阅读说明：本技术 具有压力传感器的打标头 (Marking head with pressure sensor ) 是由 乌利齐·拉通德 于 2018-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于验证标记(8)的方法,通过连续地向在打标头(1)的针头壳体(7)中振荡的针活塞(2)供应压缩空气,针活塞(2)在一端处具有将标记(8)引入到表面(4)中的针(3),在振荡过程中在压缩空气供应部(10)中形成压力波动,连续地测量压缩空气供应部(10)中的气压,创建压力曲线,并将其与存储在评估单元(12)中的参考压力曲线进行比较并进行评估。(The invention relates to a method for verifying a marking (8), by continuously supplying compressed air to a needle piston (2) oscillating in a needle housing (7) of a marking head (1), the needle piston (2) having at one end a needle (3) which introduces the marking (8) into a surface (4), pressure fluctuations being formed in a compressed air supply (10) during the oscillation, the air pressure in the compressed air supply (10) being continuously measured, a pressure curve being created and compared with a reference pressure curve stored in an evaluation unit (12) and evaluated.)

具有压力传感器的打标头

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的方法。

背景技术

为了标识工件，已知有不同的刺入材料的打标系统(Markiersysteme)。

另外还已知这样的打标系统，其中，通过振荡的、尖的、硬针进行标记，针可以移动经过至少两个坐标，并由此在表面上标记字母数字字符和任意的符号(例如QR码、公司徽标等)。该原理类似于点阵打印机的原理，区别仅在于尖的、振荡的针将许多点依次地压入到材料表面中并且由此使标记可见。

但缺点在于，如果由于任何干扰过程导致实际上没有进行标记。尽管可以监视标记点的XY坐标轨迹，但这样并不能保证标记确实发生过。

10 2006 056 388 B3中描述了一种使用打标工具对工件进行标记的设备，该设备可以借助于传动装置而沿着由控制装置预设的标记路径引导，该设备对应于一个标记检测单元，该标记检测单元至少检测第一和第二工艺参数并产生相应的第一和第二检测信号。

但缺点在于，该系统较复杂并且容易受到干扰。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种方法，该方法实现了通过打标头进行简单的标记验证。

该目的通过开头所述的、具有权利要求1所述特征的用于验证标记的方法得以实现。

在按照本发明的方法中，连续地向在打标头的针头壳体中振荡的活塞、优选针活塞供应压缩空气。振荡的针活塞在一端处具有将标记引入到表面中的针。

在振荡过程中，在压缩空气供应部中形成压力波动。连续地测量该压缩空气供应部中的压力。创建压力曲线，并将其与存储在评估单元中的参考压力曲线进行比较并进行评估。

因此，有利地提供了一种方法，与已知的打标头相比，该方法较少地受到干扰并且需要较小的结构改变。还提供了一种压力传感器，该压力传感器已经布置在压缩空气供应部上。对压力传感器测得的压力值进行检测和评估。该压力传感器应是非常快速的并且可以记录高达约10kHz或甚至更高频率的压力波动频率。

随时间绘制压力测量值或对压力测量值进行保存和评估。

为此，优选首先测量自由振荡的针的压力分布并将其作为自由参考压力曲线存储在评估单元中。该自由参考压力曲线显示了，在针自由振荡但还没有一次刺入到用于标记的表面中的情况下，压力随着时间的改变。自由参考压力曲线的频率在该时间进程中基本保持不变，理想情况下保持恒定。

额外地或替代地，对产生标记的针的压力分布进行测量并将其作为标记参考压力曲线存储在评估单元中。在这种情况下，产生标记的针应理解为，针在每次振动时都会刺入到表面中，即，产生完美的标记或产生近乎完美的标记，并且至少在每次振动的至少大于90％、优选大于95％中刺入到表面中。该标记参考压力曲线存储在评估单元中。

在标记过程中持续地测量实际的压力曲线。在此，持续地测量意味着确定了足够多的压力测量值以使得至少可以通过插值或类似方法确定连续的压力分布。

压力由压力传感器测量并输送给评估单元。在评估单元中，可由此确定的压力曲线或压力分布与自由参考压力曲线和/或标记参考压力曲线进行比较。

有利的是，确定自由参考压力曲线的频率并且连续地测量压力曲线的频率，相互比较这些频率，如果压力曲线的频率不小于自由压力曲线的频率，则产生错误提示。当针自由振荡时，对应的针活塞具有最大的冲程，并且在相同的压缩空气条件下频率是最大的。如果针刺入到表面中，该冲程自然会减少，因为活塞不是先撞到止挡而是已经在之前撞到了表面上，并且频率变得更大。如果压力曲线的频率不小于自由压力曲线的频率，则会产生错误提示。特别是，如果两个压力曲线的频率相同，会产生错误提示，也就是说，通过比较来确定压力曲线至少在频率方面与自由压力曲线相对应，即，针头自由振荡。在当前这种情况下标记中存在错误。

在评估的另一个变型中，将标记参考压力曲线与压力曲线进行比较，并在出现偏差的情况下生成错误提示。压力曲线的比较可以由此进行，即，通过对压力曲线和标记参考压力曲线进行傅立叶分析，并将傅立叶变换的各个频率相互比较。

优选地，可以仅对压力分布进行傅立叶分析，并且通过特定频率的出现可以得出关于诸如针已经磨损到什么程度、表面的硬度是否已经改变的结论以及其他数据。

优选地，针在Z方向上往复振荡，并且针通过振荡而将标记压入到表面中。针活塞(在一侧上布置有针)通过压缩空气向表面挤压并通过弹力而被压回去。压缩空气和弹力共同作用并产生针活塞的振荡运动。在振荡过程中，压缩空气以围绕针活塞的方式流动并从出口处从打标头流出。只有在最大缩回位置中，针活塞通过止挡密封环密封，从而没有空气围绕针活塞流动。此时，压缩空气在针活塞上产生其最大压力，并将针活塞沿Z方向推向表面。通过针活塞的加速和惯性将针尖刺入到表面中并产生标记。在这种情况下，弹簧被压缩，并且在引入标记之后，针活塞通过变松弛的弹簧移回到其最大缩回位置。

附图说明

本发明借助在六个附图中示出的实施例描述。其中，

图1为按照本发明的打标头的截面图；

图2a为按照本发明的打标头在打标过程中的截面图；

图2b为引入到表面中的标记；

图2c为在压力传感器处测得的与时间相关的压力分布；

图3a为具有自由振荡的针的按照本发明的压力打标头；

图3b为在压力传感器处测得的随时间的压力分布。

具体实施方式

图1中的打标头1具有针活塞2，其具有布置在针活塞2的表面侧的端部上的针3，该针3由高强度材料(例如硬质金属或金刚石)组成或具有高强度材料，或者至少在尖端处具有金刚石。在此，针活塞2的横截面形成为T形。针活塞2沿其远离待加工的表面4的头部处具有最大宽度，但是它没有与针头壳体7的内壁6密封封闭，从而空气可以在针活塞2和针头壳体7的内壁6之间流动经过。在图2a中用箭头示出了气流。

针3用于将标记8引入到表面4中。

在远离表面4的部分中，针头壳体7借助止挡密封件9相对于针活塞2密封。密封的区域以导气的方式与压缩空气供应部10连接。压缩空气通过压缩空气供应部10连续地通入到针头壳体7的远离表面4的部分。压力传感器11布置在压缩空气供应部10的侧面并且能够记录高达10kHz的压力波动频率。压力传感器11以导电且数据导通的方式与评估单元12连接。评估单元12将由压力传感器11测量的在时间t内的压力分布记录在存储器中。

在表面侧，弹簧13围绕针活塞2的T分支14放置，该弹簧13对压缩空气施加反作用力，并与压缩空气共同激发针活塞2在纵向方向L上的往复振动。在这种情况下，该振动可以为1O到500Hz，但是根据针头2的设计，该频率也可以更低并甚至更高。

在图1中示出的针4和针活塞2的完全缩回位置中，针活塞2的表面侧的端部通过止挡密封环9封闭。在该位置中，从压缩空气供应部10流出的压缩空气对针活塞2施加冲击脉冲，并且使针活塞2朝向表面4加速。向表面的方向行进的位置在图2a中显示。针活塞2已经远离止挡密封环9，并且压缩空气可以从侧面流过针活塞2并在打标头1的表面侧的部分中从针头壳体7流出进入到周围环境中。由此使针头壳体7的内部空间的表面侧的部分中的压缩空气的压力消失。在根据图1的位置中，压力传感器11在完全缩回的状态下经历最大的脉冲。当针活塞2向下移动时，由压力传感器11测量的压力减小。

在针活塞2的向下运动的过程中，弹簧13被压缩，并且被压缩的弹簧13再次沿另一个方向挤压针活塞2，由此又提高了压力传感器11处的压力。

这产生了用于将标记8引入到表面4中的针3的快速振荡运动。针3的运动沿着纵向方法L进行，该纵向方法L在此对应于Z方向，而打标头1通过控制(例如CN控制等)而在XY平面中运动，并且在这种情况下，针3将任意的符号(例如QR码、公司徽标等)标记到表面4上。在图2b中，标记8被选择为以数字“78”的形式。

在针头3沿Z方向向下移动到表面4上的过程中，当针尖碰到表面4时，该运动自然停止，并且弹簧13立即将针活塞2再次向上抬高，以远离表面4。此位置如图2a所示。

表面4越紧密地定位在打标头1处，针活塞2的升降运动的冲程就越小，从而针3的往复运动的频率就越大，换句话说，一个振动周期的持续时间更长。

当针3碰到表面4(即，运动突然中止)时，压力传感器11测量脉冲，该脉冲在图2c中示例性地以基本上正弦式变化的压力分布的波谷示出。

标记压力曲线在图2c中示出。压力曲线的波谷还提供了关于针头磨损、表面的强度以及针尖刺入到表面4中的深度的结论。可通过对压力曲线进行傅立叶分析来获得标记压力曲线的分析，但是未显示。

图3a和3b示出了具有振荡的针活塞2的相同的打标头1，但其中未示出表面4。针活塞2自由振荡，并在图3b中测量自由参考压力曲线。因为自由振荡运动的针活塞2的冲程大于标记振荡运动的针活塞2的冲程，所以频率较小，即，自由参考压力曲线的周期的持续时间T1大于标记压力曲线的周期的持续时间T2。

另外，由于与表面4的接触，在压力曲线的波谷中形成了曲线分布，该曲线分布同样偏离了标记压力曲线的曲线分布。

应通过压力传感器11和与其连接的评估单元12确定针3在振荡或振动期间实际上是否将标记8引入到表面4中，或者确定针3是否尽可能自由地振荡或被卡住(即，没有将标记8引入到表面4中)等。为此，先前在图3b中测量的自由参考压力曲线被存储在评估单元12的存储器中。

根据图3b的自由参考压力曲线提供了关于当针头3自由振荡并且没有将标记8引入到表面4中时打标头1在其当前状态下的压力分布的信息。在标记过程中，根据图2a用压力传感器11连续测量压力，并将其传送到评估单元12。可以至少暂时地保存标记压力曲线。标记压力曲线必须持续不断地区别于自由参考压力曲线，特别是在波谷中。如果针3在某些周期内或仅在一个周期内自由摆动，例如由于表面4距离针3太远的事实，则图2c的标记压力曲线呈现与图3b的自由参考压力曲线相同的形状或至少基本上相同的形状。通过比较两个压力曲线，可以精确地确定针头3自由摆动并且未将标记8引入到表面4中的时间段。于是产生错误信号、中断标记8或至少给出标记方法中存在故障的指示。

此外，标记参考压力曲线也存储在评估单元12中。在这种情况下，参考压力曲线是指，在实施完美的或至少近乎完美的标记8时(即，每次振荡运动刺入到表面4中)确定的参考压力曲线。在标记过程中实现出现的标记压力曲线优选额外地与自由参考压力曲线并还与标记参考压力曲线进行比较。在标记压力曲线与标记参考压力曲线存在偏差的情况下，同样产生错误信号，以表明标记过程中存在不规则性。随后，可以自动挑选出标记8，或者至少可以向操作员提供错误提示。

附图标记列表

1 打标头

2 针活塞

3 针

4 表面

6 内壁

7 针头壳体

8 标记

9 止挡密封环

10 压缩空气供应部

11 压力传感器

12 评估单元

13 弹簧

14 T分支

L 纵向方向

t 时间

T1 持续时间

T2 持续时间