DE112019002282T5

DE112019002282T5 - Robotergesteuerte lackierkabine und betriebsweise

Info

Publication number: DE112019002282T5
Application number: DE112019002282.2T
Authority: DE
Inventors: Scott Clifford
Original assignee: Fanuc America Corp
Current assignee: Fanuc America Corp
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2021-07-08
Also published as: WO2019213617A1; CN112118939A; US20190337003A1; WO2019213614A1; DE112019002281T5; DE112019002283T5; WO2019213616A1; JP2021522996A; JP2021522059A; CN112118913A; JP2021523822A; CN112105462A; JP7261244B2; US20190337167A1; US11383258B2; US11161135B2; JP7449239B2; US20190337004A1; JP7389755B2

Abstract

Lackierroboter der Zukunft mit fortschrittlichem Fluidabgabesystem, verbesserter Kinematik und einem Wartungsraum mit Luftschleuse. Der Lackierroboter enthält ein Fluidabgabesystem, bei dem Farbwechselventile und eine Pumpapparatur auf der Rückseite des Montageständers des Roboters angeordnet sind, wo er gewartet werden kann, ohne dass ein Techniker die Spritzkabine betreten muss. Zusätzlich ermöglicht es der Roboter, routinemäßige Reinigung und Instandhaltungsarbeiten durchzuführen, ohne dass Personal die Spritzkabine betritt und ohne das Fahrzeugfließband anzuhalten, aufgrund einer vereinfachten Konstruktion des äußeren Arms, einer verbesserten Ausgangspositionierung und einer dem Roboterfuß benachbarten Luftschleusenkabine. Servicepersonal kann den Applikator und andere Komponenten am äußeren Arm von der Luftschleusenkabine reinigen und warten, während andere Roboter das Lackieren von auf dem Fließband sich bewegenden Teilen fortsetzen, ohne dunsthaltige Dämpfe in den Bediengang zuzulassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil des Prioritätsdatums der am 3. Mai 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 62/666 134 , mit der Bezeichnung „LACKIERROBOTER DER ZUKUNFT“.
HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein das Gebiet robotergesteuerter Lackierausrüstung und spezieller ein verbessertes Robotersystem, das zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosserien oder Kraftfahrzeugbauteilen verwendet wird. Die Verbesserungen werden ermöglicht, um die modernen Bedürfnisse von Lackierereien zu erfüllen, die durchgehend laufen, ohne den Lackiervorgang wegen Instandhaltung oder Reinigung der Ausrüstung zu unterbrechen. Das Fluidabgabesystem enthält Ventile, Pumpen und Fluidleitungen, die da sind, um die Zeit zum Farbwechsel und Lackverschwendung zu minimieren, während sie außerhalb der Spritzkabine installiert sind, wo sie gewartet werden können, ohne die Lackierarbeiten zu unterbrechen. Eine erweiterte Kinematik des Roboters mit verbesserter Flexibilität und Reichweite erlaubt eine kleinere Stellfläche der Spritzkabine und eine verkürzte Lackierstraße vom Fluidabgabesystem zum Applikator. Zugang zu den Schlüsselelementen der Auftragskomponenten des Roboters ist von einem Wartungsraum mit Luftschleuse vorgesehen, um Bauelemente am Ende des Applikators während der Lackierarbeiten zu warten und zu reinigen, ohne dass Lackdämpfe in den Bediengang ausströmen.
Erörterung des Stands der Technik
Lackierroboter und Spritzkabinen im Stand der Technik sind bekannt. Eine typische Spritzkabine im Stand der Technik, die zum Lackieren der Außenflächen von Fahrzeugkarosserien sowohl in einem kontinuierlichen Fördersystem als auch einem System mit Haltepunkten verwendet wird, umfasst eine Spritzkabine, eine Vielzahl von Lackierrobotern und Öffnungs-/ Schließautomaten, die an deren Umfang angeordnet sind. Diese Roboter können am Boden, an der Wand, der Decke oder an Seitenschienen installiert werden. Die Lackiererroboter tragen entweder Sprühpistolen oder rotierende Applikatoren, um einen Lacknebel auf die Fahrzeugkarosserie zu richten.
Die Spritzkabine, verschiedentlich auch als Farbkabine, Sprühkabine oder Lackierkabine bekannt, weist eine anspruchsvolle Ausrüstung zur Behandlung der Umgebung und von Luft auf, welche die mit Dämpfen belastete Luft aus der Spritzkabine behandelt und absaugt und verhindert, dass Lackdämpfe in einen Bediengang eindringen, wo Menschen anwesend sind. Wartungskräfte und Bedienpersonen der Ausrüstung können die Spritzkabine nur betreten, wenn die Lackierarbeiten unterbrochen werden und müssen manchmal warten, bis die mit Dämpfen belastete Luft abgesaugt und durch Frischluft ersetzt wurde. Die Unterbrechung von Lackierarbeiten zum Reinigen und Instandhalten der Ausrüstung tritt durchweg periodisch in den Arbeitsgängen auf. Die Unterbrechungsperiode kann aller vier Stunden eine Länge von 30 Minuten betragen, was sehr kostspielig ist.
Die wie oben beschriebenen Lackierrobotersysteme haben gut der Kraftfahrzeugindustrie genützt, die hochqualitative Fahrzeugendanstriche herstellen, während die Belastung des Menschen durch Lackdämpfe verringert ist und die Verschwendung von Lack und Umwelteinwirkungen begrenzt sind. Jedoch wurde erkannt, dass unter dem stets vorhandenen Druck, Leistung zu verbessern und Kosten und Reststoff zu reduzieren, mehrere Aspekte der gegenwärtigen Lackierroboter weniger als optimal sind.
Eine Schwäche gegenwärtiger Lackiersysteme ist, dass die Farbwechsler und Fluidpumpausrüstung innerhalb der Spritzkabine angeordnet sind, typischerweise an den äußeren Enden des Roboterarms, und deshalb die Automatisierungszone abgeschaltet werden muss, um diese Komponenten zu warten. Wie oben erörtert, ist die Stillstandzeit einer Lackierstraße kostspielig und, wann immer, zu vermeiden. Die Fluidpumpausrüstung an gegenwärtigen Lackierrobotern befindet sich typischerweise am äußeren Arm des Roboters, in der Nähe des Applikators, was bedeutet, dass der Techniker die Spritzkabine betreten muss, um die Fluidabgabeausrüstung zu warten. Darüber hinaus nehmen bei der traditionellen Anordnung der Fluidabgabeausrüstung am äußeren Arm die Größe und das Gewicht der Roboterarme drastisch zu, weil Schläuche und Verschraubungen für jede Farbe entlang der gesamten Länge der Arme geführt werden müssen, wobei die Fluidabgabeausrüstung selbst viel zur Größe und zum Gewicht des äußeren Arms beiträgt.
Eine andere Einschränkung gegenwärtiger Lackierroboter ist, dass sie wegen der Anordnung der Fluidabgabeausrüstung an dem sich bewegenden Roboterarm zusammen mit der Führung einer Vielzahl von Lackier- und Steuerleitungen an die Farbwechsel- und Fluidpumpausrüstung in Reichweite und Flexibilität beschränkt sind. Dieser Aufbau begrenzt ernstlich die Flexibilität, speziell die nahe Reichweite, wo der Roboter nahe an seinem Befestigungspunkt lackiert und die Arme fest zusammengelegt sind. Die fehlende Flexibilität des Roboters in naher Reichweite bewirkt, Lackspritzkabinen mit einem größeren Freiraum zwischen den Fahrzeugen und der Spritzkabinenwand als wünschenswert auszulegen, was das Volumen der Spritzkabine erhöht und damit die Kosten, diese umweltbedingt zu kontrollieren. Das Fehlen von Flexibilität in naher Reichweite bedeutet auch, dass der Abstand der Stillstandzeit von einem Roboter zum nächsten größer als erwünscht ist, was die Länge und damit das Volumen der Spritzkabine erhöht. Darüber hinaus bedeutet Mangel an Flexibilität, dass ein einzelner Roboter nicht imstande sein kann, alle innenliegenden und außenliegenden Flächen auf einer Seite des Fahrzeugs zu lackieren, was dann erfordert, mehrere Roboter auf der Lackierstraße zu installieren.
Eine noch weitere Einschränkung gegenwärtiger Lackierroboter ist, dass der Lackiervorgang periodisch außer Betrieb gesetzt werden muss, um eine Reinigung und Instandhaltungsarbeiten an den Robotern durchzuführen. Arme von Lackierrobotern sind der unausbleiblichen Ansammlung von Farbspritzern ausgesetzt, insbesondere die dem Farbsprühen nächstgelegenen Teile des Arms, die der Lackapplikator selbst und der äußere Arm in der Nähe des Applikators sind. Um zu verhindern, dass der Farbnebel den Betrieb des Roboters ungünstig beeinflusst, müssen Reinigungs- und Wartungsaktivitäten periodisch durchgeführt werden. Diese Wartungsaktivitäten, wie Reinigung oder Wechsel des Applikators, Wechsel von Farbnebelhauben an den Roboterarmen und das Abwischen von Fenstern und Reinigungssystemen, werden typischerweise aller vier Stunden durchgeführt. Um all diese Aktivitäten auszuführen, die im Innern der Spritzkabine auftreten, muss eine Kabinenzone eine Reinigungszeit von etwa 30 Minuten lang verriegelt werden (kein Lackieren von Fahrzeugen). Diese Reinigungsfristen stellen eine Stillstandzeit der Lackierstraße dar und sind sehr kostspielig.
Um die Leistung von Lackiervorgängen an Fahrzeugen zu verbessern und Kosten und Reststoff zu verringern, ist eine Neuentwicklung eines Lackierroboters nötig, die sich mit den oben erörterten Schwächen befasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend der technischen Lehre der vorliegenden Offenlegung wird ein Lackierroboter der Zukunft mit fortschrittlichem Entwurf eines Fluidabgabesystems, verbesserter Kinematik und einer Wartungskammer mit Luftschleuse offengelegt. Der offengelegte Lackierroboter enthält ein Fluidabgabesystem, in dem Farbwechselventile, Reinigungsventile und eine Pumpapparatur an der Rückseite des Befestigungssockels des Roboters untergebracht sind, wo es gewartet werden kann, ohne dass ein Techniker die Spritzkabine betreten muss. Das Fluidabgabesystem lässt außerdem viel kleinere und leichtere Roboterarme zu und ist ausgelegt, um Farbreststoff und Liegezeit während der Farbwechsel zu minimieren. Der offengelegte Roboter enthält außerdem ein Gelenk, das eine redundante Drehung des inneren Arms bewirkt, die kombiniert mit der Wegnahme der Farbwechsel- und Fluidabgabeausrüstung von den Roboterarmen, eine drastisch verbesserte Flexibilität in naher Reichweite ermöglicht, was wiederum eine kleinere Spritzkabine zulässt. Das offengelegte, verbesserte Roboterlackiersystem schafft die Möglichkeit, regelmäßige Reinigung und Instandhaltungsarbeiten durchzuführen, ohne dass Personal den Arbeitsbereich der Spritzkabine betritt und ohne Lackiervorgänge zu unterbrechen, aufgrund einer vereinfachten Konstruktion des äußeren Arms, einer entfernt liegend montierten Fluidabgabeausrüstung und einer dem Roboterfuß benachbarten, speziell gestalteten Kabine mit Luftschleuse, die eine vollkommene Bedienbarkeit des gesamten äußeren Arms von Roboter, Gelenk und Applikator bieten.
Zusätzliche Merkmale der gegenwärtig offengelegten Vorrichtungen erschließen sich aus der folgenden Beschreibung und angefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste

1A ist eine Darstellung eines sechsachsigen Lackierroboters der Zukunft entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung;
1B ist eine Darstellung der optionalen Gestaltung eines Handgelenks für eine siebenachsige Version des in 1A veranschaulichten Lackierroboters der Zukunft;
2A und 2B sind schematische Darstellungen, die die Gelenkausführungen für die sechsachsige und die siebenachsige Version des Lackierroboters der Zukunft von 1A und 1B veranschaulichen;
3 ist eine Darstellung des Lackierroboters der Zukunft von 1, von einem Bediengang außerhalb der Spritzkabine betrachtet, wo die Rückseite eines Montageständers als eine Kabine für Fluidabgabe-, pneumatische und elektrische Steuerausrüstung dient;
4 ist eine Darstellung des Lackierroboters der Zukunft von 1 in einer Ansicht von hinten, in der sich der Roboter und ein zu lackierendes Fahrzeug im Innern der Spritzkabine befinden und eine Bedienperson und der Montageständer außerhalb einer Wand der Spritzkabine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung angeordnet sind.
5 ist die Darstellung einer Seitenansicht von zwei der Lackierroboter der Zukunft mit der Fluidabgabeausrüstung, die im Innern der Kabine auf der Rückseite des Montageständers von einem der Roboter sichtbar ist;
6 ist eine Darstellung in Draufsicht von zwei der Lackierroboter der Zukunft, die gleichzeitig verschiedene Teile eines Fahrzeugs in der Spritzkabine lackieren, die des Weiteren einen Roboter- und Spritzkabinenaufbau veranschaulicht;
7A und 7B sind schematische Darstellungen zweier unterschiedlicher Ausführungen eines Fluidabgabesystems, das für Lackauftrag, Reinigung und Farbwechsel verwendete Ventile und Zahnradpumpen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung enthält;
8A und 8B sind schematische Darstellungen zweier unterschiedlicher Ausführungen eines Fluidabgabesystems, das für Lackauftrag, Reinigung und Farbwechsel verwendete Ventile und Behälterpumpen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung enthält;
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Lackauftrag und zur Systemwartung, welches die in 7 bis 8 gezeigten Fluidabgabesysteme und den Lackierroboter der Zukunft von 1 bis 6 verwendet;
10 ist eine Darstellung des Lackierroboters der Zukunft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, der den Innenabschnitt einer fahrgastseitigen Vordertür eines Fahrzeugs lackiert;
11A ist eine grafische Darstellung einer Lackierstraße, die zur Verwendung einer vorherigen Generation von Lackierrobotern ausgelegt ist;
11B ist eine grafische Darstellung einer Lackierstraße, die zur Handhabung der gleichen Anzahl von Arbeitsgängen pro Stunde wie die Straße von 11A ausgelegt ist, wobei die Straße von 11B den Lackierroboter der Zukunft der vorliegenden Offenlegung verwendet;
12 ist eine Darstellung in Draufsicht von einem der Lackierroboter der Zukunft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, der an einer Wartungsposition abgestellt ist, in der eine Bedienperson in einer Kabine mit Luftschleuse die Reinigung und Wartungsarbeiten an dem äußeren Arm und dem Applikator durchführen kann, ohne die Lackierstraße anzuhalten oder die Spritzkabine mit Frischluft zu spülen;
13 ist das Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reinigung des äußeren Arms und Lackapplikators des Lackierroboters der Zukunft, welches die in 12 gezeigten Merkmale von Kabine mit Luftschleuse und Roboter nutzt;
14 ist eine Darstellung des Lackierroboters der Zukunft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung mit Motorleiterkabeln, die außerhalb der abgedichteten Robotergelenke geführt werden;
15A, 15B und 15C sind Darstellungen der Ausführung eines Lackierroboters der Zukunft gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, in der sich der Roboterfuß um eine nicht horizontale Achse dreht und der Montageständer in die Spritzkabine hineinragt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der auf einen Lackierroboter der Zukunft gerichteten Offenlegung ist lediglich beispielhafter Natur und in keiner Weise beabsichtigt, die offengelegten Vorrichtungen oder deren Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken. Zum Beispiel wird der Lackierroboter im Kontext mit dem Lackieren von Fahrzeugen auf einer Bandstraße beschrieben, wobei aber erwartet wird, dass der Roboter Anwendung zum Lackieren und Bearbeiten anderer Typen von Gegenständen findet. Hinsichtlich der offengelegten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhafter Natur, womit Schritte hinzugefügt, aufgehoben oder umgeordnet werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Um sich den Schwächen der oben erörterten, vorhandenen Lackierroboter zu widmen, wurde ein völlig neuer Roboter mit Merkmalen entwickelt, die: verbesserte Lackierleistung, reduzierte Montagekosten pro Arm, verringerte Stillstandzeit der Spritzkabine aufgrund von Wartung und Reinigung des Roboters, erhöhte Laufzeit / Betriebsbereitschaft des Roboters, reduzierter Verlust bei Farbwechsel, verschiedene Längenoptionen des innerem und äußeren Arms, verbesserte Flexibilität in naher Reichweite, zweiachsige und dreiachsige Handgelenkoptionen und gesteigerten Auftragswirkungsgrad des Farbaufbaus einschließen.
1A ist eine Darstellung eines sechsachsigen Lackierroboters 100 der Zukunft nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung. Der Lackierroboter 100 der Zukunft ist so ausgelegt, dass die zur Überwindung der Einschränkungen der oben erörterten Lackierroboter im Stand der Technik benötigte Flexibilität und Funktionstüchtigkeit bereitgestellt werden. Der Lackierroboter der Zukunft erlaubt es, eine Lackierstraße für Fahrzeuge zu verwirklichen, die wesentlich weniger Grundfläche der Spritzkabine belegt als vorherige Ausführungen und mit drastisch reduzierter Stillstandzeit, die für Wartungsarbeiten und Reinigung erforderlich ist.
Der sechsachsige Roboter 100 ist an dem Montageständer 110 eines Grundgehäuses angebracht. Am Montageständer 110 ist an einem Gelenk J1 (Gelenke sind in späteren Abbildungen gekennzeichnet und nummeriert) drehbar ein Revolverkopf oder Roboterfuß 112 befestigt. In einer Ausführungsform weist das Gelenk J1 eine Achse auf, die im Wesentlichen horizontal und senkrecht zu der Seitenwand der Spritzkabine, einer Mittelebene der Spritzkabine und der Fließbandrichtung ist. In anderen Ausführungsformen besitzt das Gelenk J1 eine Achse, die im Allgemeinen auf die Mittelebene der Spritzkabine zu gerichtet ist, jedoch nicht horizontal ist, sondern stattdessen in einem Winkel, wie zum Beispiel 30°, über der Horizontalen geneigt ist. Ein erster Innenarmteil 114 ist an einem Gelenk J2 mit dem Revolverkopf 112 gekoppelt. Alle Gelenke des Roboters 100 sind Drehgelenke, die einen einzigen Freiheitsgrad bewirken, der eine Drehung um eine definierte Achse ist, wobei die zulässige Drehbewegung in 1A mit einem Bogenpfeil dargestellt ist. Ein zweiter Innenarmteil 116 ist an einem Gelenk J3 mit dem erster Innenarmteil 114 gekoppelt. Ein erster Außenarmteil 118 ist an einem Gelenk J4, auch als Ellenbogen bekannt, mit dem zweiten Innenarmteil 116 gekoppelt. Ein zweiter Außenarmteil 120 ist an einem Gelenk J5 mit dem ersten Außenarmteil 118 gekoppelt. Ein Handgelenkteil 122 ist an einem Gelenk J6 mit dem zweiten Außenarmteil 120 gekoppelt. Ein Applikator 130 ist an dem Handgelenkteil 122 in einem für Lackauftrag optimierten Winkel unbeweglich befestigt.
Der Lackierroboter 100 der Zukunft ist für Wartungsfreundlichkeit optimiert durch Anordnung von Fluidabgabeeinrichtungen (Pumpen, Ventile, Farbwechsler, Reinigungskreisläufen, usw.) in dem Montageständer 110 oder in dessen Nähe, anstatt an dem äußeren Arm 120. In 1A ist ersichtlich, dass nur eine einzelne Applikatorzuleitung 140 entlang der Roboterarme geführt wird, um den Applikator 130 mit Lack zu versorgen. Durch die Entfernung mehrerer Lackzuleitungen aus allen Armen und Entfernung von Pumpen und platzraubenden Lackzuleitungen und dazugehöriger Farbwechselventile von dem äußeren Arm sind alle Arme des Roboters 100 weniger platzraubend und viel leichter als bei Lackierrobotern im Stand der Technik. Die feingliedrigen Arme in Verbindung mit einer redundanten Drehung des inneren Arms (dem Gelenk J3) zusammen mit anderen nachstehend erörterten Merkmalen, führen dementsprechend zu einem Roboter 100 mit viel besserer Flexibilität, insbesondere von Flexibilität in naher Reichweite als bei Lackierrobotern im Stand der Technik. Zum Lackieren und Farbwechseln benötigte zusätzliche Ventile können an dem Ende des Roboterarms und außerdem im Applikator des Roboters angeordnet werden, welche der Bedienperson in der Wartungskabine zum Service einfach geboten werden.
1B ist eine Darstellung einer optionalen Ausführung eines Handgelenks für eine siebenachsige Version des Lackierroboters 100 der Zukunft von 1A. Das Handgelenk 160 enthält einen ersten Handgelenkteil 162, welcher den Platz des Handgelenkteils 122 von 1A einnimmt. Ein zweiter Handgelenkteil 164 ist mit dem ersten Handgelenkteil 162 drehbar verbunden, wobei der Applikator 130 fest am zweiten Handgelenk 164 in einem für Lackauftrag optimierten Winkel angebracht ist. Die siebenachsige Ausführung von 1B bewirkt einen für den Applikator 130 erstrebten zusätzlichen Freiheitsgrad, der in einigen Lackieranwendungen benötigt werden kann.
2A/2B sind schematische Darstellungen, die Gelenkausführungen für die sechsachsige und die siebenachsige Version des Lackierroboters 100 der Zukunft von 1A und 1B veranschaulichen. Wie es dem Fachmann verständlich wäre und wie in 2A und 2B dargestellt, sind die Gelenke J1 bis J6 im Wesentlichen eine Reihe von Drehgelenken, die jeweils senkrecht zu dem vorherigen ausgerichtet sind und abwechselnde Dreh- und Biegebewegungen eines Teils relativ zu dem andern bewirken. In 2A können die Gelenke wie folgt beschrieben werden: J1 (166) bewirkt eine Drehung des Revolverkopfes relativ zu dem Montageständer 110, J2 (168) bewirkt eine Biegung des inneren Arms relativ zu dem Revolverkopf 112, J3 (170) bewirkt eine redundante Drehung des inneren Arms relativ zum Revolverkopf 112, J4 (172) ist das Ellenbogengelenk, das eine Biegung des äußeren Arms relativ zum inneren Arm bewirkt, J5 (174) bewirkt eine Drehung des äußeren Arms und J6 (176) bewirkt eine Biegung am Handgelenk. Die letzte Drehung des Handgelenks, auch die Drallachse genannt, ist in 2B als J7 (178) gezeigt.
Sowohl in der sechsachsigen Ausführung als auch in der siebenachsigen Ausführung ist eine Länge 194 des inneren Arms als ein Abstand vom J4 (172) zum J6 (176) definiert. Die Länge 194 des inneren Arms und die Länge 196 des äußeren Arms sind entscheidende Entwurfsparameter des Lackierroboters 100 der Zukunft, weil die Armlängen 194 und 196 die Reichweite des Roboters 100 beeinflussen. Die Gesamtlänge der Zuleitung 140 des Applikators relativ zu den kombinierten Armlängen ist ebenfalls ein wichtiger Entwurfsfaktor.
Durch die oben beschriebene Kinematik und die Anordnung von Fluidabgabevorrichtungen stromaufwärts der Roboterarme (im oder nahe des Montageständers 110) schafft der Lackierroboter 100 der Zukunft viele Verbesserungen gegenüber vorhandenen Lackierrobotern. Der Roboter 100 verringert das Gewicht des Roboterarms und damit verbundene Einbaukosten wesentlich. Der Roboter 100 bewirkt außerdem einen großen praktischen Arbeitsbereich mit einem Roboter mit Standsockel. Er kann fortlaufend stromaufwärts bis stromabwärts mit Freizügigkeit und Flexibilität in naher Reichweite bearbeiten, so dass die Arme innerhalb des engen Abstands zwischen der Autokarosserie und Kabinenwand gehalten werden. Außerdem sieht der Roboter 100 eine Einrichtung vor, um mindestens eine Lackzuleitung durch die Gelenke an den Applikator zu führen, so dass der Bewegungsbereich des Robotergelenks nicht eingeschränkt wird. Darüber hinaus ist der Lackierroboter 100 der Zukunft ausgelegt, um die Stillstandzeit der Lackierstraße aufgrund notwendiger Reinigung und Instandhaltungsarbeiten des Roboters 100 zu minimieren. Alle diese Aspekte des Lackierroboters 100 der Zukunft werden nachstehend ausführlich erörtert.
Die folgende Erörterung von 3 bis 6 beschreibt die Verwendung der Roboter 100 in einer Spritzkabine einschließlich eines neuen Fluidabgabekreislaufs, der ausgelegt ist, um Austausch und Wartung von Komponenten zu vereinfachen. 7 bis 8 stellen die Einzelheiten von mehreren Fluidabgabekreisläufen dar und veranschaulichen, wie Farbwechselzeiten und Lackverlust minimiert werden, während alle Vorteile einer Anordnung der Überzahl von Fluidabgabekomponenten außerhalb der Spritzkabine verwirklicht werden.
3 ist eine Darstellung des Lackierroboters 100 der Zukunft bei Betrachtung von einem Bediengang außerhalb der Spritzkabine, wobei eine Bedienperson 190 in der Nähe des Montageständers 110 steht.
4 ist eine Darstellung des Lackierroboters 100 der Zukunft in einer Ansicht der Spritzkabine von hinten, bei der der Roboter 100 und ein zu lackierendes Fahrzeug 300 im Innern einer Spritzkabine 200 sich befinden, und die Bedienperson 190 und der Montageständer 110 außerhalb einer Seitenwand 210 der Spritzkabine 200 positioniert sind. Ein Fließband 220 transportiert Fahrzeugkarosserien entweder in endloser Bewegung oder Beförderung mit Unterbrechungsstation durch die Kabine 200. Die Bewegung des Fahrzeugs 300 auf dem Fließband 220 ist in 4 auf den Betrachter zu gerichtet. Eine Mittelebene 222 der Spritzkabine ist in einer Eckansicht zu sehen, wo die Mittelebene 222 zwischen der Wand 210 und einer gegenüber liegenden Wand (nicht gezeigt) der Spritzkabine 200 mittig angeordnet ist. In der Ausführungsform von 4 weist das Gelenk J1 zwischen dem Revolverkopf 112 und dem Montageständer 110 eine Drehachse auf, die horizontal ist, wobei jedoch diese Achse für einige Anwendungen von der Horizontalen geneigt sein kann.
Es soll verständlich werden (und es wird in späteren Abbildungen gezeigt), dass zusätzliche Instanzen des Roboters 100 entlang der Seitenwand 210 und entlang der gegenüber liegenden Seitenwand angeordnet sind, was bewirkt, dass eine Spritzkabine geeignet ist, Fahrzeuge oder andere Teile, die sich entlang des Fließbandes 220 bewegen, fortlaufend zu lackieren. Ein Reinigungsständer 230 befindet sich dem Roboter 100 benachbart im Innern der Spritzkabine 220 nahe der Seitenwand 210 direkt gegenüber der Position der Bedienperson. Der Roboter 100 kehrt in eine Ausgangs- oder Wartungsposition zurück für Farbwechselspülung und Reinigungsaufgaben, wobei in dieser Ausführung der Applikator 130 an der Oberseite des Reinigungsständers 230 angeordnet ist. Dies wird nachstehend weiter erörtert.
5 ist eine Darstellung in Seitenansicht einer Lackierstraße, die zwei der Lackierroboter 100 der Zukunft zeigt, wobei die Fluidabgabeausrüstung im Innern einer Kabine auf der Rückseite des Montageständers 110 von einem der Roboter 100 sichtbar ist. In 5 lackiert einer der Roboter 100 (auf der rechten Seite) die Motorhaube des Fahrzeugs 300, während der andere Roboter 100 in seiner Ausgangs- oder Wartungsposition an dem Reinigungsständer 230 geparkt ist. Der Montageständer 110 auf der rechten Seite weist hier Abdeckungen auf, welche die Fluidabgabe- und pneumatische Ausrüstung im Innern der Kabine verbergen. In 5 sind Teile des Fahrzeugs 300 und die Roboter 100 durch Fenster sichtbar, während der Rest der Seitenwand 210 weggelassen ist.
Wie es früher erörtert wurde, ist der Lackierroboter 100 der Zukunft mit der Fluidabgabeausrüstung stromaufwärts der Roboterarme ausgeführt, die größeren Nutzen hinsichtlich der Größe und Gewichtsreduktion des Roboterarms, Flexibilität des Roboters, Unterstützung vieler Lackfarben und Bedienbarkeit von Komponenten ergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einer Kabine 184 auf der Rückseite (die Seite des Bediengangs, nicht innerhalb der Spritzkabine 200) des Montageständers 110 ein Farbwechsler 180 und eine Pumpvorrichtung 182 angeordnet. Der Farbwechsler 180 weist viele Lackzuleitungen (typischerweise 48 oder mehr - nicht gezeigt) auf, in denen unterschiedliche Lackfarben gefördert werden, und enthält automatisch gesteuerte Ventile, die eine der Lackfarben zur Bereitstellung an die Pumpvorrichtung 182 über eine erste Zuleitung (nicht gezeigt) auswählen. Die Pumpvorrichtung kann eine kanisterartige Vorrichtung, eine Zahnradpumpenvorrichtung oder andere zum Pumpen des Lacks zum Applikator 130 geeignete andere Konstruktion sein. Die Applikatorzuleitung 140 (in 1 gezeigt) nimmt den Lack aus der Pumpvorrichtung 182 auf und liefert den Lack zum Applikator 130. Die Applikatorzuleitung 140 verläuft durch eine Bohrung 186 in dem Montageständer 110, durch eine Bohrung im Revolverkopf 112 am Gelenk J1 und an den Roboterarmen entlang zum Applikator 130, wahlweise verläuft sie auch durch andere Gelenke (wie zum Beispiel J3 und J5) entlang der Strecke. Es könnten mehrere Pumpen und mehrere Zuleitungen (nicht gezeigt) verwendet werden.
In anderen Entwurfsausführungen können der Farbwechsler 180 und die Pumpvorrichtung 182 an anderer Stelle, vorzugsweise am Roboterfuß oder in dessen Nähe, nicht an dem äußeren Arm oder in dessen Nähe angeordnet sein. Zum Beispiel können der Farbwechsler 180 und die Pumpvorrichtung 182 beide an dem Revolverkopf 112 angebracht sein. Wechselweise kann der Farbwechsler 180 in der Kabine 184 befestigt werden, und die Pumpvorrichtung 182 kann am Revolverkopf 112 oder dem ersten Innenarmteil 114 befestigt werden. In jedem Fall sind der Farbwechsler 180 und die Pumpvorrichtung 182 vorteilhafterweise so positioniert, dass Zugang zu ihnen erlangt wird vom Bediengang (möglicherweise durch eine kleine Anschlussöffnung in der Wand 210), in dem Fall, dass sie gewartet oder ersetzt werden müssen. Die Produktivität der Spritzkabine wird drastisch verbessert, indem eine Stillstandzeit zur Wartung von Fluidabgabeausrüstung durch den Entwurf des Lackierroboters 100 der Zukunft vermieden wird.
In 5 stellt ein Abstand 250 die Verstellung oder den Zwischenraum zwischen benachbarten Robotern 100 dar, wobei verständlich werden soll, dass viele (mehr als zwei) der Roboter 100 an jeder Seite der Spritzkabine 200 installiert werden würden. Der Zwischenraumabstand 250 und sein Einfluss auf die Größe der Spritzkabine 200 wird nachstehend weiter erörtert. Ein verriegeltes einbruchsicheres Tor (oder Sperre oder Schutz) 286 wird ermöglicht, um zu verhindern, dass die Bedienperson 190 die Spritzkabine 200 betritt, während der Bedienperson 190 es dennoch erlaubt ist, eine geschützte Zone zu erreichen, was nachstehend weiter erörtert wird.
6 ist eine Darstellung in Draufsicht einer Lackierstraße, die zwei der Lackierroboter 100 der Zukunft zeigt, die gleichzeitig unterschiedliche Teile des Fahrzeugs 300 in der Spritzkabine 200 lackieren. In 6 lackiert einer der Roboter 100 die rechte Vordertür des Fahrzeugs 300, und der andere Roboter 100 lackiert die Motorhaube des Fahrzeugs 300. Die Mittelebene 222 der Kabine ist in der Ansicht der oberen Ecke in 6 sichtbar, die auf halbem Wege zwischen der Seitenwand 210 und einer gegenüberliegenden Seitenwand 212 positioniert ist. Zusätzliche Instanzen des Roboters 100 sind entlang der gegenüberliegenden Seitenwand 212 eingebaut, wie es nachstehend erörtert wird.
In 6 ist außerdem eine Luftschleusenkabine 280 angrenzend an den Montageständer 110 von jedem der Roboter 100 sichtbar. Jede Luftschleusenkabine 280 besitzt eine Gangeintrittstür 282 und eine Kabineneintrittstür 284. In einem nachstehend weiter erörterten Ablauf kann Servicepersonal (das optional ein in sich geschlossenes Atemschutzgerät oder Atemschlauch anlegen kann) die Luftschleusenkabine 280 nahe der Gangeintrittstür 282 betreten, die Kabineneintrittstür 284 öffnen und bestimmte Reinigungs- und Wartungsaufgaben am Roboter 100 durchführen, ohne alle Lackiervorgänge unterbrechen und die Spritzkabine 200 mit Frischluft spülen zu müssen.
In 4 bis 6 ist ein Koordinatenrahmen 400 der Spritzkabine gezeigt. Der Koordinatenrahmen 400 der Spritzkabine weist einen Ursprung an einem Punkt in der Mittelebene 222 der Spritzkabine auf, in einer Höhe typischerweise unter dem Fließband 220. Der Koordinatenrahmen 400 besitzt eine X-Achse, die in Bewegungsrichtung des Fließbandes 220 (von links nach rechts in 5 und 6) gerichtet ist, und eine Z-Achse, die nach oben gerichtet ist. So fällt die X-Z-Ebene des Koordinatenrahmens 400 mit der Mittelebene 222 der Spritzkabine zusammen, wie es in 4 und 6 dargestellt ist. Der Koordinatenrahmen 400 besitzt eine Y-Achse, die zur gegenüberliegenden Seitenwand 212 (von der Seitenwand 210 weg) der Spritzkabine 200 hin orientiert ist. Dies macht die X-Y-Ebene des Koordinatenrahmens 400 zu einer horizontalen Ebene, wie zum Beispiel einer Ebene, die mit dem Boden der Spritzkabine 200 zusammenfällt.
In 5 und 6 veranschaulicht der Zwischenraumabstand 250 eine Verstellung oder Zwischenraum zwischen den Robotern 100 entlang der Seitenwand 210. Wegen der Flexibilität in naher Reichweite des Lackierroboters 100 der Zukunft kann (aufgrund der Kinematik der Arme, Anordnung von Fluidabgabeausrüstung im Montageständer, schlanker Armkonstruktion, usw.) der Abstand 250 so klein wie 1,5 bis 2,0 Meter sein. Ein Abstand 252 ist der Zwischenraum zwischen den Robotern 100 an der gegenüberliegenden Seitenwand 212, wo der Abstand 252 zum Abstand 250 abweichen kann. Zum Beispiel können in einer Entwurfsausführung der Spritzkabine 200 die Roboter 100 längs der Seitenwand 210 mit dem Zwischenraumabstand 250 angeordnet sein, der minimiert ist, wobei diese Roboter zur Lackierung der nahen Seitenflächen und aller querliegenden Außenflächen (Motorhaube, Dach, Heckklappe) des Fahrzeugs 300 verantwortlich sind, während die Roboter 100 längs der gegenüberliegenden Seitenwand 212 mit dem Zwischenraumabstand 252 angeordnet sind, der größer als der Abstand 250 ist, wobei diese Roboter nur zur Lackierung ihrer nahen Seitenabschnitte des Fahrzeugs 300 verantwortlich sind.
3 bis 6 stellen eine vollständige Darstellung des Roboters 100 zur Verfügung und wie viele solcher Roboter in einer Lackierstraße verwendet werden. Aufgrund fortschrittlicher Kinematik und Anordnung von Fluidabgabeeinrichtungen stromaufwärts der Roboterarme reduziert der Lackierroboter 100 der Zukunft das Gewicht und die Masse des Roboterarms wesentlich, schafft verbesserte Flexibilität und nahe Reichweite und ist ausgelegt, um Stillstandzeit der Lackierstraße wegen notwendiger Reinigung und Wartungsarbeiten des Roboters 100 zu minimieren. Während alle oben genannten Vorteile geliefert werden, minimiert der Lackierroboter 100 der Zukunft auch überschüssigen Lack und die Durchlaufzeit bei Farbwechselvorgängen, indem nachstehend erörterte fortschrittliche Fluidabgabekreisläufe genutzt werden.
Ein weiterer entscheidender Nutzen des Lackierroboters 100 der Zukunft, wie in 1 bis 6 dargestellt, ist die Minimierung der Länge der Zuleitung 140 des Applikators. Indem die Applikatorzuleitung 140 durch die Mitte einiger Gelenke geführt wird, und wegen der schlanken Ausführung der Roboterarme, kann die Länge der Applikatorzuleitung 140 bei einer Länge gehalten werden, die kleiner ist als die kombinierten Längen der inneren und äußeren Arme (194 und 196 von 2) zusätzlich zu einer Bedienlänge von 1,6 Metern. Diese Minimierung der Zuleitungslänge ist wichtig, sowohl vom Standpunkt der Beibehaltung eines adäquaten Lackierdrucks am Applikator 130 als auch vom Standpunkt einer Minimierung des Lackverlustes bei Farbwechsel. Während eine weitere Reduzierung der Farbwechselzeit erforderlich ist, können zahlreiche Pumpsysteme und Fluidzuleitungen gemäß 7 und 8 verwendet werden.
7A ist eine schematische Darstellung eines für Lackauftrag, Reinigung und Farbwechsel verwendeten Fluidabgabesystems 700 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung. Das Fluidabgabesystem 700 enthält einen Farbwechsler 780, der den Farbwechsler 180 von 5 darstellt, und eine Pumpvorrichtung 782, welche die Pumpvorrichtung 182 von 5 darstellt. Der Farbwechsler 780 und die Pumpvorrichtung 782 sind speziell für viele Lacktypen ausgelegt. Außerdem sind in 7 die früher erörterte Applikatorzuleitung 140 und der früher erörterte Applikator 130 sichtbar. Der Farbwechsler 780 und die Pumpvorrichtung 782 sind außerhalb der Spritzkabine 200 angeordnet, wobei die Applikatorzuleitung 140 durch die Seitenwand 210 verläuft und entlang der Roboterarme zum Eintrittspunkt des Applikators 130 geführt wird. In allen Ausführungsformen von 7 und 8 ist die Länge der Applikatorzuleitung 140 von der Pumpvorrichtung zum Applikator 130 kleiner als 4,4 Meter.
Das auf Lösungsmittel basierende Fluidabgabesystem 700 unterstützt eine Vielzahl von Farben in dem Farbwechsler 780, ist imstande einen Farbwechsel in 15 Sekunden abzuschließen, begrenzt verschwendeten Lack für einen Farbwechsel und begrenzt verschwendetes Lösungsmittel für einen Farbwechsel. Diese Fähigkeiten liefert das Fluidabgabesystem 700 durch die Verwendung zweier Zahnradpumpen, eine für Lack und eine weitere für Lösungsmittel, und einer Reihe von Ventilen für Luft, Lack und Lösungsmittel zusammen mit einer optimierten Strategie der Ventilsteuerung.
Das Fluidabgabesystem 700 arbeitet wie folgt. Das eine der Ventile in dem Farbwechsler 780 wird geöffnet und stellt Lack einer bestimmten Farbe durch eine erste Zuleitung 710 für die Pumpvorrichtung 782 bereit. Eine erste Zahnradpumpe 720 pumpt den Lack durch die Applikatorzuleitung 140 zu dem Applikator 130, wo ein Auslöseventil 740 das aktuelle Lacksprühen aus dem Applikator 130 steuert. Stromaufwärts der ersten Zahnradpumpe 720 ist ein Druckregler 742 vorgesehen, und stromabwärts der Zahnradpumpe 720 ist ein Drucksensor 744 vorgesehen. Es soll verständlich werden, dass die Pumpen und Ventile alle durch eine Steuerung mit einem Prozessor betätigt werden, wobei die Steuerung die Bewegung des Roboters, aktuelles Lacksprühen über das Auslöseventil 740, eine Auslösung der hier erörterten Farbwechselfolge, usw. steuert.
Wenn sich das Lackieren der aktuellen Farbe dem Abschluss nähert, wird das Lackventil (zum Beispiel Cl) geschlossen, um den Lackfluss vom Farbwechsler 780 zu unterbrechen. Während das Lackieren durch den Applikator 130 sich fortsetzt, wird anschließend ein Lösungsmittelventil 746 geöffnet, um den Lack in die erste Zuleitung 710 zu drücken, fast bis zur ersten Zahnradpumpe 720 aber nicht in diese hinein. Zu diesem Zeitpunkt wird die erste Zahnradpumpe 720 unterbrochen, ein Ventil 748 geschlossen, ein Ventil 750 geöffnet und eine zweite Zahnradpumpe 730 ausgelöst, um in die Zuleitung 140 Lösungsmittel zu pumpen. Die zweite Zahnradpumpe 730 ist eine Hochleistungspumpe, die mit festen Toleranzen zum Pumpen von Lösungsmittel geringer Viskosität ausgelegt ist. Während sich das Lackieren durch den Applikator 130 fortsetzt, drückt die zweite Zahnradpumpe 730 den Lack heraus in die Applikatorzuleitung 140 zum Applikator 130, wo der meiste Lack zum Lackieren des Fahrzeugs verwendet werden kann. Ein Durchfluss des Lösungsmittels wird durch die Pumpe 730 dosiert, um festzulegen, wann das Lösungsmittel den Applikator 130 fast erreicht hat. Zum Ende des Lackierzyklus hin, wenn die Ausdrückfunktion des Lösungsmittels auftritt, werden Farbwechsler 780, Fluidregler 742, Zahnradpumpe 720 und Lackdrucksensor 744 gereinigt und mit der nächsten Farbe durch ein Schnellentleerungsventil 752 vorbereitet, indem die Lösungsmittel- und Luftventile des Farbwechslers in den Ablauf eingereiht werden und schließlich das nächste Farbventil geöffnet wird.
Bei Beendigung des Lackierens von Teilen kehrt der Roboter 100 in die Ausgangsposition zurück, wo der Applikator 130 in den Applikatorreiniger 230 eintritt. Dort drückt Lösungsmittel aus der zweiten Zahnradpumpe 730 den Rest des Lackes aus der Applikatorzuleitung 140 und dem Applikator 130 heraus. Gleichzeitig wird auch Lösungsmittel aus der Pumpe 730 genutzt, um den kurzen Durchgang zwischen der ersten Zahnradpumpe 720 und dem Ventil 748 zu spülen, wobei Reste durch ein Schnellentleerungsventil 752 herausgespült werden. Anschließend wird verdichtete Luft durch ein Luftventil 756 bereitgestellt, um das Lösungsmittel aus der Applikatorzuleitung 140 und dem Applikator 130 heraus zu trocknen. Die Applikatorzuleitung 140 wird dann mit der nächsten Farbe vorbereitet, indem die Pumpe 720 verwendet wird, um den Lack für den Applikator 130 und durch das Auslöseventil 740 und in den Applikatorreiniger 230 genau zu dosieren. Der Roboter 100 kehrt anschließend in seine Ausgangs- oder Wartungsposition zurück, in welcher der Applikator 130 jetzt bereit ist, den nächsten Auftrag zu lackieren.
7B ist eine schematische Darstellung eines Fluidabgabesystems 770, das zum Lackauftrag auf Lösungsmittelbasis, Reinigen und Farbwechsel nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung verwendet wird. Das Fluidabgabesystem 770 unterscheidet sich vom System 700 von 7A hauptsächlich in der Anordnung und Anschlussfähigkeit der Lösungsmittelpumpe. In dem System 770 ist eine zweite Zahnradpumpe 790 (eine hochleistungsfähige Pumpe, die mit festen Toleranzen zum Pumpen von dünnflüssigem Lösungsmittel ausgelegt ist) stromaufwärts der ersten Zahnradpumpe 720 angeordnet. Wenn es Zeit zu einem Farbwechsel ist, wird der Lackfluss von dem Farbwechsler 780 abgetrennt, und die zweite Zahnradpumpe 790 liefert Lösungsmittel durch eine Leitung 792 direkt zur ersten Zahnradpumpe 720, die weiterarbeitet. Das so bereitgestellte Lösungsmittel beginnt eine Reinigung der ersten Zahnradpumpe 720, während außerdem der Lack durch die Applikatorzuleitung 140 zum Applikator 130 gedrückt wird. Wenn das Lösungsmittel in der Applikatorzuleitung 140 fast den Applikator 130 erreicht hat, führt der Roboter 100 den Applikator 130 zurück zum Applikatorreiniger 230, und das System 770 beendet seinen Entleerungszyklus , indem Ventile verwendet werden, um den erforderlichen Lösungsmittelfluss und anschließend verdichtete Luft in einer ähnlich der für das System 700 erörterten Weise bereitzustellen.
In einer noch anderen wechselnden Ausführungsform können ein Druckregler und ein Durchflussmesser anstelle der zweiten Zahnradpumpe 730 oder 790 verwendet werden, um den Lösungsmittelfluss zu dosieren, der zum Herausdrücken des Lacks aus der Applikatorzuleitung 140 genutzt wird.
Wie oben kurz dargestellt, ermöglichen die Fluidabgabesysteme 700 und 770 die Anordnung des Farbwechslers 780 und der Pumpvorrichtung 782 stromaufwärts des Roboters, während nach wie vor eine Zeit zum Farbwechsel und verschwendeter Lack minimiert werden. Diese Anordnung stromaufwärts des Roboters außerhalb der Spritzkabine und deshalb in einigen Ausführungsformen vom Bediengang aus zu bedienen, ist ein Schlüsselfaktor gesteigerter Betriebszeit von Lackiervorgängen.
8A ist eine schematische Darstellung eines Fluidabgabesystems 800 mit für Lackauftrag, Reinigung und Farbwechsel verwendeten Ventilen und Behälterpumpen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung. Das Fluidabgabesystem 800 enthält einen Farbwechsler 880, welcher den Farbwechsler 180 von 5 darstellt, und eine Pumpvorrichtung 882, welche die Pumpvorrichtung 182 von 5 darstellt. Der Farbwechsler 880 und die Pumpvorrichtung 882 sind für Lacke auf Wasserbasis ausgelegt, während außerdem die Option vorgesehen ist, Lacke auf Lösungsmittelbasis zu nutzen und zu Lacken auf Wasserbasis überzugehen, wobei z. B. beide in einer einzelnen Lackieranwendung genutzt werden. Außerdem sind in 8A die früher erörterte Applikatorzuleitung 140 und der früher erörterte Applikator 130 zu sehen, in welcher der Applikator 130 im Innern der Spritzkabine 200 angeordnet ist, der Farbwechsler 880 und die Pumpvorrichtung 882 außerhalb der Spritzkabine 200 angeordnet sind und die Applikatorzuleitung 140 durch eine Bohrung in der Seitenwand 210 hindurch geht.
Das Fluidabgabesystem 800 unterstützt bis zu 48 verschiedene Farben im Farbwechsler 880, ist imstande einen Farbwechsel in weniger als 15 Sekunden abzuschließen, begrenzt verschwendeten Lack für einen Farbwechsel auf weniger als 10 cm³ und begrenzt verschwendetes Lösungsmittel für einen Farbwechsel auf weniger als 150 cm³. Das Fluidabgabesystem 800 liefert diese Fähigkeiten durch die Verwendung zweier Behälterpumpen, einen großen Behälter für Lack und einen kleineren Behälter für Lösungsmittel, und einer Reihe von Ventilen für Luft, Lack und Lösungsmittel zusammen mit einer optimierten Strategie der Ventilsteuerung. Wenn die Notwendigkeit für einen schnelleren Farbwechsel erforderlich ist, kann das System doppelt mit zwei unabhängigen Pumpsystemen und zwei Fluidzuleitungen zum Applikator ausgeführt werden. Während ein System lackiert, kann das andere die nächste Farbe für das nächste Fahrzeug bereithalten.
Das Fluidabgabesystem 800 arbeitet wie folgt. Das eine der Ventile C1 bis C4 im Farbwechsler 880 wird geöffnet und liefert Lack einer besonderen Farbe durch eine erste Zuleitung 810 an die Pumpvorrichtung 882. Ein Lackbehälter 820 zieht seinen Kolben 882 mit offenem Ventil 824 zurück, womit der Lackbehälter 820 mit einer Charge Lack eines gewünschten Volumens zum Lackauftrag gefüllt wird. Das Ventil 824 wird anschließend geschlossen und ein Ventil 826 geöffnet, und der Kolben 822 wird in einem vorgeschriebenen Verhältnis betätigt (eingetaucht), um Lack mit einem gewünschten Durchsatz an den Applikator 130 abzugeben, wobei ein Ventil 832 zum Auftragen von Lack auf das Fahrzeug geöffnet wird.
Wenn das Lackieren der aktuellen Farbe sich dem Abschluss nähert und der Lackbehälter 820 leer ist, wird das Lackventil 826 geschlossen und ein Lösungsmittelventil 834 geöffnet, das anschließend einen Lösungsmittelbehälter 830 in einem gesteuerten Verhältnis in Betrieb setzt (eintaucht) wobei eine Charge von Lösungsmittel den Lack in die Applikatorzuleitung 140 zum Applikator 130 ausdrückt, wo ein Großteil des Lacks zum Lackieren des Fahrzeugs verwendet werden kann.
Der Roboter 100 kehrt dann in die Ausgangs- oder Wartungsposition zurück, wo der Applikator 130 in den Applikatorreiniger 230 eintritt. Gleichzeitig werden die Ventile 844, 824, 842 und 826 geöffnet und die Lösungsmittel- und Luftventile 840 und 850 eingeordnet, um den offenen Kreislauf einschließlich des Lackbehälters 820 durch das Schnellentleerungsventil 844 zu reinigen und zu trocknen. Einmal in der Reinigungsstation, drückt das Lösungsmittel von dem Lösungsmittelbehälter 830 den Rest des Lacks aus der Applikatorzuleitung 140 und dem Applikator 130 heraus.
Der Behälter 820 ist dann für eine neue Lackfarbe bereit, wobei das System 800 zuerst einem Unterdruck ausgesetzt wird und anschließend eines der Lackfarbenventile C1 bis C4 im Farbwechsler 880 geöffnet wird; der Behälter 820 die geeignete Lackmenge absaugt und das Fluidabgabesystem 800 dann vollständig mit der neuen Lackfarbe vorbereitet wird. Während der Behälter 820 mit der nächsten Farbe beschickt wird, saugt der Lösungsmittelbehälter 830 eine neue Charge von Lösungsmittel ab, und anschließend wird die Applikatorzuleitung 140 in Vorbereitung für die nächste Füllung getrocknet. Der Kolben 822 bewegt sich nach vorn, um den Applikator 130 mit einer kleinen Menge der neuen Lackfarbe zu beschicken, während er sich noch im Applikatorreiniger 230 befindet. Der Roboter 100 verlässt dann den Applikatorreiniger 230, rückt in die Ausgangsposition vor und setzt anschließend das Lackieren fort.
8B ist eine schematische Darstellung eines Fluidabgabesystems 870, das für Lackauftrag auf Wasserbasis, Reinigen und Farbwechsel genutzt wird, nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung. Das Fluidabgabesystem 870 unterscheidet sich vom System 800 von 8A hauptsächlich in der Anordnung und Anschlussfähigkeit der Lösungsmittelpumpe. Im System 870 ist der Lösungsmittelbehälter 830 dem Lackbehälter 820 benachbart angeordnet. Dies ermöglicht es, mindestens ein Ventil weniger in der Pumpvorrichtung 882 zu verwenden, um Lack für den Lackbehälter 820 und Lösungsmittel sowohl für den Lackbehälter 820 als auch den Lösungsmittelbehälter 830 bereitzustellen.
Wie oben kurz dargestellt, ermöglichen die Fluidabgabesysteme 800 und 870 die Anordnung des Farbwechslers 880 und der Pumpvorrichtung 882 stromaufwärts des Roboters, wo sie gewartet werden können, ohne alle Lackiervorgänge in der Spritzkabine 200 abzuschalten, während nach wie vor die Zeit zum Farbwechsel und verschwendeter Lack minimiert werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm 900 eines Verfahrens zum Lackauftrag und zur Systemwartung, bei dem die in 7 bis 8 gezeigten Fluidabgabesysteme und der in 1 bis 6 ausführlich dargestellte Lackierroboter 100 der Zukunft verwendet werden. Im Kästchen 902 laufen normale Lackiervorgänge des Fahrzeugs ab, einschließlich das Aufbringen einer Lackier- oder Grundierschicht auf einen Abschnitt einer Fahrzeugkarosserie, automatisches Spülen des Fluidabgabesystems, Schalten auf eine andere Lackfarbe (oder Klarlack) und Auftragen eines weiteren Anstrichs auf das Fahrzeug.
Im Kästchen 904 wird festgelegt, dass die Farbwechselvorrichtung 180 und/oder die Pumpvorrichtung 182 (5) gewartet oder ersetzt werden müssen. Im Kästchen 906 wird der Roboter 100 in einen Reserve- oder Bereitschaftsmodus versetzt, wo der spezielle Roboter 100 mit der Fahrzeuglackierung aufhört und in seine Ausgangs- und Wartungsposition zurückkehrt, das Fließband jedoch eine Bewegung von Fahrzeugkarosserien durch die Spritzkabine 200 fortsetzt und die Lackierung an allen anderen Stationen mit Ausnahme des speziellen Roboters 100, der sich im Reservemodus befindet, fortsetzt. Wenn sich einer der Roboter 100 im Reservemodus befindet, bewirkt ein Hauptregler der Lackierstraße, dass andere Roboter 100 die Lackierarbeit durchführen, die nicht vom Roboter 100 durchzuführen ist, welcher sich im Reservemodus befindet.
Im Kästchen 908 entfernt ein Servicetechniker die Farbwechselvorrichtung 180 und/oder die Pumpvorrichtung 182 aus der Kabine 184 (5) und ersetzt entweder die entfernte Komponente oder führt daran eine Wartung durch. Ein entscheidender Vorteil des Roboters 100, einschließlich des Fluidabgabesystems und der zur Aufnahme dieser ausgelegten gesamten Lackierstraße ist, dass Reparatur oder Ersatz der Farbwechselvorrichtung 180 und/oder der Pumpvorrichtung 182 durchgeführt werden, ohne dass der Servicetechniker die Spritzkabine 200 betreten muss. Dies ermöglicht es, Lackiervorgänge an allen anderen Stationen fortzusetzen und vermeidet es, die Spritzkabine 200 mit Frischluft spülen zu müssen, wobei beide für den Fahrzeughersteller große Vorteile sind zur Verbesserung der Produktivität und Einsparung von Geld.
Im Kästchen 910 führt der Roboter 100 nach Reparatur oder Austausch von Komponenten durch den Techniker eine Rückkehr zum Betriebsablauf durch, wird in eine normale Betriebsart zurückgestellt und setzt regelmäßige Lackiervorgänge des Fahrzeugs fort. Die Rückkehr zum Betriebsablauf kann einschließen, einige der Ventile in der Farbwechselvorrichtung 180 und der Pumpvorrichtung 182 zu gebrauchen, das System mit Lösungsmittel zu spülen und das System mit der nächsten Lackfarbe, die benötigt wird, vorzubereiten.
Die vorhergehende Erörterung beschreibt die Merkmale des Lackierroboters 100 der Zukunft, die es ermöglichen, die Farbwechselvorrichtung 180 und die Pumpvorrichtung 182 zu warten, ohne dass der Techniker die Spritzkabine 200 betreten muss. Ein weiteres Merkmal des Lackierroboters 100 der Zukunft ist seine verbesserte Flexibilität in naher Reichweite, die eine Ausführung der Spritzkabine kleiner als das erlaubt, was zuvor möglich war. Dies wird nachstehend ausführlich erörtert.
10 ist eine Darstellung des Lackierroboters 100 der Zukunft, der das Innere einer vorderen fahrgastseitigen Tür des Fahrzeugs 300 lackiert. In 10 sind außerdem die dem Montageständer 110 benachbarte Luftschleusenkabine 280, die Gangeintrittstür 282, die Kabineneintrittstür 284 und die Schutzwand 286 zu sehen, die in 5 und 6 gezeigt sind und zuvor erörtert wurden.
Der Lackierroboter 100 der Zukunft ist ausgelegt, die Bearbeitungsleistung der Lackierstraße und den Nutzeffekt des Raums der Spritzkabine 200 zu optimieren. Schlüsselfaktoren dieser Entwurfsziele sind die redundante Drehung des inneren Arms (Gelenk J3) und die Nutzbarkeit der Optionen zweiachsiger und dreiachsiger Handgelenke, die Flexibilität sowohl für innere als auch äußere Lackanwendungen bewirken. Darüber hinaus erlaubt das Entfernen der Fluidabgabeausrüstung und mehrerer Lackzuleitungen von den Roboterarmen einen hochflexiblen Lackierroboter mit bedeutend verbesserter Reichweite in der Nähe.
Mit höherer Flexibilität und verbesserter Reichweite in der Nähe kann die J2-Achse (Revolverkopf zum ersten Teil des inneren Arms) tiefer in der Spritzkabine und näher zum Fahrzeug 300 installiert werden. Dadurch sind Armlänge, Masse des Arms und Stützaufbau außerordentlich verringert im Vergleich zu einem Lackierroboter mit Fluidabgabeausrüstung und mehreren Lackzuleitungen an den Armen. Höhere Flexibilität und verbesserte Reichweite in der Nähe erlauben es dem Roboter 100, stromaufwärts, stromabwärts und direkt vor sich zu lackieren. Dies reduziert den Platz zwischen Robotern (Zwischenraumabstand 250, zuvor in 5 gezeigt) von etwa 3 Metern in vorherigen Lackierrobotersystemen bis zu einem Abstand von 1,5 bis 2,0 Metern in Systemen, die den Lackierroboter 100 der Zukunft nutzen, reduziert die Kabinenlänge und -breite der Spritzkabine, ohne die Arbeitsräume benachbarter Roboter zu stark zu belegen. Die Leistungsfähigkeit einer eingeschalteten Spritzpistole ist ebenfalls verbessert.
Gemäß 5, 6 und 10 ist der Lackierroboter 100 der Zukunft imstande, nahegelegene äußere Seitenflächen des Fahrzeugs 300 zusammen mit Querträgerflächen und Innenflächen zu lackieren. Wegen der Eigenschaften von Flexibilität und Reichweite des Roboters 100 kann die Länge der Lackierstraße so viel wie 30% reduziert werden, hinzukommend erlaubt es der flexible Arbeitsraum, in einer engeren Kabine zu arbeiten, wodurch die Kabinenfläche um 40% reduziert ist, wie es nachstehend erörtert wird. Die kleinere Stellfläche der Spritzkabine und das eingeschlossene Volumen bewirken bedeutende Einsparungen von Investitions- und Betriebskosten für den Fahrzeughersteller.
11A ist eine Darstellung in Draufsicht einer Lackierstraße 1100, die zur Verwendung einer vorherigen Generation von Lackierrobotern ausgelegt ist. 11B ist eine Darstellung in Draufsicht einer Lackierstraße 1140, die zur Handhabung der gleichen Anzahl von Aufträgen pro Stunde wie die Straße von 11A ausgelegt ist, wobei die Straße 1140 von 11B den Roboter 100 der Zukunft verwendet.
Die Lackierstraßen 1100 und 1140 weisen Roboter auf, die entlang jeder Seite der Spritzkabine 200 montiert sind, wobei Fahrzeuge auf einem Fließband zur Mitte weitergegeben werden, wie es zuvor erörtert wurde. Die Lackierroboter, die jeweils eine Seite des Fahrzeugs 300 lackieren und Oberseiten- und Querträgerflächen wie zum Beispiel Motorhaube und Dach lackieren, können zwischen den Seiten der Verfahrenslinie, soweit erforderlich, aufgeteilt werden. Neben den Lackierrobotern umfassen die Verfahrenslinien 1100 und 1140 außerdem Öffnungsroboter (nicht gezeigt) in den Innenbereichen, die zum Öffnen und/oder Schließen von Türen, Motorhauben und Kofferräumen/Heckklappen gestaltete Roboter sind, damit sowohl Innen- als auch Außenflächen auf der gleichen Verfahrenslinie lackiert werden können.
Die Lackierstraße 1100 umfasst einen Innenbereich 1102, wo Innenflächen eines Fahrzeugs lackiert werden, und einen Außenbereich 1104, wo Außenflächen eines Fahrzeugs lackiert werden. Die Lackierroboter 1110 werden sowohl im Innenbereich 1102 als auch im Außenbereich 1104 verwendet, jedoch ist der Zwischenraum zwischen den Bereichen unterschiedlich. Der Innenbereich 1102 bringt die Roboter 1110 mit einem Zwischenraum 1130 unter, der größer ist als ein im Außenbereich 1104 verwendeter Zwischenraum 1132. Das liegt am Bewegen, das notwendig ist, um Innenflächen zu lackieren, wobei manchmal bei fehlender Flexibilität der Roboter 1110 das Umspringen der Arme notwendig ist, was einen größeren Zwischenraum zwischen den Robotern erfordert. Die Lackierstraßen 1100 weisen eine Gesamtfläche auf, die durch eine mit einer Kabinenbreite 1122 multiplizierte Kabinenlänge 1120 festgelegt ist.
Die Lackierstraße 1140 umfasst einen Innenbereich 1142, wo Innenflächen des Fahrzeugs lackiert werden, und einen Außenbereich 1144, wo Außenflächen des Fahrzeugs lackiert werden. Lackierroboter 100 der Zukunft werden sowohl im Innenbereich 1142 als auch im Außenbereich 1144 verwendet. Der Innenbereich 1142 und der Außenbereich 1144 können den zuvor erörterten gleichen Zwischenraum 250 von Roboter zu Roboter nutzen, der kleiner ist als der in der Verfahrenslinie 1100 verwendete Zwischenraum 1130 und 1132. Das liegt an der Flexibilität in naher Reichweite des Lackierroboters 100 der Zukunft, wie es zuvor ausführlich beschrieben wurde. Die Lackierstraßen 1140 weisen eine Gesamtfläche auf, die durch eine mit einer Kabinenbreite 1152 multiplizierte Kabinenlänge 1150 festgelegt ist.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Verfahrenslinie 1140 viel einfacher und kleiner ist als die Verfahrenslinie 1100. Dies liegt daran, dass der Lackierroboter 100 der Zukunft imstande ist, sowohl innenliegende als auch außenliegende Flächen des Fahrzeugs 300 unter Verwendung einer einzigen Montageausführung und eines kleineren Zwischenraums zu lackieren. Vorherige Entwürfe von Lackierrobotern, wie zum Beispiel die Roboter 1110, mussten in Abhängigkeit davon, ob ein spezieller Roboter zur Ausführung von Innenlackierung oder Außenlackierung zugeordnet war, montiert und/oder unterschiedlich gestaltet werden. Im Gegensatz dazu sind alle Roboter 100 in der Verfahrenslinie 1140 von gleicher Ausführung und Montagehöhe. Dies verbessert nicht nur den Nutzeffekt des Raums, sondern ermöglicht außerdem die optimale Neuzuordnung einer Lackieraufgabe von einem Roboter an einen anderen in dem Fall, dass ein Roboter in den Bereitschaftsbetrieb gesetzt wird.
In einem Beispiel ist der Zwischenraum zwischen den Robotern von 2,8 Meter (der Zwischenraumabstand 1130) in der Verfahrenslinie 1100 auf 2,0 Meter (der Zwischenraumabstand 250) in der Verfahrenslinie 1140 verringert. Wie früher erörtert, erlaubt die Flexibilität des Roboters 100 in naher Reichweite außerdem, die Spritzkabinenbreite 1152 im Vergleich zur Kabinenbreite 1122 zu reduzieren. Die Folge der reduzierten Länge und Breite ist, dass die Verfahrenslinie 1140 40% weniger Bodenraum der Spritzkabine als die Verfahrenslinie 1100 erfordert, während die gleiche Anzahl von Aufträgen zur Lackierung der Fahrzeugkarosserie pro Stunde gehandhabt wird.
Ein weiteres Entwurfsmerkmal des Lackierroboters 100 der Zukunft ist, dass Wartung und Reinigung ohne einen die Spritzkabine 200 betretenden Servicetechniker und ohne den Betrieb der Lackierstraße zu unterbrechen durchgeführt werden können. Diese Fähigkeiten werden durch Verwendung der Luftschleusenkabine 280 (bereits bezüglich 6 kurz erörtert) ermöglicht.
Lackierroboter sammeln notgedrungen Farbspritzer und müssen periodisch gereinigt werden, um eine übermäßige Ansammlung zu verhindern. Bei Verwendung von gegenwärtigen Lackierrobotern wird der Produktionsprozess für 30-minütige Reinigungssprünge zweimal pro Verstellung unterbrochen, was einer Zeit von 21 Stunden pro Woche gleichkommt, in der nicht lackiert wird. Die Reinigungssprünge treten typischerweise beim Übergang der Verstellung und einer Mittenverstellung auf. Ein Reinigungssprung stoppt ankommende Fahrzeugkarosserien, wobei ein Mehrroboterbereich der Spritzkabine 200 verriegelt und mit Frischluft gespült wird. In Abhängigkeit von der Anzahl zu reinigender Roboter und der zugeteilten Zeit, sind mehrere Bedienpersonen erforderlich, um die Tauchglocken (äußerer Teil des Applikators 130) abzuwischen, Abdeckungen an äußeren Armen und Tauchglocken mit Farbspritzern zu wechseln, die Oberseite des Applikatorreinigers 230 abzuwischen und Fenster zur Beobachtung zu reinigen.
Es kann ein bedeutender Betriebskostenvorteil realisiert werden, sofern das Lackierrobotersystem imstande ist, ohne die Lackierstraße oder auch Bereiche der Spritzkabine 200 abzuschalten, gewartet und gereinigt zu werden. Tatsächlich kann eine die Roboter 100 nutzende Lackierstraße in sechs Tagen die gleiche Anzahl von Fahrzeugen lackieren, die gegenwärtige Lackierrobotersysteme in sieben Tagen lackieren, dadurch, dass bei jeder Verstellung die „Reinigungssprünge“ vermieden werden.
12 ist eine Darstellung in Draufsicht eines der Lackierroboter 100 der Zukunft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, der in einer Ausgangsposition geparkt ist, wo eine Bedienperson in einer Luftschleusenkabine die Reinigung und Instandhaltungsarbeiten an dem äußeren Arm und Applikator durchführen kann, ohne die Lackierstraße anzuhalten oder die Spritzkabine mit Frischluft zu spülen.
Der Roboter 100 und das Fahrzeug 300 befinden sich innerhalb der Spritzkabine 200, während die Seitenwand 210 die Spritzkabine 200 von einem Bediengang 1210 trennt. Wie zuvor erörtert und im Allgemeinen verständlich wird, ist der Bediengang eine bewohnbare Umgebung in frischer Luft, während die Spritzkabine 200 bei Lackiervorgängen mit Lackschwaden gefüllt ist und von der Bedienperson 190 nicht betreten werden kann, bis die Lackierung unterbrochen wird und die Kabine 200 (oder ein Bereich davon) mit Frischluft gespült ist.
In 12 ist der Roboter 100 in die Ausgangsposition zurückgekehrt, in welcher der Applikator 130 an der Oberseite des Reinigungsständers 230 (nicht sichtbar) positioniert ist. Dem Montageständer 110 benachbart befindet sich die Luftschleusenkabine 280, wie es zuvor in 6 gezeigt ist. Die Bedienperson 190 hat die Luftschleusenkabine 280 durch die Gangeintrittstür 282 betreten und dann die Gangeintrittstür 282 geschlossen. Bei Gebrauch eines in einigen Situationen benötigten, in sich geschlossenen Atemschutzgerätes oder Beatmungsschlauchs zur Versorgung kann die Bedienperson 190 die Kabineneintrittstür 284 öffnen, durch diese die Schutzwand 286 erreichen, und kann bestimmte Reinigungs- und Instandhaltungsaufgaben an dem Roboter 100 durchführen. Im Unterschied zum Reinigungssprung gegenwärtiger Lackierrobotersysteme kann die Reinigung/Wartung des Roboters 100 von der Luftschleusenkabine 280 aus durchgeführt werden, ohne alle Lackiervorgänge unterbrechen und die Spritzkabine 200 mit Frischluft spülen zu müssen. Stattdessen kann der spezielle Roboter 100 in den Reservemodus oder Bereitschaftsmodus gesetzt werden, und seine Arbeit kann zeitweilig anderen Robotern in der Verfahrenslinie zugewiesen werden, wie Fahrzeuge durch andere Roboter weiter zu lackieren, während die Bedienperson 190 die Reinigungs- und Wartungsaufgaben an dem speziellen Roboter 100 durchführt.
In seiner Wartungsposition ist um den Roboter 100 herum eine Sicherheitszone 1220 definiert. Die Sicherheitszone 1220 ist ein Bereich, den zu betreten anderen benachbarten Robotern programmatisch untersagt ist, um die Sicherheit der Bedienperson 190 zu gewährleisten. Die Sicherheitszone 1220 kann zusätzliche Sensoren und Ausschaltungsteuerungen zum Schutz der Bedienperson 190 enthalten, während er/sie diesen Abschnitt der Spritzkabine 200 erreicht. Der körperliche Schutz oder die Schutzwand 286 können nahe der Kabineneintrittstür 284 angeordnet sein, wie zum Beispiel in der Öffnung der Eintrittstür 284 (deshalb in 12 nicht sichtbar), wobei die Schutzwand 286 der Bedienperson 190 es erlauben würde, dass seine/ihre Arme in die Sicherheitszone 1220 reichen, jedoch verhindern, dass der Körper der Bedienperson in die Sicherheitszone 1220 eindringt und verhindern, dass irgendein Teil der Bedienperson 190 in die Spritzkabine 200 über die Sicherheitszone 1220 hinaus eindringt. Dazu muss für die Luftschleusenkabine 280 ein Reinhaltungsprotokoll erfüllt werden, wobei die Kabine 280 mit Frischluft gespült werden können muss, bevor die Gangeintrittstür 282 geöffnet werden kann (zum Eintritt oder Austritt der Bedienperson), und die Bedienperson 190 bestätigen können muss, dass ein unabhängiges Atemschutzgerät eingerichtet ist und funktioniert, bevor die Kabineneintrittstür 284 geöffnet werden kann.
Die Notwendigkeit zum Gebrauch eines Atemschutzgerätes durch die Bedienperson 190, während sie sich in der Luftschleusenkabine 280 befindet, und die Notwendigkeit, die Luftschleusenkabine 280 mit Frischluft zu spülen, bevor die Gangeintrittstür 282 geöffnet wird, hängen vom Typ des Lacks ab, der in der Spritzkabine 200 angewendet wird. Wenn das Fahrzeug 300 mit einem Lack auf Lösungsmittelbasis lackiert wird (z. B. eine Lackfarbe) mit gefährlichen Dämpfen, dann dürfen diese Dämpfe von der Bedienperson 190 nicht eingeatmet werden und es muss verhindert werden, dass sie in den Bediengang 1210 entweichen. In dieser Situation ist der Gebrauch eines Atemschutzgerätes durch die Bedienperson 190 erforderlich, während sie sich in der Luftschleusenkabine 280 befindet, und die Luftschleusenkabine 280 muss mit Frischluft gespült werden, bevor die Gangeintrittstür 282 geöffnet wird. In anderen Situationen, bei denen die Dämpfe nicht gefährlich sind, können die oben erwähnten Vorsichtsmaßnahmen nicht erforderlich sein.
Aufgaben, die durch die Bedienperson 190 von der Luftschleusenkabine 280 ausgeführt werden können, umfassen: Wechseln oder Warten der Glockenschale des Applikators 130, Wechseln oder Warten von beliebigen Verfahrenselementen, die am äußeren Arm 120 befestigt sind, Reinigen oder Warten des Applikatorreinigers 230 und Wechseln von Überzügen von Farbspritzern auf dem Applikator 130 und dem äußeren Armteil 120. Diese Aufgaben müssen zwangsläufig zur routinemäßigen Instandhaltung durchgeführt werden, und um zu verhindern, dass der Lackierroboter Farbspritzer sammelt und folglich Herstellungsfehler an dem zu lackierenden Teil verursacht. Eine Durchführung der Aufgaben, ohne dass eine Stillstandzeit der Lackierstraße erforderlich ist, verhindert eine ungewünschte Abschaltung und ist eine bedeutsame Verbesserung gegenüber vorherigen Lackierrobotersystemen.
Während der gleichen Bereitschaftsperiode können auch andere Instandhaltungsaufgaben, die das Ersetzen der in der Kabine 184 des Montageständers 110 installierten Fluidabgabeausrüstung (wie zuvor erörtert) einschließen, und laufende Diagnosetests für jedes Verfahrenselement durchgeführt werden, um den korrekten Betrieb oder die Diagnose eines problematischen Bauteils zu bestätigen. In einigen Fällen kann es möglich sein, mehrere zeitaufwändige Aufgaben, wie zum Beispiel das Wechseln eines Isolierschlauchs des Applikators oder die Beherrschung des Roboters, zu beenden. In all diesen Fällen wird nur ein einzelner Roboter 100 außer Betrieb genommen, während alle anderen Roboter in der Spritzkabine 200 weiter lackieren und die anderen Roboter die Lackierkompetenzen des Roboters 100, der zur Wartung oder Reinigung außer Betrieb ist, übernehmen.
13 ist ein Ablaufdiagramm 1300 eines Verfahrens zur Reinigung und Wartung des Lackierroboters 100 der Zukunft unter Verwendung der in 12 dargestellten Merkmale von Luftschleusenkabine 280 und Roboter. Im Kästchen 1302 ist der spezielle Roboter 100 in einen Reserve- oder Bereitschaftsmodus gesetzt, wo der Roboter 100 in seine Ausgangsposition zurückkehrt und seine Lackieraufgaben anderen Robotern in der Lackierstraße zugeordnet werden. Die anderen Roboter in der Spritzkabine 200 setzen das Lackieren fort. Im Kästchen 1304 betritt die Bedienperson 190 die Luftschleusenkabine 280 durch die Gangeintrittstür 282 und schließt die Gangeintrittstür 282. Im Kästchen 1306 legt die Bedienperson 190 sein/ihr Atemschutzgerät an, falls es für die spezielle Lackieranwendung erforderlich ist und sofern es nicht bereits getragen wurde, wenn die Bedienperson 190 in die Luftschleusenkabine 280 eintrat. Anschließend öffnet die Bedienperson 190 die Kabineneintrittstür 284, um Zugang zu dem Roboter 100 zu erlangen.
Im Kästchen 1308 reinigt und wartet die Bedienperson 190 den Roboter 100, was Aufgaben einschließt, wie zum Beispiel das Abwischen der Tauchglocke und Wechseln der Überzüge von Farbspritzern auf dem Applikator 130 und dem äußeren Arm 120. Die Bedienperson bleibt in der Luftschleusenkabine 280 und erreicht über die Schutzwand 286 hinaus die Sicherheitszone 1220, um die Reinigungs- und Wartungsaufgaben durchzuführen. Andere Roboter in der Spritzkabine 200 lackieren weiter, und es wird programmatisch verhindert, dass die anderen Roboter, die dem Roboter 100 benachbart sind, in die Sicherheitszone 1220 eintreten. Es können auch weitere Instandhaltungsaufgaben durchgeführt werden, während sich die Bedienperson 190 in der Luftschleusenkabine 280 befindet. Zum Beispiel könnte eine andere Wartungsperson im Bediengang 1210 die Fluidabgabeausrüstung in der Kabine 184, wie zuvor erörtert, warten oder ersetzen.
Im Kästchen 1310 schließt die Bedienperson 190 die Kabineneintrittstür 284, wenn sie mit der Reinigung und Wartung des Roboters aufgehört hat. Anschließend wird die Luftschleusenkabine 280, falls erforderlich, mit Frischluft gespült, und die Bedienperson verlässt die Luftschleusenkabine 280 durch die Gangeintrittstür 282. Im Kästchen 1312 wird der Roboter 100 in die normale Betriebsart zurückgeführt und setzt die normalen Lackiervorgänge fort. Durchweg im gesamten Prozess des Ablaufdiagramms 1300 hat die Lackierstraße in der Spritzkabine 200 Lackiervorgänge fortgesetzt, womit übermäßig lange Ausfallzeitfenster, die zur Reinigung von Lackierrobotern heutiger Generation benötigt werden, vermieden werden.
Ein weiteres Entwurfselement des Lackierroboters 100 der Zukunft, welches eine vereinfachte Roboteranlage und geringere Kosten erlaubt, ist eine neue Führung von Motorsteuerleitungen. 14 ist eine Darstellung des Lackierroboters 100 der Zukunft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, mit außerhalb der abgedichteten Robotergelenke geführten Motorsteuerleitungen. Der Roboter 100 von 14 zeigt einige Motorsteuerleitungen außerhalb der und „quer“ durch die Robotergelenke, anstatt dass sie durch luftgereinigte Hohlräume und in den hohlen Bereichen innerhalb der Roboterarme verlaufen. Ein erster Kabelsatz 1410 speist die Motoren an den Gelenken J1 (166) und J2 (168), während ein zweiter Kabelsatz 1420 die Motoren an den Gelenken J3 bis J6 speist. Es wird ein speziell ausgeführtes Kabel verwendet, das für gefährliche Umgebungen geeignet ist. Es sind auch andere Führungen von Leitungskabeln möglich.
Die Kabelführung von Motorleitungen von 14 bietet Vorteile gegenüber anderen Optionen. Erstens würde die herkömmliche Führung von Motorleitungen im Innern von hohlen, abgedichteten Gelenken nicht den Vorteil zulassen, die optimale Führung für die Applikatorzuleitung 140 zu nutzen. Mit den außen geführten Leitungen, die sich den gleichen Raum wie die Zuleitung 140 gemäß 14 teilen, können die Gelenke für Reichweite, Flexibilität und Prozessleistung ausgelegt und optimiert werden.
Der erste Kabelsatz 1410 und der zweite Kabelsatz 1420 sind flexible Kabelbündel, welche die Anzahl von Leitern enthalten, die erforderlich sind, um die Gelenkmotoren mit Energie zu versorgen. Der erste Kabelsatz 1410 speist nur die zwei Motoren (J1 und J2), wobei jedoch diese die größten Motoren im Roboter 100 sind, so dass die Leitungen so bemessen werden müssen, dass sie die hohen Ströme entsprechend handhaben. Der zweite Kabelsatz 1420 speist vier oder fünf Gelenkmotoren (J3 bis J6 oder J3 bis J7).
Der erste Kabelsatz 1410 und der zweite Kabelsatz 1420 können in einer flexiblen, mit Lösungsmitteln verträglichen Hülle umhüllt sein. Das heißt, die Hülle ist aus einem biegsamen Werkstoff aufgebaut, der einer direkten Aussetzung von Lacken und Lösungsmitteln ohne Verfall oder Zersetzung standhalten kann. Die Leitungskabel können alternativ in einem Schlauch enthalten sein, der gereinigt wird, um den Eingang von Lacken und Lösungsmitteln zu verhindern, wodurch die einzelnen Leiterkabel in ihnen geschützt werden. Jedes Teil des Schlauches kann ein einzelnes Leiterkabel enthalten, das zu einem einzelnen Motor geführt wird (eins für J2, eins für J3, usw.).
Bei der in 14 gezeigten Außenleiterführung zusammen mit der Anordnung von Fluidabgabekomponenten stromaufwärts des Roboters tragen die kleinen Größen von Arm und Gelenk und andere Entwurfsüberlegungen alle zur Geschicklichkeit (Flexibilität in naher Reichweite) des Lackierroboters 100 der Zukunft bei. Diese Geschicklichkeit führt wiederum zu anderen Möglichkeiten für Montage, Abstand und Funktionstüchtigkeit des Roboters, von denen alle eine außerordentlich verbesserte Lackierleistung und Betriebszeit der Lackierstraße ermöglichen.
15A, 15B und 15C sind Darstellungen der Ausführung eines Lackierroboters der Zukunft, nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, bei der sich der Roboterfuß um eine nicht horizontale Achse dreht und der Montageständer in die Spritzkabine hinein ragt. Ein Lackierroboter 1500 der Zukunft ist der Gleiche wie der zuvor erörterte Lackierroboter 100 der Zukunft, mit der Ausnahme, dass er um eine nicht horizontale Achse drehbar an einem Montageständer 1510 befestigt ist. Außerdem ragt der Montageständer 1510 in die Spritzkabine hinein, so dass das Gelenk J1 (166) zwischen dem Roboterfuß oder Revolverkopf 112 und dem Montageständer 1510 nicht in der Ebene der Seitenwand 210 liegt. Bei dieser Ausführung ist der Montageständer 1510 zu der Seitenwand 210 abgedichtet und dient als Teil der die Spritzkabine 200 vom Bediengang 1210 trennenden Trennwand.
Der Montageständer 1510 weist eine abgeschrägte Oberseite 1512 mit einer Neigung auf, so dass die Achse J1 einen Winkel 1514 mit der Horizontalen bildet. Die Achse J1 schneidet weiterhin die Mittelebene 222 der Kabine. Der Winkel 1514 kann etwa 30° oder größer oder kleiner als notwendig betragen, um die Reichweite und Flexibilität des Roboters 1500 für eine spezielle Anwendung der Spritzkabine zu optimieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Achse J1 bei Betrachtung von oben senkrecht zur Seitenwand 210, das heißt, die Achse J1 besitzt keinen Winkel nach oben oder nach unten. Die Größe des Überstandes der abgeschrägten Oberseite 1512 des Montageständers in die Spritzkabine 200 ist ebenfalls auslegbar, um die Reichweite des Roboters 1500 für eine spezielle Anwendung zu optimieren.
Die Länge 194 des inneren Arms und die Länge 196 des äußeren Arms, die zuvor erörtert wurden, sind in 15B dargestellt. Die Applikatorzuleitung 140 ist ebenfalls in allen von 15A, 15B, 15C zu sehen, wobei ersichtlich ist, dass die Applikatorzuleitung 140 durch eine Bohrung 1516 in der abgeschrägten Oberseite 1512 des Montageständers 1510 verläuft. Dies ermöglicht es, die Applikatorzuleitung 140 mit minimaler Länge von der Pumpvorrichtung 182 zu dem Applikator 130, wie zuvor erörtert, zu führen.
Obwohl es in 15A, 15B, 15C nicht dargestellt ist, kann die Luftschleusenkabine 280 in Verbindung mit dem Roboter 1500 und dem Montageständer 1510 verwendet werden, um eine Reinigung des Applikators 130 und von Teilen des äußeren Arms zu ermöglichen, ohne die gesamte Lackierproduktionslinie zu unterbrechen und die Dämpfe aus der Spritzkabine 200 abzusaugen.
Indem die genau gleiche Roboterapparatur wie beim Lackierroboter 100 der Zukunft genutzt wird, bieten der Roboter 1500 und der Montageständer 1510 weitere zusätzliche Entwurfsparameter, um die Flexibilität und Reichweite für eine spezielle Anwendung der Sprühlackierung zu optimieren.
In der vorhergehenden Erörterung wurden durchweg verschiedene Steuereinheiten zur Steuerung von Bewegungen und Aufgaben eines einzelnen Roboters, zur Leitsteuerung der gesamten Lackierstraße, usw. beschrieben und einbezogen. Es soll verständlich werden, dass die Anwendungen und Module der Apparatur dieser Steuereinheiten auf einem oder mehreren Rechengeräten mit einem Prozessor und einem Speichermodul einschließlich Algorithmen ausgeführt werden, die in einem nichtflüchtigen Speicher konfiguriert sind. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform besitzt jeder der Roboter 100 eine lokal zugeordnete Steuereinheit, und jede dieser Robotersteuereinheiten kommuniziert mit einer Leitsteuereinheit der Lackierstraße. Die Kommunikation zwischen den Robotern, lokalen Steuereinheiten des Roboters und der Leitsteuereinheit der Lackierstraße können über ein fest programmiertes Netzwerk erfolgen oder können jede geeignete Funktechnik, wie zum Beispiel Mobiltelefon/Datennetz, Wi-Fi, Breitband-Internet, usw. nutzen.
Wie es oben kurz dargestellt wurde, stellt der Lackierroboter der Zukunft viele wesentliche Produktivitätsvorteile für Fahrzeughersteller zur Verfügung. Im Roboterentwurf sind Fluidabgabekomponenten außerhalb der Spritzkabine montiert, was eine Wartung der Komponenten ohne Stillstandzeit der Spritzkabine ermöglicht und ein breiteres Farbangebot bereitstellt, während gleichzeitig die Zeit des Farbwechsels von Lackabfall und Material unter die aktuellen Standards reduziert wird. Der Umfang hochflexibler Reichweite ermöglicht es, Roboter näher zusammen in einer kompakten Spritzzone zu installieren, wodurch die Stellfläche der Lackierkabine verringert und folglich Investitionskosten und Energieanforderungen reduziert werden. Der Entwurf eines Lackierroboters der Zukunft bietet außerdem eine höhere Zuverlässigkeit mit der Fähigkeit, während eines Produktionsvorgangs gewartet und gereinigt zu werden. Die Betriebszeit des Systems ist drastisch verbessert mit einer sich daraus ergebenden Zunahme der Durchlaufleistung auf der Fahrzeuglackierstraße.
Während oben eine Anzahl beispielhafter Aspekte und Ausführungsformen des Lackierroboters der Zukunft erörtert wurde, wird der Fachmann Modifizierungen, Umsetzungen, Ergänzungen und Unterkombinationen davon erkennen. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die folgenden angefügten Ansprüche und hiernach eingeleitete Ansprüche so interpretiert werden, dass sie alle diese Modifizierungen, Umsetzungen, Ergänzungen und Unterkombinationen einschließen, wie sie innerhalb ihres wahren Geistes und Geltungsbereichs vorhanden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/666134 [0001]

Claims

Automatisches Beschichtungssystem zur Durchführung eines Beschichtungsvorgangs auf einem durch eine Lackierkabine transportierten Teil, wobei das System umfasst: zwei oder mehrere Lackierroboter, jeweils mit mindestens fünf Drehachsen, wobei jeder der Roboter einen um einen Montageständer drehbaren Roboterfuß aufweist, einen um den Roboterfuß drehbaren inneren Arm, einen um den inneren Arm drehbaren äußeren Arm, ein an einem freien Ende des äußeren Arms befestigtes Roboterhandgelenk, und einen mit dem Roboterhandgelenk verbundenen Beschichtungsapplikator; eine Luftschleusenkabine, die nahe dem Montageständer von mindestens einem der Roboter angeordnet ist, wobei die Luftschleusenkabine eine erste Türöffnung zu einem Bediengang und eine zweite Türöffnung zu der Lackierkabine aufweist, wobei die Luftschleusenkabine so gestaltet ist, dass bestimmte Komponenten des Roboters von der Bedienperson in der Luftschleusenkabine zugänglich sind, wenn der Roboter in einer Wartungsposition geparkt ist und die zweite Tür offen ist, wobei andere Roboter in der Lackierkabine das Lackieren fortsetzen, während die Bedienperson in der Luftschleusenkabine den Roboter wartet, und wobei verhindert wird, dass Lackdämpfe aus der Lackierkabine in den Bediengang eindringen.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Luftschleusenkabine in einem Arbeitsablauf in Betrieb ist, der umfasst: Zulassen, dass die Bedienperson die Luftschleusenkabine vom Bediengang durch die erste Tür betritt; Zulassen, dass die Bedienperson die zweite Tür öffnet, um Zugang zu dem Roboter in der Lackierkabine zu haben; Warten der bestimmten Komponenten des Roboters durch die Bedienperson in der Luftschleusenkabine; Zulassen, dass die Bedienperson die zweite Tür nach Beendigung der Wartung schließt; und Zulassen, dass die Bedienperson die Luftschleusenkabine zum Bediengang durch die erste Tür verlässt.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Atemschutzgerät, wobei das Atemschutzgerät eine in die Luftschleusenkabine mit einbezogene Beatmungseinrichtung ist und durch die Bedienperson vor dem Öffnen der zweiten Tür angelegt wird.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Belüftungssystem zum Fluten der Luftschleusenkabine mit Frischluft, nachdem eine Wartung der Komponenten beendet ist und die zweite Tür geschlossen ist und bevor die Bedienperson die erste Tür zum Verlassen der Luftschleusenkabine öffnet.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei innerhalb der Lackierkabine eine Sicherheitszone definiert ist, wobei die Sicherheitszone ein der Luftschleusenkabine benachbarter Raum ist, in den die Bedienperson gelangen kann, um den Roboter zu warten, und die Wartungsposition des Roboters die bestimmten Komponenten innerhalb der Sicherheitszone örtlich festlegt.
Beschichtungssystem nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend einen Schutz, der in einer Öffnung der zweiten Tür angeordnet ist und gestaltet ist, dass die Bedienperson in der Luftschleusenkabine in die Sicherheitszone der Lackierkabine gelangen aber diese nicht betreten kann.
Beschichtungssystem nach Anspruch 5, des Weiteren mit Sensoren, die ausgeführt sind, zu detektieren, dass die Bedienperson sich körperlich in die Sicherheitszone bewegt, und zu detektieren, dass die Bedienperson jenseits der Sicherheitszone in die Lackierkabine gelangt.
Beschichtungssystem nach Anspruch 5, wobei durch Software zur Beschränkung von Freiheitsgraden, die auf Steuereinheiten der benachbarten Roboter läuft, verhindert wird, dass benachbarte Roboter in die Sicherheitszone eintreten.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei von der Bedienperson durchgeführte Wartungen, während sie sich in der Luftschleusenkabine befindet, das Reinigen des Beschichtungsapplikators des Roboters, das Ersetzen von Komponenten des Beschichtungsapplikators, das Ersetzen von am Arm installierten Lackabgabekomponenten, das Ablösen von Überzügen von Farbspritzern auf dem Beschichtungsapplikator und dem äußeren Arm, das Reinigen einer an einem Boden der Lackierkabine befestigten Reinigungsstation und das Reinigen von Fenstern zur Sicht in die Lackierkabine umfassen.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei jeder der Lackierroboter einen Farbwechsler und eine Pumpvorrichtung enthält, die an einer Rückseite des Montageständers angebracht sind, wobei der Farbwechsler und die Pumpvorrichtung von dem Bediengang aus begehbar und zu warten sind.
Verfahren zur Wartung eines Lackierrobotersystems, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Lackierroboters mit einem um einen Montageständer drehbaren Roboterfuß, wobei der Roboter außerdem innere und äußere Arme aufweist, die ein Roboterhandgelenk mit dem Roboterfuß verbinden, wobei der Roboter des Weiteren einen mit dem Roboterhandgelenk gekoppelten Beschichtungsapplikator enthält; Bereitstellen einer Luftschleusenkabine, die dem Montageständer des Lackierroboters benachbart angeordnet ist, wobei die Luftschleusenkabine eine zu einem Bediengang öffnende erste Tür und eine zu einer Lackierkabine öffnende zweite Tür aufweist; Setzen des Lackierroboters in einen Reservemodus, in dem der Lackierroboter das Lackieren unterbricht und den Beschichtungsapplikator in eine Wartungsposition zurückführt, und andere Roboter in der Lackierkabine das Lackieren fortsetzen, was einschließt, dass die anderen Roboter Lackierkompetenzen des Roboters übernehmen, der sich im Reservemodus befindet; Betreten der Luftschleusenkabine vom Bediengang und Schließen der ersten Tür durch eine Bedienperson; Öffnen der zweiten Tür, um durch die Bedienperson zum Roboter zu gelangen; Warten bestimmter Komponenten des Roboters durch die Bedienperson; Schließen der zweiten Tür durch die Bedienperson, nachdem die Wartung beendet ist; Verlassen der Luftschleusenkabine durch die Bedienperson durch die erste Tür zum Bediengang; und Setzen des Lackierroboters in einen Betriebsmodus und Wiederaufnehmen von Lackiervorgängen durch den Lackierroboter.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend das Anlegen eines Atemschutzgerätes durch die Bedienperson vor Öffnung der zweiten Tür, wobei das Atemschutzgerät ein in die Luftschleusenkabine einbezogenes Beatmungsgerät ist.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend den Betrieb eines Belüftungssystems, um die Luftschleusenkabine mit Frischluft zu fluten, nachdem die Wartung der Komponenten abgeschlossen ist und die zweite Tür geschlossen ist und bevor die Bedienperson die erste Tür zum Verlassen der Luftschleusenkabine öffnet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei innerhalb der Lackierkabine eine Sicherheitszone definiert ist, wobei die Sicherheitszone ein der Luftschleusenkabine benachbarter Raum ist, in welchen die Bedienperson gelangen kann, um den Roboter zu warten, und die Wartungsposition des Roboters die bestimmten Komponenten innerhalb der Sicherheitszone örtlich festlegt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei in einer Öffnung der zweiten Tür ein Schutz angeordnet und ausgeführt ist, damit die Bedienperson in der Luftschleusenkabine in die Sicherheitszone der Lackierkabine gelangen aber nicht die Lackierkabine betreten kann.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Sensoren ausgeführt sind, um die sich körperlich in die Sicherheitszone bewegende Bedienperson zu detektieren und zu detektieren, dass die Bedienperson jenseits der Sicherheitszone in die Lackierkabine gelangt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei durch Software zur Beschränkung von Freiheitsgraden, die auf Steuereinheiten der benachbarten Roboter läuft, verhindert wird, dass benachbarte Roboter in die Sicherheitszone eintreten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei von der Bedienperson durchgeführte Wartungen, während sie sich in der Luftschleusenkabine befindet, das Reinigen des Beschichtungsapplikators des Roboters, das Ersetzen von Komponenten des Beschichtungsapplikators, das Ersetzen von am Arm installierten Lackabgabekomponenten, das Ablösen von Überzügen von Farbspritzern auf dem Beschichtungsapplikator und dem äußeren Arm, das Reinigen einer an einem Boden der Lackierkabine befestigten Reinigungsstation und das Reinigen von Fenstern zur Sicht in die Lackierkabine umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Lackierroboter einen Farbwechsler und eine Pumpvorrichtung enthält, die an einer Rückseite des Montageständers installiert sind, wobei Farbwechsler und Pumpvorrichtung vom Bediengang aus begehbar und zu warten sind.
Verfahren nach Anspruch 19, des Weiteren umfassend das Instandhalten des Farbwechslers oder der Pumpvorrichtung vom Bediengang aus, während sich der Lackierroboter im Reservemodus befindet.