DE69609761T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Zeichen mit prismatischen Buchstaben und graphischen Bildern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Der nächstliegende Stand der Technik ist in der US-A 5 197 013 beschrieben.
• Bekanntlich werden Schilder zum Mitteilen von Informationen, zur Dekoration oder auch einer Kombination aus beidem verwendet und auf verschiedenen Trägern hergestellt. Besonders beliebt sind Holzschilder, vor allem solche mit erhabenen Buchstaben, Ziffern oder anderen graphischen Bildern. Der Begriff "Holz" schließt im vorliegenden Fall Holz und andere Produkte ein, die durch Schnitzen bearbeitet werden können, darunter auch, doch nicht ausschließlich Kunststoffe, Metalle oder andere geeignete Materialien. Die erhabenen Buchstaben, Zahlen oder anderen graphischen Bilder werden durch eine graphische Ausgangsdarstellung definiert, die vom Laien gewöhnlich als zweidimensionaler "Umriß" bezeichnet wird. Selbstverständlich weiß der Fachmann, daß der Begriff "Umriß" auf diesem Gebiet eine andere, eigene Bedeutung hat.
• Die erhabenen Buchstaben, Ziffern oder die anderen graphischen Bilder haben von vorne betrachtet jeweils zwei abgeschrägte Seiten oder "Facetten", die innerhalb der graphischen Ausgangsdarstellung liegen. Die Facetten stoßen an einer Kante aneinander und bilden eine Scheitellinie, typischerweise auf der Mittellinie des Zeichens. Die Buchstaben, Ziffern oder graphischen Bilder können einen "Absatz" enthalten, der den Abstand von der untersten Kante der Facetten zu dem angrenzenden Hintergrund angibt. Derartige Buchstaben, Ziffern oder andere graphische Bilder werden allgemein als -"prismatische Beschriftung" oder "konvexe Beschriftung" bezeichnet, da die Buchstaben, Ziffern oder anderen graphischen Bilder einen allgemein prismatischen, konvexen Querschnitt haben.
• Holzschilder mit erhabener Beschriftung, einschließlich derer mit prismatischer Beschriftung, wurden über viele Jahre hinweg hergestellt, indem das Schild von Hand aus einem Holzblock, einem dicken Holzbrett, Metall, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material, im folgenden als "Flachmaterial" bezeichnet, geschnitzt wurde. Das Handschnitzen eines Holzschildes erfordert einen erfahrenen Handwerker, eine Reihe unterschiedlicher und teurer Werkzeuge sowie viel Zeit für die Herstellung eines Schildes. Aus ästhetischen Gründen ist es gewöhnlich wünschenswert, ein derartiges Schild aus einem einzigen Holzblock oder einem einzigen dicken Holzbrett herzustellen.
• Zum Herstellen eines handgeschnitzten Schildes wählt der Handwerker ein Stück Flachmaterial, zeichnet einen Entwurf auf das Flachmaterial und nimmt an Stellen in dem Entwurf Flachmaterial ab, um grobe Buchstaben, Ziffern oder graphische Bilder auf dem Flachmaterial zu erzeugen. Dann wird die Oberfläche der groben Zeichen abgefast, um die prismatische Beschriftung zu erzeugen.
• Wenn zu viel Material abgenommen wird, ist eine Reparatur des Schildes schwierig. Da Holzblöcke, dicke Bretter aus Holz und anderen geeigneten Materialien teuer sind, sind Fehler, die zum Abtragen von zu viel Material führen, unbedingt zu vermeiden. Also muß der Handwerker sehr vorsichtig vorgehen, was handgeschnitzte Schilder noch arbeitsintensiver macht als sie ohnehin sind. Die Herstellung eines Schildes mit Nennmaßen von beispielsweise 90 cm mal 120 cm (3 Fuß mal 4 Fuß) kann mehrere Tage in Anspruch nehmen. Zudem ist es schwierig, ein hangeschnitztes Schild in Auftrag zu geben, da es nur noch wenige erfahrene Handwerker gibt. Handgeschnitzte Schilder sind daher teuer, und sie sind für die meisten Verwendungszwecke zu kostspielig. Größere und/oder kompliziertere Schilder erfordern noch mehr Zeitaufwand und sind folglich noch kostspieliger.
• Ein Lösungsvorschlag (US-A-5 197 013) zum Handschnitzen von Schildern besteht darin, die Schilder unter Verwendung einer computergesteuerten Schneidmaschine herzustellen, die ein Schneidwerkzeug in einem Werkzeuggang von drei oder mehr Dimensionen, d. h. jeweils in X-, Y- und Z-Koordinatenrichtung in einem einzigen Durchgang bewegt. Ein typisches Schneidwerkzeug hat eine Schneidfläche oder mehrere Schneidflächen, die um eine Drehachse angeordnet sind, um wahlweise Material von dem Flachmaterial abzunehmen, wenn das Werkzeug in das Material abgesenkt und in einem Werkzeuggang bewegt wird. Maschinen, die ein einem dreidimensionalen Werkzeuggang arbeiten sind teurer als solche, die nur in zwei oder zweieinhalb Dimensionen arbeiten, setzen sich jedoch mehr und mehr durch. Der Begriff "zwei Dimensionen" bedeutet, daß eine Maschine ein zugehöriges Schneidwerkzeug jeweils nur in einem zweidimensionalen Werkzeuggang bewegen kann und in der dritten Dimension manuell bewegt wird, d. h. zwischen Werkzeuggängen nachgerückt wird. Der Begriff "zweieinhalb Dimensionen" bedeutet, daß eine Maschine ein zugehöriges Werkzeug jeweils nur in einem zweidimensionalen Werkzeuggang bewegen und das Werkzeug zwischen Werkzeuggängen automatisch nachrücken kann. Bekannte Maschinen, die in drei oder mehr Dimensionen arbeiten, erzeugen eher eingravierte Beschriftungen statt prismatischer Beschriftungen.
• Maschinen, die in einem fünfdimensionalen Werkzeuggang arbeiten können, nämlich der X-, der Y- und der Z-Achse, und zudem in zwei zusätzliche Richtungen um die Drehachse des Schneidwerkzeugs drehbar sind, sind extrem kostspielig. Außerdem gibt es überhaupt nur wenige derartige Maschinen. Maschinen, die in drei oder weniger Dimensionen arbeiten, sind dagegen wesentlich günstiger. Außerdem ist die Anzahl der Berechnungen, die angestellt werden müssen, um die für den Betrieb des Schneidkopfes in fünf Dimensionen notwendigen Informationen zu erzeugen nicht zu vernachlässigen. Gleiches gilt für die entsprechende Zeit und für den Speicherplatz, der für derartige Berechnungen zum Erzeugen der entsprechenden Werkzeuggänge benötigt wird.
• Die Breite der Facetten, und damit die Größe der in einem einzigen Durchgang erzeugbaren prismatischen Beschriftung ist durch den Radius des Schneidwerkzeugs begrenzt. Während die Begrenzung für relativ kleine prismatische Beschriftungen kaum von Bedeutung ist, stand diese Begrenzung bisher der Automatisierung der Herstellung größerer Schilder mit prismatischer Beschriftung entgegen. Diese Begrenzung ist aus zwei Gründen nicht einfach durch Verwenden eines größeren Schneidwerkzeugs zu umgehen.
• Erstens ist die Verwendung eines kleineren Schneidwerkzeugs aus Kostengründen vorzuziehen. Die Herstellungskosten eines Schneidwerkzeugs steigen erheblich mit größerem Radius des Schneidwerkzeugs. Wenn also ein hochwertiges Schneidwerkzeug mit einem Radius von einem Zoll ungefähr 100 $ kostet, so kann ein Schneidwerkzeug mit einem Radius von zwei Zoll bereits mehrere hundert Dollar kosten.
• Zweitens ist die Verwendung eines kleineren Schneidwerkzeugs auch aus Sicherheitsgründen vorzuziehen. Ein Schneidwerkzeug arbeitet mit einer Geschwindigkeit von über 20000 Umdrehungen je Minute. Bei derart hohen Drehgeschwindigkeiten führt jeglicher Fehler des Schneidwerkzeugs, beispielsweise ein leichter Gleichgewichtsmangel zu Vibrationen, die plötzlich und unvorhersehbar einen Vollausfall des Schneidwerkzeugs nach sich ziehen können. Ein Vollausfall kann wiederum zu erheblicher Beschädigung der Schneidmaschine und Maschinenzubehör sowie zu Verletzungen von im Umkreis der Maschine anwesenden Personen führen. Der Fachmann wird erkennen, daß Schneidwerkzeuge mit größeren Radii eher vibrationsanfällig sind und zu schwerwiegenderen Ausfällen führen als Werkzeuge mit kleineren Radii. Ein Teil der hohen Kosten von Schneidwerkzeugen mit größeren Radii ist bedingt durch die Präzisionsbearbeitung, die zum Herstellen eines im wesentlichen fehlerfreien Schneidwerkzeugs, z. B. ohne Gleichgwichtsmängel, erforderlich ist.
• Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schildern mit prismatischer Beschriftung anzugeben, welches die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Herstellen von Schildern mit prismatischer Beschriftung beseitigt.
• Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 7. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zum Erzeugen der prismatischen Beschriftung lediglich eine zweidimensionale graphische Ausgangsdarstellung notwendig ist, und nicht das dreidimensionale Modell, wie es bei bekannten Verfahren erforderlich ist, zu denen auch solche gehören, die den Einsatz einer dreidimensionalen Schneidmaschine verlangen. Erhebliche Zeit- und Kostenersparnis wird somit realisiert, da das Vorbereiten einer zweidimensionalen graphischen Ausgangsdarstellung weit weniger Zeit, Aufwand und Kosten beansprucht als die Herstellung des dreidimensionalen Modells.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie, dadurch daß vorzugsweise zweidimensionale Werkzeugdurchgänge verwendet werden, lediglich eine Schneidmaschine erfordert, die bei der Herstellung der Schilder in zwei oder in zweieinhalb Dimensionen arbeitet, und daß derartige Maschinen im wesentlichen weniger kostspielig sind als solche, die in fünf Dimensionen arbeiten. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch bei Maschinen Anwendung finden, die in mehr als zweieinhalb Dimensionen arbeiten können. Im Gegensatz zum Handschnitzen, das viel Arbeit erfordert, erfordert das Herstellen von Schildern mittels automatisierter Schneidmaschinen mehr Kapital, obwohl beim Programmieren der Maschine auch "Arbeit" geleistet werden muß. Wie oben erwähnt, sind Maschinen, die in zwei oder zweieinhalb Dimensionen arbeiten, billiger und somit auch weniger kostspielig, was Anschaffung, Leasing oder sonstige Verwendung bei der Schilderherstellung betrifft, als beispielsweise Maschinen, die in fünf Dimensionen arbeiten. Folglich werden die mit Anschaffung, Leasing oder sonstiger Verwendung automatisierter Maschinen zur Schilderherstellung verbundenen Kosten erheblich reduziert.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß kleinere Schneidwerkzeuge eingesetzt werden können, um Schilder mit großen prismatischen Beschriftungen herzustellen. Somit werden die Sicherheitsfragen und Kostenüberlegungen, die mit herkömmlichen, große Schneidwerkzeuge verwendenden Verfahren verbunden sind, im wesentlichen vermieden.
• Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Schneidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 2 eine schematische Ansicht des Schneidkopfes und des Schneidwerkzeugs der in Fig. 1 gezeigten Maschine,
• Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf den mit der in Fig. 1 und 2 gezeigten Maschine gemäß der Erfindung hergestellten Großbuchstaben "I", wobei die graphische Ausgangsdarstellung des Buchstabens und die zum Erzeugen des Buchstabens durchlaufenen Werkzeugdurchgänge dargestellt sind,
• Fig. 3b eine Seitenansicht im Querschnitt des in Fig. 3a gezeigten Buchstabens entlang der Linie 3b-3b, die die Tiefen verschiedener Werkzeugdurchgänge zeigt,
• Fig. 3c eine weitere Seitenansicht des in Fig. 3a gezeigten Buchstabens, die das untere Ende des Buchstabens zeigt, und
• Fig. 4 ein Flußdiagramm der Schritte eines Programms zum Erzeugen graphischer Bilder, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
• Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Herstellen von Schildern mit prismatischer Beschriftung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 enthält eine Steuerung 12 mit einem Computer und eine automatisch gesteuerte Schneidmaschine 14 zum Abnehmen von Material von einem Flachmaterial S und zum Erzeugen graphischer Bilder - wie Buchstaben, Ziffern und andere graphische Darstellungen, die zusammengefaßt als graphische Bilder bezeichnet werden - in dem Flachmaterial in Abhängigkeit von Werkzeuggängen angebenden Signalen. Das Flachmaterial kann ein Holzblock oder ein dickes Stück Holz, Kunststoff oder ähnliches als Schild zu verwendendes Material sein. Computer und Steuerung sind hier zwar als eine Einheit dargestellt, jedoch können sie, wie der Fachmann erkennen wird, auch aus physikalisch getrennten Einheiten bestehen. Der Computer dient zum Erzeugen von Werkzeugdurchgängen und entsprechenden die Werkzeugdurchgänge angebenden Signalen, während die Steuerung die Signale zum Betreiben der Schneidmaschine verwendet.
• Die Steuerung 12 und die automatische Schneidmaschine 14 sind durch ein Kabel 16 oder andere geeignete Mittel zum Übertragen von Signalen zwischen. Steuerung und Schneidmaschine elektrisch verbunden. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die automatische Schneidmaschine ein Produkt der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, beispielsweise eine der Maschinen, die als Modell "Advantage Router 600TM" oder "Dimension 200®" vertrieben werden. Von einer Eingabequelle, beispielsweise einer Diskette, einem Band oder einem anderen Computer empfängt die Steuerung 12 Signale, welche Ausgangswerte der graphischen Bilder angeben und Informationen einer graphischen Ausgangsdarstellung für die graphischen Bilder in X- und Y-Koordinatenrichtung enthalten, und erzeugt Signale, welche die X-Y-Koordinaten der graphischen Ausgangsdarstellung angeben und wie im folgenden beschrieben zum Steuern der Schneidmaschine 14 verwendet werden. Die Informationen können als Koordinaten, Punkte und Vektoren oder in einer anderen geeigneten Form vorliegen; der Fachmann erkennt, daß die tatsächlichen Informationen für die graphische Ausgangsdarstellung von dem zu erzeugenden graphischen Bild abhängen. Die Steuerung 12 hat eine Tastatur 15, über die die Herstellung von Schildern betreffende Informationen eingegeben werden, wie im folgenden beschrieben wird.
• Die Schneidmaschine 14 hat einen Schneidtisch 18 mit einem Bett 20 zum Tragen des Flachmaterials S sowie einen Schneidkopf 22, der in einer Schneidbeziehung über das Flachmaterial verschoben wird. Ein Paar den Kopf tragende Schlitten 24, 26 sind über dem Bett 20 angebracht, um den Kopf 22 in den dargestellten X- und Y-Richtungen über die durch das Bett 20 definierte Trägerfläche vor und zurück zu verschieben. Ein Schlitten 26 ist der Y-Schlitten, der an den Seiten des Tisches 18 auf einem Paar parallel zur Y-Koordinatenrichtung verlaufender Schienen 28 gelagert ist. Geeignete Antriebsverbindungen, beispielsweise Zahnriemen (nicht dargestellt) sind angrenzend an die Schienen 28 angeordnet und stehen mit Antriebsriemenscheiben (nicht dargestellt) in Eingriff, die ihrerseits drehbar an dem Y-Schlitten 26 angebracht sind. Jede Antriebsriemenscheibe ist mit einem Y-Antriebsmotor 32 verbunden und wird in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuerung 12 angetrieben.
• Der X-Schlitten 24 ist auf dem Y-Schlitten 26 gelagert und entlang dem Y-Schütten und relativ zu dem Bett 20 in der gezeigten X- Richtung bewegbar. Eine Leitspindel (nicht dargestellt) oder eine andere geeignete Antriebsverbindung steht mit dem X-Schlitten 24 in Eingriff und wird durch einen X-Motor 34 in Abhängigkeit von durch die Steuerung 12 erzeugten und von ihr empfangenen Signalen drehbar angetrieben. Die kombinierte Bewegung des X- und des Y-Schlittens 24, 26 bewegt den Kopf 22 und ein dazugehöriges Schneidwerkzeug über die Oberfläche des Betts 20 entlang einem gewünschten Schneidweg parallel zu der durch die X-Y-Koordinatenrichtungen definierten Ebene, um wahlweise Material von dem Flachmaterial S abzunehmen. Andere Mittel zum Verschieben der Schlitten, wie beispielsweise Systeme aus Seil und Seilscheibe, Riemenscheiben/Ritzel, Leitspindeln oder Kugelumlaufspindeln können mit gleicher Wirkung eingesetzt werden.
• Der in Fig. 2 im Detail dargestellte Schneidkopf 22 enthält eine Werkzeuggrundplatte 36, die mit Bolzen (nicht dargestellt) oder anderen geeigneten Mitteln an dem X-Schlitten 24 befestigt ist. Zwei Führungsstangen 38, 40 sind mit einem Abstand von der Grundplatte 36 durch an dieser angebrachte, abstehende obere (nicht dargestellt) und untere Flansche 42 befestigt. Ein Antriebsmotor 44 für das Schneidwerkzeug mit einer Antriebswelle 46 ist wiederum von den Führungsstangen 38, 40 über die oberen und unteren 42 Flansche getragen, die wie dargestellt mit dem Antriebsmotor verbunden sind und an den Stangen auf und ab gleiten. Auf diese Weise ist der Motor 44 im wesentlichen in einer vertikalen Richtung, d. h. der Z-Koordinatenrichtung bewegbar. An einem Ende der Antriebswelle 46 ist ein Spannfutter 48 angebracht, das seinerseits ein Schneidwerkzeug 50 mit der Antriebswelle koppelt, so daß der Motor die Welle, das Spannfutter und das Werkzeug um eine gemeinsame Drehachse 52 dreht.
• Ein Motor 54 zur vertikalen Positionierung (Fig. 1) ist ebenfalls an der Grundplatte 36 befestigt, um die Auf- und Abbewegung des Antriebsmotors 44 für das Schneidwerkzeug, und damit des mit dem Motor 44 gekoppelten Schneidwerkzeugs 50, sowie seine vertikale Position zu steuern. Der Positionierungsmotor 54 treibt eine Leitspindel (nicht dargestellt) oder eine andere geeignete Antriebsverbindung an, die parallel zur Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet und auf der Grundplatte 36 gehalten ist. Die Leitspindel greift in eine Gewindeöffnung in einem seitlich verlaufenden Abschnitt der oberen Klammer ein, welche an einen oberen Abschnitt des Positionierungsmotors 54 gekoppelt ist. So steuert die Drehung des Motors 54 zur vertikalen Positionierung in eine bzw. die andere Richtung die Bewegung des Werkzeugfutters 48 nach oben bzw. nach unten, und somit die Eindringtiefe des Schneidwerkzeugs 50 in das Flachmaterial S. Auch der Motor 54 zur vertikalen Positionierung wird durch von der Steuerung 12 empfangene Signale gesteuert.
• Wie Fig. 1 zeigt, wird das Flachmaterial S durch verstellbare Positionsklemmen 55, 55 lösbar auf dem Bett 20 der Schneidmaschine gehalten. Alternativ dazu kann es auch mit Vakuumhaltern (nicht dargestellt), wie sie von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung vertrieben werden, oder anderen geeigneten Mitteln festgehalten werden. In Fig. 3a, 3b und 3c wird ein Buchstabe "I", der gemäß der vorliegenden Erfindung in Flachmaterial erzeugt wird, allgemein mit dem Bezugszeichen 56 gekennzeichnet. Der Buchstabe "I" kann einen Absatz 58 enthalten und hat eine den Buchstaben entlang verlaufende Scheitellinie 60. Der Absatz 58 gibt den Abstand von der untersten Kante der Facetten 62, 64 zu dem Hintergrund des Flachmaterials S an und bildet im wesentlichen eine "Stufe", mit der die Unterkanten der Facetten enden. Falls vorhanden, ist der Absatz 58 um den Buchstaben herum vorzugsweise konstant und kann vom Anwender gewählt und über die Tastatur der Steuerung 12 eingegeben werden. Der Buchstabe 56 ist ein prismatischer Buchstabe und enthält daher zwei abgeschrägte Seiten 62, 64, die allgemein Facetten bilden und an der Scheitellinie 60 zusammenstoßen. Der Winkel der Facetten zu dem Flachmaterial S wird durch den unten beschriebenen Winkel des Schneidwerkzeugs 50 bestimmt.
• Die für den Buchstaben 56 von dem Schneidkopf und dem zugehörigen Schneidwerkzeug zu verfolgenden Werkzeugdurchgänge sind in Fig. 3a als 66, 68 und 70 dargestellt. Die Bestimmung dieser Werkzeugdurchgänge wird im folgenden anhand der Fig. 4 beschrieben. Wie ebenfalls im folgenden beschrieben wird, sind die individuellen Werkzeugdurchgänge für ein bestimmtes graphisches Bild je nach Größe und Art dieses graphischen Bildes unterschiedlich, was auch für einen Absatz gilt, und hängen außerdem von dem Schneidwinkel und dem Radius des Werkzeugs 50 ab.
• Das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Fig. 4 beschrieben. Dabei wird zunächst das zu erzeugende graphische Bild ausgewählt. Diese Auswahl kann beispielsweise durch die Bedienperson über die Tastatur 15 oder über ein Programm zum Erzeugen graphischer Bilder erfolgen. Im Beispiel wird angenommen, daß der Buchstabe "I" als zu erzeugender Buchstabe ausgewählt wurde.
• Die Ausgangswerte für das graphische Bild werden in den Computer 13 der Steuerung 12 eingegeben (Schritt 72), falls dies nicht bereits geschehen ist. Die Ausgangswerte enthalten einen vorgegebenen Satz Koordinaten oder andere geeignete Informationen, wie beispielsweise einen Satz Punkte und Vektoren, die eine zweidimensionale graphische Ausgangsdarstellung des Bildes darstellen, den Radius und den Schneidwinkel des Schneidwerkzeuges 50 sowie den gewünschten Absatz 58 für das Bild. Die Koordinaten der graphischen Ausgangsdarstellung des Buchstabens "I" werden in die Steuerung 12 eingegeben, nachdem sie beispielsweise aus einer Speichervorrichtung oder einem Programm zum Erzeugen graphischer Bilder gelesen wurden. Sie sind abhängig von Art und Größe des Bildes sowie von der Position des Bildes auf dem Flachmaterial. Auch der gewünschte Absatz 58 wird eingegeben, vorzugsweise über die Tastatur der Steuerung 12, und ein entsprechendes Signal wird an die Steuerung übergeben.
• Vor dem Bestimmen eines Werkzeugdurchgangs wird der maximale Versatz (75 in Fig. 3a) bestimmt, der bei der graphischen Ausgangsdarstellung verwendet werden darf (Schritt 74). Der Fachmann wird erkennen, daß der maximale Versatz negativ ist und einer Innenlinie (im Gegensatz zu einer Umrißlinie) entspricht, welche innerhalb der graphischen Ausgangsdarstellung liegt und dazu beabstandet ist. Wie im folgenden beschrieben, wird die maximale Versatzbreite bestimmt, indem ausgehend von der graphischen Ausgangsdarstellung Innenlinien erzeugt werden. Der Fachmann wird ebenfalls erkennen, daß der maximale Versatz auch bestimmt werden kann, indem beispielsweise Kreise in die graphische Ausgangsdarstellung eingepaßt werden. In diesem Fall entspricht der Radius des größten in die graphische Ausgangsdarstellung hineinpassenden Kreises dem maximalen Versatz.
• Zum Bestimmen des maximalen Versatzes wird ein Ausgangsversatz gewählt, der groß genug ist, um ein unerlaubtes Ergebnis sicherzustellen. Das heißt, der anfangs gewählte Versatz sollte eine Innenlinie ergeben, die nicht in die graphische Ausgangsdarstellung paßt. Wenn beispielsweise das graphische Bild ungefähr 45 cm mal 30 cm (18" mal 12") groß ist, könnte der Ausgangsversatz 38 cm (15") sein. Beim Auswerten durch die Software, beispielsweise durch das von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung hergestellte und vertriebene Programm "Graphix Advantage®", liefert dies ein "Unerlaubt"-Ergebnis.
• Ausgehend von einem Versatz, der ein "Unerlaubt"-Ergebnis liefert, wird ein nächster Versatz ausgewählt, der ein Bruchteil, beispielsweise die Hälfte des vorhergehenden Versatzes ist. Ein den nächsten Versatz angebendes Signal wird erzeugt und ausgewertet, um zu bestimmen, ob der nächste Versatz in die graphische Ausgangsdarstellung hineinpaßt und somit ein "Erlaubt"-Ergebnis liefert. Ergibt sich erneut ein "Unerlaubt", so werden so lange weitere, kleinere Versatzwerte gewählt und ausgewertet, bis sich ein "Erlaubt" ergibt.
• Wie der Fachmann erkennt, zeigt ein "Erlaubt"-Ergebnis an, daß der Versatz in die graphische Ausgangsdarstellung hineinpaßt, was meist bedeutet, daß ein größerer Versatz eine Innenlinie ergibt, die immer noch in die graphische Ausgangsdarstellung hineinpaßt. Also muß ein größerer Versatz bestimmt werden, der ein "Erlaubt"-Ergebnis liefert. Ausgehend von einem Versatz, der "Erlaubt" ergibt, ist der nächste auszuwertende Versatz um einen Bruchteil größer als der vorherige "Erlaubt"-Versatz. Wieder wird beispielsweise ein nächster Versatz gewählt, der in der Mitte zwischen dem "Erlaubt"-Versatz und dem letzten "Unerlaubt"-Versatz liegt. Beim Wiederholen der Schritte, in denen aufeinanderfolgende Versatzwerte gewählt und ausgewertet werden, laufen diese auf einen Wert zusammen, welcher den maximalen Versatz angibt. Die Schritte werden so lange wiederholt, bis der Unterschied zwischen einem vorherigen Versatz und einem nachfolgend berechneten Versatz kleiner ist als ein vorgewählter Wert, beispielsweise 0,025 mm (0,001 Zoll). Dann wird ein Signal erzeugt, das den Wert des maximalen Versatzes (OFFSETmax) angibt, und in einer Speichervorrichtung, beispielsweise einem RAM des Computers 13 für die spätere Verwendung abgelegt.
• Für ein bestimmtes Schneidwerkzeug 50 wird der maximale Versatz verwendet, um zu bestimmen, ob das Flachmaterial genügend dick ist, um das prismatische graphische Bild zu erzeugen (Schritt 82). Ist das Flachmaterial zu dünn, so können die graphischen Bilder nicht vollständig in dem Flachmaterial ausgebildet werden. Wie Fig. 2 zeigt, hat das Werkzeug einen Radius (R) 76 und einen Schneidwinkel 78, der durch eine zur Drehachse 52 normale Ebene und eine Schneidfläche 80 des Werkzeugs definiert ist. Die für die Erzeugung des graphischen Bildes erforderliche minimale Dicke (T) des Flachmaterials kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
• T = (OFFSETmax) · tan (a).
• Ein Signal, das den Wert der minimalen Dicke T angibt wird erzeugt und - beispielsweise durch einen nicht separat dargestellten Komparator des Computers 13 - mit einem Signal verglichen, das die tatsächliche Dicke des Flachmaterials angibt, die über die Tastatur der Steuerung 12 bereitgestellt wird, um zu bestimmen, ob die vorgesehenen graphischen Bilder zu groß (dick) sind, um in das Flachmaterial S zu passen. Zum Bestimmen der minimalen Dicke muß auch der Absatz 58, falls vorhanden, berücksichtigt werden.
• Ergibt der Vergleich, daß die minimale Dicke T zumindest gleich der Dicke des Flachmaterials ist, so ist das graphische Bild zu tief für das Flachmaterial. Folglich erzeugt die Steuerung 12 ein Fehlersignal. Tritt eine Fehlerbedingung auf, müssen einer oder mehrere der folgenden Schritte durchgeführt werden: Austausch des Schneidwerkzeugs 50 gegen eines mit kleinerem/flacherem Schneidwinkel 78, Auswahl eines dickeren Flachmaterials oder eines anderen graphischen Bildes mit kleinerem maximalem Versatz, oder eine Kombination aus diesen Möglichkeiten. Danach sollten die oben beschriebenen Schritte wiederholt werden, um Kompatibilität von Flachmaterial, Schneidwerkzeug und graphischen Bildern sicherzustellen.
• Sind Dicke des Flachmaterials, Schneidwerkzeug und graphisches Bild kompatibel, so wird unter Verwendung des Signals des maximalen Versatzes (OFFSETmax) die zum Erzeugen des graphischen Bildes notwendige Anzahl der Werkzeugdurchgänge bestimmt (Block 84). Die folgende Beschreibung bezieht sich auf zweidimensionale Werkzeugdurchgänge. Der Fachmann wird jedoch feststellen, daß auch dreidimensionale Durchgänge erzeugt werden können, indem beispielsweise die Tiefe eines Durchgangs proportional zur Breite des graphischen Bildes variiert wird. Dis erforderliche Anzahl N der Werkzeugdurchgänge steht im Zusammenhang mit der maximalen Tiefe des Schneidwerkzeugs verglichen mit der minimalen Dicke T zum Erzeugen der graphischen Bilder. Ist N keine ganze Zahl, so wird N auf die nächste ganze Zahl aufgerundet, und ein entsprechendes Signal wird erzeugt.
• Dann bestimmt der Computer 13 aus den Signalen, welche die Anzahl der Werkzeugdurchgänge (N), den maximalen Versatz (OFFSETmaX), den Werkzeugradius (R) 76 und den Schneidwinkel (a) 78 angeben, die geeignete Tiefe eines jeden Durchgangs, und somit die Tiefenänderung je Durchgang. Die Tiefenänderung zwischen Durchgängen kann unterschiedlich sein, ist jedoch vorzugsweise konstant. Wenn beispielsweise die zum Erzeugen des graphischen Bildes notwendige minimale Dicke T 5,3 cm (2,1 Zoll) beträgt und die maximale Tiefe je Durchgang für das Schneidwerkzeug 1 cm (0,4 Zoll) ist, so sind zum Erzeugen des graphischen Bildes 6 Durchgänge notwendig. Die Tiefenänderung (dch) für jeden Durchgang ist 5,316 (2,1/6), d. h. ungefähr 0,88 cm (0,35 Zoll). Der Fachmann wird erkennen, daß der Versatz je Durchgang (OFFSETPER PASS) aus der Tiefenänderung je Durchgang über folgenden Ausdruck bestimmt werden kann:
• dch = (OFFSETPER PASS) · tan (a).
• Daraus ergibt sich:
• (OFFSETpER PASS) = dch / tan (a).
• Der von dem Schneidwerkeug 50, und genauer gesagt von der Drehachse 52 zu verfolgende Werkzeugdurchgang wird dann für jeden Durchgang unter Verwendung der graphischen Ausgangsdarstellung, des Versatzes je Durchgang (OFFSETPER PASS) und der Tiefenänderung je Durchgang (dcn) ermittelt. Der Fachmann wird erkennen, daß es für die Bestimmung des Werkzeuggangs jedes Durchgangs nebensächlich ist, ob die Werkzeuggänge von der Scheitellinie abwärts oder von der Unterseite des graphischen Bildes aufwärts berechnet werden. Für die Darstellung werden die Werkzeugdurchgänge von der Unterseite des graphischen Bildes zur Scheitellinie hin bestimmt.
• Ein erster Werkzeugdurchgang, in Fig. 3a durch die Linie 66 dargestellt, umfaßt die graphische Ausgangsdarstellung, gekoppelt mit einer von der Oberseite des Flachmaterials aus gemessenen Tiefe (d1), die gleich der Tiefenänderung dch mal der Anzahl N der Werkzeugdurchgänge ist. Die Tiefe (d1) des ersten Werkzeugdurchgangs kann auch aus der Dicke des Flachmaterials und dem Absatz, falls vorhanden, bestimmt werden. Signale des ersten Durchgangs, einschließlich der Tiefe des ersten Durchgangs und des ersten Werkzeugdurchgangs werden erzeugt und zur späteren Verwendung in der Speichervorrichtung des Computers 13 oder einer anderen geeigneten Stelle abgelegt. Wie bereits erwähnt, erkennt der Fachmann, daß jeder Werkzeugdurchgang auf unterschiedliche Weise ausgedrückt sein kann, beispielsweise durch einen Koordinatensatz oder durch Punkte und Vektoren.
• Ein zweiter Werkzeugdurchgang, der in Fig. 3a durch die Linie 68 dargestellt ist, wird bestimmt, indem eine von der graphischen Ausgangsdarstellung um den Versatz je Durchgang (OFFSETPER pass) beabstandete Innenlinie erzeugt wird. Die Tiefe (d2) des zweiten Werkzeugdurchgangs ist von der Oberseite des Flachmaterials S aus gemessen um einen Betrag flacher, der gleich der Tiefenänderung je Durchgang (dch) ist. Signale des zweiten Durchgangs, einschließlich der Tiefe des zweiten Durchgangs und des zweiten Werkzeugdurchgangs werden erzeugt und zur späteren Verwendung in der Speichervorrichtung des Computers 13 abgelegt. Der Fachmann wird erkennen, daß Tiefe und Werkzeugdurchgang für einen folgenden Durchgang statt aus der graphischen Ausgangsdarstellung alternativ auch aus einen vorhergehenden Durchgang definierenden Informationen bestimmt werden können.
• Je nach den Anforderungen werden aufeinanderfolgende Durchgänge, einschließlich Tiefen und Werkzeugdurchgänge für N Durchgänge bestimmt, und entsprechende Signale werden wie oben beschrieben erzeugt und gespeichert. Der Fachmann wird erkennen, daß Tiefe und Werkzeugdurchgang für einen folgenden Durchgang statt aus der graphischen Ausgangsdarstellung alternativ aus einen vorhergehenden Durchgang definierenden Informationen bestimmt werden können. Als Schneidwerkzeug 50 wird ein V-förmiges Schneidwerkzeug eingesetzt, um die abgeschrägten Seiten 62, 64 zu erzeugen, und immer, wenn das Werkzeug einem Werkzeugdurchgang folgt, wird ein Teil der abgeschrägten Kanten erzeugt.
• Wenn alle notwendigen Werkzeugdurchgänge bestimmt und gespeichert wurden, werden die Signale an die automatische Schneidmaschine 14 übergeben und von dieser empfangen. Die Maschine reagiert, indem sie das Schneidwerkzeug in Abhängigkeit von den erzeugten Signalen in seitlicher Richtung und dann vertikal bewegt, um Material von dem Flachmaterial abzunehmen, indem sie dem ersten, dem zweiten und den folgenden Durchgängen folgt, um das Bild in dem Flach material zu erzeugen (Schritt 86). Wie der Fachmann erkennen wird, werden die Durchgänge vorzugsweise von oben nach unten ausgeführt, damit das Flachmaterial möglichst wenig splittert. Diese Reihenfolge stellt eine effizientere Verwendung der Maschine dar und führt zudem zu weniger Splittern des Flachmaterials, das entlang der Scheitellinie 60 auftreten könnte. Der zuletzt bestimmte Durchgang wird also zuerst ausgeführt. Auch kann es notwendig sein, tiefere Durchgänge mehrmals zu verfolgen, während das Schneidwerkzeug nach jedem Durchgang nachgerückt wird, um Flachmaterial schrittweise abzunehmen. Das Bild ist vollständig, wenn die automatische Schneidmaschine 14 gemäß den Signalen, welche die X-Y-Koordinaten des ersten Werkzeugdurchgangs und den Absatz 58 angeben, der wie oben erwähnt die Tiefe des ersten Werkzeugdurchgangs 66 darstellt, diesen ersten Werkzeugdurchgang beendet. Wenn das graphische Bild, der Buchstabe "I" 56, vervollständigt ist, wird der Prozess für das nächste graphische Bild wiederholt (Schritt 88). Der Fachmann wird erkennen, daß Werkzeugdurchgänge für mehrere Zeichen, wie Buchstaben, Ziffern und andere graphische Bilder bestimmt werden können, bevor auch nur ein Stück des Flachmaterials S geschnitzt wird. Dann wird ein Hintergrund nach dem gewünschten Entwurf ausgebildet.
• Ein fakultativer letzter Schritt beim Erzeugen des Bildes ist das Herstellen des Absatzes 58. Das Schneidwerkzeug 50 wird typischerweise gegen ein schmaleres, gerades Werkzeug ausgetauscht, welches in das Flachmaterial gesenkt und an dem Werkzeugdurchgang 90 entlang bewegt wird, um Material außerhalb dieses Durchgangs zu entfernen.
• In der obigen Beschreibung wurde ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von Schildern mit prismatischen graphischen Bildern, wie Buchstaben und Symbole, in dem ein Schneidwerkzeug mehrere zweidimensionale Durchgänge durchläuft, detailliert offenbart. Dreidimensionale Werkzeugdurchgänge können beispielsweise bestimmt werden, indem die Tiefe des Schneidwerkzeugs entlang einem Werkzeugdurchgang proportional zur Breite des graphischen Bildes an jedem beliebigen Punkt verändert wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung eines prismatischen graphischen Bildes in Flachmaterial (S) vorbestimmter Dicke mittels einer automatisierten Schneidmaschine (14), die auf Signale für Werkzeugdurchgänge reagiert und ein Rotationsschneidwerkzeug (50) zum Abnehmen von Material von dem Flachmaterial (S) hat, wobei das Schneidwerkzeug (50) eine Drehachse (52), einen Radius (76) von der Achse (52) zu einer äußeren Kante des Werkzeugs (50), eine Schneidfläche (80) und einen durch die Schneidfläche (80) und eine zur Achse (52) normale Ebene angegebenen Schneidwinkel (78) hat, wobei das graphische Bild eine vorgewählte, zweidimensionale graphische Ausgangsdarstellung (56) hat und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugen von Signalen (72) einer graphischen Ausgangsdarstellung (56) des in dem Flachmaterial (S) zu erzeugenden graphischen Bildes gemäß einem Programm zur Erzeugung von graphischen Bildern, wobei die graphische Ausgangsdarstellung (56) durch einen vorgegebenen Datensatz angegeben wird;

Bestimmen eines maximalen Versatzes (75) des graphischen Bildes gemäß der graphischen Ausgangsdarstellung (56) und Erzeugen von Signalen (74) des maximalen Versatzes;

Bestimmen von konzentrischen Werkzeugdurchgängen (66, 68, 70) gemäß den Signalen der graphischen Ausgangsdarstellung (56), den Signalen des maximalen Versatzes (75) und den Signalen des Werkzeugradius (76) und des Schneidwinkels (78), wobei die Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) allgemein normal zur Drehachse (52) ausgerichtet sind, und Erzeugen von Signalen der Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70); und

Übergeben der Signale (86) der Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) an die automatisierte Schneidmaschine (14),

dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines prismatischen graphischen Bildes mit entlang einer Scheitellinie (60) aneinanderstoßenden abge schrägten (62, 64) Seiten und einer Neigung zu dem Flachmaterial (S) in einem vorbestimmten Winkel

a) der Winkel (78) des Schneidwerkzeugs den Winkel der abgeschrägten Seiten (62, 64) zu dem Flachmaterial (S) angibt,

b) die Anzahl N der konzentrischen Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) aus dem maximalen Versatz (75) dividiert durch den Werkzeugradius (76) und aufgerundet auf die nächste ganze Zahl berechnet wird,

c) die Änderung der Tiefe (dch) zwischen aufeinander folgenden Durchgängen (66, 68, 70) des Werkzeugs (50) aus dem Versatz pro Durchgang multipliziert mit dem Tangens des Schneidwinkels (78) berechnet wird,

d) jeder von dem Schneidwerkzeug (50) zu durchlaufende Werkzeugdurchgang (66, 68, 70) durch die graphische Ausgangsdarstellung, den Versatz pro Durchgang (66, 68, 70) und die Änderung der Tiefe (dch) zwischen aufeinander folgenden Durchgängen (66, 68, 70) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt: Abnehmen von Material (86) von dem Flachmaterial (S} mittels des Rotationsschneidwerkzeugs (50) gemäß den Signalen der Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) zum Erzeugen eines graphischen Bildes in dem Flachmaterial (S).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit den weiteren Schritten:

Bestimmen einer minimalen Tiefe des graphischen Bildes gemäß dem Signal des maximalen Versatzes (75) und den Signalen des Werkzeugradius (76) und Schneidwinkels (78) und Erzeugen eines Signals der minimalen Tiefe;

Eingeben eines Signals der vorbestimmten Dicke des Flachmaterials (S);

Vergleichen des Signals der minimalen Tiefe und des Signals der vorbestimmten Dicke; und

Anzeigen eines Fehlerzustands, wenn während des Vergleichsschrittes festgestellt wird, daß die minimale Tiefe des graphischen Bildes gleich der vorbestimmten Dicke oder größer als diese ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Festlegens eines maximalen Versatzes (75) des graphischen Bildes die Schritte umfaßt:

Bestimmen einer Innenlinie des graphischen Bildes gemäß der graphischen Ausgangsdarstellung (56) und einem Signal eines vorbestimmten Ausgangsversatzes und Erzeugen von Signalen der Innenlinie; und

Auswerten der Signale der Innenlinie gemäß den Signalen der graphischen Ausgangsdarstellung (56), um zu ermitteln, ob der Versatz der maximale Versatz (75) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4 mit den weiteren Schritten: Einstellen des Versatzes zum Einstellen der entsprechenden Innenlinie, wenn während des Auswerteschrittes festgestellt wird, daß der Versatz nicht gleich dem maximalen Versatz (75) für die graphische Ausgangsdarstellung (56) ist.

6. Gegenstand mit einem Zeichen mit einem prismatischen graphischen Bild in Flachmaterial (S) vorbestimmter Dicke unter Verwendung einer Schneidmaschine (14), die auf Signale für Werkzeugdurchgänge reagiert und ein Rotationsschneidwerkzeug (50) zum Abnehmen von Material von dem Flachmaterial (S) hat, wobei das Schneidwerkzeug (50) eine Drehachse (52), einen normal zu der Achse (52) zu einer äußeren Kante des Werkzeugs (50) gemessenen Radius (76), eine Schneidfläche (80) und einen durch die Schneidfläche (80) und eine zu der Achse (52) normale Ebene gegebenen Schneidwinkel (78) hat, wobei das graphische Bild eine vorgewählte, zweidimensionale graphische Ausgangsdarstellung (56) hat und der Gegenstand gemäß einer Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.

7. Vorrichtung (10) zum Steuern einer automatisierten Schneidmaschine (14) zum Erzeugen eines prismatischen graphischen Bildes in Flachmaterial (S) vorbestimmter Dicke, wobei die automatisierte Schneidmaschine (14), auf Signale für Werkzeugdurchgänge reagiert und ein Rotationsschneidwerkzeug (50) zum Abnehmen von Material von dem Flachmaterial (S) hat, wobei das Schneidwerkzeug (50) eine Drehachse (52), einen normal von der Achse (52) zu einer äußeren Kante des Werkzeugs (50) verlaufenden Radius (76), eine Schneidfläche (80) und einen durch die Schneidfläche (80) und eine zu der Achse (52) normale Ebene gegebenen Schneidwinkel (78) hat, wobei das graphische Bild eine vorgewählte zweidimensionale graphische Ausgangsdarstellung (56) hat und die Vorrichtung umfaßt:

Mittel (13) zum Erzeugen von Signalen einer graphischen Ausgangsdarstellung (56) des in dem Flachmaterial (S) zu erzeugenden graphischen Bildes gemäß einem Programm zum Erzeugen graphischer Bilder, wobei die graphische Ausgangsdarstellung (56) durch einen vorbestimmten Datensatz angegeben wird;

Mittel (12) zum Bestimmen eines maximalen Versatzes (75) des graphischen Bildes gemäß der graphischen Ausgangsdarstellung (56) und zum Erzeugen von Signalen des maximalen Versatzes (75);

Mittel (12) zum Bestimmen von Werkzeugdurchgängen (66, 68, 70) gemäß den Signalen der graphischen Ausgangsdarstellung (56), dem Signal des maximalen Versatzes (75) und den Signalen des Werkzeugradius (76) und des Schneidwinkels (78), wobei die Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) allgemein normal zur Drehachse (52) ausgerichtet sind, und zum Erzeugen von Signalen der Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70); und

Mittel (16) zum Übergeben der Signale der Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) an die automatisierte Schneidmaschine (14);

gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen eines prismatischen graphischen Bildes mit entlang einer Scheitellinie (60) aneinanderstoßenden abgeschrägten (62, 64) Seiten und einer Neigung zu dem Flachmaterial (S) in ei nem vorbestimmten Winkel, der durch den Winkel (78) des Schneidwerkzeugs angegeben wird, wobei die Mittel umfassen:

a) Mittel (84) zum Berechnen der Anzahl N der konzentrischen Werkzeugdurchgänge (66, 68, 70) aus dem maximalen Versatz (75) dividiert durch den Werkzeugradius (76) und aufgerundet auf die nächste ganze Zahl,

b) Mittel (84) zum Berechnen der Änderung der Tiefe (dcn) zwischen aufeinander folgenden Durchgängen (66, 68, 70) des Werkzeugs (50) aus dem Versatz pro Durchgang multipliziert mit dem Tangens des Schneidwinkels (78),

c) Mittel (86) zum derartigen Steuern eines jeden von dem Schneidwerkzeug (50) zu durchlaufenden Werkzeugdurchgangs (66, 68, 70), daß er durch die graphische Ausgangsdarstellung (56), den Versatz pro Durchgang (66, 68, 70) und die Änderung der Tiefe (dcn) zwischen aufeinander folgenden Durchgängen (66, 68, 70) bestimmt wird.