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Dokumentenidentifikation DE69831656T2 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000970811
Titel Automatische Beschichtungsvorrichtung
Anmelder L.A.C. Corp., Machida, JP
Erfinder Kaiba, Tadashi, Machida-shi, Tokyo 194-0212, JP;
Murai, Syusei, Machida-shi, Tokyo 194-0212, JP
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69831656
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.07.1998
EP-Aktenzeichen 983053638
EP-Offenlegungsdatum 12.01.2000
EP date of grant 21.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse B41J 2/01(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Auftragevorrichtung zum Auftragen eines gewünschten Farbbildes auf eine zu beschichtende Fläche durch dreidimensionales Antreiben einer Vielzahl von Farbtinten-Spritzpistolenköpfen vom Ausstoßtyp und insbesondere eine Verbesserung zum Ermöglichen einer klaren Beschichtung mit einem präzisen Farbton, auch wenn die zu beschichtende Fläche eine komplizierte, gebogene Form aufweist, wie beispielsweise beim Körper eines Automobils.

Seit kurzem wird ein Drucker vom Tintenstrahltyp als eine Druckvorrichtung für einen Computer verwendet. Dieser Tintenstrahldrucker reproduziert den Farbton jedes Pixels durch das Ausstoßen von Tinten mit vier Farben, welches die drei Primärfarben rot, blau und gelb, und schwarz aus jeder der Düsen sind, wobei sie je nach Farbton jedes in einer Speichervorrichtung in einem Computer gespeicherten Pixels für einen Druck überlagert werden. Dann ist es möglich, Bilddaten auf ein Druckblatt aus Papier zu drucken, indem die Düsen nach rechts und links bewegt werden und das Druckblatt in einer orthogonalen Richtung bewegt wird.

In einem Drucker ist das zu beschichtende Material auf Papier-ähnliches Material beschränkt. Wenn es möglich ist, Bilddaten durch ein Tinten-Spritzpistolenkopfsystem direkt beispielsweise auf den Körper eines Automobils etc. aufzutragen, so können auch komplizierte Muster industriell durch Massenproduktion reproduziert werden.

Die 12 bis 14 zeigen ein Beispiel einer automatischen Auftragevorrichtung nach dem Stand der Technik.

In 12 steht das Bezugszeichen 1 für eine CPU zum Verarbeiten von Bilddaten; 2 ist ein Mechanismus zur Steuerung des Antriebs der Spritzpistolenköpfe und ausgestoßenen Farbtintenmengen; 3 ist eine CPU zum Steuern des Mechanismus; 4 ist ein Speicher; 5 ist eine Tastatur zum manuellen Bedienen des Mechanismus; 6 ist eine LCD-Anzeigevorrichtung, welche Operationen mit Hilfe der Tastatur darstellt; 7, 8, 9 und 10 sind ein NTSC-Eingabeterminal, ein Bildscanner-Eingabeterminal, ein Mauseingabeterminal beziehungsweise ein erster Disketteneingabeterminal.

Ferner ist 11 ein A/D-Wandler; 12 ist ein Speicher; 13 und 14 sind Eingabe-/Ausgabeabschnitte; 15 ist ein Rahmenspeicher; 16 ist ein D/A-Wandler; 17 ist ein Monitor-Ausgabeterminal und 18 ist ein zweiter Disketten-Ausgabeterminal.

Ferner umfasst der Mechanismus einen X- und einen Y-Achsen-Antriebsmechanismus 20 und 21 zum Antreiben der Spritzpistolenköpfe in einer X- und einer Y-Achsen-Richtung mit Bezug zu einer Wandfläche und einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus 22 zum Steuern eines Abstands von der Wandfläche, um diese bei einem vorbestimmten Wert zu halten, sowie die Farbtintenausstoßmengen-Steuerungsmechanismen 23 für die Spritzpistolenköpfe etc.

Dieser Tintenstrahldrucker ist so konstruiert, dass Ausgabesignale von einem Videogerät VD, einer Videokamera VM, einem Bildscanner IM, einer seriellen Maus SM und einer ersten Diskette FD1 jeweils in die Eingabeterminals 7 bis 10 eingegeben werden, und dass diese Ausgabesignale, d.h. Bilddaten, in die CPU 1 eingegeben werden, um dadurch einer Bildbearbeitung unterworfen zu werden, wie beispielsweise einer Edition etc. der Bilddaten, so dass für die Beschichtung erforderliche Signale zu der anderen CPU 3 gelangen, um den Mechanismus durch den Eingabe-/Ausgabeabschnitt 14 zu steuern.

Ferner speichert die CPU 1 für die Bildbearbeitung Beschichtungssignale, welche durch das Editieren der von den verschiedenen Eingabeterminals aufgenommenen Bilddaten erhalten wurden, auf einer zweiten Diskette FD2 durch den Ausgabeterminal 18, so dass sie bei Bedarf verwendet werden können. Die Beschichtungssignale werden an den Ausgabeterminal 17 durch den Rahmenspeicher 15 und den D/A-Wandler 16 ausgegeben, so dass sie durch einen Farbmonitor CM überwacht werden können.

Die verschiedenen Mechanismen zum Antreiben der Spritzpistolenköpfe sind an einem Rahmen 30 angeordnet, wie in 15 gezeigt. Der Rahmen 30 umfasst obere, untere, linke und rechte Rahmeneinheiten 31 bis 34, sowie linke und rechte Beinelemente 35 und 36, welche mittels Schrauben zusammengefügt sind, wie in 16 gezeigt, und ist parallel zu einer Wandfläche 37 mit einem vorbestimmten Abstand an einer Arbeitsstelle befestigt, wie in 17 gezeigt.

Der X- und der Y-Achsenantriebsmechanismus 20 und 21 sind derart angeordnet, dass sie gegenüber dem Rahmen 30 liegen, wie in 18 gezeigt.

Der X-Achsenantriebsmechanismus 20 umfasst zum Beispiel einen an dem Rahmen 30 befestigten Abschnitt 40 und einen Antriebsabschnitt 41, welcher sich entlang dem befestigten Abschnitt 40 bewegt, wie in 19 gezeigt. Der befestigte Abschnitt 40 umfasst eine Schiene 42 und ein Zahnstangengetriebe 43 und auf der anderen Seite ist der Antriebsabschnitt 41 mit einer Linearrolle 44, einem Zahnradgetriebe 45, einem Untersetzungsgetriebe 46, einem Motor 47, einem Drehdecoder 48 und einer X-Achsen-Antriebsmechanismusunterstützung 49 versehen. Die Linearrolle 44 ist mit der Schiene 42 über ihre Länge im gleitenden Eingriff, und das Zahnradgetriebe 45 ist in Eingriff mit dem Zahnstangengetriebe 43.

Als Antwort auf ein X-Achsensteuerungssignal von der CPU 3, treibt der Motor 47 das Zahnradgetriebe 45 durch das Untersetzungsgetriebe 46 und er kann auf diese Weise die Z-Achsen-Antriebsmechanismusunterstützung 49 in X-Achsen-Richtung entlang der Schiene 42 um eine vorbestimmte Strecke pro Zeit bewegen.

Wie in 18 gezeigt, umfasst der Y-Achsen-Antriebsmechanismus 21 Y-Achsenantriebseinheiten 21a und 21b, von welchen jede ungefähr dieselbe Konstruktion aufweist wie der X-Achsenantriebsmechanismus. Diese Einheiten sind an den rechten und linken Rahmeneinheiten 33 und 34 des Rahmens 30 angeordnet, um die zwei Enden des X-Achsenantriebsmechanismus 20 zu stützen. Auf diese Weise kann er in Reaktion auf ein Y-Achsensteuerungssignal von der CPU 3 den X-Achsenantriebsmechanismus 20 in einer Y-Achsen-Richtung (auf- und abwärts) bewegen.

Wie in 23 gezeigt, umfasst der Z-Achsenantriebsmechanismus 22 zum Beispiel eine bewegliche Steuerung 221, einen Photosensor 222, eine Vier-Spritzpistolenköpfe-Einheit 223, eine Spritzpistolenkopf-Halteplatte 224 etc., angeordnet an dem Stützelement 49 des X-Achsenantriebsmechanismus 20. Die bewegliche Steuerung 221 umfasst eine Rolle 225 und einen linearen Impulsmotor 226 für die Positionssteuerung in einer Z-Achsenrichtung und in Reaktion auf ein Signal von dem Photosensor 222, welcher an einem unteren Endabschnitt der Halteplatte 224 angebracht ist, steuert sie die Spritzpistolenkopf-Einheit 223 gemäß den Anweisungsimpulsen von der CPU 3, so dass der Abstand L der Spritzpistolenköpfe 223a bis 223d von einer Wandfläche 227 konstant gehalten wird.

Werden bei der automatischen Auftragevorrichtung einem zu druckenden Originalbild entsprechende Bildsignale in einen der Input-Terminals 7 bis 10 eingegeben, so werden sie zu der CPU 1 zur Bearbeitung durch diese geschickt, so dass die für einen Druck erforderlichen Signale zur Steuerung des Mechanismus an die CPU 3 gegeben werden. In Reaktion auf die Signale sendet die CPU 3 Antriebssteuerungssignale an die unterschiedlichen Mechanismen 20, 21, 22 und 23, um die Spritzpistolenkopf-Einheit 223 in der X- und der Y-Achsenrichtung anzutreiben, während der Abstand zur Wandfläche konstant gehalten wird, und um für jeden Pixel des Bilds Tinte aus den Spritzpistolenköpfen auszustoßen, um ein vergrößertes Farbbild zu drucken, und sie bewegt die unterschiedlichen Mechanismen sukzessive zu nachfolgenden Pixeln.

Was die Bewegung in der Z-Achsenrichtung betrifft, so wird der Abstand von der zu beschichtenden Wandfläche von dem Photosensor 222 entdeckt. Durch so entdeckte Signale wird der lineare Impulsmotor zum Bewegen des Stützelements 49 angetrieben und die Spritzpistolenköpfe 223a bis 223d werden so gesteuert, dass ihr Abstand zur Wandfläche konstant gehalten wird. Da es bei Verwendung dieser automatischen Auftragevorrichtung möglich ist, die Bilddaten in einem vergrößerten Maßstab auf eine zu beschichtende Wandfläche aufzutragen, indem die Spritzpistolenkopf-Einheiten 223 in der X- und der Y-Achsenrichtung angetrieben werden, und es möglich ist, den Abstand der Spritzpistolenköpfe zur Wandfläche konstant zu halten, indem das Stützelement 49 in der Z-Achsenrichtung bewegt wird, auch wenn die zu beschichtende Wandfläche eine gebogene Form aufweist, ist es möglich, einen klaren Druck zu erhalten.

Mithilfe der oben beschriebenen automatischen Auftragevorrichtung kann ein Pixel mit einem vorbestimmten Farbton gedruckt werden, indem von den vier Spritzpistolenköpfen 223a bis 223d ausgestoßene Tinten an einem Punkt überlagert werden. Hat jedoch die zu beschichtende Wandfläche eine komplizierte, unebene, gekrümmte Fläche, sind die Positionen ausgestoßener Tinten der vier Spritzpistolenköpfe leicht zueinander verschoben. Daher wurde gefürchtet, dass der Farbton an einem Punkt von jenem an anderen Punkten abweichen könnte oder unscharf sein könnte.

Wenn beispielsweise die Positionen, in denen die vier Spritzpistolenköpfe 223a bis 223d angebracht sind, leicht nach links und rechts zueinander verschoben werden, wie in 20 gezeigt, wenn eine zu beschichtende Wandfläche 600 eine Form mit einem geneigten Teil 601 aufweist, weichen Abstände der Spritzpistolenköpfe 223a bis 223d von der zu beschichtenden Wandfläche voneinander ab. Das heißt, dass, wie in den 21 und 22 gezeigt, im Fall eines von dem am linken Ende platzierten Spritzpistolenkopf 223a aufgetragenen Punkts P die Entfernung zwischen der zu beschichtenden Wandfläche 600 und dem Photosensor 222 L ist. Trägt nun der nachfolgende Spritzpistolenkopf 223b den Punkt P auf, ist die Spritzpistolenkopf-Einheit 223 in X-Achsenrichtung verschoben, damit das Düsenloch des Spritzpistolenkopfes 223b in einer Position gegenüber dem Punkt P platziert ist. Folglich liegt der Photosensor 222 gegenüber einem geneigten Teil 601 und daher ist der Abstand zwischen der zu beschichtenden Wandfläche 600 und dem Photosensor 222 L' größer als L. Daher wird das Stützelement 49 vorwärts getrieben, um den von dem Photosensor 222 erfassten Wert dem für den Spritzpistolenkopf 223a erhaltenen Wert anzugleichen. Als Ergebnis wird der Abstand zwischen dem Spritzpistolenkopf 223b und der zu beschichtenden Wandfläche 600 geringer, was Unterschiede in dem beschichteten Bereich hervorruft und zu dem Nachteil führt, dass sich der Farbton von umgebenden Teilen unterscheidet und die Klarheit nachlässt.

Um bei diesen Mängeln Abhilfe zu schaffen, ist es erforderlich, dass jeder der Spritzpistolenköpfe 223a bis 223d in der Z-Achsenrichtung beweglich gehalten wird und dass das Beschichten ausgeführt werden kann, während die unterschiedlichen Spritzpistolenköpfe so angetrieben werden, dass der Abstand (Intervall) in der Z-Achsenrichtung zwischen der zu beschichtenden Wandfläche und den Köpfen konstant gehalten wird. Aus diesem Grund ist es denkbar, ein Verfahren auszuführen, bei welchem ein Sensor, der den Verlagerungsabstand in der Z-Achsenrichtung erfasst, an der Spritzpistolenkopf-Einheit angeordnet ist und der Antrieb der Einheit durch die Verwendung eines Erfassungssignals des Sensors gesteuert wird.

Jedoch ist dieses Verfahren in der Praxis nicht anwendbar. Dies liegt daran, dass die Spritzpistolenkopf-Einheit mit einer konstanten Geschwindigkeit in der X- und der Y-Achsenrichtung angetrieben ist, und dass, wenn die zu beschichtende Wandfläche eine gebogene Gestalt aufweist, wie beispielsweise beim Körper eines Automobils, und wenn die Steuerung in Z-Achsenrichtung durch die Verwendung dieses Erfassungssignals des Sensors ausgeführt wird, aufgrund einer Beschränkung der Reaktionsgeschwindigkeit dieser Steuerung die nachfolgende Steuerung der Verlagerung in der Z-Achsenrichtung nicht korrekt ausgeführt werden kann. Gibt es ferner einen Niveauunterschied in der Z-Achsenrichtung etc., besteht die Gefahr, dass die Spritzpistolenköpfe beschädigt werden.

Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, ein gewünschtes Farbbild direkt auf eine zu beschichteten Fläche mit einer gebogenen Form, wie beispielsweise den Körper eines Automobils, aufzutragen, was es möglich macht, die Verlagerung der Spritzpistolenköpfe in einer Z-Achsenrichtung zu steuern, indem man den Veränderungen der zu beschichtenden Fläche folgt.

Das US-Patent 4,920,422 offenbart eine Vorrichtung zum Auftragen eines Farbbilds auf eine Fläche. Die Fläche kann eine leichte Krümmung aufweisen. Das US-Patent 4,920,422 offenbart die Verwendung eines Sensors oder anderer äquivalenter Mittel zum Analysieren der Gestalt der zu beschichtenden Fläche. Die tatsächliche Beschichtung erfolgt durch einen Werkzeughalter mit Düsen. Die Düsen sind angeordnet, um unterschiedliche Farben auf die Fläche auszustoßen. Im Betrieb wird ein servogesteuertes Positionierungssystem verwendet, um den Werkzeughalter so über die Fläche zu führen, dass (trotz der Krümmung der Fläche) die Düsen in einem gleich bleibenden Abstand zur Fläche bleiben.

EP 0 317 219 offenbart eine automatische Auftragevorrichtung zum Auftragen von Farbbildern auf eine Fläche. Die automatische Auftragevorrichtung umfasst ein Positionierungssystem zum Bewegen der Spritzpistolenköpfe in X- und Y-Achsenrichtung. Die automatische Auftragevorichtung umfasst einen Photosensor zum Bestimmen des Abstands der Spritzpistolenköpfe von einer zu beschichtenden Fläche, wodurch eine CPU bewirken kann, dass ein Z-Achsen-Positionierungssystem den Spritzpistolenkopf in einer konstanten Trennung von der zu beschichtenden Fläche erhält.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine automatische Auftragevorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben vorgesehen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Auftragen auf eine zu beschichtende Fläche, wie in Anspruch 4 beschrieben, vorgesehen.

Bei der vorliegenden Erfindung kann das Messmittel ein Körpermessinstrument umfassen, welches die Verlagerungsstrecken in Z-Achsenrichtung von den Spritzpistolenköpfen zu einem Koordinatenpunkt misst, indem ein Marken in Kontakt mit dem Koordinatenpunkt gebracht wird und eine Messplatte mit einer Form analog zu den Spritzpistolenköpfen kann an einem Ende des Markers angebracht sein.

Ferner kann das Messmittel bei der vorliegenden Erfindung mit einer Entfernung zwischen den Koordinatenpunkten in der X-Achsenrichtung angeordnet sein, abhängig von den Auftragegeschwindigkeiten und Entfernungen, über welche die Spritzpistolenköpfe entsprechend den Koordinatenpunkten in der Z-Achsenrichtung bewegt werden können, um Messungen zum Erhalten von Daten für die Koordinatenpunkte durchzuführen.

Eine erfindungsgemäße, automatische Auftragevorrichtung umfasst eine Vielzahl von, beispielsweise vier, bekannten Farbtinten-Spritzpistolenköpfen vom Luftdruckausstoßtyp mit vier Farben; eine Einheit zum beweglichen Halten dieser Spritzpistolenköpfe in X-, Y- und Z-Achsenrichtung; ein Antriebsmittel in X- und Y-Achsenrichtung, welches die Einheit antreibt; ein Antriebsmittel in Z-Achsenrichtung, welches die Spritzpistolenköpfe unabhängig voneinander in der Z-Achsenrichtung antreibt; Steuerungsmittel, umfassend einen Computer, welcher den Antrieb der Spritzpistolenköpfe und ausgestoßene Mengen von Farbtinten abhängig von der Position und dem Farbton jedes Pixels eines Originalbildes etc., steuert.

Bekannte Mittel können für das Antriebsmittel in X-, Y- und Z-Achsenrichtung verwendet werden, zum Antrieb durch Eingreifen einer Zahnstange mit einem Zahnrad; Antrieb durch eine Zylindervorrichtung, Antrieb durch Verwenden eines Schrittmotors, etc.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Daten (Xi, Yi, Zi) einer Vielzahl von Koordinatenpunkten in einem gewünschten Bereich an einer zu beschichtenden Fläche ohne Verwendung von Z-Achsenrichtung-Verlagerungsstreckensensoren gemessen werden und gleichzeitig gewünschte Auftragegeschwindigkeiten (Druckgeschwindigkeiten) und gewünschte Auftrageabstände (Druckflächenabstände) in der Z-Achsenrichtung von der zu beschichtenden Fläche eingestellt werden. Da die Spritzpistolenköpfe beschädigt werden können, wenn die gemessenen Daten so wie sie sind verwendet werden, d. h. wenn gemessene Daten (großer Niveauunterschied, etc.) eingegeben werden, welche die Antriebskapazität in der Z-Achsenrichtung überschreiten, und wenn die Spritzpistolenkopf-Einheit demgemäß angetrieben wird, werden die gemessenen Daten zuvor mit den Antriebskapazitätsdaten verglichen und nur dann verwendet, wenn davon auszugehen ist, dass die Spritzpistolenkopf-Einheit gemäß diesen Daten angetrieben werden kann. Zu diesem Zeitpunkt steuert das Steuerungsmittel den Antrieb der Spritzpistolenköpfe auf der Basis dieser gemessenen Daten (Körperdaten) und der eingestellten Daten.

Beispielsweise bestehen Daten der Koordinatenpunkte aus Daten (Xi, Yi), welche durch Einstellen orthogonaler Koordinatenpunkte in der X- und Y-Achsenrichtung erhalten werden und aus Daten (Zi), welche durch Messen von Z-Achsenrichtungsstrecken von diesen Koordinatenpunkten erhalten werden. Diese Daten werden zuvor in einen Computer eingegeben, welcher als das Steuerungsmittel dient.

Da es zu Unterschieden in der Z-Achsenrichtungsstrecke kommen kann, über die die Spritzpistolenkopf-Einheit bewegt werden kann, wenn sie transversal verlagert wird (X-Achsenrichtungs-Verlagerungsstrecke), ist es in diesem Fall beim Festlegen der Koordinatenpunkte vorzuziehen, dass die Strecke in der X-Achsenrichtung zwischen Koordinatenpunkten abhängig von der gewählten Auftragegeschwindigkeit und der Z-Achsenrichtungsstrecke gewählt wird, über die die Spritzpistolenkopf-Einheit bewegt werden kann, um Messungen der Daten der Koordinatenpunkte auszuführen.

Werden die, wie oben beschrieben, gemessenen Körperdaten (Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke Zi) sowie die gewählte Auftragegeschwindigkeit und der Abstand von der zu beschichtetenden Fläche in den Computer eingegeben, werden zunächst für das Beschichten notwendige, auf den Daten (Xi,Yi) des Originalbildes basierende Steuerungssignale in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung zu dem X- und Y-Achsenrichtungsantriebsmittel übertragen und die Spritzpistolenkopf-Einheit wird so zu einer vorbestimmten Position bewegt, dass einer der Spritzpistolenköpfe an einer Position gegenüber eines Punktes auf der zu beschichtenden Fläche positioniert ist. Da die Z-Achsenrichtungsverlagerungsentfernung zu dem aufzutragenden Punkt als gemessene Daten vorliegt, wird dann das Z-Achsenrichtungsantriebsmittel derart angetrieben, dass es sich in dieser Entfernung befindet, und hiernach wird eine vorbestimmte Farbtintenmenge aus dem Spritzpistolenkopf ausgestoßen, um eine auf der Basis der Bilddaten erzielte Konzentration zum Auftragen des Bildes zu erhalten. Dieser Steuerungsprozess wird für alle Spritzpistolenköpfe durchgeführt und Farbtinten aus den verschiedenen Spritzpistolenköpfen werden an dem aufzutragenden Punkt überlagert, um ihn mit einem vorbestimmten Farbton aufzutragen. Der Punkt auf der zu beschichtenden Fläche gemäß jedem Pixel im Originalbild wird weiter bewegt, und derselbe Steuerungsprozess wird bis zum Beenden des Auftragens für alle aufzutragenden Punkte wiederholt.

Wie oben beschrieben, wird durch Verwendung der automatischen Auftragevorrichtung die Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke zwischen der zu beschichtenden Fläche und den verschiedenen Spritzpistolenköpfen durch die gemessenen Daten im Vorhinein vorgegeben und diese werden unabhängig voneinander auf der Basis der Daten angetrieben.

Hat die zu beschichtende Fläche eine gekrümmte Form, wie beispielsweise beim Körper eines Automobils, ist es folglich leicht möglich, den Abstand zwischen jedem der Spritzpistolenköpfe und der zu beschichtenden Fläche konstant zu halten. Da die Bildqualität deutlich verbessert wird und zusätzlich die Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke unter Verwendung der zuvor gemessenen Körperdaten korrekt gesteuert und ohne Verwendung eines Sensors erhalten werden kann, ist eine Beschädigung der Spritzpistolenköpfe vollständig auszuschließen.

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft mit Bezug zu den nachfolgenden Zeichnungen im Detail beschrieben, wobei gilt:

1 ist ein Schaubild zum Erläutern einer Beziehung zwischen Spritzpistolenköpfen und einer Fläche eines zu beschichtenden Körpers;

2 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Verfahrens zum Messen von Körperdaten;

3 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Messinstrument für Körperdaten zeigt;

4 ist ein weiteres Schaubild zum Erläutern des Verfahrens zum Messen von Körperdaten;

5 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel eines zu beschichtenden Bereichs des Körpers eines Automobils zeigt;

6 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen von zu messenden Punkten;

7 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einem Niveauunterschied in einer Z-Achsenrichtung und einem Abstand zwischen zu messenden Punkten zeigt;

8 ist ein Schaubild, welches Entfernungen von der zu beschichtenden Fläche zeigt;

9 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

10 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Teil der Ausführungsform zeigt;

11 ist eine perspektivische Ansicht einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Spritzpistolenkopf-Einheit;

12 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer automatischen Auftragevorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;

13 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine in der in 12 gezeigten Vorrichtung verwendete CPU zeigt;

14 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Teil der in 12 gezeigten Vorrichtung zeigt;

15 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen in 12 verwendeten Rahmen zeigt;

16 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Rahmens;

17 ist eine Seitenansicht des Rahmens;

18 ist eine Querschnittsansicht des Rahmens;

19 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen an dem Rahmen angebrachten X- und Y-Achsenantriebsmechanismus zeigt;

20 ist ein Schaubild, welches einen Umriss der Spritzpistolenkopf-Einheit zeigt;

21 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung in einer X-Achsenrichtung zwischen der Spritzpistolenkopf-Einheit und der zu beschichtenden Fläche zeigt; und

22 ist ein Schaubild, welches eine weitere Beziehung in der X-Achsenrichtung zwischen der Spritzpistolenkopf-Einheit und einer zu beschichtenden Fläche zeigt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer Ausführungsform konkreter beschrieben. Punkte, in denen die vorliegende Erfindung von der automatischen Auftragevorrichtung nach dem Stand der Technik abweicht, umfassen die Konstruktion eines Z-Achsenrichtungsantriebs-Steuerungsabschnitts gemäß dem zuvor beschriebenen Z-Achsenrichtungsantriebsmechanismus 23 sowie die Spritzpistolenkopf-Einheit und die Verwendung eines Instruments zum Messen einer Z-Achsenverlagerungsstrecke. Die Konstruktion des weiteren Hauptteils, wie beispielsweise der X- und Y-Achsenrichtungsantriebsmechanismus, etc. ist fast identisch mit jener, welche für die automatische Auftragevorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet wurde.

Für den Fall, bei dem zum Beispiel ein Körper 501 eines Automobils mittels einer automatischen Auftragevorrichtung mit (vier) Spritzpistolenköpfen in vier Farben, wie in 1 gezeigt, beschichtet wird, wurde bereits darauf hingewiesen, dass es notwendig ist, eine Spritzpistolenkopf-Einheit 500 in der X- und der Y-Achsenrichtung zu bewegen, während in der Z-Achsenrichtung der Abstand zu einer gekrümmten Fläche des Körpers für den Druck immer konstant gehalten wird. X- und Y-Achsenrichtungsantriebssignale für die Spritzpistolenköpfe sind durch Verarbeiten der Originalbilddaten leicht zu erhalten, und andererseits sind Z-Achsenrichtungsantriebssignale durch eine Berechnung auf der Basis der gemessenen Daten und der eingestellten Daten zu erzielen.

Die 2 bis 4 zeigen ein Beispiel des Verfahrens zum Messen der Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke (Körperdaten) bei der vorliegenden Erfindung. In 2 ist 502 ein Rahmenelement, welches die X-, Y- und Z-Achsenrichtungsverlagerungsmechanismen für die Spritzpistolenkopf-Einheit 500 hält, und 503 ist ein Körpermessinstrument zum Messen der Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke, welches an der Fläche der Spritzpistolenkopf-Einheit 500 auf der rechten Seite angebracht ist.

Das Körpermessinstrument 503 weist einen stabförmigen Marker 503b auf, welcher durch Drehen eines Knopfs 503a, wie in 3 gezeigt, in der Z-Achsenrichtung bewegt wird. Eine Messplatte 503c ist am Ende daran angebracht. Die Messplatte 503c weist eine Form analog zu jener der Spritzpistolenkopf-Einheit 500 auf.

Wird der Marker 503b durch Drehen des Knopfs 503a bewegt, um die Messplatte 503c, wie in 4 gezeigt, in Kontakt damit zu bringen, wird die Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke Z gemessen, und der gemessene Wert wird in einem Anzeigeabschnitt 503d angezeigt. Gleichzeitig wird er zu einem Z-Achsenrichtungsantriebs-Steuerungsabschnitt übertragen, welcher später beschrieben wird. Dieser Prozess wird sukzessive für eine Vielzahl von Koordinatenpunkten (Xi, Yi) beispielsweise auf einer zu beschichtenden Fläche eines Körpers 501 eines Automobils wiederholt.

Wie oben beschrieben, ist es durch das Messen der Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke unter Verwendung der Messplatte 503c und durch das gleichzeitige Messen von Zi möglich, die Möglichkeit der Verlagerung der Spritzpistolenköpfe in der Z-Achsenrichtung mit Bezug zu den Messpunkten vorab zu beurteilen.

Zu messende Koordinatenpunkte (Messpunkte) werden abhängig von der Gestalt des Körpers in einem zu beschichtenden Bereich 505 bestimmt, wie in 5 gezeigt. Das Prinzip gemäß dem die Messpunkte bestimmt werden, lautet wie folgt.

Beispielsweise sind, wie in 6 gezeigt, (i) die zwei Enden 506 und 507 des zu beschichtenden Bereichs 505 in der X-Achsenrichtung zwangsläufig Messpunkte, und sind (ii) Positionen 508 und 509, an denen Variationen in der X- und der Y-Achsenrichtung groß sind, zwangsläufig Messpunkte.

Existiert ferner, wie insbesondere in 7 gezeigt, ein Vorsprung D an der zu beschichtenden Fläche und ist ein Unterschied im Niveau Z groß, so werden die Messpunkte P1, P2 so gewählt, dass sie relativ weit davon getrennt sind, so dass die Verlagerung in der Z-Achsenrichtung möglich ist.

Ferner wird ein gewünschter Abstand Zo von der zu beschichtenden Fläche in der Z-Achsenrichtung zusammen mit einer gewünschten Auftragegeschwindigkeit eingestellt. Dies ist ein Abstand in der Z-Achsenrichtung zwischen dem Ende der Spritzpistolenkopf-Einheit und der zu beschichtenden Fläche. Eine Verlagerung von Zi–Zo in der Z-Achsenrichtung kann durch Einstellen des Abstands von der zu beschichtenden Fläche, mit dem das Beschichten ausgeführt werden soll, erreicht werden.

Die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Steuerungsvorrichtung umfasst einen Beschichtungssteuerungsabschnitt 510 entsprechend dem X-, Y-Achsenrichtungsantriebsmechanismus und einen Z-Achsenrichtungs-Antriebssteuerungsabschnitt 511 entsprechend dem Z-Achsenrichtungsantriebsmechanismus, wie in 9 gezeigt. Der Auftragesteuerungsabschnitt 510 treibt die verschiedenen Antriebsmechanismen und Antriebsmotoren gemäß den Formdaten der zu beschichtenden Fläche und den Anbringungspositionsdaten der Spritzpistolenköpfe 504 an. Auf diese Weise wird die Spritzpistolenkopf-Einheit 500 in der X- und der Y-Achsenrichtung derart angetrieben, dass einer der Spritzpistolenköpfe 504 in einer Position gegenüber einem bestimmten, zu beschichtenden Punkt angeordnet ist. Das Beschichten wird durch Antreiben der vier Spritzpistolenköpfe 504 unabhängig voneinander zum Ausstoßen von Farbtinten ausgeführt. Ferner empfängt der Z-Achsenrichtungs-Antriebssteuerungsabschnitt 511 die gemessenen Daten und die eingestellten Daten, welche von dem Eingabemittel (Körpermessinstrument) 503 stammen, und steuert die Schrittmotoren, welche die verschiedenen Spritzpistolenköpfe antreiben, abhängig von den Entfernungen von der zu beschichtenden Fläche, um Positionen in der Z-Achsenrichtung der unterschiedlichen Spritzpistolenköpfe 504 zu bestimmen.

10 zeigt die Konstruktion des Z-Achsenrichtungs-Antriebssteuerungsabschnitts 511. Zunächst werden Positionen eines der Spritzpistolenköpfe 504 in der X- und der Y-Achsenrichtung bestimmt. Diese Bestimmung kann manuell durchgeführt werden oder es können dafür Daten genutzt werden, welche zuvor in einem Speicher gespeichert worden sind. Die Antriebsmechanismen und die Motoren für deren Antrieb werden auf der Basis dieser Positionsdaten angetrieben, um die Positionen in der X- und der Y-Achsenrichtung des jeweiligen Spritzpistolenkopfs 504 zu bestimmen. Wird der eingestellte Wert Zo und der gemessene Wert Zi der Z-Achsenrichtungsverlagerungsstrecke durch das Eingabemittel 503 eingegeben, vergleicht ein Beurteilungsabschnitt 65 Zi mit den Z-Achsenrichtungs-Antriebskapazitätsdaten, und ergibt sich daraus, dass die Spritzpistolenkopf-Einheit angetrieben werden kann, so wird Zi in einem Datenspeicher 61 zusammen mit Zo gespeichert. Die Z-Achsenrichtungs-Antriebskapazitätsdaten werden bestimmt, um eine Beschädigung der Spritzpistolenköpfe während ihrer Verlagerung zu vermeiden und werden zuvor eingestellt, abhängig von der Form der zu beschichtenden Fläche etc. Eine CPU 60 vergleicht Adresswerte (Positionsdaten) in der X- und der Y-Achsenrichtung mit den in einem Datenspeicher 61 gespeicherten Daten und steuert die Antriebselemente 63 für die Schrittmotoren in dem X-, Y- und Z-Achsenrichtungsantrieb durch einen I/O-Port 62, sodass die eingestellten Werte und die gemessenen Werfe von dem Eingabemittel 503 ungefähr den in dem Datenspeicher 61 gespeicherten Daten entsprechen, und so dass die Spritzpistolenköpfe 504 in der Z-Achsenrichtung bewegt werden, um die Position zu bestimmen. An dieser Position wird Farbtinte aus einem der Spritzpistolenköpfe 504 ausgestoßen, so dass der Punkt in einer der drei Primärfarben oder schwarz aufgetragen wird. Der Punkt auf der zu beschichtenden Fläche wird in einem vorbestimmten Farbton aufgetragen, indem diese Steuerung für die anderen drei Spritzpistolenköpfe 504 wiederholt wird.

Werden CAD-Daten, Schulungsdaten, etc. verwendet, können diese Daten, falls erforderlich, verwendet werden, indem diese Daten zuvor in einen Programmspeicher 64 eingegeben werden. Wie oben beschrieben, ist es durch die Verwendung der erfindungsgemäßen automatischen Auftragevorrichtung möglich, die Spritzpistolenköpfe 504 derart zu steuern, dass die Abstände zwischen der zu beschichtenden Fläche und den Köpfen konstant gehalten werden, auch wenn die zu beschichtende Fläche eine komplizierte, gekrümmte Form aufweist, und dadurch klar in einem vorbestimmten Farbton zu beschichten, da Verlagerungen in der Z-Achsenrichtung der verschiedenen Spritzpistolenköpfe 504 unabhängig voneinander gesteuert werden.

11 zeigt ein Beispiel der Konstruktion der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Spritzpistolenkopf-Einheit, bei der 101 bis 104 Spritzpistolenköpfe sind, welche beweglich in der Z-Achsenrichtung auf einer Basisplatte 105 gehalten sind, durch Antriebsmotoren 106 bis 109, Zahnradgetriebe 111 bis 114, Zahnstangengetriebe 115 bis 118 und Gleitschienen 120 bis 123. Wie oben beschrieben, ist diese Einheit selbst zusätzlich beweglich in der X- und der Y-Achsenrichtung an dem Rahmenelement 502 angebracht.

124 bis 127 sind Düsen für die unterschiedlichen Farbtinten von Y, M, C und K. Diese Düsen können separat von den Spritzpistolenköpfen angeordnet sein, welche durch flexible Tinteleitungen versorgt werden. 128 bis 131 sind Einlässe für das Einlassen von durch flexible Schläuche zugeführten Luftdruck.

Ferner sind 132 bis 135 flexible Signalkabel für die unterschiedlichen Spritzpistolenköpfe.

Es ist vorzuziehen, dass die Luftschläuche, die Signalkabel etc. zum Beispiel in einer flexiblen Kabelkette angeordnet oder aufgenommen etc. sind.

Wie oben beschrieben, ist es durch Verwendung einer erfindungsgemäßen automatischen Auftragevorrichtung möglich, in einem vorbestimmten Farbton auf einer zu beschichtenden Fläche mit einer komplizierten gekrümmten Form, wie beispielsweise einem Körper oder einer Stoßstange eines Automobils etc. klar aufzutragen.


Anspruch[de]
  1. Automatische Auftragevorrichtung, umfassend:

    ein Haltemittel (105), welches eine Vielzahl von Farbtinten-Spritzpistolenköpfen vom Luftdruckausstoßtyp (101, 102, 103, 104) umfasst;

    Antriebsmittel in X-Achsen (20) und Y-Achsen (21)-Richtung zum Antreiben des Haltemittels in X- und Y-Achsen-Richtung;

    Einstellmittel zum Einstellen einer gewünschten Auftragegeschwindigkeit und einer gewünschten Auftragestrecke in einer Z-Achsen-Richtung von der zu beschichtenden Fläche (501) und zum Ausgeben von für eine gewünschte Auftragegeschwindigkeit und eine gewünschte Auftragestrecke indikativen Einstelldaten; und

    ein Steuerungsmittel (3; 60) zum Steuern des Antriebs der Spritzpistolenköpfe (101, 102, 103, 104) und ausgestoßener Mengen von Farbtinten, abhängig von einer Position und einem Farbton jedes Pixels eines ursprünglichen Bildes;

    dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragevorrichtung umfasst:

    Antriebsmittel in Z-Achsen-Richtung (106, 107, 108, 109) zum Bewegen der Spritzpistolenköpfe (101, 102, 103, 104) unabhängig voneinander in der Z-Achsen-Richtung;

    ein Messmittel (503) zum Messen der Verlagerungsstrecken (Z-STRECKE) in der Z-Achsen-Richtung von den Spritzpistolenköpfen (101, 102, 103, 104) zu einer Vielzahl von Messpunkten (Xi, Yi) in einem gewünschten Bereich auf einer zu beschichtenden Fläche (501) und zum Ausgeben gemessener Daten;

    Eingabemittel (65), betreibbar i) zum Empfangen der gemessenen Daten von dem Messmittel (503), ii) zum Beurteilen, ob die gemessenen Verlagerungsstrecken (Z-STRECKE) innerhalb des Arbeitsbereichs des Antriebsmittels in Z-Achsen-Richtung (106, 107, 108, 109) liegen und iii) falls dies gegeben ist, zum Eingeben der Einstellmitteldaten und Messmitteldaten in das Steuerungsmittel (3; 60) zum Auftragen des Bildes auf die zu beschichtende Fläche (501).
  2. Automatische Auftragevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Messmittel (503) ein Körpermessinstrument (503) umfasst, welches betreibbar ist zum Messen der Verlagerungsstrecken in Z-Achsen-Richtung (Z-STRECKE) von den Spritzpistolenköpfen (101, 102, 103, 104) zu einem Messpunkt (Xi, Yi), indem eine Messplatte (503c), welche eine zu den Spritzpistolenköpfen (101, 102, 103, 104) analoge Form aufweist und an einem Ende eines Markers (503b) angebracht ist, in Berührung mit den Messpunkten (Xi, Yi) gebracht wird.
  3. Automatische Auftragevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Messmittel (503) betreibbar ist, um einen Streckenabstand zwischen Messpunkten (Xi, Yi) in der X-Achsen-Richtung festzulegen, abhängig von der durch das Einstellmittel festgelegten Auftragegeschwindigkeit und Auftragestrecke, über die die Spritzpistolenköpfe (101, 102, 103, 104) in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden können, gemäß den Messpunkten (Xi, Yi) zum Ausführen von Messungen zum Erhalten von Daten an den Messpunkten (Xi, Yi).
  4. Verfahren zum Auftragen auf eine zu beschichtende Fläche (501) unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Schritte:

    Messen von Verlagerungsstrecken (Z-STRECKE) unter Verwendung des Messmittels (503);

    Beurteilen, ob die gemessenen Verlagerungsstrecken (Z-STRECKE) innerhalb des Arbeitsbereichs des Antriebsmittels in Z-Achsen-Richtung (106, 107, 108, 109) liegen; und

    falls dies gegeben ist, Auftragen eines Bildes auf die zu beschichtende Fläche (501).
Es folgen 12 Blatt Zeichnungen






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