DE3802056A1 - Verfahren und vorrichtung zur identifizierung von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Identifizierung von Werkstücken im Laufe eines Bearbeitungsverfahrens bzw. im Laufe der Herstellung.

Es ist häufig erforderlich, Werkstücke individuell zu identifizieren, wenn sie eine Reihe von Herstellungsstu­ fen durchlaufen, so daß die Geschichte ihrer Herstellung zu Vergleichszwecken verfügbar wird. Aus Gründen einer sicheren Identifizierung ist es natürlich besser, das Werkstück selbst zu markieren, aber es gibt zahlreiche Bearbeitungsverfahren, die notwendigerweise die Identifi­ zierungsmarkierung 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 Fehlidentifizie­ rung, wenn die Verfahren nicht sorgfältig kontrolliert werden und alle Risiken menschlicher Fehler ausgeschlos­ sen werden.

Die Erfindung befaßt sich mit einem verbesserten Verfah­ ren und einer Vorrichtung, durch die Identifizierungsmar­ kierungen während der Herstellung auf den Werkstücken aufgebracht werden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren vor­ gesehen, 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 ge­ mäß 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 Identifizie­ rungsmarkierungen am Werkstück, einen Datenspeicher zur Speicherung der Auslesung, Markierungsmittel zum Aufbrin­ gen 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 Auslesevor­ richtung umfaßt, bevor ein Verfahren auf das Werkstück ausgeübt wird, wobei die vorbestehende Markierung ent­ fernt oder beschädigt werden kann, wobei die Markierungs­ vorrichtung nach Abschluß der Verfahrensstufe betätigt wird, um aus den gespeicherten Daten wiederum eine Mar­ kierung aufzubringen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Werk­ zeugmaschine vorgesehen, die eine vom Computer numerisch gesteuerte Vorrichtung aufweist, um einen Bearbeitungsvorgang am Werkstück vorzunehmen, wobei außerdem Mittel vorgesehen sind, die erfindungsgemäß vor­ bestehende Identifizierungsmarkierungen am Werkstück aus­ lesen, und außerdem Mittel, die die Identifizierungsmar­ kierungen aufbringen, wobei die Steuervorrichtung so aus­ gebildet ist, daß die Auslesemittel betätigt werden, be­ vor der Bearbeitungsvorgang beginnt, um vorher existieren­ de Markierungen auszulesen und Daten dieser Auslesung während des Bearbeitungsvorgangs zu speichern, während die Markierungsvorrichtung nach Vollendung des Verfahrens gemäß den gespeicherten Daten betätigt wird, um die Mar­ kierungen wiederum auf dem Werkstück aufzubringen, bevor das Werkstück freigegeben wird.

Zweckmäßigerweise werden Punktmatrix-Identifizierungs­ markierungen benutzt, die robust sind und eine minimale Anfälligkeit für Ablesungsfehler bieten und durch berüh­ rungslose, insbesondere optische Leseeinrichtungen mit beträchtlichen Lagetoleranzen zwischen Markierung und Lesevorrichtung erkannt werden können. Außerdem können solche Markierungen leicht in situ in der Werkzeugmaschi­ ne durch kompakte und robuste Vorrichtungen aufgebracht werden. Die Wiederaufbringung der Markierungen kann, wenn dies zweckmäßig erscheint, an unterschiedlichen Stellen am Werkzeug erfolgen. Es ist auch möglich, daß das Werk­ stück mehrere Markierungen an verschiedenen Stellen wäh­ rend einiger Herstellungsstufen trägt, beispielsweise wenn die Zahl der späteren Stufen im Herstellungsverfah­ ren 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 Videokamera ausgerüstet sein, um die Markierung auszule­ sen, und es kann ein Punktmarkierer die ausgelesenen Mar­ kierungen an der gleichen Stelle oder einer anderen Stelle des Werkstückes aufbringen, wobei die Punktmarkie­ rungsvorrichtung vorzugsweise auf einer zusätzlichen Be­ arbeitungsstation der Werkzeugmaschine montiert sein kann, beispielsweise am Werkzeughalter des Maschinen­ supports.

Die Erfindung kann zweckmäßigerweise in einer durch Com­ puter numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine benutzt wer­ den. Dann kann die Ablesung und Wiedermarkierung der Werkstückidentifizierung ohne menschliches Zutun durch die Werkzeugmaschinensteuerung in einer vorprogrammierten Folge durchgeführt werden, ohne daß der Werkstückfluß ge­ stört wird und ohne die Gefahr einer Fehlidentifizie­ rung. Da jedes Werkstück individuell im Laufe seiner Be­ arbeitung durch die Werkzeugmaschine identifiziert wird, ist das Verfahren auch für flexible Herstellungssysteme geeignet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in der Anwendung bei einer über einen Computer numerisch gesteuerten 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 Punktmatrixmarkie­ rung.

Die Werkzeugmaschine (2) gemäß Fig. 1 kann in herkömmli­ cher Weise, beispielsweise als Drehmaschine, ausgebildet sein, die ein Drehfutter (4) besitzt, um ein Werkstück, beispielsweise eine Scheibe (D), zu haltern. Ein Werk­ zeugsupport (6) trägt einen einstellbaren Schlitten (8) mit einem oder mehreren (nicht dargestellten) Werkzeugen zur Bearbeitung der Scheibe. Ein von einem Computer nume­ risch gesteuertes System (10) steuert die Arbeitsweise der Werkzeugmaschine einschließlich Beschickung und Ent­ nahme 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 Identifi­ zierung 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 Herstel­ lungssystem, 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 ermög­ lichen, die beispielsweise durch mechanische Beschädigung oder durch Fremdkörper hervorgerufen werden kann.

Fig. 3 veranschaulicht ein bevorzugtes Muster von Codie­ rungselementen in der Matrix gemäß Fig. 2. Jedes Zeichen der Identifizierung wird durch einen Zeichencode darge­ stellt, der durch einen jeweils eigenen Prüfcode (audit code) vervollständigt wird, so daß ein Lesefehler im Zei­ chencode korrigiert werden kann. Das 4-Punkt-Prüfcode­ muster hat die Möglichkeit, für jedes Zeichen einen ein­ zigen Fehler zu korrigieren. Um zu verhindern, daß ein Doppelfehler sich selbst so darstellt, als wäre kein Feh­ ler oder ein einziger korrigierbarer Fehler vorhanden, bewirkt eine zyklische Redundanzprüfung, die nur die Zei­ chencode-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 be­ stimmbar ist.

Die Punktmatrix wird in eine geeignete Oberfläche der Scheibe eingeschlagen, zweckmäßigerweise an mehreren Stellen, so daß der Code in verschiedenen Werkzeugmaschi­ nen ablesbar ist, wo die Zugänglichkeit der Oberflächen unterschiedlich sein kann. Wegen der Anordnung der Be­ zugspunkte in der Punktmatrix kann die Ablesung in jeder Winkellage der Matrix in der Ableseebene vorgenommen wer­ den.

Außerdem ist auf der Drehbank eine Lampe (12) (Fig. 4) angeordnet, um die vorhandene Punktmatrix auf der Scheibe zu beleuchten, wenn diese in die Drehbank eingelegt wird. Eine Videokamera (14) liest die beleuchtete Markie­ rung ab. Die Lampe wird unter einem kleinen Einfallswin­ kel gegenüber der Oberfläche eingestellt, um den Kontrast der Punkte zu erhöhen, und sie ist mit einer Helligkeits­ intensitätssteuerung (16) versehen, die auf einen Eingang eines Photodetektors (18) anspricht, um das Bild der Videokamera zu stabilisieren. Das lebende Bild in der 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 re­ lativ 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 Speicher (34) gespeichert, wo das Bild progressiv rasterartig aufgebaut wird. Das digitalisierte Bild wird außerdem über einen Ausgangsprozessor (46) nach einem 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 Speichers (34) über die Steuerregister (38).

Wenn die Oberfläche, auf der der Kenncode aufgebracht werden soll, bearbeitet worden ist, dann liefert der Com­ puter (36) unter der Wirkung der Werkzeugmaschinensteue­ rung (10) Ausgänge der gespeicherten Identifizierungs­ codedaten an ein Punktmarkierungsgerät (50), das auf dem Werkzeugschlitten (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 Identifizie­ rungscode 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 automa­ tisch zwischen den Bearbeitungsstellen übertragen werden, an denen jeweils die Ablesung der Markierung den erfor­ derlichen 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.

Falls erforderlich, kann die Bauteilidentifizierung, die im Speicher gehalten wird, auch zur automatischen Spei­ cherung der Herstellungsgeschichte des Werkstücks und da­ zu dienen, eine Werkstücksteuerung innerhalb der Bearbei­ tungsanlage 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 im Laufe seines Herstellungsverfahrens, bei welchem das Werkstück eine existierende Identifizierungs­ markierung trägt und einer Vorrichtung zugeführt wird, in der das Werkstück einer Bearbeitung un­ terzogen wird, die möglicherweise die Markierung entfernt oder beschädigt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markierung durch eine Maschine gelesen wird, nachdem das Werkstück in der Vorrichtung plaziert ist, jedoch bevor der Bearbeitungsvorgang einsetzt, daß Daten aus der Ablesung gespeichert werden und daß am Ende des Verfahrens die Identifizierung erneut auf dem Werkstück gemäß den gespeicherten Daten mar­ kiert wird, während das Werkstück in einer vorbe­ stimmten Stellung in der Vorrichtung gehaltert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markierung durch ein optisches Ausleseverfahren auslesbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markierung optisch gelesen wird, daß ein Bild der Ablesung in einem Rahmenspeicher gespeichert und in digitale Daten umgesetzt wird, die einem digitalen Datenspei­ cher zugeführt werden, während die Bearbeitung des Werkstücks beginnt.

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

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bearbeitungsverfahren in einer durch Computer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine stattfindet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auslesen und die Wieder­ aufbringung der Markierung durch die Werkzeugma­ schine nacheinander während des Herstellungsverfah­ rens gesteuert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Auf­ bringung entsprechender Markierungen an verschiede­ nen Stellen des Werkstücks.

7. Vorrichtung zur Identifizierung eines Werkstücks im Laufe seines Herstellungsverfahrens, gekenn­ zeichnet durch die Kombination fol­ gender Merkmale: eine Lesevorrichtung (14) zum Aus­ lesen vorher bestehender Identifizierungsmarkierun­ gen am Werkstück (D); ein Datenspeicher (34) zur Speicherung der Auslesung; Markierungsmittel (50) zum Aufbringen von Identifizierungsmarkierungen, die an den Speicher (34) angeschlossen sind und gemäß den gespeicherten Daten der vorexistierenden Markie­ rung eine Markierung bewirken; und eine Folgesteue­ rung (36) zur Betätigung der Auslesevorrichtung (14), bevor ein Verfahren auf das Werkstück ausgeübt wird, wobei die vorbestehende Markierung entfernt oder beschädigt werden kann, wobei die Markierungs­ vorrichtung (50) nach Abschluß der Verfahrensstufe betätigt wird, um aus den gespeicherten Daten wie­ derum eine Markierung aufzubringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Videokamera (14) vorgesehen ist, um die vorher existierende Mar­ kierung optisch auszulesen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Rahmenspeicher (34) das Kamerabild speichert und daß Mittel (32) vorgesehen sind, um digitalisierte Signale des Kamerabildes der Markierung zu erzeugen und um diese dem Rahmenspeicher (34) zuzuführen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Punktmarkierungsvorrichtung (50) die Identifizie­ rungsmarkierung nach Vollendung des Bearbeitungsver­ fahrens wieder aufbringt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung (50) eine innere Energie­ quelle aufweist und daß eine Strahlungsverbindung vorgesehen ist, um die Arbeitsweise der Markierungs­ vorrichtung (50) zu steuern.

12. Werkzeugmaschine mit einer von einem Computer nume­ risch gesteuerten Vorrichtung zur Durchführung eines Bearbeitungsverfahrens an einem Werkstück, da­ durch gekennzeichnet, daß Mit­ tel (14) vorgesehen sind, um vorbestehende Identifi­ zierungsmarkierungen auf dem Werkstück auszulesen, und daß Mittel (50) vorgesehen sind, um Identifizie­ rungsmarkierungen aufzubringen, wobei die Steuervor­ richtung (10) die Ausleseeinrichtung (14) betätigt, bevor der Bearbeitungsprozeß beginnt, um vorbeste­ hende Markierungen auszulesen und Daten, die durch die Auslesung gewonnen sind, während des Bearbei­ tungsverfahrens zu speichern und um die Markierungs­ vorrichtung (50) zu betätigen, nachdem das Bearbei­ tungsverfahren durchgeführt ist, wobei die Markie­ rungsvorrichtung gemäß den gespeicherten Daten betä­ tigt wird, um erneut eine Markierung auf dem Werk­ stück anzubringen, bevor das Werkstück freigegeben wird.