DE102006032645A1

DE102006032645A1 - Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks

Info

Publication number: DE102006032645A1
Application number: DE102006032645A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Keller; Christian Siegert; Martin Krössing
Original assignee: J Wagner AG
Current assignee: J Wagner AG
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: DE102006032645B4

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks (1) weist einen Abstandssensor (6) auf, der quer zur Transportrichtung (T) des Werkstücks (1) bewegbar ist, um das Profil des Werkstücks (1) in Transportrichtung (T) und quer dazu zu erfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks sowie eine Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten des Werkstücks. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks mit einem Abstandssensor sowie ein Verfahren zum Beschichten des Werkstücks mit einer Beschichtungspistole.
Stand der Technik
Um ein Werkstück mit Pulver zu beschichten, wird in einem ersten Arbeitsgang das Pulver elektrostatisch aufgeladen und anschließend das zu beschichtende Werkstück mit dem elektrostatisch aufgeladenen Pulver besprüht. In einem sich daran anschließenden Arbeitsgang wird das beschichtete Werkstück erwärmt, sodass sich das Pulver auf der Oberfläche des Werkstücks verflüssigt und nach dem Abkühlen des Werkstücks eine geschlossene Schutzschicht bildet. Bei der Beschichtung eines Werkstücks mit Nasslack wird in einem ersten Arbeitsgang das zu beschichtende Werkstück mit flüssigem ein Lösungsmittel enthaltenden Lack besprüht. Im Anschluss daran wird in einem weiteren Arbeitsschritt die nasse Lackoberfläche getrocknet und ausgehärtet.
Sowohl bei der Beschichtung der Werkstücke mit Pulver als auch mit Nasslack kommt es unter anderem darauf an, dass während des Beschichtungsvorgangs möglichst viel des versprühten Pulvers beziehungsweise Lacks auf das Werkstück trifft. Der Teil des Pulvers beziehungsweise Lacks, der nicht am zu beschichtenden Werkstück haften bleibt oder das Werkstück nicht erreicht, dient nicht zur Beschichtung und bleibt als überschüssiger Lack beziehungsweise überschüssiges Pulver, welches auch als Overspray bezeichnet wird, in der Beschichtungskabine zurück. Je höher der Anteil des Oversprays ist, desto größer ist der Aufwand für die Reinigung der Kabine und desto niedriger ist der Auftragsgrad der Beschichtungsanlage. Während pulverförmiges Overspray über einen Absaugkanal aus der Kabine abgesaugt und erneut für die Beschichtung verwendet werden kann, ist das Overspray bei Nasslacken nicht mehr für die Beschichtung verwendbar. Grundsätzlich führt Overspray sowohl bei Pulver als auch bei Nasslacken zu höheren Beschichtungskosten. Hinzu kommt, dass der Anteil an Overspray noch zunimmt, wenn die Position der Beschichtungspistole gegenüber dem Werkstück nicht optimal ist. Insbesondere bei stark profilierten Werkstücken, das heißt bei Werkstücken, die eine ausgeprägte räumliche Ausdehnung quer zur Transportrichtung aufweisen, führt dies unter Umständen zu erheblichen Verlusten beim Auftragsgrad.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks anzugeben, mit der auch ausgeprägte Vertiefungen und Erhöhungen im Werkstück sicher erkennbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden, um die Beschichtungspistole/Beschichtungspistolen auch während des Beschichtungsvorgangs auf den optimalen Abstand zum Werkstück einstellen zu können. Dadurch lässt sich vorteilhafter Weise der Pulver- beziehungsweise Lackverbrauch reduzieren. Die Menge an Overspray wird verkleinert und der Auftragsgrad steigt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks weist einen Abstandssensor auf, der quer zur Transportrichtung des Werkstücks bewegbar ist, um das Profil des Werkstücks in Transportrichtung und quer dazu zu erfassen.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks mit einem Abstandssensor mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks mit einem Abstandssensor wird, während das Werkstück in Transportrichtung und der Anstandssensor quer zur Transportrichtung bewegt werden, mittels des Abstandssensors mehrmals der Abstand zum Werkstück bestimmt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Abstandssensor als berührungslos arbeitender Sensor ausgebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Abstandssensor als optischer Sensor ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Abstandssensor vertikal bewegbar.
Indem die Abstandssensoren beispielsweise um eine zur Transportrichtung parallele Achse schwenkbar sind, kann die Messvorrichtung an Besonderheiten des Werkstücks angepasst werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung weist zusätzlich zum Abstandssensor, der quer zur Transportrichtung des Werkstücks bewegbar ist, um das Profil des Werkstücks in Transportrichtung und quer dazu zu erfassen, einen Manipulator zum Bewegen einer Beschichtungspistole auf. Zudem ist eine Steuereinheit vorgesehen, die eingangsseitig mit dem Abstandssensor und ausgangsseitig mit dem Manipulator verbunden ist und die derart aufgebaut und betreibbar ist, dass sie anhand des ermittelten Profils die Position der Beschichtungspistole vorgibt.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist eine weitere Beschichtungspistole vorgesehen. Zudem ist die Steuereinheit derart ausgebildet und betreibbar, dass die Beschichtungspistolen unabhängig voneinander steuerbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten des Werkstücks mit einer Beschichtungspistole umfasst folgende Schritte. Während das Werkstück in Transportrichtung und der Abstandssensor quer zur Transportrichtung bewegt werden, wird mittels des Abstandssensors mehrmals der Abstand zum Werkstück bestimmt. Anhand der ermittelten Abstände wird die Position der Beschichtungspistole eingestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von zwei Figuren weiter erläutert.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung in einer dreidimensionalen Ansicht, bei der sich das Werkstück und die Abstandssensoren in einer ersten Position befinden.
2 zeigt die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung aus 1, bei sich allerdings das Werk stück und die Abstandssensoren in einer zweiten Position befinden.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist in einer dreidimensionalen Ansicht die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung dargestellt. Das Werkstück 1 ist mittels eines Warenträgers 3 an einer Förderbahn 2 aufgehängt und wird in Richtung des Pfeils T, welcher die Transportrichtung kennzeichnet, durch die Beschichtungsanlage transportiert. Die Transportrichtung T verläuft parallel zur x-Achse des Koordinatensystems. Parallel zur y-Achse ist eine Achse 4 angeordnet, auf der fünf Abstandssensoren 5 bis 9 beweglich montiert und über einen Antrieb, der einen Motor 22 und einen Kurbeltrieb 23 umfasst, auf und ab bewegbar sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die fünf Abstandssensoren 5 bis 9 äquidistant angeordnet, das heißt die vertikalen Abstände Δy1, Δy2, Δy3 und Δy4 sind gleich groß. Jeder der Abstandssensoren 5 bis 9 ermittelt jeweils parallel zur z-Achse seinen Abstand zum Werkstück 1 und überträgt diese Informationen als Sensorsignal S1 bis S5 an eine Steuereinheit 21, welche daraus die optimale Position für die drei Beschichtungspistolen 18, 19 und 20 ermittelt und als Steuersignale ST1, ST2 und ST3 an einen Manipulator 11 weiterleitet. Der Manipulator 11, welcher in Transportrichtung T hinter der Abstandsmessvorrichtung angeordnet ist, stellt in Abhängigkeit von den Steuersignalen ST1 bis ST3 die Position der einzelnen Beschichtungspistolen 18, 19 und 20 ein. Dazu weist der Manipulator 11 für die erste Beschichtungspistole 18 eine vertikale Linearführung 12 und eine horizontale Linearführung 15 auf. Für die zweite Beschichtungspistole 19 weist der Manipulator 11 eine vertikale Linearführung 13 und eine horizontale Linearführung 16 auf. Schließlich weist der Manipulator 11 für die dritte Beschichtungspistole 20 eine vertikale Linearführung 14 und eine horizontale Linearführung 17 auf.
Im Folgenden wird die Betriebsweise der Beschichtungsvorrichtung weiter erläutert. Während das Werkstück 1 in Transportrichtung T an der Abstandsmessvorrichtung vorbeigeführt wird, werden gleichzeitig die fünf Abstandssensoren 5 bis 9 quer zur Transportrichtung T bewegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass die Abstandssensoren 5 bis 9 parallel zur y-Achse bewegt werden. Zudem misst während dieser Zeit jeder der fünf Abstandssensoren 5 bis 9 den Abstand zum Werkstück 1. Dazu sendet beispielsweise der Abstandssensor 5 ein optisches Signal parallel zur z-Achse in Richtung des Werkstücks 1 aus und empfängt dieses wieder. Anschließend wertet der Abstandssensor 5 die gewonnenen Informationen aus, ermittelt den Abstand Δz51 zum Werkstück und überträgt das entsprechende Sensorsignal S1 an die Steuereinheit 21. Der Abstand Δz51 ist dabei der Abstand in z-Richtung zwischen dem Sensor 5 und dem Messpunkt M51, wobei sich das Werkstück an der Position x1 befindet. Sinngemäß das gleiche gilt für den Abstandssensor 6. Dieser bestimmt den Abstand Δz61, welcher der Abstand zwischen dem Abstandssensor 6 und dem Messpunkt M61 auf dem Werkstück ist, während sich das Werkstück an der Position x1 befindet. Auf diese Weise werden auch die Abstände Δz71 und Δz81 von den Abstandssensoren 7 beziehungsweise 8 ermittelt. Der Abstandssensor 9 sendet zwar ein Signal zur Abstandsmessung aus, das jedoch aufgrund der Größe des Werkstücks 1 nicht mehr auf das Werkstück 1 trifft. Der Abstandssensor 9 erkennt dies und meldet dies über das Sendesignal S5 der Steuereinheit 21.
In 2 ist die Beschichtungsvorrichtung nochmals gezeigt, wobei das Werkstück 1 um die Strecke Δx weiter transportiert wurde und sich nun an der Position x2 befindet. Die Erfassung der Position des Werkstücks 1 erfolgt über einen Positionsgeber 25, der an seinem Ausgang ein Positionssignal Posx zur Verfügung stellt. Zudem wurden die Abstandssensoren 5 bis 9 auf der vertikalen Achse 4 um eine definierte Strecke Δy nach oben bewegt. Erfolgt nun eine weitere Abstandsmessung, ergeben sich auf dem Werkstück 1 vier neue Messpunkte M62, M72, M82 und M92. Der Abstandssensor 5 hat sich soweit nach oben bewegt, dass durch ihn kein Messpunkt mehr auf dem Werkstück 1 erzeugt werden kann. Der Abstandssensor 5 teilt dies über das Sensorsignal S1 der Steuereinheit 21 mit. Der vom Abstandssensor 6 ermittelte Abstand Δz62 ist der Abstand zwischen dem Abstandssensor 6 und dem Messpunkt M62 auf dem Werkstück 1, während sich das Werkstück an der Position x2 befindet. Mit Hilfe des Abstandssensors 7 wird der Abstand Δz72 des Messpunkts M72 vom Abstandssensor 7 ermittelt, während das Werkstück sich in der Position x2 befindet. Sinngemäß das gleiche gilt für die beiden Abstandssensoren 8 und 9, wobei der Abstandssensor 8 den Abstand Δz82 zum Messpunkt M82 und der Abstandssensor 9 den Abstand Δz92 zum Messpunkt M92 ermittelt. Die ermittelten Abstände werden von den Sensoren 6 bis 9 über die Sensorsignale S2 bis S5 an die Steuereinheit 21 übermittelt.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Abstandsmessung regelmäßig alle Δt = 20ms. Je kürzer die zeitlichen Abstände Δt sind, zu denen die räumlichen Abstände Δz gemessen werden, desto genauer kann das Profil des Werkstücks 1 erfasst werden.
Die Abstandssensoren 5 bis 9 werden mittels des elektromechanischen Antriebs 22, 23 synchron auf der Achse 4 zyklisch nach oben und unten bewegt, während das Werkstück 1 kontinuierlich weitertransportiert wird. Die Erfassung der vertikalen Position der Abstandssensoren 5 bis 9 kann über eine eigne Messvorrichtung 24 erfolgen. Weist der elektromechanische Antrieb einen elektrischen Motor 22 auf, kann über einen Inkrementalgeber 24, der mit dem Motor 22 verbunden ist, die vertikale Position Posy der Abstandssensoren 5 bis 9 ermittelt werden. Auf diese Weise lassen sich eine Reihe von Abständen Δz ermitteln, die es zusammen mit der vertikalen Positionen Posy der Abstandssensoren 5 bis 9 und der horizontalen Position Posx des Werkstücks 1 erlauben, das Profil des Werkstücks 1 in x-, y- und in z-Richtung zu ermitteln. Die Steuereinrichtung 21 kann daraus die optimale Position der Pulversprühpistolen 18, 19 und 20 berechnen und entsprechende Steuersignale ST1, ST2 und ST3 für den Manipulator 11 generieren. Auf diese Weise können die drei Beschichtungspistolen 18, 19 und 20 sowohl in y- als auch in z-Richtung unabhängig voneinander bewegt und in Bezug auf das Werkstück 1 optimal positioniert werden. Anhand der von den Abstandssensoren 5 bis 9 ermittelten Abstände kann die Steuerung 21 auch bestimmen, wann die Beschich tungspistolen 18, 19 und 20 Beschichtungsmaterial versprühen sollen.
Als Abstandssensoren können beispielsweise optische Sensoren verwendet werden. Würden die Abstandssensoren 5 bis 9 auf der Achse 4 starr montiert sein, so dass sie in y-Richtung nicht verfahrbar sind, würde jeder der Abstandssensoren 5 bis 9 jeweils nur ein zweidimensionales Profil des Werkstücks 1 ermitteln können. Würde sich beispielsweise zwischen den beiden Abstandssensoren 6 und 7 eine erhebliche Vertiefung oder Erhöhung im Werkstück 1 befinden, so würde diese nicht erfasst werden. Dadurch, dass sich die Abstandssensoren 5 bis 9 quer zur Transportrichtung T bewegen lassen, können auch solche Vertiefungen oder Erhöhungen im Werkstück 1 ermittelt und bei der Positionierung der Beschichtungspistolen 18, 19 und 20 berücksichtigt werden.
Wie bereits erwähnt, ist es von Vorteil die Abstandssensoren 5 bis 9 auf der Achse 4 äquidistant anzuordnen. Dies vereinfacht unter anderem die Berechnung des Profils des Werkstücks.
Die Abstände Δy1 bis Δy4 zwischen den Abstandssensoren 5 bis 9 sind vorzugsweise kleiner als der Hub Δy, um den die Abstandssensoren 5 bis 9 auf der Achse 4 bewegt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Kontur des Werkstücks 1 vollständig erfasst wird. Gegebenenfalls sind auch Überlappungen der Erfassungsbereiche möglich, das heißt, dass ein und derselbe Bereich des Werkstücks 1 von zwei benachbarten Abstandssensoren teilweise zweimal erfasst wird.
Die Anzahl der Abstandssensoren, der Abstand der Abstandssensoren zueinander, die Hubfrequenz sowie die Transportgeschwindigkeit mit der das Werkstück 1 entlang der Förderbahn 2 transportiert wird, beeinflussen die Auflösung. Je mehr Abstandssensoren eingesetzt werden, je geringer deren Hub Δy und je niedriger die Transportgeschwindigkeit ist, desto genauer ist das Profil des Werkstücks 1 erfassbar, das heißt desto größer ist die Zahl der zur Bestimmung des Profils zur Verfügung stehenden Messpunkte und desto höher ist damit die Auflösung. In einer Ausführungsform werden 5 Abstandssensoren eingesetzt, deren Abstände Δy1 bis Δy4 jeweils 200mm betragen. Im Allgemeinen betragen die Abstände Δy1 bis Δy4 zwischen den Abstandssensoren 5 bis 9 jeweils 100–500mm.
Der von den Abstandssensoren erfassbare Messbereich sollte größer als die Höhe des Werkstücks 1 sein. Indem der oberste Abstandssensor nach einem Hub die oberste Kante des Werkstücks und der unterste Abstandssensor nach einem Hub die unterste Kante des Werkstücks überfahren, lässt sich sicherstellen, dass das Werkstück in seiner vollen Höhe erfasst wird.
Es kann hilfreich sein, die Abstandssensoren 5 bis 9 um eine zur x-Achse parallele Achse schwenken zu können. Auf diese Weise kann der Messaufbau auf Besonderheiten des Werkstücks abgestimmt werden, um die Erfassung des Profils des Werkstücks zu optimieren.
Um die Abstandssensoren 5 bis 9 vor Overspray zu schützen befinden sich die Abstandssensoren 5 bis 9 vorzugsweise außerhalb der Beschichtungskabine.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

1: Werkstück
2: Förderbahn
3: Warenträger
4: Achse
5: Abstandssensor
6: Abstandssensor
7: Abstandssensor
8: Abstandssensor
9: Abstandssensor
M51–M91: Messpunkte mit Werkstück in Position x1
M52–M92: Messpunkte mit Werkstück in Position x2
11: Hubgerät
12: vertikale Linearführung
13: vertikale Linearführung
14: vertikale Linearführung
15: horizontale Linearführung
16: horizontale Linearführung
17: horizontale Linearführung
18: Pulversprühpistole
19: Pulversprühpistole
20: Pulversprühpistole
21: Steuereinrichtung
22: Motor
23: Kurbeltrieb
24: Positionsgeber
25: Positionsgeber
Posx: Position in x-Richtung
Posy: Position in y-Richtung
x: x-Achse
y: y-Achse
z: z-Achse
Δx: zurückgelegte Wegstrecke parallel zur x-Achse
Δy: zurückgelegte Wegstrecke parallel zur y-Achse
Δy1–Δy4: Abstände
Δz51: Abstand zwischen Werkstück und Sensor 5 bei Werkstückposition x1
Δz91: Abstand zwischen Werkstück und Sensor 9 bei Werkstückposition x1
Δz52: Abstand zwischen Werkstück und Sensor 5 bei Werkstückposition x2
Δz92: Abstand zwischen Werkstück und Sensor 9 bei Werkstückposition x2
S1–S5: Sensorsignal 1 bis 5
ST1: Steuersignal für Pistole 1
ST2: Steuersignal für Pistole 2
ST3: Steuersignal für Pistole 3

Claims

Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks, mit einem Abstandssensor (6), der quer zur Transportrichtung (T) des Werkstücks (1) bewegbar ist, um das Profil (Δz61, Δz62) des Werkstücks (1) in Transportrichtung (T) und quer dazu zu erfassen.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, bei der der Abstandssensor (6) ein berührungslos arbeitender Sensor ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, bei der der Abstandssensor (6) ein optischer Sensor ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei der der Abstandssensor (6) vertikal bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, mit wenigstens einem weiteren Abstandssensor (7), der quer zur Transportrichtung (T) des Werkstücks (1) bewegbar ist, um das Profil (Δz71, Δz72) des Werkstücks (1) in Transportrichtung (T) und quer dazu zu erfassen.
Vorrichtung nach Patentanspruch 5, mit einem Antrieb, mittels dem die Abstandssensoren (6, 7) synchron zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei der die Abstandssensoren (6, 7) schwenkbar sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, – mit einem Manipulator (11) zum Bewegen einer Be schichtungspistole (18), und – mit einer Steuereinheit (21), die eingangsseitig mit dem Abstandssensor (6) und ausgangsseitig mit dem Manipulator (11) verbunden ist und die derart aufgebaut und betreibbar ist, dass sie anhand des ermittelten Profils (Δz51–Δz92) die Position der Beschichtungspistole (18) vorgibt.
Beschichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 8, – bei der eine weitere Beschichtungspistole (19) vorgesehen ist, und – bei der die Steuereinheit (21) derart ausgebildet und betreibbar ist, dass die Beschichtungspistolen (18, 19) unabhängig voneinander steuerbar sind.
Verfahren zur Erfassung des Profils eines mit Pulver oder Nasslack zu beschichtenden Werkstücks (1) mit einem Abstandssensor (6), bei dem während das Werkstück (1) in Transportrichtung (T) und der Abstandssensor (6) quer zur Transportrichtung (T) bewegt werden, mittels des Abstandssensors (6) mehrmals der Abstand (Δz61, Δz62) zum Werkstück (1) bestimmt wird.
Verfahren zum Beschichten des Werkstücks mit einer Beschichtungspistole nach Patentanspruch 10, bei dem die Position der Beschichtungspistole (18) abhängig von den ermittelten Abständen (Δz14, Δz24) eingestellt wird.