DE102009021608A1 - Einrichtung und Verfahren zum Lackieren gekrümmter Außenoberflächen eines Luftfahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Lackieren einer vorzugsweise gekrümmten Außenoberfläche eines Luftfahrzeuges, umfassend eine räumlich verstellbare Positioniervorrichtung zum Bewegen eines Farbapplikators relativ zur gekrümmten Außenoberfläche nach Maßgabe einer Steuerreinheit zur Koordination der Bewegung der Positioniervorrichtung mit dem Farbausstoß des Farbapplikators zur Erzeugung eines Bildmotivs.
- Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Luftfahrzeugbau im Bereich von Flugzeugen für die Personen- und Güterbeförderung. Daneben ist es auch denkbar, die erfindungsgemäße Lösung bei anderen Luftfahrzeugen anzuwenden, welche mit einem Bildmotiv, wie Muster, Logos oder Beschriftungen zu versehen sind, die der vorschriftsmäßigen Identifizierung, der betreibermäßigen Zuordnung oder der Verzierung eines Luftfahrzeuges dienen. Hierfür werden gewöhnlich die Seiten- und Unterbereiche des Rumpfes oder die Oberflächen des Seitenleitwerks genutzt.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Aus der
WO 2006/026240 A1 - Nachteilhaft bei dieser technischen Lösung erscheint zum einen der Einsatz der Pigmenttinte, die trotz Aushärten nicht sehr abriebfest auf der Außenoberfläche haftet. Im Flugbetrieb besteht insbesondere wegen mechanischer Erosion oder durch chemische Einwirkung von Hydraulikölrückständen die Gefahr, dass das Bildmotiv beschädigt wird. Zwar lässt sich mit der Tintenstrahltechnik ein recht hoch auflösendes Bildmotiv realisieren, jedoch erfordert dessen Aufbringung eine sehr lange Fertigungszeit.
- Aus der
DE 10 2004 044 655 A1 geht eine andere technische Lösung zur Erzeugung eines Bildmotiv auf einer gekrümmten Außenoberfläche eines Luftfahrzeuges hervor, bei welcher mit einem Inkjetkopf Lackmaterial ähnlich der vorstehend geschilderten Tintenstrahltechnologie ausgestoßen wird. Das Bildmotiv wird durch einen gezielten Abschuss und Ablenken kleiner Tröpfchen erzeugt. Dies kann durch einen Piezo-Inkjetkopf oder einen Thermo-Inkjetkopf realisiert werden. Der so ausgebildete Farbapplikator wird als Laufkatze entlang einer gebogenen Führungsschiene bewegt, welche der gekrümmten Oberfläche des Luftfahrzeuges, insbesondere des Flugzeugrumpfes, folgt. Alternativ hierzu kann der Farbapplikator auch endseitig eines Gelenkarmroboters angebracht werden. - Nachteilhaft bei dieser technischen Lösung erscheint auch hier die starke Anlehnung an die Inkjet-Technologie, welche recht lange Fertigungszeiten verursacht. Diese Technologie bedingt auch, dass der Farbapplikator mit einem sehr geringen Abstand von höchstens 1 mm von der gekrümmten Außenoberfläche exakt geführt werden muss, was eine hohe steuerungstechnische Herausforderung darstellt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Lackieren einer gekrümmten Außenoberfläche eines Luftfahrzeuges zu schaffen, die/das in der Lage ist ein Bildmotiv hoher Qualität bestandsfest innerhalb kürzester Fertigungszeit aufzubringen.
- Die Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe analog durch Anspruch 9 gelöst. Weiterhin ist in Anspruch 11 ein hiermit im Zusammenhang stehendes Computerprogrammprodukt angegeben worden.
- Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Farbapplikator aus mehreren Spritzlackierköpfen mit je zugeordneten unterschiedlichen Grundfarbzuführeinheiten für PUR-(Polyurethan-)Flugzeuglacke oder Tinte besteht, welche die Steuereinheit zur Erzeugung eines Bildmotivs derart abwechselnd aktiviert, dass diese für den Farbapplikator ausgehend von einer sensortechnisch erfassten dreidimensionalen Geometrie der Außenoberfläche eine zweidimensionale Geometrie zur Ansteuerung ableitet.
- Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die Applizierung PUR-Flugzeuglacken ein hoher Grad an Beständigkeit erzielt werden kann, weil die darunterliegende Außenoberfläche des Luftfahrzeuges ebenfalls mit einem PUR-Flugzeuglack beschichtet ist. Dadurch ergibt sich eine besonders beständige stoffschlüssige Verbindung der Lackschichten. Dank der erfindungsgemäß angewendeten Spritzlackiertechnologie können im Gegensatz zu einer Tintenstrahltechnologie größere Oberflächen in kürzerer Zeit mit einem Bildmotiv hinreichender Auflösung versehen werden.
- Vorzugsweise sollten die einzelnen Spritzlackierköpfe einen Öffnungsspalt im Bereich zwischen 0,5 und 1,2 mm aufweisen, wobei der hierdurch austretende PUR-Flugzeuglack eine maximale Partikelgröße von 1 bis 100 μm besitzen sollte. Versuche haben ergeben, dass eine solche Modifikation von Spritzlackierköpfen, welche ansonsten für andere Lackmaterialien benutzt werden, ausreichend ist, um diese für die speziellen PUR-Flugzeuglacke verwenden zu können.
- Im Zusammenhang hiermit wird vorgeschlagen, anstelle von ansonsten üblichen Kunststoffleitungen zwischen einem Farbtank der Grundfarbzuführeinheit und dem zugeordneten Spritzlackierkopf eine Metallleitung zu verwenden. Der Vorteil der Metallleitung liegt darin, dass sich diese mit Lösungsmitteln spülen lässt, welche für die speziellen PUR-Flugzeuglacke geeignet sind, ohne dass die Zuleitung hierdurch angegriffen wird. Dagegen würden ansonsten übliche Kunststoffleitungen derart aufgeweicht werden, dass Zerstörungsgefahr besteht, was zu einem Ausfall der Grundfarbzuführeinheiten führen könnte.
- Um ein farbdetailreiches Bildmotiv auf die Außenoberfläche eines Luftfahrzeuges aufbringen zu können, wird gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass der Farbapplikator separate Grundfarbzuführeinheiten für mindestens die Grundfarben Cyan, Magenta, Yellow und Key besitzt, welches zur Bildung des Farbapplikators angeordnet sind. Vorzugsweise wird der so aufgebaute Farbapplikator von der Positioniervorrichtung zeilenweise über die Außenoberfläche bewegt. Die Grundfarben CMYK werden dabei punktuell derart aufgetragen, dass sich durch Überlagerung dieser Grundfarben ein farbspektrumreiches Bildmotiv ergibt.
- Zur Sicherstellung einer hohen Verarbeitungsqualität wird gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass am Farbapplikator ein Lasermesskopf zur Erfassung der dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden Außenoberfläche angebracht ist. Der Lasermesskopf steht eingangsseitig mit der Steuereinheit in Verbindung und gibt die aktuellen Abstandswerte vor, welche durch die Steuereinheit als Istwerte genutzt werden, um hiervon abhängig die Positioniervorrichtung hinsichtlich des Sollabstandes zur Außenoberfläche, der im Bereich der gewünschten Farbauftragqualität liegt, anzusteuern. Die Steuereinheit berücksichtigt hierbei jedoch auch weitere Parameter, umfassend Speisedruck für die Spritzlackierköpfe, Düsenquerschnitt der Spritzlackierköpfe, Viskosität des PUR-Flugzeuglacks und dergleichen.
- Eine in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignete Positioniervorrichtung lässt sich gemäß zweier bevorzugter Ausführungsformen realisieren. Gemäß einer ersten Alternative kann die Positioinierungsvorrichtung als eine Art Portalroboter ausgebildet sein, der aus drei rechtwinklig zueinander ausgerichteten beweglichen Linearachsen besteht, welche ein kartesisches Koordinatensystem bilden. Eine solche Positioniervorrichtung lässt sich mit recht geringem Aufwand realisieren. Vorzugsweise sollte die Positioniervorrichtung gemäß der zweiten Alternative als ein mehrachsiger Gelenkarmroboter ausgebildet sein, der gegenüber der ersten Ausführungsform besser dazu geeignet ist, großflächig gekrümmte Oberflächen abzudecken.
- Die die Positioniervorrichtung sowie den Farbapplikator in erfindungsgemäßer Weise koordiniert ansteuernde Steuereinheit sollte als ein softwaregesteuerter Rechner ausgebildet sein, der mindestens einen Mikroprozessor und mindestens eine zugeordnete Speichereinheit umfasst, wobei über ein Benutzerinterface eine Bedienung und Programmierung erfolgen kann. Als Benutzerinterface eignet sich beispielsweise ein herkömmlicher graphischer Monitor mit Eingabegeräten, wie Tastatur, Joystick und dergleichen.
- Die den Rechner ansteuernde Software beinhaltet auch eine Routine zur Umwandlung der vorzugsweise über den Lasermesskopf eingemessenen dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden Außenoberfläche in ein zweidimensionales Koordinatensystem, das der Ansteuerung des Farbapplikators dient. Denn die Untersteuereinheit des Farbapplikators ist standardgemäß auf das Besprühen einer ebenen Fläche eingerichtet und durch diesen rechentechnischen Umwandlungsschritt, der im Prinzip eine mathematische Abwicklung der dreidimensionalen Geometrie in eine Ebene darstellt, wird die vorliegende Schnittstellenproblematik gelöst.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines Luftfahrzeugs zur Personenbeförderung, -
2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Lackieren der gekrümmten Außenoberfläche des Luftfahrzeugs nach1 , und -
3 eine Blockschaltbilddarstellung des von der Einrichtung nach2 ausgeführten Steuerverfahrens. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Gemäß
1 weist ein Luftfahrzeug – welches nach Art eines Personenflugzeuges ausgebildet ist – einen Rumpf1 auf, an dem seitlich eine Tragfläche2 mit Triebwerken angeordnet ist. Heckseitig des Rumpfes1 befindet sich ein Höhenleitwerk3 sowie ein weit vom Rumpf1 nach oben hin abstehendes Seitenleitwerk4 . - Die Außenoberfläche
5 des Seitenleitwerks4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem aus vielen Farbabstufungen bestehenden fotorealistischen Bildmotiv6 versehen. Die Außenoberfläche5 des Seitenleitwerks4 ist im Wesentlich in einer Ebene gekrümmt, worauf das Bildmotiv6 unter Zuhilfenahme der nachstehend beschriebenen Einrichtung automatisch durch Lackieren mit einem PUR-Flugzeuglack aufgetragen wird. - Gemäß
2 besteht die Einrichtung zum Lackieren der – hier nur ausschnittsweise dargestellten – Außenoberfläche5 im Wesentlichen aus einer räumlich verstellbaren Positioniervorrichtung7 , an der ein Farbapplikator8 angebracht ist, wobei sowohl die Positioniervorrichtung7 als auch der Farbapplikator8 über eine gemeinsame Steuereinheit13 zur Erzeugung des Bildmotivs6 koordiniert entlang der gekrümmten Außenoberfläche5 des Luftfahrzeuges angesteuert werden. - Die Positioniervorrichtung
7 ist hier als ein mehrachsiger Gelenkarmroboter ausgebildet, an dessen distalem Ende der Farbapplikator8 befestigt ist. Die Positioniervorrichtung7 bewegt den Farbapplikator8 zeilenweise über die Außenoberfläche5 des Luftfahrzeuges. - Der Farbapplikator
8 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus insgesamt vier Spritzlackierköpfen9a bis9d mit je zugeordneten Grundfarbzuführeinheiten (exemplarisch). Die Grundfarbzuführeinheiten10 enthalten jeweils einen PUR-Fahrzeuglack11 unterschiedlicher Farbe, nämlich Cyan, Magenta, Yellow, Key. Und bilden in Reihe nebeneinander angeordnet den Farbapplikator8 . - Die Spritzlackierköpfe
9a bis9d geben druckluftunterstützt die verschiedenen Farben nach Maßgabe einer elektronischen Steuereinheit13 auf die Außenoberfläche5 , so dass durch Überlagerung der verschiedenen Farben ein buntes Bildmotiv6 entsteht. - Jeder Grundfarbzuführeinheit
10 des Farbapplikators8 ist ein eigener Farbtank14 zugeordnet, der je eine – hier nur exemplarisch dargestellte – Zuleitung12 zu den je zugeordneten Spritzlackierköpfen9a bis9d aufweist. Durch die Zuleitung12 wird der PUR-Flugzeuglack11 ausgehend vom Farbtank14 dem zugeordneten Spritzlackierkopf9a bis9d zugeführt. Um eine Resistenz gegen Lösungsmittel sicherzustellen, besteht die Zuleitung12 aus Metall, hier Edelstahl. - Zur Ansteuerung des Farbapplikators
8 durch die elektronische Steuereinheit13 wird über eine Lasermesskopf16 die dreidimensionale Geometrie der zu lackierenden gewölbten Außenoberfläche5 erfasst. Der elektronischen Steuereinheit13 werden außerdem die Daten für das gewünschte Bildmotiv6 über ein Benutzerinterface17 vorgegeben, woraus unter Berücksichtigung der erfassten dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden Außenoberfläche5 Ansteuerdaten für den Farbapplikator6 sowie die Positioniervorrichtung7 errechnet werden. - Die elektronische Steuereinheit
13 besteht zur Erfüllung dieser Aufgabe aus einem softwaregesteuerten Rechner mit mindestens einem mit Mikroprozessor18 , der mit einer Speichereinheit19 in Verbindung steht. Die Speichereinheit19 beinhaltet unter anderem eine Bibliothek verschiedener dort hinterlegter Bildmotive. Außerdem ist das Benutzerinterface17 mit einer Eingabeeinheit15 ausgestattet. - Gemäß
3 werden der Steuereinheit13 eingangsseitig über das Benutzerinterface17 die Bildmotivdaten vorgegeben, sowie auch die Abstandsmessdaten des Lasermesskopfes16 . Hieraus erzeugt die Steuereinheit13 Ansteuerdaten für den Farbapplikator8 sowie die Positioniervorrichtung7 . Dabei wird zur Ansteuerung des standardgemäß für zweidimensionale Oberflächen ausgelegten Farbapplikators8 die sensortechnisch erfasste dreidimensionale Geometrie der Außenoberfläche5 in eine zweidimensionale Geometrie zur Ansteuerung des Farbapplikators8 umgerechnet. Diese Umrechnung erfolgt durch eine mathematische Abwicklung der dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden gewölbten Außenoberfläche5 , um das Bildmotiv6 verzerrungsfrei hierauf aufzubringen. - Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
- 1
- Rumpf
- 2
- Tragfläche
- 3
- Höhenleitwerk
- 4
- Seitenleitwerk
- 5
- Außenoberfläche
- 6
- Bildmotiv
- 7
- Positioniervorrichtung
- 8
- Farbapplikator
- 9
- Spritzlackierkopf
- 10
- Grundfarbzuführeinheit
- 11
- Flugzeuglack
- 12
- Zuleitung
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Farbtank
- 15
- Eingabeeinheit
- 16
- Lasermesskopf
- 17
- Benutzerinterface
- 18
- Mikroprozessor
- 19
- Speichereinheit
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- - DE 102004044655 A1 [0005]
Claims (12)
- Einrichtung zum Lackieren einer gekrümmten Außenoberfläche (
5 ) eines Luftfahrzeuges, umfassend eine räumlich verstellbare Positioniervorrichtung (7 ) zum Bewegen eines Farbapplikators (8 ) relativ zur gekrümmten Außenoberfläche (5 ) nach Maßgabe einer Steuereinheit (13 ) zur Koordination der Bewegung der Positioniervorrichtung (7 ) mit dem Farbausstoß des Farbapplikators (8 ) zur Erzeugung eines Bildmotivs (6 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Farbapplikator (8 ) aus mehreren Spritzlackierköpfen (9a –9d ) mit je zugeordneten unterschiedlichen Grundfarbzuführeinheiten (10 ) für PUR-Flugzeuglack (11 ) oder Tinte besteht, welche die Steuereinheit (13 ) zur Erzeugung eines Bildmotivs (6 ) derart abwechselnd aktiviert, dass diese für den Farbapplikator (8 ) ausgehend von einer sensortechnisch erfassten dreidimensionalen Geometrie der Außenoberfläche (5 ) eine zweidimensionale Geometrie zur Ansteuerung ableitet. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlackierköpfe (
9a –9d ) einen solchen Mindestöffnungsspalt aufweisen, dass der PUR-Flugzeuglack (11 ) mit einer vorgegebenen maximalen Partikelgröße hieraus fließend austritt. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Grundfarbzuführeinheit (
10 ) aus einem Farbtank (14 ) mit einer Zuleitung (12 ) zum zugeordneten Spritzlackierkopf (9a –9d ) besteht, die als eine Metallleitung ausgebildet ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Grundfarbzuführeinheit (
10 ) für mindestens die Grundfarben Cyan, Magenta, Yellow und Key vorgesehen ist, die zur Bildung des Farbapplikators (8 ) in Reihe nebeneinander angeordnet sind. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Farbapplikator (
8 ) ein Lasermesskopf (16 ) zur Erfassung der dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden Außenoberfläche (5 ) für die Steuereinheit (13 ) angebracht ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (
7 ) als ein mehrachsiger Gelenkarmroboter oder ein das karthesische Koordinatensystem abbildender Portalroboter ausgeführt ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (
7 ) den Farbapplikator (8 ) zeilenweise über die Außenoberfläche (5 ) bewegt. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (
13 ) als ein softwaregesteuerter Rechner, umfassend mindestens einen Mikroprozessor (18 ) mit mindestens einer zugeordneten Speichereinheit (19 ) besteht, der über ein Benutzerinterface (17 ) bedienbar ist. - Verfahren zum Lackieren einer gekrümmten Außenoberfläche (
5 ) eines Luftfahrzeuges, bei dem über eine räumlich verstellbare Positioniervorrichtung (7 ) ein Farbapplikators (8 ) relativ zur gekrümmten Außenoberfläche (5 ) nach Maßgabe einer Steuereinheit (13 ) bewegt wird, indem die Bewegung der Positioniervorrichtung (7 ) mit dem Farbausstoß des Farbapplikators (8 ) zur Erzeugung eines Bildmotivs koordiniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbapplikator (8 ) aus mehreren Spritzlackierköpfen (9a –9d ) mit je zugeordneten unterschiedlichen Grundfarbzuführeinheiten (10 ) für PUR-Flugzeuglack (11 ) oder Tinte angesteuert wird, welche durch die Steuereinheit (13 ) zur Erzeugung eines Bildmotivs (6 ) derart abwechselnd aktiviert werden, dass durch diese für den Farbapplikator (8 ) ausgehend von einer sensortechnisch erfassten dreidimensionalen Geometrie der Außenoberfläche (5 ) eine zweidimensionale Geometrie zur Ansteuerung abgeleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Geometrie zur Ansteuerung des Farbapplikators (
8 ) durch eine mathematische Abwicklung der dreidimensionalen Geometrie der zu lackierenden gekrümmten Außenoberfläche (5 ) berechnet wird. - Computerprogrammprodukt für eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 welche nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10 betreibbar ist, wobei die Routine zur koordinierten Ansteuerung der Positioniervorrichtung (
7 ) sowie des Farbapplikators (8 ) durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist. - Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11.
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