DE10390349B4

DE10390349B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen von Farben oder Lacken

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Publication number: DE10390349B4
Application number: DE10390349T
Authority: DE
Inventors: Burkhard Buestgens
Original assignee: Buestgens Burkhard Dr-Ing
Current assignee: Buestgens Burkhard Dr-Ing 79194 Gundelfingen
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: DE10390349D2; US7981462B2; ES2291061B1; GB2401806A; MXPA04007112A; GB2401806B; CN1622861A; AU2003212187B2; ES2291061A1; CN100387361C; DE10202553A1; CA2515719A1; RU2004126235A; US20050100680A1; AU2003212187A1; WO2003066239B1; GB0418904D0; JP2005516759A; WO2003066239A1; RU2316399C2

Abstract

Verfahren zum Auftragen von Farben oder Lacken zur farblichen Gestaltung der Flächen von Objekten des Hoch-, Ingenieur- und Tiefbaus nach einer Bildvorlage, mit den Schritten:
Positionieren mindestens eines Satelliten, welcher Teilkomponente eines ersten Messsystems ist,
Messtechnische Erfassung der Objektfläche und Herstellung einer Zuordnung zwischen Farbdaten der Bildvorlage und Realpositionen der Objektfläche
anschließend,
Bewegen einer Farbauftragvorrichtung auf der Objektfläche, dabei fortlaufend
Bestimmung einer Position der Farbauftragvorrichtung mittels mindestens einer mit dieser verbundenen beweglichen Messsystem-Komponente relativ zu dem mindestens einen Satelliten,
Berechnung der Positionskoordinaten von Farbauftragelementen der Farbauftragvorrichtung aus der bekannten Position der Farbauftragvorrichtung und Abgabe von Farbabgabebefehlen an die Farbauftragelemente durch eine Steuereinheit, wobei die Farbwerte auf den Farbdaten basieren, die den Positionskoordinaten derjeweiligen Farbauftragelemente zugeordnet sind,
Unterbinden des Farbauftrages durch ein Farbauftragelement, wenn an dessen Position die entsprechende Farbe oder der Lack bereits vollständig aufgetragen worden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (sowie eine Vorrichtung) zum Auftragen von Farben oder Lacken zur farblichen Gestaltung der Flächen von Objekten des Hoch-, Ingenieur- und Tiefbaus nach einer Bildvorlage. Dies können beispielsweise Innen- und Außenwände, Decken oder Böden von Wohn- und Nutzgebäuden sein, aber auch beispielsweise die Betonflächen von Brücken-, Tunnel- oder Straßenbauwerken oder Mauern für den Schallschutz, Sichtschutz oder für Befestigungen und artverwandte Flächen.
Die vorgenannten Objektflächen werden heute ausnahmslos manuell mit Pinsel oder Rollen gestrichen oder per Sprühpistole mit Farbe besprüht. Die Farbe dient hierbei einerseits der Versiegelung des Mauerwerks, wird aber in gleicher Weise zu dekorativen Zwecken verwendet. Sollen Bildinhalte per Farbe auf die genannten Flächen aufgetragen werden, so können diese nur von talentierten Kunsthandwerkern oder Künstlern vorgenommen werden, wobei der Vorgang des Malens in der Regel langwierig und deshalb teuer ist. Oftmals kann auch eine erhebliche Diskrepanz zwischen den Erwartungen des Auftraggebers und dem fertig gestellten Bild bestehen. Wünschenswert wäre ein technisches Verfahren, mit dessen Hilfe unabhängig von künstlerischen Fähigkeiten ein Bildmotiv entsprechend einer Vorlage unter Verwendung von Farben oder Lacken auf die genannten Objektflächen übertragen werden kann und das Verfahren die Qualität des Bildauftrages sichert.
Manuelle Auftragstechniken werden dabei heute bereits durch technische Hilfsmittel unterstützt. So werden, wie in US 4,696,400 A beschrieben, mittels Projektoren die Umsrisse eines Motivs an eine Fläche projiziert, sodass der Künstler das Motiv weitaus originalgetreuer auf die Fläche übertragen kann.
Rein technische Verfahren werden in den Schriften US 4,920,422 A , WO 00/48841 A1 , FR 2 601 265 A1 und DE 195 25 528 A1 beschrieben. Diese verwenden Farbsprüh- oder Farbdruckköpfe, welche durch einen großen mechanischen Bewegungsapparat gemäß einer Abarbeitungsvorschrift über die Objekt fläche bewegt werden. Die Systeme erfordern eine aufwändige Montage der Mechanik-Komponenten an oder vor der Objektfläche und bieten nur eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit für die Farbsprüh- oder Druckköpfe. Die farbliche Gestaltung sehr großer oder verwinkelter Flächen ist auf ökonomische Weise nicht möglich.
Es ist daher ersichtlich, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung fehlen, womit die ganzflächeige farbliche Gestaltung architektonischer Flächen von Objekten aus dem Hoch-, Ingenieur- und Tiefbau nach einer digitalen Bildvorlage passgenau und auf schnelle Weise ermöglicht wird.
Davon ausgehend liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach und schnell, und damit kostengünstig durchführbares, sowie gleichzeitig zuverlässig arbeitendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Auftragen von Farben oder Lacken zur ganzflächigen farblichen Gestaltung von insbesondere architektonischen Objektflächen zu schaffen.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Farbauftragvorrichtung wird stets im Kontakt mit der Oberfläche über die Objektfläche bewegt, kontinuierlich die Position der Farbauftragvorrichtung gemessen oder unter Hinzuziehung von Bewegungssensoren errechnet und in Abhängigkeit der so bestimmten Position Farbe entsprechend der Implementierung abgegeben. Dabei wird durch die Farbauftragvorrichtung der Farbauftrag automatisch dann unterbunden, wenn die Position der Farbauftragvorrichtung hinsichtlich einer vorgegebenen Akzeptanzschwelle für einen Positionsfehler nicht hinreichend genau bestimmbar ist oder wenn an der Position der Farbauftragelemente die entsprechende Farbe oder der Lack schon vollständig aufgetragen worden ist.
Dadurch ist ein schnelles und zugleich zuverlässig arbeitendes Verfahren geschaffen, mit dem es ermöglicht wird, digital vorliegende Bilddaten auf beliebige Flächen von Objekten des Hochbaus, Tiefbaus und Ingenieurbaus aufzutragen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine intuitive Arbeitsweise eines Operators, welcher die Farbauftragvorrichtung in beliebiger Abfolge über beliebige Stellen der Objektfläche führt. Diese Arbeitsweise ermöglicht insbesondere eine vollständige Abarbeitung der gesamten Fläche, auch um Vorsprünge, Balkone, Türen, Fenster und Fensterbänke oder Simse herum.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Gedanken, die zuvor in einer Datei abgespeicherten Farbinformationen zu jedem Bildpunkt auf die Objektfläche zu übertragen, wobei die Position des Farbauftraggerätes kontinuierlich gemessen wird und der Farbauftrag nach einem Vergleich mit den in der Datei abgespeicherten Farbinformationen für die Position des Farbauftragsystems gesteuert wird. Voraussetzung für eine Farbgestaltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Objektfläche als digitales Objekt messtechnisch erfasst und ein Datensatz, beispielsweise eine CAD-Repräsentation der Objektfläche, gebildet wurde und anschließend eine Vorlage des aufzutragenden Gestaltungsobjektes nach Vorgabe des Designers implementiert wurde, also dass eine geometrische Zuordnung zwischen Farbdaten und Realpositionen der Objektfläche vorliegt, siehe 1. Es können auch farbliche Eigenschaften einer Objektfläche bereits implementiert sein, sofern die anfänglichen Farbeigenschaften einer Fläche mit erfasst werden, sodasss eine Einbeziehung gewünschter oder eine Kompensation ungewünschter Merkmale, wie beispielsweise Flecke auf der Objektfläche, mit einbezogen bzw. farblich kompensiert werden können.
Wird die bewegliche Farbauftragvorrichtung über die Oberfläche bewegt, so liefert das Positionsmesssystem kontinuierlich deren aktuelle Position. Aus der konstruktionsbedingten Lage der einzelnen Farbauftragelemente und der bekannten Position der Farbauftragvorrichtung zur Objektfläche ergibt sich rechnerisch in Echtzeit die Position jedes einzelnen Farbauftragelements zur Objektoberfläche. Die Steuereinheit entnimmt dem im Systemspeicher gespeicherten Flächenobjekt die zu den jeweiligen Positionskoordinaten zugeordneten Farbwerte und gibt zeitgenau Farbabgabebefehle an die einzelnen Farbauftragelemente. Ist ein virtueller Farbpunkt einmal vollständig auf die Objektfläche übertragen worden, so erhält dieser beispielsweise das Attribut „abgearbeitet”, wird passiv geschaltet oder der Farbwert wird durch den einer Farbe, die keine Farbabgabe bewirkt, ersetzt. Auf diese Weise kann eine unerwünschte mehrmalige Farbabgabe an ein und derselben Stellen vermieden werden.
Jede Stelle des Farbauftragbereichs muss mindestens einmal vom Farbauftragkopf überstrichen werden. Dabei ist eine kontinuierliche Führung der Vorrichtung dank der integrierten Positionsberechnung nicht nötig, da die Vorrichtung jederzeit ihre Position mit dem zu produzierenden Bild im Speicher vergleicht und Impulse zum Farbauftrag nur erhält, wenn hier Farbe aufzutragen ist und dies nicht schon bei einem vorherigen Überstreichen mit dem Farbauftragsystem geschehen ist.
Die Positionsbestimmung der Farbauftragvorrichtung kann vielfältig durch Positionsmesssysteme erfolgen, siehe Gesamtsystem 2. Dabei sollen zwei Kategorien unterschieden werden:
Hier als erstes Messsystem bezeichnete Systeme messen die Position beweglicher Messsystem-Komponenten in Relation zu festen Fernpunkten, die ebenfalls Komponenten des ersten Messsystems sind und als Satelliten bezeichnet werden. Die beweglichen Messsystem-Komponenten des ersten Messsystems können dabei in der Farbauftragvorrichtung enthalten sein. Eine Eigenschaft des ersten Messsytems ist, dass Sichtverbindung zwischen Satelliten und beweglichen Messsystem-Komponenten bestehen muss. Diese kann oft gestört sein, beispielsweise durch Baugerüste, Simse oder Astwerk, somit eine Positionsbestimmung verhindern.
Hier als zweites Messsystem bezeichnete Systeme messen die Bewegung der Farbauftragvorrichtung, ohne sich auf Fernpunkte zu stützen, z. B. durch Sensoren, die sich ausschließlich in der Farbauftragvorrichtung befinden. Beispiele für Sensoren sind Linear- und Drehbeschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Geschwindigkeitssensoren, Magnetometer, Neigungssensoren und Bildgebende Sensoren, die in einem kleinen Ausschnitt die Objektfläche erfassen, woraus sodann die Bewegung beispielsweise durch Korrelationsverfahren errechnet wird. Eine Eigenschaft der Verfahren des zweiten Messsytems ist, dass sie sehr schnell arbeiten können, jedoch nicht imstande sind, eine Absolutposition zu bestimmen und weiterhin driftempfindlich sind.
Die Genauigkeitsanforderung an die Positionsbestimmung des Farbauftragsystems ist hoch: Aus einer geforderten absoluten Bildauflösung von 0,5 mm über eine Entfernung von 10 m folgt eine erforderliche relative Genauigkeit der Positionsbestimmung von 50 ppm. Dabei muss sichergestellt sein, dass die Farbauftragvorrichtung an jeder Stelle der Objektfläche mit ausreichender Geschwindigkeit bewegt werden kann und dabei die eigene Position in der notwendigen Rate zu bestimmen im Stande ist.
Einige Verfahren des ersten Messsystems, können nur mit einer relativ niedrigen Rate arbeiten. Sie sind daher nicht fortlaufend verfügbar, auch und besonders durch den Umstand einer gestörten Sichtverbindung zwischen Satelliten und beweglichen Messsystem-Komponenten. Auf der anderen Seite sind die vergleichsweise sehr schnellen Verfahren des zweiten Messsystems dazu geeignet, kurzzeitig die Navigation zu übernehmen. Es ist ersichtlich, dass durch Kombination der beiden Verfahren einerseits eine vollständige Abdeckung der Objektfläche möglich wird und andererseits eine hochdynamische Navigation hohe Vorschubgeschwindigkeiten erlaubt.
Am Beispiel einer durch einen Operator handgeführten Farbauftragvorrichtung läuft die Gerätesteuerung wie folgt ab, siehe 10:
Der Operator bringt die Farbauftragvorrichtung in Kontankt mit der Objektfläche, indem er sie an diese andrückt. Soll der Farbauftrag durch einen Befehl des Operators gestartet werden, so wird zuerst geprüft, ob eine Position des ersten Messsystems vorhanden ist. Hierfür muss Sichtkontakt zwischen den relevanten Komponenten des ersten Messsystems bestehen. Ist dies nicht der Fall, so muss dies dem Operator mitgeteilt werden, entweder durch eine Negativ-Meldung oder durch Nicht-Anzeigen einer Positiv-Meldung. Der Operator ist nun aufgefordert, die Farbauftragvorrichtung so lange zu verschieben, bis das erste Messsystem eine gültige Position besitzt. Diese wird sodann für die Farbauftragsteuerung herangezogen und weiterhin zur Initialisierung des zweiten Messsystems verwendet. Die Initialisierung kann im einfachsten Fall beispielsweise aus einem Zurücksetzen der Anfangsbedingungen der Bewegungssensoren sein. Nun folgt die Berechnung der neuen Position aus den vorhandenen Positionsdaten aus dem ersten und zweiten Messsystem. In diesem Fall, nach der Initialisierung, sind die Positionsdaten mit denen des ersten Messsystems identisch. Die nun folgende Schätzung des Positionsfehlers ergibt in einer darauf folgenden Grenzwertüberprüfung eine Aussage, ob Farbe abgegeben werden darf oder nicht. Liegt der Positionsfehler oberhalb einer Akzeptanzschwelle, so wird die Farbabgabe unterbunden und der schon beschriebene Vorgang der Positionssuche wird wiederholt. Im Regelfall liegt der geschätzte Positionsfehler unterhalb der Akzeptanzschwelle, sodass ein Farbauftrag erfolgen kann und neue Positionsdaten gelesen werden können. Der Operator bewegt die Farbauftragvorrichtung, und deshalb entstehen ständig neue physische Positionen. Der hier beschriebene Zyklus läuft so schnell ab, dass sich das Farbauftraggerät durch den Vorschub bereits bewegt hat. Des Weiteren entsteht durch den Vorschub der Farbauftragvorrichtung und durch die Tatsache, dass jeder Farbauftragkopf eine endliche Zeit für den Transport der Farbe auf das Medium benötigt, ein Positionsfehler, welcher durch beispielsweise Positionsvorhalte kompensiert werden muss. In der Praxis bedeutet dies, dass solche Farbwerte aus der Farb-Positionszuordnung an den Farbauftragknopf zur Farbabgabe übermittelt werden, welche gemäß der Farb-Positionszuordnung in Vorschubrichtung vor denen der momentan tatsächlich gültigen Positionen liegen. Der Positionsvorhalt ist stets eine Funktion der Vorschubgeschwindigkeit und -beschleunigung. Es ist angebracht, vor dem Auftrag der Farbe die Evaluierung und Überprüfung der Eigenbeschleunigung als Kriterium für den Farbauftrag zusätzlich zu überprüfen, sodass automatisch als Folge von ruckartigen Bewegungen keine Farbe abgegeben wird. Nach dem erfolgten Farbauftrag wird überprüft, ob das erste Messsystem eine gültige Position besitzt. Dies kann beispielsweise dann nicht gegeben sein, wenn eine Abschattung vorliegt oder die Bandbreite des ersten Navigationssystems kleiner als der momentane Arbeitstakt des Systems ist. Sind neue Daten aus dem ersten Navigationssystem vorhanden, so erfolgt die Neuberechnung der aktuellen Position aus neuen sowie aus vergangenen Positionsdaten. Sind keine neue Daten aus dem ersten Messsystem vorhanden, so erfolgt eine Meldung an den Operator und die nun folgende Positionsbestimmung stützt sich ausschließlich auf neue Daten des zweiten Messsystems und vergangene Positionsdaten. In beiden Fällen wird anschließend die Evaluation und Überprüfung der Positionsfehler und Beschleunigungen vorgenommen, bevor ein Farbabgabebefehl gegeben wird. Es ist nahe liegend, dass beim Führen der Farbauftragvorrichtung weit in einen abgeschatteten Bereich hinein sich die Positionsfehler von Zyklus zu Zyklus vergrößern und schließlich die Farbabgabe automatisch unterbrochen wird.
Der Operator kann anhand der ihm mitgeteilten Meldungen erkennen, wo sich abgeschattete Bereiche der Objektfläche befinden. Hat er auf diese Weise einen solchen Bereich identifiziert, so ist er angehalten, die Farbauftragvorrichtung in einem Bereich bekannter Fernposition anzusetzen und diese auf kürzestem bzw. schnellstem Wege in den abgeschatteten Bereich zu bewegen. Sollte der abgeschattete Bereich sehr groß sein, sodass in abgelegenen Gebieten auch wiederholt keine Farbabgabe stattfindet, so ist der Operator angehalten, weitere Satelliten für das erste Messsystem anzubringen.
Liste der Figuren:
1: Arbeitsvorbereitung;
2: Gesamtsystem;
3: Farbauftragkopf;
4: Erweiterter Farbauftragkopf;
5: Erstes Messsystem: Ausführungsbeispiel;
6: Erstes Messsystem: Ausführungsbeispiel;
7: Marke;
8: Erstes Messsystem: Ausführungsbeispiel;
9: Farbauftragssystem-Variante nach 8;
10: Steuerung;
11 und 12: Erstes Ausführungsbeispiel Farbauftragvorrichtung;
13: Zweites Ausführungsbeispiel;
14: Drittes Ausführungsbeispiels;
15: Farbauftragdüsen – Distanzregelung;
16: Farbauftrag mittels Farbauftragvorrichtung gemäß 14;
17: Seilgeführtes Fassadensystem;
18: Autarkes, robotisches System
Die Satelliten als Teilkomponenten des ersten Messsystems, siehe Ausführungsbeispiele 2, 5, 6, 8, werden vom Operator zu Beginn des Arbeitsablauf an fester Position positioniert. Sie bilden das Referenz-Koordinatensystem. Für die Funktion des ersten PositionsMesssystems ist es erforderlich, dass Sichtkontakt zwischen Farbauftragvorrichtung und einer mindestens benötigten Zahl von Satelliten besteht. Diese Bedingung ist in der Regel nicht an allen Punkten einer Objektfläche erfüllt. Durch Anbringung vieler Satelliten kann jedoch eine bessere Abdeckung der Objektfläche erreicht werden.
Die Positionierung der Satelliten erfolgt sinnvollerweise schon darin, wenn die gemetrischen Eigenschaften der Objektfläche messtechnisch erfasst werden. Dadurch können Vermessung und Farbauftrag innerhalb eines identen Koordinatensystems durchgeführt werden.
Das vorgenannte erste Messsystem nutzt die Eigenschaft der linearen Ausbreitung von Wellen kleiner Wellenlänge, wie z. B. Licht, IR-Strahlung, Mikrowellenstrahlung oder auch Ultraschall für die Positionsbestimmung. Dabei werden Positionen mit Rechnerunterstützung aus gemessenen Laufzeiten und/oder Winkeln abgeleitet. Dies kann mit Verfahren des Standes der Technik geschehen. Ein Teil der bekannten Verfahren wird in der Literatur als Optical Tracking bezeichnet. Zur Erläuterung sollen hier einige Möglichkeiten beispielhaft dargestellt werden:
In 5 ist beispielhaft ein System skizziert, das eine Anzahl an Satelliten enthält, die, an fixe Positionen angebracht, mittels PSDs die Winkellage zu modulierten Lichtquellen der Farbauftragvorrichtung messen. Diese Informationen werden sodann an. einen Prozessor übertragen, der daraus Positionsinformationen berechnet.
In 6 wird beispielhaft ein fotometrisches Messsystem verwendet, welches eine oder mehrere Kameras und/oder IR-Kameras verwendet. Mittels numerischer Extraktion und Lokalisierung bekannter visueller Merkmale der Farbauftragvorrichtung wird die Position der Farbauftragvorrichtung in der Objektfläche bestimmt. Diese läßt sich stark vereinfachen, wenn Objektfläche und/oder Farbauftragvorrichtung leuchtende, reflektierende (Katzenauge) oder absorbierende, z. B. farbige, Marken enthalten. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Marke. Ein fotometrisches System ist weiterhin geeignet, verteilte Farbinformationen der Objektfläche zu messen, welche beispielsweise für Farbanpassungen verwendet werden können.
8 zeigt ein erstes Messsystem unter Verwendung eines Laserscanners, bestehend aus einer Laser-Quelle 32 und einer Strahlablenkeinheit 33, und einem integrierten fotoelektrischen Wandler 34. Der Laserstrahl wird hierbei gemäß einer zeitlich fest definierten Ablenkvorschrift über die Objektfläche 12 und die Farbauftragvorrichtung 1 geführt und das gestreute Licht 31 mit dem fotoelektrischen Wandler 34 erfasst, daraus schließlich ein Bild der Objektfläche und der enthaltenen Farbauftragvorrichung digital rekonstruiert. Auch hier bietet sich wie oben die Verwendung kontrastreicher Marken an.
In einer Abwandlung des Systems von 8 sind zusätzlich Lichtsensoren in der Farbauftragvorrichtung enthalten, siehe 9. Beispielhaft sind zwei Zeilen von fotoelektrischen Wandlern 35 dargestellt. Diese detektieren den kreuzenden Laserstrahl zeitgenau und ermöglichen aus der bekannten Scan-Vorschrift eine Positionsbestimmung der Farbauftragvorrichtung.
Handelt es sich bei den hier angeführten Beispielen um Verfahren, die dem Fachmann unter der Funktionsweise Outside-In bekannt sind, so sei nur erwähnt, dass das erste Messsystem durch Umkehrung der Wirkrichtung auch in dem dem Fachmann bekannten Inside-Out Verfahren arbeiten kann. Weiterhin sollen die auf Laufzeitmessung, Dopplereffekt oder auf Interferenzmessung basierenden Verfahren der Positionsbestimmung hier ausdrücklich nicht von ihrer Eignung für das erste Positionsmesssystem ausgeschlossen werden.
Das zweite Messsystem dient der Oberbrückungsnavigation in den Fällen, wenn das erste Messsystem keine Positionsdaten in ausreichender Rate liefert, z. B. aufgrund einer systemimmanent niedrigen Messfrequenz oder infolge unterbrochener Sichtverbindung(en) zwischen Farbauftragsystem und einer kritischen Zahl von Satelliten. Es können Sensoren oder Sensorsysteme des Standes der Technik verwendet werden zur Messung ein oder mehrerer Liniear-Geschwindigkeiten und/oder Drehgeschwindigkeiten und/oder Linear-Beschleunigungen und/oder Drehbeschleunigungen.
In der Regel können diese Systeme eine absolute Positionsbestimmung nicht vornehmen.
Zusätzliche Informationen zur Berechnung einer Position können mithilfe von Inklinometern und/oder Magnetometern gewonnen werden.
Eine optische Erfassung des Untergrundes mittels zur Objektfläche hin gerichteter fotoelektrischer Wandler (Scanner, Kameras etc.) und anschließender Bildmerkmal-Extraktion kann ebenfalls Positionsinformationen liefern. Es kann sich um das bereits aufgetragene Bild, um ein Referenzmuster oder um bauliche Merkmale wie beispielsweise Kanten handeln. Die Orientierung an bereits aufgetragene Bildteile ist dann gut möglich, wenn diese kontrastreich sind. Eine Qualitätsverbesserung kann dadurch erreicht werden, dass der Farbwert des Untergrundes vor und eventuell nach dem Farbauftrag be stimmt wird und daraus kontinuierlich und ortsaufgelöst die abzugebenden Farbmengen in einem Regelalgorithmus berechnet werden.
11 und 12 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Farbauftragvorrichtung in unterschiedlicher Darstellung. Ein Inertialmesssystem 6 und Geschwindigkeitssensoren 7 liefern zusätzliche Positionsinformationen zum ersten Messsystem, representiert durch eine Marke 5. Das Inertialsystem enthält beispielsweise einen Drehratensensor zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Farbauftragvorrichtung um deren Achse senkrecht zur Wand und einen Beschleunigungssensor zur Messung der Beschleunigung in Bewegungsrichtung. Ein Drucksensor 53 ermöglicht die Regelung des Vordruckes in der Farbzuführung. Das Array aus Farbauftragelementen 2 ist so ausgeformt, dass es die seitlichen Abmessungen der Rollen 3 um einen Überlapp 51 überragt, siehe 11. Auf diese Weise lässt sich durch eine entsprechende Bearbeitungsweise auch langsam trocknende Farbe auftragen, da vermieden werden kann, dass die Rollen 3 zuvor aufgetragene frische Farbe überfahren.
13 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Farbauftragvorrichtung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren, speziell geeignet für die Durchführung von Ausbesserungen oder Feinarbeiten. Das Gerät besitzt Gleitelemente 3 zur Bewegung auf der Objektfläche 12 und einen Farbauftragkopf 24, welcher spezielle, in den Randbereichen geneigte Farbauftragelemente 37 aufweist. Auf diese Weise kann auch in stark konkaven Ecken und Kanten Farbe appliziert werden. Ein zur Objektfläche gerichteter Bildscanner 38 ermöglicht die Erfassung eines Bildausschnittes und damit die Identifikation der Bildposition. Diverse Anzeige- und Bedienelemente 36 erlauben die Steuerung der Vorrichtung.
Bei der Bewegung der Farbauftragvorrichtung über die Oberfläche im Kontakt mit dieser muss sichergestellt werden, dass der Abstand und Winkel der Farbauftragelemente zur Objektfläche gut definiert sind. Hierzu können beispielsweise Räder, Kugeln, Rollen, auch Malerrollen oder Gleitelemente dienen.
14 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine Farbauftragsvorrichtung 1 mit automatischer Regelung des Abstandes der Farbauftragelemente 2 von der Objektfläche 12, und der Möglichkeit des gleichzeitigen Auftrags einer feuchten Grundschicht mittels integrierter Malerrolle 40. Das Gerät ermöglicht den Farbauftrag in ähnlicher Arbeitsweise wie bei der Verwendung von Malerrollen. In der Nabe der Rolle befindet sich koaxial ein Stellmotor 41, der den Teil der Farbauftragvorrichtung 1 mit den Farbauftragelementen 2 gegenüber dem Griff mit Medienzufuhr 43 verstellen kann. In der Stellung 42 wird ausschließlich Grundierung, beispielsweise Dispersionsfarbe in der üblichen Weise aufgetragen. Nach dem Auftrag der Grundierung an eine bestimmte Stelle der Objektfläche wird der Teil der Farbauftragvorrichtung 1, der die Farbauftragelemente 2 enthält, durch den Stellmotor zu der Objektfläche hin gedreht, wobei der Abstand der Düsen 2 zur Objektfläche mit Hilfe von Distanzsensoren 39 auf einen konstanten Wert geregelt wird, Regelkreis siehe 15.
16 erläutert den Vorgang des Farbauftrags unter Verwendung der Vorrichtung nach 14. Grundierung und Farbauftrag können hierbei gleichzeitig oder sequenziell durchgeführt werden. Zu beachten ist stets die Einhaltung eines Überlapps 51, um ein Verschmieren der Farbe zu verhindern.
Im Falle einer einfachen Objektflächengeometrie oder besonders großer Flächen können vollautomatisch oder autonom arbeitetende Farbauftragsysteme eingesetzt werden, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten:
17 zeigt als Beispiel eine autonome Farbauftragvorrichtung für Fassaden. Die Farbauftragvorrichtung ist hierfür an einem Seil aufgehängt, welches in einer Seilrolle mündet und die senkrechte Bewegung appliziert. Horizontale Bewegungen werden durch die Bewegung der Seilrolle auf einer Schiene ermöglicht.
18 zeigt als weiteres Beispiel eine autonome, robotische Farbauftragvorrichtung mit einem Unterdruck-Ansaugmechanismus 50. Dieser, ein eigener Antrieb und Lenkbarkeit ermöglichen das freie Verfahren auch an senkrechten Flächen. Die grobe Verfahrroute wird vom eingebauten Rechner 4 bestimmt. Aus der Positionsbestimmung und der Kenntnis der bereits abgefahrenen Bereiche berechnet die Farbauftragvorrichtung selbsttätig die Verfahrroute. Zur Bewegung auf der Objektfläche werden vorzugsweise drei Rollen 3 verwendet, welche teilweise lenkbar sind.
3 zeigt schematisch einen Farbauftragkopf 24 der Farbauftragvorrichtung 1, bestehend aus drei Zeilen von Farbsprühdüsen 20, 21, 22 unterschiedlicher Grundfarben. Die jeweilige Farbzufuhr erfolgt über Zuleitungen 11 aus lokalen oder peripheren Tanks. 4 zeigt einen Farbauftragkopf 24 mit zusätzlichen Farbauftragelementen 23 zum Auftrag einer Grundierung oder Deckschicht. Eine optional eingebaute UV-Lichtquelle 25 dient der UV-Härtung einer aufgetragenen Farbschicht.
Die technischen Möglichkeiten zur Realisierung von Farbauftragelementearrays sind vielfältig. Die verwendeten einzelnen Farbauftragelemente können nach verschiedenen Verfahren aus dem Stand der Technik arbeiten. Beispielsweise seien hier das Druckluftspritzen, das Niederdruckspritzen, das Airless-Spritzen, das Airmix-Spritzen, das superkritische Spritzen und das Heißspritzen genannt.
Ebenso können Drop-on-Demand-Verfahren in einer Farbauftragvorrichtung Verwendung finden, die gezielt einzelne Tropfen erzeugen und gegen die Bearbeitungsfläche schleudern.
Vorzugsweise werden schnelltrocknende Farben oder Schmelzfarben für den Farbauftrag verwendet. Ist dies nicht möglich, so sind Farben für den Einsatz zu bevorzugen, die bei Zugabe von Wärme, UV-Strahlung oder eines Luftstromes schnell härten. Die Farbauftragsvorrichtung enthält dann Vorrichtungen an der Unterseite zur Trocknung/Abbindung oder Fixierung, beispielsweise eine UV-Lampe, ein Gebläse oder einen Wärmestrahler.
In einer Variante werden neben der eigentlichen Farbschicht in einem Arbeitsgang weitere Schichten aufgetragen, beispielsweise eine Grundschicht oder Abschlussschicht oder eine Schicht, welche die Farbschicht chemisch bindet. Hierfür können Farbauftragselemente des Arrays verwendet werden oder weitere Farbauftragelemente in Bewegungsrichtung vor bzw. hinter den eigentlichen Farbauftragelementen angeordnet sein. Diese können konstruktiv gleich oder andersartig als die eigentlichen Farbauftragelementen gestaltet sein.
Eine Grundschicht kann auch eine Dispersionsfarbe sein, in die die Farbpartikel entweder im noch feuchten Zustand oder aufgrund einer Löslichkeit im Zuge des Farbauftrages eingebettet werden.

1: Farbauftragvorrichtung
2: Array aus Farbauftragelementen
3: Rollen/Gleitelemente
4: Rechner
5: Lichtquelle, Wärmequelle
6: Inertialmesssystem als Teil des zweiten Messsystems
7: Optischer Geschwindigkeitssensor als Teil des zweiten Messsystems
8: Farbreservoir
9: Batterie
10: Handgriff
11: Medienzuführung
12: Objektfläche
13: Satellit des ersten Messsystems
14: PSD oder Kamera
15: Optische Fokussierung
16: Hindernis, Störung
17: Strahlverlauf moduliertes Licht 1
18: Strahlverlauf moduliertes Licht 2
19: Befestigung
20: Farbauftragelemente für eine erste Grundfarbe
21: Farbauftragelemente für eine zweite Grundfarbe
22: Farbauftragelemente für eine dritte Grundfarbe
23: Farbauftragelemente für den Auftrag einer Grundierung oder Deckschicht
24: Farbauftragkopf
25: UV-Quelle zur Schichthärtung
26: Marke
27: Kamera-Chip mit Projektion
28: Grundplatte, transparent
29: Bezugs-Abstand
30: Emittierter Laserstrahl
31: Gestreuter Strahl
32: Laser-Quelle
33: Strahlablenkeinheit
34: Fotoelektrischer Wandler
35: Reflektierende Marke (Tripelspiegelstruktur) bzw. fotoelektrisches Wandlerarray
36: Anzeige-/Bedienelemente
37: Farbauftragkopf, geneigt
38: Bildscanner
39: Distanzsensor
40: Malerrolle
41: Koaxial-Stellmotor
42: Grundierposition
43: Griff mit Medienzufuhr
44: Frische Grundierung
45: Untergrund
46: Grundierung
47: Dekorativer Farbauftrag
48: Horizontale Führung
49: Fahrzeug mit Seilrolle, mit Eigenantrieb und Steuerung
50: Unterdruck-Ansaugmechanismus
51: Überlapp
52: Ventilblock
53: Drucksensor

Claims

Verfahren zum Auftragen von Farben oder Lacken zur farblichen Gestaltung der Flächen von Objekten des Hoch-, Ingenieur- und Tiefbaus nach einer Bildvorlage, mit den Schritten: Positionieren mindestens eines Satelliten, welcher Teilkomponente eines ersten Messsystems ist, Messtechnische Erfassung der Objektfläche und Herstellung einer Zuordnung zwischen Farbdaten der Bildvorlage und Realpositionen der Objektfläche anschließend, Bewegen einer Farbauftragvorrichtung auf der Objektfläche, dabei fortlaufend Bestimmung einer Position der Farbauftragvorrichtung mittels mindestens einer mit dieser verbundenen beweglichen Messsystem-Komponente relativ zu dem mindestens einen Satelliten, Berechnung der Positionskoordinaten von Farbauftragelementen der Farbauftragvorrichtung aus der bekannten Position der Farbauftragvorrichtung und Abgabe von Farbabgabebefehlen an die Farbauftragelemente durch eine Steuereinheit, wobei die Farbwerte auf den Farbdaten basieren, die den Positionskoordinaten derjeweiligen Farbauftragelemente zugeordnet sind, Unterbinden des Farbauftrages durch ein Farbauftragelement, wenn an dessen Position die entsprechende Farbe oder der Lack bereits vollständig aufgetragen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen einer Position die Verwendung eines Messverfahrens einschließt, das auf der linearen Ausbreitung von Wellen, insbesondere von Licht- oder Schallwellen zwischen mindestens einer beweglichen Messsystem-Komponente und mindestens einem Satelliten beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Positionsbestimmung die Verwendung einer Kamera, einer Licht- oder Laserquelle, einer reflektierenden oder sich farblich abhebenden Marke, eines visuellen Merkmals und/oder eines Position Sensitive Devices (PSDs) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin Schritte enthält zur optischen Erfassung des Untergrundes mittels eines zur Objektfläche hin gerichteten Scanners oder einer Kamera, und zur anschließenden Bildmerkmal-Extraktion zur Gewinnung von Positionsinformationen aus Merkmalen des bereits aufgetragenen Bildes, eines Referenzmusters und/oder aus baulichen Merkmalen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Positionsbestimmung einen Schritt zur Messung einer Bewegung der Farbauftragvorrichtung enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt zur Messung einer Bewegung der Farbauftragvorrichtung die Messung einer linearen oder rotatorischen Geschwindigkeit oder einer linearen oder rotatorischen Beschleunigung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt zur Messung einer Bewegung der Farbauftragvorrichtung dann erfolgt, wenn aufgrund einer niedrigen Messfrequenz oder infolge einer unterbrochenen Sichtverbindung zwischen einem oder mehreren Satelliten Lind der beweglichen Messsystem-Komponente keine ausreichenden Positionsdaten vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Meldungen für einen Operator generiert werden, welche anzeigen, ob aus dem Schritt der Positionsbestimmung eine gültige Position vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Farbabgabe unterbunden wird, wenn die Position der Farbauftragvorrichtung nicht hinreichend genau bestimmt werden konnte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Farbauftragvorrichtung von Hand, mittels eines Seils oder mittels eines eigenen Antriebs bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Farbauftragelemente Farbe mittels der Verfahren Druckluftspritzen, Niederdruckspritzen, Airless-Spritzen, Airmix-Spritzen, superkritisches Spritzen, Heissspritzen oder Drop-On-Demand auftragen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitsgang zusätzlich zur Farbschicht weitere Schichten aufgetragen werden, insbesondere eine Grundierung, eine Abschlussschicht oder eine Schicht, die die Farbschicht bindet.
Verfahren nach Anspruch 1, gekenzeichnet durch das Anbringen vieler Satelliten derart, dass eine hohe Abdeckung der Objektfläche mit Punkten erzielt wird, an denen eine für die Funktion des Positionsmessystems erforderliche mindestens benötigte Anzahl von Satelliten in Sichtkontakt zur Farbauftragvorrichtung stehen.
Eine Vorrichtung zum Auftragen von Farben oder Lacken zur farblichen Gestaltung der Flächen von Objekten des Hoch-, Ingenieur- und Tiefbaus nach einer Bildvorlage gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 enthält eine bewegliche Farbauftragvorrichtung mit mindestens einem Roll- und/oder Gleitelement, zum Verfahren auf der Objektfläche, mindestens einem Array von Farbauftragelementen, welches lateral über die Roll- und/oder Gleitelemente hinausragt, einem Handgriff, einem eigenen Antrieb oder einer Seilführung, zum Bewegen der Farbauftragvorrichtung auf der Objektfläche, ein Positionsmesssystem mit mindestens einem ersten Messsystem, das die Position mindestens einer beweglichen Messsystem-Komponente auf der Farbauftragvorrichtung in Relation zu mindestens einem Satelliten misst, eine Steuereinheit, welche Farbabgabebefehle mit Farbwerten, die der aktuellen Position der Farbauftragvorrichtung zugeordnet sind, an die Farbauftragelemente gibt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmesssystem mindestens einen mit der Farbauftragvorrichtung verbundenen Bewegungssensor enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scanner oder eine Kamera in der Farbauftragvorrichtung enthalten sind, die zur Objektfläche hin ausgerichtet sind, zur Gewinnung von Positionsinformationen auf der Basis von Merkmalen auf der Objektfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bewegungssensor ein Linear- oder Drehbeschleunigungssensor oder ein Linear- oder Drehgeschwindigkeitssensor oder ein bildgebender Sensor, der einen kleinen Ausschnitt der Objektfläche erfasst, ist.