DE202019005366U1 - Automatic painting system - Google Patents
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Abstract
Automatisches Lackiersystem umfassend einen Roboter, eine Werkstück- bzw. Substrat-Haltevorrichtung (12), durch welche ein Werkstück (4) während eines Lackiervorgangs gehalten wird, einer Werkstückzuführungseinrichtung, einer Werkstückabführungseinrichtung sowie einem Zerstäuber (6) zum Lackieren des Werkstücks (4), DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS der Zerstäuber (6) während des Lackiervorgangs ortsfest in dem Lackiersystem in einer Lackierposition angeordnet ist, dass der Roboter (2) eine Werkstückhaltevorrichtung (12) umfasst mit welcher das Werkstück bei dem Lackiervorgang im Verhältnis zu dem stationären Zerstäuber (6) bewegt werden kann. Automatic painting system comprising a robot, a workpiece or substrate holding device (12) by which a workpiece (4) is held during a painting process, a workpiece feed device, a workpiece removal device and an atomizer (6) for painting the workpiece (4), CHARACTERIZED THAT the atomizer (6) is arranged in a fixed position in the painting system in a painting position during the painting process, that the robot (2) comprises a workpiece holding device (12) with which the workpiece during the painting process is in relation to the stationary atomizer (6) can be moved.
Description
Die Erfindung betrifft ein automatisches Lackiersystem umfassend einen Roboter, eine Werkstück- bzw. Substrat-Haltevorrichtung, durch welche das Werkstück während eines Lackiervorgangs gehalten wird, einer Werkstückzuführungseinrichtung sowie eine Werkstückabführungseinrichtung.The invention relates to an automatic painting system comprising a robot, a workpiece or substrate holding device, by means of which the workpiece is held during a painting process, a workpiece feed device and a workpiece removal device.
Stand der TechnikState of the art
Mit derartigen Lackiersystemen wird das Substrat bzw. Werkstück vollständig automatisch lackiert. Zunächst kann das zu lackierende Werkstück über eine Zuführungsvorrichtung einem Bearbeitungsbereich zugeführt und in diesem Lackierbereich automatisch mit Hilfe des Roboters lackiert werden, wobei der Roboter gewährleistet, dass auch komplexe dreidimensionale Geometrien lackiert werden. Sodann kann das lackierte Werkstück von einer Abführungsvorrichtung vom Bearbeitungsbereich abgeführt werden.With such painting systems, the substrate or workpiece is painted completely automatically. First, the workpiece to be painted can be fed to a processing area via a feed device and automatically painted in this painting area with the aid of the robot, the robot ensuring that even complex three-dimensional geometries are painted. The painted workpiece can then be removed from the processing area by a removal device.
Ein automatisiertes Lackiersystem der genannten Art umfasst einen Roboter oder sonst geartete Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Knickarmroboter, besonders bevorzugt einen 6-Achsen-Knickarmroboter, sowie eine Werkzeug- bzw. Substrathaltevorrichtung, an welchem das Werkstück angeordnet ist, eventuell umfassend eine obere und untere Halterung für das Substrat.An automated painting system of the type mentioned comprises a robot or another type of handling device, in particular an articulated arm robot, particularly preferably a 6-axis articulated arm robot, and a tool or substrate holding device on which the workpiece is arranged, possibly comprising an upper and lower holder for the substrate.
Insbesondere die Handhabung der Luft und der Abluft ist bei derartigen Lackiersystemen mit einem recht hohen Aufwand verbunden. Die Luft muss zunächst gefiltert, gewaschen, sodann getrocknet, definiert befeuchtet und schließlich vor der Verwendung definiert aufgeheizt werden, bevor diese als Zuluft in den Bearbeitungsraum mit dem Lackiersystem zugeführt wird.In particular, the handling of the air and the exhaust air is associated with a very high outlay in such painting systems. The air must first be filtered, washed, then dried, moistened in a defined manner and finally heated before use before it is fed into the processing room with the painting system as supply air.
Unmittelbar in der Nähe des Lackiersystems ist zudem eine an die Größe des Lackierbereichs angepasste Luftabsaugung angeordnet, welche eine definierte Luftströmung beim Lackieren im Lackierbereich realisiert. Naturgemäß muss diese Luftabsaugung umso größer gestaltet sein, je größer der Lackierbereich ist. Insgesamt ist die Luftaufbereitung und Abluftabsaugung beim Stand der Technik und bei derartigen Lackiersystemen thermodynamisch sehr aufwendig und deshalb teuer.In the immediate vicinity of the painting system there is also an air extraction system which is adapted to the size of the painting area and which realizes a defined air flow when painting in the painting area. Naturally, the larger the painting area, the larger the air extraction. Overall, the air conditioning and exhaust air extraction is thermodynamically very complex in the prior art and in such painting systems and therefore expensive.
Beim Stand der Technik sind die einzelnen Systemkomponenten des Lackiersystems, also der Roboter, die Spülung der Farbversorgungsleitungen, die Werkstückzuführung, die Werkstückabführung, das Handling, das Reinigen der Werkstückhalterung und des Zerstäubers, die Kabine bzw. die Lüftung und so weiter sequenziell angeordnet, arbeiten also stets hintereinander in einzelnen aufeinander folgenden Verfahrensschritten. Derartige Systeme werden z.B. angeboten von den Firmen KUKA oder Dürr oder auch der Firma Eisenmann, Krautzberger usw.In the prior art, the individual system components of the painting system, i.e. the robot, the flushing of the paint supply lines, the workpiece feed, the workpiece removal, the handling, the cleaning of the workpiece holder and the atomizer, the cabin or the ventilation and so on are arranged sequentially that is, always in succession in individual successive process steps. Such systems are e.g. offered by the companies KUKA or Dürr or also by Eisenmann, Krautzberger etc.
In vielen Fällen wird bei bestehenden automatischen Lackiersystemen ein elektrostatischer Hochrotationszerstäuber (HR-Zerstäuber) eingesetzt, bei welchen die auf das Substrat aufzubringende Farbe elektrisch geladen aus einer Düse gesprüht bzw. verteilt wird und auf das mit dem im Gegenpol geladene Werkstück aufgebracht wird, so dass durch die Ladungsdifferenz die Farbe auf das Substrat quasi angesogen bzw. angezogen wird.In many cases, existing automatic painting systems use an electrostatic high-speed rotary atomizer (HR atomizer) in which the paint to be applied to the substrate is sprayed or distributed electrically charged from a nozzle and applied to the workpiece charged in the opposite pole, so that the color is drawn or attracted to the substrate by the charge difference.
Beim Stand der Technik sind die elektrostatischen Hochrotationszerstäuber oder sonstige Zerstäuber, nachfolgend „Zerstäuber“ genannt, an einem beweglichen Betätigungsende eines Roboterarms, insbesondere eines Knickarmroboters angeordnet und werden so mit dem Roboter auf das Substrat aufgebracht, wobei der Roboter häufig lineare Strecken entlang der Oberfläche des Substrats abfährt und somit die Oberfläche des Substrats mit der Farbe bzw. dem Lack benetzt. Da der Zerstäuber somit am Ende des Roboterarms angeordnet ist und mit dem Roboterarm somit beweglich ist, müssen alle Versorgungsleitungen für den Zerstäuber dem Roboter zugeführt und bis zum Zerstäuber um den bzw. durch den Roboter geführt werden. Deshalb sind relativ lange Leitungen für die Versorgung des Zerstäubers am Ende des Roboters erforderlich, die häufig 5 m und länger sein können. Insbesondere die zur Versorgung des elektrostatischen Zerstäubers benötigten Hochspannungskabel bewegen sich somit mit, was wegen der Hochspannung von 100 kV stets kritisch ist. Zudem können die Hydraulik versorgenden Luftschläuche abknicken und beeinträchtigen so - häufig schwer zu erkennen - die Lackierergebnisse.In the prior art, the electrostatic high-speed atomizers or other atomizers, hereinafter referred to as “atomizers”, are arranged on a movable actuating end of a robot arm, in particular an articulated arm robot, and are thus applied to the substrate with the robot, the robot often having linear paths along the surface of the Substrate leaves and thus wets the surface of the substrate with the paint or varnish. Since the atomizer is thus arranged at the end of the robot arm and is therefore movable with the robot arm, all supply lines for the atomizer must be fed to the robot and routed around or through the robot to the atomizer. Therefore, relatively long lines are required to supply the atomizer at the end of the robot, which can often be 5 m and longer. In particular, the high-voltage cables required to supply the electrostatic atomizer move with it, which is always critical because of the high voltage of 100 kV. In addition, the hydraulically supplying air hoses can kink and thus impair - often difficult to see - the painting results.
Grundsätzlich bestimmt dabei die Größe des eingesetzten Zerstäubers wesentlich die Größer des zu verwendenden Roboters. Ein Roboter kann nämlich nur eingesetzt werden zur Handhabung eines Gegenstands bis zu einem bestimmten Gewicht und bis zu einer bestimmten Größe. Die im Rahmen dieser Erfindung interessierenden Roboter handhaben z.B. Gewichte von bis zu 10 Kilo und weisen einen Radius von mindestens 1,1 m auf.Basically, the size of the atomizer used essentially determines the size of the robot to be used. A robot can only be used to handle an object up to a certain weight and up to a certain size. The robots of interest in this invention handle e.g. Weights of up to 10 kg and have a radius of at least 1.1 m.
Insbesondere ist beim Farbwechsel das Wechseln des gesamten Zerstäubers erforderlich, wozu der an dem Ende des Roboterarms befindliche Zerstäuber zu einer Parkposition gefahren werden muss, dort abgesetzt wird, der erste Zerstäuber von dem Ende des Roboterarms gelöst wird, ein zweiter Zerstäuber mit dem Roboterarm verbunden wird und sodann der Betrieb mit dem zweiten Zerstäuber für die zweite Farbe aufgenommen werden kann. Es ist prozesstechnisch auch möglich, mit dem gleichen Zerstäuber auch eine zweite Farbe aufzutragen, wozu dann aber das aufwändige Spülen der 5 Meter langen Farbleitungen notwendig ist, was zeitintensiver ist.In particular, when changing the color, it is necessary to change the entire atomizer, for which the atomizer located at the end of the robot arm has to be moved to a parking position, is set down there, the first atomizer is released from the end of the robot arm, and a second atomizer is connected to the robot arm and then operation with the second atomizer for the second color can be started. In terms of process technology, it is also possible to apply a second color with the same atomizer, but then the time-consuming rinsing of the 5 meter long paint lines is necessary, which is more time-consuming.
Bei bestehenden Lackiersystemen ist insofern der Roboter mehr oder weniger stationär angeordnet, so dass die anderen Systemkomponenten im Verhältnis zu diesem positioniert oder auf diesen zubewegt werden müssen, so z.B. die Werkstücke, also eine Werkstückaufnahme von noch nicht lackierten Werkstücken sowie eine Werkstückablage von fertig lackierten Werkstücken. Vorzugsweise erfolgt dieses auf Förderbändern, Kettenförderern oder dergleichen.In existing painting systems, the robot is more or less stationary, so that the other system components have to be positioned in relation to it or moved towards it, e.g. the workpieces, i.e. a workpiece holder for workpieces that have not yet been painted and a workpiece rest for finished painted workpieces. This is preferably done on conveyor belts, chain conveyors or the like.
Es bleibt aber das grundsätzliche Problem, dass relativ große Zerstäuber den Einsatz relativ großer Roboter mit großen Bewegungsradien bedingen, was für die Handhabung von eigentlich kleineren und leichten Werkstücken widersinnig ist.However, the fundamental problem remains that relatively large atomizers require the use of relatively large robots with large radii of movement, which is absurd for the handling of actually smaller and light workpieces.
Mitunter ist es erforderlich, mehrere Lackschichten und unterschiedliche Lackschichten auf ein Werkstück nacheinander aufzubringen, wofür dann wiederum verschiedene Zerstäuber erforderlich sind, die gewechselt werden müssen.Sometimes it is necessary to apply several layers of lacquer and different layers of lacquer to a workpiece one after the other, for which in turn different atomizers are required which have to be replaced.
Neuere Einsatzgebiete umfassen vermehrt das Lackieren von im Wesentlichen glatten dreidimensionalen Strukturen, mit Wölbungen, Kanten und Hervorhebungen, wobei dann der Roboter bestimmte Ecken und Kanten abfahren muss, um die entsprechenden Bereiche vollständig mit Lack und Farbe zu benetzen. More recent areas of application increasingly include the painting of essentially smooth three-dimensional structures with curvatures, edges and highlights, in which case the robot has to traverse certain corners and edges in order to completely wet the corresponding areas with paint and color.
Hierzu sind abhängig von der Geometrie des Substrats verschiedene Programme zu erlernen bzw. dem Roboter beizubringen, damit dieser optimiert auf die Oberfläche das Substrat vollständig mit Farbe bzw. Lack benetzt.Depending on the geometry of the substrate, various programs have to be learned or taught to the robot so that it optimally wets the substrate with paint or varnish on the surface.
In der Industrie kommen im folgenden Beschichtungsverfahren in der Serienproduktion zur Verwendung:
- Spritzen und Sprühen: Die häufigsten Auftragungsarten in der Lackindustrie sind Sprühen und Spritzen. Zum Aufsprühen werden Druckzerstäuber benutzt, die den Lack mittels Kompressor im Niederdruck (0,5 - 0,7 bar), Hochdruck (1-8 bar) oder Airless-Verfahren (60-250 bar) auftragen. Dieses wird häufig auch als „pneumatische Lackierung“ bezeichnete.
- Spraying and spraying: The most common types of application in the paint industry are spraying and spraying. Pressure atomizers are used for spraying and apply the paint using a compressor at low pressure (0.5 - 0.7 bar), high pressure (1-8 bar) or airless process (60-250 bar). This is often referred to as "pneumatic painting".
Tauchlackierung: Hierbei wird ein Werkstück in den Lack eingetaucht. Bei der Elektrotauchlackierung wird in einer Lacklösung mit geeigneten Filmbildnern ein elektrisches Feld von 50-300 V angelegt und das Werkstück als Erdung verbunden. Die Elektrotauchlackierung wurde von Ford als anodische Tauchlackierung zur Herstellung einer Schutzlackierung für Autos entwickelt und findet heute als kathodische Tauchlackierung in der gesamten Automobilindustrie Anwendung.Dip painting: A workpiece is immersed in the paint. In electrocoating, an electric field of 50-300 V is applied in a paint solution with suitable film formers and the workpiece is connected as an earth. The electro-dip coating was developed by Ford as an anodic dip coating to produce a protective coating for cars and is now used as a cathodic dip coating in the entire automotive industry.
Elektrostatische Spritzverfahren: Bei diesem Verfahren wird ein elektrostatisches Hochspannungsfeld von 80 bis 150 kV genutzt. Es werden häufig rotierende Lackzerstäuber (Hochrotationszerstäuber) verwendet. Bei lösemittelfreien Pulverlacken werden pigmentierte Bindemittelpulver eingesetzt. Das Verfahren wurde 1965 in der Lackindustrie eingeführt. In Pulverlacken und anderen Lacken werden ionische Substanzen (z. B. Natriumdodecylsulfat) mit einer elektrischen Ladung in den Filmbildner (z. B. Epoxidharz) eingebracht. Pulverlacke lassen sich durch eine Hochspannungselektrode elektrisch aufladen. Durch Anbringung einer elektrostatischen Grundierung von Materialien wie Kunststoff oder Metallen wird der Farbverbrauch beim Lackaufspritzen deutlich verringert. Dieser Prozess erfolgt vollautomatisch mit Robotern.Electrostatic spraying process: This process uses an electrostatic high voltage field of 80 to 150 kV. Rotating paint atomizers (high-speed rotary atomizers) are often used. Pigment-free binder powders are used for solvent-free powder coatings. The process was introduced in the paint industry in 1965. In powder coatings and other coatings, ionic substances (e.g. sodium dodecyl sulfate) with an electrical charge are introduced into the film former (e.g. epoxy resin). Powder coatings can be charged electrically using a high-voltage electrode. Applying an electrostatic primer to materials such as plastic or metals significantly reduces paint consumption when spraying paint. This process takes place fully automatically with robots.
Der Stand der Technik bietet für die Qualitätsprüfung und Entwicklung von OEM Lacken automatisierte Lackiermusterapplikationssysteme für Fließbecher- oder Automatik-Lackierpistolen und auch HR-Zerstäuber. Bei diesen Systemen wird der Lack auf ebene Prüfbleche über die Lackierpistolen appliziert. In der Regel werden dabei der Lackierkopf in horizontaler Richtung und die Prüfblechwerkstücke in vertikaler Richtung vorgeschoben.The state of the art offers automated paint sample application systems for gravity cup or automatic spray guns and also HR atomizers for the quality inspection and development of OEM paints. With these systems, the paint is applied to level test panels using the spray guns. As a rule, the painting head is advanced in the horizontal direction and the test plate workpieces in the vertical direction.
Für viele Standardlacke ist die Prüflackierung auf ebenen Prüfblechen hinreichend für eine Qualitätskontrolle und in der laufenden Lackentwicklung. Für anspruchsvolle Autolacke und Effektlacke werden zunehmend räumliche, also 3-dimensionale Spritzmuster, auch Carshape oder Frosch genannt, verwendet.For many standard paints, the test paint on flat test sheets is sufficient for quality control and in the ongoing paint development. Spatial, 3-dimensional spray patterns, also called car shape or frog, are increasingly being used for sophisticated car paints and effect paints.
Der Vorteil dieser Substrate ist die Möglichkeit, die Farbmusterformen, Farbtöne und Effektverläufe vor der Verarbeitung prüfen zu können und dabei eine realistische Prognose für das fertige Oberflächenbild am Serienobjekt zu erhalten. Dies sind deutliche Vorteile in der Qualitätskontrolle und der laufenden Lackentwicklung für solche Designlacke.The advantage of these substrates is the possibility of being able to check the color sample shapes, color tones and effect sequences before processing and to get a realistic forecast for the finished surface image on the series object. These are clear advantages in quality control and ongoing coating development for such designer coatings.
Aufgrund der Freiformflächen der räumlichen Prüfmuster können allerdings nach heutigem Stand der Technik die vorhandenen teilautomatisierten Lackiermusterapplikationssysteme nicht verwendet werden, da hier bislang nur der Vorschub in zwei geometrischen Achsen möglich ist.Due to the free-form surfaces of the spatial test samples, however, according to the current state of the art, the existing partially automated painting pattern application systems cannot be used, since so far only the feed in two geometric axes has been possible here.
In der Industrie werden für die Qualitätskontrolle und in der laufenden Lackentwicklung die Werkstücke bzw. Substrate bislang in der Regel ebene Prüfbleche manuell pneumatisch oder mit 2D-Automaten (pneumatisch - und/oder elektrostatisch) lackiert. Dabei wird das Spritzmuster statisch positioniert und der Vorschub des Hochrotationzerstäubers mittels eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters durchgeführt. Nachteilig sind der signifikante Raumbedarf und die hohen Investitionen für solche Anlagen. Auch ist eine Produktionsprogrammplanung und Auslastung solcher „Serienanlagen“ mit Prüfmustern als ineffizient zu betrachten.In industry, the workpieces or substrates have so far generally been flat test sheets manually, pneumatically or with 2D machines (pneumatic - and / or electrostatic) for quality control and in ongoing paint development. painted. The spray pattern is positioned statically and the feed of the high-speed rotary atomizer is carried out by means of a robot, in particular an industrial robot. The significant space requirements and the high investments for such systems are disadvantageous. Production program planning and utilization of such “series plants” with test samples can also be regarded as inefficient.
Die Nachteile beim manuellen Druckzerstäuber-Prozess sind Schwankungen in der Lackbeschichtung aufgrund fehlender reproduzierbarer Parametrisierung, die längere Beschichtungsdauer sowie erforderliches hochspezialisiertes Fachpersonal. Für viele der High-End Designlacke kann dieses Beschichtungsverfahren nicht verwendet werden.The disadvantages of the manual pressure atomizer process are fluctuations in the paint coating due to the lack of reproducible parameterization, the longer coating time and the need for highly specialized personnel. This coating process cannot be used for many of the high-end designer coatings.
Aufgabetask
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die dargestellten verbundenen Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und ein automatisches Lackiersystem derart weiterzuentwickeln, dass die operativen und investiven Kosten der Qualitätsprüfung von anspruchsvollen Lacken oder die Entwicklungskosten von Lacken signifikant gesenkt werden.Based on this prior art, the object of the invention is to at least partially avoid the associated disadvantages and to further develop an automatic painting system in such a way that the operational and investment costs of quality testing of sophisticated paints or the development costs of paints are significantly reduced.
Erfindunginvention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, bevorzugte, aber nicht zwingende Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims, preferred but not mandatory further developments are given in the subclaims.
In der einfachsten Ausgestaltung wird diese Aufgabe bereits dadurch gelöst, dass der Zerstäuber bzw. eine Lackierpistole ortsfest in einer Lackierposition in dem Lackiersystem angeordnet ist, dass der Roboter eine Werkstückhaltevorrichtung umfasst mit welcher das zu lackierende Werkstück während eines Lackiervorgangs im Verhältnis zu dem stationären Zerstäuber in einem Lackierraum bewegt werden kann.In the simplest embodiment, this object is already achieved in that the atomizer or a spray gun is arranged in a fixed position in a painting position in the painting system, and that the robot comprises a workpiece holding device with which the workpiece to be painted in relation to the stationary atomizer during a painting process a painting room can be moved.
Bevorzugt ist der Zerstäuber als ein elektrostatischer HR-Zerstäuber ausgebildet. In jedem Fall aber ist der Zerstäuber während des Lackiervorgangs stationär angeordnet und der zentral angeordnete Roboter bewegt das Werkstück derart, dass das Werkstück im Verhältnis zu der stationären Sprühöffnung des Zerstäubers bewegt wird.The atomizer is preferably designed as an electrostatic HR atomizer. In any case, however, the atomizer is arranged in a stationary manner during the painting process and the centrally arranged robot moves the workpiece in such a way that the workpiece is moved in relation to the stationary spray opening of the atomizer.
Erfindungsgemäß handhabt der Roboter also lediglich das Werkstück bzw. Substrat, also nicht mehr den relativ schweren Zerstäuber, insbesondere den elektrostatischen Rotationszerstäuber. Insofern bietet die Erfindung insbesondere bei den relativ schweren HR-Zerstäubern einen besonderen Vorteil.According to the invention, the robot therefore only handles the workpiece or substrate, and therefore no longer the relatively heavy atomizer, in particular the electrostatic rotary atomizer. In this respect, the invention offers a particular advantage, particularly in the case of the relatively heavy HR atomizers.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Abfolge der einzelnen Bearbeitungsschritte seriell, also nacheinander erfolgt, kann nunmehr die Handhabung und Koordination des Gesamtablaufs zentral durch den Roboter realisiert werden, der somit die zentrale Handhabungseinheit darstellt, die bevorzugt zentral angeordnet ist und um die herum die anderen Systemkomponenten wegoptimiert angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Roboter kann somit neben der eigentlichen Lackierbewegung auch noch u.a. die Handhabung (z.B. Aufgreifen und Ablegen des Werkstücks) durchführen, so dass hierfür keine separaten Aggregate mehr erforderlich sind.In contrast to the prior art, in which the sequence of the individual processing steps takes place serially, that is to say one after the other, the handling and coordination of the overall process can now be implemented centrally by the robot, which thus represents the central handling unit, which is preferably arranged centrally and around which around the other system components are arranged away optimized. In addition to the actual painting movement, the robot according to the invention can also, among other things. handling (e.g. picking up and placing the workpiece) so that separate units are no longer required.
Aufgrund des modularen Konzeptes kann das erfindungsgemäße Lackiersystem insbesondere für eine kostengünstige weitestgehend automatisierte Lackierung von Kleinserienteilen eingesetzt werden.Due to the modular concept, the painting system according to the invention can be used in particular for an inexpensive, largely automated painting of small series parts.
Da die Erfindung insbesondere für kleinere Werkstücke bzw. Substrate geeignet ist, also mit einem Gewicht von 0-10 Kilo, insbesondere 0-5 Kilo, die lediglich in einem Bereich von etwa 800 mm bewegt werden müssen, wozu der Roboter einen Kreis von etwa 400 mm im Bewegungsradius abdecken kann, können insofern deutlich kleinere Roboter verwendet werden, die aufgrund der geringeren Massenträgheit somit schneller bewegt werden können. Dieses beschleunigt den Lackierprozess bei gleichzeitiger Verbesserung des Lackierergebnisses.Since the invention is particularly suitable for smaller workpieces or substrates, i.e. with a weight of 0-10 kg, in particular 0-5 kg, which only have to be moved in a range of approximately 800 mm, for which the robot has a circle of approximately 400 mm in the range of motion, significantly smaller robots can be used, which can therefore be moved faster due to the lower mass inertia. This speeds up the painting process while improving the painting result.
Somit wird erstmals eine hocheffiziente und kostengünstige Lackprüfung an räumlichen Substraten ermöglicht. Das bereitgestellte System ist extrem platzsparend, weil der Lackierkopf quasi stationär angeordnet ist und das Substrat kinematisch geführt wird. Zur zusätzlichen Effizienzsteigerung können ein HRZ-Schnellwechselsystem sowie ein universelles HRZ-Master/ Adaptersystem eingesetzt werden. Eine nicht reproduzierbare manuelle händische Prüflackierung oder eine ineffiziente Applikation auf einer Serienanlage von räumlichen Spritzmustern gehören damit der Vergangenheit an.This enables a highly efficient and cost-effective paint inspection on spatial substrates for the first time. The system provided is extremely space-saving because the painting head is arranged almost stationary and the substrate is guided kinematically. A HRZ quick-change system and a universal HRZ master / adapter system can be used to further increase efficiency. A non-reproducible manual test coating or an inefficient application on a serial system of spatial spray samples are a thing of the past.
Weil nur an einer vordefinierten Stelle lackiert wird, ist der Lackierbereich des Lackiersystems auf ein Minimum reduziert, womit die Konditionierungseinheiten für die Luft deutlich kleiner gestaltet werden und insgesamt kann das Lufthandling reduziert werden. Insbesondere die Luftabsaugung kann im Vergleich zum Stand der Technik um das 2 bis 3-fache kleiner gestaltet werden.Because painting is only carried out at a predefined point, the painting area of the painting system is reduced to a minimum, which means that the conditioning units for the air are made significantly smaller, and overall air handling can be reduced. In particular, the air extraction can be made 2 to 3 times smaller than in the prior art.
Das Lackiersystem umfasst aktive funktionale Komponenten für den Wirkungsbereich des Hochspannungsfeldes des HR-Zerstäubers sowie der entstehenden Sprühnebel, insbesondere eine neu entwickelte Aktorik und Sensorik des werkstückführenden Roboters mit entsprechenden Abschirmungen. Eine Erdung des Roboters schließt die Gefahr von Hochspannungsschäden durch defekte Isolierung, welche bei konventionellen Systemen wegen der bewegten Leitungen eher auftreten, weitgehend technisch aus. Zudem kann die Sensorik, falls erforderlich, außerhalb des HS-Feldes positioniert bzw. durch Bleche abgeschirmt werden. Im Zusammenhang mit dem Hochspannungsfeld und dem in der Lackierkabine positionierten HRZ-Wechselsystem sind zudem hochspannungsfeste Baugruppen vorgesehen. Als besondere Neuheit sei auf das universelle HRZ-Master/ Adaptersystem auf kleinstem Bauraum mit Hochspannungsanschlüssen hingewiesen.The painting system includes active functional components for the effective area of the high-voltage field of the HR atomizer as well as the resulting spray mist, in particular a newly developed actuator and sensor system for the workpiece-carrying robot with appropriate shielding. Grounding the robot largely excludes the risk of high-voltage damage due to defective insulation, which is more common in conventional systems due to the moving cables. If necessary, the sensors can also be positioned outside the HS field or shielded by metal sheets. In connection with the high-voltage field and the HRZ changing system positioned in the painting booth, high-voltage-resistant assemblies are also provided. A special innovation is the universal HRZ master / adapter system in the smallest of spaces with high-voltage connections.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat entscheidende Vorteile:
- - Für die Bewegung von kleinen/leichten Werkstücken, insbesondere Werkstücke mit einer Abmessung von bis 40 x 60 cm und einem Gewicht bis 5 kg müssen nur kleine Roboter eingesetzt werden, die aufgrund der geringeren Massenträgheit auch schneller bewegt werden können. Für konventionelle Systeme ist, insbesondere bei HR-Zerstäubern mit 6 - 10 kg ein entsprechend größerer Roboter nötig.
- - Insbesondere der HR- Zerstäuber ist durch die starre Montage vor starken Beschleunigungen bei hohen Lackiergeschwindigkeiten geschützt, weil die sich drehende Welle sich Richtungsänderungen widersetzt.
- - Es sind lediglich kurze Farbleitungen zur Farbversorgung mit einer Länge von maximal etwa 1 Meter erforderlich. Dieses realisiert einen geringen Farbverlust bei kleinen Chargen, ermöglicht ein einfaches und schnelles Spülen bei Farbwechsel und vereinfacht insgesamt die Wartung.
- - Kurze Luftschläuche von maximal 0,5 Metern zum Zerstäuber ermöglichen ein besonders schnelles Regelverhalten;
- - Das Werkstückhandling wird vom Roboter realisiert, was eine einfache Integration von Zu- und Abführbändern ermöglicht, so dass hierfür keine separate Steuerung notwendig ist.
- - Systeme zum einfachen/schnellen Zerstäuberwechsel sind einfach zu integrieren. Da der Zerstäuber „quasi-starr“ angeordnet ist, also beim Lackieren nicht bewegt wird, ist z.B. ein Schwenken eines Doppel-Zerstäuberhalters um 180° zwischen zwei Lackierschritten möglich. Alternativ kann unter dem Zerstäuberhalter ein Revolver-Magazin mit automatischem Wechsel zwischen Lackierschritten montiert sein. Hierzu kann eine besondere Halteanordnung für ein einfaches Wechseln der Zerstäuber eingesetzt werden, wie dieser in
der Patentanmeldung DE der Anmelderin beschrieben ist.10 2018 108 786.1 - - Durch die stationäre Anordnung des Zerstäubers wird der abzusaugende Bereich bzw. Lackierraum auf ein Minimum reduziert. Damit wird die Konditionierung der Luft entscheidend vereinfacht.
- - For the movement of small / light workpieces, especially workpieces with a dimension of up to 40 x 60 cm and a weight of up to 5 kg, only small robots need to be used, which can also be moved faster due to the lower inertia. For conventional systems, especially with HR atomizers with 6 - 10 kg, a correspondingly larger robot is necessary.
- - The HR atomizer in particular is protected from strong accelerations at high painting speeds by the rigid assembly, because the rotating shaft opposes changes in direction.
- - Only short paint lines for paint supply with a maximum length of about 1 meter are required. This realizes a small loss of color in small batches, enables simple and quick rinsing when changing colors and overall simplifies maintenance.
- - Short air hoses of maximum 0.5 meters to the atomizer enable particularly quick control behavior;
- - The workpiece handling is carried out by the robot, which enables easy integration of infeed and outfeed belts, so that no separate control is necessary for this.
- - Systems for simple / quick atomizer change are easy to integrate. Since the atomizer is arranged "quasi-rigid", ie it is not moved during painting, it is possible, for example, to swivel a double atomizer holder by 180 ° between two painting steps. Alternatively, a revolver magazine with an automatic change between painting steps can be installed under the atomizer holder. For this purpose, a special holding arrangement can be used for a simple change of the atomizer, such as that in the
patent application DE the applicant is described.10 2018 108 786.1 - - Due to the stationary arrangement of the atomizer, the area to be extracted or the painting area is reduced to a minimum. This significantly simplifies air conditioning.
Das Lackiersystem kann mit einem automatischen Werkzeug- und Werkstückwechsler ausgestattet sein, welcher die Substrate bestückt und rüstet und anschließend vollautomatisiert betreibt.The painting system can be equipped with an automatic tool and workpiece changer, which equips and sets up the substrates and then operates them fully automatically.
Ausführungsformen sehen auch eine Handhabung der Werkstücke bzw. Substrate mittels eines Saugers vor, der bevorzugt am Arbeitsende des Roboters angeordnet ist und dort das Werkstück festhalten kann. Diese Handhabung kann eine Positionierhilfe umfassen, welche zusätzlich positionierend in das Werkstück eingreift. Diese Positionierhilfe kann z.B. einen Bund oder einen Absatz umfassen.Embodiments also provide for handling of the workpieces or substrates by means of a suction device, which is preferably arranged at the working end of the robot and can hold the workpiece there. This handling can include a positioning aid, which additionally engages the workpiece in a positioning manner. This positioning aid can e.g. include a covenant or paragraph.
Ausführungsformen umfassen eine Reinigungseinheit für das Entfernen überschüssiger Farbe bzw. überflüssigen Lacks von den Systemkomponenten, die auch mitunter als Overspray-Reinigunssysteme bezeichnet werden. Bevorzugt umfasst eine solche Reinigungseinheit eine in dem Lackierersystem integrierte Reinigungskammer, in welche der Roboterarm mit seinem freien Ende mit der Werkstückhaltevorrichtung durch eine Öffnung einfahren kann. In dieser Reinigungskammer kann dann ein Besprühen mit einem Reinigungsmittel und zusätzlich ein Reinigen mittels einer Bürste oder einem Kamm erfolgen, z.B. durch Rotation der Werkstückhaltevorrichtung in dieser Kammer.Embodiments include a cleaning unit for removing excess paint or lacquer from the system components, which are also sometimes referred to as overspray cleaning systems. Such a cleaning unit preferably comprises a cleaning chamber integrated in the paint system, into which the free end of the robot arm with the workpiece holding device can enter through an opening. Spraying with a cleaning agent and additionally cleaning with a brush or comb can then take place in this cleaning chamber, e.g. by rotating the workpiece holder in this chamber.
Somit übernimmt der vorhandene Roboter das Positionieren des Werkstücks in der Reinigungsvorrichtung. Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme benötigen hierzu zusätzliche separate Geräte.The existing robot thus takes over the positioning of the workpiece in the cleaning device. Systems known from the prior art require additional separate devices for this.
Beispiele für mit dem erfindungsgemäßen Lackiersystem lackierbare Produkte sind z.B. Handyschalen, Handygehäuse und dergleichen.Examples of products that can be painted with the painting system according to the invention are e.g. Cell phone cases, cell phone cases and the like.
Mitunter wird das Wechseln der Zerstäuber auch dadurch realisiert, dass eine Schwenkachse vorgesehen ist, um welche zwei oder mehr Zerstäuber geschwenkt und in die jeweilige Arbeits- bzw. Lackierposition gewechselt werden können.Sometimes the atomizer is also changed by providing a pivot axis about which two or more atomizers can be pivoted and changed into the respective working or painting position.
Ausführungsformen umfassen insbesondere zur Vereinfachung des Zerstäuberwechsels an dem stationären Zerstäuberhalter ein Schnellwechselsystem insbesondere wie dieses in der Patentanmeldung
Neben dem Lackierersystem betrifft die Erfindung zudem ein Lackierverfahren zum Lackieren bzw. Beschichten eines Werkstücks umfassend eine dreidimensionale Oberfläche mit einem Lack, einer Farbe oder dergleichen unter Einsatz eines Roboters, insbesondere ausgebildet als 6-Achsen-Knickarmroboter, und eines Zerstäubers zum Aufbringen des Lacks auf das Werkstück bzw. die Werkstückoberfläche. Das Lackierverfahren umfasst die Verfahrensschritte Aufnehmen des Werkstücks mit dem Roboter aus einer Werkstückversorgungseinheit, Lackieren des Werkstücks durch Bewegen des Werkstücks in einem Lackierbereich vor einem stationär angeordneten Zerstäuber sowie Absetzen des lackierten Werkstücks in einer Werkstückabführungseinheit. Erfindungsgemäß ist der Zerstäuber in einer Lackierposition während eines Lackierprozess stationär und unbeweglich angeordnet und lediglich das Werkstück wird durch den Roboter in dem Lackierbereich beliebig im Raum bewegt.In addition to the painting system, the invention also relates to a painting process for painting or coating a workpiece comprising a three-dimensional surface with a lacquer, a paint or the like using a robot, in particular designed as a 6-axis articulated arm robot, and an atomizer for applying the lacquer to the workpiece or the workpiece surface. The painting process comprises the steps of picking up the workpiece with the robot from a workpiece supply unit, painting the workpiece by moving the workpiece in a painting area in front of a stationary atomizer, and depositing the painted workpiece in a workpiece removal unit. According to the invention, the atomizer is arranged stationary and immovable in a painting position during a painting process and only the workpiece is moved anywhere in the room by the robot in the painting area.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Erfindungsbeschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifischer Ausführungsformen gezeigt sind, mit denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. in Bezug auf die Orientierungen der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierung positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „integriert“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Integration. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischem Bezugszeichen versehen, soweit dieses zweckmäßig ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of this specification of the invention and which are shown by way of illustration to illustrate specific embodiments with which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "back", etc. is used in relation to the orientations of the figure (s) described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is illustrative and is in no way limiting. It is understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. The following detailed description is not to be taken in a limiting sense. In the context of this description, the terms “connected”, “connected” and “integrated” are used to describe both a direct and an indirect connection, a direct or indirect connection and a direct or indirect integration. Identical or similar elements are provided with identical reference symbols in the figures, insofar as this is expedient.
Bezugszeichenlinien sind Linien, die das Bezugszeichen mit dem betreffenden Teil verbinden. Ein Pfeil hingegen, der kein Teil berührt, bezieht sich auf eine gesamte Einheit, auf die er gerichtet ist. Die Figuren sind im Übrigen nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können möglichweise bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt sein. Darüber hinaus können die Zeichnungen plakativ vereinfacht sein und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail.Reference symbol lines are lines that connect the reference symbol to the relevant part. An arrow, on the other hand, that does not touch any part, refers to an entire unit to which it is directed. Incidentally, the figures are not necessarily to scale. Certain areas may be exaggerated to illustrate details. In addition, the drawings can be simplified and do not contain every detail that may be present in the practical implementation.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lackiersystems; und -
2 eine vergrößerte isometrische Ansicht einer Werkstückhaltevorrichtung ausgebildet als Tassenhalter; und -
3 eine Vorderansicht im Schnitt des Tassenhalters gemäß2 .
-
1 a schematic side view of a painting system according to the invention; and -
2nd an enlarged isometric view of a workpiece holding device designed as a cup holder; and -
3rd a front view in section of the cup holder according2nd .
Die
Neben dem Roboter ist ein Zerstäuber
Der Roboter
Die
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 22nd
- Roboterrobot
- 44th
- Werkstückworkpiece
- 66
- ZerstäuberAtomizer
- 88th
- HRZ-Schnellwechsel-/RevolversystemHRZ quick change / turret system
- 1010th
- SteuereinheitControl unit
- 1212
- TassenhalterCup holder
- 12a12a
- HauptplatteMain plate
- 12b12b
- MontagebügelMounting bracket
- 12c12c
- TassenhalterCup holder
- 12d12d
- ZentrierstutzenCentering spigot
- 12e12e
- SaugerMammal
- 1414
- TasseCup
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102018108786 [0036, 0043]DE 102018108786 [0036, 0043]
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DE102018108786A1 (en) | 2018-04-13 | 2019-10-17 | Ulrich Oerter | Holding arrangement for an electrostatic rotary atomizer |
-
2019
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R207 | Utility model specification | ||
R082 | Change of representative |
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