DE102008018881B4 - Method and device for applying a viscous material to a workpiece and use of a needle valve for a device for applying a viscous material to a workpiece - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück (12) in Form von mindestens einer auf einer Auftragsbahn (22) auf einer Werkstückoberfläche angeordneten Materialraupe (24) mit vorbestimmter Länge, wobei die Geometrie der Auftragsbahn (22) in eine Robotersteuereinheit (21) eingegeben wird, wobei ein durch die Robotersteuereinheit (21) angesteuerter Roboter (14) eine ein Auftragsventil (20) aufweisende Auftragsvorrichtung (18) entlang der Auftragsbahn (22) relativ zum Werkstück (12) bewegt, und wobei das viskose Material druckbeaufschlagt durch Öffnen und Schließen des Auftragsventils (20) auf das Werkstück (12) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Datenspeicher einer Ventilsteuereinheit (27) Solldaten (28) für die Länge der mindestens einen Materialraupe (24) eingegeben werden, dass die Robotersteuereinheit (21) während des Materialauftrags die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung (18) relativ zum Werkstück (12) charakterisierende Geschwindigkeitsdaten (30) an die Ventilsteuereinheit (27) übermittelt, dass die Ventilsteuereinheit (27) aus den Solldaten (28) und den Geschwindigkeitsdaten (30) die Öffnungs- und Schließzeitpunkte berechnet, zu denen das Auftragsventil (20) für den Auftrag der mindestens einen Materialraupe (24) zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, und dass das Auftragsventil (20) zu den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten zum Öffnen bzw. Schließen von der Ventilsteuereinheit (27) angesteuert wird.Method for applying a viscous material to a workpiece (12) in the form of at least one bead of material (24) arranged on an application path (22) on a workpiece surface and having a predetermined length, the geometry of the application path (22) being input into a robot control unit (21) is, wherein a robot (14) controlled by the robot control unit (21) moves an application device (18) having an application valve (20) along the application path (22) relative to the workpiece (12), and wherein the viscous material is pressurized by opening and closing of the application valve (20) is applied to the workpiece (12), characterized in that setpoint data (28) for the length of the at least one bead of material (24) are entered into a data memory of a valve control unit (27) that the robot control unit (21) during of the material application the speed of the application device (18) relative to the workpiece (12) characterizing s data (30) transmitted to the valve control unit (27) that the valve control unit (27) calculates the opening and closing times from the setpoint data (28) and the speed data (30) at which the order valve (20) is required to order the at least one The bead of material (24) is to be controlled for opening and closing, and that the application valve (20) is controlled by the valve control unit (27) at the opening and closing times for opening and closing.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to a method for applying a viscous material to a workpiece according to the preamble of
Solche Verfahren und Vorrichtungen (vgl.
Bei den herkömmlichen Verfahren werden somit meist lange kontinuierliche Klebstoffstränge auf die Auftragsbahn aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung der Schweißverbindungen der elektrisch isolierende Klebstoff an den Schweißpunkten erst durch Zusammenpressen der Werkstücke durch die Schweißzangen verdrängt werden muß. Kann der Klebstoff am Schweißpunkt nicht vollständig verdrängt werden, ist es dem Zufall überlassen, ob eine entsprechend stabile Schweißverbindung an diesem Punkt hergestellt werden kann. Desweiteren verdampft der Klebstoff beim Schweißen und verbrennt bei den erreichten Temperaturen von deutlich über 1 000° C. Dabei werden unkontrolliert Dämpfe und Gase freigesetzt, die gesundheitsschädlich sein können und die deshalb in einer Fertigungshalle aufwendige Absauganlagen erfordern. Schließlich stellt der Klebstoffauftrag an den Schweißpunkten eine unnötige Materialverschwendung dar.In conventional methods, long, continuous strands of adhesive are therefore usually applied to the application web. As a result, when the welded connections are made, the electrically insulating adhesive at the weld points must first be displaced by the welding tongs by pressing the workpieces together. If the adhesive cannot be completely displaced at the welding point, it is left to chance whether a correspondingly stable welded connection can be made at this point. Furthermore, the adhesive evaporates during welding and burns at the temperatures of well over 1,000 ° C. This releases uncontrolled vapors and gases which can be harmful to health and which therefore require complex extraction systems in a production hall. After all, applying glue to the welding points is an unnecessary waste of material.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auch kurze Materialraupen einzeln oder in kurzer Abfolge unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück zuverlässig auf ein Werkstück aufgebracht werden können.It is therefore the object of the invention to develop a method and a device of the type mentioned in such a way that even short beads of material can be reliably applied to a workpiece individually or in short succession, regardless of the relative speed between the application device and the workpiece.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 2 können kurze Materialraupen hintereinander in kurzen definierten Abständen aufgebracht werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.The object is achieved according to the invention by a method with the features of
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Steuerung des Roboters und die Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Auftragsventils zu entkoppeln. Die Robotersteuereinheit ist dann lediglich für die Bewegung der Auftragsvorrichtung relativ zum Werkstück verantwortlich. Diese Bewegung, die entlang einer komplizierten dreidimensionalen Auftragsbahn stattfinden kann, lastet auch moderne Robotersteuereinheiten in der Regel fast vollständig aus. Zudem kann die Signalübertragung von der Robotersteuereinheit an das Auftragsventil nicht deterministisch, also nicht mit der gewünschten zeitlichen Genauigkeit stattfinden. Für das Auftragsventil ist eine gesonderte Ventilsteuereinheit vorgesehen, die für die Ansteuerung des Auftragsventils zum Öffnen und Schließen verantwortlich ist. Sie muß lediglich vor Beginn des Materialauftrags mit den Solldaten für die Längen und Abstände der Materialraupen versehen werden. Die Abstände zwischen den Materialraupen werden dabei vom Durchmesser der zwischen den Materialraupen anzubringenden Schweißpunkte bestimmt. Hinzu kommt ein Sicherheitsabstand zwischen der Materialraupe und dem Schweißpunkt, so dass ein Verdampfen oder gar Verbrennen des aufgebrachten Materials beim Herstellen der Schweißverbindung zumindest reduziert wird. Von der Robotersteuereinheit erhält die Ventilsteuereinheit während des Materialauftrags Daten, die die Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück charakterisieren, und kann somit die Zeitpunkte berechnen, zu denen das Auftragsventil zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, um die gewünschten Materialraupen zu erhalten.The invention is based on the idea of decoupling the control of the robot and the control of the opening and closing processes of the application valve. The robot control unit is then only responsible for moving the application device relative to the workpiece. This movement, which can take place along a complicated three-dimensional application path, also normally uses almost all of modern robot control units. In addition, the signal transmission from the robot control unit to the application valve cannot take place deterministically, i.e. not with the desired temporal accuracy. A separate valve control unit is provided for the application valve, which is responsible for activating the application valve for opening and closing. It only has to be provided with the nominal data for the lengths and distances of the material beads before starting the material application. The distances between the bead of material are determined by the diameter of the weld points to be made between the bead of material. In addition, there is a safety distance between the bead of material and the welding point, so that evaporation or even burning of the applied material is at least reduced when the welded connection is made. During the application of the material, the valve control unit receives data from the robot control unit which characterize the relative speed between the application device and the workpiece, and can thus calculate the times at which the application valve should open and close is to be controlled in order to obtain the desired bead of material.
Das Auftragsventil ist vorteilhaft als Nadelventil ausgebildet, und seine Nadel wird durch Beaufschlagung eines mit ihr verbundenen Kolbens mit Druckluft zum Öffnen von einem Ventilsitz abgehoben und zum Schließen auf den Ventilsitz gedrückt. Diese Maßnahme verkürzt die Schaltzeit des Auftragsventils gegenüber den beim Klebstoffauftrag bisher verwendeten Nadelventilen, die mittels Druckluftbeaufschlagung des Kolbens geöffnet und durch die Rückstellkraft einer Feder geschlossen werden. Dabei wird die Druckluft vorteilhaft zum Öffnen bzw. zum Schließen in eine Kolbenkammer eingeleitet, und die Kolbenkammer wird unmittelbar nach dem Öffnen bzw. Schließen wieder entlüftet. Das Entlüften der Kolbenkammer kurz nach dem Schalten des Auftragsventils bewirkt, dass die Druckluft nicht erst beim nächsten Schalten zeitaufwendig aus der Kolbenkammer entweichen muß, so dass die Schaltzeit weiter verkürzt wird. Bei den somit verwirklichten kurzen Schaltzeiten verbleibt die Nadel durch ihre Trägheit auch nach dem Entlüften der Kolbenkammer ausreichend zuverlässig in ihrer Position.The application valve is advantageously designed as a needle valve, and its needle is lifted from a valve seat for opening by the application of compressed air to a piston connected to it and is pressed onto the valve seat to close. This measure shortens the switching time of the application valve compared to the needle valves previously used for applying adhesive, which are opened by applying compressed air to the piston and closed by the restoring force of a spring. The compressed air is advantageously introduced into a piston chamber for opening or closing, and the piston chamber is vented again immediately after opening or closing. The venting of the piston chamber shortly after switching the application valve means that the compressed air does not have to escape from the piston chamber in a time-consuming manner the next time it is switched, so that the switching time is further shortened. With the short switching times thus achieved, the needle remains sufficiently reliably in its position due to its inertia even after the piston chamber has been vented.
Vorzugsweise sendet die Robotersteuereinheit zu Beginn und zum Ende der Bewegung der Auftragsvorrichtung, also am Startpunkt und am Endpunkt der Auftragsbahn, jeweils ein Signal an die Ventilsteuereinheit, wodurch diese zu Beginn aktiviert und zum Ende deaktiviert wird. Es ist möglich, dass die Solldaten für die Längen und Abstände der Materialraupen vor Beginn des Materialauftrags von Hand in den Datenspeicher der Ventilsteuereinheit eingegeben werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Solldaten mittels eines Datenverarbeitungsprogramms generiert und in den Datenspeicher der Ventilsteuereinheit eingelesen werden. Hierzu kommt insbesondere die Generierung der Solldaten mittels eines CAD-Programms in Frage. Genauso ist es möglich, von Hand in den Datenspeicher eingegebene Solldaten, beispielsweise zur Änderung der vom CAD-Programm vorgegebenen Daten, wiederum mittels einer Rückkopplung in einen Datenspeicher des CAD-Systems zu überführen.The robot control unit preferably sends a signal to the valve control unit at the beginning and at the end of the movement of the application device, ie at the starting point and at the end point of the application path, whereby it is activated at the beginning and deactivated at the end. It is possible that the nominal data for the lengths and distances of the material beads are entered manually into the data memory of the valve control unit before the material application begins. However, it is preferred that the target data are generated by means of a data processing program and read into the data memory of the valve control unit. For this purpose, the generation of the nominal data by means of a CAD program comes into question. It is also possible to transfer nominal data entered manually into the data memory, for example to change the data specified by the CAD program, in turn by means of a feedback into a data memory of the CAD system.
Zweckmäßig fließt die Schaltzeit des Auftragsventils, die von seiner Ansteuerung bis zu seinem Öffnen bzw. bis zu seinem Schließen verstreicht, in die Berechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte ein. Dabei kann eine vorab bestimmte Schaltzeit im Datenspeicher der Ventilsteuereinheit gespeichert sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Steltung der Nadel mittels eines Sensors zeitabhängig gemessen und an die Ventilsteuereinheit übermittelt. Die Ventilsteuereinheit berechnet dann stets aufs Neue die Dauer der Schaltzeit und lässt diese in die Berechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte einfließen. Im Laufe des Betriebs kann sich die Schaltzeit des Auftragsventils durch Verschleiß oder durch Aushärten von Klebstoff verändern. Diese Veränderung liegt regelmäßig im Bereich weniger Millisekunden und ist beim Auftrag langer Materialraupen wenig relevant. Beim Auftrag von kurzen Materialraupen, die in kurzen Abständen zueinander angeordnet werden, wobei das Auftragsventil für Zeiträume in der Größenordnung von 10 Millisekunden geöffnet bzw. geschlossen wird, sind solche Änderungen der Schaltzeit jedoch hoch relevant. Ist die Schaltzeit des Auftragsventils der Ventilsteuereinheit bekannt, kann diese den Öffnungs- bzw. Schließvorgang um die entsprechende Zeit früher starten, so dass auch nach längerem Betrieb die Materialraupen und deren Abstände zueinander in der gewünschten Genauigkeit erhalten werden können. Für die Bestimmung der Schaltzeit ist es ausreichend, wenn der Sensor ein Signal an die Ventilsteuereinheit übermittelt, wenn die Nadel ihre Endstellungen erreicht und verlässt. Eine präzisere Messung des Öffnungs- und Schließverhaltens des Auftragsventils erhält man, wenn die Stellung der Nadel in vorbestimmten, kurzen Zeitabständen oder kontinuierlich mit einem analogen Sensor gemessen wird. Vorteilhaft wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn die ermittelte Schaltzeit einen vorgegebenen Wert überschreitet. Das Fehlersignal kann anzeigen, dass das Auftragsventil ausgetauscht werden muss. Es können auch verschiedene Fehlersignale beim Überschreiten verschiedener vorgegebener Werte vorgesehen sein, die den fortlaufenden Verschleiß des Auftragsventils wiedergeben.The switching time of the application valve, which elapses from its activation to its opening or to its closing, expediently flows into the calculation of the opening and closing times. A switching time determined in advance can be stored in the data memory of the valve control unit. According to an advantageous development of the method, the position of the needle is measured as a function of time by means of a sensor and transmitted to the valve control unit. The valve control unit then always recalculates the duration of the switching time and incorporates this into the calculation of the opening and closing times. During operation, the switching time of the application valve can change due to wear and tear or due to the hardening of the adhesive. This change is usually in the range of a few milliseconds and is of little relevance when applying long material beads. When applying short beads of material that are arranged at short distances from one another, with the application valve being opened or closed for periods of the order of magnitude of 10 milliseconds, however, such changes in the switching time are highly relevant. If the switching time of the application valve of the valve control unit is known, the valve control unit can start the opening or closing process earlier by the appropriate time so that the bead of material and their spacing from one another can be maintained with the desired accuracy even after prolonged operation. To determine the switching time, it is sufficient if the sensor transmits a signal to the valve control unit when the needle reaches and leaves its end positions. A more precise measurement of the opening and closing behavior of the application valve can be obtained if the position of the needle is measured at predetermined, short time intervals or continuously with an analog sensor. An error signal is advantageously generated when the determined switching time exceeds a predetermined value. The error signal can indicate that the application valve needs to be replaced. Different error signals can also be provided when different predetermined values are exceeded, which reflect the ongoing wear of the application valve.
Als Ventil kommt vorzugsweise ein Nadelventil zum Einsatz, das eine Auftragsdüse für das viskose Material und eine zur Auftragsdüse führende, an einen Vorratsbehälter anschließbare, zumindest teilweise durch seinen Ventilkörper verlaufende Zuführleitung aufweist. Dabei ist die Zuführleitung im Ventilkörper in mindestens zwei in die Auftragsdüse mündende Zuführkanäle geteilt, wobei jeder der Zuführkanäle mindestens eine im Ventilkörper gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals auf einen Ventilsitz wirkende Nadel aufweist. Ein solches Nadelventil weist eine erheblich kürzere Schaltzeit zum erneuten Öffnen auf. Hintergrund ist, dass jedes Ventil eine sogenannte Totzeit aufweist, während der es nach seinem Schließen nicht wieder geöffnet werden kann. Die Totzeit wird beispielsweise dadurch bedingt, dass nach dem Schließen des Ventils durch Druckluftbeaufschlagung des mit der Nadel verbundenen Kolbens erst die Kolbenkammer entlüftet werden muß, bevor die Nadel wieder vom Ventilsitz abgehoben werden kann. Auch die Schaltzeit eines Magnetventils, das die Druckluftzufuhr steuert, ist zu berücksichtigen. Weist das Nadelventil zwei Zuführkanäle auf, so kann der Materialauftrag wahlweise durch Öffnen eines der beiden Zuführkanäle erfolgen. Dies hat zur Folge, dass bereits eine sehr kurze Zeit nach dem Schließen des ersten Zuführkanals der zweite Zuführkanal geöffnet und der Materialauftrag fortgesetzt werden kann. Hierdurch können sehr kurze Lücken zwischen den Materialraupen erzielt werden.A needle valve is preferably used as the valve, which has an application nozzle for the viscous material and a feed line leading to the application nozzle, connectable to a storage container and at least partially extending through its valve body. The supply line in the valve body is divided into at least two supply channels opening into the application nozzle, each of the supply channels having at least one needle mounted in the valve body and acting on a valve seat to close the supply channel. Such a needle valve has a considerably shorter switching time for reopening. The reason for this is that every valve has a so-called dead time during which it cannot be opened again after it has been closed. The dead time is due, for example, to the fact that after the valve is closed, the piston chamber connected to the needle must first be vented by pressurizing the piston with compressed air before the needle can be lifted off the valve seat again. The switching time of a solenoid valve that controls the compressed air supply must also be taken into account. If the needle valve has two feed channels, the material can optionally be applied by opening one of the two feed channels. As a result, a very short time after the first feed channel is closed, the second Feed channel opened and the material application can be continued. This allows very short gaps to be achieved between the bead of material.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Nadelventil in seinem zur Auftragsdüse führenden Zuführkanal zwei im Ventilkörper gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals auf jeweils einen Ventilsitz wirkende Nadeln aufweisen. Zum Öffnen des Zuführkanals müssen beide Nadeln gleichzeitig vom Ventilsitz abgehoben sein. Durch die Anordnung zweier Nadeln im Zuführkanal wird bewirkt, dass der Zuführkanal bereits eine sehr kurze Zeit nach seinem Öffnen durch die zweite Nadel wieder geschlossen werden kann. Durch diese Maßnahme können sehr kurze Materialraupen bis hin zu Materialpunkten auf das Werkstück aufgetragen werden.As an alternative or in addition to this, the needle valve can have, in its feed channel leading to the application nozzle, two needles which are mounted in the valve body and each act on a valve seat to close the feed channel. To open the feed channel, both needles must be lifted from the valve seat at the same time. The arrangement of two needles in the feed channel has the effect that the feed channel can be closed again a very short time after it has been opened by the second needle. With this measure, very short beads of material up to material dots can be applied to the workpiece.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine Auftragsvorrichtung bei der Bearbeitung eines Werkstücks; -
2 eine schematische Darstellung von Materialraupen auf einer Auftragsbahn mit den dazugehörigen Solldaten; -
3 bis6 schematische Darstellungen der Funktionsweise von für dieVorrichtung gemäß 1 verwendbaren Auftragsventilen; -
7 eine schematische Darstellung der Schaltzustände eines Auftragsventils gemäß4 und -
8 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des mit der Vorrichtung gemäß1 durchgeführten Verfahrens.
-
1 an application device when machining a workpiece; -
2 a schematic representation of beads of material on an application path with the associated nominal data; -
3 to6th schematic representations of the functioning of for the device according to FIG1 applicable application valves; -
7th a schematic representation of the switching states of an application valve according to4th and -
8th a block diagram to illustrate the with the device according to1 carried out procedure.
Ein Auftragssystem
Wie in
Die Längen der Lücken
Als Auftragsventil
Das Nadelventil
Für die Herstellung sehr kurzer Klebstoffraupen
Das Nadelventil
Die Verzögerung zwischen dem Ansteuern des Auftragsventils
Die in
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Auftrag von in kleinen Abständen hintereinander angeordneten kurzen Klebstoffraupen beschrieben. Das beschriebene Verfahren und die Auftragsvorrichtung bzw. die Nadelventile
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials, insbesondere eines Kleb- oder Dichtstoffs, auf ein Werkstück
12 in Form von mindestens einer auf einer Auftragsbahn22 auf einer Werkstückoberfläche angeordneten Materialraupe24 mit vorbestimmter Länge, wobei die Geometrie der Auftragsbahn22 ineine Robotersteuereinheit 21 eingegeben wird, wobei ein durch die Robotersteuereinheit21 angesteuerter Roboter 14 eine ein Auftragsventil 20 aufweisende Auftragsvorrichtung18 entlang der Auftragsbahn22 relativ zum Werkstück12 bewegt, und wobei das viskose Material druckbeaufschlagt durch Öffnen und Schließen des Auftragsventils20 auf das Werkstück12 aufgebracht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einen Datenspeicher einer Ventilsteuereinheit27 Solldaten 28 für die Länge der mindestens einenMaterialraupe 24 eingegeben werden, dass dieRobotersteuereinheit 21 während des Materialauftrags die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung18 relativ zum Werkstück12 charakterisierende Geschwindigkeitsdaten 30 andie Ventilsteuereinheit 27 übermittelt, dass dieVentilsteuereinheit 27 aus den Solldaten 28 undden Geschwindigkeitsdaten 30 die Öffnungs- und Schließzeitpunkte berechnet, zu denendas Auftragsventil 20 für den Auftrag der mindestens einen Materialraupe24 zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, und dassdas Auftragsventil 20 zu den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten zum Öffnen bzw. Schließen von der Ventilsteuereinheit27 angesteuert wird.
- The invention relates to a method for applying a viscous material, in particular an adhesive or sealant, to a workpiece
12 in the form of at least one on an order line22nd bead of material arranged on aworkpiece surface 24 with a predetermined length, the geometry of the application path22nd into a robot control unit21st is entered, one being through the robot control unit21st controlled robot14th one an application valve20th having application device18th along the application path22nd relative to the workpiece12 moves, and wherein the viscous material is pressurized by opening and closing the application valve20th on the workpiece12 is applied. According to the invention it is provided that in a data memory of avalve control unit 27 Target data 28 for the length of the at least one bead ofmaterial 24 entered that the robot control unit21st the speed of the application device during material application18th relative to the workpiece12 characterizing speed data30th to thevalve control unit 27 transmitted that thevalve control unit 27 from thetarget data 28 and the speed data30th the opening and closing times calculated at which the order valve20th for the application of the at least one bead ofmaterial 24 for opening and closing is to be controlled, and that the application valve20th at the opening and closing times for opening and closing of thevalve control unit 27 is controlled.
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