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Dokumentenidentifikation DE10331206A1 27.01.2005
Titel Verfahren zum Auftragen von Sprühstoffen
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Weckerle, Gero, Dipl.-Ing., 71155 Altdorf, DE
DE-Anmeldedatum 10.07.2003
DE-Aktenzeichen 10331206
Offenlegungstag 27.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.01.2005
IPC-Hauptklasse B05B 12/08
IPC-Nebenklasse B05B 13/04   B05B 15/08   B05B 15/10   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Sprühstoffs auf ein Werkstück, wobei eine optische Erfassungseinheit (1) auf einen Sprühstrahl (2) eines Applikators (3) gerichtet ist. Die optische Erfassungseinheit (1) erfasst eine Geometrie des aus dem Applikator (3) austretenden Sprühstrahls (2).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Sprühstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Beurteilung der Qualität eines mit einem Roboter aufgetragenen Dickstoffs, z.B. eines Klebstoffs oder einer Dichtmasse, in manuellen Fertigungsbereichen durch Inspektion zu überprüfen. Fehler des Auftrags durch den Roboter werden daher erst mit zeitlichen Verzug erkannt und führen zu aufwändigen Nachbearbeitungen und Störungen von Taktzeiten in dem betreffenden Fabrikationsprozess.

Aus der Offenlegungsschrift DE 100 48 749 A1 ist eine Anordnung zum Auftragen von Klebstoff auf ein Werkstück bekannt. Ein Objektiv einer Kamera ist dabei auf den Sprühstrahl oder den Klebstoffstreifen gerichtet, um ein Klebeergebnis durch Vergleich der Bilddaten einer aktuellen Auftragsbahn mit einer vorgegebenen Auftragsbahn des Klebstoffs durch Kalibrierung und Nachführung der maßgeblichen Steuerparameter des Systems zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Auftragen von Sprühstoffen anzugeben, mit dem eine einfache und zuverlässige Qualitätskontrolle eines Auftragsergebnisses möglich ist und das für Fertigungsverfahren von großen Stückzahlen von Bauteilen, insbesondere in der Fahrzeugproduktion, geeignet ist.

Unter dem Begriff „Auftragen von Sprühstoffen" soll dabei insbesondere das Aufbringen eines Auftragsstoffes in Form eines unzerstäubten, einphasigen Materialstrahls verstanden werden; prinzipiell soll das Verfahren jedoch auch für zerstäubendes Aufsprühen einsetzbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung erfasst eine optische Erfassungseinheit eine Geometrie eines aus einem Applikator austretenden Sprühstrahls. Dadurch kann sehr einfach ein Verschleiß von Düsen oder eine Verschmutzung der Düsen erkannt werden. Die Ausbildung des Sprühstrahls kann bei funktionsfähiger Düse bzw. bei funktionsfähigem Applikator reproduzierbar eingestellt werden und hängt im wesentlichen von verwendeten Düsengeometrie und dem gewählten Durchfluss ab. Daher kann bei Verwendung von üblichen Dosierern zum Dosieren des Sprühstoffes eine Geometrie des Sprühstrahls sicher eingestellt werden. Es ist möglich, das Verfahren automatisiert durchzuführen, so dass eine aufwändige Vorbereitung von Sprühbildern auf Substraten, die manuell erstellt und bewertet werden müssen, unterbleiben kann. Dadurch wird die Nacharbeit an dem mit Sprühstoff beschichteten Werkstück reduziert, da Fehler rechtzeitig erkannt und gemeldet werden.

Wird die erfasste Geometrie des Sprühstrahls ausgewertet und mit einer vorgegebenen Geometrie verglichen, kann eine Abweichung von einem vorgegebenen Geometrie des Sprühstrahls leicht erkannt werden. Liegt eine solche Abweichung vor, wird ein Fehler des Applikators bzw. der zugehörigen Düse erkannt, der zu einem nicht akzeptablen Applikationsergebnis führen würde. Besonders zweckmäßig erfolgt die Auswertung der Geometrie des Sprühstrahls mit einem Auswerterechner, der mit der optischen Erfassungseinheit zumindest mittelbar verbunden ist. Ebenso lässt sich mit üblichen Bilderkennungs- und Bildbewertungsmethoden eine Automatisierung des Verfahrens verwirklichen und in einen automatisierten oder zumindest teilweise automatisierten Fertigungsprozess eingliedern.

Fährt der Roboter zur Kontrolle der Geometrie des Sprühstrahls einen Messbereich an, der getrennt von dem Applikationsbereich zum Auftragen des Sprühstoffs angeordnet ist, kann die optische Erfassungseinheit vorteilhaft vor Beschädigungen oder Verschmutzung bewahrt werden. Besonders günstig ist es, hierbei Kameras zu verwenden, die zur Einmessung des Werkstücks (z.B. der Karosserie) dienen und daher im Arbeitsbereich sowieso vorhanden sind. Gleichzeitig ist das Verfahren schnell genug, um etwa in einem Fertigungsprozess nur geringe Taktzeitverluste zu verursachen, falls es wiederholt während der Produktion durchgeführt wird.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Aufbringen von Auftragsstoffen in Form eines unzerstäubten, einphasigen Materialstrahls, ist jedoch auch für zerstäubendes Aufsprühen einsetzbar.

Bevorzugt wird eine definierte Menge des Sprühstoffs in einen Rückführbehälter appliziert und die Geometrie des Sprühstrahls bewertet. Dadurch kann der Sprühstoff aus dem getrennten Meßbereich wieder in den Applikationsbereich rückgeführt werden. Es wird kein Sprühstoff vergeudet.

Wird der Sprühstrahl beim Messen um einen vorgebbaren Winkel um die Austrittsrichtung gedreht, kann auch eine Bestimmung der Geometrie eines Sprühstrahls vorgenommen werden, der nicht rotationssymmetrisch ist. Eine Kontrolle der Geometrie kann unter verschiedenen Rotationswinkeln des Sprühstrahls erfolgen.

Bevorzugt wird der Sprühstrahl beim Messen um 90° gedreht. Dies ermöglicht eine Erfassung der Geometrie eines sogenannten Flatstream-Sprühstrahls, bei dem der Sprühstrahl im wesentlichen zweidimensional ausgebildet ist.

Wird keine Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Geometrie beobachtet, fährt der Roboter 4 den Applikator 3 in den Applikationsbereich und beginnt mit dem Applizieren des Sprühstoffs.

Bei Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Geometrie, die außerhalb eines vorgebbaren, zulässigen Toleranzbereichs liegt, wird vorzugsweise ein Alarm ausgegeben. Dadurch kann eine schnelle Erkennung eines Fehlers des Applikators oder der Düse ermöglicht werden. Eine Warnmeldung kann automatisch ausgegeben werden.

Wird die Geometrie des Sprühstrahls von zumindest zwei Erfassungsmitteln erfasst, kann eine vorgegebene, komplexe Geometrie des Sprühstrahls automatisch erfasst werden. Eine Erkennungsgenauigkeit wird erhöht. Eine Rotation des Sprühstrahls kann dann gegebenenfalls auch unterleiben.

Bevorzugt erfasst jedes der Erfassungsmittel einen Erfassungsbereich des Sprühstrahls, der um jeweils 90° um eine Austrittsrichtung des Sprühstrahls herum versetzt ist. Besonders für flache, im wesentlichen zweidimensionale Sprühstrahlen, wie etwa bei dem Flatstreamverfahren, gelingt eine sichere Erkennung der Geometrie des Sprühstrahls.

Erfolgt eine Kontrolle der geometrischen Ausbildung in definierten Abständen, ist eine günstige Überwachung des Applikationsprozesses möglich. Fehler können frühzeitig erkannt werden, und Ausfallzeiten, Nachbearbeitungsaufwand und Ausschuss in einem Fertigungsprozess können vermindert werden. Parallel zur Kontrolle des Sprühbildes können Daten einer Prozessdiagnose, wie etwa Druck oder Durchfluss des Sprühstoffs in der Düse bzw. dem Applikator, herangezogen werden, um günstige Zeitabstände zur Kontrollmessung zu berechnen. Eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung des Applikationsergebnisses ist möglich, ohne dass während des Applizierens eine Messung vorgenommen werden muss.

Eine Kontrollmessung ist auch während des eigentlichen Auftragens des Sprühstoffs möglich. Allerdings erlaubt eine Beobachtung der Geometrie des Sprühstrahls 2 in einem getrennten Messbereich 7 einen schonenden Einsatz der optischen Erfassungseinheit 1. Die Erfindung ist für verschiedene Materialien geeignet, die als Sprühstoff eingesetzt werden. Besonders bevorzugt handelt es sich um Dickstoffe, wie etwa Kleber oder Dichtmassen. Die Erfindung ist jedoch für auch weniger viskose Mittel (z.B. Lacke) oder Pulver einsetzbar.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind den weitern Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht einer bevorzugten Anordnung mit Spritzdüse und optischer Erfassungseinheit in einem Messbereich zur Kontrolle der Geometrie des Sprühstrahls.

Ein Sprühstoff wird mit einem von einem Roboter 4 betriebenen Applikator 3 auf ein Werkstück aufgetragen. Der Applikator 3 weist zumindest eine Düse auf, aus der ein Sprühstoff versprüht wird. Ein Sprühstoff wird über eine oder mehrere Düsen des Applikators 3 in einen Sprühstrahl 2 überführt, der auf das Werkstück trifft. Vorzugsweise bewegt sich der Sprühstrahl 2 bzw. der Applikator 3 relativ zu dem Werkstück. Auf diese Weise kann z.B. eine Kleberaupe oder ein Dichtstreifen aufgetragen werden. Das Werkstück befindet sich dazu zweckmäßigerweise in einem nicht dargestellten Applikationsbereich. Üblicherweise wird eine Applikation des Sprühstoffs in einer Fertigungskabine vorgenommen, um einen Austritt des Sprühstoffs in die Umwelt und störende Einflüsse der Umwelt auf den Sprühstoff bzw. das Werkstück zu vermeiden. Besonders bevorzugt ist das Werkstück ein Karosserieteil eines Fahrzeugs.

Zur Durchführung des Verfahrens fährt der Roboter 4 den Applikator 3 in einen Messbereich 7 ein, der von dem Applikationsbereich getrennt ist und führt den Applikator 3 dort vor eine optische Erfassungseinheit 1, vorzugsweise eine Kamera.

Die optische Erfassungseinheit 1 ist auf den Sprühstrahl 2 des Applikators 3 gerichtet, vorzugsweise auf einen Düsennahen Bereich des Sprühstrahls 2 oder einen mittleren Bereich des Sprühstrahls 2. Dort sind Störungen des Sprühstrahls 2, die vom Werkstück herrühren können, nicht zu erwarten. Eine definierte Menge des Sprühstoffs wird in einen Rückführbehälter 6 appliziert und die Geometrie des Sprühstrahls 2 bewertet. Zur Erfassung der Geometrie des Sprühstrahls 2 erfasst ein Erfassungsmittel der optischen Erfassungseinheit 1 ein Bild des Sprühstrahls 2. Bevorzugt befindet sich die optische Erfassungseinheit 1 in einem separaten, geschützten Bereich. Dies kann innerhalb oder außerhalb der Fertigungskabine sein und schützt die Optik der optischen Erfassungseinheit 1 vor Kontamination. Die optische Erfassungseinheit 1 erfasst eine Geometrie des aus dem Applikator 3 austretenden Sprühstrahls 2, indem sie z.B. durch eine, transparenten Bereich der Wand 5 der Fertigungskabine ein Bild des Sprühstrahls 2 aufnimmt. Zur Beobachtung von rotationssymmetrischen Sprühstrahlen 2, z.B. Dünnstrahlen oder sogenannte Swirls, genügt an sich die Betrachtung aus einer Perspektive. Um jedoch eine mögliche Richtungsabweichung des Sprühstrahls 2 in einer Längsachse 9, die der Blickrichtung des Erfassungsmittels auf den Sprühstrahl 2 entspricht, sicher ausschließen zu können, ist eine Drehung des Sprühstrahls 2 sinnvoll, insbesondere um eine Achse senkrecht zur Kameralängsachse 9. Durch die Anbringung des Applikators 3 am Roboter 4 ist leicht zu bewerkstelligen. Ein solches Drehen ist bevorzugt auch bei Geometrien des Sprühstrahls 2 vorgesehen, die nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

Die erfasste Geometrie des Sprühstrahls 2 wird ausgewertet und mit einer vorgegebenen Geometrie verglichen, wozu ein nicht dargestellter Auswerterechner vorgesehen sein kann, der mit der optischen Erfassungseinheit 1 verbunden ist. Die Geometrie des Sprühstrahls 2 ist im wesentlichen von der Düsengeometrie und dem Durchfluss des Sprühstoffs durch die Düse abhängig und kann daher leicht vorherbestimmt werden. So kann bei intakter funktionsfähiger Düse ein Abbild eines Sprühstrahls 2 mit gegebenem Durchfluss, Sprühstoff und definierten geometrischen Verhältnissen zwischen optischer Erfassungseinheit 1 und Sprühstrahl 2, wie etwa Abstand, Blickwinkel und dergleichen, erfasst werden. Gegebenenfalls kann eine Schar von Bildern mit beispielsweise unterschiedlichem Durchfluss aufgenommen werden. Anhand der damit vorgegebenen Geometrie des Sprühstrahls 2 unter bestimmten, definierten Randbedingungen kann dann die Geometrie des Sprühstrahls 2 unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsparameter des Applikators 3 vorgenommen werden.

Wird eine Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Geometrie beobachtet, die außerhalb eines vorgebbaren, zulässigen Toleranzbereichs liegt, wird ein Alarm ausgegeben. Ein Anlagenbetreiber kann rechtzeitig die Düse bzw. den Applikator 3 wechseln oder reparieren und längere Ausfallzeiten oder Ausschuss durch fehlerhafte Applikationsergebnisse des Sprühstoffs verhindern.

Wird mit einem Sprühstrahl 2 gearbeitet, dessen Geometrie von der Rotationssymmetrie abweicht, kann diese von zumindest zwei Erfassungsmitteln erfasst werden, die zweckmäßigerweise demselben optischen Erfassungseinheit 1 zugeordnet sind. Alternativ kann auch ein Erfassungsmittel vorgesehen sein, und der Sprühstrahl 2 wird geeignet um seine Austrittsrichtung gedreht, um eine definierte Erfassung der unsymmetrischen Geometrie zu ermöglichen. Jedes der Erfassungsmittel erfasst einen Erfassungsbereich 8 des Sprühstrahls 2, der um jeweils 90° um die Austrittsrichtung des Sprühstrahls 2 herum versetzt ist.

Besonders bevorzugt wird die geometrische Ausbildung des Sprühstrahls 2 in definierten Abständen kontrolliert, so dass ein Fertigungsprozess, bei dem ein entsprechender Sprühstoff in entsprechender Weise appliziert wird, von Zeit zu Zeit unterbrochen wird, um den Applikator 3 in den Messbereich 7 zu fahren und dort die Geometrie des Sprühstrahls 2 zu überprüfen. Parallel zur Kontrolle der Geometrie des Sprühstrahls 2 können Daten einer Prozessdiagnose, insbesondere Durchfluss und Druck des Sprühstoffs in der Düse bzw. dem Applikator 3, zur Bestimmung der Zeitabständen zwischen aufeinander folgenden Kontrollmessungen herangezogen werden. Eine unplausible Änderung von zeitlichem Abstand der Messungen, Durchfluss und/oder Druck kann als Hinweise auf einen Fehler der Düse bzw. des Applikators 3 gesehen werden. So kann eine Änderung des Drucks bei gleichem Durchfluss ein Hinweis auf einen Verschleiß oder eine Verstopfung der Düse geben, auch wenn die Geometrie des Sprühstrahls 2 noch innerhalb des vorgebbaren Toleranzbereichs liegen kann. Ein Fehler der Düse bzw. des Applikators 3 kann noch früher erkannt werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Auftragen eines Sprühstoffs auf ein Werkstück, wobei eine optische Erfassungseinheit (1) auf einen Sprühstrahl (2) eines Applikators (3) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinheit (1) eine Geometrie des aus dem Applikator (3) austretenden Sprühstrahls (2) erfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Geometrie des Sprühstrahls (2) ausgewertet wird und mit einer vorgegebenen Geometrie verglichen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) zur Kontrolle der Geometrie des Sprühstrahls (2) einen Messbereich (7) anfährt, der getrennt von dem Applikationsbereich zum Auftragen des Sprühstoffs angeordnet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Menge des Sprühstoffs in einen Rückführbehälter (6) appliziert wird und die Geometrie des Sprühstrahls (2) bewertet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühstrahl (2) beim Messen um einen vorgebbaren Winkel um seine Austrittsrichtung aus dem Applikator (3) gedreht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühstrahl (2) beim Messen um 90° gedreht wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Geometrie des Sprühstrahls (2), die außerhalb eines vorgebbaren, zulässigen Toleranzbereichs liegt, ein Alarm ausgegeben wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Sprühstrahls (2) von zumindest zwei Erfassungsmitteln erfasst wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Erfassungsmittel einen Erfassungsbereich (8) des Sprühstrahls (2) erfasst, der um jeweils 90° um eine Austrittsrichtung des Sprühstrahls (2) herum versetzt ist.
  10. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in definierten Abständen die geometrische Ausbildung des Sprühstrahls (2) kontrolliert wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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