und die Dicke der Oberfläche können einen Einfluss auf die Parameter haben. Zum Beispiel kann eine Stahloberfläche mehrere verschiedene Eigenschaften haben, je nach dem Stahlhersteller und dem Zweck, für den der Stahl hergestellt wurde. Außerdem sind einige Stahloberflächen standardisiert. Somit ist bekannt, dass ein bestimmter Stahl-Typ, der mit einer bestimmten Identifizierung gekennzeichnet ist, gewisse vorbestimmte Eigenschaften hat. Zum Beispiel die folgende Tabelle veranschaulicht die Anzahl und den Namen einiger Stahltypen, die im
Standard SFS-EN 10088-2:N standardisiert sind.
| Standard-Nr. | Standardname |
| 1.4016 | X6Cr17 |
| 1.4512 | X6CrTi12 |
| 1.4372 | X5CrNiMn 17-5-6.5 |
| 1.4310 | X10CrNi18-8 |
| 1.4318 | X2CrNiN18-7 |
| 1.4307 | X2CrNi18-9 |
| 1.4306 | X2CrNi19-11 |
| 1.4311 | X2CrNiN18-10 |
| 1.4301 | X5CrNi18-10 |
| 1.4948 | X6CrNi18-11 |
| 1.4303 | X5CrNi18-12 |
| 1.4541 | X6CrNiTi18-10 |
| 1.4878 | X12CrNiTi18-9 |
| 1.4404 | X2CrNiMo17-12-2 |
| 1.4401 | X5CrNiMo17-12-2 |
| 1.4406 | X2CrNiMoN17-12-2 |
| 1.4432 | X2CrNiMo17-12-3 |
| 1.4435 | X2CrNiMo18-14-3 |
| 1.4436 | X3CrNiMo17-13-3 |
| 1.4571 | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1.4429 | X2CrNiMoN17-13-3 |
| 1.4438 | X2CrNiMo18-15-4 |
| 1.4539 | X1NiCrMoCu25-20-5 |
Tabelle 1
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Die folgende Tabelle veranschaulicht Beispiele für einige standardisierte Stahloberflächen nach dem
Standard SFS-EN 10088-2:N. Jedem Oberflächentyp ist ein Name oder eine Abkürzung gegeben worden, die in der Tabelle dargestellt ist.
| Abkürzung |
| 1E |
| 1D |
| 2H |
| 2C |
| 2E |
| 2D |
| 2B |
| 2R |
| 2Q |
| 1G oder 2G |
| 1J oder 2J |
| 1K oder 2K |
| 1P oder 2P |
| 2F |
Tabelle 2
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Die obigen Tabellen sind nur anschauliche Beispiele. Ausführungsformen der Erfindung sind nicht auf die oben erwähnten Stahltypen beschränkt. Auch andere Typen von Stahl und Metall im Allgemeinen können markiert werden.
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Zum Beispiel elektrolytisch polierte oder gefärbte Stahloberflächen eignen sich für Lasermarkierung. Diese Oberflächen können mit Markierungen und Farben dekoriert werden. Außerdem kann Lasermarkierung auf elektrolytisch polierten oder gefärbten Stahloberflächen benutzt werden, um mehr Farben und Farbenschichten zu erzielen. Zudem können Titan oder Legierungen von Titan und Aluminium markiert werden.
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In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung die Informationen von einem die Benutzerschnittstelle 304 benutzenden Benutzer abfragen. In einer Ausführungsform können die Informationen von derselben Quelle wie die Bilddatei erhalten werden.
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In einer Ausführungsform können Informationen über die Größe des zu markierenden Gegenstands erhalten werden.
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In Schritt 410 wird die Vorrichtung konfiguriert, die Reihenfolge zu bestimmen, in der die unterschiedlich gefärbten Bereiche des Bildes bearbeitet werden.
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In Schritt 412 wird die Vorrichtung konfiguriert, Parameter für den Markierungsprozess zu bestimmen. Die Parameter können Steuerinformationen für die Laserstrahlbildung, die Temperatur, die Atmosphäre und die Beschichtung des Gegenstandes nach der Lasermarkierung aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung konfiguriert werden, vorinstallierte Parameterwerte von einer mit der Vorrichtung verbundenen Datenbank 308 auszuwählen. Beispielsweise kann die Datenbank vorbestimmte Parameterwerte für ein bestimmtes Material und einen bestimmten Oberflächentyp aufweisen. In einer Ausführungsform werden die in der Datenbank gespeicherten Parameter aufgrund empirischer Studien ausgewählt.
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In einer Ausführungsform werden die Parameter für die Lasermarkierungsvorrichtung separat für jeden unterschiedlich gefärbten Bereich des Bildes bestimmt.
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In einer Ausführungsform können Faktoren, die einen Einfluss auf die Parameter eines bestimmten Bereichs haben, die Farbe des Bereichs, die Größe des Bereichs, die Farbe von angrenzenden Bereichen und die Reihenfolge, in der die Bereiche markiert werden, das Material, die Qualität und die Dicke der Oberfläche aufweisen.
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Jeder Bereich oder jede Farbe können eine unterschiedliche Temperatur verlangen. Somit kann es erforderlich sein, dass sich die Temperaturwerte während des Markierungsprozesses verändern.
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Die Atmosphäre hat einen Einfluss auf den Markierungsprozess. Die Parameter können Informationen über den erforderlichen Gasgehalt aufweisen.
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Falls die Lasermarkierungsvorrichtung mehr als eine Lasermarkierungseinheit aufweist, können in einer Ausführungsform Informationen über die Verwendung der Markierungseinheiten in den Steuerinformationen enthalten sein. Falls zum Beispiel der zu markierende Gegenstand groß ist, können verschiedene Markierungseinheiten zur Markierung von verschiedenen Teilen des Gegenstands verwendet werden. Steuerinformationen können unterschiedliche Anweisungen für unterschiedliche Markierungseinheiten aufweisen. Steuerinformationen können Bewegungsanweisungen für Markierungseinheiten aufweisen.
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Falls mehr als ein Gegenstand gleichzeitig markiert wird, können in einer Ausführungsform Steuerinformationen unterschiedliche Anweisungen für unterschiedliche Markierungseinheiten aufweisen, in denen die Anzahl von Gegenständen berücksichtigt wird.
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In einer Ausführungsform wird in Schritt 414 die Vorrichtung konfiguriert, eine manuelle Einstellung der bestimmten Parameterwerte zuzulassen. Die Vorrichtung kann zum Beispiel die ausgewählten Werte auf einer Anzeige anzeigen.
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In Schritt 416 wird die Vorrichtung konfiguriert, die die bestimmten Parameter umfassenden Steuerinformationen auszubilden. Die Steuerinformationen können in einer Datendatei gespeichert werden.
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In einer Ausführungsform können die Steuerparameter für Laserstrahlen, die Atmosphärenparameter, die Temperaturparameter und die Beschichtungsparameter anfangs in separaten Dateien gespeichert und zu einer einzelnen Datei kombiniert werden.
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Der Prozess endet in Schritt 418.
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8 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Dieses Beispiel veranschaulicht den Betrieb des Systems nach 5.
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Die Ausführungsform wird in Schritt 500 angefangen.
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In Schritt 502 wird die Steuervorrichtung 200 konfiguriert, die Steuerinformationen vorzubereiten, wie zum Beispiel in 6 beschrieben wurde.
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In Schritt 504 wird die Steuervorrichtung 200 konfiguriert, die Steuerinformationen an den Server 208 oder einen Cloud-Dienst 210 zu senden.
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In Schritt 506 wird eine Lasermarkierungsvorrichtung einer Installation, zum Beispiel der Installation 206, konfiguriert, Steuerinformationen vom Server 208 oder Cloud-Dienst 210 abzurufen.
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In einer Ausführungsform wird der Server 208 oder der Cloud-Dienst 210 konfiguriert, die Steuerinformationen oder zahlreiche Reihen von Steuerinformationen für verschiedene Markierungsprozesse für einen zukünftigen Gebrauch zu speichern. Eine Lasermarkierungsvorrichtung kann konfiguriert werden, aktuell erforderte Steuerinformationen abzurufen, die im Voraus vorbereitet und im Speicher 208 oder Cloud-Dienst 210 gespeichert worden sind.
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In Schritt 508 wird die Lasermarkierungsvorrichtung konfiguriert, einen Markierungsprozess zu initiieren. Die Initiierung kann zum Beispiel das Veranlassen eines Benutzers, geeignete Gase in der Gaseinheit vorzubereiten, und das Fertigstellen von zu markierenden Einheiten für die Markierung umfassen.
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In Schritt 510 wird die Lasermarkierungsvorrichtung konfiguriert, den Markierungsprozess nach den Steuerinformationen durchzuführen. Der Markierungsprozess kann die Markierung von mehreren Gegenständen umfassen. Das Tauschen der Gegenstände kann je nach der Ausführung der Lasermarkierungsvorrichtung automatisch oder halbautomatisch oder manuell sein.
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Der Prozess endet in Schritt 512.
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9 ist ein anderes Diagramm, das eine Beispielsausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Der Betrieb der Lasermarkierungsvorrichtung nach 1 wird veranschaulicht.
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Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung 100 einer Lasermarkierungsvorrichtung hat die Steuerinformationen als Eingabe, die entweder durch eine Steuerung erzeugt und von einem Netzwerkserver oder Cloud-Dienst erhalten werden oder an der Markierungsvorrichtung erzeugt werden. Außerdem können die Steuerinformationen zum Teil vom Netzwerk empfangen und zum Teil an der Vorrichtung erzeugt werden.
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Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung ist konfiguriert, auf die Laserstrahlgenerierung bezogene Parameter
602 zu senden und der eine oder mehr Laserstrahlgeneratoren
114A,
114B,
114C und die Lasermarkierungseinheiten
116A,
116B,
116C zu steuern. Die Parameter können zum Beispiel die Wellenlänge und die Leistung eines Laserstrahls, den Strahldurchmesser eines Laserstrahls, den Fahrwinkel und die Strahldichte des Laserstrahls und die Anzahl von auszuführenden Laser-Scans aufweisen. Einige nicht-einschränkende Beispiele für mögliche Werte sind in Tabelle 3 dargestellt.
| Parameter | Beispielswerte |
| Strahldurchmesser | 0,01 mm–10 mm |
| Fülldichte | 0,01 mm–10 mm |
| Anzahl Laser-Scans | 1–20 |
| Leistung | 5–900 W |
| Wellenlänge | 193–10600 nm |
| Fokus vom 0-Punkt | –200–200 mm |
| Fahrwinkel | –180–180 Grad |
| Pulsfrequenz | 1–400 kHz |
| Pulsdauer | 1 ns–12 s |
Tabelle 3
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In einigen Situationen kann es vorteilhaft sein, Laser in der Weise zu benutzen, dass der Laser auf die Stahloberfläche in einem bestimmten Abstand vom 0-Punkt, d. h. dem Punkt mit der größten Energiedichte, auftrifft. Die Parameter ”Fokus vom 0-Punkt” veranschaulicht dieses Merkmal.
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Pulsierende Laser können auch benutzt werden. Mit einem pulsierenden Laser können größere maximale Leistungen als mit einem kontinuierlichen Laser erreicht werden.
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Steuerinformationen können unterschiedliche Anweisungen für unterschiedliche Markierungseinheiten aufweisen. Steuerinformationen können Bewegungsanweisungen für Markierungseinheiten aufweisen.
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Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung ist konfiguriert, auf die Temperatursteuerung bezogene Parameter
604 an die Temperatureinheit
122 zu senden. Die Parameter umfassen einen oder mehr der erforderlichen Temperaturwerte der die Lasermarkierungsvorrichtung und den zu markierenden Gegenstand umgebenden Atmosphäre während eines Markierungsprozesses und ein oder mehr Zeitintervalle, wobei die Temperatur während jedes Intervalls unabhängig gesteuert wird. Einige nicht-einschränkende Beispiele für mögliche Werte sind in Tabelle 4 dargestellt.
| Parameter | Beispielswerte |
| Vorwärmung | 4–190 C |
| Konstante Wärme | 4–330 C |
| Nachwärme | 4–190 C |
Tabelle 4
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In Tabelle 4 bezieht sich Vorwärmung auf die Temperatur vor dem eigentlichen Markierungsprozess, konstante Wärme auf die Temperatur während des eigentlichen Markierungsprozesses und Nachwärme auf die Temperatur nach dem eigentlichen Markierungsprozess. Die angegebenen Werte sind nur Beispiele. Während des Prozesses kann es mehr Intervalle geben.
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Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung ist konfiguriert, auf die Atmosphärensteuerung bezogene Parameter 606 an die Gaseinheit 120 zu senden. Der Parameter gibt den gewünschten Gasgehalt des den zu markierenden Gegenstand umgebenden Raums an. Der Gasgehalt kann ein oder mehr Gase umfassen. Beispiele für mögliche Gase umfassen Argon, Helium, Sauerstoff, Kohlendioxid, Luft und deren Mischungen.
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Die Steuerungseinheit oder Steuerschaltung ist weiterhin konfiguriert, auf die Beschichtungssteuerung bezogene Parameter 608 an die Beschichtungseinheit 124 zu senden. Typischerweise ist die Beschichtung eine Nanobeschichtung oder Epoxid-Beschichtung mit einer Dicke von 0,01 bis 0,5 mm.
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Die Parameter für die Lasermarkierungsvorrichtung können auf jeden Bereich des Bildes mit unterschiedlichen Farben separat bestimmt und angewandt werden.
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Im Allgemeinen basieren anhand eines Laserstrahls ausgebildete Markierungen auf der Oxidationswirkung, die durch den Laserstrahl zustande gebracht wird. Indem mehrere Laserabtastungen über eine Oberfläche durchgeführt werden, können mehrere oxidierte Schichten auf der Oberfläche eines Gegenstands hergestellt werden. Wenn man aus einer Entfernung betrachtet, haben die oxidierten Schichten einen Einfluss darauf, wie Licht von der Oberfläche reflektiert wird. Unterschiedlich oxidierte Schichten bilden unterschiedliche Reflektionen und werden als unterschiedliche Farben gesehen. Die Stärke und Struktur der Oberfläche bleiben jedoch gleich. Somit bleibt zum Beispiel die Stärke einer Stahloberfläche verschleißbeständig.
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Durch die sorgfältige Bestimmung der Laserstrahleigenschaften und die Anwendung von Strahlsteuerung können mehrfarbige Markierungen hergestellt werden.
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Durch die Anwendung von verschiedenen Gasen und Temperaturen während der Strahlabtastungen kann das Ergebnis wie gewünscht weiterhin eingestellt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die den Laserstrahl oder -strahlen übertragende Markierungseinheit eine Sensoreinheit, die konfiguriert ist, die Kontur des zu markierenden Gegenstands zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann die Sensoreinheit auf optischen Sensoren basieren und somit kann sie die Markierungseinheit steuern, den Konturen eines dreidimensionalen Gegenstands zu folgen. Auf diese Weise braucht der zu markierende Gegenstand nicht flach zu sein, sondern er kann eine beliebige physikalische Form haben.
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In einer Ausführungsform kann das Bett 108 eine Dreheinheit aufweisen, die den zu markierenden Gegenstand drehen kann. Das gilt insbesondere für zylinderförmige Gegenstände. In einer Ausführungsform ist die Markierungseinheit beweglich. In einer Ausführungsform ist das Linsensystem der Markierungseinheit konfiguriert, den Strahl auf den Gegenstand gemäß den optischen Sensoren zu richten.
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Die oben beschriebenen Schritte und die dazugehörigen Funktionen und die beigefügten Figuren sind in keiner absoluten chronologischen Reihenfolge und einige Schritte können gleichzeitig oder in sich von der angegebenen Reihenfolge unterscheidender Reihenfolge ausgeführt werden. Andere Funktionen können auch zwischen den Schritten oder innerhalb der Schritte durchgeführt werden. Einige Schritte können auch ausgelassen oder durch einen entsprechenden Schritt ersetzt werden.
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Die Vorrichtungen oder Steuerungen, die die oben beschriebenen Schritte durchführen können, können zumindest zum Teil als elektronischer digitaler Computer oder als Schaltung ausgeführt werden, die einen Arbeitsspeicher (RAM), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und eine Systemuhr aufweisen kann. Die CPU kann eine Reihe von Registern, eine arithmetisch-logische Einheit und eine Steuerung aufweisen. Die Steuerung oder die Schaltung wird durch eine Sequenz von Programmanweisungen gesteuert, die vom RAM der CPU übertragen werden. Die Steuerung kann eine Anzahl von Mikroanweisungen für Grundoperationen enthalten. Die Ausführung von Mikroanweisungen kann je nach dem CPU-Design variieren. Die Programmanweisungen können durch eine Programmiersprache kodiert werden, die eine höhere Programmiersprache wie C, Java etc. oder eine niedrige Programmiersprache wie eine Maschinensprache oder ein Assembler sein kann. Der elektronische digitale Computer kann auch ein Betriebssystem haben, das Systemdienste einem mit den Programmanweisungen geschriebenen Computerprogramm anbieten kann.
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Der in dieser Anmeldung benutzte Term 'Schaltung bezieht sich auf alle der nachfolgend Genannten: (a) hardwarespezifische Stromkreisausführungen wie Ausführungen in nur analogen und/oder digitalen Schaltungen und (b) Kombinationen von Stromkreisen und Software (und/oder Firmware) wie (wenn anwendbar): (i) eine Kombination von (einem) Prozessor(en) oder (ii) Teile von Prozessor(en)/Software, die (einen) digitale(n) Signalprozessor(en), Software und (einen) Speicher umfasst, die zusammen arbeiten, um eine Vorrichtung dazu zu bringen, verschiedene Funktionen durchzuführen, und (c) Schaltkreise wie (einen) Mikroprozessor(en) oder ein Teil eines Mikroprozessors (Mikroprozessoren), die für den Betrieb Software oder Firmware benötigen, obwohl die Software oder Firmware physisch nicht vorhanden ist.
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Diese Definition von 'Schaltung' gilt für alle Verwendungen dieses Terms in dieser Anmeldung. Als weiteres Beispiel würde der in dieser Anmeldung verwendete Term 'Schaltung' auch eine Ausführung umfassen, die nur aus einem Prozessor (oder mehreren Prozessoren) oder einem Teil eines Prozessors und dessen (oder deren) dazugehöriger Software und/oder Firmware besteht. Der Term 'Schaltung' würde auch, beispielsweise und soweit auf das gewisse Element anwendbar, einen basisbandintegrierten Schaltkreis oder einen in den Anwendungsprozessor integrierten Schaltkreis für ein Mobiltelefon oder einen ähnlichen integrierten Schaltkreis in einem Server, einem zellularen Netzgerät oder einem anderen Netzgerät umfassen.
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Eine Ausführungsform bietet ein Computerprogramm an, das auf einem Verteilermedium aufgenommen ist, das Programmanweisungen aufweist, die, wenn sie in eine elektronische Vorrichtung geladen sind, konfiguriert sind, die Vorrichtung zu steuern, die oben beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
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Das Computerprogramm kann sich in Quellcodeform, Objektcodeform oder in einer Zwischenform befinden und es kann in einer Art Träger gespeichert werden, der eine beliebige Entität oder Gerät sein kann, das das Programm trägt. Solche Träger umfassen zum Beispiel ein Aufnahmemedium, einen Computerspeicher, einen ROM-Speicher und ein Softwareverteilerpaket. Je nach der erforderlichen Rechenleistung kann das Computerprogramm in einem einzelnen elektronischen digitalen Computer ausgeführt werden oder es kann unter einer Anzahl von Computern verteilt werden.
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Die Vorrichtung kann auch als ein oder mehr integrierte Schaltkreise wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen ASIC ausgeführt werden. Andere Hardware-Ausführungsformen sind auch möglich, zum Beispiel ein aus separaten Logik-Komponenten zusammengesetzter Schaltkreis. Eine Mischform von diesen verschiedenen Ausführungen ist auch möglich. Wenn das Ausführungsverfahren ausgewählt wird, überlegt ein Fachmann die Anforderungen, die zum Beispiel für die Größe und den Energieverbrauch der Vorrichtung, die erforderliche Verarbeitungskapazität, Herstellungskosten und Produktionsvolumen gestellt worden sind.
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Einem Fachmann ist offensichtlich, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der erfinderische Gedanke auf viele Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind auf die oben beschriebenen Beispiele nicht beschränkt sondern können im Rahmen des Schutzanspruchs variieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard SFS-EN 10088-2:N [0050]
- Standard SFS-EN 10088-2:N [0051]
