DE102014006723A1 - Method for visualizing and cleaning impurities - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung von Verunreinigungen eines Bauteils, von welchem Bereich infolge einer Beschichtung unerwünscht mit dem Beschichtungsmaterial verunreinigt worden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einem Korrosions- bzw. Oxidationsprozess ausgesetzt wird, infolge dessen das Beschichtungsmaterial korrodiert und seine Farbe verändert, wonach wenigstens ein Bild des Bauteils oder von Teilen des Bauteils erstellt wird, und wonach das unerwünschte Beschichtungsmaterial mittels einer Bildverarbeitung erkannt wird. Die Visualisierung kann beispielsweise genutzt werden, um einen Reinigungsroboter anzusteuern.The invention relates to a method for the visualization of impurities of a component, of which region have been undesirable contaminated with the coating material due to a coating. The inventive method is characterized in that the component is subjected to a corrosion or oxidation process, as a result of which the coating material corrodes and changes its color, after which at least one image of the component or parts of the component is created, and then the unwanted coating material by means of a Image processing is detected. The visualization can be used, for example, to control a cleaning robot.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Visualisieren von Verunreinigungen eines Bauteils gemäß der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Bereichen eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.The invention relates to a method for visualizing contaminants of a component according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for cleaning areas of a component according to the preamble of claim 6.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass beim Veredeln von Bauteilen durch Beschichten Beschichtungsmaterial unerwünscht in Bereiche gelangen kann, welche eigentlich nicht hätten beschichtet werden sollen. Diese ungewollt beschichteten bzw. mit Partikeln der Beschichtung, dem sogenannten Overspray, kontaminierten Bereiche sind für die Bauteilqualität nachteilig. Es wäre daher wünschenswert, diese Kontaminationen nach Möglichkeit vollständig zu entfernen.It is known from the general state of the art that, when coating components by coating, coating material can undesirably reach areas which should not have been coated. This unintentionally coated or contaminated with particles of the coating, the so-called overspray areas are detrimental to the component quality. It would therefore be desirable to completely remove these contaminants wherever possible.
Die deutsche Patentanmeldung
Die deutsche Patentanmeldung
Auch hier liegt ähnlich wie in der zuvor genannten Schrift als Vorgehensweise das Entfernen einer Kontamination aufgrund der Beschichtung in den Bereichen zugrunde, in denen davon ausgegangen wird, dass eine solche Beschichtung vorliegt. Problematisch in beiden Fällen ist es, wenn in diesen Bereichen keine Beschichtung vorliegt. Durch die Reinigung wird die Oberfläche gegebenenfalls angegriffen, was ebenfalls unerwünscht ist. In beiden Verfahren ist es außerdem nicht möglich, Bereiche außerhalb der vermuteten Bereiche hinsichtlich einer Beschichtung zu überprüfen und diese, falls eine Beschichtung vorliegt, gegebenenfalls zu reinigen.Again, as in the aforementioned document, the procedure is based on the removal of contamination due to the coating in the areas in which it is assumed that such a coating is present. It is problematic in both cases if there is no coating in these areas. By cleaning the surface is possibly attacked, which is also undesirable. In both methods, it is also not possible to inspect areas outside the suspected areas for a coating and, if necessary, to clean them.
Insbesondere bei der thermischen Beschichtung, wie sie vorzugsweise bei Zylinderlaufbahnen in Zylinderkurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren üblich ist, liegt eine weitere entscheidende Problematik darin, dass das Material der Beschichtung farblich kaum von dem Material des Substrats zu unterscheiden ist. Eine eventuelle Kontamination kann damit optisch nicht oder nur außerordentlich schlecht erkannt werden. Es ist daher sehr schwierig, eine gezielte Reinigung durchzuführen, sowohl manuell als auch über robotergestützte Reinigungsverfahren. Außerdem lässt sich die aufgetretene Verschmutzung kaum erfassen und quantifizieren, sodass es auch schwierig ist, die Wirksamkeit und Effizienz von Reinigungsprozessen sinnvoll und zuverlässig zu beurteilen, was in der Produktionsentwicklung ein entscheidender Nachteil ist.In particular, in the thermal coating, as is customary in cylinder liners in cylinder crankcases of internal combustion engines, another crucial problem is that the material of the coating is hardly distinguishable in color from the material of the substrate. A possible contamination can not be recognized optically or only very badly. It is therefore very difficult to perform a targeted cleaning, both manually and via robotic cleaning methods. In addition, the pollution that occurs can hardly be detected and quantified, so that it is also difficult to make a meaningful and reliable assessment of the effectiveness and efficiency of cleaning processes, which is a decisive disadvantage in production development.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Visualisierung derartiger Verunreinigungen anzugeben, welches eine Auswertung und Bewertung der Verunreinigungen einerseits und die Reinigung andererseits verbessert.The object of the present invention is now to provide a method for visualizing such impurities, which improves the evaluation and evaluation of impurities on the one hand and the cleaning on the other hand.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Visualisierung von Verunreinigungen mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Verfahren zum Reinigen eines Bauteils mit den Merkmalen im Anspruch 6, welches das Verfahren zur Visualisierung nutzt, die Aufgabe.According to the invention, this object is achieved by a method for visualizing impurities with the features in claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon. In addition, a method for cleaning a component with the features in claim 6, which uses the visualization process, the task.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung von Verunreinigungen eines Bauteils, von welchem Bereiche infolge einer Beschichtung unerwünscht mit dem Beschichtungsmaterial verunreinigt worden sind, nutzt einen Korrosionsprozess, welchem das Bauteil ausgesetzt wird, um die Farbe des Beschichtungsmaterials infolge dieses Korrosionsprozesses zu verändern. Damit wird die Problematik umgangen, dass unerwünschtes Beschichtungsmaterial, sogenannter Overspray, je nach Beschichtungstechnologie teilweise auf dem Bauteil bzw. Substrat, welches beschichtet worden ist, nicht oder kaum zu erkennen ist. Handelt es sich bei der Beschichtung beispielsweise um eine thermische Beschichtung, vorzugsweise ein Lichtbogendrahtspritzen, dann wird häufig, beispielsweise im Bereich der Zylinderlaufflächen von Zylinderkurbelgehäusen, ein Eisenbasismaterial auf das Zylinderkurbelgehäuse aus einem Aluminiumbasismaterial aufgetragen. Beide Materialien sind im Wesentlichen von einer grauen Farbgebung dominiert, sodass ein eventueller Overspray der thermischen Beschichtung auf dem Material des Zylinderkurbelgehäuses kaum zu erkennen ist. Über den erfindungsgemäßen Korrosionsprozess, welchem das Bauteil ausgesetzt wird, kann nun die Eisenbasislegierung der Beschichtung korrodiert werden. Der Korrosionsprozess kann dabei je nach eingesetzten Materialien vorzugsweise so ausgewählt werden, dass das Beschichtungsmaterial durch ihn verändert wird, das Material des Bauteils beziehungsweise Substrats jedoch nicht angegriffen wird. Im oben genannten Beispiel würde durch die Korrosion des Beschichtungsmaterials dieses seine Farbe in Richtung eines Rotbrauns ändern, das Eisenbasismaterial würde rosten. Anschließend an eine solche Korrosion ist es nun möglich, den Overspray sehr leicht zu erkennen, da dieser sich in Form von rotbraunen Punkten bzw. Bereichen von der grauen Oberfläche des Substrats abhebt. Andere Farbgestaltungen bei anderen chemischen Korrosionsprozessen, je nach eingesetzten Materialien, sind dabei selbstverständlich möglich. Durch diese farbige Hervorhebung des unerwünschten Beschichtungsmaterials durch den Korrosionsvorgang wird dieser also sehr gut sichtbar. Anschließend kann dann wenigstens ein Bild des Bauteils oder von Teilen des Bauteils erstellt werden und mittels einer Bildverarbeitung kann das unerwünschte Beschichtungsmaterial dann sehr leicht erkannt werden. Hierdurch ist es möglich, das Beschichtungsmaterial hinsichtlich seiner Menge und der Orte, an welchen es anzutreffen ist, sehr einfach zu quantifizieren, sodass das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen beispielsweise zur Optimierung des Spritzprozesses in der Produktionsentwicklung eingesetzt werden kann, weil nunmehr zuverlässig und einfach über eine Bildverarbeitungssoftware festgestellt werden kann, in welchen Bereichen wieviel Overspray gelangt ist. Genauso gut kann durch eine entsprechende Bildverarbeitung vor und nach einem Reinigungsprozess eine Optimierung der Produktionsentwicklung von Reinigungsverfahren für die Reinigung derartiger Bauteile vorgenommen werden.The inventive method of visualizing contaminants of a component of which areas have been undesirably contaminated with the coating material as a result of a coating utilizes a corrosion process to which the component is exposed in order to change the color of the coating material as a result of this corrosion process. This circumvents the problem that undesired coating material, so-called overspray, depending on the coating technology, is not or hardly recognizable, in part, on the component or substrate which has been coated. If the coating is, for example, a thermal coating, preferably an arc wire spraying, then an iron base material is frequently applied to the cylinder crankcase made of an aluminum base material, for example in the region of the cylinder running surfaces of cylinder crankcases. Both materials are mainly dominated by a gray color, so that any overspray of the thermal coating on the material of the cylinder crankcase is barely visible. By means of the corrosion process according to the invention, to which the component is exposed, the iron-based alloy of the coating can now be corroded. Depending on the materials used, the corrosion process can preferably be selected such that the coating material is changed by it, but the material of the component or substrate is not attacked. In the above example, by the corrosion of the coating material, this would change its color toward a reddish brown, the iron base material would rust. Subsequent to such corrosion, it is now possible to detect the overspray very easily, since it stands out in the form of red-brown dots or areas from the gray surface of the substrate. Other color designs in other chemical corrosion processes, depending on the materials used, are of course possible. This colored highlighting of the unwanted coating material by the corrosion process so this is very visible. Subsequently, at least one image of the component or of parts of the component can then be created and by means of image processing, the undesired coating material can then be recognized very easily. This makes it possible to easily quantify the coating material in terms of its amount and the places where it is found, so that the inventive method for visualizing the impurities, for example, to optimize the injection process in the production development can be used because now reliable and easy can be determined via an image processing software, in which areas how much overspray has arrived. By optimizing the production development of cleaning processes for the cleaning of such components, it is equally possible to perform an appropriate image processing before and after a cleaning process.
Wie bereits erwähnt kann die Beschichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise als thermische Beschichtung, insbesondere mittels Lichtbogendrahtspritzen, aufgetragen werden. Dabei kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon ein Eisenbasismaterial für die Beschichtung verwendet werden.As already mentioned, according to an advantageous development of the invention, the coating can preferably be applied as a thermal coating, in particular by means of arc wire spraying. In this case, according to an advantageous development thereof, an iron base material can be used for the coating.
Durch den Korrosionsprozess, dem typischerweise das gesamte Bauteil ausgesetzt wird, wird dabei nicht nur das unerwünschte Beschichtungsmaterial sondern typischerweise auch das gewünscht aufgetragene Beschichtungsmaterial mitkorrodiert. Für die Bildverarbeitung ist dies kein Problem, da hier einfach einprogrammiert werden kann, in welchen Bereichen die Beschichtung erwünscht ist und in welchen nicht, sodass zwischen gewünschter Beschichtung und Overspray sehr einfach unterschieden werden kann. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses ist dies in den allermeisten Fällen auch kein Problem, beispielsweise bei der bereits angesprochenen thermischen Beschichtung, insbesondere von Zylinderlaufflächen, mit einer Eisenbasislegierung. In diesen Fällen ist es üblich, dass eine Nachbearbeitung der Beschichtungsfläche beispielsweise durch Drehen, Schleifen und/oder Honen erfolgt. Die minimale Korrosionsschicht, welche sich an der Oberfläche während des Korrosionsprozesses bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bildet, wird dann wieder abgetragen und stellt somit kein Problem dar.By the corrosion process, which is typically exposed to the entire component, not only the unwanted coating material but also typically the desired applied coating material is mitkorrodiert. This is not a problem for image processing, since it is easy to program in which areas the coating is desired and in which it is not, so that it is very easy to distinguish between the desired coating and overspray. With regard to the manufacturing process, this is in the vast majority of cases not a problem, for example in the already mentioned thermal coating, in particular cylinder surfaces, with an iron-based alloy. In these cases, it is customary that a reworking of the coating surface takes place, for example, by turning, grinding and / or honing. The minimal corrosion layer which forms on the surface during the corrosion process in the method according to the invention is then removed again and thus does not present a problem.
Ist dies unerwünscht oder aufgrund des Fertigungsablaufs nicht möglich, dann kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem eine Maskierung vorgesehen werden, sodass während der Korrosion die Bereiche, in denen die Beschichtung gewollt ist, entsprechend maskiert werden. Die für die Korrosion bzw. Oxidation verantwortlichen Bedingungen gelangen somit nicht in den Bereich der Oberfläche der gewollten Beschichtung, sodass diese nicht mit angegriffen wird, und die durch die Korrosion gewünschte Farbveränderung somit lediglich in den Bereichen auftritt, in denen sie auch gewünscht ist.If this is undesirable or not possible due to the manufacturing process, then according to an advantageous development of the method according to the invention also a masking be provided so that during the corrosion, the areas in which the coating is wanted to be masked accordingly. The responsible for the corrosion or oxidation conditions thus do not reach into the area of the surface of the intended coating, so that it is not attacked, and thus desired by the corrosion color change only occurs in the areas in which it is desired.
Wie bereits erwähnt kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen über die Bildverarbeitung der Ort und die Menge des unerwünschten Beschichtungsmaterials festgestellt werden. Diese Informationen können, wie ebenfalls bereits erwähnt, auch zur Reinigung oder zur Beurteilung der Reinigungsqualität eingesetzt werden. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen von Bereichen eines Bauteils, welche in Folge einer Beschichtung unerwünscht mit dem Beschichtungsmaterial verunreinigt worden sind, erfolgt nun genau dies indem das Bauteil analog zum oben beschriebenen Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen einem Korrosionsprozess ausgesetzt wird, infolge dessen das Beschichtungsmaterial korrodiert und seine Farbe ändert. Danach wird wenigstens ein Bild des Bauteils oder von Teilen des Bauteils erstellt, und mittels einer Bildverarbeitung werden die Orte und die Mengen des unerwünschten Beschichtungsmaterials festgestellt. Über diese festgestellten Daten über Ort und Menge der unerwünschten Beschichtung wird dann ein Reinigungsroboter angesteuert, welcher den Overspray entfernt, beispielsweise indem ein dreidimensional geführter Roboterarm mit einem geeigneten Reinigungswerkzeug, beispielsweise einer Wasserhochdruckstrahllanze oder verschiedenen Reinigungsdüsen mit abrasiven Medien, ausgestattet wird. Über die über die Bildverarbeitung erhaltenen Werte kann die Reinigung dabei sehr gezielt in den Bereichen erfolgen, in denen sie notwendig ist.As already mentioned, in the method according to the invention for visualizing the impurities via image processing, the location and the amount of undesired coating material can be determined. This information can, as already mentioned, also for cleaning or assessment of the Cleaning quality can be used. In a method according to the invention for cleaning regions of a component which have undesirably been contaminated with the coating material as a result of a coating, this is done precisely by subjecting the component to a corrosion process analogously to the above-described process for visualizing the impurities, as a result of which the coating material corrodes and its color changes. Thereafter, at least one image of the component or parts of the component is created, and by means of image processing, the locations and amounts of the unwanted coating material are determined. About this determined data on location and amount of unwanted coating then a cleaning robot is driven, which removes the overspray, for example by a three-dimensional guided robotic arm with a suitable cleaning tool, such as a high-pressure water jet lance or different cleaning nozzles with abrasive media equipped. The values obtained via image processing can be used for cleaning in specific areas where it is necessary.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Reinigungsverfahrens kann es dabei vorgesehen sein, dass während der Reinigung die Bereiche der Beschichtung die gewollt sind, entsprechend maskiert werden. Insbesondere beim Einsatz von Reinigungsdüsen mit abrasiven Medien kann dies ein entscheidender Vorteil sein, da auch hier ein „Overspray” der abrasiven Medien in den Bereich der eigentlich gewünschten Beschichtung und eine entsprechende Beschädigung derselben nicht erwünscht ist. Wurde bereits während der Oxidation eine Maske angewandt, dann kann diese vorzugsweise auf dem Bauteil verbleiben.According to a further advantageous embodiment of the cleaning method, it may be provided that during the cleaning, the areas of the coating are intended to be masked accordingly. In particular, when using cleaning nozzles with abrasive media, this can be a decisive advantage, since here too an overspray of the abrasive media in the area of the actually desired coating and a corresponding damage to the same is not desirable. If a mask has already been used during the oxidation, then it can preferably remain on the component.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann dabei durch eine ständige Bilderfassung und -verarbeitung die Ansteuerung des Reinigungsroboters verbessert werden. Der Reinigungsroboter erhält also zur Ansteuerung nicht nur eine Startauswertung eines Bildes, sondern wird beispielsweise über eine Kamera entsprechend überwacht, sodass fortwährend ermittelt werden kann, welche Verunreinigungen bereits entfernt worden sind und welche noch nicht, sodass eine sehr gezielte und zuverlässige Ansteuerung des Roboters in der Art einer Regelung mit einer Rückmeldung über den Reinigungserfolg, möglich ist.In accordance with a very advantageous development of the idea, the control of the cleaning robot can be improved by continuous image acquisition and processing. The cleaning robot thus receives not only a start evaluation of an image to control, but is monitored for example via a camera, so that it can be continuously determined which impurities have already been removed and which not yet, so that a very targeted and reliable control of the robot in the Type of control with feedback on the cleaning success, is possible.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen sieht es dabei ferner vor, dass die Reinigung vor einer Endbearbeitung des Bauteils, insbesondere einer Endbearbeitung der beschichteten Flächen, erfolgt. Dies ist einerseits sinnvoll, um eine potenzielle Oberflächenkorrosion der Beschichtung abtragen zu können, sodass hier keine aufwändigen Masken oder dergleichen notwendig sind. Auch eine minimale Beeinträchtigung der Beschichtung an ihrer Oberfläche durch den Reinigungsprozess, beispielsweise durch in den Bereich der Beschichtung gelangter abrasiver Partikel eines Strahlprozesses, sind dabei weitgehend unkritisch, da durch die nachfolgende Bearbeitung der Beschichtung ihre Oberfläche nochmals überarbeitet wird und die zur Reinigung eingesetzten Reinigungsmittel typischerweise keine Schäden in der Oberfläche hinterlassen, welche so groß sind, dass sie bei einer Nachbearbeitung nicht wieder eliminiert werden könnten.Another very favorable embodiment of the method according to the invention for cleaning, it also provides that the cleaning before a finishing of the component, in particular a finishing of the coated surfaces occurs. On the one hand, this makes sense in order to be able to remove a potential surface corrosion of the coating, so that no elaborate masks or the like are necessary here. A minimal impairment of the coating on its surface by the cleaning process, for example, by abrasive particles in the area of the coating of a blasting process are largely uncritical, since the subsequent processing of the coating their surface is revised again and the cleaning agents used for cleaning typically Do not leave any damage to the surface, which is so large that it could not be eliminated during reworking.
Wie bereits mehrfach erwähnt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung einerseits und zur Reinigung andererseits insbesondere für den Einsatz bei thermisch gespritzten Schichten, beispielsweise bei tribologischen Beschichtungen von Zylinderlaufbahnen in Zylinderkurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren. Es kann jedoch auch bei allen anderen Materialkombinationen eingesetzt werden, wodurch eine Korrosion oder Oxidation eine Farbveränderung der Beschichtung bzw. zumindest des Oversprays der Beschichtung erzielt werden kann, um diese Verunreinigungen entsprechend gut erkennen zu können und über eine Bildverarbeitung erfassbar zu machen.As already mentioned several times, the inventive method for visualization on the one hand and for cleaning on the other hand in particular for use in thermally sprayed layers, for example in tribological coatings of cylinder liners in cylinder crankcases of internal combustion engines. However, it can also be used in all other combinations of materials, whereby a corrosion or oxidation, a change in color of the coating or at least the overspray of the coating can be achieved in order to recognize these contaminants according to well and to make detectable via image processing.
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