EP2110266B1

EP2110266B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeichens in einer Werkstückoberfläche durch Prägen

Info

Publication number: EP2110266B1
Application number: EP09004804.2A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Werner; Senel Efe Ok
Original assignee: Werner Maschinenbau GmbH
Current assignee: Werner Maschinenbau GmbH
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: CN101590773A; EP2110266A3; EP2110266A2; DE202008017427U1; US20090255306A1; US8356500B2; DE102008019342A1

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.
Die DE 20 2006 002 052 offenbart eine Vorrichtung zum Markieren eines Werkstückes durch Erzeugen einer Vertiefung in einer Oberfläche, um eine Vertiefung durch Materialumformung zu erzeugen. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung auch eine Malkierungsprüfeinheit, mittels der die Tiefe der Vertiefung gemessen werden kann. Der Messfühler der Markierungsprüfeinheit kann dabei durch das Druckumformwerkzeug gebildet sein. Der Tiefenmessfühler kann aber auch als optischer Abstandsmesssensor ausgebildet sein.
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 nach Fig. 1;
Fig. 3 den Nadelkopf nach Fig. 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 nach Fig. 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 in Fig. 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 in Fig. 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 in Fig. 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 in Fig. 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 in Fig. 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 nach Fig. 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 zu Fig. 4 weist die Einrichtung nach Fig. 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 nach Fig. 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.

Claims

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, wobei 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) gemessen wird und die Prägetiefe (L3) aus der Differenz (L1 - L2) der beiden Abstände ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abstand (L2) von der Werkstückoberfläche (34a) gemessen 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), wobei der Abstandsensor (33) an der Prägenadel (18) befestigt und zur Ermittlung der während des Prägevorgangs erhaltenen Prägetiefe (L3) eingerichtet ist,
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, 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 6, 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 7, 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 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (39) ein Bestandteil einer Regeleinrichtung für den Druck ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, 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 10, 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 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen optischen Sensor (32) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen mechanischen Taster (45) enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei, am Umfang der Prägenadel (18) verteilt angeordnete Abstandsensoren (33) enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, 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 15, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abstandsensoren (33) an einer Kolbenstange (28) befestigt sind, in der die Prägenadel (18) leicht auswechselbar montiert ist.