EP2110266A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeichens in einer Werkstückoberfläche durch Prägen - Google Patents
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- EP2110266A2 EP2110266A2 EP09004804A EP09004804A EP2110266A2 EP 2110266 A2 EP2110266 A2 EP 2110266A2 EP 09004804 A EP09004804 A EP 09004804A EP 09004804 A EP09004804 A EP 09004804A EP 2110266 A2 EP2110266 A2 EP 2110266A2
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- B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
- B44C1/222—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching using machine-driven mechanical means
Definitions
- the invention relates to a method and an apparatus of the genera specified in the preambles of claims 1 and 5.
- embossing depth has scoring or groove depth z. B. is 0.2 mm.
- embossing depth is practically impossible and the embossing devices commonly used not ensure that a given embossing depth is actually achieved and adhered to, methods and devices of the types described are required by means of which the embossing depth automatically determined and compliance with a preselected embossing depth are automatically ensured can.
- the technical problem underlying the invention is to further develop the method and the device of the generic types described at the beginning in such a way that a rapid determination taking place during the stamping process and with high accuracy is carried out the embossing depth is possible and thus incorrectly marked workpieces are largely avoided.
- the invention has the advantage that the distance sensor, since it is moved together with the needle perpendicular and parallel to the workpiece surface, constantly indicates its distance from the workpiece surface during the embossing process, including one at the beginning of the embossing process and the rest of the embossing needle At the same time, the reference value determined on the workpiece surface supplies an exact measure of the current embossing depth. The closer the Abstandssenor is arranged on the embossing needle, the more accurate is the determined embossing depth, since in this way a possible deflection of the workpiece is neutralized. Finally, the influence of any wear of the embossing needle can be largely compensated by determining a new reference value before the generation of each character.
- Fig. 1 shows a device in the form of an embossing unit 1 for producing markings according to the method of the so-called scratch marking.
- the embossing unit 1 includes a base frame, of which in Fig. 1 only an upper cover plate 2, a parallel side wall 2a and a side wall 3 are shown.
- the base frame is in the usual way on a handling system such.
- B. a robot arm mounted in order to put the embossing unit 1 to that point of a workpiece surface can, at which a mark is to be attached.
- At the intermediate wall 2a of the base frame at least one parallel to a Y-axis of an imaginary coordinate system extending guide 4 is fixed, along which a only schematically indicated Y-slide 5 back and forth.
- At an underside of the Y-carriage 5 at least one parallel to the X-axis of the imaginary coordinate system extending guide 6 is mounted, along which an X-carriage 7 is mounted back and forth.
- the movement of the Y-carriage 5 is z. B. by means of a base frame attached to the stepping motor 8, by means of a toothed belt pulley 9 and a timing belt, not shown, a toothed belt pulley 10 drives, which sits on a threaded spindle which projects through a threaded bore of the Y-carriage 5.
- the X-carriage 7 z. B.
- a stepping motor 11 which is fixed by means of a mounting plate 12 on the Y-carriage 5 and a toothed belt pulley 14 which can put a toothed belt pulley 15 in revolutions by means of a toothed belt, not shown.
- This is mounted on a rotatably mounted in the mounting plate 11 threaded spindle 16 which extends through a threaded bore of the X-carriage 7.
- a stamping or needle head 17 is fixed, in which an embossing needle 18 is movably mounted and parallel to the Z-axis of the imaginary coordinate system can be moved back and forth.
- the embossing unit 1 described so far can be designed in such a way as corresponds to the general state of the art. Therefore, in particular, the stepping motors 8 and 11, as is common in the case of XY tables, can be rotated in rotation with control units, not shown, in such a way that the embossing needle 18 in the X and Y directions along the surface of an in Fig. 1 Unillustrated workpiece is moved to write one or more characters and form by a scratching operation in the workpiece surface. Since such controls are familiar to those skilled in the art, their detailed description is omitted.
- FIGS. 2 and 3 show details of the attached to the X-carriage 7 needle head 17.
- This contains in an upper part of a holding plate 19, on the underside of a housing 20 is fixed, which surrounds a preferably cylindrical cavity 21.
- a likewise preferably cylindrical piston 22 is slidably mounted in the Z direction, which forms a cylinder / piston arrangement together with the housing 20.
- An in Fig. 3 the upper end of the cavity 21 is closed by a cover wall 24 having a through opening 23.
- the opening 23 serves, via a connected to it, not shown line a pressure medium, preferably to introduce compressed air into the cavity 21 and thereby act on the piston 22.
- a bottom part 25 is fixed, which has a coaxial with the piston 22, extending in the Z direction guide bore 26.
- guide lugs 27 are slidably mounted with sliding fit, which are provided on a piston 22 fixed to the piston rod 28, at the lower end of the embossing needle 18 is preferably secured easily replaceable (see also FIGS. 5 and 6 ).
- a loose surrounding the piston rod 28 ring 29 rests on a formed at a transition from the cavity 21 to the guide bore 26 shoulder and supports the lower end of a compression spring 30, the upper end of the piston 22 abuts.
- a radially extending bracket 31 is fixed, which by a lateral recess 32 (FIG. Fig. 2 ) of the bottom part 25 protrudes to the outside.
- a parallel to the embossing needle 18 extended distance sensor 33 is fixed, wherein the recess 32 is formed so that the holder 31 and thus the distance sensor 33 can join all occurring in the Z direction movements of the embossing needle 18.
- the lower end of the distance sensor 33 has a distance A from the underside or tip 18a of the embossing needle 18, (FIG. Fig. 3 ) which is at least as large as corresponds to the desired embossing depth of the characters to be produced.
- the distance A is also so much greater than the embossing depth, as corresponds to a tolierbaren wear of the embossing tip 18a in use. It is thereby achieved that the distance sensor 33 is always arranged above a workpiece surface and therefore does not touch it, even if the embossing needle 18 is pressed into the workpiece surface with the maximum embossing depth.
- Fig. 4 shows a workpiece 34 with a surface to be labeled 34a and in To simplify the deposition of the embossing unit 1 by means of a robot arm od.
- the embossing needle 18 by means of X and Y slides not shown here 7 and 5 parallel to the surface 34a along a to be provided with signs Labeling zone 35 can be moved back and forth.
- the bottom part 25 expediently penetrates through a recess 36 formed in a bottom of the base frame.
- a sensor 37 is arranged, the z. B.
- the embossing unit 1 is an optical sensor, emits a directed onto the surface 34 a light beam and receives a reflected light from the surface 34 a.
- the sensor signals obtained in this way can be determined in the manner of a motion detector, whether the embossing unit 1 moves during a stamping phase in the X and / or Y-direction relative to the workpiece 34 or if no such relative movement takes place as required. If necessary, the embossing process can be interrupted and provided for a shift-free storage of the embossing unit 1 on the workpiece 34.
- FIGS. 5 and 6 show how, by means of the distance sensor 33, an exact measurement of the embossing depth can be made if the surface 34a is marked by scratches with a mark 34b (FIG. Fig. 6 ) should be provided.
- the embossing needle 18 is first characterized in that the piston 22 ( Fig. 3 ) is acted upon by the opening 23 through a first, relatively low pressure, advanced in the Z direction so far that it sits with its tip 18a on the surface 34a, without penetrating into it. Reaching this state can z. B. by means of a sensor, not shown, for. B.
- a speed sensor an electrical, the contact between the tip 18 a and the surface 34 a indicative contact sensor od.
- the pressure of the printing medium can also be chosen so that, although a touch, but no penetration of the embossing needle 18 in the surface 34 a is possible, and a predetermined time to wait, within which the Embossing needle 18 is securely placed on the workpiece surface 34a.
- the final state obtained is in Fig. 5 in which the distance sensor 33 (or its underside facing the surface 34a) shows a first distance L1 from the workpiece surface 34a.
- the pressure of the pressure medium introduced through the opening 23 is now increased so much that the tip 18a of the embossing needle 18 correspondingly Fig. 6 penetrates into the surface 34a to a desired embossing depth L3.
- the difference L3 L1-L2 at each position of the image character 34b gives the current actual value of the embossing depth at. Consequently, it is possible according to the invention to not only permanently measure the current embossing depth L3 during an embossing process, but also to modify it, if necessary, by controlling the pressure acting on the piston 22. A provision of the embossing needle 18 in a direction away from the workpiece surface 34 a direction is effected in each case by the compression spring 30.
- the control device includes a regulator 38, a connected thereto adjusting device 39, for example in the form of a pressure control valve, which in one with the opening 23 (FIG. Fig. 1 ) is connected and controls the pressure of the force acting on the piston 22 pressure medium, and acted upon by the actuator 39 embossing needle 18 which is fixedly connected to the distance sensor 33.
- the signal output by the distance sensor 33 is supplied to a comparator 40, in which it is compared with a predetermined, output from a setpoint generator 41 setpoint.
- the difference signal resulting from the comparison is supplied to the controller 38.
- control device preferably operates as follows:
- L1 eg 1 mm
- the embossing needle 18 is lifted by venting the cylinder / piston assembly 21, 22 by means of the compression spring 30 from the workpiece surface 34a and successively brought to the starting points for the next character, the process steps described are respectively repeated accordingly.
- a particular advantage of the invention is therefore that the determination of the reference value L1 can be made anew before the embossing of each individual character.
- the embossing needle 18 slightly wears during embossing of a character or the distance between the tip 18a and the bottom of the sensor 33 should have changed for some reason, the next character is still scribed with the predetermined embossing depth, since in this case the reference value L1 changes accordingly and the differential value formed in the setpoint generator 41 is adjusted accordingly. In this way, the embossing depth L3 at least as long as kept absolutely constant until the embossing needle 18 is worn to a no longer tolerable value.
- a further advantage of the invention results from the fact that any deflections of the workpiece 34 are also included in the formation of the reference value L1. Namely, if the workpiece 34 is slightly deflected by the embossing needle 18 before it penetrates into the surface 34a, the reference value L1 required for the control does not change because the distance sensor 33 constantly participates in the movements of the embossing needle 18. Therefore, it is particularly advantageous if the distance sensor 33 as close as possible, d. H. as close as the installation conditions permit, is arranged next to the embossing needle 18. Any deformations of the workpiece 34 then have at most a negligible effect on the reference value L1.
- the embossing process is preferably interrupted in order to preclude the attachment of defective markings on the workpiece surface 34a.
- FIGS. 9 and 10 show an alternative embodiment of a device for detecting relative movements between the embossing unit 1 and the workpiece 34 during a stamping operation.
- Fig. 4 rejects the device FIGS. 9 and 10 a z. B. attached to the side wall 3 a, mechanical button 45.
- This is pivotally mounted with a ball joint 46 in a connected to the side wall 3a holder 47 and supported on the workpiece surface 34a lowered embossing needle 18 by means of a rubber buffer 48 on the workpiece surface 34a.
- the embossing unit 1 is supported by means of at least one support foot 49 on the workpiece surface 34a.
- Relative displacements of the embossing unit 1 and of the workpiece 34 in the X and / or Y direction therefore result in a pivoting of the probe 45 in the ball joint 46.
- This pivoting is by means of a z. B. inductively acting, the top of the probe 45 associated sensor 50 is scanned and used when exceeding the preselected tolerance range for switching off the embossing process.
- the invention is not limited to the described embodiment, which could be modified in many ways. This applies in particular to the type and design of the various sensors.
- the distance sensor 33 which is particularly preferably an inductively or according to the eddy current principle working sensor that provides analog or digital distance signals, for example, a capacitive or optical sensor could be provided.
- a capacitive or optical sensor could be provided.
- the statement “attachment of the distance sensor 33 to the embossing needle 18" in the description and in the following claims include the case that the distance sensor 33 is not with the embossing needle 18 itself, but with a receiving this holder, z. B. the piston rod 28 ( Fig. 3 ), connected is.
- the distance sensor 33 since he must work without contact, with its underside at least as much above the tip 18a of the embossing needle 18 to order that the distance measurement also works when the embossing needle 18 is worn to a maximum tolerable level ,
- the control device after Fig. 7 can z. B. be modified in that between the distance sensor 33 and the comparator 40 a dashed line indicated subtraction stage 51 is switched, in which the difference between the reference value L1 and after switching on the control device currently obtained distance L2 is formed, the actual value of the embossing depth L3 corresponds. In this case, only one desired value for the embossing depth L3 would be specified by the setpoint generator 41.
- the embossing depth L3 is the actual control variable, which is to be controlled constantly. It is also clear that the described monitoring of the various functions and the regulation of the embossing depth L3 are preferably carried out with the aid of microprocessor controls or the like, and thus fully automatically. Finally, it is understood that the various features may be applied in combinations other than those described and illustrated.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 angegebenen Gattungen.
- Die Erzeugung von Zeichen wie z. B. alphanumerischen Zeichen in Werkstückoberflächen dient beispielsweise in der Automobilindustrie dem Zweck, Werkstücke wie Fahrgestelle, Motoren od. dgl. mit weitgehend fälschungssicheren Markierungen in Form von Beschriftungen oder sonstigen Kennzeichnungen zu versehen. Als Prägewerkzeuge werden hierfür insbesondere Prägenadeln verwendet, die die Zeichen entweder matrixförmig aus einer Mehrzahl von Punkten zusammensetzen (Nadelprägen) oder in Klarschrift darstellen, indem die Prägenadel in die Werkstückoberfläche gedrückt und dann quer dazu bewegt wird (Ritzmarkieren oder Prägen durch Druckumformen).
- In den beiden zuletzt genannten Fällen, in denen die einzelnen Zeichen als durchgehende, im Wesentlichen V-förmige Ritzlinien oder Rillen ausgebildet sind, wird zur Erzielung eines gut lesbaren, gleichförmigen Schriftbildes zunehmend gefordert, dass die Zeichen eine durchgehend gleichförmige, nachfolgend kurz als Prägetiefe bezeichnete Ritz- oder Rillentiefe aufweisen, die z. B. 0,2 mm beträgt. Da eine visuelle Endkontrolle der Prägetiefe praktisch unmöglich ist und die üblicherweise verwendeten Prägevorrichtungen nicht sicherstellen, dass eine vorgegebene Prägetiefe auch tatsächlich erreicht und eingehalten wird, werden Verfahren und Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattungen benötigt, mittels derer die Prägetiefe automatisch ermittelt und die Einhaltung einer vorgewählten Prägetiefe automatisch sichergestellt werden kann.
- Bekannte Verfahren und Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattungen verwenden zur Ermittlung der Prägetiefe durchweg optische Mittel (z. B.
DE 199 30 272 A1 ,DE 10 2005 037 411 A1 ), die mit Laserlicht arbeitende Sensoren od. dgl. aufweisen. Als Nachteil ergibt sich hierbei, dass eine Messung der tatsächlich erzielten Prägetiefe erst in einem auf die Prägung folgenden Arbeitsgang möglich und anfällig gegenüber Verschmutzung, insbesondere dem beim Ritzmarkieren unvermeidlichen Auswurf des verdrängten Materials ist. Die erhaltenen Prägetiefen entsprechen daher nicht ausreichend sicher den vorgegebenen Sollwerten. Bekannt ist es außerdem, zunächst den Abstand der Prägenadel von der Werkstückoberfläche mittels eines kapazitiven Näherungssensors zu ermitteln und die Prägenadel dann in Richtung der Werkstückoberfläche vorzuschieben. Auch diese Methode erlaubt keine hohe Genauigkeit, weil sich das Werkstück, falls es z. B. als Blech ausgebildet ist, während des Prägevorgangs verbiegen kann und dann zu einer Prägetiefe führt, die kleiner als die gewünschte Prägetiefe ist. - Möglich wäre schließlich eine Überprüfung der geprägten Kennzeichnungen mit Hilfe einer Kamera. Hierdurch kann jedoch in der Regel nur festgestellt werden, ob die gewünschten Zeichen tatsächlich vorhanden sind. Außerdem wirken sich z.B. vorhandene Schmutzteilchen (Auswurf), wechselnde Lichtverhältnisse und unterschiedliche Farben der Werkstücke ungünstig auf die Messergebnisse aus, weshalb auch mit diesen Verfahren und Vorrichtungen eine schlechte Verfügbarkeit erzielt wird.
- Ausgehend davon liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattungen so weiterzubilden, dass eine schnelle, während des Prägevorgangs und mit hoher Genauigkeit erfolgende Ermittlung der Prägetiefe möglich ist und dadurch fehlerhaft gekennzeichnete Werkstücke weitgehend vermieden werden.
- Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5.
- Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Abstandssensor, da er zusammen mit der Nadel senkrecht und parallel zur Werkstückoberfläche bewegt wird, während des Prägevorgangs ständig seinen Abstand von der Werkstückoberfläche anzeigt, der unter Einbeziehung eines zu Beginn des Prägevorgangs und beim Aufliegen der Prägenadel auf der Werkstückoberfläche ermittelten Referenzwertes gleichzeitig ein genaues Maß für die aktuelle Prägetiefe liefert. Je näher der Abstandssenor an der Prägenadel angeordnet wird, umso genauer ist die ermittelte Prägetiefe, da auf diese Weise eine etwaige Durchbiegung des Werkstücks neutralisiert wird. Schließlich kann der Einfluss eines etwaigen Verschleißes der Prägenadel dadurch weitgehend kompensiert werden, dass vor der Erzeugung eines jeden Zeichens ein neuer Referenzwert ermittelt wird.
- Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen in unterschiedlichen Maßstäben:
-
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Prägeeinheit zur Durchführung von Ritzmarkierungen; -
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Nadelkopfes der Prägeeinheit nachFig. 1 ; -
Fig. 3 den Nadelkopf nachFig. 2 in einer teilweise aufgebrochenen und geschnittenen Darstellung; -
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer mit einem optischen Sensor versehenen Einrichtung zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen der Prägeeinheit und den Werkstück; -
Fig. 5 und 6 das der Erfindung zugrundeliegende Messprinzip für die Prägestufe anhand je einer Vorderansicht der Prägenadel und eines Abstandssensors; -
Fig. 7 eine Regeleinrichtung zur Regelung der Prägetiefe mittels der Prägeeinheit nachFig. 1 bis 5 ; -
Fig. 8 eine Einrichtung zur Überwachung der Bewegung der Prägenadel parallel zu einer Werkstückoberfläche; und -
Fig. 9 und 10 eine perspektivische Darstellung und eine Vorderansicht einer mit einem mechanischen Taster versehenen Einrichtung zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen der Prägeeinheit und dem Werkstück. -
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung in Form einer Prägeeinheit 1 zum Herstellen von Kennzeichnungen nach dem Verfahren des so genannten Ritzmarkierens. Die Prägeeinheit 1 enthält einen Grundrahmen, von dem inFig. 1 nur eine obere Deckplatte 2, eine dazu parallele Seitenwand 2a und eine Seitenwand 3 dargestellt sind. Der Grundrahmen wird in üblicher Weise an einem Handlingsystem wie z. B. einem Roboterarm montiert, um die Prägeeinheit 1 auf diejenige Stelle einer Werkstückoberfläche aufsetzen zu können, an der eine Markierung angebracht werden soll. An der Zwischenwand 2a des Grundrahmens ist wenigstens eine parallel zu einer Y-Achse eines gedachten Koordinatensystems erstreckte Führung 4 befestigt, längs derer ein nur schematisch angedeuteter Y-Schlitten 5 hin- und herbewegbar ist. An einer Unterseite des Y-Schlittens 5 ist wenigstens eine parallel zur X-Achse des gedachten Koordinatensystems erstreckte Führung 6 montiert, längs derer ein X-Schlitten 7 hin- und herbewegbar gelagert ist. Die Bewegung des Y-Schlittens 5 erfolgt z. B. mit Hilfe eines am Grundrahmen befestigten Schrittmotors 8, der mittels einer Zahnriemenscheibe 9 und eines nicht dargestellten Zahnriemens eine Zahnriemenscheibe 10 antreibt, die auf einer Gewindespindel sitzt, die eine Gewindebohrung des Y-Schlittens 5 durchragt. In entsprechender Weise wird der X-Schlitten 7 z. B. mit Hilfe eines Schrittmotors 11 angetrieben, der mittels einer Montageplatte 12 am Y-Schlitten 5 befestigt ist und eine Zahnriemenscheibe 14 aufweist, die mittels eines nicht dargestellten Zahnriemens eine Zahnriemenscheibe 15 in Umdrehungen versetzen kann. Diese ist auf einer in der Montageplatte 11 drehbar gelagerten Gewindespindel 16 befestigt, die eine Gewindebohrung des X-Schlittens 7 durchragt. - An der Unterseite des X-Schlittens 7 ist ein Präge- oder Nadelkopf 17 befestigt, in dem eine Prägenadel 18 beweglich gelagert ist und parallel zur Z-Achse des gedachten Koordinatensystems hin- und herbewegt werden kann.
- Die insoweit beschriebene Prägeeinheit 1 kann im Übrigen so ausgebildet sein, wie dem allgemeinen Stand der Technik entspricht. Daher können insbesondere die Schrittmotoren 8 und 11, wie dies bei XY-Tischen allgemein üblich ist, mit nicht dargestellten Steuereinheiten derart in Umdrehungen versetzt werden, dass die Prägenadel 18 in X- und Y-Richtung entlang der Oberfläche eines in
Fig. 1 nicht dargestellten Werkstücks bewegt wird, um ein oder mehrere Zeichen zu schreiben und durch einen Ritzvorgang in der Werkstückoberfläche auszubilden. Da derartige Steuerungen dem Fachmann geläufig sind, wird auf ihre nähere Beschreibung verzichtet. -
Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten des am X-Schlitten 7 befestigten Nadelkopfes 17. Dieser enthält in einem oberen Teil eine Halteplatte 19, an deren Unterseite ein Gehäuse 20 befestigt ist, das einen vorzugsweise zylindrischen Hohlraum 21 umgibt. In dem Hohlraum 21 ist als Mittel zum Eindrücken der Prägenadel 18 in die Werkstückoberfläche ein ebenfalls vorzugsweise zylindrischer Kolben 22 in Z-Richtung verschiebbar gelagert, der zusammen mit dem Gehäuse 20 eine Zylinder/Kolben-Anordnung bildet. Ein inFig. 3 oberes Ende des Hohlraums 21 ist mit einer eine durchgehende Öffnung 23 aufweisenden Deckwand 24 verschlossen. Die Öffnung 23 dient dazu, über eine mit ihr verbundene, nicht dargestellte Leitung ein Druckmedium, vorzugsweise Druckluft in den Hohlraum 21 einzuführen und dadurch auf den Kolben 22 einzuwirken. - Auf der von der Öffnung 23 abgewandten Seite des Kolbens 22 ist ein Bodenteil 25 befestigt, das eine mit dem Kolben 22 koaxiale, in Z-Richtung erstreckte Führungsbohrung 26 aufweist. In der Führungsbohrung 26 sind mit Gleitsitz Führungsansätze 27 verschiebbar gelagert, die an einer am Kolben 22 befestigten Kolbenstange 28 vorgesehen sind, an deren unterem Ende die Prägenadel 18 vorzugsweise leicht auswechselbar befestigt ist (vgl. auch
Fig. 5 und 6 ). Ein die Kolbenstange 28 lose umgebender Ring 29 liegt auf einer an einem Übergang vom Hohlraum 21 zur Führungsbohrung 26 ausgebildeten Schulter auf und stützt das untere Ende einer Druckfeder 30 ab, deren oberes Ende am Kolben 22 anliegt. Dadurch wird der Kolben 22 inFig. 3 nach oben in eine Ausgangslage vorgespannt, aus welcher er mittels des durch die Öffnung 23 in den Hohlraum 21 eingeführten Druckmediums in Z-Richtung und inFig. 3 nach unten vorgeschoben werden kann. - In einem unteren Abschnitt der Kolbenstange 28 ist eine radial erstreckte Halterung 31 befestigt, die durch eine seitliche Aussparung 32 (
Fig. 2 ) des Bodenteils 25 nach außen ragt. In dieser Halterung 31 ist ein parallel zur Prägenadel 18 erstreckter Abstandsensor 33 befestigt, wobei die Aussparung 32 so ausgebildet ist, dass die Halterung 31 und damit auch der Abstandsensor 33 alle in Z-Richtung erfolgenden Bewegungen der Prägenadel 18 mitmachen kann. Das untere Ende des Abstandsensors 33 weist von der Unterseite bzw. Spitze 18a der Prägenadel 18 einen Abstand A auf, (Fig. 3 ), der wenigstens so groß ist, wie der gewünschten Prägetiefe der herzustellenden Zeichen entspricht. Vorzugsweise ist der Abstand A außerdem um so viel größer als die Prägetiefe, wie einer tolierbaren Abnutzung der Prägespitze 18a beim Gebrauch entspricht. Dadurch wird erreicht, dass der Abstandsensor 33 stets oberhalb einer Werkstückoberfläche angeordnet ist und diese daher nicht berührt, selbst wenn die Prägenadel 18 mit der maximalen Prägetiefe in die Werkstückoberfläche eingedrückt wird. -
Fig. 4 zeigt ein Werkstück 34 mit einer zu beschriftenden Oberfläche 34a und in starker Vereinfachung das Absetzen der Prägeeinheit 1 mittels eines Roboterarms od. dgl. auf der Oberfläche 34a derart, dass die Prägenadel 18 mit Hilfe der hier nicht dargestellten X- und Y-Schlitten 7 bzw. 5 parallel zur Oberfläche 34a längs einer mit Zeichen zu versehenen Beschriftungszone 35 hin- und herbewegt werden kann. Das Bodenteil 25 durchragt dazu zweckmäßig eine in einem Boden des Grundrahmens ausgebildete Aussparung 36. An einer der Seitenwand 3 gegenüberliegenden weiteren Seitenwand 3a des Grundrahmens der Prägeeinheit 1 ist ein Sensor 37 angeordnet, der z. B. ein optischer Sensor ist, ein auf die Oberfläche 34a gerichtetes Lichtbündel aussendet und ein von der Oberfläche 34a reflektiertes Lichtbündel empfängt. Anhand der auf diese Weise erhaltenen Sensorsignale lässt sich nach Art eines Bewegungsmelders feststellen, ob sich die Prägeeinheit 1 während einer Prägephase in X-und/oder Y-Richtung relativ zum Werkstück 34 bewegt oder ob wie erforderlich keine solche Relativbewegung stattfindet. Bei Bedarf kann der Prägevorgang unterbrochen und für eine verschiebungsfreie Lagerung der Prägeeinheit 1 auf dem Werkstück 34 gesorgt werden. -
Fig. 5 und 6 zeigen, wie mittels des Abstandsensors 33 eine exakte Messung der Prägetiefe vorgenommen werden kann, wenn die Oberfläche 34a durch Ritzen mit einem Zeichen 34b (Fig. 6 ) versehen werden soll. Vor Beginn des Ritzvorgangs wird die Prägenadel 18 zunächst dadurch, dass der Kolben 22 (Fig. 3 ) durch die Öffnung 23 hindurch mit einem ersten, vergleichsweise geringen Druck beaufschlagt wird, in Z-Richtung soweit vorgeschoben, dass sie sich mit ihrer Spitze 18a auf die Oberfläche 34a aufsetzt, ohne in diese einzudringen. Das Erreichen dieses Zustandes kann z. B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Sensors, z. B. eines Geschwindigkeitssensors, eines elektrischen, die Berührung zwischen der Spitze 18a und der Oberfläche 34a anzeigenden Kontaktsensors od. dgl., überwacht werden, der dem Kolben 22 oder der Kolbenstange 28 zugeordnet wird und ein Signal abgibt, wenn die Geschwindigkeit v = 0 entsprechend dem Stillstand der Prägenadel 18 erreicht ist oder eine Berührung stattfindet. Alternativ kann der Druck des Druckmediums auch so gewählt werden, dass zwar eine Berührung, aber kein Eindringen der Prägenadel 18 in die Oberfläche 34a möglich ist, und eine vorgegebene Zeitlang abgewartet werden, innerhalb von der die Prägenadel 18 mit Sicherheit auf die Werkstückoberfläche 34a aufgesetzt ist. Der erhaltene Endzustand ist inFig. 5 dargestellt, wonach der Abstandsensor 33 (bzw. seine der Oberfläche 34a zugewandte Unterseite) einen ersten Abstand L1 von der Werkstückoberfläche 34a aufzeigt. - In einem nächsten Verfahrensschritt wird jetzt der Druck des durch die Öffnung 23 eingeführten Druckmediums so stark vergrößert, dass die Spitze 18a der Prägenadel 18 entsprechend
Fig. 6 bis zu einer gewünschten Prägetiefe L3 in die Oberfläche 34a eindringt. Ist diese Prägetiefe L3 erreicht, gibt der Abstandsensor 33 ein Signal L2 ab, das dem Wert L2 = L1 - L3 entspricht. Daraus folgt, dass die aktuelle Prägetiefe L3 stets gleich der Differenz L1 - L2 ist. Wird daher der beim Aufsetzen der Prägenadel 18 auf der Oberfläche 34a gemessene Abstand L1 als Referenzwert bei der nachfolgenden Ausbildung eines Zeichens 34b durch Ritzen verwendet, dann gibt die Differenz L3 = L1 - L2 an jeder Stelle des sich bildenden Zeichens 34b den aktuellen Istwert der Prägetiefe an. Folglich ist es erfindungsgemäß möglich, während eines Prägevorgangs die aktuelle Prägetiefe L3 nicht nur permanent zu messen, sondern bei Bedarf auch durch Steuerung des auf den Kolben 22 wirkenden Drucks zu verändern. Eine Rückstellung der Prägenadel 18 in einer von der Werkstückoberfläche 34a abgewandten Richtung wird jeweils durch die Druckfeder 30 bewirkt. - Bei einem derzeit für am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Differenz L3 = L1 - L2 als Regelgröße für eine den Druck auf den Kolben 22 festlegende, in
Fig. 7 vereinfacht dargestellte Regeleinrichtung verwendet. Die Regeleinrichtung enthält einen Regler 38, eine an diesen angeschlossene Stelleinrichtung 39, beispielsweise in Form eines Druckregelventils, das in eine mit der Öffnung 23 (Fig. 1 ) verbundene Leitung geschaltet ist und den Druck des auf den Kolben 22 einwirkenden Druckmediums steuert, und die von der Stelleinrichtung 39 beaufschlagte Prägenadel 18, die fest mit dem Abstandsensor 33 verbunden ist. Das vom Abstandsensor 33 abgegebene Signal wird einem Vergleicher 40 zugeführt, in dem es mit einem vorgebenen, von einem Sollwertgeber 41 abgegebenen Sollwert verglichen wird. Das aus dem Vergleich resultierende Differenzsignal wird dem Regler 38 zugeführt. - Beim Betrieb der Prägeeinheit 1 arbeitet die Regeleinrichtung vorzugsweise wie folgt:
- Vor Beginn der Prägung eines Zeichens 34b wird die Prägenadel 18 zunächst unter Steuerung der Schrittmotoren 8 und 11 wie beschrieben vorzugsweise dort auf die Werkstückoberfläche 34a aufgesetzt, wo der Prägevorgang beginnen soll. Der sich dabei gemäß
Fig. 5 ergebende Abstand L1 (z. B. 1 mm), wird als Referenzwert in den Sollwertgeber 41 übernommen und dort zu einem Sollwert für den Prägevorgang modifiziert, der der Differenz L2 = L1 - L3 entspricht, worin L3 ein fest vorgegebener Sollwert für die Prägetiefe ist. Im Anschluss daran wird der Prägevorgang gestartet, indem die Regelvorrichtung nachFig. 7 eingeschaltet wird, wodurch das aktuelle Ausgangssignal des Abstandsenors 33 im Vergleicher 40 mit dem Sollwert L1 - L3 verglichen wird. Das dem Regler 38 zugeführte Differenzsignal steuert die Stelleinrichtug 39, z. B. das Druckregelventil für die Zylinder/Kolben-Anordnung 21, 22 (Fig. 3 ), in der Weise, dass die Prägenadel 18 bis zur gewünschten Prägetiefe L3 (Fig. 6 ) in die Werkstückoberfläche 34a eindringt. Sobald der Abstandsensor 33 dies dadurch anzeigt, dass sein Ausgangswert dem Abstand L2 entspricht, werden die Y-und X-Motoren 8 und 11 (Fig. 1 ) eingeschaltet, um das betreffende Zeichen 34b in die Oberfläche 34a zu schreiben. - Nach Beendigung des Prägevorgangs wird die Prägenadel 18 durch Entlüftung der Zylinder/Kolben-Anordnung 21, 22 mittels der Druckfeder 30 von der Werkstückoberfläche 34a abgehoben und nacheinander an die Startpunkte für die nächsten Zeichen gebracht, wobei die beschriebenen Verfahrensschritte jeweils entsprechend wiederholt werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht daher darin, dass die Ermittlung des Referenzwertes L1 vor der Prägung eines jeden einzelnen Zeichens neu vorgenommen werden kann. Selbst wenn sich dabei die Prägenadel 18 beim Prägen eines Zeichens geringfügig abnutzt oder sich der Abstand zwischen der Spitze 18a und der Unterseite des Sensors 33 aus irgendeinem Grund geändert haben sollte, wird das nächste Zeichen dennoch mit der vorgegebenen Prägetiefe geritzt, da sich in diesem Fall der Referenzwert L1 entsprechend ändert und der im Sollwertgeber 41 gebildete Differenzwert entsprechend angepasst wird. Auf diese Weise kann die Prägetiefe L3 zumindest solange absolut konstant gehalten werden, bis die Prägenadel 18 auf einen nicht mehr tolerierbaren Wert abgenutzt ist.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass in die Bildung des Referenzwertes L1 auch etwaige Durchbiegungen des Werkstücks 34 eingehen. Sollte das Werkstück 34 nämlich von der Prägenadel 18, bevor diese in die Oberfläche 34a eindringt, geringfügig durchgebogen werden, dann ändert sich dadurch der für die Regelung benötigte Referenzwert L1 nicht, da der Abstandsensor 33 die Bewegungen der Prägenadel 18 ständig mitmacht. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstandsensor 33 möglichst dicht, d. h. so dicht, wie es die Einbauverhältnisse zulassen, neben der Prägenadel 18 angeordnet wird. Etwaige Verformungen des Werkstücks 34 wirken sich dann allenfalls in vernachlässigbarer Weise auf den Referenzwert L1 aus.
- Durch die Erfindung kann somit bereits während einer Prägephase sichergestellt werden, dass eine vorgebene Prägetiefe L3 auch tatsächlich erreicht und eingehalten wird. Nimmt die Prägetiefe L3 aus irgendeinem Grund einen außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegenden Wert an, was durch den Vergleicher 40 überwacht werden kann, wird der Prägevorgang vorzugsweise unterbrochen, um das Anbringen fehlerhafter Markierungen auf der Werkstückoberfläche 34a grundsätzlich auszuschließen.
- Die anhand der
Fig. 4 beschriebene Überwachung von Bewegungen der Prägeeinheit 1 relativ zum Werkstück 34 stellt weiterhin sicher, dass der Prägevorgang nicht durch eine mangelhafte Montage der Prägeeinheit 1 auf dem Werkstück 34 gestört wird. - In einer Weiterbildung der Erfindung wird schließlich auch sichergestellt, dass die verschiedenen Zeichen an den vorgegebenen X- und Y-Positionen angebracht und wie vorgesehen ausgebildet werden. Hierzu ist vorgesehen, an den Führungen 4 und 6 selbst oder einem dazu parallelen Teil des Grundrahmens oder des Y-Schlittens 5, wie in
Fig. 8 für die Führung 6 beispielhaft dargestellt ist, einen z. B. durch Strichmarkierungen 42 oder sonstwie skalierten Maßstab 43 anzubringen und diesem einen am entsprechenden Schlitten, hier dem X-Schlitten 7, befestigten Sensor 44 zuzuordnen. Bei der Verschiebung des X-Schlittens 7 zählt der Sensor 43 z. B. die vorbeiwandernden Strichmarkierungen 42. Die erreichte Zahl der Strichmarkierungen wird mit der Sollwertvorgabe für den X-Schlitten 7 verglichen, so dass bei Gleichheit sichergestellt ist, dass der X-Schlitten 7 die richtige Position erreicht hat. Entsprechend wird im Hinblick auf den Y-Schlitten 5 vorgegangen. -
Fig. 9 und 10 zeigen schließlich ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen der Prägeeinheit 1 und dem Werkstück 34 während eines Prägevorgangs. Im Gegensatz zuFig. 4 weist die Einrichtung nachFig. 9 und 10 einen z. B. an der Seitenwand 3a befestigten, mechanischen Taster 45 auf. Dieser ist mit einem Kugelgelenk 46 schwenkbar in einer mit der Seitenwand 3a verbundenen Halterung 47 befestigt und bei auf die Werkstückoberfläche 34a abgesenkter Prägenadel 18 mittels eines Gummipuffers 48 auf der Werkstückoberfläche 34a abgestützt. Gleichzeitig ist die Prägeeinheit 1 mittels wenigstens eines Stützfußes 49 auf der Werkstückoberfläche 34a abgestützt. Relativverschiebungen der Prägeeinheit 1 und des Werkstücks 34 in X- und/oder Y-Richtung haben daher eine Verschwenkung des Tasters 45 im Kugelgelenk 46 zur Folge. Diese Verschwenkung wird mittels eines z. B. induktiv wirkenden, der Oberseite des Tasters 45 zugeordneten Sensors 50 abgetastet und bei Überschreiten des vorgewählten Toleranzbereichs zur Abschaltung des Prägevorgangs genutzt. - Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden könnte. Das gilt insbesondere für die Art und Ausbildung der verschiedenen Sensoren. Anstelle des Abstandsensors 33, der besonders bevorzugt ein induktiv oder nach dem Wirbelstromprinzip arbeitender Sensor ist, der analoge oder digitale Abstandssignale liefert, könnte beispielsweise ein kapazitiv oder optisch arbeitender Sensor vorgesehen werden. Dabei soll die Angabe "Befestigung des Abstandsensors 33 an der Prägenadel 18" in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen natürlich auch den Fall einschließen, dass der Abstandsensor 33 nicht mit der Prägenadel 18 selbst, sondern mit einer diese aufnehmenden Halterung, z. B. der Kolbenstange 28 (
Fig. 3 ), verbunden ist. Weiter kann es zweckmäßig sein, am Umfang der Prägenadel 18 zwei oder mehr Abstandsensoren 33 ver-teilt anzuordnen. Dadurch können Fehler erkannt und kompensiert werden, die sich dadurch ergeben könnten, dass der Abstandsensor 33 beim Eindringen der Prägenadel 18 in die Werkstückoberfläche 34a über einer Rille oder Nut eines bereits fertigen, vorher angebrachten Zeichens oder Zeichenteils zu liegen kommt. Weiter ist klar, dass die beschriebene Bestimmung der Prägetiefe L3 unabhängig davon ist, ob die Prägung des Zeichens 34b durch Ritzen oder durch plastische Verformung der Werkstückoberfläche 34a erfolgt. Weiter ist es zweckmäßig, den Abstandsensor 33, da er berührungslos arbeiten muss, mit seiner Unterseite zumindest um so viel oberhalb der Spitze 18a der Prägenadel 18 anzuordnen, dass die Abstandsmessung auch dann noch funktioniert, wenn die Prägenadel 18 um ein maximal tolerierbares Maß abgenutzt ist. Die Regelvorrichtung nachFig. 7 kann z. B. dadurch abgewandelt werden, dass zwischen dem Abstandsensor 33 und dem Vergleicher 40 eine gestrichelt angedeutete Subtraktionsstufe 51 geschaltet wird, in der die Differenz zwischen dem Referenzwert L1 und dem nach dem Einschalten der Regelvorrichtung aktuell erhaltenen Abstand L2 gebildet wird, der dem Istwert der Prägetiefe L3 entspricht. In diesem Fall würde vom Sollwertgeber 41 lediglich ein Sollwert für die Prägetiefe L3 vorgegeben. In jedem Fall ist die Prägetiefe L3 die eigentliche Regelgröße, die konstant zu regeln ist. Weiter ist klar, dass die beschriebene Überwachung der verschiedenen Funktionen und die Regelung der Prägetiefe L3 vorzugsweise mit Hilfe von Mikroprozessorsteuerungen od. dgl. und damit vollautomatisch durchgeführt wird. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.
Claims (17)
- Verfahren zur Erzeugung eines Zeichens (34b) in einer Werkstückoberfläche (34a) durch Prägen, wobei eine Prägenadel (18) in die Werkstückoberfläche (34a) eingedrückt und parallel zu dieser bewegt wird und wobei die sich dadurch ergebende Prägetiefe (L3) des Zeichens (34b) unter Anwendung eines Abstandsensors (33) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandsensor (33) ein an der Prägenadel (18) befestigter und zusammen mit dieser bewegbarer Abstandsensor (33) verwendet wird, die Prägenadel (18) vor Beginn der Prägung auf die Werkstückoberfläche (34a) aufgesetzt und ein sich dadurch ergebender erster Abstand (L1) des Sensors (33) von der Werkstückoberfläche (34a) gemessen wird, die Prägenadel (18) dann in die Werkstückoberfläche (34a) eingedrückt und ein dadurch ergebender zweiter Abstand (L2) des Sensors (33) von der Werkstückoberfläche (34a) gemessen wird und die Prägetiefe (L3) aus der Differenz (L1 - L2) der beiden Abstände ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägetiefe (23) während der Erzeugung des Zeichens (34b) als Regelgröße auf einen vorgewählten Wert konstant geregelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägenadel (18) durch Ausübung eines Drucks in die Werkstückoberfläche (34a) eingedrückt wird und die Regelung der Prägetiefe (L3) unter Anwendung des Drucks als Stellgröße erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung des Zeichens (34b) abgebrochen wird, wenn die Prägetiefe (L3) einen außerhalb eines vorgewählten Toleranzbereichs liegenden Wert annimmt.
- Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeichens (34b) in einer Werkstückoberfläche (34a) durch Prägen, enthaltend eine auf die Werkstückoberfläche (34a) aufsetzbare und parallel zu dieser bewegbare Prägenadel (18), Mittel (21, 22) zum Eindrücken der Prägenadel (18) in die Werkstückoberfläche (34a) zwecks Durchführung von Prägungen und einen Abstandsensor (33), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsensor (33) an der Prägenadel (18) befestigt und zur Ermittlung der während des Prägevorgangs erhaltenen Prägetiefe (L3) eingerichtet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsensor (33) unmittelbar neben der Prägenadel (18) und mit seiner Unterseite zumindest um so viel oberhalb einer äußeren Spitze (18a) der Prägenadel (18) angeordnet ist, wie einer gewünschten Prägetiefe (L3) entspricht.
- Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägenadel (18) in einem Nadelkopf (17), der an einem in zwei Richtungen (X, Y) und parallel zur Werkstückoberfläche (34a) verschiebbaren Schlitten (7) montiert ist, in einer dritten Richtung (Z) hin- und herbewegbar gelagert ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21, 22) zur Eindrückung der Prägenadel (18) in die Werkstückoberfläche (34a) eine in einer dritten Richtung (Z) auf die Prägenadel (18) einwirkende Zylinder/- Kolben-Anordnung enthalten.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stelleinrichtung (39) zur Einstellung des Drucks in der Zylinder/Kolben-Anordnung (21, 22) derart aufweist, dass die Prägenadel (18) mit einer vorgewählten Prägetiefe (23) in die Werkstückoberfläche (34a) eindringt.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (39) ein Bestandteil einer Regeleinrichtung für den Druck ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße der Regeleinrichtung die Prägetiefe (L3) verwendet wird, die sich aus der Differenz eines Abstands (L1) des Abstandsensors (33) von der Werkstückoberfläche (34a) bei auf dieser aufsitzender Prägenadel (18) und eines Abstands (L2) des Abstandsensors (33) von der Werkstückoberfläche (34a) bei in diese eingedrückter Prägenadel (18) ergibt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (32, 45) zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen der Prägeeinheit (1) und dem Werkstück (34) während eines Prägevorgangs aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen optischen Sensor (32) enthält.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen mechanischen Taster (45) enthält.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei, am Umfang der Prägenadel (18) verteilt angeordnete Abstandsensoren (33) enthält.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (42, 43, 44) zur Überwachung der in X- und/oder Y-Richtung erfolgenden Bewegungen der Prägenadel (18) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abstandsensoren (33) an einer Kolbenstange (28) befestigt sind, in der die Prägenadel (18) leicht auswechselbar montiert ist.
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