DE202016007328U1

DE202016007328U1 - Device for temporary coating and optical measurement of objects

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Publication number: DE202016007328U1
Application number: DE202016007328.2U
Authority: DE
Original assignee: Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Current assignee: Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2016-12-09
Anticipated expiration: 2026-11-26

Abstract

Automatisierungsfähige prozessgesteuerte Vorrichtung zur temporären Beschichtung und optischen Messung von Messobjekten (1), wobei die Messobjekte (1) zunächst einer Vorbehandlung unterzogen und mit einem flüchtigen Filmbildner (2) beschichtet, nachfolgend optisch gemessen und danach einer Nachbehandlung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einer gemeinsamen Tragstruktur alle für einen vollständigen Messprozess notwendigen Baugruppen integriert sind, wobei diese Tragstruktur eine Arbeitsplattform (3), ein Wirkmodul zur Vorbehandlung (4), einen Applikationsroboter (5), ein Wirkmodul zur Beschichtung (6), ein Messsystem (7) und ein Wirkmodul zur Entschichtung (8) aufweist und wobei der Tragstruktur mindestens eine Luftöffnung (9) zur Erzeugung eines Abluftstromes zugeordnet ist, in deren Strömungsweg ein Filtersystem (10) angeordnet ist.Automation-capable process-controlled device for the temporary coating and optical measurement of test objects (1), wherein the test objects (1) are first subjected to a pretreatment and coated with a volatile film former (2), subsequently optically measured and then subjected to an aftertreatment, characterized in that a support structure for all working for a complete measurement process modules are integrated, this support structure a working platform (3), an active module for pretreatment (4), an application robot (5), an active module for coating (6), a measuring system (7) and an active module for stripping (8) and wherein the support structure is associated with at least one air opening (9) for generating an exhaust air flow, in the flow path of a filter system (10) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisierungsfähige Vorrichtung zur temporären Beschichtung und zum optischen Scannen von Messobjekten, wobei die Prüflinge zunächst einer Vorbehandlung unterzogen und mit einem flüchtigen Filmbildner beschichtet, nachfolgend optisch gemessen und danach einer Nachbehandlung unterzogen werden.The invention relates to an automated device for temporary coating and optical scanning of objects to be measured, wherein the specimens first subjected to a pretreatment and coated with a volatile film former, subsequently measured optically and then subjected to a post-treatment.

Die Qualität einer optischen Messung wird maßgeblich durch die Lichteigenschaften der zu messenden Oberflächen bestimmt. Häufig wird eine diffuse Lichtreflexion auf den äußeren Grenzflächen des Messobjektes angestrebt. Die meisten der derzeit am Markt verfügbaren optischen Messgeräte erreichen ihre Einsatzgrenzen, sofern vollkommen durchsichtige, transluzente, absorbierende, spiegelnde oder glänzende Oberflächen vermessen werden sollen. Zusätzliche Maßnahmen zur Anpassung von Lichtquelle, Sensor und optischer Abbildung an die Objekteigenschaften sind dann für eine optimale Bildgebung oftmals nicht zielführend. Mess- und Positionierstrategien zur Vermeidung von Fehlmessungen bzw. zur Verringerung von Artefakten erfordern nicht nur Expertenwissen, sondern sind oft auch methodisch, zeitlich und gerätetechnisch aufwändig.The quality of an optical measurement is largely determined by the light properties of the surfaces to be measured. Frequently, a diffuse light reflection on the outer boundary surfaces of the measurement object is desired. Most of the optical measuring instruments currently available on the market reach their limits of use, provided that completely transparent, translucent, absorbing, reflective or glossy surfaces are to be measured. Additional measures for adapting the light source, sensor and optical image to the object properties are then often not effective for optimal imaging. Measuring and positioning strategies for avoiding erroneous measurements or for reducing artifacts not only require expert knowledge, but are also often costly, time-consuming and technically complex.

Um nicht bzw. schwer messbare Objektflächen für das optische 3D-Scannen aufzubereiten, werden üblicherweise Weißmittel auf Basis anorganischer Pigmentstoffe, z. B. Titandioxid, Kreide oder Bariumsulfat, verwendet. Möglich ist auch der Einsatz von Entspiegelungsmitteln aus der Produktfotografie auf Basis beständiger Kohlenwasserstoffe. Diese Methoden der Aufbereitung zum Beweißen und Mattieren sind allerdings nur für Messobjekte und Messräume geeignet, bei denen keine Reinheitsanforderungen bestehen. Besonders die auf wertintensiven Objekten abgeschiedenen beständigen Reflexionsschichten müssen anschließend wieder entfernt werden. Bei einer Beschichtung von ausgedehnten Oberflächen gestaltet sich eine derartige Reinigung aufwändig und ist nicht immer zufriedenstellend, weil in der Regel Materialreste auf der Oberfläche zurückbleiben. Für sensible und filigrane Messobjekte, z. B. Strukturbauteile der Feinwerktechnik mit Mikrokavitäten bzw. offenporösem Gefüge, führt ein Auftrag dieser langzeitstabilen Mittel unvermeidlich zu irreversiblen Kontaminationen oder Abrasionen auf der Oberfläche.In order to prepare non-measurable or difficult-to-measure object surfaces for optical 3D scanning, whitening agents based on inorganic pigment substances, eg. As titanium dioxide, chalk or barium sulfate used. It is also possible to use antireflective agents from product photography based on stable hydrocarbons. However, these methods of preparation for graining and matting are only suitable for measuring objects and measuring rooms in which no purity requirements exist. In particular, the resistant reflection layers deposited on valuable objects must then be removed again. With a coating of extended surfaces, such a cleaning is complicated and is not always satisfactory, because as a rule residual material remains on the surface. For sensitive and filigree measurement objects, eg. B. structural components of precision engineering with micro-cavities or open-porous structure, an order of these long-term stable agents inevitably leads to irreversible contamination or abrasions on the surface.

Bedingt durch die relativ dicken Weißschichten mit großer Granularität treten bei optischer Mikromesstechnik wie konfokale, triangulationsbasierte, autofokussierende und auf Fokusvariation basierende Verfahren beträchtliche Messverfälschungen auf.Due to the relatively thick white layers with high granularity, considerable measurement distortions occur in optical micrometer technology such as confocal, triangulation-based, autofocusing and focus variation-based methods.

Deshalb wird angestrebt, auf die Messobjekte dünne helle Schichten mit gleichmäßig diffuser Reflexion in allen Richtungen aufzutragen, die sich nach einem bestimmten Zeitraum ohne zusätzliche Arbeitsschritte selbsttätig rückstandsfrei auflösen, so dass der Grundkörper des Messobjektes wieder im Originalzustand vorliegt. Hierfür sind Mittel geeignet, die bereits bei Raumtemperatur oder einer leicht höheren Temperatur flüchtig sind. Demzufolge entfernen sich solche Mittel aufgrund Ihrer Flüchtigkeit in relativ kurzer Zeit rückstandsfrei, so dass eine Entfernung der Schicht zwangsläufig entfällt.Therefore, the aim is to apply to the test objects thin light layers with uniform diffuse reflection in all directions, which dissolve after a certain period of time without additional steps automatically residue-free, so that the main body of the measurement object is back in its original state. For this means are suitable, which are volatile at room temperature or a slightly higher temperature. Consequently, such agents remove due to their volatility in a relatively short time without residue, so that removal of the layer inevitably deleted.

Eine diesbezügliche technische Lösung ist aus DE 44 02 074 C2 bekannt. Dabei wird auf die Oberfläche eines Messobjektes, dessen Reflexionseigenschaften verändert werden sollen, zunächst eine flüssige Zubereitung aufgetragen, z. B. durch Sprühen oder mit einem Pinsel. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt des Aufbringens der Schicht verflüchtigt sich ein in der flüssigen Zubereitung enthaltenes Lösemittel. Dadurch verbleibt zunächst nur noch ein gelöster Stoff auf der Objektoberfläche. Dieser Stoff bildet auf physikalischer Grundlage in Verbindung mit Lösemittel wie Ethanol und Isopropanol einen weißen opaken Oberflächenbelag. Dieser weist Reflexionseigenschaften auf und wird daher als Messschicht verwendet. Die Stoffkomponente, die diese Schicht ausbildet, ist eine sublimierbare Verbindung. Demzufolge verflüchtigt sich auch diese Schicht nach einer bestimmten Verweildauer auf dem Objekt selbsttätig. Durch Einsatz konventioneller Lösemittel bei der Verarbeitung (z. B. Aufpinseln oder Sprühen) ist eine Reaktion mit dem Objekt nicht ausgeschlossen.A related technical solution is out DE 44 02 074 C2 known. In this case, a liquid preparation is first applied to the surface of a measurement object whose reflection properties are to be changed, for. B. by spraying or with a brush. Immediately after the time of application of the layer, a solvent contained in the liquid preparation volatilizes. This initially leaves only a solute on the object surface. This substance forms a white opaque surface covering on a physical basis in combination with solvents such as ethanol and isopropanol. This has reflection properties and is therefore used as a measuring layer. The fabric component that forms this layer is a sublimable compound. As a result, this layer also volatilizes automatically after a certain residence time on the object. By using conventional solvents during processing (eg brushing or spraying) a reaction with the object is not excluded.

Es ist auch bekannt, dass solche flüchtigen Filmbildner beispielsweise beim Sprühen aus der Schmelze eine diffuse Reflexionsschicht bilden. Für derartige Schichten sind z. B. flüchtige Filmbildner aus der Klasse der aliphatischen Kohlenwasserstoffe geeignet. Diesbezüglich werden Cyclododecan und Camphen bereits seit Jahren für Anwendungen auf dem Gebiet der Restaurierung bzw. Konservierung zur mechanischen Stabilisierung und Versiegelung von Objekten bzw. Oberflächen eingesetzt.It is also known that such volatile film formers, for example, form a diffuse reflection layer when sprayed from the melt. For such layers z. B. volatile film formers from the class of aliphatic hydrocarbons suitable. In this regard, cyclododecane and camphene have been used for years in restorative and conservation applications for the mechanical stabilization and sealing of objects and surfaces, respectively.

Dabei stellt die Applikation von Cyclododecan (CCD) aus Spraydosen in Kombination mit einem Treibgas (Methan-Butan-Gemisch) als Lösungsmittel keine Alternative für das Herstellen temporärer Messschichten dar. Nachteil dieser Verarbeitungsmethode ist das schwierige Dosieren und die starke Kristallbildung während des Aufbringens, wodurch relativ grobe Weißschichten mit unregelmäßiger Schichtdicke entstehen, die zur Durchführung hoch aufgelöster optischer Scans nicht geeignet sind.The application of cyclododecane (CCD) from spray cans in combination with a propellant gas (methane-butane mixture) as solvent is not an alternative for the production of temporary measuring layers. The disadvantage of this processing method is the difficult dosing and the strong crystal formation during application, which develop relatively coarse white layers with irregular layer thickness, which are not suitable for performing high-resolution optical scans.

Die EP 2 829 328 A1 betrifft eine Applikationsvorrichtung zur Aufbringung mindestens einer sublimierbaren kondensierbaren Verbindung auf Bauteiloberflächen. Vorzugsweise wird hierbei Cyclododecan verwendet, das bereits zur Restaurierung von Papierdokumenten eingesetzt wird.The EP 2 829 328 A1 relates to an application device for applying at least one sublimable condensable compound Component surfaces. Cyclododecane, which is already used for the restoration of paper documents, is preferably used here.

Trotz ihrer guten Eigenschaften (z. B. Bildung von homogenen Reflexionsschichten mit einer begrenzten Haltbarkeit, chemische Inertheit, niedriger Schmelzpunkt, leichte Verarbeitung und gesundheitliche Unbedenklichkeit) werden die genannten flüchtigen Kohlenwasserstoffe in lediglich geringem Umfang für Aufgaben in der Messtechnik eingesetzt. Ursache hierfür sind offensichtlich die nicht bekannten Eigenschaften der Feststoffe hinsichtlich Löslichkeit, Filmbildung, Reflexionsvermögen und Flüchtigkeit oder das bisher zeit- und gerätetechnisch aufwendige Handling zur Verarbeitung und zum Abscheiden der flüchtigen Filmbildner aus der Schmelze.Despite their good properties (eg formation of homogeneous reflective layers with a limited durability, chemical inertness, low melting point, ease of processing and health safety), the said volatile hydrocarbons are used only to a limited extent for tasks in metrology. The reason for this is obviously the unknown properties of the solids in terms of solubility, film formation, reflectivity and volatility or the hitherto time and equipment technically complicated handling for processing and for separating the volatile film-forming agent from the melt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische automatisierungsfähige Lösung zur temporären Beschichtung und vollständigen Vermessung von Messobjekten mit flüchtigen Filmbildnern zu schaffen, mit der die Verfahrensschritte zur Vorbehandlung, zur Beschichtung, zur optischen Detektion und zur Nachbehandlung der jeweiligen Messobjekte funktionell weitgehend realisiert werden. Die Realisierung erfolgt durch eine Anordnung von gerätetechnischen Baugruppen mit kinematischer Tragstruktur gemeinsam in einem Arbeitsraum, in welchem auch die für einen vollständigen Messprozess notwendigen Baugruppen baulich integriert sind.The object of the invention is to provide a technical automation-capable solution for the temporary coating and complete measurement of test objects with volatile film formers, with which the process steps for pretreatment, coating, optical detection and post-treatment of the respective measurement objects are functionally largely realized. The implementation is carried out by an arrangement of device assemblies with kinematic support structure together in a workspace in which the necessary for a complete measurement process assemblies are structurally integrated.

Das Gesamtsystem beinhaltet eine Arbeitsplattform, ein Wirkmodul zur Vorbehandlung, einen Applikationsroboter, ein Wirkmodul zur Beschichtung, ein Messsystem und ein Wirkmodul zur Entschichtung. Weiterhin ist dem Arbeitsraum mindestens eine Luftöffnung zur Erzeugung eines Abluftstromes zugeordnet, in deren Strömungsweg ein Filtersystem angeordnet ist.The overall system includes a work platform, a kneading module for pretreatment, an application robot, a kneading module for coating, a measuring system and an effective module for decoating. Furthermore, the working space is assigned at least one air opening for generating an exhaust air flow, in the flow path of a filter system is arranged.

Die Arbeitsplattform umfasst einen um bis zu 360° drehbaren Tisch zur Ablage, Fixierung und Vorpositionierung der zu beschichtenden und zu messenden Objekte. Bei einem stationären Wirkmodul zur Beschichtung wird eine Plattform mit weiteren Stellachsen zur räumlichen Positionierung und Manipulation des Objektes in den Schritten Beschichtung, Messung und Entschichtung vorgeschlagen. Dies kann eine Parallelkinematik (z. B. Hexapod) sein.The work platform includes a table rotatable up to 360 ° for depositing, fixing and pre-positioning the objects to be coated and measured. In the case of a stationary active module for coating, a platform with further adjusting axes for spatial positioning and manipulation of the object in the steps of coating, measurement and stripping is proposed. This can be a parallel kinematic (eg Hexapod).

Je nach Beschaffenheit und Empfindlichkeit des zu detektierenden Objekts erfolgt die Fixierung auf dem Carrier des Drehtisches durch Kraft-, Form- oder Stoffschluss. Kompakte Messobjekte können durch mechanisches Klemmen auf dem Tisch fixiert werden. Für das verzugsfreie Fixieren dünner flächiger Messobjekte wird ein Vakuumspanner empfohlen. Für kleine, empfindliche oder poröse Messobjekte wird das spannungsarme Spannen unter Stoffschluss mit einem Gefrierspanner vorgeschlagen.Depending on the nature and sensitivity of the object to be detected, the fixation is carried out on the carrier of the turntable by force, form or material connection. Compact measuring objects can be fixed on the table by mechanical clamping. For the distortion-free fixing of thin flat measuring objects a vacuum clamp is recommended. For small, sensitive or porous objects to be measured tension-free clamping under material connection with a freezer is proposed.

Mit dem Wirkmodul zur Vorbehandlung wird die Oberfläche des Messobjektes für den Schichtauftrag vorbereitet, um eine hohe Benetzungsfähigkeit mit flüchtigem Bindemittel zu erhalten und die Haftungseigenschaften zu verbessern. Relevant sind reversible bzw. schonende Verfahren zur Vorbehandlung (Reinigung und Aktivierung) von Oberflächen.With the effective modulus for pretreatment, the surface of the object to be measured is prepared for the layer application in order to obtain a high wetting ability with volatile binder and to improve the adhesion properties. Relevant are reversible or gentle processes for pretreatment (cleaning and activation) of surfaces.

Für ein optimales Ergebnis der Messbeschichtung muss die Oberflächenspannung auf dem Objekt (Substrat) deutlich über der Oberflächenspannung des Schichtstoffs liegen.For an optimal result of the measurement coating, the surface tension on the object (substrate) must be well above the surface tension of the laminate.

Minimal bzw. nicht invasive Verfahren zur Erhöhung von Oberflächenspannung bzw. Polarität von Objektoberflächen sind beispielsweise die Korona- und Plasmabehandlung, Fluorierung sowie Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung.Minimal or non-invasive methods for increasing the surface tension or polarity of object surfaces are, for example, the corona and plasma treatment, fluorination and irradiation with ultraviolet radiation.

Eine Aktivierung von Kunststoffoberflächen zur deutlichen Erhöhung der Oberflächenenergie wird mit einem VUV-Strahler mit hoher Leistungsdichte möglich. Gleichzeitig werden damit anhaftende organische Verunreinigungen beseitigt.An activation of plastic surfaces to significantly increase the surface energy is possible with a VUV spotlight with high power density. At the same time adhering organic impurities are eliminated.

Auch können in Folge elektrostatischer Ladungen anhaftende Staubpartikel auf Kunststoffoberflächen die Filmbildung stark beeinträchtigen. Diese können mit ionisierter Luft abgeblasen und über einen systematischen Abluftstrom zu einem Filtersystem abgeführt werden.Also adhering dust particles on plastic surfaces due to electrostatic charges can greatly affect the film formation. These can be blown off with ionized air and discharged via a systematic exhaust air flow to a filter system.

Das Wirkmodul zur Beschichtung dient dem Erzeugen von temporären Schichtüberzügen zur Beweißung bzw. Mattierung der für die optische Detektion problematischen Messoberflächen. Ziel der Beschichtung mit dem Wirkmodul ist es, Lichtstreuung und Mattierung allein durch die Art, Größe und Verteilung von Schichtpartikeln der reinen flüchtigen Filmbildner, darunter Cyclododecan (CCD) und Camphen zu erreichen. Dies kann vorzugsweise durch ein Zerstäubersystem realisiert werden.The effective modulus for the coating serves to produce temporary layer coatings for the purpose of proving or matting the measuring surfaces which are problematic for the optical detection. The aim of the coating with the active modulus is to achieve light scattering and matting solely by the type, size and distribution of layer particles of the pure volatile film formers, including cyclododecane (CCD) and camphene. This can preferably be realized by a nebulizer system.

Für das prozesssichere Auftragen des flüchtigen Filmbildners werden pneumatische, hydraulische oder elektrostatische Zerstäuberverfahren vorgeschlagen. Dabei wurden in Versuchen gute Erfahrungen hinsichtlich des Auftragens relativ dünner flüchtiger Schichten mit pneumatischen Wirkmodulen gemacht.For the process-reliable application of the volatile film former, pneumatic, hydraulic or electrostatic atomization methods are proposed. In this case, good experiences were made in experiments with respect to the application of relatively thin volatile layers with pneumatic active modules.

Für die flüchtigen Filmbildner CCD und Camphen wird ein Zerstäuben aus der Schmelze bevorzugt, sofern das Messobjekt eine deckende weiße Schicht erhalten soll. Das Zerstäuben von flüchtigen Filmbildnern wie CCD und Camphen aus der Schmelze erfolgt unter Wärmezufuhr durch einem Sonderspritzapparat mit integrierten Heizelementen an Becher und Materialdüse sowie für die Luftzufuhr.For the volatile film formers CCD and camphene, sputtering from the melt is preferred if the object to be measured is to receive a covering white layer. The sputtering of volatile film formers such as CCD and Camphen from the Melting takes place under heat by a special spray gun with integrated heating elements on the cup and material nozzle and for the air supply.

Zur Glanzbrechung von Messoberflächen mit stark gerichteter Reflektion wird das Zerstäuben eines Gemisches aus CCD und Camphen favorisiert. Diese Flüssigkeit kann mit konventionellen Sprühapparaten ohne Wärmezufuhr einfach verarbeitet werden. Eine Materialverfestigung und der daraus resultierende Materialstau in der Sprüheinrichtung kann ausgeschlossen werden. Die fertig angemischten Lösungen sind bei Raumtemperatur im verschlossenen Gefäß stabil lagerfähig und schnell einsetzbar. Der Einsatz dieser Verarbeitungstechnik ist für optische Prüfungen mit kurzer Messzeit, beispielsweise mit einem optischen inlinefähigen Sensor, möglich.For diffraction refraction of measurement surfaces with strongly directed reflection, the atomization of a mixture of CCD and camphene is favored. This liquid can be easily processed with conventional sprayers without heat. A material consolidation and the resulting material accumulation in the spray can be excluded. The ready-mixed solutions are stable at room temperature in a sealed vessel and can be used quickly. The use of this processing technique is possible for optical tests with a short measuring time, for example with an optical inline-capable sensor.

Der Vorteil der genannten Methoden besteht darin, dass die Verarbeitung von CCD und Camphen ohne Einsatz chemisch reaktiver Lösemittel wie Leicht- und Siedegrenzbenzin auskommt. Gravierende gesundheitliche Auswirkungen wie bei konventionellen Lösungsmitteln bestehen nicht oder sind nicht bekannt.The advantage of the methods mentioned is that the processing of CCD and camphene works without the use of chemically reactive solvents such as light and petroleum distillate. Serious health effects as with conventional solvents do not exist or are unknown.

Das automatisierte Handhabungssystem gewährleistet, dass während der Beschichtung das Wirkmodul präzise und entsprechend dem Beschichtungsziel über das Messobjekt bewegt wird. Die konturangepasste Bewegung des Roboterarms wird dabei durch hinterlegte Geometriedaten des Messobjekts gesteuert. Subjektive Fehlereinflüsse auf die Beschichtung (darunter Winkel- und Abstandsfehler beim Sprühen sowie Mehrfachapplizieren von Oberflächenbereichen) sind damit ausgeschlossen. Vorgeschlagen wird dafür ein Knickarm-Roboter zur Lackierung oder zur Montage, an dessen Endeffektor das Wirkmodul zum Versprühen des sublimierfähigen Filmbildners befestigt ist.The automated handling system ensures that during the coating process, the active module is moved precisely over the object to be measured in accordance with the coating target. The contour-adapted movement of the robot arm is controlled by stored geometric data of the measurement object. Subjective error effects on the coating (including angular and spacing errors during spraying and multiple application of surface areas) are thus excluded. For this purpose, an articulated-arm robot for painting or assembly is proposed, to whose end effector the impact module is attached for spraying the sublimable film-forming agent.

Freigesetzte feste und gasförmige Stoffpartikel, die in Form von Sprühnebel und Staub (Overspray) und durch einsetzende Sublimation nicht auf das Messobjekt gelangen sollen, und Ausgasungen an den beschichteten Oberflächen werden durch einen Abluftstrom abgeführt. Dabei strömt die Luft von einer Luftöffnung zu einem Filtersystem, das aus einem Ventilator und mechanischen Partikelfilter besteht.Released solid and gaseous substance particles, which in the form of mist and dust (overspray) and due to onset of sublimation should not reach the test object, and outgassing on the coated surfaces are removed by an exhaust air flow. The air flows from an air opening to a filter system consisting of a fan and a mechanical particle filter.

Das Messsystem kann beispielhaft als ein auf Triangulation basierender Scanner ausgeführt werden, der Messungen bzw. Prüfungen zur Anwesenheits- oder Qualitätskontrolle, zum Reverse Engineering oder zum Rapid-Prototyping von form- bzw. oberflächenkomplizierten Bauteilen ausführt.By way of example, the measuring system can be implemented as a triangulation-based scanner that carries out measurements or tests for presence or quality control, for reverse engineering or for rapid prototyping of form-sensitive or surface-complicated components.

Das Wirkmodul zur Entschichtung ermöglicht das beschleunigte Auflösen der zuvor aufgebrachten optischen Reflexionsschicht auf dem Messobjekt, um den Ausgangszustand des Messobjekts in einem vorgegebenen Zeitfenster (z. B. Taktzeit der Fertigung) wieder herzustellen. Das Modul beschleunigt den Sublimationsvorgang durch Einsatz rein physikalischer Verfahren, bei denen Temperatur, Luftventilation oder/und Druck an der Oberfläche lokal begrenzt auf die Messobjektoberfläche systematisch erhöht werden.The effect module for stripping enables the accelerated dissolution of the previously applied optical reflection layer on the measurement object in order to restore the initial state of the measurement object within a predetermined time window (eg cycle time of production). The module accelerates the sublimation process by using purely physical methods in which temperature, air ventilation or / and pressure on the surface are locally increased to the surface of the measuring object.

Das Abdampfen kann beispielweise beschleunigt werden, indem die Schicht der Ventilation mit erwärmter Druckluft durch einen Heißluftfön oder der moderaten Erwärmung des Messobjekts bis über den Schmelzpunkt ausgesetzt wird. Ebenso kann auch die kalte oder erwärmte Dauerluft des Spritzapparates für das Auflösen der CCD- bzw. Camphen-Schicht genutzt werden. Technisch möglich ist auch das zeitweise Erzeugen eines Vakuums auf der beschichteten Substratoberfläche, wodurch die Sublimationsgeschwindigkeit ansteigt.The evaporation can be accelerated, for example, by the layer of ventilation is exposed with heated compressed air through a hot air dryer or the moderate heating of the DUT to above the melting point. Likewise, the cold or heated continuous air of the spray gun can be used for dissolving the CCD or Camphen layer. Technically, it is also possible to temporarily generate a vacuum on the coated substrate surface, thereby increasing the rate of sublimation.

Als ein weiteres Ausführungsbeispiel wird ein Heizelement in der Objekthalterung integriert, so dass das Messobjekt vorübergehend für die Entschichtung erwärmt wird. Je nach Material des Messobjekts kann dies bis zur Schmelztemperatur des Filmbildners erfolgen. Die Absaugung der durch die beschleunigte Sublimation freigesetzten Partikel erfolgt ebenfalls über den Abluftstrom, der zum Filtersystem geleitet wird.As a further embodiment, a heating element is integrated in the object holder, so that the object to be measured is temporarily heated for stripping. Depending on the material of the test object, this can take place up to the melting temperature of the film former. The extraction of the particles released by the accelerated sublimation also takes place via the exhaust air stream, which is conducted to the filter system.

Die Lösung eröffnet zudem neue Möglichkeiten in der Messtechnik, insbesondere bei der Gestaltung von automatisierbaren Mess- und Prüfzellen sowie bei der Konfiguration von entsprechenden technischen Einrichtungen. Nunmehr ist es möglich, die Arbeitsschritte der Reflexionsbeschichtung, der optischen Vermessung bzw. Prüfung sowie der Vor- und Nachbehandlung an demselben Ort auszuführen.The solution also opens up new possibilities in metrology, especially in the design of automatable measuring and test cells as well as in the configuration of corresponding technical equipment. Now it is possible to carry out the work steps of the reflection coating, the optical measurement or testing as well as the pre- and post-treatment at the same location.

Der oben beschriebene Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aus der Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:The construction of the device according to the invention described above can be seen from the drawing. Show it:

1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung mit einer drehbaren Plattform 1 the basic structure of the device with a rotatable platform

2 eine modifizierte Ausführung mit parallelkinematischer Plattform 2 a modified version with parallel kinematic platform

3 eine modifizierte Ausführung mit kartesisch bewegter Plattform in einem Portalaufbau 3 a modified version with Cartesian moving platform in a portal construction

4 ein mögliches Layout zur Ansteuerung der benötigten Module in den Prozessschritten. 4 a possible layout for controlling the required modules in the process steps.

Die in der Zeichnung beispielhaft dargestellte Vorrichtung umfasst Module zur Halterung, Vorbehandlung, Beschichtung, Vermessung, Positionierung/Bewegung sowie Nachbehandlung von Mess-/Prüfobjekten. Dabei sind an einer in 1 und 2 nicht näher dargestellten bzw. an einer gemäß 3 als Portal aufgebauten Tragstruktur eine Arbeitsplattform 3, ein Wirkmodul zur Vorbehandlung 4, ein Applikationsroboter 5, ein Wirkmodul zur Beschichtung 6, ein Messsystem 7 und ein Wirkmodul zur Entschichtung 8 angeordnet.The apparatus shown by way of example in the drawing comprises modules for holding, pretreatment, coating, measuring, Positioning / movement as well as aftertreatment of measuring / test objects. Here are at an in 1 and 2 not shown or at a according to 3 built as a portal support structure a working platform 3 , an effective modulus for pretreatment 4 , an application robot 5 , an active modulus for coating 6 , a measuring system 7 and an active modulus for stripping 8th arranged.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird der Abluftstrom hinter dem zu beschichtenden Messobjekt in Richtung der Zerstäubung erzeugt, der mit jeweils oberhalb und unterhalb der Darstellung angeordneten Pfeilen stilisiert ist. Hierfür ist oben mindestens eine Luftöffnung 9 zum Aufbringen dieses Luftstromes vorgesehen. Im weiteren Strömungsweg ist unten ein Filtersystem 10 angeordnet.During operation of the device, the exhaust air flow is generated behind the object to be coated in the direction of atomization, which is stylized with arrows arranged above and below the representation. For this is at the top at least one air opening 9 provided for applying this air flow. In the further flow path is below a filter system 10 arranged.

Mit dieser Vorrichtung können kleine und große Messobjekte 1 als Prüfling vor einer Reflexionsbeschichtung schonend gereinigt und oberflächenaktiviert werden. Danach wird eine homogene glanzbrechende oder weiße Schicht 2 aus einem sublimierfähigen Feststoff (z. B. CCD) mit einer gleichmäßigen Dicke auf den jeweiligen Messoberflächen abgeschieden. Nachfolgend werden die notwendigen optischen Messungen beispielsweise für die Bereitstellung von Geometriedaten zur Reproduktion von Objekten, zur Form-, Kontur- und Maßprüfung im Rahmen der Qualitätssicherung, zur Objekt- oder Lageerkennung oder zur Vollständigkeitsprüfung durchgeführt. Abschließend werden die beweißten bzw. entspiegelten Messobjekte ohne aufwändige Reinigungsprozedur entschichtet, bis der Originalzustand des Prüflings wieder erreicht ist.With this device can be small and large measurement objects 1 as specimen before a reflective coating gently cleaned and surface-activated. Thereafter, a homogeneous refractive or white layer 2 of a sublimable solid (eg, CCD) having a uniform thickness deposited on the respective measurement surfaces. Subsequently, the necessary optical measurements are performed, for example, for the provision of geometry data for the reproduction of objects, for shape, contour and dimensional inspection in the context of quality assurance, for object or position detection or for completeness check. Finally, the welded or anti-glare measuring objects are stripped without the need for a complex cleaning procedure until the original state of the test object is reached again.

Die Vorrichtung ermöglicht durch die bauliche Integration der für die Verfahrensschritte zur Vorbehandlung, Beschichtung, optischen Detektion und Nachbehandlung der Messobjekte notwendigen Baugruppen an einer gemeinsamen gerätetechnischen Struktur eine optische Detektion von schwer bzw. ansonsten nicht messbaren Oberflächen an Mustern, Unikaten, und Serienbauteilen im Rahmen einer Stichprobenprüfung, einer Erstbemusterung oder einer Inline-Prüfung mit optischen Messverfahren, die auf diffuser Lichtreflexion basieren.By means of the structural integration of the assemblies required for the process steps for pretreatment, coating, optical detection and aftertreatment of the test objects, the device makes it possible to optically detect difficult or otherwise unmeasurable surfaces on samples, one-offs, and serial components in a single apparatus-based structure Sample testing, initial sampling or inline testing using optical measuring techniques based on diffuse light reflection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messobjektmeasurement object
22: Schicht aus sublimierfähigem Feststoff/flüchtigem FilmbildnerLayer of sublimable solid / volatile film former
33: Arbeitsplattform mit ObjektspannsystemWork platform with object clamping system
44: Wirkmodul zur VorbehandlungEffective modulus for pretreatment
55: Tragstruktur mit Handhabungssystem/ApplikationsroboterSupport structure with handling system / application robot
66: Wirkmodul zur BeschichtungEffective modulus for coating
77: Messsystemmeasuring system
88th: Wirkmodul zur EntschichtungEffective module for stripping
99: Luftöffnungair opening
1010: Filtersystemfilter system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4402074 C2 [0006]
EP 2829328 A1 [0009]

Claims

Automation-capable process-controlled device for the temporary coating and optical measurement of test objects ( 1 ), the measured objects ( 1 ) first pretreated and with a volatile film former ( 2 ), subsequently optically measured and then subjected to an aftertreatment, characterized in that all components necessary for a complete measuring process are integrated on a common support structure, this support structure being a working platform ( 3 ), an effective modulus for pretreatment ( 4 ), an application robot ( 5 ), an active modulus for coating ( 6 ), a measuring system ( 7 ) and an effective module for stripping ( 8th ) and wherein the support structure at least one air opening ( 9 ) is assigned to generate an exhaust air flow, in whose flow path a filter system ( 10 ) is arranged.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the working platform ( 3 ) a table rotatable up to 360 ° for depositing, fixing and pre-positioning the objects to be coated and measured ( 1 ) having.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the fixation of the measurement object ( 1 ) takes place on the carrier of the rotary table by force and / or form and / or material connection.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the working platform ( 3 ) has further adjusting axes for the spatial positioning and manipulation of the measuring object ( 1 ) in the process steps of coating, measurement and stripping.

Device according to claim 1, characterized in that the handling system ( 5 ) is designed as an articulated-arm robot, at whose end effector the active module ( 6 ) for spraying a sublimable film former ( 2 ) is attached.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the robot arm of the articulated-arm robot ( 5 ) is contour-movable, whereby this movement by stored geometry data of the test object ( 1 ) is controllable.

Device according to claim 1, characterized in that the active modulus for coating ( 6 ) with assemblies for pneumatic or hydraulic or electrostatic atomization of the film formers ( 2 ) Is provided.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises an active module with heating elements on nozzle, cup and compressed air supply for atomizing the pure film former.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises an active module without thermal support for the atomization of liquid mixtures of volatile film formers.

Device according to claim 1, characterized in that the measuring system ( 7 ) is based on a triangulation-based optical scanner or based on other optical, such as confocal, conoscopic, holographic, interferometric or focus variation based method.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the active module for stripping ( 8th ) has an assembly for ventilation with cold or warm compressed air.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the active module for stripping ( 8th ) an assembly for heating the measurement object ( 1 ) above the melting point of the volatile film former ( 2 ) having.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the active module for stripping ( 8th ) has an assembly for generating a vacuum on the coated substrate surface.

Device according to claim 1, characterized in that the filter system ( 10 ) has a fan and a mechanical particle filter.