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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere zum Aufbringen eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs.
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In der Automobilproduktion sind verschiedene Verfahren und entsprechende Systeme zum Aufbringen von fluiden oder pastösen Stoffen (Materialien) auf Karosseriebauteile bekannt. Beispielsweise ist es üblich, auf Innenseiten von Fahrzeugtüren, insbesondere in Falzbereichen, Wachs zu applizieren, um dort einen zusätzlichen Korrosionsschutz bereitzustellen. Weiterhin ist es oftmals nötig, Dichtstoffe, beispielsweise aus Schaumstoff (z. B. auf Basis von Polyurethan) auf oder in ein Karosseriebauteil zu applizieren.
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Aufgrund von Automatisierung und Robotertechnik wird dabei ein hoher Präzisionsgrad erreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch bestehende Systeme noch hinsichtlich ihrer Präzision und Zuverlässigkeit verbesserungswürdig sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auftragen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Waches oder eines Dichtstoffes, beispielsweise aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs sowie eine entsprechende Anordnung vorzuschlagen, bei der eine vergleichsweise hohe Zuverlässigkeit und Präzision des Auftragens des flüssigen oder pastösen Stoffes erreicht wird.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere zum Aufbringen eines Wachses oder eines Dichtstoffes, beispielsweise aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeuges gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- – Fördern des Stoffes in Richtung einer Stoff-Ausbringungseinrichtung über eine Fördereinrichtung;
- – Ausbringen des Stoffes aus einer Austrittsdüse der Stoff-Ausbringungseinrichtung; und
- – Überwachen eines aus der Düse der Stoff-Ausbringungseinrichtung austretenden Flüssigkeitsstrahls.
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Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Flüssigkeitsstrahl (als solcher), der in Richtung des Karosseriebauteils des Fahrzeugs gerichtet ist, um dort den flüssigen oder pastösen Stoff aufzubringen, insbesondere mit optischen Mitteln, überwacht wird. Unter einer Überwachung ist insbesondere die Messung mindestens eines Flüssigkeitsstrahl-Parameters, also eines Parameters, der den Flüssigkeitsstrahl hinsichtlich seiner Eigenschaften (beispielsweise seiner geometrischen Eigenschaften) beschreibt. Insofern hier von einem Flüssigkeitsstrahl die Rede ist, soll darunter insbesondere ein Strahl des flüssigen oder pastösen Stoffes verstanden werden. Indem der Flüssigkeitsstrahl überwacht wird, wird es ermöglicht (praktisch online), Abweichungen von einem gewünschten Aufbring-Verhalten festzustellen. Die Qualität der Aufbringung des flüssigen oder pastösen Stoffes kann insgesamt mit einfachen Mitteln sichergestellt werden. Insgesamt ist mit einfachen Mitteln eine präzise und zuverlässige Aufbringung des flüssigen und pastösen Stoffes ermöglicht.
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Unter einem flüssigen oder pastösen Stoff soll ein solcher verstanden werden, der zumindest beim Austritt aus der Düse in flüssiger oder pastöser Form vorliegt. Nach dem Auftrag (ggf. nach Verstreichen einer gewissen Zeit) kann dieser Stoff erstarren (also nicht mehr flüssig oder pastös sein). Es ist jedoch auch denkbar, dass der Stoff auch nach seinem Auftrag noch flüssig oder pastös ist.
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Vorzugsweise umfasst die Überwachung eine Winkelmessung, insbesondere eine Messung eines Austrittswinkels oder Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls. Es kann auch ein Aufprall-Winkel des Flüssigkeitsstrahls, also ein Winkel gegenüber der Oberfläche, auf der der flüssige oder pastöse Stoff aufgetragen wird, gemessen werden. Über eine derartige Winkelmessung kann auf einfache Art und Weise eine Abweichung von einem gewünschten Auftrag des Stoffes (im Folgenden handelt es sich bei dem „Stoff“, soweit nicht anders angegeben, immer um den flüssigen oder pastösen Stoff) festgestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Messung eines Auftreffpunktes des Flüssigkeitsstrahls erfolgen. Unter dem Auftreffpunkt soll dabei der Mittelpunkt derjenigen Fläche verstanden werden, die mit dem Flüssigkeitsstrahl bei dessen Aufprall in Kontakt kommt. Auch dadurch kann auf einfache Art und Weise das Verfahren überwacht werden und ein zuverlässiger Auftrag des Stoffes ermöglicht werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls vermessen werden. Bei der Geschwindigkeit handelt es sich insbesondere um die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse (die üblicherweise in etwa auch der Aufprallgeschwindigkeit auf das Karosseriebauteil entspricht). Im Allgemeinen kann ein Formparameter des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Ausdehnung des Flüssigkeitsstrahls gemessen werden. Insbesondere kann eine Strahlhöhe gemessen werden. Unter einer Strahlhöhe ist die Länge des Strahls zwischen Austrittsdüse und Karosseriebauteil zu verstehen. Anstelle einer (direkten) Messung der Strahlhöhe kann diese auch indirekt bestimmt werden (dabei handelt es sich jedoch grundsätzlich nicht mehr – zumindest isoliert gesehen – um eine Überwachung des Flüssigkeitsstrahls als solchen). Vorzugsweise wird die Höhe und Geschwindigkeit des Strahls gleichzeitig bestimmt. Gerade aus dieser Kombination lässt sich eine zuverlässige Aussage über die Güte des Auftrags des Stoffes erzielen.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Strahldicke (also der Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls), z. B. am Austrittsort und/oder Ort des Aufpralls, gemessen werden.
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Vorzugsweise wird ein Ist-Wert eines Parameters des Flüssigkeitsstrahls mit einem Soll-Wert verglichen. Weiter vorzugsweise wird bei einer vorbestimmten Abweichung des Ist-Werts von dem Soll-Wert, diese Abweichung angezeigt und/oder der Flüssigkeitsstrahl korrigiert (beispielsweise ein Austrittswinkel oder eine Austrittsgeschwindigkeit geändert). Insbesondere wird der Flüssigkeitsstrahl entsprechend des Vergleiches nachgeführt. Die Anzeige kann beispielsweise optisch, insbesondere über ein Display oder akustisch erfolgen. Insgesamt wird dadurch eine verbesserte Qualitätssicherung erzielt.
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Vorzugsweise wird der Flüssigkeitsstrahl optisch erfasst.
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In einer konkreten Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstrahl mit mindestens einer Kamera (vorzugsweise mehreren Kameras, beispielsweise mindestens zwei oder mindestens drei Kameras) aufgenommen. Durch eine Aufnahme per Kamera können auf einfache Art und Weise eine Vielzahl von Parametern (beispielsweise die Strahlgeometrie, insbesondere ein Austritts- oder Öffnungswinkel) bestimmt werden. Mit mehreren Kameras lässt sich der Strahl ggf. auch dreidimensional überwachen und auswerten.
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Weiter vorzugsweise nimmt dieselbe Kamera den Flüssigkeitsstrahl aus mindestens zwei verschiedenen Perspektiven auf. Dabei wäre es denkbar, dass die Kamera entsprechend bewegt wird. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Kamera nicht bewegt wird und eine Aufnahme verschiedener Perspektiven über entsprechende optische Reflexions- und/oder Umlenkeinrichtungen (beispielsweise bestehend aus oder umfassend mindestens einen Spiegel und/oder mindestens ein Prisma) ermöglicht wird. Über entsprechende Reflexions- und/oder Umlenkeinrichtungen kann dann Licht, das den Flüssigkeitsstrahl in eine erste Richtung verlässt und Licht, das den Flüssigkeitsstrahl in eine zweite Richtung verlässt (wobei erste und zweite Richtung beispielsweise einen Winkel von 20 bis 180 Grad, insbesondere 90 Grad aufweisen) auf ein und dieselbe Kamera geführt werden, so dass ein Bild des Flüssigkeitsstrahls aus zwei Perspektiven aufgenommen werden kann. Dabei ist es denkbar, dass (beispielsweise durch entsprechendes Schalten von Umlenk- und/oder Reflexionseinrichtungen und/oder Filter und/oder Blenden) der Flüssigkeitsstrahl zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder nur aus einer Richtung aufgenommen wird oder nur aus der anderen Richtung (bzw. einer zweiten oder dritten, etc. Richtung) oder gleichzeitig aus mehreren (beispielsweise zwei) Richtungen, wobei sich dann die Bilder des Flüssigkeitsstrahls ggf. bei der Aufnahme überlagern können. Beispielsweise kann bei einer Aufnahme zweier Perspektiven immer alternierend erst die eine und dann die andere Perspektive im („ständigen“) Wechsel aufgenommen werden.
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Alternativ oder zusätzlich wird vom Flüssigkeitsstrahl stammendes Licht mit mindestens einem Lichtsensor erfasst. Weiter vorzugsweise erfasst derselbe Lichtsensor Licht, das vom Flüssigkeitsstrahl in mindestens zwei verschiedene Richtungen gestrahlt wird. Bei den mindestens zwei Richtungen in diesem Zusammenhang kann es sich um diskrete (beispielsweise zwei vordefinierte) Richtungen handeln oder um ein Kontinuum, also einen Winkelbereich von beispielsweise mindestens 30 Grad oder mindestens 90 Grad oder sogar (zumindest nahezu) 360 Grad. Eine Erfassung kann beispielsweise über einen in einem 360 Grad Winkel um den Flüssigkeitsstrahl umlaufenden Lichtsensor ermöglicht werden. Grundsätzlich kann der Sensor entweder verfahren werden (beispielsweise um den Flüssigkeitsstrahl umlaufen) oder positionstreu gegenüber dem Flüssigkeitsstrahl sein (beispielsweise einen im geometrischen Sinne umlaufenden Ringsensor bilden). Ggf. können auch mehrere Lichtsensoren, beispielsweise mindestens zwei oder mindestens drei Lichtsensoren vorgesehen sein, die vorzugsweise den Flüssigkeitsstrahl aus verschiedenen Winkeln erfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstrahl beleuchtet. Dies verbessert die Überwachung des Strahls, beispielsweise durch eine Kamera oder einen Lichtsensor. Weiterhin können ein oder mehrere Spiegel vorgesehen sein sowie ggf. Polarisationseinrichtungen, um den Strahl noch präziser erfassen zu können.
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Zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls können eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Laserstrahl bereitgestellt. Weiter vorzugsweise kann der Laserstrahl in eine Ringstruktur so eingekoppelt werden, dass er um den Flüssigkeitsstrahl umläuft. Über eine entsprechende Auskoppelstruktur kann dann Licht des Laserstrahls in Richtung des Flüssigkeitsstrahls gelenkt werden, so dass dieser von allen Richtungen beleuchtet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Flüssigkeitsstrahl (insbesondere ein Wachsstrahl) mit einem Fluoreszenzmittel versehen sein bzw. (im Allgemeinen) selbst leuchten, insbesondere fluoreszieren. Dadurch wird die Vermessung weiter erleichtert.
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Vorzugsweise wird ein Referenzpunkt definiert und der Flüssigkeitsstrahl gegenüber diesem Referenzpunkt vermessen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Koordinatensystem definiert werden und der Strahl in Bezug auf dieses Koordinatensystem vermessen werden. Ein Referenzpunkt oder ein Ursprung des Koordinatensystems kann beispielsweise auf der Stoff-Ausbringungseinrichtung, insbesondere an einem distalen Ende dieser Stoff-Ausbringungseinrichtung (beispielsweise) am Austrittsort des Strahls liegen. In jedem Fall wird eine wohldefinierte und zuverlässige Vermessung und somit Überwachung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht. Eine Vermessung kann insbesondere gegenüber einem Tool Center Point (TCP) erfolgen.
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Die obengenannte Aufgabe wird unabhängig gelöst, insbesondere durch eine Anordnung zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes wie Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs, vorzugsweise zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens, umfassend:
- – eine Fördereinrichtung zum Fördern des Stoffes;
- – eine Stoff-Ausbringungseinrichtung mit einer Austrittsdüse zum Ausbringen des Stoffes sowie
- – eine Strahlüberwachungseinrichtung zur Überwachung eines aus der Stoff-Ausbringungseinrichtung austretenden Strahls des flüssigen oder pastösen Stoffes.
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Die erfindungsgemäße Anordnung weist die (im Prinzip) gleichen Vorteile auf, wie das oben beschriebene Verfahren. Die Anordnung kann eine Einrichtung zur Messung eines Austrittswinkels und/oder Öffnungswinkels des Strahls umfassen und/oder eine Einrichtung eines Auftreffpunktes des Strahls und/oder eine Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Strahls und/oder eine Einrichtung zur Messung einer Strahlhöhe und/oder Strahldicke umfassen. Die Strahlüberwachungseinrichtung kann zur Messung eines Ist-Wertes des Flüssigkeitsstrahl-Parameters ausgebildet sein. Weiterhin kann eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ist-Wertes mit einem Soll-Wert vorgesehen sein. Die Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um bei einem vorbestimmten Abweichen des Ist-Werts von dem Soll-Wert eine Anzeigevorrichtung zu veranlassen, diese Abweichung anzuzeigen und/oder den Flüssigkeitsstrahl zu korrigieren, insbesondere (regelnd) nachzuführen.
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Die Anordnung kann mindestens eine Kamera aufweisen. Weiterhin kann die Anordnung auch mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls aufweisen.
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Weiterhin kann die Anordnung mindestens Lichtsensor, insbesondere einen um 360 Grad umlaufenden Lichtsensor aufweisen. Weiterhin kann die Anordnung eine Lasereinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls aufweisen. Vorzugsweise weist die Anordnung eine Ringstruktur auf, in die der Laserstrahl eingekoppelt werden kann, wobei ggf. eine Auskopplungsstruktur vorgesehen ist, so dass der Laserstrahl aus der Ringstruktur in Richtung des (innerhalb der Ringstruktur positionierten) Flüssigkeitsstrahls ausgekoppelt werden kann. Weiterhin kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die konfiguriert ist, um die oben genannten Verfahrensschritte realisieren zu können.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Aufbringen eines pastösen oder flüssigen Stoffes auf ein Karosseriebauteil;
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2 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Überwachen eines Flüssigkeitsstrahls;
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3 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Überwachen eines Flüssigkeitsstrahls.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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In 1 ist ein Karosseriebauteil 10 zu sehen, auf das ein flüssiger oder pastöser Stoff 11 appliziert wird. Der Stoff 11 tritt als Flüssigkeitsstrahl 12 aus einer Düse 13 einer Stoff-Ausbringungseinrichtung 14 aus. Die Stoff-Ausbringungseinrichtung 14 ist über eine Leitung 15 mit einer Fördereinrichtung 16 verbunden. Weiterhin ist schematisch eine Kamera 17 zur Aufnahme des Flüssigkeitsstrahls 12 sowie eine Beleuchtungseinrichtung 18 zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls 12 abgebildet. Die Elemente 14, 15, 16, 17 und 18 sind Bestandteil einer Anordnung zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen auf das Karosseriebauteil 10.
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Anstelle der einen Kamera 17 können auch mehrere Kameras vorgesehen sein, die beispielsweise eine Aufnahme des Flüssigkeitsstrahls 12 aus mehreren Winkeln ermöglichen. Genauso können auch mehrere Beleuchtungseinrichtungen 18 vorgesehen sein, die es ggf. erlauben, den Flüssigkeitsstrahl aus mehreren Winkeln zu beleuchten.
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In einer konkreten Ausführungsform handelt es sich bei der Anordnung gemäß der Figur um eine Anordnung zum Aufbringen von Wachs auf Karosseriebauteile eines Fahrzeugs. Bei der Stoff-Ausbringungseinrichtung kann es sich dann um eine Wachs-Ausbringungslanze handeln. Bei der Fördereinrichtung 16 kann es sich um eine Wachs-Fördereinrichtung handeln.
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Die Kamera 17 steht mit einer Strahlüberwachungseinrichtung 19 in Verbindung (drahtlos oder drahtgebunden), so dass die Kamera 17 Signale (beispielsweise Rohdaten oder bereits aufbereitete Messdaten) an die Strahlüberwachungseinrichtung 19 senden kann. Diese bestimmt dann aus den Signalen einen oder mehrere Flüssigkeitsstrahl-Parameter, wie beispielsweise einen Öffnungswinkel des Flüssigkeitsstrahls oder einen Austrittswinkel oder eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls (etc.). Ergebnisse dieser Messungen können dann herangezogen werden, um entweder eine Anzeige entsprechend zu betätigen, die eine gewisse Abweichung von Normwerten anzeigt oder (bzw. zusätzlich) um die Ausbringung des Stoffes (also insbesondere den Ort des Aufbringens auf das Karosseriebauteil 10 oder eine ausgebrachte Menge oder eine Austrittsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls) zu regeln.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Überwachung eines Flüssigkeitsstrahls 12 (der in 2 senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist). Mittels einer Beleuchtungseinrichtung 18 wird Licht 19 auf den Flüssigkeitsstrahl 12 gestrahlt. Durch eine Kamera 17 kann der Flüssigkeitsstrahl 12 aus einer ersten Perspektive 20 sowie aus einer zweiten Perspektive 21 aufgenommen werden. Dazu sind Reflexionseinrichtungen 22 (Spiegel) vorgesehen, die vom Flüssigkeitsstrahl 12 stammendes Licht auf ein Prisma 23 lenken. Vom Prisma 23 aus erreicht das Licht die Kamera 17. Der Strahlengang wird insgesamt durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine Rückwand 24 kann ggf. mattierend (schwarz mattierend) ausgebildet sein.
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Ggf. (nicht in 2 im Detail gezeigt) kann entweder das Licht gem. der ersten Perspektive 20 oder des Lichts gem. der zweiten Perspektive 21 unterdrückt werden (durch entsprechende Strahlumlenkung und/oder Blockierung, beispielsweise zwischen dem Flüssigkeitsstrahl 12 und einer der Reflexionseinrichtungen 22). Weiterhin kann eine Steuereinrichtung so konfiguriert sein, dass die Kamera 17 alternierend das Licht aus der ersten Perspektive und das Licht aus der zweiten Perspektive 21 aufnimmt (ggf. im vergleichsweise kurzen Wechsel, beispielsweise mit einem Umschaltvorgang nach weniger als einer Sekunde). Ggf. kann die Kamera 17 jedoch auch die Bilder aus beiden Perspektiven 20, 21 gleichzeitig aufnehmen, so dass sich diese überlagern. Bei beiden grundlegenden Verfahren kann eine vergleichsweise zuverlässige Vermessung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht werden.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Strahlüberwachung. Der Flüssigkeitsstrahl 12 verläuft hier senkrecht zur Zeichenebene. Über eine Einkoppelvorrichtung 24 wird ein Laserstrahl in eine Ringstruktur 25 eingekoppelt. Über im Detail nicht dargestellte Auskoppelvorrichtungen wird Licht des Laserstrahls (aus allen Richtungen bzw. über einen 360 Grad Winkel) auf den Flüssigkeitsstrahl gerichtet, was durch entsprechende Pfeile symbolisiert wird. Umgekehrt kann vom Flüssigkeitsstrahl 12 reflektiertes Licht (oder ggf. vom Flüssigkeitsstrahl selbst erzeugtes Licht, ggf. über ein Fluoreszenzmittel) radial nach außen auf die Ringstruktur 25 strahlen und dort ggf. durch einen ringförmig angeordneten Sensor (also einen Sensor, der um 360 Grad umläuft) detektiert werden. Besonders bevorzugt setzt sich ein solcher Ringsensor aus mehreren (beispielsweise mindestens vier oder mindestens zehn) über die Ringstruktur (gleichmäßig) verteilten Einzelsensoren zusammen, wobei jeder Einzelsensor für sich Licht, das vom Flüssigkeitsstrahl 12 stammt, erfasst. Im Ergebnis wird hier auf einfache Art und Weise eine präzise Vermessung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Karosseriebauteil
- 11
- Stoff
- 12
- Flüssigkeitsstrahl
- 13
- Düse
- 14
- Stoff-Ausbringungseinrichtung
- 15
- Leitung
- 16
- Fördereinrichtung
- 17
- Kamera
- 18
- Beleuchtungseinrichtung
- 19
- Licht
- 20
- erste Perspektive
- 21
- zweite Perspektive
- 22
- Reflexionseinrichtung
- 23
- Prisma
- 24
- Einkoppelvorrichtung
- 25
- Ringstruktur
