DE19634582C2

DE19634582C2 - Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem

Info

Publication number: DE19634582C2
Application number: DE19634582A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Koppe; Achim Backhaus
Original assignee: POLYTRONIC GROSBILDKOMMUNIKATI
Current assignee: POLYTRONIC GROSBILDKOMMUNIKATI
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2016-08-28
Also published as: DE19634582A1

Description

Die Erfindung betrifft ein computergesteuertes Großfarbgebungssystem (nachfolgend als GFS bezeichnet), das sowohl in kleineren Serien für kreative farbliche Oberflächengestaltung mobil vor Ort als auch für spezialisierte Anwendungen in modifizierter Version mobil und stationär einsetzbar ist. Die Variabilität in der Ausführung ist durch die Verbindung des konstruktiv festgelegten Kerns mit verschiedenen Speziallösungen gegeben.

Aus dem Stand der Technik sind stationäre GFS auf Airbrush- und Inkjetbasis, z. B. aus den USA bekannt. Der überwiegende Teil bedient sich dabei einer Gerätetechnik, die auf dem Prinzip der VUTEK-Spritzdüsentechnik basiert, andere Unternehmen wenden modifizierte VUTEK-Gerätetechnik an, die unter dem Begriff SCITEX bekannt ist und ihren Ursprung in Israel hat.

Desweiteren sind in Europa stationäre GFS basierend auf einer Airbrushtechnologie im Einsatz, die ihren Ursprung in Japan haben. Sie stellen eine Weiterentwicklung des unter dem Namen "MICHELANGELO" bekannten GFS dar.

So ist aus DE 38 00 633 A1 ein computergesteuertes Farbgebungssystem, insbesondere zum Herstellen großformatiger Bühnenbilder, zur farblichen Oberflächengestaltung in Düsenspritztechnik bekannt, welches durch eine dreidimensionale Verfahrbarkeit des Düsenblockes, gesteuert über einen PC mit Zentral- und Prozeßeinheit, eine großflächige Ausbildung grafischer Darstellungen gestattet.

Eine ähnliche Vorrichtung wird in DE 195 25 528 A1 beschrieben, bei der bei Verwendung der Airbrush-Technik Druckluft zur Düsensteuerung eingesetzt wird.

Desweiteren ist aus FR 26 28 658 A1 eine Vorrichtung zum Anfertigen grafischer Darstellungen auf der Grundlage einer piezoelektrischen Zerstäubung der Farbflüssigkeit bekannt, die ebenfalls dreidimensional verfahrbar ist.

Weder die stationären GFS auf der Basis der VUTEK-Spritzdüsentechnik noch die mit Airbrushtechnologie nach japanischem Muster sind in der Lage, Bilder in Feinstauflösung mit einer Pixelgröße von 0,5 mm zu sprühen. Auch die weiterhin aufgeführten Lösungen erfüllen nicht die Anforderungen, die an einen flexiblen, standortunabhängigen Betrieb derartiger Anlagen gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein computergesteuertes mobiles und in seiner Anwendung variables Großfarbgebungssystem zu entwickeln, welches, z. B. in der Standardvariante, komplett vor Ort transportierbar ist bzw. an beliebigen Standorten schnell montiert- bzw. demontiert werden kann. Darüber hinaus soll durch die Anordnung der Düsen, deren Anzahl und die Gestaltung der Düsenköpfe ein Bildpunkt von 0,5 mm produzierbar sein, der Farbstrahl über eine definierte Distanz fokussierbar sein, um zum einen eine erhöhte Bildqualität zu erzielen und zum anderen in einer Zeiteinheit eine Vielzahl von Bildpunkten unabhängig von der jeweils gewählten vertikalen bzw. horizontalen Hauptverfahrrichtung zu sprühen.

Die Düsen selbst sollen für Wartungszwecke leicht montier- bzw. demontierbar und untereinander austauschbar sein.

Die Verschlußeinheit der Düsen soll aus einem Material bestehen, mit dem eine hohe Standzeit und ein gutes Schließverhalten realisierbar ist. Eine automatische Abstands regulierung soll zu einer guten Bildwiedergabe auch auf unebenen Flächen führen.

Desweiteren soll eine spezielle Kalibrierungssoftware entwickelt werden, die die annähernde Wiedergabe von Bildvorlagen in entsprechender Größe realisierbar macht.

Diese Aufgabe wird nach den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine erhöhte Wiedergabe der zu übertragenden Bildinformationen erreichbar ist, begründet durch die innovative Düsentechnik, die Abstandssensorik, und die speziell entwickelte Kalibrierungs- und Düsenansteuerungssoftware, und zum anderen eine schnellere Fertigung von Bildmotiven durch die Anhebung der Düsenzahl und bessere Ausnutzung der Schaltfrequenz durch eine gesteuerte Vormagnetisierung des Spulenantriebes realisierbar ist.

Ein weiterer Vorteil ist aber auch die Mobilität und Variabilität des GFS in bezug auf den Anwendungsfall, den Einsatzort und die uneingeschränkte Größe des zu fertigenden Bildes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Übersicht über die Elemente des Großfarbgebungssystems in der Standardversion,

Fig. 2 die mobile Bereitschaft des Großfarbgebungssystems zum Ortswechsel innerhalb von Räumen und Objekten sowie zum Transport auf Spezialhängern,

Fig. 3 die Hauptbaugruppen des Großfarbgebungssystems für den Transport zu Standorten in Räumen und Objekten, die nicht in der Variante nach Fig. 2 erreichbar sind, wie
3a X-Achsenverband,
3b Y-Achsenverband,
3c Farbgebungseinheit,
3d Fußbaugruppe links,
3e Fußbaugruppe rechts,
Steuerschrank mit PC (siehe Fig. 1),
Druckluft/Materialschrank (siehe Fig. 1),

Fig. 4 den Düsenblock,

Fig. 5 die Elemente des Düsenblocks,

Fig. 6 die Elemente der Düse mit Hartmetall- und Keramik verschluß,

Fig. 7 Hardwareaufbau,

Fig. 8 Sprühprogramme waagerecht für das GFS
8a unidirektional
8b bidirektional,

Fig. 9 Sprühprogramme senkrecht für das GFS
9a unidirektional
9b bidirektional,

Fig. 10 Y-Achse verkürzt,

Fig. 11 X-Achse verkürzt,

Fig. 12 X- und Y-Achse in Überlänge,

Fig. 13 X- und Y-Achse in Kurzversion.

Das computergesteuerte mobile Großfarbgebungssystem (GFS) besteht in der Standardversion aus der Verfahreinheit 1 mit zwei horizontal angetriebenen Linear einheiten 2 als X-Achsen und der dazugehörigen Energiekette 3, der Steckerverteilung 4, einer vertikal angetriebenen Lineareinheit 5 als Y-Achse und der dazugehörigen Energiekette 6, einer horizontal angetriebenen Lineareinheit 7 als Z-Achse mit dazugegehöriger Montageeinheit 8. Der Achsantrieb erfolgt über Servomotoren 9 mit Haltebremse 10 und Getriebe 11.

An der Lineareinheit 5 ist die Farbgebungseinheit 12, bestehend aus Lineareinheit 7, Montageeinheit 8, Trägerplatte 13, 45°-Halterung für Düsenblock mit Sensoren 14, Düsenblock 15, Farbbehälter mit Halterung 16, als Fließbecher mit Entlüftungsöffnung plus Farbschläuchen mit Absperrhähnen und Filter ausgebildet, die Verstärkerelektronik 17 für die Abstandssensorik und den Düsenblock, sowie die Reinigungsmittelauffangklappe mit Entsorgungsbox 18, den Wegeventilen 19 für die Druckluft und die Reinigungsmittelflüssigkeit, dem Druckmanometer 20 mit Filter und Einstellregler sowie der pneumatische Antrieb 21 für die Reinigungsmittelauffangklappe angeordnet.

Die Lineareinheiten 2 stützen sich an ihren Enden auf zwei Fußbaugruppen 22 und 23, bestehend aus senkrechtem Stützelement 24, Querelement 25 mit elektrisch betriebenen Teleskopfüßen 26. Die Fußbaugruppe 23 ist erweitert um die Transport- und Haltevorrichtung 29 für die Lineareinheit 5 und die schwenkbare Entsorgungsbox 30.

Zugehörig zum Gesamtsystem ist ferner ein Steuerschrank 31, bestehend aus einem verfahrbaren Metallschrank mit aufschwenkbaren Seitenteilen, der an seiner Frontseite die elektrischen Anschlüsse für die Signal- und Stromversorgung zur Verfahreinheit 1, dem Steuer-PC 41, dem Druckluft- und Materialschrank 32, sowie den elektrischen Anschluß an das Netz, den Not-Aus-Druckschalter und den Netzschalter aufnimmt. Die Steuer- und Antriebstechnik der Achsen, Stromversorgung und Mikrocontroller des GFS finden Aufnahme an einer Trägerbaugruppe im Inneren des Schrankgehäuses.

Der Druckluft- und Materialschrank 32 besteht aus einem verfahrbaren Metallschrank, der die Elemente Drucklufterzeuger, Trockner, Druckbehälter, Farb- und Reinigungsmittel, sowie die Ultraschallwaschanlage aufnimmt.

Der für das GFS entwickelte Airbrush-Düsenblock 15 (sowie Gesamtfigur 4), der mittels Schnellverschluß 39 auswechselbare Düsen aufnimmt, besteht aus dem Düsengehäuse 34 aus Spezialaluminium, dem leicht austauschbaren dreiteiligen Düsenkopf 35, bestehend aus dem Farbzuführungsteil 35.1, das den auswechselbaren Ventilsitz 36 in Hartmetall- oder Keramikausführung aufnimmt, dem Trägerteil 35.2, welches den einschraubbaren Düsenkopfeinsatz 35.3 aufnimmt, dem Düsenkopfeinsatz 35.3 selbst mit unterschiedlicher zylindrischer oder konischer Luftzuführung und den Ventilnadeln 37 aus Hartmetall mit Titanbeschichtung in konischer Kopfausführung bzw. mit Kugelkopf aus Keramik, und den Spulenantrieb 38, der mittels Federscheiben axial über eine Stellschraube/Stellmutter einstellbar ist. Weitere Bestandteile des Düsenblockes sind Dichtungssätze 42 und Schnellsteckverbindungen 43.

Zur Steuerung des GFS kommt ein Mikrocontroller z. B. MC 68332 zur Anwendung, mit einer Zentralprozeßeinheit und einer Zeitprozeßeinheit, sowie 2 Eingangs-/Ausgangskarten a 16 Bit der im Einrichte- bzw. Sprühmodus betrieben wird.

Beim Einrichtemodus dient der MC als Übertragungsstation zwischen dem Steuer-PC und der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), die Zeitprozeßeinheit wird in diesen Modus nicht hinzugezogen. Befehle oder Parameter werden vom Steuer-PC generiert und über die serielle Schnittstelle nach dem RS232-Standard an den MC gesendet. Die korrekte Übertragung sichert ein Asynchron-Binäres-Übertragungsprotokoll, welches auf dem OSI-Referenzmodell basiert. Eingegangene Befehle werden an eine SPS mit dem Handshakingverfahren über eine 16-Bit-Eingangs-/Ausgangskarte übertragen.

Im Sprühmodus werden zwei 16-Bit-Eingangs-/Ausgangskarten unter Einbeziehung der Zeitprozeßeinheit verwendet. Dabei werden 4 × n Sprühprogramme realisiert:

- Waagerecht - Unidirektional (Fig. 8a)
- Waagerecht - Bidirektional (Fig. 8b)
- Senkrecht - Unidirektional (Fig. 9a)
- Senkrecht - Bidirektional (Fig. 9b).

Für jede Korngröße in dem Bereich (0,5/1,0/2,0/4,0) mm wird ein gesondertes Sprühprogramm verwendet. Abhängig von der Korngröße und den geometrischen Abmessungen des Düsenblockes werden Zeilen- bzw. Spaltenvorschübe durchgeführt.

Für den Sprühprogrammablauf werden Fahrbefehle an die SPS herausgegeben und die tatsächliche Position des Düsenblockes durch Gebersignale von den Servomotoren der X- bzw. Y-Achse erfaßt. Bei Punktbeginn wird eine Interruptroutine ausgeführt, in der die Zeit für die Wiedergabe in definierte Abschnitte eingeteilt wird. Die Bilddatenübernahme erfolgt über eine 16-Bit-Eingangs-/Ausgangskarte während des Sprühprogrammablaufs über eine weitere Interruptroutine.

Der Steuerrechner beginnt nach dem letzten Punkt der vorigen Zeile mit der Übernahme der neuen Zeilendatei in den zugewiesenen Speicheradressraum. Sobald die Übernahme und eine Plausibilitätskontrolle der Punktnummern abgeschlossen ist, wird der Antrieb für die nächste Zeilenfahrt gestartet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind die Anpassung des GFS für den konkreten Anwendungsfall, z. B.

- Verkürzung der Y-Achse für die Besprühung von Heizkörpern, Bandenwerbung in Sportstadien, an Haltestellen und anderen gleichgelagerten Objekten, wobei bei horizontalem Sprühmodus nur eine X-Achse angetrieben wird (Fig. 10),
- Verkürzung der X-Achsen für die Besprühung von Fassaden, Fensterjalousien im Parterrebereich, Pfeilern, Säulen und gleichgelagerten Objekten mit vertikalem Sprühmodus,
- Ausbildung der X- und Y-Achsen in Überlänge unter Verwendung eines Versteifungsrahmens 45, der zwischen einer Transportschiene 46 und einer Laufschiene 47 geführt wird, z. B. zur Herstellung von Großbildern für Bühnen- und Filmdekorationen und gleichgelagerten Objekten,
- Verkürzung der X- und Y-Achsen und Ausbildung in Leichtbauversion mit Aufhängerahmen 48 zum Einhängen an Hub- bzw. Hängebühnen für die Großbildherstellung an Häuserwänden u. ä.

Bezugszeichenliste

1

Verfahreinheit

2

X-Achsen-Lineareinheit

3

Energiekette für X-Achsen-Lineareinheit

4

Steckerverteilung

5

Y-Achsen-Lineareinheit

6

Energiekette für Y-Achsen-Lineareinheit

7

Z-Achsen-Lineareinheit

8

Montageeinheit

9

Servomotoren

10

Haltebremse

11

Getriebe

12

Farbgebungseinheit

13

Trägerplatte

14

45°-Halterung

15

Düsenblock

16

Farbbehälter mit Halterung

17

Verstärkerelektronik

18

Entsorgungsbox

19

Wegeventile

20

Druckmanometer

21

pneumatischer Antrieb für Reinigungsmittelauffangklappe

22

Fußbaugruppe links

23

Fußbaugruppe rechts

24

senkrechtes Stützelement

25

Querelement

26

Teleskopfüße

27

Schwenkräder

28

Stabilisator

29

Transport- und Haltevorrichtung

30

Entsorgungsbox

31

Steuerschrank

32

Druckluft- und Materialschrank

34

Düsengehäuse

35

dreiteiliger Düsenkopf

35.1

Farbzuführungsteil

35.2

Trägerteil

35.3

Düsenkopfeinsatz

36

Ventilsitz

37

Ventilnadel

38

Spulenantrieb

39

Schnellverschluß

41

Steuer-PC

42

Dichtungssatz

43

Schnellsteckverbindung

45

Versteifungsrahmen

46

Transportschiene

47

Laufschiene

48

Aufhängerahmen

Claims

1. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem zur farblichen Oberflächengestaltung auf Basis von Airbrush-Düsensprühtechnik, wobei die Verfahrein heit (1) mit zwei horizontal angetriebenen Lineareinheiten (2) als X-Achsen und dazugehöriger Energiekette (3), der Steckerverteilung (4), einer vertikal angetriebenen Lineareinheit (5) als Y-Achse und dazugehöriger Energiekette (6), einer horizontal angetriebenen Lineareinheit (7) als Z-Achse mit dazugehöriger Montageeinheit (8) besteht, die Achsantriebe über Servomotoren (9) mit Haltebremse (10) und Getriebe (11) erfolgen,
wobei an der Lineareinheit (5) eine Farbgebungseinheit (12), bestehend aus Lineareinheit (7), Montageeinheit (8), Trägerplatte (13), 45°-Halterung für Düsenblock mit Senso ren (14), Düsenblock (15), Farbbehälter mit Halterung (16), als Fließbecher mit Entlüftungsöffnung plus Farbschläuchen mit Absperrhähnen und Filter ausgebildet, die Verstärkerelektronik (17) für die Abstandssensorik und den Düsenblock, sowie die Reinigungsmittelauffangklappe mit Entsorgungsbox (18), den Wegeventilen (19) für die Druckluft und die Reinigungsmittelflüssigkeit, dem Druckmanometer (20) mit Filter und Einstellregler sowie der pneumatische Antrieb (21) für die Reinigungsmittelauffangklappe angeordnet ist,
wobei die Lineareinheiten (2) sich an ihren Enden auf zwei Fußbaugruppen (22) und (23), bestehend aus senkrechtem Stützelement (24), Querelement (25) mit elektrisch oder manuell betreibbaren Teleskopfüßen (26) abgestützt sind, wobei die Fußbaugruppe (23) um die Transport- und Haltevorrichtung (29) zur Aufnahme der Lineareinheit (5) und die schwenkbare Entsorgungsbox (30) erweitert ist,
wobei zum Gesamtsystem ferner ein Steuerschrank (31), bestehend aus einem verfahrbarem Metallschrank mit aufschwenkbaren Seitenteilen zugeordnet ist, der an seiner Frontseite die elektrischen Anschlüsse für die Signal- und Stromversorgung zur Verfahreinheit (1), dem Steuer-PC (41), dem Druckluft- und Materialschrank (32) sowie den elektrischen Anschluß an das Netz, den Not-Aus-Druckschalter und den Netzschalter aufnimmt, wobei die Steuer- und Antriebstechnik der Achsen, Stromversorgung und Mikrocontroller des GFS Aufnahme an einer Trägerbaugruppe im Inneren des Schrankgehäuses finden,
wobei der Druckluft- und Materialschrank (32) aus einem verfahrbaren Metallschrank besteht, der die Elemente Drucklufterzeuger, Trockner, Druckbehälter, Farb- und Reinigungsmittel, sowie eine Ultraschallwaschanlage aufnimmt,
wobei der Düsenblock (33) mittels Schnellverschluß (39) auswechselbare Düsen aufnimmt, bestehend aus Düsengehäuse (34) aus Spezialaluminium, den leicht austauschbaren dreiteiligen Düsenköpfen (35) mit einem Farbzuführungsteil (35.1), welches den auswechselbaren Ventilsitz (36) in Hartmetall- oder Keramikausführung aufnimmt, dem Trägerteil (35.2), welches den einschraubbaren Düsenkopfeinsatz (35.3) aufnimmt, dem Düsenkopfeinsatz (35.3) selbst mit unterschiedlicher zylindrischer oder konischer Luftzuführung und den Ventilnadeln (37) aus Hartmetall mit Titanbeschichtung in konischer Kopfausführung oder mit Kugelkopf aus Keramik, den Spulenantrieb (38) welcher mittels Federscheiben axial über eine Stellschraube/Stellmutter einstellbar ist, sowie Dichtungssätze (42) und Schnellsteckverbindungen (43) und
wobei zur Steuerung des GFS ein Mikrocontroller mit einer Zentralprozeßeinheit und einer Zeitprozeßeinheit sowie zwei Eingangs/Ausgangskarten zu je 16 Bit zur Betreibung im Einrichte- oder Sprühmodus eingesetzt ist.

2. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Mikrocontroller im Einrichtmodus als Übertragungsstation zwischen dem Steuer-PC und der speicherprogrammierbaren Steuerung, ohne Hinzuziehung der Zeitprozeßeinheit einsetzbar ist, so daß Befehle und Parameter vom Steuer-PC generiert und über eine Schnittstelle nach dem RS232-Standard an den Mikrocontroller gesendet werden, wobei die korrekte Übertragung über ein durch ein Asynchron-Binäres- Übertragungsprotokoll auf Basis des Referenzmodells gesichert ist und eingegangene Befehle an eine speicherprogrammierbare Steuerung mit dem Handshakingverfahren über eine 16-Bit-Eingangs-/Ausgangskarte übertragbar sind.

3. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Sprühmodus unter Einsatz von zwei 16-Bit-Eingangs-/Ausgangskarten und Einbeziehung des Time Processing Unit, so daß 4 × n Sprühprogramme

- waagerecht - Unidirektional
- waagerecht - Bidirektional
- senkrecht - Unidirektional
- senkrecht - Bidirektional

realisierbar sind.

4. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Besprühung von Heizkörpern, Bandenwerbung in Sportstadien, Haltestellen und anderen gleichgelagerten Objekten das GFS durch Verkürzung der Y-Achse modifizierbar ist, wobei bei horizontalem Sprühmodus nur eine X-Achse anzutreiben ist.

5. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Besprühen von Fassaden, Fensterjalousien, Pfeilern, Säulen und anderen gleichgelagerten Objekten das GFS durch Verkürzung der X-Achsen mit vertikalem Sprühmodus modizifierbar ist.

6. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Herstellung von Großbildern für Bühnen- und Filmdekorationen und gleichgelagerten Objekten die X- und Y-Achsen in Überlänge unter Verwendung eines Versteifungsrahmens (45) zwischen einer Transport- (46) und Laufschiene (47) modifizierbar ist.

7. Computergesteuertes mobiles Großfarbgebungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Großbildherstellung an Häuserwänden, Werbeflächen und anderen gleichgelagerten Elementen das GFS in Leichtbauversion mit verkürzten X- und Y-Achsen mit Aufhängerahmen (48) zum Einhängen an Hub- oder Hängebühnen modifizierbar ist.