DE19746045C1 - Einrichtung zur Kontrolle eines Sprühstrahles - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Kontrolle eines Sprühstrahles, mit welcher ein Sprühstrahl beleuchtet und die an den Sprühmittelpartikeln gestreute Strahlung erfaßt wird, um auf die Dichte und Dichteverteilung der Sprühmittelpartikel zu schließen. Damit ist das Vorhandensein eines Sprühstrahles, eventuelle Lageabweichungen und ein Auslaufen bzw. Austropfen von Sprühmitteln vollautomatisch kontrollierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle eines Sprühstrahles.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist insbesondere geeignet zur Sprühstrahlüberwachung in vollautomatischen Beschichtungs,- und Bedampfungsprozessen, oder zur Überwachung von Einspritzvorgängen.

Die Beschichtung von serienmäßig hergestellten Gegenständen, wie z. B. Karosserieteilen von Fahrzeugen erfolgt heutzutage in Anlagen, in denen ein oder mehrere Sprühstrahlen automatisch nach einem vorprogrammierten Bewegungsregime über die zu beschichtende Oberfläche geführt werden. Um eine reproduzierbare gleichmäßige Beschichtung sicher zu stellen, ist es bislang üblich die Austrittsöffnung der Sprühdüse visuell zu kontrollieren.

Auch wenn in den dafür vorgesehenen Behältern noch ausreichend Sprühmittel vorhanden ist (Kontrolle über eine Füllstandsanzeige) kann es sein, daß auf Grund einer Verstopfung der Austrittsöffnung der Sprühdüse kein Sprühstrahl vorhanden ist.

Außerdem kann es passieren, daß Sprühmittel aus der Austrittsöffnung ausläuft, was zu einem Sprühmittelverlust, im wesentlichen aber zur Verschmutzung der Austrittsöffnung führt. Durch die Verschmutzung der Austrittsöffnung kommt es zur Abweichung des Öffnungsquerschnittes, die zu einer Veränderung des Strahlquerschnittes beim Austritt des Strahles aus der Sprühdüse und entsprechend des aufgeweiteten Strahlquerschnittes beim Auftreffen auf die zu beschichtende Oberfläche führt. Darüber hinaus kann es zur Veränderung der Dichteverteilung der Sprühmittelpartikel über den Querschnitt und somit zu einer Veränderung der Strahllage kommen.

Dies alles wirkt einer gleichmäßigen Beschichtung entgegen. Zur visuellen Kontrolle der Austrittsöffnung muß der Sprühvorgang unterbrochen und die Düse in eine Position gebracht werden, die eine Betrachtung durch einen Kontrolleur gestattet.

Zusätzlich zum Zeitverlust und der Notwendigkeit der Anwesenheit eines Kontrolleurs ist die Entscheidung des Kontrolleurs, wann die Austrittsöffnung gereinigt werden muß, subjektiv und kann daher kein objektives Kriterium für eine reproduzierbare Qualität der Gleichmäßigkeit der Beschichtung sein. Außerdem bleiben bei einer Beschränkung der Kontrolle des Sprühstrahls mittelbar auf die Kontrolle der Austrittsöffnung andere mögliche Fehlereinflüsse, z. B. eine Verkippung der Sprühdüse aus ihrer Sollage, unbeachtet.

Ein Verfahren zum Messen der Form einer eingespritzten Substanz und eine automatische Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens sind in der DE 34 41 038 A1 beschrieben.

Es wird von der eingespritzten Substanz ein optisches Bild auf einen fotoelektrischen Empfänger projiziert und von diesem in ein Videosignal umgesetzt.

Mittels einer speziellen Signalerfassung und -auswertung kann aus dem Videosignal auf die Form der eingespritzten Substanz und damit auch auf die Form der Einspritzdüse rückgeschlossen werden.

Die Beschreibung der Einrichtung betrifft im wesentlichen die für die Signalverarbeitung und -auswertung erforderlichen Baugruppen.

Um jedoch ein Videosignal zu erhalten, was allein durch das Bild der eingespritzten Substanz verursacht wird, ist es wichtig, den Einfluß von Fremdlicht und die Verschmutzung des Empfängers zu verhindern. Zur Lösung dieser beiden Probleme bietet die DE 34 41 038 A1 keine Lösungsansätze.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, wartungsarme Einrichtung zu schaffen, mit der Sprühstrahlen auch geringer Partikelkonzentration in ihrer Lage, Form und Dichteverteilung kontrolliert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einer Einrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Wesentlich an dieser Lösung ist, daß

• - die detektierten Signale nur von an den Sprühmittelpartikeln gestreutem Licht verursacht werden und nicht von anderweitig reflektiertem oder gestreuten Licht oder von Fremdlicht, und
• - es zu keiner parziellen Abschwächung der Strahlungsintensität innerhalb der Beleuchtungsstrahlung oder der Streustrahlung kommen kann, die durch eine Verschmutzung mit Sprühmittel verursacht wird.

Insbesondere das erstgenannte Problem wird durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Sprühstrahl intern der Einrichtung kontrolliert wird, wodurch Fremdlichteinflüsse verhindert werden. Durch ein Absaugen des Sprühstrahles und eine Luftströmung vor den optisch wirksamen, dem Sprühstrahl unmittelbar zugewandten Flächen wird deren Verschmutzung verhindert, und damit das zweitgenannte Problem gelöst. Vorteilhaft für einen Langzeiteinsatz ist es, wenn die im Abbildungsstrahlengang erste optisch wirksame Fläche eine austauschbare, transparente Scheibe oder Folie ist. Eine Absaugvorrichtung zum Auffangen des Sprühstrahles ist auch hier von Vorteil.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigt

Fig. 1 die Prinzipskizze einer Einrichtung für eine geräteinterne Sprühstrahlkontrolle in Draufsicht als Schnittdarstellung und

Fig. 2 die Einrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenansicht als Schnittdarstellung

Zum besseren Verständnis der Funktionsweise wurde ein kartesisches Koordinatensystem eingeführt, dessen x- und y-Achse in der Zeichenebene von Fig. 1 liegen und dessen z-Achse senkrecht auf dieser Zeichenebene steht.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Einrichtung umfaßt im wesentlichen eine Grundeinheit, bestehend aus einem hohlen Innenzylinder 1 und einem hohlen Außenzylinder 2, die die gleiche Höhe aufweisen und koaxial zueinander angeordnet sind, sowie einer Deckplatte 3 und einer Bodenplatte 4, welche die beiden Zylinder beidseitig verschließen. Im Umfang des Außenzylinders 2 befindet sich nahe der Deckplatte 3 eine Lufteintrittsöffnung 5 und nahe der Bodenplatte 4 eine Luftaustrittsöffnung 6. Ebenfalls am Umfang des Außenzylinders 2 befinden sich um ca. 30° zueinander versetzt ein erstes Fenster 7 und eine zweites Fenster 8. Dem ersten Fenster 7 ist außerhalb des Außenzylinders 2 eine Beleuchtungseinrichtung 9 vorgeordnet. Dem zweiten Fenster 8 ist in radialer Richtung ebenfalls außerhalb des Außenzylinders 2 eine Optik 10 und ein senkrecht zur z-Achse ausgerichteter optoelektronischer Zeilenempfänger 11, der mit einer Signalverarbeitungseinheit 16 verbunden ist, vorgeordnet. Die Optik 10 ist so dimensioniert, daß der Sprühstrahl in der Objektebene und der optoelektronische Zeilenempfänger 11 in der Bildebene liegt.

Der Innenzylinder 1 weist eine stark absorbierende innere Oberfläche und jeweils eine den Fenstern gegenüberliegende Öffnung auf.

In der Deckplatte 3 befindet sich mittig eine Strahleintrittsöffnung 12, während in der Bodenplatte 4 ebenfalls mittig eine vorzugsweise größere Strahlaustrittsöffnung 1 vorhanden ist. An dieser Strahlaustrittsöffnung 13 ist ein Rohrstück 14 angebracht, über welches eine Absaugeinrichtung 15 mit dem Innenraum des Innenzylinders 1 verbunden ist.

Zur Kontrolle des Sprühstrahles wird die Sprühdüse senkrecht in die Strahleintrittsöffnung 12 eingetaucht und in einer definierten Lage zur Einrichtung gehalten. Nach dem Einschalten des Sprühstrahles durchdringt dieser ungehindert den Innenraum des Innenzylinders 1 und wird durch die Strahlaustrittsöffnung 13 mittels der Absaugeinrichtung 15 abgesaugt. Je nach der Stärke des Soges, erzeugt durch die Absaugeinrichtung 15, kann das Rohrstück 14 auch einen deutlich kleineren Innendurchmesser aufweisen als der Sprühstrahldurchmesser des Sprühstrahles beim Auftreffen auf die Bodenplatte 4 ist.

Gleichzeitig wird der Sprühstrahl durch die Beleuchtungseinrichtung 9 beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung 9 ist vorteilhafterweise ein Halogenstrahler, dessen Strahlung über einen Lichtleiter bis an das erste Fenster 7 geführt wird. Anstelle des ersten Fensters 7 kann auch das Ende des Lichtleiters druckdicht durch die Wandung des Außenzylinders 2 geführt sein und mit der Innenfläche abschließen.

Durch die Beleuchtung des Sprühstrahles entsteht ein Streulicht, dessen Intensität und Verteilung von der Menge und Größe der Sprühmittelpartikel und deren Verteilung über den Sprühstrahlquerschnitt bestimmt ist. Dieses Streulicht trifft anteilig über das zweite Fenster 8 und die Optik 10 auf den optoelektronischen Zeilenempfänger 11. Das zweite Fenster 8 kann auch durch die Optik 10 ersetzt werden, d. h. anstelle des zweiten Fensters 8 ist die Optik 10 druckdicht in die Wandung eingesetzt, so daß die dem Sprühstrahl zugewandte Außenfläche der Optik 10 annähernd mit der Innenfläche des Außenzylinders 2 zusammenfällt. Damit die Einrichtung dauerhaft zuverlässig arbeitet, ist es wichtig, daß eine Verschmutzung der beiden Fenster bzw. das an deren Stelle gefaßte Ende des Lichtleiters und die eingesetzte Optik 10 verhindert wird.

Das Verschmutzungsproblem wird im wesentlichen gelöst, indem zwischen den beiden Zylindern in Richtung des Sprühstrahls Druckluft geführt wird, die wie ein Vorhang wirkend, das Eintreten von Sprühmittelpartikeln zwischen die beiden Zylinder verhindert, ohne dabei den Sprühstrahl zu beeinflussen. Um die Luftströmung in Richtung des Sprühstrahles zu führen, können zwischen den Zylindern vorteilhafterweise Stege 17 eingebracht sein. Es können auch mehrere Lufteintrittsöffnungen 5 und Luftaustrittsöffnungen 6 an der Wandung oder auch in der Deckplatte 3 bzw. Bodenplatte 4 vorhanden sein, was sich für die Strömungsverhältnisse günstig auswirkt.

Der optoelektronische Zeilenempfänger 11 (z. B. eine CCD-Zeile mit 128 Pixel) liefert an die Signalverarbeitungseinheit 16 von der Lage und der Menge der Sprühmittelpartikel abhängige Signale.

Die Signalverarbeitungseinheit 16 kann aus den Signalen die Sprühstrahllage berechnen und diese mit einer vorgegebenen Sollage vergleichen. Bei Abweichung der Istlage von der Sollage über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus kann ein akustisches Signal oder ein Schaltsignal ausgelöst werden, welches den Sprühstrahl abstellt. Die Ursachen für die Abweichung, die auf eine Dejustage der Sprühdüse oder auf eine Verschmutzung der Austrittsöffnung zurückzuführen sind, können nun behoben werden.

Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungseinheit 16 aus den Signalen die Dichteverteilung der Sprühmittelpartikel ermitteln. Diese können in Datenform angezeigt oder ausgegeben oder grafisch auf einem Monitor dargestellt werden. Es kann auch angezeigt werden, wenn kein Sprühstrahl vorhanden ist, d. h. die Signalverarbeitungseinheit 16 keine Signale erhält oder wenn Sprühmittel ausläuft oder abtropft, wodurch die Signalverarbeitungseinheit 16 stark überhöhte Signale erhält. Die Signalverarbeitungseinheit 16 ist so ausgelegt, daß der zu kontrollierende Sprühstrahl mit mehreren Sollagen verglichen werden kann. Dazu wird die Sprühdüse um die z-Achse gedreht.

Der Aufbau der Grundeinheit mit einem Innen- und Außenzylinder ist die zweckmäßigste Form für die beiden koaxial ineinander angeordneten Hohlkörper. Eine von der Zylinderform abweichende Form würde die Funktionalität nicht beeinflussen.

Eine Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 ist dann besonders vorteilhaft umsetzbar, wenn der Sprühstrahl eine geringe Partikelkonzentration aufweist und demnach die Intensität des Streulichtes gering ist, so daß der Sprühstrahl möglichst nah am Empfänger angeordnet und sämtliche Fremdlichteinflüsse verhindert werden müssen.

Bezugszeichenliste

1

Innenzylinder

2

Außenzylinder

3

Deckplatte

4

Bodenplatte

5

Lufteintrittsöffnung

6

Luftaustrittsöffnung

7

erstes Fenster

8

zweites Fenster

9

Beleuchtungseinrichtung

10

Optik

11

optoelektronischer Zeilenempfänger

12

Strahleintrittsöffnung

13

Strahlaustrittsöffnung

14

Rohrstück

15

Absaugeinrichtung

16

Signalverarbeitungseinheit

17

Steg

Claims (4)

1. Einrichtung zur Kontrolle eines Sprühstrahles mit einer Beleuchtungseinrichtung (9), einem optoelektronischen Empfänger und einer mit diesem verbundenen Signalverarbeitungseinheit (16), dadurch gekennzeichnet,
daß ein hohler Innenzylinder (1) und ein dazu koaxial angeordneter hohler Außenzylinder (2) gleicher Höhe, beidseitig verschlossen durch eine Deckplatte (3) und eine Bodenplatte (4), vorhanden sind,
daß in der Wandung des Außenzylinders (2) in gleicher Höhe zwei nebeneinander angeordnete Fenster (7; 8) vorhanden sind, wobei außerhalb des Außenzylinders (2) vor dem ersten Fenster (7) die Beleuchtungseinrichtung (9) in radialer Richtung einstrahlend befestigt ist und vor dem zweiten Fenster (8) der Empfänger vorhanden ist, der einen Zeilenempfänger (11) darstellt und senkrecht zur gemeinsamen Achse der Zylinder (1; 2) ausgerichtet ist und auf welchem das durch das zweite Fenster (8) tretende Streulicht mittels einer vorgeordneten Optik (10) abgebildet wird,
daß die Deckplatte (3) mittig eine Strahleintrittsöffnung (12) aufweist, durch welche die den Sprühstrahl aussendende Sprühdüse in den Innenraum des Innenzylinders (1) getaucht wird, und in der Bodenplatte (4) ebenfalls mittig eine Strahlaustrittsöffnung (13) vorhanden ist, an welcher ein mit einer Absaugeinrichtung (15) verbundenes Rohrstück (14) angesetzt ist,
daß der Innenzylinder (1) innen eine hochabsorbierende Oberfläche und gegenüber den Fenstern (7; 8) jeweils eine Öffnung aufweist, welche die Beleuchtungsstrahlung und die detektierte Streustrahlung nicht bündelbegrenzt und
daß oberhalb der Fenster (7; 8) wenigstens eine Lufteintrittsöffnung (5) und unterhalb der Fenster (7; 8) wenigstens eine Luftaustrittsöffnung (6) vorhanden ist, über welche Druckluft zwischen den Außenzylinder (2) und den Innenzylinder (1) geführt wird, um einen Niederschlag von Sprühmittelpartikeln auf den Fenstern (7; 8) zu verhindern.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fenster (7) durch einen Lichtleiter ersetzt ist, dessen erstes Ende mit der Beleuchtungseinrichtung (9) verbunden ist und dessen zweites Ende durch die Wandung des Außenzylinders (2) geführt annähernd mit der Innenfläche des Außenzylinders (2) abschließt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fenster (8) durch die Optik (10) ersetzt ist, so daß die dem Sprühstrahl zugewandte Außenfläche der Optik (10) annähernd mit der Innenfläche des Außenzylinders (2) abschließt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Fenstern (7; 8) jeweils ein Steg (17) radial zwischen der Außenfläche des Innenzylinders (1) und der Innenfläche des Außenzylinders (2) vorhanden sind, wodurch der Raum, durch welchen die Druckluft geführt wird, auf einen Bereich vor den Fenstern (7; 8) begrenzt wird.