DE3802056C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von Werkstücken gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 7 sowie deren Verwendung mit einer CNC- Werkzeugmaschine.

Es ist häufig erforderlich, Werkstücke individuell zu identifizieren, wenn sie eine Reihe von Herstellungsstufen durchlaufen, so daß die Geschichte ihrer Herstellung zu Ver­ gleichszwecken verfügbar wird. Aus Gründen einer sicheren Identifizierung ist es natürlich besser, das Werkzeug selbst zu markieren, aber es gibt zahlreiche Bearbeitungsverfahren, die notwendigerweise die Identifizierungsmarkierung entfernen oder beschädigen, die auf der Oberfläche angebracht war. In diesen Fällen muß das Werkstück erneut markiert werden, aber abgesehen von den dadurch bedingten zusätzlichen Kosten und Arbeitsgängen, die eine weitere Behandlungsstufe während der Herstellung einschließen, besteht die Gefahr einer Fehl­ identifizierung, wenn die Verfahren nicht sorgfältig kon­ trolliert werden und alle Risiken menschlicher Fehler aus­ geschlossen werden.

Die DE 18 17 914 C2 beschreibt eine Einrichtung zum Steuern, des Durchlaufs von Werkstücken durch eine Transferstraße, bei der einem Werkstück im Laufe seines Herstellungsverfahrens eine Identifizierungsmarke zugeordnet wird, die vor einem Bearbeitungsvorgang gelesen wird und nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs dem Werkstück eine neue, diesen Arbeitsvorgang mit berücksichtigende Identifizierungsmarke zugeordnet wird. Die dem Werkstück zugeordnete Marke wird dabei jedoch nicht am Werkstück selbst angebracht, sondern austauschbar an einer dem Werkstück zugehörigen Palette.

Aus diesem Grunde kann die Marke durch Bearbeitungsvorgänge nicht beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die Identifizierungs­ markierungen während der Herstellung auf Werkstücken aufge­ bracht werden sowie deren Verwendung mit einer CNC-Werkzeugma­ schine.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 7 und 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren vorge­ sehen, durch welches ein eine Identifizierungsmarkierung tragendes Werkstück einer Vorrichtung zugeführt wird, in der es einem Verfahren unterworfen wird, durch das die Markierung entfernt oder beschädigt wird, wobei die Mar­ kierung durch eine Maschine ausgelesen wird, nachdem das Werkstück in die Vorrichtung eingesetzt wurde, jedoch be­ vor der Bearbeitungsvorgang beginnt. Die hierdurch ge­ wonnenen Auslesedaten werden gespeichert und am Ende des Bearbeitungsvorganges wird die Identifizierung erneut gemäß den gespeicherten Daten auf dem Werkstück angebracht, während das Werkstück in einer vorbestimmten Lage in der Bearbeitungsvorrichtung gehalten wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vor­ richtung zur Identifizierung eines Werkstücks im Laufe seines Herstellungsverfahrens vorgesehen, die eine Lese­ vorrichtung zum Auslesen vorher bestehender Indentifizierungs­ markierungen am Werkstück, einen Datenspeicher zur Speicherung der Auslesung, Markierungsmittel zum Aufbringen von Identifizierungsmarkierungen, die an den Speicher angeschlossen sind und gemäß den gespeicherten Daten der vorexistierenden Markierung eine Markierung bewirken, sowie eine Folgesteuerung zur Betätigung der Auslesevorrichtung umfaßt, bevor ein Verfahren auf das Werkstück ausgeübt wird, wobei die vorbestehende Markierung entfernt oder be­ schädigt werden kann, wobei die Markierungsvorrichtung nach Abschluß der Verfahrensstufe betätigt wird, um aus den gespeicherten Daten wiederum eine Markierung aufzubringen.

Gemäß einem weiteren Merkmal betrifft die Erfindung die Ver­ wendung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Identifizierung eines Werkstücks mit einer CNC-Werkzeug­ maschine, um einen Bearbeitungsvorgang am Werkstück vorzu­ nehmen, wobei außerdem Mittel vorgesehen sind, die bestehende Identifizierungsmarkierungen am Werkstück auslesen, und außerdem Mittel, die die Identifizierungsmarkierungen auf­ bringen, wobei die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, daß die Auslesemittel betätigt werden, bevor der Bearbeitungsvor­ gang beginnt, um vorher existierende Markierungen auszulesen und Daten dieser Auslesung während des Bearbeitungsvorgangs zu speichern, während die Markierungsvorrichtung nach Voll­ endung des Verfahrens gemäß den gespeicherten Daten betätigt wird, um die Markierungen wiederum auf dem Werkstück aufzu­ bringen, bevor das Werkstück freigegeben wird.

Zweckmäßigerweise werden Punktmatrix-Identifizierungsmarkierungen benutzt, die robust sind und eine minimale Anfällig­ keit für Ablesungsfehler bieten und durch berührungslose, insbesondere optische Leseeinrichtungen mit beträchtlichen Lagetoleranzen zwischen Markierung und Lesevorrichtung er­ kannt werden können. Außerdem können solche Markierungen leicht in situ in der Werkzeugmaschine durch kompakte und robuste Vorrichtungen aufgebracht werden. Die Wiederauf­ bringung der Markierungen kann, wenn dies zweckmäßig er­ scheint, an unterschiedlichen Stellen am Werkzeug erfolgen. Es ist auch möglich, daß das Werkstück mehrere Markierungen an verschiedenen Stellen während einiger Herstellungsstufen trägt, beispielsweise wenn die Zahl der späteren Stufen im Herstellungsverfahren einen Zugriff zu der einen oder anderen Stelle als unzweckmäßig erscheinen läßt.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein Werkstück in einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Drehmaschine, kann die Werkzeugmaschine mit einer Video­ kamera ausgerüstet sein, um die Markierung auszulesen, und es kann ein Punktmarkierer die ausgelesenen Markierungen an der gleichen Stelle oder einer anderen Stelle des Werkstückes aufbringen, wobei die Punktmarkierungsvorrichtung vorzugs­ weise auf einer zusätzlichen Bearbeitungsstation der Werk­ zeugmaschine montiert sein kann, beispielsweise am Werkzeug­ halter des Maschinensupports.

Die Erfindung kann zweckmäßigerweise in einer CNC-Werkzeug­ maschine benutzt werden. Dann kann die Ablesung und Wieder­ markierung der Werkstückidentifizierung ohne menschliches Zutun durch die Werkzeugmaschinensteuerung in einer vorprogrammierten Folge durchgeführt werden, ohne daß der Werk­ stückfluß gestört wird und ohne die Gefahr einer Fehlidentifi­ zierung. Da jedes Werkstück individuell im Laufe seiner Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine identifiziert wird, ist das Verfahren auch für flexible Herstellungssysteme ge­ eignet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in der Anwendung bei einer CNC-Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Punktmatrix für einen Werkstück-Identifi­ zierungs-Code,

Fig. 3 ein Muster von Codierungselementen innerhalb der Matrix gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Systems zum Auslesen und Speichern der Punktmatrixmarkierung.

Die Werkzeugmaschine 2 gemäß Fig. 1 kann in herkömmlicher Weise, beispielsweise als Drehmaschine, ausgebildet sein, die ein Spannfutter 4 besitzt, um ein Werkstück D, beispielsweise eine Scheibe, zu haltern. Ein Werk­ zeugsupport 6 trägt einen einstellbaren Schlitten 8 mit einem oder mehreren (nicht dargestellten) Werkzeugen zur Bearbeitung der Scheibe. Eine CNC-Steuervorrichtung 10 steuert die Werkzeugmaschine einschließlich Beschickung und Entnahme von Werkstücken sowie die Bearbeitungsfolge.

In einer früheren Bearbeitungsphase der Scheibe wurde diese mit einer Identifizierungsmarkierung versehen, die durch ein berührungslos arbeitendes Verfahren abgelesen werden kann. Hierzu eignet sich eine optische Identifizierung mittels einer Punktmatrix in besonderem Maße (vgl. "Automated Visual Inspection", S. 517-521, von Batchelor, Hill & Hodgson, IFS, 1985). Obgleich es in ge­ wissen Fällen möglich sein kann, einfachere Codierungen zu benutzen, und zwar in Abhängigkeit von dem Herstellungs­ system, bei dem das Identifizierungsverfahren benutzt wird, schafft eine 8×11-Punktmatrix gemäß Fig. 2 die Möglichkeit, einen 8-Bit-Zeichencode mit Revisions­ elementen zu benutzen, die eine automatische Bestimmung des Codes trotz einer Beeinträchtigung des Bildes ermöglichen, die beispielsweise durch mechanische Beschädigung oder durch Fremdkörper hervorgerufen werden kann.

Fig. 3 veranschaulicht ein bevorzugtes Muster von Codierungs­ elementen in der Matrix gemäß Fig. 2. Jedes Zeichen der Identifizierung wird durch einen Zeichencode dargestellt, der durch einen jeweils eigenen Prüfcode vervollständigt wird, so daß ein Lesefehler im Zeichen­ code korrigiert werden kann. Das 4-Punkt-Prüfcode­ muster hat die Möglichkeit, für jedes Zeichen einen einzigen Fehler zu korrigieren. Um zu verhindern, daß ein Doppelfehler sich selbst so darstellt, als wäre kein Fehler oder ein einziger korrigierbarer Fehler vorhanden, bewirkt eine zyklische Redundanzprüfung, die nur die Zeichencode- Bits benutzt, eine Sicherheit der Integrität der Ablesung. Die zyklische Redundanzprüfung setzt sich selbst zusammen aus einem 8-Bit-Wort und einem 4-Bit- Prüfcode, der eine Korrektur eines einzigen Fehlers der Ablesung ermöglicht. Schließlich sind zwei Bezugspunkte dargestellt, von denen aus die Orientierung des Codes bestimmbar ist.

Die Punktmatrix wird in eine Oberfläche der Scheibe eingeschlagen, zweckmäßigerweise an mehreren Stellen, so daß der Code in verschiedenen Werkzeugmaschinen ablesbar ist, wo die Zugänglichkeit der Oberflächen unterschiedlich sein kann. Wegen der Anordnung der Bezugs­ punkte in der Punktmatrix kann die Ablesung in jeder Winkellage der Matrix in der Ableseebene vorgenommen werden.

Außerdem ist auf der Drehbank eine Lampe 12 (Fig. 4) angeordnet, um die vorhandene Punktmatrix auf der Scheibe zu beleuchten, wenn diese in die Drehmaschine eingelegt wird. Eine Videokamera (Lesevorrichtung 14) liest die beleuchtete Markierung ab. Die Lampe wird unter einem kleinen Einfallswinkel gegenüber der Oberfläche eingestellt, um den Kontrast der Punkte zu erhöhen, und sie ist mit einer Helligkeits­ steuerung 16 versehen, die auf den Eingang eines Photodetektors 18 anspricht, um das Bild der Videokamera zu stabilisieren. Das Originalbild der Video­ kamera 14 kann stillgesetzt werden, bevor die Bildver­ arbeitung erfolgt, so daß die Bearbeitung beginnen kann, während die Werkstückidentifizierungsdaten verarbeitet werden. Das beschriebene System ist nicht nur in der Lage, Veränderungen in der Winkellage der Markierung relativ zur Kamera zu akzeptieren, sondern es können auch sämtliche Stellungsänderungen toleriert werden, abhängig von dem Sichtfeld der Kamera.

Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Kameraeingang durch einen Prozessor 32 in digitale Form umgesetzt und dann in einem Rahmenspeicher 34 gespeichert, wo das Bild progressiv rasterartig aufgebaut wird. Das digitalisierte Bild wird außerdem über einen Ausgangsprozessor 46 an einen Monitor 48 ausgegeben. Ein Mikrocomputer 36, der ge­ wöhnlich als zusätzliche Einheit benutzt wird, aber auch einen Teil des Steuercomputers der Werkzeugmaschine sein kann, steuert die Arbeitsweise des Rahmens 34 über die Steuerregister 38.

Wenn die Oberfläche, auf der der Kenncode aufgebracht werden soll, bearbeitet worden ist, dann liefert der Mikro­ computer 36 unter der Wirkung der CNC-Steuer­ vorrichtung 10 Ausgänge der gespeicherten Identifizierungs­ codedaten an eine Markierungsvorrichtung 50 zur Erzeugung von Punktmarkierungen, die auf dem Schlitten 8 angeordnet ist, und es wird eine Datenverbindung (nicht dargestellt), beispielsweise eine Infrarot-Übertragung, benutzt. Die Leistung wird dem Punktmarkierer entweder über einen weiteren Strahlungs­ eingang oder über eine innere Energiequelle, beispiels­ weise eine Batterie, zugeführt, wodurch die Einschlag­ elemente der Markierungsvorrichtung auf den Identifizierungs­ code eingestellt werden und das Einschlagen bewirkt wird, um die Codierungsmarkierung auf der bearbeiteten Oberfläche der Scheibe anzubringen. Die Punktmarkierung, die an dieser Stelle angebracht wird, kann zusätzliche Informationen enthalten, beispielsweise eine Anzeige eines Toleranzbandes des Werkstücks, die von der Bearbei­ tung herrührt, um das Zusammenpassen von Bauteilen beim Zusammenbau zu unterstützen.

Es kann ein Flußlinienverfahren unter Benutzung der Er­ findung angewendet werden, bei dem die Werkstücke automatisch zwischen den Bearbeitungsstellen übertragen werden, an denen jeweils die Ablesung der Markierung den erforder­ lichen Arbeitsvorgang auslöst. Das Steuerprogramm ist so ausgebildet, daß dann, wenn keine Identifizierungs­ markierung abgelesen wird, auch wenn sich ein Werkstück in einer Werkzeugmaschine befindet, der Bearbeitungs­ prozeß nicht weiter fortschreiten kann. Daher ist das Verfahren ausfallsicher.

Die abgespeicherten und der Identifizierungsmarkierung entsprechenden Daten können auch zur automatischen Speicherung der Herstellungsgeschichte des Werkstücks und dazu dienen, eine Werkstücksteuerung innerhalb der Bearbeitungs­ anlage durchzuführen. Es können zusätzliche Daten gespeichert und gesammelt werden, um beispielsweise eine Aufzeichnung von Trends und Konzessionen zu liefern und um ganz allgemein eine Managementinformation zu liefern.

Claims (12)

1. Verfahren zur Identifizierung eines Werkstücks (D) im Laufe seines Herstellungsverfahrens, bei welchem auf dem Werkstück eine Identifizierungsmarkierung aufgebracht ist und einer Vorrichtung zugeführt wird, in der das Werkstück einem Bearbeitungsvorgang unterzogen wird, bei dem die Mar­ kierung entfernt oder beschädigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierung durch eine Lesevorrichtung (14) gelesen wird, nachdem das Werk­ stück (D) in der Vorrichtung plaziert ist, jedoch bevor der Be­ arbeitungsvorgang einsetzt, daß die der Identifizierungs­ markierung entsprechenden Daten gespeichert werden und daß am Ende des Bearbeitungsvorgangs die Identifizierungsmarkierung erneut auf dem Werkstück gemäß den gespeicherten Daten aufgebracht wird, während das Werkstück in einer vorbestimmten Stellung in der Vorrichtung gehaltert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierung durch ein optisches Ausleseverfahren auslesbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierung optisch gelesen wird, daß ein Bild der Identifizierungsmarkierung in einem Rahmenspeicher (34) gespeichert und in digitale Daten umgesetzt wird, die einem digitalen Datenspeicher zugeführt werden, während die Bearbeitung des Werkstücks beginnt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierung die Gestalt einer Punktmatrix hat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Bearbeitungsvorgang in einer CNC-Werkzeug­ maschine stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen und die Wiederauf­ bringung der Identifizierungsmarkierung durch die CNC-Werk­ zeugmaschine nacheinander während des Herstellungsverfahrens gesteuert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Aufbringung entsprechender Identifizierungs­ markierungen an verschiedenen Stellen des Werkstücks (D).

7. Vorrichtung zur Identifizierung eines Werkstücks im Laufe seines Herstellungsverfahrens, gekennzeichnet durch eine Lesevorrichtung (14) zum Auslesen von an einem Werkstück (D) aufgebrachten Identifizierungsmarkierungen; einen Datenspeicher zur Speicherung von den Identifizierungsmarkierungen entsprechenden Daten; eine Markierungsvorrichtung (50) zum Aufbringen von Identifizierungs­ markierungen, die an den Datenspeicher angeschlossen ist und gemäß den gespeicherten Daten das Aufbringen einer Identifizierungsmarkierung bewirkt; und einem Mikrocomputer (36) zur Betätigung der Lesevorrichtung (14), bevor ein Be­ arbeitungsvorgang an dem Werkstück (D) durchgeführt wird, bei dem die aufgebrachte Identifizierungsmarkierung entfernt oder beschädigt werden kann und zur Betätigung der Markierungsvor­ richtung (50) nach Abschluß des Bearbeitungsvorgangs, um aus den gespeicherten Daten wiederum die Identifizierungsmarkierung aufzubringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lesevorrichtung (14) eine Videokamera vorgesehen ist, um die Identifizierungsmarkierung optisch auszulesen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmenspeicher (34) das Kamerabild speichert und daß ein Prozessor (32) vorgesehen ist, um digitalisierte Signale des Kamerabildes der Markierung zu erzeugen, die dem Rahmenspeicher (34) zugeführt werden.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung (50) die Identifizierungsmarkierung als Punktmarkierung nach Vollendung des Be­ arbeitungsvorgangs wieder aufbringt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung (50) zum Erzeugen einer Punktmarkierung eine innere Energiequelle aufweist und daß die Arbeits­ weise der Markierungsvorrichtung (50) durch eine optische Datenübertragung gesteuert wird.

12. Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Identifizierungsverfahrens an einem Werkstück mit einer CNC- Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lesevorrichtung (14) vorgesehen ist, um auf dem Werkstück aufgebrachte Identifizierungs­ markierungen auszulesen, und daß eine Markierungsvorrichtung (50) zum Erzeugen einer Punktmarkierung vorgesehen ist, um Identifizierungsmarkierungen aufzubringen, wobei die CNC-Steuervorrichtung (10) die Lese­ einrichtung (14) betätigt, bevor der Bearbeitungsvorgang be­ ginnt, um auf dem Werkstück aufgebrachte Identifizierungs­ markierungen aufzulesen und Daten, die den Identifizierungs­ markierungen entsprechen, während des Bearbeitungsverfahrens zu speichern und um die Markierungsvorrichtung (50) zu betätigen, nachdem der Bearbeitungsvorgang durchgeführt ist, wobei die Markierungsvorrichtung (50) gemäß den gespeicherten Daten betätigt wird, um erneut die Identifizierungsmarkierung auf dem Werkstück anzubringen, bevor das Werkstück freigegeben wird.