DE102013101496A1

DE102013101496A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines formstabilen Körpers sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013101496A1
Application number: DE201310101496
Authority: DE
Inventors: Michael Jarchau; Dipl.Ing. Schöning Paul; Malte Willems
Original assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-08-14

Abstract

Ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines formstabilen Körpers (1) mittels eines bewegten Bearbeitungswerkzeugs (5), ist so ausgebildet, dass der zu behandelnde Körper (1) oder ein formidentischer Musterkörper außerhalb des Behandlungsbereiches mit einer handgeführten Attrappe (2) virtuell behandelt wird, wobei die sich dabei ergebenden Daten aus Position, Neigung und Bewegung der Attrappe (2) ermittelt werden, anhand derer ein das Bearbeitungswerkzeug (5) tragender Roboterarm (4) entsprechend bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines formstabilen Körpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beispielsweise zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit von betriebsbedingt verschmutzten Komponenten wie Ventilen oder dergleichen, insbesondere solcher, die in Anlagen eingebaut sind, ist in Zeitabständen eine Reinigung der Oberflächen erforderlich. Diese erfolgt bislang manuell mittels einer Hochdruckspritzpistole, aus der mit hohem Druck ein Fluid, üblicherweise Druckwasser mit einem Druck > 200 bar austritt, mit dem an dem zu reinigenden Körper anhaftender Schmutz abgelöst wird.
Dabei entstehen vielfach mit Schmutzpartikeln befrachtete Aerosole, die in die Atemwege gelangen können und so eine potentielle Gesundheitsgefährdung darstellen. Zumal die Art der Verschmutzung, d.h. deren Zusammensetzung, ein unkalkulierbares Risiko hinsichtlich ihrer Wirkung darstellt.
Darüber hinaus ist der Bediener der Hochdruckspritzpistole insbesondere aufgrund der hohen Rückstoßkräfte erheblichen körperlichen Belastungen ausgesetzt, zu denen im Übrigen entstehender Lärm, Feuchtigkeit, rückprallendes Material, rutschige Standflächen und schlechte Sichtverhältnisse ebenfalls beitragen. Zwar bestehen einschlägige Vorschriften, nach denen eine vorgegebene maximale Rückstoßkraft des Fluids nicht überschritten werden soll, jedoch sind die Belastungen insgesamt inakzeptabel hoch.
Zur Reduzierung der Dauerbelastung werden deshalb die Arbeitsintervalle für den Bediener relativ kurz gehalten, mit der Folge, dass zumindest eine zweite Reinigungskraft erforderlich ist, um einen weitgehend kontinuierlichen Arbeitsablauf zu ermöglichen. Naturgemäß ist dies mit erheblichen Kosten verbunden.
Zunehmend gehen Forderungen dahin, derartige Oberflächenreinigungen nicht mehr unmittelbar manuell erledigen zu lassen. Dabei besteht jedoch das Problem, dass hinsichtlich ihrer Form sehr unterschiedliche Komponenten, d.h. formstabile Körper gereinigt werden müssen, wozu eine automatisierte Reinigung insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen nicht oder nur ungenügend geeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Arbeitssicherheit der Bedienperson verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Neben der genannten Reinigung, die im Folgenden der Einfachheit halber hauptsächlich erwähnt wird, ist das neue Verfahren auch bei anderen Oberflächenbehandlungen einsetzbar. Hierzu zählen u.a. das Beschichten, Abtragen und Aufrauen.
Durch die Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen, eine Oberflächenbehandlung der Körper durchzuführen, ohne dass eine Bedienperson in Kontakt mit den dabei entstehenden Schwebstoffen, beispielsweise den genannten, mit Schmutzpartikeln befrachteten Aerosolen kommt bzw. den beschriebenen körperlichen Belastungen ausgesetzt ist.
Außerhalb des Behandlungsbereiches im Sinne der Erfindung kann eine ausreichende Entfernung zum Reinigungsplatz, aber auch eine räumliche Trennung sein.
Dabei erlaubt das neue Verfahren die Oberflächenbehandlung unterschiedlichst geformter Körper, ohne wesentliche zeitliche Verzögerung, so dass das neue Verfahren insoweit kostenneutral betrieben werden kann.
Bei einer Einzelstückreinigung des Körpers wird dieser, jeweils nach einer virtuellen Reinigung und Erfassung der dabei ermittelten Bewegungsdaten, in einen Reinigungsbereich, üblicherweise einen Reinigungsraum, gebracht, wo er dann der tatsächlichen Reinigung mit dem unter Hochdruck stehenden Fluidum unterzogen wird.
Hierzu ist eine lageidentische Positionierung des zu reinigenden Körpers erforderlich, die bevorzugt dadurch erreicht wird, dass eine Unterlage, auf der der Körper zur virtuellen Reinigung gehalten ist, mitsamt dem Körper zum Reinigungsplatz gebracht wird, an dem dann die physische Reinigung erfolgt.
Zur Reinigung gleicher Körper wird ein identisches Muster, das auch aus einem später zu reinigenden Körper bestehen kann, virtuell gereinigt, wobei die physische Reinigung synchron erfolgen kann oder zeitversetzt.
Zur Ermittlung der Bewegungsdaten sind vorzugsweise am Auflagetisch, der als Drehtisch ausgebildet ist, Referenzmittel angeordnet, während die gemäß der Erfindung handgeführte Attrappe mit den Referenzmitteln korrespondierende Erfassungselemente, wie Sensoren oder dergleichen, aufweist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Referenzmittel in gleichem Winkelabstand, vorzugsweise im Abstand von 90° ange ordnet. Zur Möglichkeit einer diesbezüglichen Datenerfassung wird auf die DE 10 2010 034 151 A1 verwiesen, in der ein System thematisiert ist, mit dem die Position eines Werkzeugs berührungslos erfasst wird.
Die berührungslose Datenerfassung kann optisch durch Lichtwellen oder akustisch durch Ultraschall erfolgen. Denkbar ist jedoch auch, die Daten über ein Tastorgan zu ermitteln, das über die Oberfläche des Körpers geführt wird, wobei dieses Tastorgan in seiner Kinematik dem des Roboterarms entspricht.
Die Daten, die als räumliche Koordinaten ermittelt sind, können als Signale drahtlos, beispielsweise per Funk, oder per Kabel zu einem Datenspeicher übertragen werden, wobei die Übertragung der Funkdaten mit einer Frequenz von beispielsweise 30 Hertz erfolgen kann.
Der Datenspeicher steht mit dem Roboterarm in Wirkverbindung, der daraufhin die exakt gleiche Bewegung ausführt, wie sie von dem Bediener bei der virtuellen Reinigung mit der Attrappe vollführt wurden.
Die Datenspeicherung ist überdies bei einer späteren Behandlung oberflächengleicher Körper nutzbar und dient des Weiteren der Dokumentation der Arbeitsabläufe.
Die Anordnung der Referenzmittel in gleichen und vorbestimmten Winkelabständen bei einem als Werkstückaufnahme dienenden Drehtisch ermöglicht die abschnittsweise Reinigung von Bereichen, deren Qualitäts-Ist-Zustand vom Soll-Wert abweicht.
Neben einem Ein- und Ausschalter zur Datenaufnahme weist die Attrappe Mittel zur Simulation einer Außen- und Innenreinigung des Körpers auf, letztere, wenn dieser ein Hohlkörper ist. Dementsprechend ist der Roboterarm zur Außen- und Innenreinigung des Körpers mit austauschbaren Aufsätzen versehen, bevorzugt nach Art eines Revolvers. Im Übrigen ist die Bewegung des Drehtisches über einen in der Attrappe angeordneten Schalter einstellbar.
Eine Qualitätskontrolle der Reinigungsarbeit kann beispielsweise durch ein Kamera/Video-System erfolgen, wobei das Ergebnis als Dokumentation hinterlegt wird. Durch Rückmeldungen der Kontrollergebnisse kann der Reinigungsprozess optimiert werden.
Um festzustellen, ob alle zu reinigenden Oberflächenbereiche des Körpers gereinigt werden, d.h., ob mittels der Attrappe die entsprechenden Bereiche tatsächlich virtuell gereinigt sind, sind verschiedene Kontrollmöglichkeiten denkbar.
Eine solche Möglichkeit besteht darin, die Attrappe quasi als Spritzpistole für eine Farbabgabe auszustatten, wobei der Farbauftrag zur Oberfläche des Körpers kontrastiert, so dass unmittelbar erkennbar ist, welche Bereiche tatsächlich abgedeckt wurden. Bei der nachfolgenden realen Reinigung des Körpers wird dann selbstverständlich auch der Farbauftrag mit entfernt.
Eine andere Kontrollmöglichkeit besteht darin, ein unter dem Begriff "augmented reality" bekanntes Verfahren zu nutzen, bei dem die bei der virtuellen Reinigung ermittelten, als Raumkoordinaten vorliegenden Bewegungsdaten, unter Nutzung der Referenzpunkte des Drehtisches zur Darstellung einer Hüllfläche mittels einer Kamera bzw. eines Bildschirms genutzt werden, wobei ein nicht virtuell gereinigter Bereich aufgrund fehlender Daten erkennbar ist.
Wie erwähnt ist das neue Verfahren sowohl zur Hochdruckreinigung einsetzbar wie auch, um Oberflächen zu beschichten, abzutragen oder aufzurauen. Dabei können zur Bearbeitung der Oberfläche nunmehr wesentlich höhere Kräfte wirksam werden als dies bislang, insbesondere aufgrund gesetzlicher Vorschriften, möglich ist, so dass die Oberflächenbehandlung sowohl schneller als auch besser ist.
Des Weiteren ist der Bediener nun nicht mehr belastenden Arbeitseinflüssen ausgesetzt, insbesondere nicht mehr den den Körper hoch beanspruchenden Rückstoßkräften, aber auch nicht mehr Lärmemissionen, Feuchtigkeit, rückprallendem Material oder dergleichen. Die bislang gegebene Unfallgefahr, auch durch rutschige Standflächen, ist quasi ausgeschlossen. Eine genauere Reinigung des Körpers ist ebenfalls möglich, da die Sicht auf den Körper nicht mehr beeinträchtigt wird. Insgesamt werden durch die Erfindung wesentlich bessere Arbeitsbedingungen geschaffen, so dass durch die mögliche Verlängerung der Arbeitsintervalle eine Kostenoptimierung der Behandlungsarbeiten erreicht wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zu dessen Durchführung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestückte Anlage
2 einen Teilausschnitt der Anlage
3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils der Vorrichtung
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, gleichfalls als Teilausschnitt der Anlage
5 einen weiteren Teil der Anlage in vergrößerter Ansicht.
In der 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung, in diesem Fall der Reinigung eines formstabilen Körpers 1 mittels aus einem als Bearbeitungsdüse ausgebildeten bewegten Bearbeitungswerkzeug 5 austretenden Fluids dargestellt.
Dabei wird der zu behandelnde Körper 1 oder ein formidentischer Musterkörper außerhalb des Kontaminationsbereiches des mit Partikeln beaufschlagten Fluids mit einer mitgeführten Attrappe 2 virtuell gereinigt. Die sich dabei ergebenden Daten der Position, der Neigung und Bewegung der Attrappe 2 werden im Beispiel über drahtlos übertragene Signale 7, einen Empfänger 8 und ein Kabel 9 einem Datenspeicher 10 zugeleitet, der wiederum über ein Kabel 12 mit einem Rechner 11 verbunden ist zur Steuerung eines das Bearbeitungswerkzeug 5 tragenden Roboterarms 4 zur Bearbeitung bzw. Behandlung des Körpers 1 entsprechend der virtuellen Bewegung der Attrappe 2.
Im Beispiel ist der Raum zur physikalischen Behandlung durch eine Schutzwand 6 von dem Bereich getrennt, in dem ein Bediener 13 die Attrappe 2 entsprechend führt.
Der zu reinigende Körper 1 ist auf einem Arbeitstisch 3 fest positioniert, der als Drehtisch ausgebildet ist und in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Referenzpunkte 16 aufweist, die der Ermittlung von räumlichen Koordinaten dienen, um das verifizierbare Bewegungsmuster der Attrappe 2 zu erhalten.
Nach der virtuellen Reinigung wird der Körper 1 zusammen mit dem Arbeitstisch 3 abgenommen und positionsidentisch in dem dem Roboterarm 4 zugeordneten Arbeitsbereich installiert.
Bei der gezeigten Ausführungsvariante wird der Körper 1 mit einem unter Hochdruck stehenden Fluid gereinigt, wozu das Bearbeitungswerkzeug 5 einen Düsenkopf 20 (5) aufweist, aus dem das mittels eines Hochdruckaggregats 14 unter Hochdruck gebrachte Fluid an die entsprechenden Bereiche des Körpers 1 zur Reinigung gebracht wird.
Insbesondere in den 2 und 3 ist erkennbar, dass die Attrappe 2 in Form einer Spritzpistole vorliegt, mit der ein virtueller Strahl 15, z.B. einen Laserstrahl auf den Körper 1 gerichtet ist. Dieser entspricht in seiner Abbildung dem der aus dem Düsenkopf 20 austritt.
Anstelle einer solchen Spritzpistole kann als Attrappe 2 ein Taster 18 vorgesehen sein, wie er in der 4 dargestellt ist. Bevorzugt ist dieser Taster 18 an einem Bewegungsarm 17 befestigt, der in seiner Kinematik der Kinematik des Roboterarmes 4 entspricht. Zur Führung des Bewegungsarms 17 ist daran ein vom Bediener 13 zu ergreifender Handgriff 19 befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Körper
2: Attrappe
3: Arbeitstisch
4: Roboterarm
5: Bearbeitungswerkzeug
6: Schutzwand
7: Signal
8: Empfänger
9: Kabel
10: Datenspeicher
11: Rechner
12: Kabel
13: Bediener
14: Hochdruckpumpe
15: virtueller Strahl
16: Referenzpunkt
17: Bewegungsarm
18: Taster
19: Handgriff
20: Düsenkopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010034151 A1 [0016]

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines formstabilen Körpers (1) mittels eines bewegten Bearbeitungswerkzeugs (5), dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Körper (1) oder ein formidentischer Musterkörper außerhalb des Behandlungsbereiches mit einer handgeführten Attrappe (2) virtuell behandelt wird, wobei die sich dabei ergebenden Daten aus Position, Neigung und Bewegung der Attrappe (2) ermittelt werden, anhand derer ein das Bearbeitungswerkzeug (5) tragender Roboterarm (4) entsprechend bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten über Kabel (9, 12) oder drahtlos übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Behandlung durch einen Strahl (15), vorzugsweise einen Laserstrahl erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der virtuell behandelten Bereiche mit der Attrappe (2) eine Markierungsflüssigkeit, insbesondere eine Farbe, aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der virtuell behandelten Bereiche die ermittelten Bewegungskoordinaten mittels einer Kamera oder eines Bildschirms abgebildet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) oder der Musterkörper auf einem bewegbaren, vorzugsweise drehbaren Arbeitstisch (3) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitstisch (3) und die Attrappe (2) räumlich getrennt vom Behandlungsbereich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitstisch (3) vom Bereich der virtuellen Behandlung lageidentisch in den Bereich der physischen Behandlung ablegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitstisch (3) mehrere Referenzpunkte (16) aufweist, vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) als Spritzpistole oder als Taster (18) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (18) an einem handgeführten Bewegungsarm (17) angeordnet ist, der in seiner Bewegbarkeit dem Roboterarm (4) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) einen Sprühkopf zum Auftragen einer Beschichtung, insbesondere einer Farbe aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) zumindest einen Schalter zum Ein- und Ausschalten der Datenübertragung und/oder der Bewegung des Arbeitstisches (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) mit einem Abstandsmesser zur Abstandserkennung zum Körper (1) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zielerkennung der Attrappe (2) unterscheidbare Leuchtmittel vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) mit einem Sender zur drahtlosen Sendung von Daten ausgestattet ist, der mit einem Empfänger (8) korrespondiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Attrappe (2) Mittel zur Simulation einer virtuellen und der Roboterarm (4) austauschbare Aufsätze zur realen Behandlung der äußeren oder inneren Oberfläche des Körpers (1) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (5) in Form einer Bearbeitungsdüse einen Düsenkopf (20) aufweist, aus dem unter Hochdruck stehendes Fluid auf die Oberfläche des zu reinigenden Körpers (1) führbar ist.