DE102009046407A1

DE102009046407A1 - Apparatus for radiation treatment of a coating

Info

Publication number: DE102009046407A1
Application number: DE102009046407A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Tobisch; Jürgen Weschke
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05
Also published as: WO2011054578A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung (200) einer Beschichtung eines Objekts (252), insbesondere zum Aushärten von Lack. Die Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle (208). Sie umfasst wenigstens ein optisches Element (206) für das Zuführen von Strahlung (212) aus der Strahlungsquelle (208) an das Objekt (252). Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine optische Element (206) an einer Handhabungsvorrichtung (228) aufgenommen, mittels der zur Einstellung des optischen Weges von der Strahlungsquelle (208) zum Objekt (252) das optische Element (206) relativ zu der Strahlungsquelle (208) und relativ zu dem Objekt (252) verlagerbar ist.The invention relates to a device for radiation treatment (200) of a coating of an object (252), in particular for curing paint. The device has a radiation source (208). It comprises at least one optical element (206) for supplying radiation (212) from the radiation source (208) to the object (252). According to the invention, the at least one optical element (206) is received on a handling device (228), by means of which the optical element (206) relative to the radiation source (208) and to adjust the optical path from the radiation source (208) to the object (252) is displaceable relative to the object (252).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung einer Beschichtung eines Objekts, insbesondere zum Aushärten von Lack, mit einer Strahlungsquelle und mit wenigstens einem optischen Element für das Zuführen von Strahlung aus der Strahlungsquelle an das Objekt.The invention relates to a device for radiation treatment of a coating of an object, in particular for curing paint, with a radiation source and with at least one optical element for the supply of radiation from the radiation source to the object.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2004 023 539 A1 bekannt. Dort ist eine Vorrichtung für das Aushärten von Lackbeschichtungen an Fahrzeugkarosserien mittels UV-Licht beschrieben. Die Vorrichtung hat ein Fördersystem für Fahrzeugkarosserien. Sie enthält ein Portalgerüst, das mehrere Strahlungsquellen für UV-Licht trägt. Die Strahlungsquellen für UV-Licht sind als Strahler ausgebildet. Die Strahler enthalten eine stabförmige Lichtquelle und einen Reflektor. Die stabförmige Lichtquelle in einem Strahler ist vor dem Reflektor des Strahlers positioniert. Der Reflektor wirkt als optisches Element, welches das nach rückwärts abgestrahlte UV-Licht in die entgegengesetzte Richtung umlenkt. Mittels des Fördersystems können mit Lack beschichtete Fahrzeugkarosserien durch das Portalgerüst an den Strahlungsquellen vorbei bewegt werden. Der Lack auf den Fahrzeugkarosserien wird dabei im Strahlungsfeld der Strahler ausgehärtet. Zur Anpassung an unterschiedliche Oberflächenneigungen einer Fahrzeugkarosserie können die Strahler an dem Portalgerüst bewegt werden.A device of the type mentioned is from the DE 10 2004 023 539 A1 known. There, a device for curing paint coatings on vehicle bodies by means of UV light is described. The device has a conveyor system for vehicle bodies. It contains a portal scaffold that carries several UV light sources. The radiation sources for UV light are designed as radiators. The radiators include a rod-shaped light source and a reflector. The rod-shaped light source in a radiator is positioned in front of the reflector of the radiator. The reflector acts as an optical element which redirects the UV light radiated backwards in the opposite direction. By means of the conveyor system paint-coated vehicle bodies can be moved past the radiation sources by the portal frame. The paint on the vehicle bodies is cured in the radiation field of the radiator. To adapt to different surface slopes of a vehicle body, the radiator can be moved to the portal frame.

Lacke, die mittels UV-Licht ausgehärtet werden können, enthalten im Regelfall sogenannte Fotoinitiatoren. Diese Fotoinitiatoren werden durch das auf den Lack einwirkende UV-Licht in Radikale verwandelt. Diese Radikale bewirken eine chemische Reaktion in dem Lack. Bei dieser Reaktion werden Polymerketten des Bindemittels aufgebrochen. Hierdurch entsteht eine Vernetzung, die zu einer hohen Festigkeit der Lackschicht führt und insbesondere eine hohe Kratzfestigkeit der Oberfläche der Lackschicht bewirkt.Paints that can be cured by UV light usually contain so-called photoinitiators. These photoinitiators are transformed into radicals by the UV light acting on the paint. These radicals cause a chemical reaction in the paint. In this reaction, polymer chains of the binder are broken. This results in a crosslinking which leads to a high strength of the lacquer layer and in particular causes a high scratch resistance of the surface of the lacquer layer.

Für das Lackieren von Kraftfahrzeugen werden als Lacke in der Kraftfahrzeugindustrie verbreitet sogenannte Acrylatsysteme eingesetzt. Diese Lacke können sowohl thermisch mit Heißluft als auch unter Einwirkung von UV-Licht getrocknet werden. Um die Lackschicht eines frisch lackierten Fahrzeugs thermisch zu trocknen, muss die Lackschicht für mehrere Minuten auf eine Prozesstemperatur erwärmt werden. Besonders bevorzugt liegt diese Prozesstemperatur zwischen 145°C und 150°C. Aufgrund der guten Wärmeleitung zwischen Lackschicht und Karosserie muss bei der thermischen Trocknung auch die Fahrzeugkarosserie erheblich erwärmt werden. Das hat einen sehr hohen Energieverbrauch zur Folge. Gegenüber der thermischen Trocknung hat das Härten und Trocknen von Lack mittels UV-Licht den Vorteil, dass hier weniger Energie verbraucht wird. In alternativen Ausführungsbeispielen sind ähnliche Prozesse auch mit elektromagnetischen Wellen anderer Wellenlänge denkbar, so dass das erfindungsgemäße Prinzip grundsätzlich nicht nur für Systeme mit UV-Licht anwendbar ist. Die Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen anhand von UV-Licht ist daher als beispielhaft zu verstehen.For the painting of motor vehicles so-called acrylate systems are widely used as paints in the automotive industry. These paints can be dried both thermally with hot air and under the action of UV light. To thermally dry the paint layer of a freshly painted vehicle, the paint layer must be heated to a process temperature for several minutes. More preferably, this process temperature is between 145 ° C and 150 ° C. Due to the good heat conduction between the varnish layer and the body, the vehicle bodywork must also be heated considerably during thermal drying. This results in a very high energy consumption. Compared with thermal drying, the curing and drying of lacquer by means of UV light has the advantage that less energy is consumed here. In alternative embodiments, similar processes are also conceivable with electromagnetic waves of other wavelengths, so that the inventive principle is basically not only applicable to systems with UV light. The description of preferred embodiments with reference to UV light is therefore to be understood as exemplary.

Durch Einstrahlung von UV-Licht stellt sich die gewünschte Vernetzung bei Acrylatsystemen besonders gut dann ein, wenn die Strahlung in einem Prozessfenster mit definierter Dosis bereitgestellt wird. An der Lackschicht wird hierzu erfindungsgemäß ein Strahlungsfeld mit UV-Licht erzeugt, das über einen bestimmten Zeitraum mit der richtigen Intensität vorliegt. Bei einer Intensität des UV-Lichts von 1 000 mW/cm² im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 400 nm beträgt eine bevorzugte Mindestdauer zur Belichtung für ein Acrylatsystem etwa 1 s.By irradiation of UV light, the desired crosslinking in acrylate systems is particularly well when the radiation is provided in a process window with a defined dose. For this purpose, according to the invention, a radiation field with UV light, which is present with the correct intensity over a certain period of time, is produced on the lacquer layer. At an intensity of the UV light of 1000 mW / cm ² in the wavelength range between 200 nm and 400 nm, a preferred minimum exposure time for an acrylate system is about 1 s.

Werden Lacke auf der Basis von Acrylatsystemen unvollständig ausgehärtet, hat dies u. a. das sogenannte „Fogging” zur Folge. Hier tritt über einen langen Zeitraum Lösungsmittel aus dem Lack aus. Die Lackschicht ist dann weniger kratzfest. Das austretende Lösungsmittel kann auch einen unangenehmen Geruch hervorrufen.If lacquers are cured incompletely on the basis of acrylate systems, this has u. a. the so-called "fogging" result. Here occurs over a long period solvent from the paint. The lacquer layer is then less scratch resistant. The escaping solvent can also cause an unpleasant odor.

Als Strahlungsquellen für UV-Licht zum Aushärten von Lack eignen sich insbesondere Gasentladungslampen wie z. B. Mitteldruck-Quecksilberdampflampen, Quecksilberdampf-Hochdrucklampen, Metallhalogenidlampen sowie Schwarzlicht-Fluoreszenzlampen. Es sind auch Gasentladungslampen ohne Elektroden bekannt, die durch Mikrowellen gezündet werden. Solche Lampen haben einen länglichen Glaskolben, in dem ein Lichtbogen erzeugt wird.As radiation sources for UV light for curing paint are particularly suitable gas discharge lamps such. B. medium pressure mercury vapor lamps, high pressure mercury vapor lamps, metal halide and black light fluorescent lamps. There are also known gas discharge lamps without electrodes, which are ignited by microwaves. Such lamps have an elongated glass bulb in which an arc is generated.

Der Glaskolben, der für das Aushärten von Lack eingesetzten leistungsstarken Gasentladungslampen ist i. d. R etwa 40 cm lang. Die Gasentladungslampen werden bei einer Spannung von ca. 400 V und einem Lampenstrom von ca. 10 A betrieben. Die günstige Betriebstemperatur solcher Lampen liegt im Bereich zwischen 600°C und 900°C. Um diese Betriebstemperatur einhalten zu können, werden die Lampen gekühlt.The glass bulb, the powerful gas discharge lamps used for the curing of paint is i. d. R about 40 cm long. The gas discharge lamps are operated at a voltage of about 400 V and a lamp current of about 10 A. The favorable operating temperature of such lamps is in the range between 600 ° C and 900 ° C. To keep this operating temperature, the lamps are cooled.

Die Energiezufuhr und das erforderliche Kühlen der Lampen hat zur Folge, dass bei einer bewegbaren Anordnung der Lampen ein hoher technischer Aufwand getrieben werden muss.The energy supply and the required cooling of the lamps has the consequence that in a movable arrangement of the lamps a high technical complexity must be driven.

Um mittels der Lampen an der Oberfläche eines Objekts ein Strahlungsfeld zu erzeugen, das ein für die Serienfertigung geeignetes Prozessfenster für das Aushärten von Lack gewährleistet, werden die Lampen wie in der DE 10 2004 023 539 A1 beschrieben, in einer Aufnahmevorrichtungen in Form von Strahlern angeordnet. Die DE 10 2004 023 539 A1 wird diesbezüglich vollumfänglich in Bezug genommen. Ein solcher Strahler enthält einen Reflektor. Um Acrylatsysteme mit UV-Licht mittels eines solchen Strahlers hinreichend aushärten zu können, wird der Abstand zwischen Strahler und Lackschicht auf einen Wert von etwa 10 cm ± 5 cm eingestellt, um eine entsprechende Strahlungsintensität zu erhalten.In order to generate a radiation field on the surface of an object by means of the lamps, which ensures a process window suitable for mass production for the curing of paint, the lamps are as shown in the DE 10 2004 023 539 A1 described, arranged in a receiving devices in the form of radiators. The DE 10 2004 023 539 A1 is fully referenced in this regard. Such a radiator includes a reflector. In order to be able to sufficiently cure acrylate systems with UV light by means of such a radiator, the distance between the radiator and the lacquer layer is set to a value of approximately 10 cm ± 5 cm in order to obtain a corresponding radiation intensity.

Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Strahler ist es bislang nicht möglich, den Lack an verwinkelten, schwer zugänglichen Bereichen an der Karosserie von Kraftfahrzeugen, wie z. B. an dem nur über den Kofferraum zugänglichen Kardantunnel bei Limousinen, an den Längsträgern von Kraftfahrzeugen im Bereich der Kotflügel, an der Innenseite von Türen und Türscharnieren zuverlässig mit UV-Licht auszuhärten. Der erforderliche geringe Abstand zwischen Lackschicht und Strahler kann weiterhin dazu führen, dass sich an Kühleinrichtungen des Strahlers Kondensat niederschlägt, das auf die mittels Strahlung behandelte Lackschicht tropft und diese beschädigt.Due to the spatial extent of the radiator, it is not yet possible, the paint on winding, hard to reach areas on the body of motor vehicles, such. B. on the only accessible via the trunk drive tunnel in sedans, on the longitudinal members of motor vehicles in the fender, on the inside of doors and door hinges reliably harden with UV light. The required small distance between the lacquer layer and the radiator can furthermore lead to condensate being precipitated on cooling devices of the radiator, which drips onto the lacquer layer treated by means of radiation and damages the latter.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung einer Beschichtung eines Objekts bereitzustellen, mittels der insbesondere an verwinkelten, schwer zugänglichen Oberflächen ein Strahlungsfeld mit intensitätsstarker UV-Strahlung erzeugt werden kann.The object of the invention is to provide a device for radiation treatment of a coating of an object, by means of which a radiation field can be generated with high-intensity UV radiation, in particular on winding, hard to reach surfaces.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung der eingangs genannten Art gelöst, bei der das wenigstens eine optische Element an einer Handhabungsvorrichtung aufgenommen ist, mittels der zur Einstellung des optischen Weges von der Strahlungsquelle zum Objekt das optische Element relativ zu der Strahlungsquelle und relativ zu dem Objekt verlagerbar ist. Als Strahlungsquellen kommen erfindungsgemäß bevorzugt in Betracht: UV-Strahler, IR-Strahler, Röntgenlicht-Strahler und/oder Strahler, die sichtbares Licht emittieren. Je nach Strahlungsquelle kann die emittierte Strahlung ein schmalbandiges oder auch ein breitbandiges Wellenlängenspektrum umfassen. Die Strahlungsquellen können einen thermischen Strahler enthalten oder auch mit einer Laserlichtquelle oder eine Gasentladungslampe ausgeführt werden.This object is achieved by a device for radiation treatment of the type mentioned, in which the at least one optical element is accommodated on a handling device, by means of which for adjusting the optical path from the radiation source to the object, the optical element relative to the radiation source and relative to the Object is relocatable. Radiation sources which may be considered according to the invention are preferably: UV radiators, IR radiators, X-ray radiators and / or radiators which emit visible light. Depending on the radiation source, the emitted radiation may comprise a narrowband or even a broadband wavelength spectrum. The radiation sources may include a thermal radiator or be performed with a laser light source or a gas discharge lamp.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Handhabungsvorrichtung für die Aufnahme eines optischen Elements, mit dem Strahlung aus einer Strahlungsquelle einem Objekt zugeführt werden kann, geringeren mechanischen Anforderungen genügen muss und einfacher aufgebaut werden kann, als eine bewegbare Halteeinrichtung für die Strahlungsquelle. Im Unterschied zu einer Strahlungsquelle wird in einer Variante für ein solches optisches Element keine Kühleinrichtung bereitgestellt. Für das optische Element sind dann auch keine aufwändigen elektrischen Versorgungsleitungen erforderlich. Ein Grundgedanke der Erfindung besteht deshalb darin, ein Strahlungsfeld zur Strahlungsbehandlung einer an einem Objekt aufgetragenen Beschichtung primär nicht dadurch einzustellen, dass die Strahlungsquelle als Ganzes mit einer Strahleranordnung bewegt wird, sondern dadurch, dass ein optisches Element mittels der Handhabungsvorrichtung verlagert wird, um die Strahlung aus der Strahlungsquelle an das Objekt zu führen. Wenn das optische Element nicht gekühlt wird, kann es mit geringem Abstand entlang der Oberfläche einer bestrahlten Beschichtung bewegt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Beschichtung durch Kondensat beschädigt wird.The invention is based on the finding that a handling device for receiving an optical element, with which radiation from a radiation source can be supplied to an object, has to meet lower mechanical requirements and can be constructed more simply than a movable holding device for the radiation source. In contrast to a radiation source, in a variant for such an optical element no cooling device is provided. For the optical element then no complex electrical supply lines are required. Therefore, a basic idea of the invention is not to set a radiation field for radiation treatment of a coating applied to an object primarily by moving the radiation source as a whole with a radiator arrangement, but rather by displacing an optical element by means of the handling device, around the radiation from the radiation source to the object to lead. If the optical element is not cooled, it can be moved a short distance along the surface of an irradiated coating without the risk of damage to the coating by condensate.

Günstig ist es, als Handhabungsvorrichtung für das optische Element einen Industrieroboter einzusetzen, der wenigstens zwei, vorzugsweise drei, vier, fünf, sechs oder auch mehr Bewegungsachsen aufweist. Als Handhabungsvorrichtung eignet sich insbesondere ein Industrieroboter mit rotatorischen und/oder translatorischen Bewegungsachsen und einer präzisen und einfach steuerbaren Seriellkinematik.It is advantageous to use an industrial robot as the handling device for the optical element, which has at least two, preferably three, four, five, six or even more axes of movement. As a handling device, in particular, an industrial robot with rotational and / or translational movement axes and a precise and easily controllable serial kinematic is suitable.

Das optische Element kann z. B. als ein die Strahlung reflektierender Reflektor mit einstellbarer Reflektorgeometrie ausgebildet sein. Das optische Element kann auch mit einer Linse ausgebildet sein. Es kann z. B. eine Sammellinse enthalten oder auch eine Fresnel-Linse aufweisen. Insbesondere kann das optische Element ein einstellbares Spiegel-Array umfassen. Als optisches Element eignet sich auch ein Spiegel, der vorzugsweise eine aus Aluminium bestehende Spiegelschicht hat. Ein solcher Spiegel ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Ein solcher Spiegel kann mit hervorragenden Reflexionseigenschaften für UV-Licht im Wellenlängenbereich zwischen 50 nm und 400 nm durch Aufdampfen von metallischen Schichten gefertigt werden. Als optisches Element eignet sich ein Spiegel mit wenigstens einer dichroitischen Spiegelschicht. Aufgrund der wellenlängenselektiven Reflexionseigenschaften eines solchen dichroitischen Spiegels kann so das Wellenlängenspektrum der zu dem Objekt gelenkten Strahlung für die Strahlungsbehandlung der Beschichtung optimiert werden. Besonders geeignet ist ein dichroitischer Spiegel, dessen Reflexionsvermögen für UV-Licht bevorzugt in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 400 nm liegt und der Licht mit einer Wellenlänge größer als 800 nm, d. h. Infrarotstrahlung, nur schwach reflektiert. Damit lässt sich ein unerwünschtes Aufheizen einer mit Strahlung behandelten Beschichtung vermeiden.The optical element can, for. B. be designed as a radiation-reflecting reflector with adjustable reflector geometry. The optical element can also be formed with a lens. It can, for. B. include a positive lens or also have a Fresnel lens. In particular, the optical element may comprise an adjustable mirror array. As an optical element is also a mirror, which preferably has an existing mirror layer of aluminum. Such a mirror is comparatively inexpensive to produce. Such a mirror can be manufactured with excellent reflection properties for UV light in the wavelength range between 50 nm and 400 nm by vapor deposition of metallic layers. As an optical element, a mirror with at least one dichroic mirror layer is suitable. Due to the wavelength-selective reflection properties of such a dichroic mirror, the wavelength spectrum of the radiation directed to the object can thus be optimized for the radiation treatment of the coating. Particularly suitable is a dichroic mirror whose reflectivity for UV light is preferably in a wavelength range between 200 nm and 400 nm and the light with a wavelength greater than 800 nm, d. H. Infrared radiation, only weakly reflected. This makes it possible to avoid unwanted heating of a radiation-treated coating.

Eine Erkenntnis der Erfindung ist, dass für die Strahlungsbehandlung von unebenen Lackoberflächen mit UV-Licht mittels eines optischen Elements in Form eines die Strahlung diffus reflektierenden Reflektors der Lack an der Oberfläche eines Objekts besonders effizient gehärtet werden kann.A finding of the invention is that for the radiation treatment of uneven paint surfaces with UV light by means of an optical element in the form of a diffusely reflecting the radiation Reflektors the paint on the surface of an object can be cured particularly efficiently.

Es zeigt sich, dass insbesondere Reflektoren mit einer aus Teflon bestehenden Reflektorschicht zur diffusen Streuung von UV-Licht geeignet sind. Mit einer solchen Reflektorschicht kann UV-Licht im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 400 nm gleichmäßig in alle Raumwinkelbereiche und ohne wesentliche Strahlungsverluste verteilt werden.It turns out that, in particular, reflectors with a reflector layer made of Teflon are suitable for the diffuse scattering of UV light. With such a reflector layer, UV light in the wavelength range between 200 nm and 400 nm can be uniformly distributed in all solid angle ranges and without significant radiation losses.

Teflon wird bei der Betriebstemperatur von Gasentladungslampen in Strahlern für das Erzeugen von UV-Strahlung, die bevorzugt in einem Bereich zwischen 600°C und 900°C liegt, physikalisch und chemisch instabil. Deshalb kann im Inneren solcher Strahler kein Reflektor mit Teflonschicht eingesetzt werden. Da sich ein an einer Handhabungsvorrichtung aufgenommener Reflektor mit entsprechendem Abstand von einem Strahler für UV-Licht bewegen Lässt, ermöglicht die Erfindung insbesondere, dass auch Teflon enthaltende optische Elemente für die Strahlungsbehandlung von Oberflächen mit UV-Licht eingesetzt werden können, um das UV-Licht zum Aushärten einer Beschichtung an eine Objektoberfläche zu führen.Teflon is physically and chemically unstable at the operating temperature of gas discharge lamps in UV radiation emitters, which is preferably in a range between 600 ° C and 900 ° C. Therefore, no reflector with Teflon layer can be used inside such radiator. Since a reflector accommodated on a handling device can be moved with a corresponding distance from a UV light emitter, the invention makes it possible, in particular, for Teflon-containing optical elements to be used for the radiation treatment of surfaces with UV light in order to obtain the UV light to harden a coating to an object surface.

Vorzugsweise ist die Handhabungsvorrichtung für das automatische Auswechseln des an ihr aufgenommenen optischen Elements ausgefegt. Damit wird eine Anpassung der Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung an Objekte mit unterschiedlicher Oberflächengeometrie ermöglicht. Indem der Handhabungsvorrichtung ein Magazin für die Lagerung verschiedener mittels der Handhabungsvorrichtung automatisch aufnehmbarer optischer Elemente zugeordnet ist, kann eine automatische Einstellung der Vorrichtung zur Anpassung der Strahlungsbehandlung an unterschiedliche Objektgeometrien ermöglicht werden.Preferably, the handling device for the automatic replacement of the recorded on her optical element is swept. This makes it possible to adapt the device for radiation treatment to objects with different surface geometry. By associating with the handling device a magazine for the storage of various optical elements automatically receivable by the handling device, an automatic adjustment of the device for adapting the radiation treatment to different object geometries can be made possible.

Von Vorteil ist es, die Strahlungsquelle in einem Strahler mit Reflektor anzuordnen, der gerichtete Strahlung erzeugt, die dem optischen Element zugeführt wird. Für das Erzeugen eines Strahlbündels mit gerichteter Strahlung kann der Strahler insbesondere eine Optikbaugruppe mit wenigstens einer Sammellinse und/oder einer Fresnel-Linse aufweisen. Besonders günstig ist ein Reflektor in Form eines Hohlspiegels, der für das Erzeugen eines gerichteten Strahlungsfeldes eine Reflexionsfläche mit konkaver Querschnittsgeometrie hat. Bevorzugt ist die Geometrie der Reflektionsfläche so gestaltet, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung in einer von der Austrittsöffnung des Hohlspiegels beabstandeten Ebene maximiert ist. Günstigerweise beträgt dieser Abstand ein Mehrfaches des Durchmessers der Austrittsöffnung, insbesondere das zwei-, fünf-, zehn- oder auch zwanzigfache des Durchmessers. Darüber hinaus kann in dem Strahler auch ein Reflektor vorgesehen werden, der eine einstellbare Reflektorgeometrie aufweist.It is advantageous to arrange the radiation source in a reflector with a reflector, which generates directed radiation, which is supplied to the optical element. For generating a radiation beam with directed radiation, the emitter may in particular comprise an optical assembly having at least one converging lens and / or a Fresnel lens. Particularly favorable is a reflector in the form of a concave mirror, which has a reflection surface with concave cross-sectional geometry for generating a directional radiation field. Preferably, the geometry of the reflection surface is designed such that the radiation flux density of the radiation emitted by the radiation source is maximized in a plane spaced from the outlet opening of the concave mirror. Conveniently, this distance is a multiple of the diameter of the outlet opening, in particular the two, five, ten or even twenty times the diameter. In addition, a reflector can be provided in the radiator, which has an adjustable reflector geometry.

Eine besonders große Variabilität des Strahlungsfeldes am Objekt wird erreicht, indem der Strahler an einer mittels Antrieben verstellbaren Halteeinrichtung aufgenommen ist. Diese Halteeinrichtung kann beispielsweise als Industrieroboter ausgebildet sein, vorzugsweise als ein Industrieroboter, der wenigstens zwei, insbesondere drei, vier, fünf, sechs oder auch mehr Bewegungsachsen aufweist. Als Aufnahme für die Strahlungsquelle ist insbesondere ein Industrieroboter mit rotatorischen sowie translatorischen Bewegungsachsen und Seriellkinematik geeignet.A particularly large variability of the radiation field on the object is achieved by the spotlight being accommodated on a holding device that can be adjusted by means of drives. This holding device can be designed, for example, as an industrial robot, preferably as an industrial robot, which has at least two, in particular three, four, five, six or even more axes of movement. In particular, an industrial robot with rotary and translatory axes of motion and serial kinematics is suitable as a receptacle for the radiation source.

Von Vorteil ist es, für die Strahlungsbehandlung des Objekts ein gasdichtes Anlagengehäuse vorzusehen, in dem die Strahlung der Strahlungsquelle durch eine Inertgasatmosphäre oder durch Vakuum für die Strahlungsbehandlung an die Oberfläche eines Objekts gelangen kann. Auf diese Weise können Absorptions- und Streuverluste für die Strahlung zwischen Strahlungsquelle und Objekt minimiert werden. Das ermöglicht insbesondere einen größeren Abstand zwischen Strahlungsquelle und Objekt, da dann die UV-Strahlung auch bei einem langen optischen Weg zwischen Strahlungsquelle und Objektoberfläche geringere Intensitätsverluste erfährt.It is advantageous to provide a gas-tight system housing for the radiation treatment of the object, in which the radiation of the radiation source can reach the surface of an object through an inert gas atmosphere or through a vacuum for the radiation treatment. In this way, absorption and scattering losses for the radiation between the radiation source and the object can be minimized. This allows, in particular, a greater distance between the radiation source and the object, since then the UV radiation experiences lower intensity losses even with a long optical path between the radiation source and the object surface.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine erste Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung der Lackschicht von Lackierten Fahrzeugkarosserien; 1 a first device for radiation treatment of the paint layer of painted vehicle bodies;

2 einen Schnitt der Vorrichtung entlang der Linie II-II in 1; 2 a section of the device along the line II-II in 1 ;

3 einen Strahler in der Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung; 3 a radiator in the radiation treatment apparatus;

4 einen Schnitt der Vorrichtung entlang der Linie IV-IV in 1; 4 a section of the device along the line IV-IV in 1 ;

5 bis 8 weitere Strahler für eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung; 5 to 8th further radiators for a device for radiation treatment;

9 eine Halteeinrichtung mit Strahlungsquelle und eine Handhabungsvorrichtung mit Reflektor in einer zweiten Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung; 9 a holding device with radiation source and a handling device with reflector in a second device for radiation treatment;

10 eine Halteeinrichtung mit Strahlungsquelle und eine Handhabungsvorrichtung mit Reflektor in einer dritten Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung; 10 a holding device with radiation source and a handling device with Reflector in a third device for radiation treatment;

11 einen Reflektor mit veränderbarer Reflektorgeometrie; und 11 a reflector with variable reflector geometry; and

12 eine Handhabungsvorrichtung mit Optikbaugruppe für eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung. 12 a handling device with optical assembly for a device for radiation treatment.

In der Vorrichtung 2 aus 1 kann eine Lackschicht 4 an frisch lackierten Fahrzeugkarosserien mittels UV-Licht gehärtet werden. Die Vorrichtung 2 hat ein gasdichtes Anlagengehäuse 6. Das Anlagengehäuse 6 weist zwei Tore 8, 10 auf, die sich öffnen und schließen lassen. in dem Anlagengehäuse 6 ist eine Fahrzeugkarosserie 12 und eine Fahrzeugkarosserie 14 angeordnet. Die Fahrzeugkarosserien 12, 14 sind jeweils auf einer Linearbewegungseinheit 16, 18 positioniert. Mittels der linearen Bewegungseinheit 16, 18 können die Fahrzeugkarosserien 12, 14 entsprechend der Doppelpfeile 20, 22 bewegt werden. Für das Erzeugen von UV-Licht gibt es in der Vorrichtung 2 mehrere Strahler 24, 26, 38, 44, 46. Jeder Strahler 24, 26, 38, 44, 46 enthält eine Gasentladungsröhre und umfasst einen Reflektor.In the device 2 out 1 can be a varnish layer 4 on freshly painted vehicle bodies are cured by means of UV light. The device 2 has a gas-tight system housing 6 , The plant housing 6 has two goals 8th . 10 open, which can be opened and closed. in the plant housing 6 is a vehicle body 12 and a vehicle body 14 arranged. The vehicle bodies 12 . 14 are each on a linear motion unit 16 . 18 positioned. By means of the linear movement unit 16 . 18 can the vehicle bodies 12 . 14 according to the double arrows 20 . 22 to be moved. For generating UV light, there are in the device 2 several spotlights 24 . 26 . 38 . 44 . 46 , Every spotlight 24 . 26 . 38 . 44 . 46 contains a gas discharge tube and includes a reflector.

Die Strahler 24, 26 sind jeweils an einer als Linearbewegungseinheit ausgebildeten Halteeinrichtung 28, 30 aufgenommen. Mittels der Halteeinrichtungen 28, 30 können die Strahler 24, 26 entsprechend der Doppelpfeile 32, 34 verlagert werden. Die Strahler 24, 26 dienen dazu, den Seitenbereich 36 einer Fahrzeugkarosserie 12, 14 mit UV-Licht zu beaufschlagen. Die Strahler 38 sind an einen Industrieroboter 40 montiert. Der Industrieroboter 40 hat fünf rotatorische Bewegungsachsen. Mittels des Industrieroboters 40 können die Strahler 38 an der Oberseite 42 der Karosserien 12, 14 bewegt werden.The spotlights 24 . 26 are each on a trained as a linear motion unit holding device 28 . 30 added. By means of the holding devices 28 . 30 can the spotlights 24 . 26 according to the double arrows 32 . 34 be relocated. The spotlights 24 . 26 serve to the side area 36 a vehicle body 12 . 14 to be exposed to UV light. The spotlights 38 are connected to an industrial robot 40 assembled. The industrial robot 40 has five rotational movement axes. By means of the industrial robot 40 can the spotlights 38 at the top 42 of the bodies 12 . 14 to be moved.

Die Strahler 44, 46 können mittels eines Industrieroboters 48 und mittels eines Industrieroboters 50 als Halteeinrichtung manipuliert werden. Die Industrieroboter 48, 50 haben ebenfalls fünf angetriebene rotatorische Bewegungsachsen. Die Industrieroboter 48, 50 können mittels eines Schleppkettensystems 51 entsprechend der Doppelpfeile 52, 54 in Längsrichtung entlang einer Fahrzeugkarosserie 14 bewegt werden.The spotlights 44 . 46 can by means of an industrial robot 48 and by means of an industrial robot 50 be manipulated as a holding device. The industrial robots 48 . 50 also have five driven rotary axes of motion. The industrial robots 48 . 50 can by means of a drag chain system 51 according to the double arrows 52 . 54 longitudinally along a vehicle body 14 to be moved.

Jedem der Strahler 24, 26, 28, 44, 46 in der Vorrichtung 2 ist ein Kühlsystem zugeordnet. An den Halteeinrichtungen 28, 30, 40, 48, 50 für die Strahler gibt es elektrische Versorgungsleitungen.Each of the spotlights 24 . 26 . 28 . 44 . 46 in the device 2 is assigned a cooling system. At the holding devices 28 . 30 . 40 . 48 . 50 There are electrical supply lines for the spotlights.

Die Vorrichtung 2 hat eine Steuerkonsole 55, die außerhalb des Anlagengehäuses 6 angeordnet ist. An dieser Steuerkonsole 55 kann die Vorrichtung 2 gesteuert werden.The device 2 has a control panel 55 outside the plant housing 6 is arranged. At this control console 55 can the device 2 to be controlled.

Die 2 ist ein Schnitt der Vorrichtung 2 entlang der Linie II-II in 1. Der Industrieroboter 48 für den Strahler 46 ist ein Knickarm-Roboter. Er hat ein Karussell 56. Der Roboter umfasst eine Schwinge 58 und einen Arm 60 mit einem Handgelenk 62. Das Handgelenk 62 trägt den Strahler 46.The 2 is a section of the device 2 along the line II-II in 1 , The industrial robot 48 for the spotlight 46 is an articulated arm robot. He has a carousel 56 , The robot includes a swingarm 58 and an arm 60 with a wrist 62 , The wrist 62 carries the spotlight 46 ,

Das Karussell 56 kann mittels eines elektromotorischen Antriebs entsprechend einem ersten mit dem Doppelpfeil 64 kenntlich gemachten rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad um die Drehachse 66 bewegt werden. Das Karussell 56 trägt die Schwinge 58. Die Schwinge 58 ist in einem Drehgelenk 66 an dem Karussell 56 gelagert. In dem Drehgelenk 64 kann die Schwinge 58 mittels eines weiteren elektromotorischen Antriebs mit einem zweiten rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad entsprechend dem Doppelpfeil 68 um die Drehachse 70 bewegt werden. Der Arm 60 ist an der Schwinge 58 mit einem Drehgelenk 72 angelenkt. Er kann dort mittels eines Antriebs mit einem dritten rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad entsprechend dem Doppelpfeil 74 um die Drehachse 76 bewegt werden. Der Arm 60 trägt das Handgelenk 62 des Industrieroboters. An dem Handgelenk 62 kann der Strahler 46 mit rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden entsprechend der Doppelpfeile 78, 80 und 82 um die Drehachsen 84, 86 und 88 bewegt werden.The carousel 56 can by means of an electric motor drive according to a first with the double arrow 64 indicated rotational degree of freedom of movement about the axis of rotation 66 to be moved. The carousel 56 wear the swingarm 58 , The swingarm 58 is in a hinge 66 at the carousel 56 stored. In the hinge 64 can the swingarm 58 by means of a further electromotive drive with a second rotational degree of freedom of movement corresponding to the double arrow 68 around the axis of rotation 70 to be moved. The arm 60 is at the swingarm 58 with a swivel 72 hinged. He can there by means of a drive with a third rotational degree of freedom of movement according to the double arrow 74 around the axis of rotation 76 to be moved. The arm 60 wears the wrist 62 of the industrial robot. On the wrist 62 can the spotlight 46 with rotational degrees of freedom according to the double arrows 78 . 80 and 82 around the axes of rotation 84 . 86 and 88 to be moved.

Der Industrieroboter 50, der den Strahler 44 trägt, ist ein dem Industrieroboter 48 entsprechender Knickarm-Roboter. An dem Handgelenk 90 des Industrieroboters 50 kann der Strahler 44 entsprechend der Doppelpfeile 92, 94 und 96 um die Drehachsen 98, 100 und 102 bewegt werden.The industrial robot 50 , the spotlight 44 is an industrial robot 48 corresponding articulated arm robot. On the wrist 90 of the industrial robot 50 can the spotlight 44 according to the double arrows 92 . 94 and 96 around the axes of rotation 98 . 100 and 102 to be moved.

Die Strahler 44,46 enthalten jeweils eine Gasentladungslampe 104 und einen Reflektor 106. Die Gasentladungslampe 104 ist eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe. Sie erzeugt im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 400 nm intensitätsstarkes UV-Licht.The spotlights 44 . 46 each contain a gas discharge lamp 104 and a reflector 106 , The gas discharge lamp 104 is a high pressure mercury vapor lamp. It generates high-intensity UV light in the wavelength range between 200 nm and 400 nm.

Die Gasentladungslampe 104 wird bei 400 V Betriebsspannung und 10 A Nennstrom betrieben. Für die Gasentladungslampen 104 ist an den Industrierobotern 48, 50 jeweils ein leistungsstarker Versorgungsstrang 108 für elektrische Energie geführt. Um die Strahler 44, 46 auf einer Betriebstemperatur für die Gasentladungslampe 104 zwischen 600°C und 900°C zu halten, sind diese über eine an den Industrierobotern 48, 50 geführte Kühlwasserleitung 109 an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen.The gas discharge lamp 104 is operated at 400 V operating voltage and 10 A rated current. For the gas discharge lamps 104 is at the industrial robots 48 . 50 each a powerful supply line 108 led for electrical energy. To the spotlights 44 . 46 at an operating temperature for the gas discharge lamp 104 between 600 ° C and 900 ° C, these are about one on the industrial robots 48 . 50 guided cooling water pipe 109 connected to a cooling water circuit.

Mittels des Reflektors 106 in einem Strahler 44, 46 wird das Licht der Gasentladungslampe 104 umgelenkt und als parallelisiertes Strahlungsbündel 110, 112 mit den optischen Achsen 114, 116 abgegeben. Durch Verstellen der Bewegungsachsen der Industrieroboter 48, 50 kann die Lage und die Richtung der optischen Achsen 114, 116 der Strahlungsbündel 110, 112 eingestellt werden.By means of the reflector 106 in a spotlight 44 . 46 becomes the light of the gas discharge lamp 104 redirected and as a parallelized radiation beam 110 . 112 with the optical axes 114 . 116 issued. By adjusting the axes of movement of industrial robots 48 . 50 can the location and the direction the optical axes 114 . 116 the radiation beam 110 . 112 be set.

Die 3 zeigt die Gasentladungslampe 104 und den Reflektor 106 im Strahler 44. Der Reflektor 106 ist ein sich in Längsrichtung erstreckender Parabolspiegel. Der Parabolspiegel hat eine Brennachse 107. Die Gasentladungslampe 104 des Strahlers 44 ist in der Brennachse 107 des Parabolspiegels angeordnet. Die Gasentladungslampe 104 erzeugt UV-Strahlung 109, die von der Wandung des Parabolspiegels reflektiert wird. Die von der Wandung des Parabolspiegels reflektierte UV-Strahlung ist parallelisiert. Mittels des Strahlers 44 wird gerichtete UV-Strahlung 109 erzeugt, die mit der optischen Achse 111 abgegeben wird.The 3 shows the gas discharge lamp 104 and the reflector 106 in the spotlight 44 , The reflector 106 is a longitudinally extending parabolic mirror. The parabolic mirror has a focal axis 107 , The gas discharge lamp 104 the spotlight 44 is in the focal axis 107 arranged the parabolic mirror. The gas discharge lamp 104 generates UV radiation 109 , which is reflected by the wall of the parabolic mirror. The reflected from the wall of the parabolic mirror UV radiation is parallelized. By means of the spotlight 44 becomes directed UV radiation 109 generated with the optical axis 111 is delivered.

Die Strahler 44, 46 haben die Länge L = 45 cm und die Höhe H = 10 cm. Die Breite B der Strahler beträgt 10 cm.The spotlights 44 . 46 have the length L = 45 cm and the height H = 10 cm. The width B of the spotlights is 10 cm.

In der Vorrichtung 2 aus 1 ist den an den Industrierobotern 48, 50 auf genommenen Strahlern 44 und 46 ein Reflektor 118 und ein Reflektor 120 zugeordnet. Der Reflektor 118 und der Reflektor 120 sind mit einer Trägerstruktur ausgebildet, die eine Teflonschicht aufweist, welche das UV-Licht der Strahler diffus reflektiert. Die Reflektoren 118, 120 wirken damit als sogenannter diffuser Reflektor.In the device 2 out 1 is the one on the industrial robots 48 . 50 on taken spotlights 44 and 46 a reflector 118 and a reflector 120 assigned. The reflector 118 and the reflector 120 are formed with a support structure having a Teflon layer which diffusely reflects the UV light of the radiators. The reflectors 118 . 120 thus act as a so-called diffuse reflector.

Der Reflektor 118 ist an einer Handhabungsvorrichtung in Form eines weiteren Industrieroboters 122 aufgenommen. Der Industrieroboter 122 ist ein Handhabungsroboter. In der Vorrichtung 2 kann der Industrieroboter 122 auch mit einem Greiferelement betrieben werden, um so robotergesteuert die Türen und die Hauben an einer Fahrzeugkarosserie öffnen und schließen zu können. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn in Anbetracht der zur Verfügung stehenden Taktzeit bei dem Lackier- bzw. Beschichtungs-Prozess für das Substrat an der Fahrzeugkarosserie so viel zeitlicher Spielraum besteht, dass ein Austausch von Greiferelementen und Reflektoren möglich ist.The reflector 118 is on a handling device in the form of another industrial robot 122 added. The industrial robot 122 is a handling robot. In the device 2 can the industrial robot 122 can also be operated with a gripper element so as to be able to open and close the doors and the hoods on a vehicle body in a robot-controlled manner. This may be advantageous in particular if, given the available cycle time in the painting or coating process for the substrate on the vehicle body so much time scope exists that an exchange of gripper elements and reflectors is possible.

Der Reflektor 120 ist entsprechend an einer Handhabungsvorrichtung in Form eines Industrieroboters 138 gehalten. Der Industrieroboter 122 hat die gleiche Bauform wie der Industrieroboter 138. Auch der Industrieroboter 138 kann für das robotergesteuerte Öffnen von Türen und Motorhaube an einem Kraftfahrzeug mit einem Greiferelement betrieben werden. Der Industrieroboter 122 und der Industrieroboter 138 sind mittels des Schleppkettensystems 51 entsprechend der Doppelpfeile 154, 158 zu beiden Seiten der Fahrzeugkarosserie 12 verlagerbar.The reflector 120 is corresponding to a handling device in the form of an industrial robot 138 held. The industrial robot 122 has the same design as the industrial robot 138 , Also the industrial robot 138 can be operated for the robot-controlled opening of doors and bonnet on a motor vehicle with a gripper element. The industrial robot 122 and the industrial robot 138 are by means of the drag chain system 51 according to the double arrows 154 . 158 on both sides of the vehicle body 12 displaced.

Die 4 ist ein Schnitt der Vorrichtung 2 entlang der Linie IV-IV in 1. Der Industrieroboter 122 ist ein Knickarm-Roboter mit 6 rotatorische Bewegungsachsen 124, 126, 128, 130, 132 und 134 sowie einer Linearbewegungsachse 136. Auch der Industrieroboter 138 hat 6 rotatorische Bewegungsachsen 140, 142, 144, 146, 148 und 150 sowie eine Linearbewegungsachse 152.The 4 is a section of the device 2 along the line IV-IV in 1 , The industrial robot 122 is a articulated arm robot with 6 rotary axes of motion 124 . 126 . 128 . 130 . 132 and 134 and a linear motion axis 136 , Also the industrial robot 138 has 6 rotational movement axes 140 . 142 . 144 . 146 . 148 and 150 and a linear motion axis 152 ,

Mittels der Industrieroboter 122, 138 können die Reflektoren 118, 120 mit 6 Bewegungsfreiheitsgraden in den drei Raumrichtungen x, y, z translatorisch verlagert und um die Raumrichtungen entsprechend den Drehachsen α, β, γ rotatorisch bewegt werden.By means of industrial robots 122 . 138 can the reflectors 118 . 120 with 6 degrees of freedom of movement in the three spatial directions x, y, z translationally displaced and the spatial directions corresponding to the axes of rotation α, β, γ are rotationally moved.

Eine oder mehrere Abmessungen der Reflektoren 118, 120 sind kleiner als die entsprechenden Abmessungen der Strahler 44, 46. Mittels der Industrieroboter 122, 138 können die Reflektoren 118, 120 in den Strahlengang der mittels der Strahler 44, 46 erzeugten UV-Strahlung bewegt werden, um so den optischen Strahlengang für das UV-Licht von den Strahlern zum Objekt definiert einzustellen. Aufgrund der wenigstens einen im Vergleich zu den korrespondierenden Abmessungen der Strahler 44, 46 kleineren Abmessung des jeweiligen Reflektors 118, 120 ist es dabei möglich, die Reflektoren 118, 120 mittels der Industrieroboter 122, 138 auch in Abschnitten des Innerraums der Fahrzeugkarosserie 12 zu manipulieren, in dem ein Strahler 44, 46 mit Gasentladungslampe nicht bewegt werden kann. Damit lassen sich auch schwer zugängliche Abschnitte der Karosserie 12 mit UV-Licht beaufschlagen.One or more dimensions of the reflectors 118 . 120 are smaller than the corresponding dimensions of the spotlights 44 . 46 , By means of industrial robots 122 . 138 can the reflectors 118 . 120 in the beam path by means of the radiator 44 . 46 generated UV radiation can be moved so as to set the optical beam path for the UV light from the radiators to the object defined. Due to the at least one compared to the corresponding dimensions of the radiator 44 . 46 smaller dimension of the respective reflector 118 . 120 it is possible, the reflectors 118 . 120 by means of industrial robots 122 . 138 also in sections of the interior of the vehicle body 12 to manipulate in which a spotlight 44 . 46 can not be moved with gas discharge lamp. This makes it difficult to access sections of the body 12 apply UV light.

Damit die Reflektoren an den Industrierobotern 122 und 138 schnell ausgewechselt werden können, gibt es in der Vorrichtung 2 in 1 drei Magazine 154, 156 und 158 für die Aufnahme von Reflektoren mit unterschiedlicher” Größe, Geometrie und unterschiedlichem Reflexionsverhalten. Die Magazine 154, 156, 158 sind so gestaltet, dass sich die dort abgelegten Reflektoren automatisch bzw. von der Bedienkonsole 55 gesteuert mit den Industrierobotern 122, 138 aufnehmen lassen. Entsprechend können die Industrieroboter 122, 138 die nicht eingesetzten Reflektoren dort ablegen.So that the reflectors on the industrial robots 122 and 138 can be replaced quickly, there are in the device 2 in 1 three magazines 154 . 156 and 158 for the recording of reflectors with different size, geometry and different reflection behavior. The magazines 154 . 156 . 158 are designed so that the reflectors stored there automatically or from the control panel 55 controlled with the industrial robots 122 . 138 let record. Accordingly, the industrial robots 122 . 138 put the unused reflectors there.

Um Streu- und Absorptionsverluste für die mittels der Strahler 24, 26, 28, 44, 46 in der Vorrichtung erzeugten UV-Strahlung zu minimieren, kann in dem gasdichten Anlagengehäuse 6 eine Vakuumumgebung mit einem Druck im Bereich zwischen 50 mbar und 100 mbar eingestellt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, in dem Anlagengehäuse 6 eine Inertgasatmosphäre mit einem Intergas einzustellen, das kein UV-Licht streut bzw. absorbiert und die Sauerstoffinhibierung verhindert.To scatter and absorption losses for by means of the radiator 24 . 26 . 28 . 44 . 46 In the gas-tight plant housing, to minimize UV radiation generated in the device 6 a vacuum environment with a pressure in the range between 50 mbar and 100 mbar can be set. Alternatively, it is also possible in the plant housing 6 to adjust an inert gas atmosphere with an inert gas that does not scatter or absorb ultraviolet light and prevent oxygen inhibition.

Nach der Abarbeitung einer kompletten Fahrzeugkarosserie 12, 14 werden die Roboter in ihre Ausgangsstellungen bewegt. Die Fahrzeugkarosserien 12, 14 können dann aus der Vorrichtung 2 ausgefahren werden.After processing a complete vehicle body 12 . 14 The robots are moved to their original positions. The vehicle bodies 12 . 14 can then leave the device 2 be extended.

Insbesondere für den Fall, dass eine Werkzeugwechseldauer im Bezug auf die entsprechende Taktzeit im Produktionsprozess eine zu lange, nicht vertretbare Zeitdauer in Anspruch nimmt, können die Reflektoren 118 und 120 auch an separaten Handhabungsvorrichtungen angebracht sein.In particular, in the event that a tool change duration in relation to the corresponding cycle time in the production process takes too long, unreasonable time duration, the reflectors can 118 and 120 also be attached to separate handling devices.

Ein entsprechender Prozess mit Werkzeugwechsel kann z. B. folgendermaßen ablaufen: Nach dem Einfahren der Fahrzeugkarosserien 12, 14 in einen UV-Behandlungsraum werden mittels der Handhabungsroboter zunächst die Türen und/oder Hauben geöffnet, um die von Türen oder Hauben abgedeckten Bereiche der Fahrzeugkarosserie zugänglich zu machen. Daraufhin werden die Strahler 44 und 46 über die Roboter 48 und 50 an die Positionen bewegt, die zur Bestrahlung der Innenbereiche erforderlich und erreichbar sind. Nach diesem Schritt verbleibt dann eine Anzahl zu bestrahlender Bereiche, die ausschließlich über die von den Strahlern separat angeordneten Reflektoren mit UV-Licht beaufschlagt werden können.A corresponding process with tool change can, for. B. proceed as follows: After retraction of the vehicle bodies 12 . 14 The doors and / or hoods are initially opened into a UV treatment room by means of the handling robots in order to make accessible the areas of the vehicle body covered by doors or hoods. Then the spotlights become 44 and 46 about the robots 48 and 50 moved to the positions that are required and achievable for irradiation of the interior areas. After this step, a number of areas to be irradiated remain, which can be exposed to UV light exclusively via the reflectors arranged separately from the radiators.

Mittels der Handhabungsroboter werden dann zunächst die Türen und Hauben einer Fahrzeugkarosserie in solche Positionen bewegt, die eine günstige Zugänglichkeit der zu bestrahlenden Bereiche der Fahrzeugkarosserie für Strahler und Reflektoren gewährleisten. Für den Fall, dass die Reflektoren an separaten Handhabungsvorrichtungen angebracht sind, werden diese anschließend oder gegebenenfalls auch zeitgleich mit der Bewegung der Tür- und Haubenöffner in die Nähe der zu bestrahlenden Bereiche der Fahrzeugkarosserie bewegt. Dort werden die Reflektoren mit Strahlung aus den UV-Strahlern beaufschlagt. Mittels der Reflektoren wird die UV-Strahlung dann zu den schlecht zugänglichen Bereichen der Fahrzeugkarosserie geleitet.By means of the handling robot, the doors and hoods of a vehicle body are then first moved into positions which ensure favorable accessibility to the areas of the vehicle body to be irradiated for the radiators and reflectors. In the event that the reflectors are mounted on separate handling devices, these are subsequently or possibly also moved simultaneously with the movement of the door and hood openers in the vicinity of the areas of the vehicle body to be irradiated. There, the reflectors are exposed to radiation from the UV lamps. By means of the reflectors, the UV radiation is then directed to the poorly accessible areas of the vehicle body.

Wenn ein gemeinsamer Handhabungsroboter für Tür-Hauben-Bewegungen und Reflektorhandling vorgesehen ist, wird dieser günstigerweise nach Positionierung der Türen bzw. Hauben das Handlingswerkzeug ablegen und einen passenden Reflektor aufnehmen, mit dem UV-Licht auf die Fahrzeugkarosserien gelenkt werden kann. Es ist möglich, den Handhabungsroboter auch so auszubilden, dass dieser ohne Werkzeugwechsel sowohl Handlings- als auch Reflektoraufgaben übernehmen kann. Für den Fall, dass der Einsatz von unterschiedlichen Reflektoren günstig ist, etwa um eine gleichwertige Bestrahlung von geometrisch unterschiedlich ausgebildeten Bereichen einer Fahrzeugkarosserie zu gewährleisten, kann vorgesehen werden, die Reflektoren zwischen aufeinander folgenden Bestrahlungsschritten auszuwechseln.If a common handling robot is provided for door hood movements and reflector handling, this will conveniently deposit the handling tool after positioning the doors or hoods and receive a suitable reflector, with the UV light can be directed to the vehicle bodies. It is also possible to design the handling robot in such a way that it can handle both handling and reflector tasks without changing tools. In the event that the use of different reflectors is favorable, for example to ensure equivalent irradiation of geometrically differently shaped regions of a vehicle body, provision can be made to replace the reflectors between successive irradiation steps.

Für die Bestrahlung einer Fahrzeugkarosserie können ein, zwei oder auch mehrere Paare von Handhabungs- und Strahlungsrobotern zeitgleich eingesetzt werden. Mit dieser Maßnahme lassen sich die Taktzeiten im Produktionsprozess verkürzen.For the irradiation of a vehicle body, one, two or more pairs of handling and radiation robots can be used at the same time. With this measure, the cycle times in the production process can be shortened.

Die 5 zeigt einen Strahler 160 mit einem Reflektor 162. Der Reflektor 162 ist ein Hohlspiegel mit einer konkaven Querschnittsgeometrie. Mittels des Reflektors 162 wird die mit der Gasentladungslampe 164 erzeugte UV-Strahlung 166 in der Achse 168 fokussiert. Der Strahler 160 erzeugt gerichtete UV-Strahlung, die mit einer optischen Achse 169 aus der Austrittsöffnung 163 des Reflektors 162 austritt. Die Austrittsöffnung 163 hat einen Durchmesser d. In der von der Austrittsöffnung 163 des Reflektors 162 mit dem Abstand a beabstandeten Ebene 165, in der die Achse 168 verläuft, hat die Strahlungsflussdichte 161 die von der Gasentladungslampe 164 erzeugten UV-Strahlung 166 ein globales Maximum 159.The 5 shows a spotlight 160 with a reflector 162 , The reflector 162 is a concave mirror with a concave cross-sectional geometry. By means of the reflector 162 will be the one with the gas discharge lamp 164 generated UV radiation 166 in the axis 168 focused. The spotlight 160 generates directional UV radiation that has an optical axis 169 from the outlet 163 of the reflector 162 exit. The outlet opening 163 has a diameter d. In the from the outlet 163 of the reflector 162 with the distance a spaced plane 165 in which the axis 168 runs, has the radiation flux density 161 that of the gas discharge lamp 164 generated UV radiation 166 a global maximum 159 ,

In der 6 ist ein Strahler 170 mit einem Reflektor 172 gezeigt. Der Reflektor 172 ist ein Hohlspiegel mit einer konkaven Querschnittsgeometrie. Die UV-Strahlung 174 der Gasentladungslampe 176 in dem Strahler 170 wird mittels des Reflektors 172 in ein gerichtetes Strahlenbüschel 178 überführt. Der Öffnungswinkel φ des Strahlenbündels 178 beträgt etwa 50°. Das Strahlenbüschel 178 hat eine optische Achse 180. In der von der Austrittsöffnung 173 des Reflektors 172 mit dem Abstand a beabstandeten Ebene 175 hat die Strahlungsflussdichte 171 der von der Gasentladungslampe 176 erzeugten UV-Strahlung ein globales Maximum 179. Hier beträgt der Abstand a ein Mehrfaches des Durchmessers d der Austrittsöffnung 173.In the 6 is a spotlight 170 with a reflector 172 shown. The reflector 172 is a concave mirror with a concave cross-sectional geometry. The UV radiation 174 the gas discharge lamp 176 in the spotlight 170 is by means of the reflector 172 into a directed bundle of rays 178 transferred. The opening angle φ of the beam 178 is about 50 °. The ray bundle 178 has an optical axis 180 , In the from the outlet 173 of the reflector 172 with the distance a spaced plane 175 has the radiation flux density 171 that of the gas discharge lamp 176 generated UV radiation a global maximum 179 , Here, the distance a is a multiple of the diameter d of the outlet opening 173 ,

Die 7 zeigt einen Strahler 182, in dem ein Reflektor 184 mit einer Gasentladungslampe 186 angeordnet ist. Der Strahler 182 umfasst eine Sammellinse 188, durch die gerichtete UV-Strahlung 190 mit der optischen Achse 192 bereitgestellt wird.The 7 shows a spotlight 182 in which a reflector 184 with a gas discharge lamp 186 is arranged. The spotlight 182 includes a condenser lens 188 , by the directed UV radiation 190 with the optical axis 192 provided.

In der 8 ist ein Strahler 194 mit einem Reflektor 196 einer Gasentladungslampe 198 gezeigt, der eine Fresnel-Linse 199 aufweist. Durch die Fresnel-Linse 199 wird parallelisierte UV-Strahlung 201 mit der optischen Achse 203 bereitgestellt.In the 8th is a spotlight 194 with a reflector 196 a gas discharge lamp 198 shown a Fresnel lens 199 having. Through the Fresnel lens 199 becomes parallelized UV radiation 201 with the optical axis 203 provided.

Durch die in 3, 5, 6, 7 und 8 gezeigten Geometrien der Reflektoren für Strahler ist es möglich, gerichtete UV-Strahlung zu erzeugen. Diese Strahlung wird mit einem eine optische Achse aufweisenden Strahlengang auf ein an einer Handhabungsvorrichtung aufgenommen optischen Element gerichtet. Dieses optische Element reflektiert oder streut die auftreffende UV-Strahlung bzw. lenkt diese um, so dass die Strahlung für die Strahlungsbehandlung an die Oberfläche eines Objekts geführt wird.By the in 3 . 5 . 6 . 7 and 8th shown geometries of reflectors for radiators, it is possible to generate directional UV radiation. This radiation is directed with an optical axis having a beam path to an optical element accommodated on a handling device. This optical element reflects or scatters the incident UV radiation or deflects it, so that the radiation for the Radiation treatment is performed on the surface of an object.

Die 9 zeigt eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung 200 mit einer Fahrzeugkarosserie 202. Die Vorrichtung 200 umfasst einen Strahler für UV-Strahlung 204 und einen Spiegel 206 als Reflektor für das in dem Strahler 204 erzeugte UV-Licht.The 9 shows a device for radiation treatment 200 with a vehicle body 202 , The device 200 includes a radiator for UV radiation 204 and a mirror 206 as a reflector for that in the radiator 204 generated UV light.

Der Strahler 204 enthält eine Gasentladungslampe 208 und einen Parabolspiegel-Reflektor 210. Der Reflektor 210 hat eine dichroitische Spiegelschicht 211. Der Strahler 204 erzeugt gerichtete UV-Strahlung 212 mit einer optischen Achse 214. Aufgrund der dichroitischen Spiegelschicht 211 enthält die von dem Strahler 204 abgegebene UV-Strahlung 212 praktisch keine Infrarot-, d. h. Wärmestrahlung.The spotlight 204 contains a gas discharge lamp 208 and a parabolic reflector 210 , The reflector 210 has a dichroic mirror layer 211 , The spotlight 204 generates directed UV radiation 212 with an optical axis 214 , Due to the dichroic mirror layer 211 contains the of the spotlight 204 emitted UV radiation 212 virtually no infrared, ie heat radiation.

Der Strahler 204 ist an einem Gelenkroboter 216 mit Seriellkinematik aufgenommen. Der Gelenkroboter 216 hat vier rotatorische Bewegungsachsen 218, 220, 222, 224 und weist eine translatorische Bewegungsachse 226 auf. Der Spiegel 206 kann mittels einer Handhabungsvorrichtung in Form eines weiteren Gelenkroboters 218 bewegt werden. Der Gelenkroboter 228 hat sechs rotatorische Bewegungsachsen 230, 232, 234, 236, 238, 240 und zwei translatorische Bewegungsachsen 242, 244. Der Spiegel 206 ist insbesondere entsprechend dem Doppelpfeil 246 um die rotatorische Bewegungsachse 240 verstellbar. Die Gelenkroboter 216 für den Strahler 204 und der Gelenkroboter 228 für den Spiegel 204 sind einander gegenüberliegend angeordnet. In der Einstellung in 9 ist der Strahler 204 mittels des Gelenkroboters 216 in die Kofferraumöffnung 248 der Fahrzeugkarosserie 202 bewegt. Hier ist der Strahler 204 über einer Ausnehmung 250 im Kardantunnel 252 der Karosserie 202 angeordnet.The spotlight 204 is at an articulated robot 216 recorded with serial kinematic. The articulated robot 216 has four rotational axes of motion 218 . 220 . 222 . 224 and has a translatory movement axis 226 on. The mirror 206 can by means of a handling device in the form of another articulated robot 218 to be moved. The articulated robot 228 has six rotational movement axes 230 . 232 . 234 . 236 . 238 . 240 and two translational motion axes 242 . 244 , The mirror 206 is in particular according to the double arrow 246 around the rotational movement axis 240 adjustable. The articulated robots 216 for the spotlight 204 and the articulated robot 228 for the mirror 204 are arranged opposite each other. In the setting in 9 is the spotlight 204 by means of the articulated robot 216 in the trunk opening 248 the vehicle body 202 emotional. Here is the spotlight 204 over a recess 250 in the transmission tunnel 252 the body 202 arranged.

Der Spiegel 206 ist mit dem Gelenkroboter 228 in das Innere des Kardantunnels 252 eingeführt. Die UV-Strahlung 212 aus dem Strahler 204 ist mit der optischen Achse 214 durch die Ausnehmung im Kardantunnel 252 geführt. Im Innern des Kardantunnels 252 trifft sie auf den Spiegel 206. In dem Kardantunnel 252 ist der Spiegel 206 nahe an einer mit Lack beschichteten Oberfläche positioniert, die mittels UV-Licht gehärtet werden soll. Der Abstand des Spiegels 206 von der Oberfläche im Kardantunnel 252 beträgt nur wenige Zentimeter. Mittels des bewegbaren Spiegels 206 kann der optische Weg der mit dem Strahler 204 erzeugten UV-Strahlung 212 eingestellt werden, um ein für das Härten von UV-empfindlichem Lack günstiges Strahlungsfeld 254 in einem Oberflächenabschnitt im Kardantunnel 252 einzustellen.The mirror 206 is with the articulated robot 228 into the interior of the transmission tunnel 252 introduced. The UV radiation 212 from the spotlight 204 is with the optical axis 214 through the recess in the transmission tunnel 252 guided. Inside the transmission tunnel 252 she meets the mirror 206 , In the transmission tunnel 252 is the mirror 206 positioned near a lacquer-coated surface to be cured by UV light. The distance of the mirror 206 from the surface in the transmission tunnel 252 is only a few inches. By means of the movable mirror 206 can the optical path of the radiator 204 generated UV radiation 212 adjusted to a favorable for the curing of UV-sensitive paint radiation field 254 in a surface section in the transmission tunnel 252 adjust.

Die 10 zeigt eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung 300 mit einem Abschnitt 302 einer Fahrzeugkarosserie. Der Abschnitt 302 der Fahrzeugkarosserie umfasst eine Vordertüre 304, ein Türscharnier 306 sowie den Teil 308 eines Kotflügels. Die Vorrichtung 300 hat einen Strahler 310 mit einer Gasentladungslampe 312 und einem Reflektor 314. Der Strahler 310 ist an einer verstellbaren Halteeinrichtung in Form eines Manipulators 315 aufgenommen. Für das Einstellen des optischen Weges der mittels des Strahlers 310 erzeugten UV-Strahlung hat die Vorrichtung 300 einen als Spiegel-Array ausgebildeten Reflektor 314. Der Reflektor 314 enthält eine große Anzahl verstellbarer Spiegel 316. Die Spiegel 316 können mittels einer Steuereinrichtung 318 definiert verlagert werden, um auf diese Weise das Strahlungsfeld 320 für UV-Strahlung 322 in den schwer zugänglichen Bereichen des Abschnitts 302 der Fahrzeugkaroserie einzustellen.The 10 shows a device for radiation treatment 300 with a section 302 a vehicle body. The section 302 the vehicle body includes a front door 304 , a door hinge 306 as well as the part 308 a fender. The device 300 has a spotlight 310 with a gas discharge lamp 312 and a reflector 314 , The spotlight 310 is on an adjustable holding device in the form of a manipulator 315 added. For adjusting the optical path of the means of the radiator 310 generated UV radiation has the device 300 a reflector formed as a mirror array 314 , The reflector 314 contains a large number of adjustable mirrors 316 , The mirror 316 can by means of a control device 318 Defined to be shifted in this way the radiation field 320 for UV radiation 322 in the hard to reach areas of the section 302 to adjust the vehicle body.

Die 11 zeigt einen Reflektor 400 mit veränderbarer Reflektorgeometrie, der für den Einsatz in einer Vorrichtung zur Strahlerbehandlung ausgelegt ist. Der Reflektor 400 weist mehrere verstellbare, mittels Drehgelenken 401 verbundene Glieder 402, 404, 406 auf, die jeweils mit einer dichroitischen Spiegelschicht 410 verspiegelt sind.The 11 shows a reflector 400 with variable reflector geometry, which is designed for use in a device for radiator treatment. The reflector 400 has several adjustable, by means of swivel joints 401 connected limbs 402 . 404 . 406 on, each with a dichroic mirror layer 410 are mirrored.

Die 12 zeigt eine Handhabungsvorrichtung 500 mit einer Optikbaugruppe 502, die Linsen 504 enthält, um den optischen Weg der mittels eines Strahlers erzeugten UV-Strahlung in einer Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung einzustellen:
Zusammenfassend sind die folgenden bevorzugten Merkmale der Erfindung festzuhalten:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlungsbehandlung 2 einer Beschichtung eines Objekts 14, insbesondere zum Aushärten von Lack. Die Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle 104. In der Vorrichtung 2 gibt es wenigstens ein optisches Element 118, 120 für das Zuführen von Strahlung 109 aus der Strahlungsquelle 104 an das Objekt 14. Das wenigstens eine optische Element 118, 120 ist an einer Handhabungsvorrichtung 122, 138 aufgenommen. Zur Einstellung des optischen Weges von der Strahlungsquelle 104 zu dem Objekt 14 kann das optische Element 118, 120 relativ zu der Strahlungsquelle 104 und relativ zu dem Objekt 14 verlagert werden.The 12 shows a handling device 500 with an optical assembly 502 , the lenses 504 contains to adjust the optical path of the UV radiation generated by a radiator in a device for radiation treatment:
In summary, the following preferred features of the invention are to be noted:
The invention relates to a device for radiation treatment 2 a coating of an object 14 , in particular for curing paint. The device has a radiation source 104 , In the device 2 There is at least one optical element 118 . 120 for the delivery of radiation 109 from the radiation source 104 to the object 14 , The at least one optical element 118 . 120 is on a handling device 122 . 138 added. To adjust the optical path of the radiation source 104 to the object 14 can the optical element 118 . 120 relative to the radiation source 104 and relative to the object 14 be relocated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004023539 A1 [0002, 0010, 0010]

Claims

Device for radiation treatment ( 2 . 200 . 300 ) a coating of an object ( 14 . 252 . 304 ), in particular for curing paint, with a radiation source; and with at least one optical element ( 118 . 120 . 206 . 314 ) for the supply of radiation ( 109 . 166 . 190 . 208 ) from the radiation source ( 104 . 164 . 186 . 198 . 176 . 210 . 312 ) to the object ( 14 . 252 . 304 ); characterized in that the at least one optical element ( 118 . 120 . 206 . 314 ) on a handling device ( 122 . 138 ) is received, by means of which the optical element ( 118 . 120 . 206 . 314 ) relative to the radiation source ( 104 . 164 . 186 . 198 . 176 . 210 . 312 ) and relative to the object ( 14 . 252 . 304 ) for adjusting the optical path of the radiation source ( 104 . 164 . 186 . 198 . 176 . 210 . 312 ) to the object ( 14 . 252 . 304 ) is displaceable.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the handling device as an at least two, preferably three, four, five or six axes of movement having industrial robots ( 122 . 138 ), in particular as an industrial robot ( 122 . 138 ) with rotational movement axes and serial kinematics.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical element comprises a reflector reflecting the radiation ( 400 ) comprising preferably adjustable reflector geometry.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical element comprises a mirror ( 206 ), preferably a mirror with a mirror layer made of aluminum and / or a mirror with a dichroic mirror layer.

Device according to Claim 4, characterized in that the optical element is an adjustable mirror array ( 314 ).

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the optical element has a reflector which diffusely reflects the radiation ( 118 . 120 ), preferably a reflector with a Teflon reflector layer.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical element ( 502 ) a lens ( 503 . 504 ), in particular a Fresnel lens ( 199 ).

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the handling device ( 122 . 128 ) for the automatic replacement of the optical element ( 118 . 120 ) is designed.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the handling device ( 122 . 138 ) a magazine ( 154 . 156 . 158 ) for the storage of various by means of the handling device ( 122 . 138 ) of automatically receivable optical elements ( 118 . 120 ) assigned.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the radiation source ( 104 . 176 ) in a spotlight with reflector ( 106 . 172 ) is arranged, in particular in a radiator ( 44 . 170 ) with reflector, which has an adjustable reflector geometry.

Device according to claim 10, characterized in that the reflector ( 162 . 172 ) is designed as a concave mirror for generating a directional radiation field, which has a reflection surface with concave cross-sectional geometry which determines the radiation flux density ( 161 . 171 ) of the radiation source ( 104 . 176 ) emitted radiation ( 166 . 174 ) in one of the exit opening ( 163 . 173 ) of the concave mirror for radiation-spaced plane ( 165 . 175 ) maximizes.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the radiator ( 182 ) for generating a beam of directed radiation ( 190 ) an optical assembly with at least one converging lens ( 188 ) and / or a Fresnel lens ( 199 ) having.

Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the radiator ( 44 . 46 ) on an adjustable by means of drives holding device ( 48 . 50 ) is recorded.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the holding device as an industrial robot ( 48 . 50 ), preferably as an industrial robot having at least two, in particular three, four, five or six axes of movement, in particular as an industrial robot with rotational movement axes and serial kinematics.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that for the radiation treatment of the object ( 14 ) a gas-tight plant housing ( 6 ) is provided, in which the radiation of the radiation source ( 104 ) by an inert gas atmosphere or by vacuum to the object ( 14 ) can get.