DE102010003534A1

DE102010003534A1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Kontrastmusters

Info

Publication number: DE102010003534A1
Application number: DE102010003534A
Authority: DE
Inventors: Brigitte Schwuchow
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-06

Abstract

Mit einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kontrastmusters auf einer Bauteiloberfläche mittels eines Applikations-, insbesondere eines Farb- oder Laserstrahls (5), mit mindestens einem relativ zur Bauteiloberfläche mehrachsig translatorisch verfahrbaren Strahlkopf (2), lassen sich erfindungsgemäß qualitativ hochwertige Kontrastmuster (8) an beliebig gekrümmten Bauteilflächen dadurch applizieren, dass die Vorrichtung einen den Applikationsstrahl (5) relativ zum Bauteil (1) um zwei zur Strahlrichtung senkrechte, winklig zueinander verlaufende Achsen (x, y) programmgesteuert schwenkbeweglich einstellenden Ablenkmechanismus in Verbindung mit einem den Strahlkopf bezüglich der zu bemusternden Bauteilfläche in Richtung der Flächennormalen (N) auf einer entsprechend der Bauteilform gekrümmten Bewegungsbahn translatorisch verfahrenden Stellmechanismus (Roboter 6) enthält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kontrastmusters auf einer Bauteiloberfläche mittels eines Applikations- und insbesondere eines Farb- oder Laserstrahls, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die z. B. aus der DE 10 2005 009 696 B3 oder der DE 20 2006 016 322 U1 bekannten Vorrichtungen dieser Art enthalten einen oder mehrere parallel arbeitenden Laserstrahlköpfe, mit denen sich ein Kontrastmuster, etwa in Form eines Spirographen, reproduzierbar und genau auf die Oberfläche eines planaren Bauteils einbrennen lässt. An Bauteilen, die ein dreidimensional gekrümmtes Oberflächenprofil aufweisen, ist dies jedoch mit derartigen Vorrichtungen nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich an beliebig gekrümmten Bauteilflächen qualitativ hochwertige Kontrastmuster applizieren lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich an Bau- und insbesondere Kraftfahrzeugteilen mit dreidimensional gekrümmten Oberflächenprofilen scharfe Kontrastmuster punktgenau ohne umständliches Nachfokussieren des Applikationsstrahls und mit einer an der Applikationsstelle in Richtung der örtlichen Flächennormalen verlaufenden Strahlrichtung erzeugen.
In weiterer, baulich besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist für die Strahlbewegung bezüglich der Bauteiloberfläche gemäß Anspruch 2 vorzugsweise ein programmgesteuerter Mehrachsroboter vorgesehen, der als kombinierter Ablenk- und Stellmechanismus sowohl die Bahnsteuerung als auch die Schwenksteuerung zwischen Strahlkopf und Bauteil übernimmt. In diesem Fall empfiehlt es sich vor allem bei der Bemusterung von kleineren, mehrfach gekrümmten Bauteilen, etwa Kraftfahrzeugteilen, wie z. B. Griffschalen, Zierleisten oder auch Schiebedächer, den Strahlkopf in weiterer baulicher Vereinfachung gemäß Anspruch 3 stationär anzuordnen und stattdessen das Bauteil mittels des Roboters mehrachsig rotatorisch und translatorisch programmgesteuert zu verstellen.
Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung betrifft die Bemusterung von lackierten Bauteilen in einem mehrfach gekrümmten Bauteilbereich. Hier lässt sich gemäß Anspruch 4 in der dreidimensional profilierten Lackschicht selbst ein grau abgetöntes Kontrastmuster mit einer variablen Grautönung in der Weise erzeugen, dass der Strahlkopf als UV-Laserstrahlkopf mit einer nach Maßgabe des gewünschten Grautönungsgrades flächenbezogenen Energiedichte ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 eine Vorrichtung nach der Erfindung mit einem UV-Laserstrahlkopf während der Bemusterung eines lackierten, mehrfach gekrümmten Bauteils in zwei unterschiedlichen Bauteilpositionen; und
2 das fertig bemusterte Bauteil in perspektivischer Darstellung.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung dient zur Bemusterung eines dreidimensional gekrümmten, lackierten Kraftfahrzeugteils 1, etwa einer Blende oder einer Griffschale, und enthält als Hauptbestandteile einen stationär angeordneten Laserstrahlkopf 2 mit einer Fokussieroptik 3 für einen z. B. über einen Lichtwellenleiter 4 zugeführten Laserstrahl 5, einen Mehrachsroboter 6 zur Bewegungssteuerung des Kraftfahrzeugteils 1 bezüglich des Laserstrahlkopfes 2 und eine zentrale Steuereinheit 7, die die Stellbewegungen des Roboters 6 und die flächenbezogene Energiedichte des Laserstrahls 5, etwa im Wege des Puls/Pausenverhältnisses, in Übereinstimmung mit einem zuvor auf der Basis des Kontrastmusters und der Bauteilform erstellten Programmablaufs steuert.
In einem auf den Strahlkopf 2 bezogenen Koordinatensystem wird das Bauteil 1 durch den Roboter 6 programmgesteuert in allen drei Koordinatenachsen x, y, z translatorisch und zusätzlich um die beiden senkrecht zur Stahlrichtung verlaufenden x- und y-Achsen schwenkbeweglich verstellt. Durch die Schwenksteuerung um die x- und die y-Achse wird sichergestellt, dass die Flächennormale N des Bauteils 1 im jeweiligen Auftreffpunkt des Laserstrahls 5 während des Bemusterungsprozesses stets auf die z-Richtung ausgerichtet bleibt, also auf der Strahlungsachse des Laserstrahls 5 liegt, und die Translationssteuerung in z-Richtung hält den Abstand zwischen der Bauteiloberfläche und dem Laserstrahlkopf 2 konstant und somit die Lackschicht in der Fokusregion des Laserstrahls 5, ohne dass dieser nachfokussiert werden muss, während das Bauteil 1 im Rahmen des herzustellenden Kontrastmusters 8 in x- und y-Richtung programmgesteuert relativ zum Strahlkopf 2 verfahren wird.
Unter der Wirkung des Laserstrahls 5 wird die Lackschicht an der Applikationsstelle grau abgetönt. Der erzielte Grautönungsgrad richtet sich nach der flächenbezogen eingestrahlten Energiedichte und lässt sich durch die Vorschubgeschwindigkeit, die Dichte der erzeugten Laserstrahlspuren und/oder mit einem gepulsten Laserstrahl durch das Puls-/Pausenverhältnis veränderlich gestalten, wird aber in jedem Fall so niedrig gewählt, dass eine Carbonisierung und damit eine Qualitätsminderung der Lackschicht mit Sicherheit vermieden wird.
In 1 ist das Bauteil 1 in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt, nämlich in der Position A am Anfang und in der demgegenüber roboterbewegten Position B gegen Ende des Bemusterungsvorgangs; 2 zeigt das fertig bemusterte Bauteil 1.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann statt des Bauteils 1 auch der Strahlkopf 2 bezüglich einer oder mehrerer Translations- oder Rotationsachsen x, y, z bewegungsgesteuert werden und/oder für die Schwenkbewegungen des Laserstrahls 5 ein Schwenkspiegelsystem im Strahlkopf 2 integriert sein und weiterhin lässt sich die Bewegung in z-Richtung nicht vorprogrammiert, sondern nach Maßgabe eines Abstandsensors steuern. Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die Herstellung eines grau getönten Kontrastmusters beschränkt, sondern durch eine laseraktive Vorpigmentierung der Lackschicht lassen sich auch andersfarbige Kontrastmuster erzeugen. Zudem können auch unlackierte Bauteile 1 unmittelbar an der z. B. metallischen Bauteiloberfläche laserbemustert oder -graviert werden, etwa der Weise, dass sich durch eine Steuerung der örtlichen Laserenergiedichte und folglich der Materialerwärmung eine entsprechende Anlassverfärbung der metallischen Oberfläche ergibt. Eine weitere Alternative schließlich besteht darin, dass der Strahlkopf 2 nach Art eines Tintenstrahlkopfes als Farbstrahlkopf mit einem konzentrierten Farbstrahl ausgebildet ist, mit dem ein scharfes, ggf. mehrfarbiges Kontrastmuster in der beschriebenen Weise bildpunktgenau auf eine mehrfach gekrümmte Bauteiloberfläche aufgedruckt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005009696 B3 [0002]
DE 202006016322 U1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Kontrastmusters auf einer Bauteiloberfläche mittels eines Applikations-, insbesondere eines Farb- oder Laserstrahls, mit mindestens einem relativ zur Bauteiloberfläche mehrachsig translatorisch verfahrbaren Strahlkopf, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen den Applikationsstrahl (5) relativ zum Bauteil (1) um zwei zur Strahlrichtung senkrechte, winklig zueinander verlaufende Achsen (x, y) programmgesteuert schwenkbeweglich einstellenden Ablenkmechanismus in Verbindung mit einem den Strahlkopf (2) bezüglich der zu bemusternden Bauteilfläche in Richtung der Flächennormalen (N) auf einer entsprechend der Bauteilform gekrümmten Bewegungsbahn translatorisch verfahrenden Stellmechanismus enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlkopf (2) und das Bauteil (1) relativ zueinander durch einen kombinierten Ablenk- und Stellmechanismus in Form eines programmgesteuerten Mehrachsroboters (6) sowohl um die Schwenkachsen (x, y) rotatorisch als auch dreidimensional translatorisch verstellbar geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlkopf (2) stationär angeordnet und das Bauteil (1) robotergesteuert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bemusterung eines lackierten Bau- und insbesondere Kraftfahrzeugteils in einem mehrfach gekrümmten Bauteilbereich, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines grau abgetönten Kontrastmusters (8) ein auf die Lackierung einwirkender UV-Laserstrahlkopf (2) mit einer nach Maßgabe des gewünschten Grautönungsgrades flächenbezogenen Energiedichte vorgesehen ist.