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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gütemessung des Auftragsbildes
einer Sprühdüsenanordnung. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine entsprechende Prüfvorrichtung
zur Gütemessung des Auftragsbildes einer Sprühdüse
sowie eine Lackiereinrichtung mit einer entsprechenden Prüfvorrichtung
und ein Testfeld in einer solchen Prüfvorrichtung.
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Beim
Auftragen von Beschichtungen, speziell von Lacken in flüssiger
(lösemittelhaltiger oder wasserverdünnter) oder
pulvriger Form, finden Sprühdüsenanordnungen in
Sprühpistolen breite Anwendung. Unter einer Sprühdüsenanordnung
ist eine Sprühvorrichtung zu verstehen, die eine Materialdüse
und optional eine Anzahl meist ringförmig um die Materialdüse
angeordnete Gasdüsen(bohrungen) aufweist. Diese Gasdüsenanordnung
wird auch als Luftkappe bezeichnet. Durch die Materialdüse
wird das aufzutragende Material, beispielsweise ein flüssiger
Lack, geführt, welches mit Hilfe des Gases, gewöhnlich
Luft, aus den Gasdüsen fein zerstäubt wird.
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Beim
Aufsprühen von Hand kann die Person, die eine Oberfläche
lackiert, den Sprüherfolg, d. h. die Güte des
Lackierauftrags, direkt optisch überprüfen. Ist
beispielsweise die Sprühdüsenanordnung ganz oder
teilweise verstopft, weil sich Ablagerungen an den Öffnungen
einer oder mehrerer Düsen – in der Praxis meist
der Gasdüsen – oder in deren Kanälen abgesetzt
haben, so verändert sich das Sprühbild, was entweder
durch gezielte Änderung des Auftragsverhaltens, wie die
Variierung von Sprühabstand, -geschwindigkeit und/oder
Druckstärke bzw. der Anzahl der Sprühgänge,
reguliert werden oder durch Reinigung der Düse(n) behoben
werden kann. Seit dem Einsatz moderner wasserbasierter oder Mehrkomponenten-Lacksysteme
hat sich das Problem des ungewollten Zusetzens der Düsen
im Vergleich zur früheren Verwendung einfacher Lösemittel-Lacke sogar
noch verschärft und ist zu einer ernst zu nehmenden technischen
Herausforderung bei Lackierarbeiten geworden.
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Die
visuelle Kontrolle ist nur von geübten Personen durchführbar.
Gänzlich unmöglich ist die Realisierung einer
derartigen Kontrolle bei automatischen Sprühanlagen, etwa
bei Robotern. Daher werden heute bei Lackierungen oder ähnlichen
Sprühbeschichtungen automatische Kontrollvorrichtungen verwendet.
Die Gütebewertung des Sprühauftrags kann gemäß
US 7112246 B2 (hier
für die Bewertung eines Klebstoffauftrags) z. B. mit Hilfe
von automatisierten Bildkontrollverfahren erfolgen. Weiterhin ist ein
Verfahren bekannt, bei dem der Sprühnebel mit Hilfe von
Laserstrahlen kontrolliert wird, wobei der Sprühnebel zwischen
einem Sender und einem Empfänger hindurch auf die zu beschichtende
Oberfläche gesprüht wird und die Parameter des
empfangenen Lichts beim Empfänger Rückschlüsse
auf die Sprühbreite und -intensität und damit
indirekt auf die Güte des Sprühauftrags zulassen.
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Letzteres
Verfahren kontrolliert jedoch nicht direkt den Sprühauftrag
auf die Ziel-Oberfläche und bietet daher einen geringeren
Qualitätssicherungsgrad als selbst die optische Kontrolle
durch den geübten Fachmann. Beide beschriebenen optischen Verfahren
haben zudem den Nachteil, dass mit ihnen der Auftrag transparenter
Substanzen nur unzureichend messbar ist. Auch eine Messung der ausgebrachten
Materialmenge kann nicht als ein effektives Kontrollverfahren angesehen
werden, da damit die Verstopfung der Gasdüsen nicht messbar
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Gütemessung des Auftragsbildes einer Sprühdüse
und eine entsprechende Prüfvorrichtung sowie ein entsprechendes
Testfeld zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1 und zum anderen durch eine Prüfvorrichtung gemäß Patentanspruch 16
sowie eine Lackiereinrichtung gemäß Anspruch 24
und ein Testfeld gemäß Anspruch 28 gelöst.
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Gemäß der
Erfindung wird hierzu ein Testfeld für einen Materialauftrag
verwendet, in, auf und/oder unter dessen Oberfläche die
Messung mittels einer dort integrierten Sensoranordnung erfolgt,
beispielsweise durch ein Testfeld, in dem eine Sensoranordnung Änderungen
der Kapazität, der Induktivität oder der elektrischen
Leitfähigkeit an der besprühten Oberfläche
misst. Daraus kann sich der Vorteil ergeben, dass das Sprühbild
direkt von einer besprühten Oberfläche abgebildet
wird und kein indirektes Abbildungsverfahren notwendig ist. Alternativ
kann auch ein optisches Messverfahren auf oder unterhalb der Oberfläche
des Testfelds verwendet werden.
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Eine
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung weist
ein Testfeld auf, in, auf und/oder unter dessen Oberfläche
eine Sensoranordnung integriert ist. Eine solche Sensoranordnung
kann beispielsweise aus Kapazitäts-, Induktivitäts-
oder Widerstands-Sensorelementen bestehen. Vorteilhafterweise können
z. B. mit Hilfe solcher Sensorelemente das Vorhandensein und die
Eigenschaften einer aufgesprühten Substanz gemessen werden,
unabhängig davon, ob die aufgesprühte Substanz
opak oder transparent ist. Statt der elektronisch messenden Sensorelemente
können aber auch optische Sensorelemente wie Fotodioden verwendet
werden.
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Eine
erfindungsgemäße Materialauftragseinrichtung muss
neben einer Sprühdüsenanordnung eine erfindungsgemäße
Prüfvorrichtung wie eben beschrieben aufweisen. Da die
Erfindung besonders vorteilhaft bei der Lackierung von Werkstücken
eingesetzt werden kann, wird im Folgenden von einem Lackauftrag
ausgegangen. Daher wird im Weiteren – ohne die Erfindung
darauf zu beschränken – der Begriff „Lackiereinrichtung"
stellvertretend für alle mit Sprühdüsenanordnungen
arbeitenden Materialauftragseinrichtungen verwendet. Selbstverständlich kann
die Erfindung aber auch zur Kontrolle des Auftrags von anderen Stoffen
wie Ölen, Trennmitteln etc. dienen. Vorzugsweise handelt
es sich bei der Lackiereinrichtung um eine Roboter-Lackieranlage.
Als Vorteil einer solchen Roboter-Lackieranlage kann angesehen werden,
dass hier im Speziellen die genaue Messung und Steuerung des Lackierprozesses
für die Effektivität und Genauigkeit des Lackierprozesses
und damit für Qualität und Kosten der lackierten Produkte
entscheidend sein kann. Auch andere Lackiereinrichtungen mit z.
B. Lackierpistolen profitieren aber von diesem und weiteren Vorteilen
einer solchen Anordnung.
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Wie
oben erläutert muss ein erfindungsgemäßes
Testfeld, das in einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
nutzbar ist in, auf und/oder unter seiner Oberfläche eine
Sensoranordnung aufweisen, welche derart ausgebildet ist, dass sie
einen Materialauftrag auf dem Testfeld sensiert. Ein mögliches derartiges
Testfeld umfasst zum Beispiel eine glatte Platte, beispielsweise
eine Glas- oder Kunststoffplatte, unter der die Sensoranordnung
angebracht ist. Als Vorzug einer solchen Platte mit glatter Oberfläche kann
gelten, dass sie einfach zu reinigen ist. Eine alternative Möglichkeit
besteht darin, dass die Sensoranordnung auf der Oberfläche
liegt, etwa mit Sensorelementen, die in eine Kupferleitfläche
integriert bzw. als Kupferleitflächen ausgebildet sind.
Die Platte kann transparent bzw. opak sein. Solche lichtdurchlässigen
Oberflächen werden bevorzugt dann verwendet, wenn optische
Sensoranordnungen unterhalb des Testfelds angebracht sind, da dies
den Vorteil haben kann, dass ein Lichteinfall von der Oberfläche
gemessen werden kann.
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Weitere
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße
Prüfvorrichtung auch entsprechend den abhängigen
Verfahrensansprüchen sowie den abhängigen Ansprüchen
zur Lackiereinrichtung und zum Testfeld weitergebildet sein und
auch jeweils umgekehrt.
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Vorzugsweise
kommt eine Sensoranordnung zur Anwendung, die eine Mehrzahl von
in einem Raster angeordneten Sensorelementen aufweist. Als Raster
werden hierbei sowohl gitterartige Anordnungen wie Matrizen oder
Wabenstrukturen als auch runde und spiralenförmige Raster
verstanden. Mehrere Fotodioden oder andere bereits erwähnte
Sensorelemente bzw. Messpunkte auf elektronischer Basis, z. B. Sensorelemente
zur Messung von Kapazitäts- und/oder Induktivitätsänderungen
oder Widerstandsmesspunkte, können in einem Raster angeordnet
sein. Diese Anordnung ermöglicht beispielsweise eine systematische
Zuordnung von Bereichen, in denen ein Materialauftrag auf der Oberfläche
stattgefunden hat. Es müssen jedoch nicht zwangsläufig alle
Rasterpunkte mit einem Sensorelement ausgestattet sein, da auch
die Auswahl repräsentativer Punkte auf dem Testfeld genügend
Rückschlüsse auf das Auftragsbild zulassen können.
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Vorzugsweise
wird mit Hilfe der Sensoranordnung ein Messsignal gemessen, welches
durch die spezifischen Eigenschaften des aufgetragenen Materials
beeinflusst wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden mittels einer Schaltungsanordnung, welche in,
auf und/oder unter derselben Oberfläche integriert ist,
in der das Testfeld mit der Sensoranordnung platziert ist, Anregungssignale
zum Auslesen der Sensoranordnung generiert. Als Anregungssignale
können beispielsweise elektrische Spannungen oder optische
Signale dienen. Diese Anregungssignale bzw. Auslesesignale können
zur Abfrage der einzelnen Sensorelemente der Sensoranordnung benutzt
werden, um zu prüfen, ob sich eine Eigenschaft der Sensoranordnung,
welche Eigenschaft durch den Materialauftrag beeinflusst wird, geändert
hat. Solche Eigenschaften können beispielsweise Kapazitäts- und/oder
Induktivitäts- und/oder Widerstandswerte in den Sensorelementen
sein. Ein Vorzug solcher Aufbauten mit einer Schaltungsanordnung
zur Generierung von Anregungssignalen, die in, auf oder unter bzw.
hinter der selben Oberfläche integriert ist, kann darin
gesehen werden, dass durch die unmittelbare Nähe eines
Signalgebers, welcher das Anregungssignal erzeugt, zur Sensoranordnung
eine von äußeren Einflüssen praktisch
unverfälschte Messung erfolgen kann. Wird das Signal dagegen
von außerhalb der Oberfläche zur Verfügung
gestellt wie beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem von außerhalb des
Testfeldes Licht auf das Testfeld gestrahlt und der Lichteinfall
gemessen wird, können zusätzliche äußere
Störfaktoren, wie zum Beispiel der Sprühnebel
während des Prozesses des Materialauftrags, die Messung
beeinträchtigen.
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Bei
den Varianten, bei denen z. B. eine Messung der Änderung
der elektrischen Kapazität an der Oberfläche durch
den Materialauftrag oder die Messung der Änderung der Induktivität
an der Oberfläche erfolgt, handelt es sich um eine Art „passiver"
Systeme, für die kein Signal über das aufgetragene
Material selbst geleitet werden muss. Dies kann den Vorzug bieten,
dass kontinuierlich, also auch schon während des Sprühvorgangs,
der Materialauftrag gemessen werden kann. Eine hierzu alternative
Methode einer Widerstandsmessung bietet unter anderem den Vorteil,
dass hierzu ein relativ einfacher Messaufbau genügt, wie
später noch erläutert wird.
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Der
Materialauftrag kann aber z. B. auch durch eine Fotodiode in, auf
und/oder unter der Oberfläche im Testfeld registriert werden.
Die Fotodiode registriert den Materialauftrag dadurch, dass die Oberfläche
dadurch ihre Transparenz verliert und/oder sich durch das Material
die Lichtstreuungseigenschaften verändern. Die Verwendung
einer Fotodiode ist technisch einfach und günstig, hat
jedoch den Nachteil, dass sich damit schwieriger transparente Materialien
detektieren lassen.
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In
einer bevorzugten, einfach aufgebauten Variante der Erfindung weisen
die Sensorelemente eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf und es
wird ein Messsignal gemessen, welches eine vom Materialauftrag abhängige
Signalübermittlungseigenschaft zwischen den Kontaktelementen
repräsentiert. In einer bevorzugten konkreten Anwendung
wird ein elektrischer Widerstand zwischen einem ersten Kontaktelement
(einer Anode) und einem zweiten Kontaktelement (einer Kathode) gemessen.
Da die Auftragsmaterialien in der Regel leitfähig sind, ändert
sich der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktelementen dieser
Widerstands-Sensorelemente in Abhängigkeit von der Bedeckung
der Sensorelemente mit dem Auftragsmaterial. Der Widerstand kann
sehr einfach durch Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Kontaktelemente,
als ein Anregungssignal, ermittelt werden. Die Messanordnung ist
dementsprechend einfach und der Aufbau ist somit sehr kostengünstig
herstellbar.
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Vorzugsweise
sind die Kontaktelemente so ausgebildet, dass sie ineinander greifende
komplementäre Formen bilden. Sind zum Beispiel die Kontaktelemente
eines Widerstands-Sensorelements kammartig ineinandergreifend angeordnet,
so ist bei einer gegebenen Gesamtfläche des Sensorelements die
Grenzlinie zwischen den Kontaktelementen relativ lang. Da der Widerstand
zwischen den Kontaktelementen in dem Maße reduziert wird,
wie diese Grenzlinie von dem Lackauftrag überbrückt
wird, ist bei einer langen Grenzlinie die Sensitivität
des Sensorelements größer. Eine weitere Anordnungsmöglichkeit
eines solchen Sensorelements können nebeneinanderliegende,
vorzugsweise ineinandergreifende Mäanderformen sein.
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Statt
eines elektrischen Anregungssignals kann auch die Übermittlungseigenschaft
von optischen Signalen, beispielsweise Lichtsignalen, gemessen werden.
Hierzu wird beispielsweise eine Fotodiode zur Lichtabstrahlung in
das aufgetragene Material verwendet und das über dieses
Material übertragene, an anderer Stelle empfangene Licht
in einer weiteren Fotodiode empfangen und gemessen.
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Bei
oben genannten Varianten der Erfindung werden von der Sensoranordnung
Messsignale generiert, wobei hierfür je nach Messmethode
zunächst Anregungs- oder Auslesesignale generiert werden. Die
Abfrage der einzelnen Messpunkte bzw. Sensorelemente kann dabei
seriell über eine Multiplexer-Schaltung erfolgen. Eine
solche serielle Abfrage kann vorteilhaft sein um Störeinflüsse
der Sensorelemente untereinander, insbesondere nebeneinander liegender
Sensorelemente, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Die Signale
können dann mit Hilfe elektronischer Wandlungs-, Bearbeitungs-
und Aufzeichnungsmethoden weiterverarbeitet werden. Dabei können
Signale, gegebenenfalls über einen Messverstärker
verstärkt und/oder einen Analog/Digital-Wandler gewandelt,
in ein Rechensystem eingespeist werden. Hierbei kann auch ein Schwellwert
für jedes Messsignal definiert sein, bei dessen Überschreiten
das Rechensystem eine ausreichende Benetzung des jeweiligen Messbereichs
mit Material registriert.
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Die
Prüfvorrichtung kann sowohl eine Signalauswerteeinrichtung
zum Auslesen der Sensorelemente und zur Auswertung des Auftragsbildes
als auch eine Steuersignaleinheit zur Erzeugung von Steuersignalen
für eine Steuereinrichtung der Sprühdüsenanordnung
aufweisen.
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Die
Signalauswerteeinrichtung kann zum Beispiel, wie oben bereits erwähnt,
zumindest teilweise in Form eines Rechners mit entsprechend programmierter
Software aufgebaut sein, der die Messsignale elektronisch verarbeitet
und an grafische Anzeigen, die Steuerelektronik und ggf. ein Speichermedium
weiterleitet. Vorteilhaft hieran sind die einfache Handhabbarkeit
und die akkurate Verarbeitung der Messsignale. Unter Nutzung des
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Messverfahrens
kann, wie später noch erläutert wird, z. B. von
der Signalauswerteeinrichtung ein genaues Abbild des Materialauftrags
auf dem Testfeld wiedergeben werden. Die Signalauswerteeinrichtung
kann aber auch ganz oder teilweise als analoges elektronisches System aufgebaut
sein.
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Die
Steuersignaleinheit nimmt die ausgewerteten Messsignale einer solchen
Signalauswerteeinrichtung auf und verarbeitet diese weiter. So kann
die Steuersignaleinheit aus den verarbeiteten Messsignalen Steuersignale
für die Steuereinrichtung der Sprühdüsenanordnung
generieren. Die Steuersignaleinheit kann hierzu einen elektronischen
Impulsgeber aufweisen, der direkt mit der Signalauswerteeinrichtung
durch entsprechende Software gekoppelt ist. Dies hätte
unter anderem den Vorzug einer verlustfreien Datenübertragung,
so dass die abgeleiteten Steuersignale für die Steuereinrichtung
genau dieselbe Genauigkeit wie die Messung selbst aufweisen. Es
ist jedoch auch möglich, ein separates Steuergerät
mit den Daten der Signalauswerteeinrichtung zu versorgen, das diese
Signale dann ggf. durch die Steuereinrichtung zunächst
in mechanische Bewegungen, beispielsweise von motorischen Antrieben oder
Kolben wandelt, die indirekt die Sprühdüsenanordnung
regeln. Die Steuersignaleinheit kann auch in Form eines Rechners
mit entsprechender Software realisiert sein. Insbesondere ist es
auch möglich, die Steuersignaleinheit gemeinsam mit der
Signalauswerteeinrichtung oder zumindest Teilen der Signalauswerteeinrichtung
in einem Rechner zu kombinieren, d. h. die jeweiligen Teile als
miteinander kommunizierende Softwaremodule auf einen Rechner zu realisieren.
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Je
nach angewandter Messmethode und Messschaltung können mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer
entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung unterschiedliche
Messgrößen ermittelt werden, die die Güte
des Materialauftrags bestimmen. Neben der Schichtdicke sind dies
vor allem die Gleichmäßigkeit und die Sprühbreite
des Materialauftrags.
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Bevorzugt
wird mittels einer Anzeigevorrichtung eine grafische Darstellung
des Bildes des Materialauftrags durchgeführt. Als Anzeigevorrichtung wird
zum Beispiel ein Monitor verwendet. Der Vorteil der Kopplung des
Messverfahrens mit einem Bildgebungsverfahren kann in der direkten
Abbildung des Auftragsbildes liegen, da Abweichungen schnell von einer
Kontrollperson festgestellt werden können. Statt eines
Monitors oder zusätzlich zu diesem kann ein Drucker zur
Bilddarstellung verwendet werden. Beide erwähnten Anzeigevorrichtungen
können neben dem Vorhandensein eines Materialauftrags,
beispielsweise durch Darstellung in unterschiedlichen Farben, auch
weitere Eigenschaften wie die Auftragsdicke visualisieren. Die Anzeige
mittels entsprechender Vorrichtung – ebenso wie die digitale
Speicherung der gewonnen Daten – kann im Folgenden auch
in der Qualitätssicherung, etwa zur Nachweiskontrolle,
verwendet werden.
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Weiterhin
wird die Messung des Ist-Auftragsbilds bevorzugt mit einem definierten
Normal-Auftragsbild-Messsignal verglichen. Ein solches Normal-Auftragsbild
kann beispielsweise in der Signalauswerteeinrichtung hinterlegt
sein. Ein derartiger Soll-Abgleich mit einer als optimal definierten
Verlaufskurve der Messung hat den möglichen Vorzug, dass
neben Messkurven auch Abweichungskurven von Sollverläufen
erkennbar und damit Fehlermeldungen möglich sind. Neben
dem Soll-Abgleich kann auch ein Vergleich mit einem Nullsignal bzw. Null-Auftragsbild
erfolgen, das vor dem Testauftrag aufgenommen wird. Auf diese Weise
können Fehlmessungen durch Verschmutzungen o. ä.
vermieden werden.
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Ein
solcher Abgleich ist besonders geeignet, wenn in einer Anlage mehrere
Sprühdüsenanordnungen hintereinander oder alternativ
zueinander zum Einsatz kommen, da dann für jede Sprühdüsenanordnung
einzeln eine Kalibrierung erfolgen kann.
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Eine
besondere Ausführungsform dieses Verfahrens mit einem Vergleich
des realen Auftragsbildes mit einem definierten Soll-Auftragsbild
besteht darin, dass aus diesem Vergleich wie bereits oben erwähnt
ein Steuerungssignal für die Regelung der Sprühdüsenanordnung
erzeugt wird. So kann die weitere Verwendung der Sprühdüsenanordnung
bei Überschreiten eines Grenz-Abweichungswertes von dem
als optimal definierten Auftragsbild komplett gestoppt und/oder
ein Alarm ausgegeben werden. Alternativ zu einer kompletten Abschaltung
der Sprühdüsenanordnung kann auch eine Variierung
der Sprühparameter wie Abstand, Richtung, Strahlbreite, Sprühdruck
oder Häufigkeit der Sprühvorgänge zur Regelung
verwendet werden. Im Übrigen kann auch eine Sprühdüsenanordnung
automatisiert gegen eine andere ausgetauscht werden. Diese Kopplung von
Messabgleich und Steuerung kann für den Nutzer den Vorzug
bieten, dass die Messung gravierender Störungen schnell
und effektiv zur Fehlerbehebung führt.
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Bevorzugt
erfolgt die Messung in einem definierten Abstand der Sprühdüsenanordnung
vom Testfeld. Befinden sich Sprühdüsenanordnung
und Testfeld bei der Messung bzw. beim Aufbringen des Materials
auf das Testfeld in einem festgelegten Abstand zueinander, ergibt
sich unter anderem der Vorteil, dass ein entscheidender Messparameter
konstant eingestellt ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung so ausgebildet
sein, dass die Sprühdüsenanordnung immer wiederkehrend
zur Messung in einem definierten Abstand vom Testfeld angeordnet
wird.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Testfeld im mit einem
Sprühauftrag zu versehenden Werkstück integriert.
Ein Werkstück, beispielsweise ein zu lackierendes Blech,
kann z. B. in einem Teilbereich mit einem Testfeld ausgestattet
sein und durch eine Sprühpistole automatisch lackiert werden.
Hierbei kann die Prüfung des Auftragsbilds unmittelbar bei
der Beschichtung des Werkstücks selbst erfolgen. Die Integration
eines Testfelds in das Werkstück ist sowohl in automatisierten
Vorrichtungen wie Lackieranlagen als auch bei Lackierungen unterschiedlich
großer Werkstücke durch manuell geführte Sprühdüsen anordnungen
wie Lackierpistolen möglich. Bei der Wahl dieser Methode
ist der Nutzen gegen die höheren Kosten für die
Integration des Testfelds im Werkstück und niedrigeren
Taktfrequenzen abzuwägen. Die Integration im Werkstück
bietet sich in erster Linie bei ohnehin teuren Werkstücken
mit besonders hohen Qualitätsanforderungen an, da hier der
entscheidende Kostenfaktor in erster Linie in der Produktion von
Ausschuss liegt.
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Bevorzugt
ist das Testfeld eine fest integrierte oder austauschbare Komponente
der Lackiereinrichtung. Es kann sich dann z. B. in einem seitlichen Randbereich
der Reichweite der Sprühdüsenanordnung befinden
und wird vor einem oder zwischen zwei Sprühvorgängen
von der Sprühdüsenanordnung besprüht.
Hieraus ergeben sich zahlreiche Vorteile; unter anderem entstehen
geringere Kosten für die Bereitstellung des Testfeldes,
das einfach wieder verwendbar ist, und es ist durch die wiederholte
Verwendung eben dieses Testfeldes ein höherer Mess-Standardisierungsgrad
erreichbar. Alternativ kann das Testfeld auch in dem Bereich angeordnet werden,
in dem nach dem Testauftrag die Lackierung des Werkstücks
erfolgt. Beispielsweise können in einer Lackierstraße
in regelmäßigen Abständen zwischen den
Werkstücken, auf die das Material aufzubringen ist, Testfelder
an den einzelnen Sprühdüsenanordnungen entlang
geführt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach
der Gütemessung eine Reinigung des Testfeldes gemäß einer
speziellen Variante der Erfindung mit Hilfe eines Rakels und/oder
einer Bürste. Noch bevor der Materialauftrag auf der Oberfläche
fest geworden (beispielsweise der Lack getrocknet) ist, kann das
Material wieder entfernt werden. Vorteilhaft an der nachträglichen
Reinigung ist unter anderem, dass das Testfeld somit wieder verwendbar
ist und ein einmal definierter Messstandard nahezu konstant erhalten
bleibt. Ist das Material bereits mit der Oberfläche verbunden,
kann die Reinigung chemisch durch Reinigungsflüssigkeiten
wie Wasser oder lösemittelhaltige Substanzen unterstützt
werden.
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In
einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, bei der
eine Reinigung des Testfelds erfolgt, ist das Testfeld auf der Oberfläche
eines rotierenden Zylinders angebracht. Dabei sind bevorzugt zu
jedem Zeitpunkt bestimmte Umfangssegmente des Zylinderumfangs bestimmten
Verfahrensschritten zugewiesen. Hierzu sind entlang des Umfangs
des Zylinders an verschiedenen Stationen bestimmte Anordnungen für
die Durchführung einzelner Verfahrensschritte angebracht.
Neben dem Testauftrag des Sprühbildes und der Messung besteht
mindestens ein Verfahrensschritt gemäß einer besonders
vorteilhaften Ausbildung dieser Ausführungsform im Abzug der
aufgetragenen Substanz. Als Vorzug dieses Aufbaus kann unter anderem
angesehen werden, dass das Messverfahren zügiger und praktisch
ohne Unterbrechung durchführbar wird. Zusätzlich
zu Testauftrag und Abzug der Substanz können als Verfahrensschritte
der Auftrag eines Reinigungsmittels, eine Trocknung und ggf. weitere
Schritte erfolgen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten
Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher
erläutert. Hieraus ergeben sich noch weitere Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Testfelds während eines Test-Materialauftrags in seitlicher
Ansicht,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Testfelds während eines Test-Materialauftrags in seitlicher
Ansicht,
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3 das
erfindungsgemäße Testfelds gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel in Frontalansicht mit vergrößerter
Detaildarstellung,
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4 eine
schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Signalauswerteeinrichtung
mit weiteren elektronischen Komponenten,
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5 eine
schematische perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsbeispiel
einer Lackiereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Prüfvorrichtung gemäß einer ersten Variante,
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6 eine
schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Lackiereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Prüfvorrichtung gemäß einer zweiten Variante,
im Ablaufschema dargestellt.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Testfelds 3 dargestellt,
auf das mit Hilfe einer Sprühdüsenanordnung 2 ein
Test-Materialauftrag 4 aufgebracht wird. Hinter der als
transparente Glasplatte ausgebildeten Oberfläche, d. h.
der Seite des Testfelds, die mit dem Materialauftrag versehen wird, liegt
als Messanordnung eine Anzahl von Sensorelementen, hier in Form
von Fotodioden 5. In den Bereichen der Oberfläche
des Testfelds 3, in denen der Materialauftrag erfolgt,
messen die darunter liegenden Fotodioden eine Veränderung
der Transparenz an der Oberfläche oder der Lichtstreuungseigenschaften.
Die so generierten Messsignale werden an eine Messelektronik einer
Signalauswerteeinrichtung (hier nicht dargestellt) weitergeleitet.
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In
den 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Testfelds 3 dargestellt. Hier dienen an der Oberfläche
aufgebrachte, beispielsweise gedruckte, Widerstands-Sensorelemente 6 der Messung
des Materialauftrags 4 auf das Testfeld 3. Wird
der Bereich des Widerstands-Sensorelements 6 durch den
Materialauftrag benetzt, so verringert sich der Widerstand von Unendlich
auf einen messbaren Wert, der auch Rückschlüsse über
die Auftragsdicke des Materials in diesem Bereich zulässt.
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In 3 ist
das Testfeld 3 in Frontalansicht dargestellt, wobei hier
eine Vielzahl der in einem Raster angeordneten Widerstands-Sensorelementen 6 erkennbar
sind. Als Detailausschnitt ist ein Widerstands-Sensorelement 6 vergrößert
dargestellt. Es ist zu erkennen, dass jedes der Sensorelemente 6 aus
zwei Kontaktelementen A, B besteht, die kammartig ausgebildet sind
und nahe beieinander, versetzt ineinander greifend angeordnet sind.
Erfolgt an nur einer Stelle eine Bedeckung mit einem elektrisch leitfähigen
Material, wie z. B. einem Lack, werden automatisch die Stromkreise
zwischen den jeweiligen Kontaktelementen A, B geschlossen. Da beide
Kontaktelemente so nahe beieinander liegen und ineinander versetzt
sind, kann gewährleistet werden, dass der Widerstand in
Abhängigkeit von der Güte des Materialauftrags
bzw. in Abhängigkeit von der Vollflächigkeit des
Auftrags auf dem durch die Kontaktelemente A, B gebildeten Sensorbereich
sinkt. Ein Störstrom zwischen den einzelnen Sensorelementen 6 kann
dadurch verhindert werden, dass die Sensorelemente 6 mit
Hilfe einer geeigneten Signalauswerteeinrichtung seriell zeitlich
versetzt angesteuert bzw. ausgelesen werden.
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4 zeigt
eine spezielle Ausführungsform einer Signalauswerteeinrichtung
22 im
Schema. Von einem Sensorelement
6 (wie in
3)
führen zwei elektrische Leitungen zu einer Messschaltung
8.
Als Messschaltung
8 wird hier eine Wheatstone'sche Brücke
verwendet. An einen Stromkreis ist hierzu eine Anregungsspannung
Ue angelegt. Parallel geschaltet sind jeweils zwei Widerstände;
auf der einen Seite der Parallelschaltung zwei Widerstände
R1 und R2 mit bekannten Widerstandswerten und auf der anderen Seite
ein Widerstand R3 und das Sensorelement
6, das als variabler
Widerstand fungiert. Die Parallelschaltung wird zwischen den jeweils
hintereinandergeschalteten Widerständen R1 und R2 sowie R3
und dem Sensorelement überbrückt und hier eine Spannung
Ua gemessen. Da die Widerstände R1, R2, R3 konstant und
bekannt sind, variiert die Spannung Ua abhängig vom Widerstandswert
des Sensorelements
6. Die Abhängigkeit der Messspannung Ua
vom Widerstandswert Rx des Sensorelements
6 lautet
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Da
Rx in Abhängigkeit vom Lackauftrag auf dem Sensorelement 6 sinkt,
gilt dies auch für die Messspannung Ua, welche als Messsignal
weiterverwendet werden kann. Mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 7 wird
ein digitales Messsignal generiert, welches in ein Datenverarbeitungssystem 9 eingespeist
wird. Dieses wertet die Daten weiter aus gibt beispielsweise auf
einer Anzeigevorrichtung 11, z. B. einem Monitor und/oder
einem Drucker, ein Ist-Auftragsbild, welches den Materialauftrag
auf dem Testfeld 3 wiedergibt, aus. Dieses Ist-Auftragsbild
kann zu Dokumentationszwecken in einem Datenspeichermedium 12 gespeichert
werden. Ebenso kann eine weitere Auswertung, wie z. B. ein Vergleich
mit einem Normal-Auftragsbild bzw. Soll-Auftragsbild, erfolgen und
Abweichungen können optisch und/oder akustisch signalisiert
werden. Weiterhin kann auch von einer im Datenverarbeitungssystem 9 integrierten
Steuersignaleinheit z. B. ein Steuersignal für die Steuereinrichtung 10 für
die zu kontrollierende Sprühdüsenanordnung bzw.
die Lackiereinrichtung generiert werden.
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5 zeigt
eine Lackiereinrichtung 21, die neben einer Sprühdüsenanordnung 2 mit
Roboterarm 13 und Steuereinrichtung 10 eine Prüfvorrichtung 1 gemäß einen
Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist.
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Die
Prüfvorrichtung 1 ist hier mit einer Anordnung
zur Reinigung des Testfelds 3 nach einem Materialauftrag 4 ausgebildet.
Mit der mit Hilfe des Roboterarms 13 bewegten Sprühdüsenanordnung 2 wird
zur Kontrolle der Sprühdüsenanordnung 2 ein Materialauftrag 4,
beispielsweise ein Lack, auf die Oberfläche des Testfelds 3 gesprüht.
Von einer Signalauswerteeinrichtung 22 werden die Sensorelemente 6 (von
denen schematisch hier nur eines dargestellt ist) des Testfelds 3 ausgelesen
und die Messsignale wie oben erläutert verarbeitet. Die
dabei generierten Steuersignale können an die Steuereinrichtung 10 weitergeleitet
werden, die wiederum den Roboterarm 13 und/oder die Sprühdüsenanordnung 2 steuern
kann, um so Fehlern im Auftragsbild so weit wie möglich
entgegenzuwirken.
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Nach
der Messung wird mit Hilfe eines Reinigungsmittels, welches mit
einer Auftragsdüse 14 auf das Testfeld 3 gebracht
wird, und mit einer mechanischen Reinigungsvorrichtung, hier eines
Rakels 15, welches mit einem pneumatischen oder hydraulischen
Hubzylinder bewegt werden kann, die Oberfläche des Testfelds 3 gereinigt.
Die gelösten Materialreste gelangen in einen Auffangbehälter 17.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung mit
Reinigungsanordnungen stellt 6 schematisch
dar. Hier sind mehrere Testfelder 3 an der Oberfläche
eines in Pfeilrichtung rotierenden Zylinders 20 angeordnet.
Die Testfelder 3 sind hier schematisch durch hinter der
Oberfläche liegende Messplatinen angedeutet. Im Bereich
unten rechts erfolgt der Materialauftrag 4 aus einer Sprühdüsenanordnung 2 sowie
die Messung mit Hilfe einer Messelektronik (nicht dargestellt).
Im nächsten Viertelsegment des Zylinderumfangs (oben rechts)
befindet sich eine Auftragsdüse 14 für
Reinigungsmittel, im darauffolgenden Viertelsegment (oben links)
ein Rakel 15, welches mit Hilfe einer Anpressfeder 18 an die
Zylinderoberfläche angedrückt wird, so dass die Materialreste
in einen Auffangbehälter 17 gelangen. Im letzten
Viertelsegment des Zylinders 20 (unten links) ist eine
Trockenvorrichtung 19 angeordnet. Innerhalb einer vollen
Umdrehung des Zylinders 20 werden daher Materialauftrag
und Messung sowie die vollständige Reinigung der Oberfläche
durchgeführt. Dadurch steht für jeden Messvorgang
sofort ein gereinigtes Testfeld zur Verfügung. Je nach
Auftragsmaterial können einzelne Verfahrensschritte aus
diesem Ablaufschema weggelassen werden oder optional weitere hinzukommen.
Beispielsweise kann es möglich sein, das aufgetragene Material
auch ohne Reinigungsflüssigkeiten wieder abzurakeln, wodurch sowohl
der Reinigungsmittelauftrag als auch die Trocknung wegfallen können.
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Es
wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass
es sich bei den in den Figuren dargestellten Vorrichtungen sowie
den im Zusammenhang damit erläuterten konkreten Verfahren
um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in
vielfacher Hinsicht variiert werden können, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen. Es wird außerdem der Vollständigkeit
halber darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein"
bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden
Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Sprühdüsenanordnung
- 3
- Testfeld
- 4
- Materialauftrag
- 5
- Fotodiode
- 6
- (Widerstands-)Sensorelement
- 7
- Analog/Digital-Wandler
- 8
- elektronische
Messvorrichtung
- 9
- Datenverarbeitungssystem
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Anzeigevorrichtung
- 12
- Datenspeichermedium
- 13
- Roboterarm
- 14
- Sprühdüse
für Reinigungsflüssigkeit
- 15
- Rakel
- 16
- Hubzylinder
für Rakelvorrichtung
- 17
- Auffangbehälter
- 18
- Anpressfeder
- 19
- Trockendüse
- 20
- Zylinder
- 21
- Lackiereinrichtung
- 22
- Signalauswerteeinrichtung
- A
- erstes
Kontaktelement
- B
- zweites
Kontaktelement
- Ua
- Spannung
- Ue
- Anregungsspannung
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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