CN105960308A - 用于表面处理或者表面加工的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于借助于执行器、如例如用于切割或者雕刻的激光、用于施加油、漆、粘结材料、颜料或者蚀刻剂的喷嘴处理工件表面或者在工件表面上作用的装置。本发明尤其涉及适合于在具有关于所述执行器的尺寸相对大的表面的工件、如例如带材料上作用的装置。借助于与所述执行器耦联成工作单元（3）的超声振荡器（4）产生超声波‑悬浮力场，使得可运动地悬挂的工作单元（3）悬着地支撑在所述工件表面上。所述超声波‑悬浮力场实现所述工作单元（3）相对于所述工件表面的高准确的定位，从而实现所述工件表面的精确的处理或者加工。

Description

用于表面处理或者表面加工的装置
技术领域
本发明涉及用于借助于执行器、如例如用于切割或者雕刻的激光、用于施加油、漆、粘结材料、颜料、蚀刻剂、分离剂的喷嘴等处理工件表面或者作用到工件表面的装置。本发明尤其涉及适合于在具有相对大的表面 - 关于所述执行器的尺寸 - 的工件、如例如带材料上作用的装置。
背景技术
由现有技术已知如下的系统，所述系统实现：沿着关于所述工件表面的 x- 、 y- 和 z- 的方向准确地校准执行器的工作区域。例如横梁得到应用用于沿着 x-y- 方向校准执行器，所述横梁与长度测量仪器耦联。这样的系统接下来被称作线性驱动机构。
依赖于表面处理的过程或者处理到所述表面上的作用，在定位所述执行器方面要求不同高度的准确性。
为了关于工件表面定位执行器，已知不同的结构。由现有技术尤其已知的是，借助于测量长度和距离的传感器，所述执行器以技术方面要求的准确性被定位并且在所述工件表面上被引导，用以加工所述工件表面。在此必须遵守确定的条件，如例如定位准确性、能够调节性、所述执行器的重量、构造体积或者还有用于定位所述执行器应用的结构的尽可能小的制造成本。
原则上被要求的是，定位系统不影响有待由所述执行器执行的加工过程，也就是说不干扰所述执行器执行的加工过程。如果要监测执行器到所述工件表面的距离，那么这能够利用接触地工作的测量系统实现，所述测量系统在其前部端部具有在所述工件表面上滚动的轮。然而，仅仅在相对固定的表面的情况下可实现机械的探测。在接触敏感的表面中，距离传感器得到应用，所述距离传感器无接触地探测所述工件表面、如例如电容的和感应的距离传感器或者还有气动地工作的背压喷嘴。然而，所述传感器会干扰加工过程或者被所述加工过程干扰。由此，从所述背压喷嘴流出的气体、大多是压缩空气会在颜色喷洒喷嘴附近产生涡流。这样的干扰也能够在施加蚀刻剂、漆或者稀薄液态的粘结材料的情况下出现。由此，即使在保护气体焊接的情况下，背压喷嘴的空气流也会使保护气体产生涡流。
此外，要注意的是，通过执行器释放的固态的、液态的或者气体状的材料或者还有在处理所述工件表面时产生的材料会影响距离传感器的测量准确性。如果过程液体到达例如测量电极的区域中，那么距离测量信号被歪曲。
当用于 测量所述执行器和所述材料表面之间的距离的测量系统在空间上与所述执行器分离时，这些问题能够被消除。然而，远离所述执行器布置的测量系统比直接布置在所述执行器处的测量系统产生更大的测量错误。此外，需要提高的仪器技术方面的耗费，用以减小测量错误。
在文件 DE 10059232 C2 、 DE 19938328 C2 、 DE 102010027031 A1 和 DE 102007047298 B3 中说明了如下的装置和方法，其借助于传感器布置将工作单元以先前确定的距离定位在工件表面上。
发明内容
本发明的任务在于，提供用于表面处理或者加工的装置，所述装置配备有用于执行器定位的结构，用以使所述执行器关于待处理或者待加工的工件表面以先前确定的距离精确地得到定位。所述结构尤其不应该干扰表面处理或者表面加工的过程。
该任务利用根据权利要求 1 所述的具有以下的特征的用于表面处理或者加工的装置得到解决：
- 执行器，用于作用到工件表面上或者用于加工工件表面，
- 至少一个超声震荡器，其具有声射出面并且机械刚性地与所述执行器连接，用以形成工作单元，以及
- 与所述工作单元耦联的可运动的定位装置，用于将所述工作单元定位到相对于工件表面的相对位置中，其中，
- 所述定位装置具有挤压机构，所述挤压机构以先前确定的力朝着所述工件表面的方向挤压所述工作单元。挤压机构要被理解为所有适合于借助于先前确定的挤压力将所述工作单元压向所述工件表面的技术的机构。所述挤压力能够通过机械的弹簧、通过被控制的机械的驱动机构、液压的或者气动的驱动机构，然而也通过磁性的吸引或者排斥以及通过由质量引起的重力或者通过真空产生。
此外，构造所述超声震荡器的声射出面，用以实施如下的超声波 - 振动，使得在存在气体状的介质的条件下，在所述工件表面和所述声射出面之间作用超声波 - 悬浮力场，所述超声波 - 悬浮力场生成反向于所述挤压力指向的反力，由此所述工作单元相对于所述工件表面有间距地被保持。
所述执行器被构造用以将液态的、浆状的、粉末状的或者气溶胶状的介质施加到所述工件表面上或者用以在所述工件表面处产生电的、磁性的或者电磁性的场并且改变所述场或者用以产生用于作用到所述工件表面上的超声波场或者用以通过施加机械的机构到所述材料表面上将材料从其处剥蚀。
本装置的优点在于，所述超声波 - 悬浮力场既不对在表面处理或者加工时使用的固态的、液态的或者气体状的材料具有值得一提的影响，也不对在表面处理或者加工时释放的固态的、液态的或者气体状的材料具有值得一提的影响。由此，所述表面处理或者表面加工的过程没有被干扰。
根据权利要求 2 ，在所述工作单元处布置用于过程监测或者用于过程控制的过程监测传感器。由此，能够将在表面处理或者表面加工时可能产生的错误快速地识别并且修正。这在非常长的带状的材料、如例如钢板材或者合成材料箔（其接下来被卷绕）应该被加工或者被处理时是特别有利的。关于所述带状的材料的运动，所述过程监测传感器布置在所述工作单元后并且与所述工作单元刚性地连接。由此，所述过程监测传感器如所述工作单元自身那样同样精确地被定位，使得会通过到工件表面或者材料表面的距离波动出现的测量错误得到避免。
根据权利要求 3 ，所述过程监测传感器是光学的传感器，其从被处理的或者被加工的工件表面提供图像信号。所述图像信号被连接到图像识别系统处，所述图像识别系统例如能够显示涂漆的已经微小的颜色不一致。
根据权利要求 4 ，所述过程监测传感器是电容的传感器，所述电容的传感器提供刚刚被处理的或者被加工的工件表面的由表面处理或者表面加工引起的电容变化作为电的测量信号。
根据权利要求 5 ，所述过程监测传感器是感应的传感器 5 ，所述感应的传感器提供刚刚被处理的或者被加工的工件表面的由表面处理或者表面加工引起的感应变化作为电的测量信号。
根据权利要求 6 ，所述过程监测传感器关于工作运动被设置在所述工作单元前方和后方。该布置实现了未被加工或者未被处理的工件表面与被加工或者被处理的工件表面的比较。
根据权利要求 7 ，所述过程监测传感器关于工件的或者材料的工作运动被布置在所述工作单元后方。第二加工单元被布置在所述过程监测传感器后方。当确定借助于所述第一加工单元的表面处理或者表面加工的结果要被修正时，利用该布置例如实现了后修正。
根据权利要求 8 ，设置用于控制所述工件表面和所述工作单元之间的距离的距离控制机构。这通过声能量的提高或者降低实现。
附图说明
图 1 示意性地示出 用于施加油的装置；
图 2 示意性地示出 用于施加粉末状的固体材料的装置；
图 3 示意性地示出 用于蚀刻表面的装置；
图 4 示意性地示出 用于时效硬化漆的装置；
图 5 示意性地示出 用于施加气溶胶的装置；
图 6 示意性地示出 焊接装置；
图 7 示意性地示出 用于去除表面材料的装置；
图 8 示意性地示出 清洁装置；
图 9 示意性地示出 用于激光 - 等离子体分离的装置。
具体实施方式
图 1 示意性地示出 用于喷射油的装置。待喷洒的带材料、如例如金属板材通过被驱动的辊子 1 被引导。在工作单元 3 中包含超声震荡模块 4 和喷洒喷嘴 5a 。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场（ Ultraschall-Levitationskraftfeld ）。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料上，也就是说在该例子中，重力被应用为挤压机构（ Draengmittel ），然而也能够应用机械的弹簧或者其它起相同作用的机构。通过所述超声波 - 悬浮 - 力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料的表面 2 上。该距离能够借助于超声震荡功率非常准确地被调节并且而后只要挤压力不改变，所述距离保持恒定。在这方面来说，重力的使用是简单的、成本有利的并且可靠的可行方案，用于产生限定的并且非常恒定的力。所述喷洒喷嘴 5a 由此始终具有到所述带材料的表面 2 先前确定的距离。特别要提到的是，所述超声波 - 悬浮力场对所述喷洒喷嘴 5a 的喷洒作用没有影响。
图 2 示意性地示出 用于施加蚀刻剂的装置。通过两个示出的辊子 5b ，薄的蚀刻剂膜被产生并且其转移到所述带材料的表面 2 上。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料的表面 2 上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。由此能够实现非常均匀的蚀刻作用。同时，所述蚀刻剂膜通过无接触地作用的超声波 - 悬浮力场不受到妨碍，也就是说既没有被涂抹也没有被剥蚀。
图 3 示意性地示出 了用于施加粉末的装置。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料的表面上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。在以附图标记 5c 示出的用于粉末的分送机构（ Austragmitteln ）中，所述粉末被均质化地、在所述带材料的宽度上均匀分布地并且以均匀的层厚度被施加到所述带材料的表面 2 上，所述分送机构在该实施例中是具有螺旋分配器和刮板配量器的配量机构。通过所述辊子和所述带材料的表面 2 之间恒定的距离，该过程得到促进。特别要提到的是，所述超声波 - 悬浮力场对还松动的粉末层没有值得一提的影响。
图 4 示意性地示出 用于散布（ Ausbringen ）并且用于时效硬化漆的装置。在该例子中，以附图标记 5d 表示用于散布并且用于硬化漆的装置。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料的表面 2 上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。所述装置具有分散头部，其施加均匀的漆层到基板上。关于运动方向，在后方布置用于硬化漆的热辐射器。
图 5 示意性地示出 用于施加气溶胶的装置。在该实施例中，以附图标记 5e 表示用于产生气溶胶的装置。在所述工作单元 3 中布置超声震荡模块 4 和用于产生气溶胶并且用于分散所述气溶胶的装置 5e 。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料的表面 2 上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。所述超声波场对气溶胶的分布没有值得一提的影响。
图 6 示意性地示出 焊接装置。在该例子中，以附图标记 5f 表示焊接 - 工作单元。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。具有所述超声震荡模块和所述焊接工作单元 5f 的工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。
图 7 示意性地示出 用于去除表面材料的装置。在该例子中，以附图标记 5g 表示用于去除所述表面材料的工作单元。在所述工作单元 3 中包含超声震荡模块 4 和用于借助于机械的剥蚀机构去除所述表面材料的工作单元。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。通过具有粗糙的表面的作用机构、如例如金刚砂砂纸，所述表面被剥蚀。同样地，具有旋转的刀片的刨机构也能够得到使用。通过所述旋转的刀片的非常恒定的高度，能够精确地调节的材料层得到均匀地剥蚀。
图 8 示意性地示出 清洁装置。在该例子中，以附图标记 5h 表示用于散布清洁剂的工作单元。在所述工作单元 3 中包含超声震荡模块 4 和清洁装置。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。该距离能够通过超声震荡功率进行调节。用于清洁的不同的阶段的工作辊子和用于容纳消耗的清洁剂的辊子的布置方案能够任意地被构造。所述辊子能够沿着不同的方向转动。
图 9 示意性地示出 用于激光 - 等离子体分离的装置。在以附图标记 5i 表征的盒子中，激光 - 等离子体 - 工作单元的切割头部运动。所述超声震荡模块 4 在其下侧面和所述带材料的表面 2 之间产生超声波 - 悬浮力场。所述工作单元 3 悬挂在可运动的悬挂 6 处并且基于其自身重量压到所述带材料上。通过所述超声波 - 悬浮力场建立反力，使得所述工作单元 3 以先前确定的距离悬在所述带材料上。均匀的并且限定的距离实现高质量的切割。切割残留物不妨碍在切割之后的表面质量，因为该系统无接触地悬在所述带上。
图 1 至 9 仅仅示范性地示出，根据本发明的教导能够实现最不同的用于表面处理或者加工的装置。在提到的例子中，待加工的材料被引导经过所述工作单元处。清楚的是，所述工作单元根据相同的原则也能够在大面的工件的表面上被引导。原则上要确定的是，没有在 9 种不同的应用情况中的任一种情况下，所述超声波 - 悬浮力场对相应的工作过程具有值得一提的负面的影响。

Claims (8)

1. 用于表面处理或者表面加工的装置，具有以下的特征：
-具有执行器（5a至5i），用于作用到工件表面（2）上或者用于加工工件表面（2），
-具有至少一个超声震荡器（4），所述超声震荡器具有声射出面并且机械刚性地与所述执行器（5a至5i）连接，用以构造工作单元（3），以及
-具有与所述工作单元（3）耦联的可运动的定位装置（6），用于将所述工作单元（3）定位到相对于所述工件表面（2）的相对位置中，其中，
-所述定位装置（6）具有挤压机构或者使用重力，用以利用先前确定的挤压力（F）朝着工件表面（2）的方向挤压可运动地悬挂的工作单元（3），
-所述超声震荡器（4）的声射出面实施如下的超声波-振动，使得在气体状的介质存在的条件下，在所述工件表面（2）和所述超声震荡器（4）的声射出面之间作用超声波-悬浮力场，所述超声波-悬浮力场生成反向于所述挤压力（F）指向的反力，由此所述工作单元（3）相对于所述工件表面（2）有间距地悬着地被保持，其中，
构造所述执行器（5a至5i），用以
-将液态的、浆状的、粉末状的或者气溶胶状的介质施加到所述工件表面（2）上，或者
-在所述工件表面（2）处产生电的、磁性的、电磁性的场或者等离子体，用以由此改变所述工件表面（2），或者
-产生用于改变所述工件表面（2）的超声波场，或者
-借助于机械的作用机构作用到所述工件表面（2）上用于剥蚀材料。
2. 根据权利要求1所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，在所述工作单元（3）处布置有过程监测传感器用于过程监测或者用于过程控制。
3. 根据权利要求2所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，所述过程监测传感器是光学的传感器，所述光学的传感器从刚刚被处理的或者被加工的工件表面（2）提供图像信号。
4. 根据权利要求2所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，所述过程监测传感器是电容的传感器，所述电容的传感器提供刚刚被处理的或者被加工的工件表面（2）的由所述表面处理或者表面加工引起的电容变化作为电的测量信号。
5. 根据权利要求2所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，所述过程监测传感器是感应的传感器，所述感应的传感器提供刚刚被处理的或者被加工的工件表面（2）的由所述表面处理或者表面加工引起的感应变化作为电的测量信号。
6. 根据权利要求2所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，所述过程监测传感器关于工作运动被设置在所述工作单元（3）前方和后方。
7. 根据权利要求2所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，所述过程监测传感器关于工作运动被设置在所述工作单元（3）后方并且第二加工单元被设置在所述过程监测传感器后方。
8. 根据权利要求1所述的用于表面处理或者表面加工的装置，其中，设置用于控制所述工件表面（2）和所述工作单元（3）之间的距离的距离控制机构，其中，所述距离通过改变声能量被改变。
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