DE102006010715A1

DE102006010715A1 - Selbstbewegendes Beschriftungs- und Bearbeitungsgerät ohne Bewegung des Bearbeitungsobjekts

Info

Publication number: DE102006010715A1
Application number: DE102006010715A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hoyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2008-06-19

Abstract

Das Gerät kann auch berührungslos an oder über dem Werkstück entlang gleiten (z.B. Luftkissen, magnetische Abstoßung). Auf diese Weise sind auch senkrechte Werkstücke bearbeitbar und auch dreidimensionale Formen sind möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
1. Stand der Technik
Bei dem Beschriften von Material und Bearbeiten von Werkstücken unter einer bestimmten Größe werden Bearbeitungsmaschinen verwendet, die typischerweise deutlich größer sind als das zu bearbeitende Objekt.
Als Beispiel dient hier der Vergleich mit einem Drucker, der das Papier beinhaltet und durch seinen Mechanismus befördert. Der Drucker hat damit minimale Abmessungen, die den Mindestabmessungen des Papiers (Breite) entsprechen. Drucker, die A3 Papier bedrucken können, sind darum größer als Drucker, die nur A4 bearbeiten.
Im selben Sinne gilt dies entsprechend für Bearbeitungsmaschinen wie z.B. eine Drehbank oder Fräsmaschine zur mechanischen Bearbeitung von Werkstücken. Weitere Beispiele sind Lackierkabinen in der Automobilproduktion, die ebenfalls das Auto umschließen und damit eine erhebliche Größe haben.
Bei vielen dieser Geräte sind außerdem wegen der unflexiblen mechanischen Materialbeförderung nur bestimmte Materialgrößen zur Bearbeitung möglich, z.B. Druckerpapier A5, A4, Letter, Legal, Postkarten, Aufkleber uvm.
Diese systembedingten Beschränkungen hinsichtlich der minimalen Größe des Bearbeitungsgerätes haben verschiedene Nachteile.

• Die Materialkosten zur Herstellung sind höher.
• Wegen der großen und meist beweglichen Teile ist der Energiebedarf hoch, mit allen damit einhergehenden Nachteilen (Energiekosten, Verkabelungsaufwand, evtl. Energiespeicherkosten, Raumbedarf, Unbeweglichkeit).
• Höhere Wartungskosten wegen beweglicher Teile
• Feste mechanische Komponenten schränken die bearbeitbaren Formen erheblich ein.
• Verschiedene Formate können oft nur durch mechanisches Umkonfigurieren (Verstellen von Anschlägen) eingelegt werden.
• Solche großen Gerätschaften sind schlecht zu transportieren.

2. Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Miniaturisierung der Bearbeitungsmaschinen zu erlauben, die keine Einschränkungen bzgl. Form, Größe und Lage und weitestgehend auch des Materials der Werkstücke haben. Dabei werden auch verschiedene unterschiedliche Verarbeitungsmethoden eingeschlossen. Diese sind z.B.

– Einfärben (z.B. Lackieren)
– Bedrucken (z.B. Beschriften)
– Material verändern (z.B. Datenträger (z.B. CD/DVD) programmieren/brennen, Chemische Prozesse einleiten)
– Oberflächen bearbeiten (z.B. Schleifen, Polieren, ...)
– Material bearbeiten (z.B. Fräsen, Drehen)
– Material formen (z.B. Gießen, Kneten)

Diese Verbesserungen werden dadurch erreicht, dass die Maschinen nicht mehr die Werkstücke in sich tragen, sondern dass die Maschinen die Werkstücke von außen bearbeiten. Die Werkstücke werden dabei nicht bewegt, sondern die Maschine bewegt sich um/über das Werkstück. Das bedeutet, dass sich die Maschine auf dem Werkstück bewegt (z.B. darauf hin- und her fährt), oder um das Werkstück bewegt wird. Z.B. fremd oder selbst angetrieben (z.B. Fliegen oder Schweben) aber berührungslos am Werkstück entlang geführt wird. Dabei sind die Bearbeitungsmaschinen typischerweise deutlich KLEINER als die zu bearbeitenden Werkstücke.
3. Vorteile der Erfindung
Die miniaturisierten Maschinen haben unter anderem folgende Vorteile:

• Sie sind deutlich kleiner.
• Sie sind auf verschiedene Formate und Formen der Werkstücke einsetzbar.
• Sie sind sehr mobil.
• Sie können zentral programmiert, gesteuert und gewartet werden. Entweder durch Drahtlose Datenverbindung, oder durch Bedienung an einem zentralen Ort.
• Wegen ihrer Mobilität können sie sich zu Wartungsarbeiten an bestimmten Stellen einfinden.
• Unterschiedliche Formen und Oberflächen sowie unterschiedliche Lagen und Positionen (Senkrechte, Waagrechte, Diagonal) können bearbeitet werden.
• Dreidimensionale Objekte beliebiger Form können bearbeitet werden.

4. Ein konkretes Beispiel
Beispiele der Erfindung (Subminiatur-Drucker SuMiDru):
Die Erfindung ist ein Gerät, das z.B. die Größe einer Streichholzschachtel hat. Es hat zur Fortbewegung mehrere Rollen oder Räder angebracht. Diese können an allen Seiten des Gerätes angebracht sein. Dadurch kann das Gerät sich selbst über eine Oberfläche (z.B. ein Blatt Papier, das auf einem Tisch liegt) bewegen.
In diesem Gerät sind außerdem sowohl Sensoren, als auch Aktoren verbaut. Die Steuerung des Gerätes und all seiner Aufgaben wird durch eine Logik realisiert, die entweder komplett im Gerät verbaut ist, oder außerhalb liegt und das Gerät mit bereits vorverarbeiteten Befehlen versorgt.
Die Sensoren werden verwendet, um den Untergrund und die Umgebung zu erkennen. Damit erkennt das Gerät seine Position im Raum und relativ zum Papier (z.B. durch das Erfassen von Papierrändern oder anderer charakteristischer Merkmale) und kalibriert sich entsprechend. Entsprechend des Einsatzes kann die Position zwei- oder dreidimensional definiert werden. Die Daten werden zur Bewegungssteuerung, Positionierung und der Positionsbestimmung der Verarbeitungsposition verwendet.
Die Aktoren bewegen das Gerät selbständig auf dem Papier zu jeder beliebigen Position. Falls das Werkstück dreidimensional ist, kann diese Bewegung auch im Raum erfolgen. Außerdem sind Düsen eingebaut, die verschiedenfarbige Tinte auf den Untergrund aufbringen können. Zusätzlich können weitere Aktoren eingebaut sein, die das Blatt in eine bestimmte Form schneiden.
Ebenfalls ist es möglich, einen Aktor zu verbauen, der das Blatt bewegen kann, um z.B. das fertige Produkt auf einen Stapel abzulegen.
Der Einsatz dieses Beispielgerätes wird folgendermaßen sein:
Ein beliebiges Blatt Papier wird beliebig auf einen Tisch gelegt. Das gewünschte Produkt wird an einer Datenverarbeitungsanlage definiert. Je nach Ausstattung des Gerätes werden die Daten dort hin übertragen, oder bereits vorher in einzelne Abläufe zerlegt. Die Schrittfolge wird dem Gerät übertragen, oder von diesem selbst ermittelt. Das Gerät befindet sich in der Nähe, oder auf dem Papier.
Nun wird das Gerät sich so bewegen, dass die beliebige Position des Papiers erkannt wird. Das Gerät wird sich die Position merken und die einprogrammierten Schritte daraufhin anpassen.
Nun bewegt sich das Gerät an die Positionen, die notwendig sind um die Bearbeitungsschritte durchzuführen. Es könnte sich z.B. in einem Raster über das Papier bewegen, oder ähnlich einer Verktorgrafik entlang der zu zeichnenden Linien. Das Gerät muss nicht jeden Punkt anfahren, der bearbeitet wird, wenn eine gewisse Reichweite der Düsen gegeben ist. Entsprechend dieser werden die Schrittabfolgen ggf optimiert, um z.B. Energie oder Zeit zu sparen.
Wenn das Papier wie definiert bedruckt wurde, kann der Teil mit einer weiteren Funktion ausgeschnitten werden, der verwendet werden soll. Auch hier kann die optimale Papierausnutzung berücksichtigt werden. (Vgl. Ausstechformen im Weihnachtsgebäck)
Die Erfindung zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass sie sich auf oder über das Werkstück bewegt und deutlich kleiner als das Werkstück ist.
Charakteristische Eigenschaften:

– Kann entweder selbständig seine Position einnehmen (wie z.B. Beispiel a) oder kann fest montiert und unbeweglich sein
– Gerät kann komplett unabhängig betrieben werden (wie Beispiel a), ohne (mechanische oder elektrische) Verbindungen zu externen Einheiten, oder kann vielfach angeschlossen an ein Steuergerät sein und als „externer Druckkopf" arbeiten
– Muss Position ggf. nicht ändern und kann die ganze Fläche bearbeiten
– Unterschiedliche Bearbeitungsschritte sind möglich
– Mögliche Bearbeitung ist Bedrucken von Papier und auch Brennen von CDs. Düsen können auch kreisförmig, spiralförmig oder konzentrisch aktiv sein.
– Es können eine oder mehrere Düsen oder andere Bearbeitungswerkzeuge eingebaut sein. Diese können unsymmetrisch angeordnet sein, sowie in unterschiedlichen Ebenen und untersehiedlichen Richtungen (Einsatz vertikal oder horizontal).
– Muss nicht im Zentrum über dem Werkstück sein, sondern kann auch nicht mittig platziert sein
– Lage des Werkstücks kann durch Sensoren ermittelt werden. Kalibration erfolgt entsprechend.

Charakteristische Eigenschaften:

– Kleiner als das zu bedruckende Papier
– Bewegt sich selbständig in zwei oder drei Dimensionen
– Positionsbestimmung selbständig intern oder von außen
– Positionsbestimmung durch Referenz zum Werkstück oder externe Markierungen
– Kalibriert sich selbst relativ zur Werkstückposition
– Unterschiedliche Bearbeitungsschritte möglich
– Kommunikation mit externer Steuereinheit
– Eingabemöglichkeit durch angebrachte Taster, Schalter oder Sensoren
– Eingebaute Steuer- und/oder Speicherlogik für Bearbeitungsschritte und auch Basisfunktionalität (z.B. Heimposition zum Aufladen von Material/Energie)
– Mitführen von notwendigem Material (Tinte) oder Erzeugen von solchem (z.B. aus Umgebungsluft mit vorhandenem oder zusätzlich eingebrachten Gasen o.ä.)
– Energiespeicher vorhanden oder kontinuierliche Erzeugung von notwendiger Energie aus Umgebung (z.B. natürliche oder künstliche Magnetfelder, Strahlung) Alternativ empfangen von Energie durch z.B. Kabelverbindung oder drahtlose Übertragung

Claims

Das Gerät kann auch berührungslos an oder über dem Werkstück entlang gleiten (z.B. Luftkissen, magnetische Abstoßung). Auf diese Weise sind auch senkrechte Werkstücke bearbeitbar und auch dreidimensionale Formen sind möglich.
Da auch eine Bearbeitung der Werkstoffe vorgesehen ist, kann nach der Beschriftung des Werkstücks auch die Form bearbeitet werden (z.B. das Format zugeschnitten für Ausdruck von Bildern).
Insbesondere können auch Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden die eine gewisse Entfernung zum Werkstück erlauben, z.B. Farben auftragen durch Einsatz von Spritzdüsen über größere Entfernungen. Damit muss nicht die komplette Form des Werkstücks abgetastet werden, sondern der komplette sichtbare Bereich aus der Position des Geräts kann ohne weitere Bewegung bearbeitet werden. Z.B. kann die Maschine sich in mehreren cm Abstand über ein liegendes Blatt positionieren und von dieser Position aus die gesamte Beschriftung ohne weitere Bewegung durchführen. Insbesondere dieses Verfahren kann auch dadurch durchgeführt werden, dass das Gerät nicht selbständig dort hinbewegt wird, sondern dort fest montiert, oder durch externe Bewegung dort hingelangt ist. (Vgl. Overheadprojektor mit umgekehrter Funktion) siehe auch Beispiel b.
Die Positionsbestimmung durch das Gerät kann auch mit Maßnahmen erfolgen, die nichts mit dem Werkstück oder der Bewegung des Gerätes selbst (z.B. Radumdrehungen) selbst zu tun haben. Es kann z.B. ein Raum aufgebaut werden, der erkennbare Stellen hat (z.B. reflektierende Materialien, oder drahtlose Kommunikationselemente vgl. GPS), die zur Referenz dienen. Insbesondere kann die Positionsbestimmung auch außerhalb des Gerätes durch externe Einrichtungen erfolgen und dann per Datenübertragung dem Gerät mitgeteilt werden.
Das Gerät kann entweder komplexe Vorgänge selbst aufbereiten und autonom die Aufgabe umsetzen, oder es kann auch in beliebig kleinen Arbeitsschritten von außen gesteuert werden.
Es muss nicht unbedingt nur eine Bearbeitung definiert werden. Es können z.B. viele unabhängige Verarbeitungen vorprogrammiert werden, entweder eine Produktion vieler gleichartiger Teile, oder auch eine Produktion unterschiedlicher Teile, die einmalig definiert und übertragen wird und dann selbständig umgesetzt wird.
Unterschiedliche Ver- und Bearbeitungsschritte sind möglich, z.B. Bedrucken und Zuschneiden. Die Art der Aktionen ist nicht eingeschränkt.
Die Datenübertragung kann drahtlos oder drahtgebunden auf unterschiedlichen Verfahren erfolgen. Eine Verbindung zu einer übergeordneten Steuereinheit kann verfügbar sein. Diese kann permanent oder nur kurzfristig vorhanden sein.
Entsprechend der Umsetzung sind sowohl zwei- als auch dreidimensionale Abläufe möglich.
Die Größe des Gerätes ist weder nach unten, noch nach oben begrenzt. Als Drucker für Papier kann das Gerät so klein werden, wie es die notwendigen mechanischen Komponenten erlauben. Insbesondere kann aber auch eine Version erzeugt werden, die sehr große Abmessungen hat. Z. B. kann ein Gerät gebaut werden dass die Linien eines Sportplatzes streut oder eine Parkplatz- oder Straßenmarkierung automatisch anbringen kann. Falls auch in dieser Größe ein Schweben möglich ist, können dadurch ggf. Hauswände o.a. gestrichen werden.
Speziell die extrem große Version kann ggf. mit einem GPS ähnlichen oder vergleichbarem Verfahren gesteuert werden.
Eine Kompensation äußerer Einflüsse, wie z.B. mechanisches Verschieben des Gerätes von außen, oder Windeinflüsse können ausgeregelt werden.
Unsymmetrische Anordnungen von Sensoren und Aktoren können bewusst verwendet werden, um bestimmte Ergebnisse zu erreichen.