-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von raupenartigen Streifen aus pastösem Material, insbesondere aus Klebstoff, auf eine Vielzahl gleichartiger Werkstücke, wobei das pastöse Material aus einer Dosierkammer vorzugsweise mit einem Dosierkolben unter der Einwirkung eines Druckes durch ein relativ zur Oberfläche des augenblicklich vorhandenen Werkstücks entlang einer Bahnkurve bewegten Auftragsdüse gepresst oder gesprüht wird, bei welchem die Auftragsdüse zu Beginn eines jeden Auftragvorgangs geöffnet und an dessen Ende geschlossen wird, bei welchem vor dem Öffnen der Auftragsdüse in der Dosierkammer ein definierter Vordruck aufgebaut wird und bei welchem der Materialfluss während des Auftragvorgangs und/oder die im Verlauf mindestens eines Auftragvorgangs aufgebrachte Materialmenge geregelt und der Druck in der Dosierkammer gemessen wird. Der vor dem Öffnen der Auftragsdüse in der Dosierkammer über den Dosierkolben eingestellte Vordruck sorgt dafür, dass die Streifenbreite bereits zu Beginn des Streifenauftrags also kurz nach dem Öffnen der Auftragsdüse ein bestimmtes vorgegebenes Maß erreicht. Nach dem Öffnen der Auftragsdüse wird vor allem bei langen Streifen der Materialfluss über ein Dosiersystem selbsttätig ausgeregelt. Dazu wird die Vorschubgeschwindigkeit des Dosierkolbens unter Variation des Arbeitsdrucks einem vorgegebenen Sollwertverlauf nachgeführt. Der dafür benötigte Arbeitsdruck ist abhängig von der Viskosität des pastösen Materials und vom Öffnungsquerschnitt der Auftragsdüse. Bei bekannter Düsengeometrie stellt somit der sich bei einem vorgegebenen Materialfluss einstellende Arbeitsdruck ein Mail für die Viskosität dar. Aufgrund von unvermeidlichen Rheologieschwankungen im pastösen Material ist außerdem eine automatische Vordruckanpassung erwünscht.
-
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
EP 1 155 748 A1 bekannt.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die eine automatische Vordruckanpassung beim Materialauftrag auf eine Vielzahl gleichartiger Werkstücke und/oder beim Auftrag von raupenartigen Streifen mit mehreren, voneinander getrennten Streifenpartien gewährleisten.
-
Eine Erfindungsvariante sieht vor, dass entlang der Bahnkurve ein aus mehreren getrennten Streifenpartien zusammengesetzter Streifen aufgetragen wird, wobei die Auftragsdüse zu Beginn des Auftragvorgangs einer jeden Streifenpartie geöffnet und an dessen Ende geschlossen wird, wobei vor jedem Öffnen der Auftragsdüse in der Dosierkammer ein definierter Vordruck aufgebaut wird, wobei der Druckwert des während des Materialauftrags an einer vorgegebenen Position der Bahnkurve innerhalb einer definierten Streifenpartie gemessen und zur Bestimmung des Vordrucks mindestens eines nachfolgenden Auftragvorgangs abgespeichert wird. Wichtig ist dabei, dass jeder Streifenpartie ein eigener Vordruck zugeordnet wird, der aus einem zuvor abgespeicherten Druckwert gegebenenfalls unter Hinzunahme eines Formfaktors abgeleitet wird.
-
Eine weitere Erfindungsvariante wird darin gesehen, dass der auf jede Werkstückoberfläche aufgebrachte Materialstreifen aus mehreren voneinander getrennten, kurzen und langen Streifenpartien zusammengesetzt wird, wobei die Öffnungszeit der Auftragsdüse beim Auftragvorgang für eine kurze Streifenpartie kleiner und für eine lange Streifenpartie größer oder gleich einer vorgegebenen Grenzzeit ist, und wobei gemäß der Erfindung der Druckwert des während des Materialauftrags an einer vorgegebenen Position der Bahnkurve innerhalb einer langen Streifenpartie gemessenen Arbeitsdrucks zur Bestimmung des Vordrucks mindestens eines nachfolgenden Auftragvorgangs abgespeichert wird. Dabei kann jeder Streifenpartie entlang der Bahnkurve ein eigener Formfaktor zugeordnet werden, der zusammen mit dem abgespeicherten Druckwert zur Bildung des Vordrucks verknüpft werden kann. Die vorstehend definierte Grenzzeit zur Unterscheidung von kurzen und langen Streifenpartien wird zweckmäßig so gewählt, dass im Verlauf des Materialauftrags sich nur bei den langen Materialstreifen ein annähernd reproduzierbarer Arbeitsdruck einstellt, während bei den kurzen Streifen der Materialauftrag bei gegebener Öffnung der Auftragsdüse durch den eingestellten Vordruck bestimmt ist. Die Grenzzeit für den Auftrag von kurzen und langen Materialstreifen wird zweckmäßig bei 300 bis 600 ms gewählt.
-
Eine weitere bevorzugte Erfindungsvariante besteht darin, dass entlang der Bahnkurve ein aus mehreren getrennten Streifenpartien zusammengesetzter Materialstreifen aufgetragen wird, dass die Auftragsdüse zu Beginn des Auftragvorgangs einer jeden Streifenpartie geöffnet und an dessen Ende geschlossen wird, dass vor jedem Öffnen der Auftragsdüse in der Dosierkammer ein definierter Vordruck aufgebaut wird, wobei gemäß der Erfindung die für eine vorgegebene Gruppe von Streifenpartien aufgetragene Gesamtmaterialmenge gemessen und als Regelgröße zur Nachführung des Vordrucks in nachfolgenden Auftragvorgängen verwendet wird. Zweckmäßig wird die gesamte Materialmenge eines auf ein Werkstück aufgetragenen Streifens gemessen und als Regelgröße zur Nachführung des Vordrucks bei den Auftragvorgängen nachfolgender Werkstücke verwendet. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist besonders dann von Vorteil, wenn der aufzutragende Materialstreifen überwiegend oder ausschließlich aus kurzen Streifenpartien zusammengesetzt ist, wenn also die Öffnungszeiten der Auftragsdüse zur Aufbringung der einzelnen Streifenpartien kleiner als eine Grenzzeit von 300 bis 600 ms sind. In diesem Falle wird die aufgetragene Materialmenge entlang der Bahnkurve vorwiegend durch den jeweiligen Vordruck bestimmt, weil die bis zum Schließen der Auftragsdüse innerhalb einer Streifenpartie zur Verfügung stehende Zeit zur Einregulierung eines stabilen Arbeitsdrucks nicht ausreicht.
-
In der Praxis wird die aufgetragene Materialmenge indirekt über den vom Kolben innerhalb der Dosierkammer zurückgelegten Kolbenweg bestimmt. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung zweckmäßig der Kolbenweg bei jedem Auftragvorgang gemessen und daraus die aufgetragene Materialmenge berechnet. Entsprechend wird der Materialfluss indirekt über den in der Zeiteinheit gemessenen Kolbenweg bestimmt.
-
Um trotz der beim Auftragvorgang innerhalb des Dosiersystems auftretenden elastischen Verformungen eine genaue Messung der Materialmenge über den Kolbenweg durchführen zu können, wird gemäß einer vorteilhaften oder alternativen Ausgestaltung der Erfindung nach dem Schließen der Austrittsdüse am Ende eines Auftragvorgangs für eine vorgegebene Gruppe von Streifenpartien ein Druck in Höhe des zu Beginn des Auftragvorgangs eingestellten Vordrucks aufgebaut und anschließend der zurückgelegte Kolbenweg bei stillstehendem Dosierkolben zur Bestimmung der aufgetragenen Materialmenge gemessen. Mit dieser Maßnahme werden Nichtlinearitäten bei einem Materialauftrag, die auf elastische Verformungen im Dosiersystem zurückzuführen sind, wieder rückgängig gemacht.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
-
1 ein Schema des Dosiersystems einer Auftragsvorrichtung für pastöse Materialien;
-
2 ein Diagramm des zeitabhängigen Druckverlaufs vor, während und nach dem Auftrag eines Klebstoffstreifens mit vorgegebener Breite und Länge;
-
3 ein Schema entsprechend 2 mit automatischer Wahl des Vordrucks durch einen vorgegebenen konstanten Druckwert (Stand der Technik);
-
4a und b je ein Diagramm des Druckverlaufs mit automatisch vorgegebenem Vordruck nach Maßgabe des beim Schließen der Auftragsdüse gemessenen Arbeitsdrucks und des an einer bestimmten Position des Materialstreifens gemessenen Arbeitsdrucks;
-
5 ein Schema zur Bestimmung des Vordrucks bei aus einer Folge von kurzen und langen Streifenpartien zusammengesetzten Materialstreifen nach Maßgabe einer Messung des Arbeitsdrucks an einer vorgegebenen Position einer langen Streifenpartie;
-
6 ein Schema zur Bestimmung des Vordrucks bei aus einer Vielzahl von kurzen Streifenpartien bestehenden Materialstreifen unter Verwendung einer Mengenmessung;
-
7a ein Schema eines aus mehreren Streifenpartien bestehenden Streifens in zeitlicher Zuordnung zu den Messstellen für die Messung des Kolbenwegs;
-
7b und c zwei Diagramme der aus dem Kolbenweg ermittelten Auftragsmenge unter Eliminierung von Nichtlinearitäten des Dosiersystems.
-
Die in 1 schematisch dargestellte Dosiervorrichtung 10 ist zum Aufbringen von raupenförmigen Streifen aus pastösem Material auf Werkstücke bestimmt. Die Dosiervorrichtung 10 umfasst im Wesentlichen eine Dosierkammer 12, die über eine Pumpe 14 und ein Füllventil 16 chargenweise mit pastösem Material aus einem Vorratsbehälter 18 gefüllt wird. Die Dosierkammer 12 kommuniziert über eine Austrittsöffnung 20 mit einer Auftragsdüse 22, deren Düsenöffnung über eine an ein Steuergerät 24 angeschlossene Steuerleitung 26 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Auftragsdüse 22 kann auch als Proportionalventil ausgebildet sein, deren Öffnung über ein an der Steuerleitung 26 anstehendes Proportionalsignal im Durchtrittsquerschnitt verstellt wird. Die Dosierkammer 12 kommuniziert außerdem über ihre Austrittsöffnung 20 mit einem Drucksensor 28, dessen Messausgang 30 über eine Signalleitung 32 mit einer im Steuergerät 24 befindlichen Mess- und Auswerteschaltung 34 verbunden ist. In die Dosierkammer 12 greift ein Dosierkolben 36 ein, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über seine Kolbenstange 38 mit Hilfe eines Elektromotors 40 innerhalb der Dosierkammer 12 beispielsweise über einen Spindeltrieb 41 axial verschiebbar ist. Anstelle des Motorantriebs kann auch ein Hydraulik- oder Pneumatikantrieb für den Dosierkolben 36 verwendet werden. Bei einer Bewegung des Dosierkolbens 36 in Richtung Austrittsöffnung 20 wird in der Dosierkammer 12 ein Druck aufgebaut, der über die betreffende Verbindungsleitung 43 auch an der Auftragsdüse 22 und am Drucksensor 28 ansteht. Mit der Kolbenstange 38 ist ein Wegmesssystem 42 verbunden, womit die Position des Dosierkolbens innerhalb der Dosierkammer 12 gemessen und die über die Auftragsdüse 22 verdrängte Materialmenge und/oder der Materialfluss bestimmt werden kann. Der Messausgang des Wegmesssystems 42 ist zu diesem Zweck über eine Signalleitung 44 mit einer im Steuergerät 24 befindlichen Mess- und Auswerteschaltung 46 verbunden. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Kolbenweg über einen mit dem Motor 40 gekoppelten Resolver zu bestimmen. Die gesamte Dosiervorrichtung 10 mit Auftragsdüse 22 ist an einem nicht dargestellten Roboterarm befestigt, der über das Steuergerät 24 oder über eine Robotersteuerung 48 entlang einer vorgegebenen Bahnkurve 50 relativ zu einem ortsfest angeordneten Werkstück 52 bewegt werden kann. Die Dosiervorrichtung weist dabei mit der Ausgangsöffnung ihrer Auftragsdüse 22 in Richtung Oberfläche des Werkstücks 52, so dass ein aus der Auftragsdüse 22 austretender Materialstrang 53 unter Bildung eines entlang der Bahnkurve 50 auf die Werkstückoberfläche aufgetragenen raupenartigen Streifens 54 auf das Werkstück aufgetragen wird. Der Streifen 54 kann durch Betätigen der Auftragsdüse 22 entlang der Bahnkurve 50 tailliert oder unter Bildung mehrerer Streifenpartien 56, 56', 56'' unterbrochen werden.
-
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass durch die Wahl eines automatisch eingestellten Vordrucks PV schon kurz nach dem Öffnen der Auftragsdüse 22 genügend Material ausgebracht wird, dass der zu erzeugende Materialstreifen oder die Streifenpartie vom Startpunkt an eine vorgeschriebene Breite b aufweist. Dieser Sachverhalt lässt sich beispielsweise anhand des in 2 dargestellten Diagramms erkennen. In diesem Diagramm ist der zeitliche Druckverlauf dargestellt, der vor dem Öffnen der Auftragsdüse 22, während des Auftragvorgangs bei geöffneter Auftragsdüse 22 und nach dem Schließen der Auftragsdüse 22 eingestellt wird. Vor dem Öffnen der Auftragsdüse 22 wird über das Steuergerät 24 durch Betätigen des Antriebsmotors 40 die Kolbenstange 38 mit einer definierten Vorschubkraft beaufschlagt, so dass sich innerhalb der Dosierkammer 12 ein über den Drucksensor 28 messbarer Vordruck PV einstellt. Aufgrund des Vordrucks PV kommt es beim Öffnen der Auftragsdüse im Zeitpunkt tA ohne merkliche Totzeit zu einem sofortigen Materialauftrag auf die Werkstückoberfläche, so dass der Materialstreifen 54 auf dem Werkstück sofort mit einer bestimmten Breite b beginnt. Im Verlauf des weiteren Materialauftrags wird der Materialfluss anhand der über das Wegmesssystem 42 und die Mess- und Auswerteschaltung 46 in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten durch Variation des Arbeitsdrucks P über den Antriebsmotor 40 geregelt. Dabei ergibt sich der in 2 angedeutete Verlauf des Arbeitsdrucks P über der Zeit t. Am Ende des Auftragvorgangs im Zeitpunkt tE wird die Auftragsdüse 22 momentan geschlossen und ein über das System vorgegebener Vordruck PV für einen nachfolgenden Streifen eingestellt.
-
Eine bekannte Methode zur Einstellung des Vordrucks PV besteht darin, dass ein vorgegebener konstanter Wert PV = const vor jedem Auftragvorgang eingestellt wird (vgl. 3). Mit dieser Methode ist es allerdings nicht möglich, Änderungen in der Rheologie oder Viskosität des aufzutragenden Materials, die beispielsweise bei Temperatur- oder Chargenänderungen oder nach größeren Wartezeiten auftreten können, Rechnung zu tragen.
-
Die Erfindung sieht deshalb eine automatische Einstellung des Vordrucks für die jeweils nachfolgenden Auftragvorgänge vor, die nachstehend in verschiedenen Ausführungsvarianten anhand der 4a, b, 5 und 6 erläutert werden:
Bei der Ausführungsvariante nach 4a und b wird der Vordruck für einen nachfolgenden Streifen aus dem mit dem Drucksensor 28 gemessenen Arbeitsdruck P1 an einer bestimmten Stelle des vorherigen Auftragvorgangs abgeleitet. Wichtig ist dabei, dass dazu ein Auftragvorgang mit ausreichend langer Öffnungsdauer der Austrittsdüse 22 verwendet wird, in welchem sich an der Messstelle bereits ein stabiler Arbeitsdruck P eingestellt hat. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4a wird die Messung des Arbeitsdrucks P1 kurz vor dem Schließen der Auftragsdüse im Zeitpunkt tE vorgenommen. Der hieraus abgeleitete Vordruck bestimmt sich dabei zu PVneu = P1·f (1) wobei P1 dem Druckmesswert am Ende des vorangegangenen Auftragvorgangs und f einen Formfaktor bedeuten. Über den Formfaktor lassen sich Anpassungen im Anfangspunkt des Streifens, beispielsweise eine Taillierung oder eine Verdickung steuern.
-
Bei dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Messung des Arbeitsdrucks P1, der für die Bestimmung des Vordrucks abgespeichert wird, in einer definierten Zeit, beispielsweise tM = 1000 ms, nach dem Start eines Auftragvorgangs vorgenommen. Auch hier gilt für die Bestimmung des nachfolgenden Vordrucks die Beziehung (1).
-
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Streifen 54 aus einer Mehrzahl unterschiedlich langer Streifenpartien 56, 56', 56''. Wenn zur Erzeugung der kurzen Streifenpartien 56', 56'' eine Öffnungszeit von weniger als 500 ms vorgesehen ist, kann sich nach der Entlastung des Vordrucks PV kein stabiler Arbeitsdruck einstellen. Aus den kurzen Streifenpartien kann daher kein Druckwert abgeleitet werden, der für die Bestimmung des Vordrucks PV für nachfolgende Auftragvorgänge verwendet werden könnte. Deshalb wird bei diesem Ausführungsbeispiel nur in der langen Streifenpartie 56, deren Öffnungszeit beim Auftragvorgang größer als 500 ms ist, an einer vorgegebenen Position ein Druckwert P1 gemessen, und für die Berechnung des Vordrucks PV für die nachfolgenden Auftragvorgänge wie folgt verwendet: PVi = P1·f i = 2, 3, ... (3)
-
Der auf diese Weise berechnete neue Vordruck PVneu wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel für die nachfolgenden Streifenpartien, die zusammen einen Streifen 54 bilden, verwendet. Grundsätzlich ist es möglich, jeder einzelnen Streifenpartie einen eigenen Formfaktor f zuzuordnen, so dass sich dort unterschiedliche Anfangsflusswerte ergeben.
-
Wenn schließlich, wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach
6 der Materialstreifen
54 aus einer Mehrzahl kurzer Streifenpartien
56''' besteht, deren Länge beim Auftragvorgang nicht ausreicht, um einen stationären Arbeitsdruck einzuregeln, ist eine automatische Anpassung des Vordrucks aufgrund einer Arbeitsdruckmessung nicht möglich. Als Regelgröße wird in diesem Fall eine Mengenmessung verwendet, die sich aus dem Kolbenweg beim Auftrag einer Gruppe von Streifenpartien
56''' ergibt. Vorzugsweise wird dabei die für die Erzeugung eines entlang der Bahnkurve auf ein Werkstück aufgebrachten Streifens verbrauchte Materialmenge M als Regelgröße herangezogen. Die Abweichung des gemessenen Ist-Werts M
ist von einem vorgebenen Sollwert M
soll wird für die Berechnung des Vordrucks P
V für die nachfolgenden Auftragsvorgänge (i + 1) wie folgt verwendet:
wobei f einen Formfaktor bedeutet, der für die einzelnen Streifenpartien
56''' verschieden gewählt werden kann. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass auch bei einer Folge von kurzen Streifenpartien
56''' eine automatische Nachführung des Vordrucks P
V möglich ist, so dass Änderungen in der Rheologie oder Viskosität des Materials beim Streifenauftrag berücksichtigt werden können.
-
Bei der Bestimmung der aufgetragenen Materialmenge mit Hilfe eines mit dem Dosierkolben 36 gekoppelten Wegmesssystems 42 ist zu berücksichtigen, dass das aus der Dosierkammer 12, einer Verbindungsleitung 43 und dem Dosiermaterial bestehende Dosiersystem in seiner Gesamtheit nicht inkompressibel ist. Beim Aufbau eines Vordrucks, der in der Größenordnung von 100 bar liegen kann, muss vielmehr mit einer Verschiebung des Dosierkolbens 36 auch ohne Austritt von Material gerechnet werden. Man erhält dadurch eine nichtlineare Beziehung zwischen der ausgetragenen Materialmenge und dem gemessenen Kolbenweg. Da als Messgröße nur der Kolbenweg zur Verfügung steht, muss darauf geachtet werden, dass die Nichtlinearitäten beim Messvorgang kompensiert werden. Dies erfolgt gemäß einer Besonderheit der Erfindung dadurch, dass der durch den Vordruck PV definierte Druckzustand zu Beginn tA eines jeden Auftragvorgangs am Ende tE des Auftragvorgangs wieder eingestellt, bevor der für die Mengenmessung zu verwendende Kolbenweg gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines zusätzlichen materialabhängigen Korrekturfaktors gemessen wird. Damit werden etwaige Deformationen innerhalb des Dosiersystems und die sich hieraus ergebenden Nichtlinearitäten bei der Berechnung der Auftragsmenge M aus dem Kolbenweg eliminiert.
-
Wie aus 7a zu ersehen ist, erfolgt die erste Positionsmessung des Dosierkolbens vor dem Start des ersten Auftragvorgangs zu einem Zeitpunkt tPA, wenn der Vordruck PVA aufgebaut ist. Während des Auftrags der einzelnen Streifenpartien 56''' besteht eine nichtlineare Beziehung zwischen Kolbenweg und aufgetragener Menge. Diese kann erst nach dem Ende des Materialauftrags unter Eliminierung der Nichtlinearitäten gemessen werden, wenn die Bedingung PEnde = PStart eingestellt ist und die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens v = 0 ist.
-
In dem Diagramm gemäß 7b und c ist die vorstehend beschriebene Nichtlinearität in zwei Graphen einander gegenübergestellt. In den Kurven a ist jeweils die am Display angezeigte M(a) Menge dargestellt, die aus der Wegmessung des Dosierkolbens 36 abgeleitet ist, während in der Kurve b die tatsächlich durch die Auftragsdüse 22 hindurch geförderte Menge M(b) dargestellt ist. Im Falle der 7b ist im Zeitpunkt tA der Startmessung ein hoher Vordruck PV vorhanden, der beim Öffnen der Düse sich zunächst auf einen niedrigeren Arbeitsdruckwert einpendelt, der bis zum Schließen der Auftragsdüse im Zeitpunkt tE beibehalten wird. Um eine Übereinstimmung der im Display angezeigten Fördermenge M(a) und der tatsächlich geförderten Menge M(b) herbeizuführen, muss nach dem Auftragsende tE durch einen weiteren Kolbenvorschub der Anfangsdruck wieder hergestellt (PVE = PVA) und anschließend die Kolbenbewegung gestoppt (v = 0) werden. Erst dann stimmt die im Display angezeigte Menge mit der tatsächlich geförderten Menge überein.
-
Entsprechendes gilt für den Fall nach 7c. Dort ist der Anfangsdruck PVA relativ niedrig, so dass zunächst weniger Material durch die Auftragsdüse 22 ausgetragen wird als über den Kolbenweg angezeigt wird. Diese Differenz bleibt bis zum Schließen der Auftragsdüse bei tE erhalten. Eine genaue Mengenanzeige M ist erst dann gegeben, wenn nach dem Ende des Auftrags der Startdruck dieses Mal durch Zurückziehen des Dosierkolbens wieder erreicht (PVE = PVA) und die Kolbenbewegung (v = 0) gestoppt ist.
