DE102009036838A1

DE102009036838A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Glätten einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere von Großstrukturen

Info

Publication number: DE102009036838A1
Application number: DE102009036838A
Authority: DE
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN102481596A; EP2464462A1; RU2012108625A; RU2530052C2; WO2011018199A1; CN102481596B; JP5692758B2; DE102009036838B4; JP2013501667A; US20120138207A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten eienr Oberfläche (2) eines Bauteils (3), insbesondere von Großstrukturen, wie beispielsweise Schiffsrümpfen, für eine anschließende Lackierung, mit den folgenden Schritten: Vermessen von Unebenheiten der Oberfläche (2) des Bauteils (3); Ausgleichen der Unebenheiten durch Materialabtrag und/oder durch Materialauftrag einer Ausgleichsmasse; Anbringen von Referenzmarkierungen an bestimmten Stellen an der zu vermessenden Oberfläche (2) vor dem Vermessen der Oberfläche (2); und Berücksichtigung der Referenzmarkierungen bei dem Vermessen der Unebenheiten der Oberfläche (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere von Großstrukturen, wie beispielsweise Schiffsrümpfen und Schiffsaufbauten. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
Bei der Herstellung von Yachten (z. B. Segelyachten, Motoryachten) im Luxusbereich werden an die Oberflächenqualität der Lackierung des Rumpfes und aller Aufbauten höchste Ansprüche gestellt, die wesentlich strenger sind als bei sonstigen Schiffen, wie beispielsweise Frachtschiffen oder Kriegsschiffen. Problematisch ist dies insbesondere bei größeren Yachten, bei denen der Rumpf aus Stahl- und Aluminiumteilen zusammengeschweißt wird, da die Rumpfoberfläche dann aufwendig bearbeitet und beschichtet werden muss. Herkömmlicherweise erfolgt dabei zunächst eine Untergrundbearbeitung mit den in der Metallbearbeitung üblichen Verfahren, wie beispielsweise Auftragsschweißen, Schrumpfschweißen, Schleifen und Sandstrahlen. Anschließend wird dann eine Haftgrundierung (”Primer”) aufgetragen. In einem nächsten Schritt wird dann eine Spachtelmasse aufgetragen oder aufgespritzt, um grobe Oberflächenunebenheiten auszugleichen. Anschließend wird dann ein Fein- oder Füllspachtel aufgetragen, der teilweise auch als ”Primer” bezeichnet wird und die Aufgabe hat, feine Oberflächenunebenheiten auszugleichen. In einem weiteren Schritt wird dann ein glänzender Zwischenlack aufgetragen, gefolgt von einem farb- und effektgebenden Basislack oder einem Decklack. In einem letzten Schritt wird dann in der Regel ein Klarlack aufgetragen, wobei dieser Schritt bei einem Decklack lediglich optional ist.
Die vorstehend genannten Arbeitsschritte zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten werden herkömmlicherweise manuell ausgeführt, was mit einem erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden ist. Darüber hinaus beinhaltet die manuelle Bearbeitung des Schiffsrumpfs zahlreiche Fehlerquellen. Beispielsweise kann Spachtelmasse verwendet werden, die bereits teilweise ausgehärtet ist und sich deshalb für eine Verarbeitung nicht oder nur teilweise eignet. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Spachtelmasse zu dick aufgetragen wird. Ferner erfolgt der Ausgleich der Unebenheiten hierbei nach Augenmaß, was zu entsprechenden Ungenauigkeiten führen kann. Ein weiterer Nachteil bei dem manuellen Ausgleich der Oberflächenunebenheiten besteht in dem relativ hohen Verbrauch an Spachtelmasse. Schließlich sind bei dem manuellen Aufbringen der Spachtelmasse relativ lange Trocknungszeiten erforderlich, da ansonsten die Spachtelmasse bereits während der Verarbeitung aushärten würde, so dass nur eine zu kurze Verarbeitungszeit zur Verfügung stünde.
Aus EP 1 103 310 B1 ist weiterhin ein automatisiertes Verfahren zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten eines Schiffsrumpfs bekannt. Hierbei wird der zu lackierende Schiffsrumpf in einem Trockendock von mehreren Robotern vermessen, um die Oberflächenunebenheiten zu erfassen. Anschließend wird dann eine Spachtelmasse auf die Oberfläche des Rumpfs aufgetragen, um die Oberflächenunebenheiten auszugleichen. In einem weiteren Schritt wird der Schiffsrumpf mit der darauf befindlichen und ausgehärteten Spachtelmasse geglättet, um die gewünschte Oberflächenqualität für den anschließenden Lackierprozess zu erreichen.
Nachteilig an diesem automatisierten Verfahren zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten des Schiffsrumpfs ist zunächst die Tatsache, dass nach dem Aufbringen der Spachtelmasse großen Mengen der aufgetragenen Spachtelmasse wieder abgefräst bzw. abgeschliffen werden.
Dieser Nachteil beruht darauf, dass die Vermessung der Oberfläche des Schiffsrumpfs bei diesem bekannten automatisierten Verfahren nur mit relativ geringer Genauigkeit erfolgen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend genannte automatisierte Verfahren zum Ausgleichen von Unebenheiten der Oberfläche eines Schiffsrumpfs entsprechend zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung beruht auf der technischen Erkenntnis, dass es zur Bestimmung der Oberflächenunebenheiten des Schiffsrumpfs nicht ausreicht, ein dreidimensionales Abbild des Schiffsrumpfs zu erzeugen. Vielmehr ist es auch erforderlich, ein dreidimensionales Abbild eines Oberflächenabschnitts des Schiffsrumpfs möglichst genau dem zugehörigen realen Oberflächenabschnitts des Schiffsrumpfes zuzuordnen. Problematisch bei dem vorstehend genannten automatisierten Vermessungsverfahren ist nämlich die Tatsache, dass die Vermessung und die anschließende Oberflächenbearbeitung zeitlich nacheinander erfolgen. Bei der Oberflächenbearbeitung muss deshalb sichergestellt werden, dass das zuvor aufgenommene dreidimensionale Abbild des jeweiligen Oberflächenabschnitts möglichst genau dem zugehörigen realen Oberflächenabschnitts des Schiffsrumpfs zugeordnet wird. Dies erfordert jedoch eine sehr große Präzision bei der Positionierung des Roboters, der zunächst zur Vermessung und anschließend zur Bearbeitung der Oberfläche des Schiffsrumpfs eingesetzt wird.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass an der Oberfläche des Schiffsrumpfs Referenzmarkierungen an bestimmten Stellen angebracht werden, um die Vermessung der Oberflächenunebenheiten zu erleichtern. Die Referenzmarkierungen werden dann im Rahmen der Erfindung bei der Vermessung der Unebenheiten der Oberfläche und vorzugsweise auch bei der anschließenden Bearbeitung der Oberfläche berücksichtigt. Die Referenzmarkierungen ermöglichen hier eine eindeutige und exakte Zuordnung des aufgenommenen dreidimensionalen Abbildes des jeweiligen Oberflächenabschnittes zu dem realen Oberflächenabschnitt des Schiffsrumpfs. Bei der Positionierung von Robotern zur Vermessung und zur anschließenden Bearbeitung der Oberfläche ist deshalb nur eine relativ geringe Positionierungsgenauigkeit erforderlich, da die Möglichkeit einer räumlichen Orientierung an den Referenzmarkierungen besteht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden von dem zu bearbeitenden Bauteil (z. B. einem Rumpf einer Yacht) computergestützte Konstruktionsdaten bereitgestellt, die in der Regel ohnehin in den üblichen CAD-Konstruktionssystemen (CAD: Computer Aided Design) vorhanden sind. Aus diesen computergestützten Konstruktionsdaten wird dann ein virtueller Oberflächenverlauf des Bauteils ermittelt, d. h. ein idealisierter Oberflächenverlauf, der keine herstellungs- und toleranzbedingten Oberflächenunebenheiten aufweist. Darüber hinaus wird dann der reale Oberflächenverlauf des Bauteils vermessen, wozu beispielsweise ein Rotationslaser eingesetzt werden kann. Ferner wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die räumliche Position der einzelnen Referenzmarkierungen auf der Oberfläche des Bauteils vermessen, um eine genaue Zuordnung zwischen dem virtuellen (geplanten) Oberflächenverlauf und dem realen Oberflächenverlauf zu ermöglichen. Der reale Oberflächenverlauf wird dann mit dem virtuellen Oberflächenverlauf verglichen, um aus der Differenz zwischen dem realen Oberflächenverlauf und dem virtuellen Oberflächenverlauf die Unebenheiten zu ermitteln, die dann ausgeglichen werden müssen.
Bei diesem Ausgleichen können verschiedene Oberflächenunebenheiten ausgeglichen werden, nämlich zum Einen negative Abweichungen (Dellen) und zum Anderen positive Abweichungen (erhabene Stellen). Um letztere ausgleichen zu können, muss eine neue Oberflächenlinie definiert werden. Dies wird vorzugsweise durch einen Menschen erledigt werden, ggf. mit Unterstützung von Software-Werkzeug(en). Der Fachbegriff hierfür ist ”straken”.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Vermessung der Oberfläche des Bauteils beispielsweise mittels eines Rotationslasers erfolgen kann. Derartige Rotationslaser sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Oberfläche des Bauteils mit anderen Verfahren vermessen wird, die eine ausreichende Genauigkeit aufweisen. Beispielhaft sind die in EP 1 103 310 B1 kurz erwähnten Radarmessungen sowie Ultraschallmessungen zu nennen.
Erfindungsgemäß soll die Differenz zwischen der realen und der virtuellen (geplanten) Oberfläche nicht großflächig in groben Schritten ausgefüllt werden, sondern in vielen dünnen Schichten oder sehr vielen kleinen Tröpfchen, wobei letzteres auch als digitale Applikation bezeichnet werden kann, da die Beschichtung dadurch variiert wird, dass Tröpfchen einer bestimmten Größe appliziert werden oder nicht, wohingegen die Tröpfchengröße selbst unbeeinflusst bleibt. Dabei können klassische Spritzapplikatoren oder spezielle, auf hochviskose Materialien ausgelegte Applikatoren oder auch entsprechend modifizierte Druckköpfe (z. B. Inkjet) eingesetzt werden. Zum Materialauftrag beim Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten können also im Rahmen der Erfindung mehrere Schichten einer Ausgleichsmasse (z. B. Spachtelmasse) auf die Oberfläche des Bauteils aufgetragen werden. Alternativ besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass zum Materialauftrag beim Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten zahlreiche Tröpfchen der Ausgleichsmasse auf die Oberfläche des Bauteils appliziert werden.
Die Dicke der einzelnen Schichten, die auf die Oberfläche des Bauteils aufgetragen werden, kann beispielsweise im Bereich von 50 μm–100 μm, 100 μm–1000 μm oder im Bereich von 1 mm–5 mm liegen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Schichtdicke nicht auf die vorstehend beispielhaft genannten Wertebereiche beschränkt, sondern auch mit anderen Schichtdicken realisierbar.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt der Materialabtrag bzw. der Materialauftrag zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten mittels eines mehrachsigen Roboters, der zum Materialabtrag ein Werkzeug und/oder zum Materialauftrag ein Applikationsgerät führt. Derartige Roboter sind an sich von Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen bekannt und können in geringfügig abgewandelter Form auch zur Lackierung von Yachten verwendet werden, so dass auf eine detaillierte Beschreibung derartiger Roboter verzichtet werden kann.
Vorzugsweise ist der Roboter hierbei entlang der Oberfläche des Bauteils verfahrbar, insbesondere entlang einer Verfahrachse, um nacheinander mehrere Oberflächenabschnitte zu bearbeiten. Bei dem Verfahren des Roboters kann sich der Roboter anhand der Referenzmarkierungen orientieren. Hierzu kann der Roboter die einzelnen Referenzmarkierungen mittels einer an dem Roboter angebrachten Messspitze anfahren, um dadurch seine Position zu ermitteln. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Roboter die Position der Referenzmarkierungen durch eine optische Bildverarbeitung oder in anderer Weise ermittelt.
Hinsichtlich der Ausgleichsmasse, die zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten eingesetzt wird, bestehen vielfältige Möglichkeiten, von denen einige im Folgenden kurz beschrieben werden. Beispielsweise kann die Ausgleichsmasse ein Einkomponentenmaterial oder ein Zweikomponentenmaterial sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Ausgleichsmasse luft-, wärme-, strahlungshärtend und/oder chemisch selbständig härtend ist. Darüber hinaus kann die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem Metall besteht, das in flüssiger Form aufgetragen wird.
Bei der Verwendung einer strahlungshärtenden Ausgleichsmasse kann die Ausgleichsmasse zum Aushärten beispielsweise mit ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung), Hochfrequenzstrahlung, insbesondere Mikrowellenstrahlung, Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung bestrahlt werden, um die Ausgleichsmasse auf der Bauteiloberfläche auszuhärten.
Vorzugsweise wird die Ausgleichsmasse jedoch nicht auf die Oberfläche des Bauteils aufgespachtelt, sondern aufgespritzt, was ein automatisiertes Verfahren ermöglicht.
Der vorstehend erwähnte Roboter wird vorzugsweise nicht nur zur Vermessung der Oberfläche des Bauteils eingesetzt, sondern auch zum Aufspritzen der Ausgleichsmasse.
Auch hinsichtlich der vorstehend erwähnten Referenzmarkierungen besteht eine Vielfalt von Möglichkeiten, von denen einige im Folgenden kurz beschrieben werden. Beispielsweise können die Referenzmarkierungen aufgeprägt oder aufgespritzt werden und es besteht alternativ die Möglichkeit, dass zum Anbringen der Referenzmarkierungen lokal begrenzt Material abgetragen wird. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass die Referenzmarkierungen einfach aufgeklebt werden.
In einem möglichen Verfahren werden Spiegelkugeln in am Schiff vorhandene und extra dafür angebrachte Gewindehülsen eingeschraubt. Diese Spiegelkugeln sind an Orten angeschweißt, die nicht bearbeitet werden, sondern später durch Verschalungen (z. B. abgehängte Decken) verdeckt werden. Der Rotationslaser steht dabei außerhalb des Schiffs (z. B. auf einem Gerüst). Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Rotationslaser auf einem Deck des Schiffs steht, um eine Detailaufnahme zu ermöglichen. Der Schritt mit dem Roboter wird erst dann gebraucht, wenn das Schiff komplett vermessen, gestrakt und der Spachtelauftrag berechnet ist. Dann dient die Vermessung durch einen am Roboter oder auf dessen Tragwerk angebrachten Vermessungssystem dazu, dass der Roboter weiß, wo er sich befindet und an welche Stelle er welche Spachtelmenge aufzutragen hat (bzw. im zweiten Schritt, wie viel er wieder abfräsen und abschleifen muss).
Weiterhin kann zur späteren Positionierung des Roboters ein dünner Draht verwendet werden, der vor dem Spachteln auf dem Blech oder in der Spachtelmasse (nach einem ersten Auftrag) angebracht ist. Der Roboter kann den Draht dann mittels eines Sensors aufspüren und dadurch seine Position ermitteln.
Ferner besteht zur Positionierung des Roboters die Möglichkeit, dass ein mechanischer Taster die Kante abtastet, um genau genug das Ende des letzten Auftrags oder das Ende der letzten Bearbeitung (z. B. durch Fräsen) zu finden. Über mehrere Punkte erfolgt dann die Flächenbestimmung im Raum.
Bei Spritzspachtel mit scharfen Kanten ist die Messmethode über Taster besser, bei dünnen Aufträgen und unscharfem Schichtdickenübergang (Gauß-Kurve) geht dies jedoch in der Regel nicht.
Diese Art der Ortsbestimmung wäre insbesondere beim Schleifen und Fräsen vorteilhaft.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Ausgleichen der Oberflächenunebenheiten beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung vorzugsweise auch den weiteren Schritt des Lackierens der Bauteiloberfläche, was ebenfalls mittels des Roboters erfolgen kann. Die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Roboter können also mehrere Funktionen erfüllen, nämlich die Vermessung der Oberflächenunebenheiten des Bauteils, das Applizieren (z. B. Aufspritzen) der Ausgleichsmasse und schließlich auch das Lackieren der Oberfläche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten herkömmlichen automatisierten Verfahren, dass zwischen dem Ausgleichen der Unebenheiten durch das Aufbringen der Ausgleichsmasse und dem anschließenden Lackieren keine weiteren Bearbeitungsschritte erfolgen. So ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zwingend erforderlich, dass die Oberfläche zwischen diesen Bearbeitungsschritten nachbearbeitet wird, beispielsweise durch Abschleifen oder gar Fräsen der Oberfläche.
Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass zwischen dem Ausgleichen der Unebenheiten durch das Auftragen der Ausgleichsmasse und dem anschließenden Lackieren ein weiterer Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, wie beispielsweise das Schleifen der Oberfläche und/oder das Bestrahlen der Oberfläche mit einem Materialbearbeitungslaser zum feineren Materialabtrag, um eine noch höhere Oberflächenqualität zu erreichen.
Bei der vorstehenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde davon ausgegangen, dass es sich bei dem zu bearbeitenden Bauteil um ein Schiff handelt, insbesondere um eine Segelyacht oder eine Motoryacht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch in gleicher Weise auch bei anderen Bauteilen anwendbar, wie beispielsweise bei Rotorblättern von Windkraftanlagen, Flugzeugbauteilen (z. B. Flugzeugrümpfen, Flugzeugflügel), sowie bei Fahrzeugen, insbesondere bei Eisenbahnwaggons oder Eisenbahntriebwagen.
Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberflächenbearbeitung eines Schiffsrumpfs einer Yacht, sowie
2A und 2B das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussdiagramms.
1 zeigt in stark vereinfachter Form eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung der Oberfläche 2 eines Schiffsrumpfs 3, wobei es sich beispielsweise um eine Luxusyacht handeln kann, bei der die Oberflächenqualität der Oberfläche 2 höchsten Ansprüchen genügen muss.
Die Vorrichtung 1 weist deshalb beiderseits des Schiffsrumpfs 3 Roboter 4, 5 auf, die entlang einer Verfahrschiene 6 bzw. 7 entlang dem Schiffsrumpf 3 verfahrbar sind, um die gesamte Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 über die gesamte Länge bearbeiten zu können. Hierbei ist zu erwähnen, dass auch eine Art Z-Achse vorgesehen sein kann, um den Abstand des Applikators bzw. des ganzen Roboters zur Oberfläche zu regulieren.
Die Roboter 4, 5 haben im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrere Funktionen, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
Zum einen können die Roboter 4, 5 den realen Oberflächenverlauf der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 vermessen, um Unebenheiten der Oberfläche 2 zu erfassen, welche die Oberflächenqualität der späteren Lackierung beeinträchtigen. Hierzu können die Roboter 4, 5 geeignete Instrumente führen, wie beispielsweise Rotationslaser, Radargeräte oder Ultraschallentfernungsmesser.
Zum anderen sollen die Roboter 4, 5 eine Ausgleichsmasse auf die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 applizieren, um die zuvor erfassten Oberflächenunebenheiten auszugleichen und eine möglichst glatte Oberflächenqualität zu erreichen. Hierzu weisen die Roboter 4, 5 jeweils einen Applikator 8 bzw. 9 auf, der in der Lage ist, die Ausgleichsmasse auf die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 zu applizieren.
Schließlich haben die Roboter 4, 5 noch die Aufgabe, die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 zu lackieren.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm beschrieben, das in den 2A und 2B dargestellt ist.
In einem ersten Schritt S1 werden zunächst CAD-Konstruktionsdaten des Schiffsrumpfs 3 bereitgestellt, wobei diese CAD-Konstruktionsdaten in der Regel ohnehin in einem computergestützten CAD-Konstruktionssystem vorhanden sind und deshalb nicht separat generiert werden müssen.
Anschließend wird dann in einem weiteren Schritt S2 der virtuelle (geplante) Oberflächenverlauf der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 anhand der CAD-Konstruktionsdaten ermittelt. Dieser virtuelle Oberflächenverlauf ist ein idealisierter Oberflächenverlauf, der die herstellungs- und toleranzbedingten Oberflächenunebenheiten der Oberfläche 2 nicht berücksichtigt.
In einem Schritt S3 werden dann Referenzmarkierungen an bestimmten Stellen an der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 angebracht. Diese Referenzmarkierungen sollen es später ermöglichen, einen virtuellen Oberflächenabschnitt exakt einem realen Oberflächenabschnitt zuzuordnen.
In dem nächsten Schritt S4 wird dann zunächst ein erster zu vermessender Oberflächenabschnitt initialisiert, in dem ein Zähler i = 1 gesetzt wird.
Daraufhin werden die Roboter 4 bzw. 5 dann in einem nächsten Schritt S5 in dem i-ten Oberflächenabschnitt der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 positioniert. Diese Positionierung der Roboter 4, 5 für die nachfolgende Oberflächenvermessung ist jedoch in der Regel nur dann erforderlich, wenn die Oberflächenvermessung durch einen an den Robotern 4, 5 montierten Rotationslaser erfolgt. Bei einem stationären Rotationslaser ist dieser Schritt dagegen nicht erforderlich.
Nach dieser Positionierung wird dann der i-te Oberflächenabschnitt des Schiffsrumpfs 3 in dem Schritt S6 vermessen, was beispielsweise mittels eines Rotationslasers erfolgen kann. Dabei wird auch der reale Oberflächenverlauf dieses Oberflächenabschnitts ermittelt, der auch herstellungs- und toleranzbedingte Oberflächenunebenheiten berücksichtigt.
In einem nächsten Schritt S7 wird dann auch die räumliche Position der auf die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 aufgebrachten Referenzmarkierungen innerhalb des i-ten Oberflächenabschnitts vermessen, wobei die Vermessung des Oberflächenverlaufs und die Vermessung der Position der Referenzmarkierungen vorzugsweise gleichzeitig erfolgt.
In dem nächsten Schritt S8 erfolgt dann ein Vergleich des virtuellen (geplanten) Oberflächenverlaufs mit dem realen (vermessenen) Oberflächenverlauf, wobei aus der Differenz zwischen dem virtuellen Oberflächenverlauf und dem realen Oberflächenverlauf die Unebenheiten/Abweichungen der Oberfläche ermittelt werden.
Danach erfolgt die Erstellung einer neuen Oberflächenlinie, was in der einschlägigen Fachterminologie auch als ”Straken” bezeichnet wird.
In dem Schritt S9 wird die neue Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 modelliert, wozu die Roboter 4 bzw. 5 eine Ausgleichsmasse auf die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 applizieren.
Nach dem Auftragen der Ausgleichsmasse auf die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 muss die Ausgleichsmasse dann in dem Schritt S10 zunächst trocknen und aushärten.
In dem optionalen Schritt S11 kann dann eine Nachbearbeitung des i-ten Oberflächenabschnitts mit einem Laser erfolgen, um die Oberflächenqualität weiter zu verbessern. Anstelle einer Nachbearbeitung der Oberfläche mittels eines Lasers besteht auch die Möglichkeit, dass die Oberfläche durch Fräsen und/oder Schleifen nachbearbeitet wird.
In dem Schritt S12 wird dann geprüft, ob sämtliche Oberflächenabschnitte der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 geglättet wurden.
Falls dies der Fall ist, so kann zu dem Schritt S13 übergegangen werden, in dem die Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 von den Robotern 4, 5 lackiert wird, was in herkömmlicher Weise geschehen kann.
Falls dagegen die Prüfung in dem Schritt S12 ergibt, dass noch nicht sämtliche Oberflächenabschnitte geglättet wurden, so wird der Zähler i in dem Verfahrensschritt S14 inkrementiert, woraufhin dann in einer Schleife zu dem Schritt S5 übergegangen wird, bis dann im Rahmen der Schleife sämtliche Oberflächenabschnitte der Oberfläche 2 des Schiffsrumpfs 3 geglättet wurden.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Oberfläche
3: Schiffsrumpf
4: Roboter
5: Roboter
6: Verfahrschiene
7: Verfahrschiene
8: Applikator
9: Applikator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1103310 B1 [0004, 0013]

Claims

Verfahren zum Glätten einer Oberfläche (2) eines Bauteils (3), insbesondere eines Schiffsrumpfs oder einer anderen Grostruktur, für eine anschließende Lackierung, mit den folgenden Schritten: a) Vermessen von Unebenheiten der Oberfläche (2) des Bauteils (3), b) Ausgleichen der Unebenheiten durch Materialabtrag und/oder durch Materialauftrag einer Ausgleichsmasse, gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Vermessen des Bauteils (3): c) Anbringen von Referenzmarkierungen an bestimmten Stellen des zu vermessenden Bauteils (3) vor dem Vermessen der Oberfläche (2), und d) Berücksichtigung der Referenzmarkierungen bei dem Vermessen der Unebenheiten der Oberfläche (2).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Schritte zum Vermessen der Unebenheiten der Oberfläche (2): a) Bereitstellung der räumlichen Positionen der Referenzmarkierungen, insbesondere in Form von computergestützten Konstruktionsdaten des Bauteils (3) einschließlich der räumlichen Positionen der Referenzmarkierungen, b) Ermitteln eines virtuellen Oberflächenverlaufs des Bauteils (3) anhand der Konstruktionsdaten, c) Vermessen des realen Oberflächenverlaufs des Bauteils (3), d) Messen der räumlichen Positionen der Referenzmarkierungen, e) Zuordnung des realen Oberflächenverlaufs zu dem virtuellen Oberflächenverlauf anhand der räumlichen Positionen der Referenzmarkierungen, f) Vergleichen des realen Oberflächenverlaufs mit dem virtuellen Oberflächenverlauf und g) Ermitteln der Abweichungen aus dem Vergleich, und/oder. h) Erstellen eines neuen idealen Oberflächenverlaufs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Oberfläche (2) des Bauteils (3) mittels eines Rotationslasers erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass zum Materialauftrag mehrere Schichten einer Ausgleichsmasse auf die Oberfläche (2) des Bauteils (3) aufgetragen werden, oder b) dass zum Materialauftrag zahlreiche Tröpfchen einer Ausgleichsmasse auf die Oberfläche (2) des Bauteils (3) appliziert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten jeweils eine Schichtdicke aufweisen, die in folgenden Bereichen liegt: a) 50 μm–100 μm oder b) 100 μm–1000 μm oder c) 1 mm–5 mm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Materialabtrag und/oder der Materialauftrag mittels eines mehrachsigen Roboters (4, 5) erfolgt, der zum Materialabtrag ein Werkzeug und/oder zum Materialauftrag ein Applikationsgerät führt, und/oder b) dass der Roboter (4, 5) entlang der Oberfläche (2) verfahren wird, insbesondere an einer Verfahrachse, um nacheinander mehrere Oberflächenabschnitte zu bearbeiten, und/oder c) dass sich der Roboter (4, 5) beim Verfahren anhand der Referenzmarkierungen orientiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Roboter (4, 5) die Referenzmarkierungen mit einer von dem Roboter (4, 5) geführten Messspitze abtastet und dadurch die räumliche Position der Referenzmarkierungen ermittelt, oder b) dass die räumliche Position der Referenzmarkierungen mittels eines Bildverarbeitungssystems ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Ausgleichsmasse aus unterschiedlichen Materialien besteht, und/oder b) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem lufthärtenden Material besteht, und/oder c) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem wärmehärtenden Material besteht, und/oder d) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem strahlungshärtenden Material besteht, und/oder e) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem chemisch selbständig härtenden Material besteht, und/oder f) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, g) dass die Ausgleichsmasse mindestens teilweise aus einem Metall besteht, das in flüssiger Form aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungshärtende Ausgleichsmasse zum Aushärten mit einer der folgenden Strahlungen bestrahlt wird: a) Ultraviolette Strahlung, b) Hochfrequenzstrahlung, insbesondere Mikrowellenstrahlung, c) Wärmestrahlung, d) Infrarotstrahlung, insbesondere langwellige Infrarotstrahlung
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse auf die Oberfläche (2) des Bauteils (3) aufgespritzt wird, insbesondere mit einem am Roboter (4, 5) angebrachten Applikator.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkierungen durch eines der folgenden Verfahren an dem Bauteil (3) angebracht werden: a) Aufprägen, b) Aufspritzen, c) Material abtragen, d) Kleben, e) Löten, f) Schweißen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt nach dem Ausgleichen der Unebenheiten: Lackieren der Oberfläche (2) des Bauteils (3), insbesondere mittels des Roboters (4, 5).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (2) des Bauteils (3) zwischen dem Ausgleichen der Unebenheiten und dem anschließenden Lackieren nicht bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt zwischen dem Ausgleichen der Unebenheiten und dem anschließenden Lackieren der Oberfläche (2): a) Schleifen der Oberfläche (2), und/oder b) Bestrahlen der Oberfläche (2) mit einem Materialbearbeitungslaser zum Materialabtrag.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) eines der folgenden Bauteile ist: a) ein Schiff, insbesondere eine Segelyacht oder eine Motoryacht, b) ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, c) ein Flugzeugbauteil, insbesondere ein Flugzeugrumpf oder ein Flugzeugflügel, d) ein Fahrzeug, insbesondere ein Eisenbahnwaggon.
Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.