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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen, bei welchem der Gegenstand mittels einer Applikationseinrichtung mit einer Beschichtung und/oder einer Beschichtung in Form eines Funktionsmusters versehen wird.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen, mit einer Applikationseinrichtung, mittels welcher der Gegenstand mit einer Beschichtung und/oder einer Beschichtung in Form eines Funktionsmusters versehen werden kann und die durch einen Applikationsroboter positionierbar ist.
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Bei der Fertigung von vielen Gegenständen werden diese einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Hierbei wird die Güte der Oberfläche beispielsweise durch eine Beschichtung veredelt und/oder gegen äußere Einflüsse geschützt. Beispielsweise werden Fahrzeugkarosserien oder Teile davon, aber auch eine Vielzahl von anderen Gegenständen wie z.B. Sportgeräte oder dergleichen hierzu mit einer Lackierung versehen.
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Häufig besteht der Wunsch nach einer Individualisierung der Gegenstände, durch welche sich die Gegenstände gegenüber anderen Gegenständen aus einer gleichen Produktionslinie unterscheiden. Dies betrifft die Gegenstände einerseits während des Produktionsprozesses auf Herstellerseite, um beispielsweise Produkt-Informationen mit dem Gegenstand zu verknüpfen. Andererseits wünschen sich häufig die Endkäufer und Endnutzer eines Gegenstandes nach dessen Fertigstellung, dass sich der Gegenstand in individueller Weise von anderen, ansonsten gleichen Gegenständen unterscheidet, um dem eigenen Gegenstand auch eine eigene persönliche Note geben zu können. Hierzu werden Gegenstände beispielsweise nachträglich mit Aufklebern oder dergleichen versehen. Aber auch eine Individualisierung durch technische Merkmale, die einen Gegenstand von einem anderen Gegenstand oder eine erste Produktlinie von einer zweiten Produktlinie unterscheiden, kann gewünscht sein.
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Diese Individualisierung wird durch eine eingangs erwähnte Beschichtung in Form eines Funktionsmusters erreicht. Anstatt mit leicht ablösbaren Aufklebern oder nachträglichen Anbauten, wie Schildern oder technischen Komponenten oder dergleichen, wird der Gegenstand mit einer Beschichtung versehen, welche die gewünschte Individualisierung herbeiführt. Ein solches Funktionsmuster kann zum Beispiel ein Individualmuster, ein Informationsmuster oder ein technisches Muster sein und gegebenenfalls als Reliefmuster mit Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet sein. Hierauf wird weiter unten nochmals im Detail eingegangen.
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Die Applikationseinrichtung wird dabei zum Beispiel von einem Gelenkarm-Roboter geführt, wie er an und für sich bekannt ist.
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Aus der
DE 10 2009 030 883 A1 ist es bekannt, die Position eines Endglieds eines Roboterarms mit Hilfe eines ortsfesten Lasers in Verbindung mit einer Beugungsgitter zu bestimmen.
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Die
DE 10 2007 043 498 A1 beschreibt ein Positioniersystem für eine Laufkatze, deren Positionierung mit Hilfe einer CCD-Kamera auf der Laufkatze abgestimmt wird, mittels welcher das Erreichen eines visuellen Markers überwacht wird.
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In der US 2006 / 0 233 945 A1 wird das Aussehen eines zu beschichtenden Objekts mittels eines Laserscanners oder mittels Digitalkameras überwacht, woraus Instruktionen für einen Beschichtungsroboter errechnet werden.
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Die WO 2014/ 093 144 A1 beschreibt die Erzeugung von Bahnbewegungsprogrammen eines Lackierroboters auf Grund von dreidimensionalen Daten eines zu beschichtenden Gegenstandes, wozu 3D-Kameras genutzt werden.
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Insbesondere beim Aufbringen eines derartigen Funktionsmusters, beispielsweise eine Bildes, sind die Positionstoleranzen der Applikationseinrichtung jedoch beträchtlich kleiner, als beispielsweise bei einer einfachen großflächigen Beschichtung einer Gegenstandes. Derartige, sich wiederholende Bewegungsabläufe, können von einem Roboter gut gelernt werden, so dass die zu durchlaufenden Positionen mit guter Genauigkeit im Bereich von 0,15 mm bis 0,5 mm angefahren werden können.
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Die Art und Erstreckung des Funktionsmusters sowie die Art und Erstreckung des zu beschichtenden Gegenstandes können jedoch von Mal zu Mal anders ausfallen. Die absolute Positioniergenauigkeit beim Bewegen einer Applikationseinrichtung reicht in der Regel jedoch nicht aus, um ein Funktionsmuster mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.
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Diese Schwierigkeiten ergeben sich z.B. auch bei einer großflächigen Oberflächenbeschichtung, wenn sich die Form und Geometrie von zu beschichtenden Gegenständen häufig ändert. Auch in diesem Fall ist eine genaue Absolutpositionierung wünschenswert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass
die absolute Position der Applikationseinrichtung im Raum mittels eines Positioniersystems erfasst und eingestellt wird;
und
die Position der Applikationseinrichtung am Gegenstand außerdem durch ein Nahfeldpositioniersystem erfasst und eingestellt wird.
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Es gibt somit erfindungsgemäß ein eigenes Positioniersystem, welches für die Überwachung und Einstellung der absoluten Position der Applikationseinrichtung verantwortlich ist, wobei eine genaue Überwachung der Position der Applikationseinrichtung an deren Arbeitsort möglich ist.
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Dabei ist es günstig, wenn die Absolutposition der Applikationseinrichtung im Raum durch ein Raumkamerasystem mit mehreren Raumkameras erfasst wird, die derart angeordnet sind, dass sie einen Arbeitsraum umgeben und erfassen, in dem die Applikationseinrichtung bewegt wird.
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Es kann beispielsweise bei einer geringen Größe der Applikationseinrichtung oder durch Abschattungen durch im Arbeitsraum der Applikationseinrichtung vorhandene Strukturen schwierig sein, die Applikationseinrichtung im Raum zu erfassen. Daher kann es günstig, sein, wenn ein Referenzkörper bewegungsfest mit der Applikationseinrichtung gekoppelt ist.
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Vorteilhaft kann das Verfahren bei der Behandlung einer Fahrzeugkarosserie umgesetzt werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Nahfeldpositioniersystem verwendet wird, welches eine Gesichtsfeldkamera umfasst, durch welche die Position der Applikationseinrichtung am Gegenstand anhand der Kameraaufnahme nachvollzogen wird.
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Die oben genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch
ein Positioniersystem, mit welchem die absolute Position der Applikationseinrichtung im Raum erfassbar und einstellbar ist;
und
ein Nahfeldpositioniersystem, durch welches die Position der Applikationseinrichtung am Gegenstand erfassbar und einstellbar ist.
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Die Vorteile hierzu und zu den nachfolgend genannten Merkmalen entsprechen sinngemäß den Vorteilen, die zu den obigen Verfahrensmerkmalen genannt wurden.
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Folglich ist es günstig, wenn ein Raumkamerasystem vorhanden ist, mittels welchem die Absolutposition der Applikationseinrichtung erfassbar ist, welches mehrere Raumkameras umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie einen Arbeitsraum umgeben und erfassen, in dem die Applikationseinrichtung bewegbar ist.
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Vorzugsweise ist ein Referenzkörper bewegungsfest mit der Applikationseinrichtung gekoppelt.
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Vorteilhaft ist der Gegenstand eine Fahrzeugkarosserie.
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Dabei umfasst das Nahfeldpositioniersystem insbesondere eine Gesichtsfeldkamera, welche derart angeordnet ist, dass die Position der Applikationseinrichtung am Gegenstand anhand der Kameraaufnahme nachvollziehbar ist.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1 schematisch eine Lackierkabine, in der Applikationsroboter und ein Fördersystem angeordnet sind, mit deren Hilfe Fahrzeugkarosserien lackiert und mit einem Funktionsmuster versehen werden;
- 2 bis 5 verschiedene Varianten der Erzeugung eines Funktionsmusters;
- 6 schematisch eine abgewandelte Lackierkabine und einen Prozessablauf zur Erzeugung eines Funktionsmusters;
- 7 schematisch ein Beispiel für eine Muster-Applikationseinrichtung zum Erzeugen eines Funktionsmusters.
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In 1 ist mit 10 als Beispiel für eine Oberflächenbehandlung eines Gegenstandes insgesamt eine Anlage zum Beschichten von Gegenständen bezeichnet, die beispielhaft als Lackieranlage 12 gezeigt ist, in welcher Gegenstände lackiert werden und von der lediglich ein Abschnitt gezeigt ist. Als Beispiel für zu beschichtende Gegenstände sind in 1 Fahrzeugkarosserien 14 dargestellt. Anstelle von Fahrzeugkarosserien können auch andere Gegenstände beschichtet bzw. lackiert werden, deren Oberfläche veredelt oder geschützt werden soll.
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Die Lackieranlage 10 umfasst als Beschichtungsraum einen Lackiertunnel 16, in dem ein an und für sich bekanntes Fördersystem 18 angeordnet ist, mit dem die Fahrzeugkarosserien 14 durch den Lackiertunnel 16 hindurch gefördert werden.
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Auf ihrem Weg durch den Lackiertunnel 16 hindurch werden die Fahrzeugkarosserien 14 mit einer Beschichtung in Form einer mehrschichtigen Lackierung 20 versehen, wozu die Fahrzeugkarosserien 14 mehrere Beschichtungszonen 22 durchlaufen, von denen in 1 von rechts nach links eine Lack-Beschichtungszone 22a, eine Muster-Beschichtungszone 22b und eine weitere Lack-Beschichtungszone 22c gezeigt sind. In den Beschichtungszonen 22a und 22c sind Beschichtungsroboter in Form von mehrachsigen Lackierrobotern 24 angeordnet, wie sie an und für sich bekannt sind und mittels welchen die Lackierung 20 auf die Fahrzeugkarosserie 14 aufgebracht wird. Hierzu führt jeder Lackierroboter 24 eine Lack-Applikationsvorrichtung, wie beispielsweise einen Hochrotationszerstäuber 26, mit sich. Im Lackiertunnel 16 durchlaufen die Fahrzeugkarosserien somit einen Beschichtungsprozess in Form eines Lackierprozesses.
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In der Lackieranlage 12 nach 1 sind in der Lack-Beschichtungszone 22a drei Lackierroboter 24 und in der Lack-Beschichtungszone 22c zwei Lackierroboter 24 angeordnet. In der Muster-Beschichtungszone 22b befindet sich ein Muster-Applikationsroboter 28 mit einer Muster-Applikationseinrichtung 30, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als mehrachsiger Druckroboter 32 und als Druckkopf 34 ausgebildet sind, wobei letzterer zum Beispiel nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckkopfes arbeitet. Die Beschichtungszone 22b wird nachfolgend als Musterzone 22b bezeichnet.
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Allgemein ausgedrückt ist die Muster-Applikationseinrichtung 30 beweglich geführt. Die Muster-Applikationseinrichtung 30 muss auch nicht von einem eigenen Muster-Applikationsroboter 28 getragen sein, sondern kann auch von einen Lackierroboter 24 geführt werden. Dieser kann hierzu zum Beispiel eine Lack-Applikationsvorrichtung und eine Muster-Applikationsvorrichtung 30 als eine Art Wechselkopf umfassen.
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Die Fahrzeugkarosserien 14 werden mit Hilfe der Muster-Applikationsroboter 28 mittels eines Beschichtungsvorganges mit einem Funktionsmuster 36 versehen (vgl. 2 bis 5). Dieses Funktionsmuster 36 kann in die Lackierung 20 integriert oder außen auf diese aufgebracht sein. In letztem Fall können die Muster-Applikationsroboter 28 bzw. die Druckroboter 32 auch in einem vom Lackiertunnel 16 getrennten Behandlungsraum angeordnet sein, der von den Fahrzugkarosserien 14 im Anschluss an den Lackiervorgang durchlaufen werden.
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Auf weitere Details zu dem Funktionsmuster 36 wird weiter unten nochmals näher eingegangen.
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Im vorliegenden Fall der Druckroboter 32 werden die Funktionsmuster 36 auf eine Druckoberfläche 38 der Fahrzeugkarosserie 14 aufgedruckt. Eine Druckoberfläche 38 ist dabei ein Oberflächenbereich der Fahrzeugkarosserie 14, der im Laufe des Lackierprozesses oder nach dessen Vollendung außen liegt und für ein Bedrucken zur Verfügung steht.
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Dies ist in den 2 bis 5 veranschaulicht. Dort ist mit 40 eine Materialwand eines Gegenstandes, beim vorliegenden Beispiel also eine Blechwand einer Fahrzeugkarosserie 14, bezeichnet.
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Die Blechwand 40 trägt nun die Lackierung 20, die in den 2B, 3B, 4B und 5C gezeigt ist und dort jeweils beispielhaft drei Schichten umfasst. Im Lackierprozess wird zunächst eine Schicht aus einem Primer 42 auf die Blechwand 40 aufgetragen. Der Primer 42 wird dann mit einem farbgebenden Decklack 44 versehen. Auf den Decklack 44 wird dann ein Oberlack 46 aufgetragen. Dieser kann ein transparenter Klarlack oder ein farbiger Lack sein. Ein solcher Lackierprozess ist an und für sich bekannt.
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In 2 ist veranschaulicht, dass das Funktionsmuster 36 als einschichtiges Funktionsmuster 48 in einem ersten Prozessschritt A auf den Decklack 44 der Lackierung 20 aufgebracht wurde, bevor diese mit dem Oberlack 46 versehen wird. In diesem Fall bildet somit der Decklack 44 die Druckoberfläche 38. In einem zweiten Prozessschritt B wird dann der Decklack 44 und das einschichtige Funktionsmuster 48 mit dem Oberlack 46 beschichtet und hierdurch nach außen versiegelt.
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3 zeigt ein zweischichtiges Funktionsmuster 50 mit einer ersten Schicht 52 und einer zweiten Schicht 54. Auch hier bildet der Decklack 44 die Druckoberfläche 38. In einem ersten Prozessschritt A wird in einem ersten Teilschritt die erste Schicht 52 durch die Muster-Applikationsroboter 28 auf den Decklack 44 aufgebracht. In einem zweiten Teilschritt des Prozessschrittes A wird dann die erste Schicht 52 des zweischichtigen Funktionsmusters 50 mit der zweiten Schicht 54 bedeckt. In einem zweiten Prozessschritt B wird dann der Decklack 44 und das zweischichtige Funktionsmuster 50 mit dem Oberlack 46 beschichtet.
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In 4 ist als Funktionsmuster 36 ein Reliefmuster 56 gezeigt, welches ebenfalls in einem ersten Prozessschritt A auf den Decklack 44 aufgebracht wurde, die also wiederum als Druckoberfläche 38 dient. Das Reliefmuster 56 umfasst Erhebungen 58 und Vertiefungen 60, welche von einem Betrachter visuell erkannt oder ertastet werden können. Damit das Reliefmuster 56 nach Abschluss der Lackierung ertastbar bleibt, wird der Oberlack 46 in einem zweiten Prozessschritt B derart auf den Decklack 44 und das Reliefmuster 56 aufgetragen, dass der Oberlack 46 dem Oberflächenverlauf des Reliefmusters 56 folgt, so dass sich die Reliefkontur des Reliefmusters 56 schließlich im Oberflächenverlauf des Oberlacks 46 widerspiegelt.
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Gegebenenfalls kann der Oberlack 46 auch als Schicht auf das Reliefmuster 56 aufgebracht werden, welche die Erhebungen 58 und die Vertiefungen 60 ausgleicht, so dass im Bereich des Reliefmusters eine glatte Lackoberfläche der Fahrzeugkarosserie 14 ohne Strukturierung ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Reliefmuster 56 lediglich visuell erkannt werden.
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In 5 ist eine Abwandlung gezeigt, bei welcher das Reliefmuster 56 nicht auf den Decklack 44, sondern in einem ersten Prozessschritt A bereits auf den Primer 42 aufgetragen wurde, welcher somit die Druckoberfläche 38 bereitstellt. In einem zweiten Prozessschritt B wird dann der Primer 42 und das Reliefmuster 56 mit dem Decklack 44 bedeckt, die dann in einem dritten Prozessschritt C mit dem Oberlack 46 versiegelt wird. Dabei bleibt die Oberflächenkontur des Reliefmusters 56 an der Oberfläche des Oberlacks 46 erhalten. Der Übersichtlichkeit halber sind die Erhebungen 58 und Vertiefungen 60 des Reliefmusters 56 in 5 nicht mit Bezeugzeichen versehen.
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Alternativ können der Oberlack 46 oder bereits der Decklack 44 so auf das Reliefmuster 65 aufgetragen werden, dass dessen Oberflächenstruktur ausgeglichen wird und der Oberlack 46 im Bereich des Reliefmusters 56 wieder eine glatte Oberfläche ohne Strukturierung ausbildet.
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Bei einer hier nicht eigens gezeigten Abwandlung wird das Funktionsmuster 36 direkt auf die Blechwand 40 gedruckt und danach von den drei Schichten aus Primer 42, Decklack 44 und Oberlack 46 abgedeckt.
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Als Funktionsmuster 36 kommen nun Muster in Frage, welche mittels an und für sich bekannter Druckmethoden, insbesondere nach dem Prinzip von Tintenstrahldruckern, auf die genutzte Druckoberfläche 38 aufgebracht werden können.
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Hierbei sind beispielsweise Individualmuster interessant, durch welche ein Fahrzeug bereits beim Lackierprozess für den Endkäufer und Endnutzer individualisiert werden kann. Derartige Individualmuster können z.B. Fotos, Bilder, Texte, Muster und Strukturen oder dergleichen sein, die dem Hersteller von dem Endkäufer oder Endnutzer individuell vorgegeben werden können.
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Derartige Individualmuster können beispielsweise als Dekormuster innen auf die Fahrzeugkarosserie 14 aufgebracht werden. Beispielsweise kommt in Betracht, ein Foto oder Bild eines Familienmitglieds des Endkäufers als Dekormuster im Innenraum der Fahrzeugkarosserie aufzudrucken. Aber auch au-ßen kann eine Fahrzeugkarosserie 14 entsprechend mit Individualmustern versehen werden.
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Derartige Individualmuster können dem Hersteller beispielsweise als Abbild 62 übergeben werden, was in 6 gezeigt ist. Dort sind abweichend von 1 mehr Lackierroboter 24 im Lackiertunnel 16 in anderen Positionen vorhanden. In der Beschichtungszone 22b befinden sich neben zusätzlichen zwei Lackierrobotern 24 nun auch zwei Druckroboter 32. Außerdem sind statt Fahrzeugkarosserien 14 allgemein Gegenstände 64 gezeigt.
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Das Abbild 62 wird zunächst elektronisch in eine Datei 66 umgewandelt. Gegebenenfalls - oder wenn dem Hersteller vom Kunden direkt eine Datei 66 übergeben wird - kann noch eine Konvertierung 68 in ein Datenformat notwendig sein, welches von einer Prozesssteuerung 70 für den oder die Druckroboter 32 der Lackieranlage 12 verarbeitet werden kann. Die Prozesssteuerung 70 kommuniziert beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auch mit den Lackierrobotern 24, was in 6 anhand der gestrichelten Linien gezeigt ist.
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Die Prozesssteuerung 70 koordiniert dann den Lackierprozess und steuert die Lackierroboter 24 und die Druckroboter 32 so an, das im Ergebnis eine individualisierte Fahrzeugkarosserie 14 oder ein individualisierter Gegenstand 64 entsteht, die bzw. der dem Kundenwunsch entspricht.
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Ein Funktionsmuster 36 kann auch als Informationsmuster ausgebildet sein, welche Informationen über den oder zu dem beschichteten Gegenstand liefern, vorliegend also Informationen über das oder zu dem Fahrzeug. Hierzu zählen beispielsweise Serien- oder Produktionsnummern, visuell codierte Produktinformationen wie z.B. Barcodes, QR-Codes oder auch Hologramme, in denen z.B. Ausstattungsmerkmale und -umfänge abgelegt sind, besondere Wartungs- oder Bedienungshinweise, Typenbezeichnungen, Piktogramme, Markennamen und Firmenlogos oder dergleichen. In der oben beschriebenen Weise können solche Informationsmuster insbesondere in die Lackierung 20 eingearbeitet sein und so gegen einen Einfluss von außen geschützt sein.
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Besonders bei Seriennummern kann dies von Vorteil sein. Beispielsweise fällt ein Entfernen und/oder Ändern der an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Fahrgestellnummer schnell auf, da hierzu die Lackierung 20 angegriffen und nicht nur ein Schild ausgetauscht werden muss.
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In 6 ist mit 72 eine Dateneingabe bezeichnet, über welche der Prozesssteuerung 70 ein Informationsmuster übergeben werden kann, welches dort beispielhaft durch einen Barcode und eine Ziffernfolge angedeutet ist.
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Ferner können Funktionsmuster 36 auch als technische Muster ausgebildet sein. Technische Muster sind mit einer technischen Funktionalität verknüpft. Hierzu zählen beispielsweise Sensoren zur Erfassung von Umgebungseigenschaften, z.B. Lichtsensoren, Gassensoren, Abstandssensoren, Tastsensoren oder dergleichen, ebenso wie Solarzellen und Leuchtdioden (LEDs) sowie organische Leuchtdioden (OLEDs). Auch elektrische oder elektronische Schaltkreise sowie elektrische Leiterbahnen, mit denen wiederum andere technische Muster oder sonstige elektrische oder elektronische Baugruppen verschaltet werden können, können als technische Muster aufgedruckt werden.
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Auch solche technischen Muster können nach dem Prinzip von Tintenstrahldruckern auf Oberflächen aufgetragen werden, was insbesondere für Solarzellen, Abstandssensoren, elektronische Schaltungen, LEDs oder OLEDs bekannt ist.
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Es können auch Funktionsmuster 36 aufgedruckt werden, die mehrere Funktionen zugleich erfüllen. Beispielsweise ist ein aufgedruckter RFID-Transponder, aus welchem Informationen ausgelesen werden können, sowohl ein Informationsmuster als auch ein technisches Muster.
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Auch das Aufdrucken von RFIDs ist aus dem Stand der Technik an und für sich bekannt.
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Darüber hinaus können sowohl Informationsmuster als auch technische Muster als Individualmuster aufgedruckt und gleichsam in einem Dekor versteckt werden, um die reine Funktionalität für den Käufer oder Endnutzer zu verdecken.
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Die Funktionsmuster 36 können auch immer nachträglich auf mittels separater Druckroboter 32 oder auch anders geführter Druckköpfe 34 auf einen Gegenstand aufgebracht werden. Auch können nachträglich zusätzliche Funktionsmuster 36 zu bereits vorhandenen Funktionsmustern 36 angebracht werden. Dies kann z.B. notwendig sein, wenn sich durch das Nachrüsten von Ausstattungsmerkmalen eines Fahrzeugs die Ausstattungsliste ändert, was dann in einem daran angepassten Informationsmuster abgelegt ist.
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Auch bei bzw. nach einer Reparatur oder der Durchführung von Wartungsarbeiten können Funktionsmuster 36 auf eine Fahrzeugkarosserie 14 oder einen Gegenstand 64 aufgebracht werden. Beispielsweise können damit Informationen über die durchgeführten Arbeitsschritte und Wartungs- oder Reparaturarbeiten - auch in codierter Form - an der Fahrzeugkarosserie 14 oder dem Gegenstand 64 angebracht werden.
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Abhängig vom Ort, an dem das Funktionsmuster aufgebracht wird, und von der Art und Weise, wie dies geschieht, sind die einzelnen Verfahrensschritte variabel, die zur Erstellung des Funktionsmusters 36 notwendig sind.
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Neben dem Druckkopf 34 kann ein Druckroboter 32 auch weitere Behandlungseinheiten mit sich führen, um beispielsweise ein Verfließen des Funktionsmusters 36 oder bei einem mehrschichtigen Funktionsmuster 36 einer Schicht desselben zu verhindern. Derartige Behandlungseinheiten können z.B. Wärme- oder Strahlungseinheiten sein, durch welche eine aufgedruckte Schicht durch Wärmestrahlung oder elektromagnetische Strahlung getrocknet oder gehärtet wird.
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Alle Muster, seien es Individual-, Informations- oder technische Muster, können als Reliefmuster 56 ausgebildet sein, wie es in den 4 und 5 veranschaulicht ist.
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Die Druckroboter 32 arbeiten mit einem Positioniersystem 74 zusammen, so dass das Funktionsmuster 36 an einem Gegenstand 64, und speziell an einer Fahrzeugkarosserie 14, mit möglichst geringen Lagetoleranzen angebracht werden kann und gegebenenfalls nach dem Aufbringen auch kontrolliert werden kann.
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Das Positioniersystem 74 ist derart eingerichtet, dass die Absolutposition der Muster-Applikationseinrichtung 30 bestimmt und eingestellt werden kann. Hierzu umfasst das Positioniersystem 74 eine Positionserfassungssensorik in Form eines Raumkamerasystems 76, mit dessen Hilfe der Arbeitsraum überwacht werden kann, in dem die Musterapplikationseinrichtung 30 von dem Muster-Applikationsroboter 28 geführt werden kann. Zu diesem Zweck umfasst die Positionserfassungssensorik mehrere Einzelsensoren, die im Falle des Raumkamerasystems 76 durch mehrere Raumkameras 78 ausgebildet sind, welche im Lackiertunnel 16 angeordnet sind und die den Arbeitsraum umgeben und erfassen, in dem die zu überwachende Muster-Applikationseinrichtung 30 bewegt wird. In den 1 und 6 sind jeweils exemplarisch vier solcher Raumkameras 78 gezeigt.
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Das Raumkamerasystem 78 arbeitet mit einem Referenzkörper 80 zusammen, der von dem Muster-Applikationsroboter 28 mitgeführt wird. Der Referenzkörper 80 ist nahe bei der Muster-Applikationseinrichtung 30 und insbesondere an dem Handteil des Muster-Applikationsroboters 28 befestigt, welcher auch die Muster-Applikationseinrichtung 30 trägt.
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Der Referenzkörper 80 ist bewegungsfest mit der Muster-Applikationseinrichtung 30 gekoppelt, so dass aus der Kenntnis der absoluten Lage des Referenzkörpers 80 im Raum die absolute Lage der Muster-Applikationseinrichtung 30 im Raum bestimmt bzw. berechnet werden kann. Bei dem Referenzkörper 80 kann es sich um einen aktiven oder passiven Referenzkörper handeln. Ein aktiver Referenzkörper 80 ist beispielsweise durch mehrere Strahlungsquellen ausgebildet, die regelmäßig auf einer Kugeloberfläche angeordnet sind, so dass die abgegebene Strahlung von den Raumkameras 78 in allen Lagen des Referenzkörpers 80 erfasst werden kann. Als Strahlung hat sich insbesondere Infrarotstrahlung als brauchbar erwiesen. Ein passiver Referenzkörper 80 kann dagegen beispielsweise als Reflexionsobjekt ausgebildet sein, welches mit externen Strahlungsquellen bestrahlt werden muss.
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Statt der Raumkameras 78 kann die Positionserfassungssensorik auch andere Sensoren umfassen und nicht auf der Basis einer Bildauswertung arbeiten. Zum Beispiel können Abstandssensoren vorgesehen sein, die mit einem oder mehreren Referenzkörpern oder -objekten zusammenwirken. Diese können beispielsweise auch mit Laserlicht arbeiten. Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise auch in einer GPS-Überwachung.
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Ein Positioniersystem 74, welches mit einem Raumkamerasystem 76 und einem Referenzkörper 80 arbeitet, ist an und für sich aus dem Stand der Technik bekannt.
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Außerdem ist noch ein Nahfeldpositioniersystem 82 vorhanden, durch welches die Position der Muster-Applikationseinrichtung 30 am Gegenstand 64 erfasst werden kann. Hierzu umfasst das Nahfeldpositioniersystem 82 eine Gesichtsfeldkamera 84, welche so an dem Muster-Applikationsroboter 28 angebracht ist, dass die Position der Muster-Applikationseinrichtung 30 am Gegenstand 64 anhand der Kameraaufnahme nachvollzogen werden kann. Dies bedeutet, dass die Gesichtsfeldkamera 84 das Gesichtsfeld der der Muster-Applikationseinrichtung 30 abdecken kann. In der Praxis ist die Gesichtsfeldkamera 84 ebenfalls nahe bei der Muster-Applikationseinrichtung 30 und insbesondere an dem Handteil des Muster-Applikationsroboters 28 befestigt, welcher auch die Muster-Applikationseinrichtung 30 trägt.
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Die Signale der Raumkameras 78 des Raumkamerasystems 76 und die Signale der Gesichtsfeldkamera 84 an einem jeweiligen Muster-Applikationsroboter 28 werden an eine Recheneinheit 86 übermittelt, welche auf der Basis der erhaltenen Bildinformationen Befehlssignale an die Prozesssteuerung 70 übergibt, welche die Steuerung der Muster-Applikationsroboter 28 betreffen.
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Die Recheneinheit 86 ist lediglich in 6 gezeigt, wo deren Verbindung mit den Raumkameras 78 durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist. Die Verbindung zu den Gesichtsfeldkameras 84 ist der Übersichtlichkeit halber nicht weiter gezeigt.
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7 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Muster-Applikationseinrichtung 30 in Form eines Druckkopfes 34 für den Druckroboter 32. Der Referenzkörper 80 ist dort nicht gezeigt. Von dem Druckroboter 32 ist in 7 lediglich ein Abschnitt eines Handstücks 88 zu erkennen, welches den Druckkopf 34 trägt, wodurch der Druckkopf 34 auch um die Längsachse 90 des Handstücks 88 verdrehbar ist. Der Druckkopf 34 kann außerdem in einer Richtung senkrecht zu dieser Längsachse 90 bewegt werden, was durch einen Doppelpfeil 92 veranschaulicht ist.
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Der Druckkopf 34 umfasst nun einen Druckrahmen 94, welcher ein Druckfenster 96 vorgibt, in welchem ein Funktionsmuster 36 aufgedruckt werden kann, ohne dass der Druckkopf 34 seine Position ändern muss. Bei dieser Art Druckkopf 34 wird der Druckrahmen 94 für den Druckvorgang auf die zu bedruckende Fahrzeugkarosserie 14 oder den zu bedruckenden Gegenstand 64 aufgesetzt.
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Im Druckrahmen 94 seinerseits ist eine Druckeinheit 98 beweglich geführt, durch welche das Druckmaterial abgegeben wird. Diese Druckeinheit 98 kann innerhalb des Druckrahmens 94 in einer Ebene bewegt werden, wie es an und für sich bekannt ist und was durch entsprechende Pfeile veranschaulicht ist.
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Die Beschichtung eines Gegenstandes 64 mit einem Funktionsmuster 36 funktioniert nun am Beispiel eines Druckroboters 32 mit einem Druckkopf 34 wie folgt, wobei lediglich der Ablauf für einen einzigen solchen Muster-Applikationsroboter 28 erläutert wird, was für weitere vorhandene Muster-Applikationsroboter 28 bzw. Druckroboter 32 jedoch sinngemäß entsprechend gilt:
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Nachdem der Gegenstand 64 auf dem Fördersystem 18 in den Arbeitsbereich des Druckroboters 32 gefahren ist, bewegt dieser den Druckkopf 34 in eine Startposition, die auf der Basis von Grundkoordinaten für den Muster-Beschichtungsvorgang von der Prozesssteuerung 70 vorgegeben wird. Bei einem Druckkopf 34, der für den Druckvorgang auf den Gegenstand 64 aufgesetzt wird, erfolgt dies noch nicht.
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Nun vermisst das Positioniersystem 74 die Position des Druckkopfes 34, indem der Referenzkörper 80 am Druckroboter 32 durch die Raumkameras 78 erfasst wird. Außerdem vermisst das Positioniersystem 74 die Position des Gegenstandes 64 durch die Raumkameras 78. Gegebenenfalls können hierzu auch die Gegenstände 64 mit einem oder mehreren Referenzkörpern 80 versehen sein, was nicht eigens gezeigt ist.
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Wenn das Lageverhältnis zwischen Druckkopf 34 und Gegenstand 64 außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegt, die in der Recheneinheit 86 abgelegt ist, d.h. wenn die Position des Druckkopfes 32 an dem Gegenstand 64 bezogen auf die Zielposition des Funktionsmusters 36 stärker verschoben ist, als zulässig, berechnet die Recheneinheit 86 ein Korrektursteuersignal, welches sie an die Prozesssteuerung 70 übergibt. Diese steuert den Druckroboter 32 entsprechend an, wodurch der Druckkopf 34 in eine Arbeitsposition bewegt wird.
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Bei einem Druckkopf 34, der für den Druckvorgang auf den Gegenstand 64 aufgesetzt wird, wird der Druckkopf 34 dabei entsprechend in Anlage gegen den Gegenstand 64 geführt.
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Wenn die Auswertung der Recheneinheit 86 keine Unstimmigkeit ergibt, wird der Druckvorgang ohne eine vorherige Korrekturbewegung durchgeführt.
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Der Druckroboter 32 wird nun derart angesteuert, dass in den Antrieben im weiteren Verlauf ein ausreichendes Moment erzeugt wird, um den Druckkopf 34 in seiner Arbeitsposition bezogen auf den Gegenstand 65 zu halten, ohne dass Schwingungen und weitere Bewegungen des Druckkopfes 34 hierauf einen Einfluss nehmen.
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Insbesondere ist der Muster-Applikationsroboter 28, d.h. beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Druckroboter 32, hierfür mit Kraftmomentsensoren ausgestattet, wie es an und für sich bekannt ist.
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Die Lage des Druckkopfes 34 und des Gegenstandes 64 im Raum wird dabei von dem Positioniersystem 74 überwacht, welches gegebenenfalls eine Korrektursteuerung des Druckkopfes 34 im laufenden Druckprozess veranlasst.
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Der Druck des Funktionsmusters 36 kann nun durchgeführt werden, wenn der Gegenstand 64 stillsteht oder wenn der Gegenstand 64 mit dem Fördersystem 18 weiter durch den Lackiertunnel 16 bewegt wird.
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Wenn der Gegenstand 64 sich während des Druckvorgangs bewegt, wird eine Bewegung des Druckroboters 32 bzw. des von diesem geführten Druckkopfes 34 an die Bewegung des Gegenstandes 64 angepasst, d.h. der Druckrahmen 94 mit der Druckeinheit 98 werden dann mit dem Gegenstand 64 mitbewegt. Auch dabei werden die Lage des Druckkopfes 34 und die Lage des Gegenstandes 64 im Raum durch das Positioniersystem 74 überwacht.
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Wenn ein Funktionsmuster 36 gedruckt wird, dessen Abmessungen das Druckfenster 96 nicht übersteigt, bleibt die Arbeitsposition des Druckkopfes 34 und die Lage des Druckrahmens 94 bezogen auf den Gegenstand 64 während des Druckvorgangs unverändert.
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Das Nahfeldpositioniersystem 82 kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn ein Funktionsmuster 36 erzeugt werden soll, dessen Abmessungen diejenigen des Druckfensters 96 überschreiten. Dies kann insbesondere bei einem oben erläuterten Individualmuster in Form eines Fotos, Bildes, Textes, Musters oder dergleichen gegeben sein. In diesem Fall erzeugt der Druckkopf 34 zunächst ein Teilmuster des gewünschten Funktionsmusters 36. Dann wird der Druckkopf 34 in eine Startposition für das nächste Teilmuster gebracht, welches nahtlos an das bereits gedruckte Teilmuster anschließen soll. Auch dies kann erfolgen, während sich die Fahrzeugkarosserie 14 oder der Gegenstand 64 bewegt. Die Koordination der Bewegung und die Anpassung der Position des Druckkopfs 34 und der Lage des Druckrahmens 94 bezogen auf das vorhandene Teilmuster des Funktionsmusters 36 wird dabei von der Gesichtfeldkamera 84 am Druckroboter 32 im Zusammenspiel mit der Recheneinheit 86 und der Prozesssteuerung 70 überwacht und durchgeführt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich die verschiedenen erforderlichen Teilmuster zu einem einwandfreien Funktionsmuster 36 zusammensetzen.
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Aber auch bei Funktionsmustern 36, die aus einer einzigen Druckposition des Druckkopfes 36 gedruckt werden können, kann das Nahfeldpositioniersystem 82 genutzt werden, um die Lagen des Druckkopfes 34 und des Gegenstandes 64 für eine einwandfreie Positionierung des zu druckenden Funktionsmusters 36 auf dem Gegenstand 64 aufeinander abzustimmen.
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Das Positioniersystem 74 und gegebenenfalls das Nahfeldpositioniersystem 82 können auch im Zusammenhang mit einem Lackierroboter 24 verwendet werden, wenn der Lackierroboter 24 mit einem Referenzkörper 80 und gegebenenfalls einer Gesichtsfeldkamera 84 ausgestattet ist. So kann die absolute Position der vom Lackierroboter 24 geführten Applikationseinrichtung überwacht und eingestellt werden, bei der es sich auch um andere Applikationseinrichtungen als einen Hochrotationszerstäuber handeln kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Beschichtungsanlage
- 12
- Lackieranlage
- 14
- Fahrzeugkarosserie
- 16
- Lackiertunnel
- 18
- Fördersystem
- 20
- Lackierung
- 22
- Behandlungszone
- 24
- Lackierroboter
- 26
- Hochrotationszerstäuber
- 28
- Muster-Applikationsroboter
- 30
- Muster-Applikationseinrichtung
- 32
- Druckroboter
- 34
- Druckkopf
- 36
- Funktionsmuster
- 38
- Druckoberfläche
- 40
- Blechwand
- 42
- Primer
- 44
- Grundierung
- 46
- Decklack
- 48
- einschichtiges FM
- 50
- zweischichtiges FM
- 52
- erste Schicht von 50
- 54
- zweite Schicht von 50
- 56
- Reliefmuster
- 58
- Erhebungen
- 60
- Vertiefungen
- 62
- Abbild
- 64
- Gegenstand
- 66
- Datei
- 68
- Konvertierung
- 70
- Prozesssteuerung
- 72
- Dateneingabe
- 74
- Positioniersystem
- 76
- Raumkamerasystem
- 78
- Raumkameras
- 80
- Referenzkörper
- 82
- Nahfeldpositioniersystem
- 84
- Gesichtsfeldkamera
- 86
- Recheneinheit
- 88
- Roboterhandstück
- 90
- Längsachse
- 92
- Doppelpfeil
- 94
- Druckrahmen
- 96
- Druckfenster
- 98
- Druckeinheit
