DE3320160A1

DE3320160A1 - Vorrichtung zur dickensteuerung beim beschichten von flachen gegenstaenden, vorzugsweise beim aufbringen einer glasurschicht auf keramische platten

Info

Publication number: DE3320160A1
Application number: DE19833320160
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jürgen Dipl.-Ing. 5410 Höhr-Grenzhausen Schröder
Original assignee: INGENIERBUERO SCHROEDER GmbH; Ingenierbuero Schroeder 5410 Hoehr Grenzhausen GmbH; SCHROEDER INGBUERO GmbH
Current assignee: Ibs Engineering and Consulting Ingenieurbuero Schro
Priority date: 1983-06-03
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3320160C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dicken-
steuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen, vorzugsweise beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten, wie Fliesen und Kacheln, in einer Beschichtungsstation, in der Auftragvorrichtungen für das Beschichtungsmaterial angebracht sind und durch die die Gegenstande mittels einer Transportvorrichtung hindurchgeführt werden.
Beim Beschichten vorgebildeter flacher Gegenstände, beispielsweise keramischen Platten, war es bisher nur möglich, eine ungefähre Steuerung der Beschichtungsdicke vorzunehmen. Dazu war es bisher möglich, bei kontinuierlich arbeitenden Auftragvorr,chtungen, beispielsweise Sprühvorrichtungen, die zeitliche zugeführte Menge an Beschichtungsmaterial mit der Transportgeschwindigkeit abzustimmen.
Es sind auch mechanische Einrichtungen zur Steuerung der Beschichtungsdicke, wie Abstreifer, Rakeleinrichtungen u.dgl. bekannt. Eine ständige Überwachung der Beschichtungsdicke und ein sofortiges Nachsteuern bei auftretenden Abweichungen der Beschichtungsdicke waren mit den bekannten Steuerungsmaßnahmen nicht möglich.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Dickensteuerung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine ständige Überwachung der Beschichtungsdicke verbunden mit der Möglichkeit praktisch sofort wirksamer Nachsteuerung bei Abweichungen und mit wesentlich erhöhter Steuerungsgenauigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor und hinter der Beschichtungsstation je eine optische Dickenmeßvorrichtung für den unbeschichteten und den beschichteten Gegenstand angeordnet sind, diese Dickenmeßvorrichtungen an eine elektronische Meßwertvergleichs- Vorrichtung zum Ermitteln der Dickendifferenz angeschlossen sind, welche einen Speicher zum Aufnehmen der von der vor der Beschichtungsstation angeordneten Dickenmeßvorrichtung kommenden Meßwerte und eine aufgrund des Abstandes zwischen den beiden Dickenmeßvorrichtungen und der jeweiligen Transportgeschwindigkeit gesteuerte Verzögerungsvorrichtung zum Aufgeben der gespeicherten Meßwerte auf eine Meßwertvergleichs-Stufe enthält, und daß an diese Meßwertvergleichs-Vorrichtung eigentliche Steuereinrichtungen für die Auftragsvorrichtungen bezüglich abgegebener Auftragsmenge und/oder Steuereinrichtungen für die Transportvorrichtung bezüglich Transportgeschwindigkeit angeschlossen sind.
Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird durch eine zweifache optische, d.h. berührungsfreie Dickenmessung, und zwar einer ersten Dickenmessung des unbeschichteten Gegenstandes und eine zweite Dickenmessung am beschichteten Gegenstand die Beschichtungsdicke festgestellt unmittelbar nachdem der Gegenstand die Beschichtungsstation verlassen hat. Werden bei dieser Überwachung Abweichungen von der gewünschten Beschichtungsdicke festgestellt, erfolgt unmittelbar entsprechende Nachsteuerung an den Auftragvorrichtungen und bzw. oder an der Transportvorrichtung. Die Art der Nachsteuerung ist naturgemäß auf die Art der jeweiligen Auftragvorrichtungen abgestimmt.
Sind beispielsweise die Auftragvorrichtungen Spritzgeräte mit Steuereinrichtungen für die zugeführte bzw. verspritzte Materialmenge, dann kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachsteuern an diesen Mengensteuerungsvorrichtungen der Spritzgeräte eingreifen. Man kann in solchem Fall aber auch stattdessen oder zusätzlich eine Nachsteuerung an der Transportgeschwindigkeit vornehmen, um durch Erhöhung der Transportgeschwindigkeit die Beschichtungsdicke zu vermindern oder durch Verminderung der Transportgeschwindigkeit die Beschichtungsdicke zu erhöhen.
Falls die Auftragvorrichtungen mit direkt an der Beschichtung angreifenden Regeleinrichtungen für die Beschichtungsdicke, beispielsweise mit Rakel oder Abstreifern ausgestattet sind, wird man sich für das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzunehmende Nach steuern auf einen Eingriff in die vorhandenen Steuereinrichtungen solcher Auftragvorrichtungen beschränken.
Durch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommenen Speicherung der Meßwerte aus der ersten Dickenmeßvorrichtung und die gesteuert verzögerte Aufgabe auf die Meßwertvergleichs-Stufe, wird erreicht, daß wirklich die von derselben Steile des Gegenstandes herrührenden Dickenmeßwerte miteinander verglichen werden. Dadurch werden Dickenschwankungen der zu beschichtenden Gegenstände eliminiert. Dies ist besonders beim Beschichten von keramischen Platten von Wichtigkeit, da d-ie zulässigen Dickentoleranzen solcher keramischer Platten im allgemeinen wesentlich größer als die zulässigen Dickentoleranzen der Glasurschicht sind.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung enthält jede der beiden Dickenmeßvorrichtungen ein Paar von optischen Abtastvorrichtungen, von welchen die eine der zu beschichtenden bzw. beschichteten Seite und die andere der gegenüberliegenden Seite des vorbeigeführten Gegenstandes gegenübergestellt fest angebracht ist. Der unmittelbare Vergleich der beiden Abtast-Meßwerte ergibt die Plattendicke, wobei jegliche Einflüsse der die Platten tragenden Unterlage, insbesondere der Transportvorrichtung eliminiert sind Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform, bei der die optischen Dickenmeßvorrichtungen solche Abtastvorrichtungen enthalten, bei denen ein fokusierter Infrarot-Lichtstrahl als Lichtpunkt auf die abzutastende Oberfläche projiziert und dieser Lichtpunkt mittels einer optischen Einrichtung in einem vorher bestimmten Winkel schräg zum einfallenden Strahl aufgenommen und auf einen positionsempfindlichen Fotodetektor abgebildet wird. Eine solche Abtastvorrichtung zeichnet sich durch gute Abtastgenauigkeit und Unempfindlichkeit gegen Streulicht und sonstige Einflüsse aus. Die mit derartigen Abtastvorrichtungen vorgenommene optische Triangulationsmessung umfaßt die festgestellten Werte einer großen Anzahl von innerhalb des projizierten Lichtpunktes erfolgten Einzelmessungen, wobei die Auswertung dieser Meßwerte in dem positionsempfindlichen Fotodetektor durch Bildung eines Scheitelwertes des Abtastergebnisses unmittelbar vorgenommen wird.
Dadurch werden durch Oberflächenrauhigkeit und kleine Oberflächenfehler bedingte Dickenschwankungen ausgeglichen.
In vorteilhafter Weiterbildung und Ergänzung der Erfindung kann eine Registriervorrichtung an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung angeschlossen sein. Hierdurch lassen sich die in der Meßwertvergleichs-Vorrichtung ermittelten Werte der Beschichtungsdicke zusätzlich als Überwachungswerte und Chargenwerte auswerten und registrieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ergänzung und Weiterbildung der Erfindung kann eine Alarmvorrichtung mit als Ansprechschwelle festgelegten oder einstellbaren unteren und oberen Wertgrenzen der Beschichtungsdicke über ein Verzögerungsglied mit festgelegter oder einstellbarer Zeitverzögerung an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung angeschlossen seino Hierdurch wird im Betriebsablauf einer Beschichtungsvorrichtung oder Beschichtungsanlage sichergestellt, daß rechtzeitig abgeschaltet oder ein entsprechender Eingriff vorgenommen wird3 falls die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommene Nachsteuerung nicht ausreicht, um irgendwelche Abweichungen in der Beschichtungsdicke zu beheben Dieskann notwendig werden, wenn Defekte in der einen oder anderen Auftragvorrichtung oder in der Transportvorrichtung auftreten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anahnd der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäß ausgestatteten Vorrichtung zum Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten; Fig. 2 das Blockschema einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; Fig. 3 das Schema einer erfindungsgemäß benutzten optischen Triangulations-Abtastvorrichtung und Fig. 4 das Arbeitsschema eines in einer optischen Triangulations-Abtastvorrichtung gemäß Figur 3 benutzten positionsempfindlichen Fotodetektors.
Im Beispiel der Figur 1 ist eine Beschichtungsstation 10 zum Aufbringen einer Glasurschicht 11 auf keramische Platten 12, beispielsweise Fliesen oder Kacheln mit einer Auftragvorrichtung 13 in Form einer Spritzvorrichtung vorgesehen. Die zu beschichtenden keramischen Platten 12 werden durch eine Transportvorrichtung 14 mit praktisch konstanter Transportgeschwindigkeit durch die Beschichtungsstation 10 und innerhalb dieser durch den Wirkungsbereich der Auftragvorrichtung 13 hindurchbewegt. Die Antriebsvorrichtung 15 der Transportvorrichtung 14 ist mit ihrer Grundsteuerung auf eine normale Transportgeschwindigkeit eingestellt, die zusammen mit der von der Auftragvorrichtung 13 abzugebenden und dementsprechend dieser zuzuführenden Materialmenge auf die gewünschte Dicke der Glasurschicht 11 berechnet ist.
Der Auftragvorrichtung 13 ist in ihrer Materialzufuhr 16 eine Dosiervorrichtung 17 vorgeschaltet, die in ihrer Grund steuerung zusammen mit der Grundsteuerung der Transportgeschwindigkeit auf die gewünschte Dicke der Glasurschicht 11 eingestellt ist.
Vor der Beschichtungsstation 10 ist eine optische Dickenmeßvorrichtung 20 angeordnet, die ein Paar von optischen Abtastvorrichtungen 21 und 22 enthält. Dabei ist die Abtastvorrichtung 21 der zu beschichtenden Seite der keramischen Platten gegenübergestellt fest angebracht, während die Abtastvorrichtung der gegenüberliegenden Seite der keramischen Platten 12 gegenübergestellt fest angebracht ist. Aus dem Abtastergebnis A01 der Abtastvorrichtung 21, dem Abtastergebnis AU1 der Abtastvorrichtung 22 und dem gegenseitigen Abstand A1 der beiden Abtastvorrichtungen 21 und 22 läßt sich die Dicke S1 der unbeschichteten keramischen Platte 12 berechnen. In entsprechender Weise ist hinter der Beschichtungsstation 10 die zweite Dickenmeßvorrichtung 30 an der Transportvorrichtung 14 angeordnet und enthält ein Paar von in gegenseitigem Abstand A2 angeordneten Abtastvorrichtungen 31 und 32, aus deren Abtastergebnissen A02, AU2 und gegenseitigem Abstand A2 die Gesamtdicke von keramischer Platte und Beschichtung zu berechnen ist. Beide Dickenmeßvorrichtungen 20 und 30 haben einen Abstand A3 entlang der Transportvorrichtung 14.
Die Abtastergebnisse A019 AU1 und A02, AU2 sind Entfernungs werte, die aus den Meßsignal-Größen an den Abtastvorrichtungen 21 und 22 mittels Eichkurven ermittelt werden.
Für die Auswertung der Abtastergebnisse ist eine Auswertevorrichtung 40 vorgesehen, deren Blockschema in Figur 2 wiedergegeben ist. Hiernach werden die aus den Abtastvorrichtungen 21 und 22 kommenden Abtastergebnisse in einer Umrechnungsvorrichtung 41 addiert, und diese Summe wird von dem Abstand A1 abgezogen, um dadurch den Wert für die Dicke S1 der unbeschichteten Keramikplatte zu ermitteln. In analoger Weise wird aus den Abtastergebnissen A02 und AU2 der Abtastvorrichtungen 31 und 32 in einer Umrechnungsvorrichtung 42 der Wert für die Gesamtdicke S2 von Kermaikplatte und Beschichtung ermittelt.
Der augenblicklich ermittelte Wert für die Dicke 51 der unbeschichteten Keramikplatte wird auf einen Speicher Sp gelegt und über eine Verzögerungsvorrichtung 43 auf eine Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 gegeben. Die augenblicklich ermittelten Werte für die Gesamtdicke S2 von keramischer Platte 12 und Beschichtung 11 werden dagegen unmittelbar in die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eingeführt. Außerdem wird aus einem Speicher 45 der Sollwert W für die Beschichtungsdicke in die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eingeführt. Die Verzögerungsvorrichtung 43 wird gesteuert aufgrund der Werte für die augenblickliche Vorschubgeschwindigkeit VTR und den gegenseitigen Abstand A3 der beiden Dickenmeßvorrichtungen 20 und 30.
Hierdurch führt die Verzögerungsvorrichtung 43 den ermittelten Wert für die Dicke S1 der unbeschichteten Keramikplatte mit demjenigen ermittelten Wert für die Gesamtdicke S2 von Keramikplatte 12 und Beschichtung zusammen, der für die gleiche Keramikplatte und sogar die gleiche Stelle dieser Keramikplatte gilt. In der Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 wird dann die Differenz dieser beiden Dickenwerte asG = S2-S1 berechnet und mit dem Sollwert W für die Schichtdicke verglichen.
Aufgrund eines sich aus diesem Vergleich ergebenden Wertes werden dann die an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 angeschlossene Steuervorrichtung 18 (StA) für die Dosiervorrichtung 17 der Auftragvorrichtung 13 und die Steuervorrichtung 19 (StTR) für die Antriebsvorrichtung 15 der Transportvorrichtung 14 im einen oder anderen Sinne betätigt. Ist die Dickendifferenz ASG kleiner als der Sollwert W für die Beschichtungsdicke, dann erfolgt Betätigung der Steuervorrichtung 18 im Sinne einer Erhöhung der von der Dosiervorrichtung 17 an die Auftragvorrichtung 13 gegebenen Materialmenge bzw. die Betätigung der Steuervorrichtung 19 im Sinne einer Verminderung der Transportgeschwindigkeit. Betätigung im entgegengesetzten Sinne erfolgt dann, wenn die ermittelte Dickendifferenz 4 SG größer als der Sollwert W ist.
Ferner ist an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eine Registervorrichtung 46 (R) angeschlossen, die die Dickendifferenzwerte b SG zur ständigen Überwachung bereithält und außerdem als Chargen-Information auswertbar macht.
Schließlich ist an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eine Alarmvorrichtung 48 über eine Zeitverzögerungsvorrichtung 47 angeschlossen. Bleibt die Abweichung des ermittelten Wertes der Dickendifferenz h so vom Sollwert W trotz G Ansprechen der Steuervorrichtungen 18 und 19 und der angeschlossenen Vorrichtungsteile über eine an der Zeitverzögerungsvorrichtung 47 eingestellte oder einstellbare Zeitdauer hinaus bestehen, dann spricht die Alarmvorrichtung 48 an.
Ein bevorzugtes Beispiel für den Aufbau der Abtastvorrichtungen 21, 22, 31 und 3l ergibt sich aus den Figuren 3 und 4 wie folgt: Von einer Infrarot-Lichtquelle 51 wird mittels einer optischen Einrichtung, beispielsweise einer Linse 52, ein fokusierter, d.h. gebündelter Infrarot-Lichtstrahl 53 als nahezu punktförmiger Lichtflgk a, b auf die Meßgutoberfläche 54, 54' projiziert. Dieser Lichtpunkt a, b wird von einer zweiten optischen Einrichtung 55 in einer Richtung erfaßt, die in einen Winkel a , beispielsweise von etwa 20 bis 50° schräg zum einfallenden Infrarot-Lichtstrahl 53 liegt, erfaßt und auf einen positions- empfindlichen Fotodetektor 56 bei a' bzw. b', beispielsweise in Form eines sich quer über die lichtempfindliche Oberfläche des Fotodetektors 56 erstreckenden Balkens (Fig. 4) ausgebildet. Wie Figur 3 zeigt, bestimmen der gegenseitige Abstand B zwischen der den Infrarot-Lichtstrahl 53 bildenden Optik 52 und der aufnehmenden Optik 55 und der Abstand A01 der aufnehmenden Optik 55 von der Meßgutoberfläche 54 bzw. 54' den jeweiligen Schräglagenwinkel a und damit die Position des Bildes a' bzw. b' des Lichtpunktes a bzw. b.Dies wird deutlicher aus Figur 4, in der das Bild a' eines Lichtpunktes in seiner Position auf dem positionsempfindlichen Fotodetektor schematisch dargestellt ist. Die Position dieses Bildes a' ist eine direkte Funktion des Abstandes C. Da der Lichtpunkt a nicht absolut punktförmig ausgebildet werden kann und außerdem die Meßgutoberfläche eine unvermeidliche Rauhigkeit aufweist, ist das balkenförmige Bild a' des Lichtpunktes a etwas verbreitert. Jedoch zeigt die in Figur 4 oberhalb des Fotodetektors 56 dargestellte Leitfähigkeitskurve, daß ein deutlich ausgeprägter Scheitelwert für die Leitfähigkeit besteht, der als die maßgebliche Positionslinie am Fotodetektor ermittelt werden kann. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen sind bekannt.
Vorrichtung zur Dickensteuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen, vorzugsweise beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ~ Bezugszeichenl iste 10 Beschichtungsstation 11 Glasurschicht 12 keramische Platten 13 Auftragvorrichtung 14 Transportvorrichtung 15 Antriebsvorrichtung 16 Materialzufuhr 17 Dosiervorrichtung 18 Steuervorrichtung (StA) 19 Steuervorrichtung (StTR) 20 Dickenmeßvorrichtung 21 Abtastvorrichtungen 22 Abtastvorrichtungen Dickenmeßvorrichtung 31 Abtastvorrichtung 32 Abtastvorrichtung 40 Auswertevorrichtung 41 Umrechnungsvorrichtung 42 Umrechnungsvorrichtung 43 Verzögerungsvorrichtung 44 Meßwertvergleichs-Vorrichtung 45 Speicher 46 Registriervorrichtung 47 Zeitverzögerungsvorrichtung 48 Alarmvorrichtung 51 Infrarot-Lichtquelle 52 Linse 53 Infrarot-Lichtstrahl 54 Meßgutoberfläche 54' Meßgutoberfläche 55 optische Einrichtung 56 Fotodetektor A01 Abtastergebnis AU1 Abtastergebnis A1 Abstand Dicke A2 Abstand AO2 Abastergebnis AU2 Abtastergebnis A3 Abstand Gesamtdicke Sp Speicher W Sollwert VTR Vorschubgeschwindigkeit ASG=S2-S1 Dickenwert t 5G Dickendifferenz a, b Lichtfleck

Claims

Vorrichtung zur Dickensteuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen, vorzugsweise beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten Patentansprüche 1) Vorrichtung zur Dickensteuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen, vorzugsweise beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten, wie Fliesen und Kacheln, in einer Beschichtungsstation, in der mindestens eine Auftragvorrichtung für das Beschichtungsmaterial angebracht ist und durch die die Gegenstände mittels einer Transportvorrichtung hindurchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Transportvorrichtung (14) vor und hinter der Beschichtungsstation (10) je eine optische Dickenmeßvorrichtung (20, 30) für den unbeschichteten und den beschichteten Gegenstand (12) angeordnet sind, diese Dickenmeßvorrichtungen (20, 30) an eine elektronische Meßwertvergleichs-Vorrichtung (44) zum Ermitteln der Dickendifferenz (t SG) angeschlossen sind, welche einen Speicher (Sp) zum Aufnehmen der von der vor der Beschichtungsstation (10) angeordneten Dickenmeßvorrichtung (20) kommenden Meßwerte (S1) ) und eine aufgrund des Abstandes (A3) zwischen den beiden Dickenmeßvorrichtungen (20, 30) und der jeweiligen Transportgeschwindigkeit (VTR) gesteuerte Verzögerungsvorrichtung (43) zum Aufheben der gespeicherten Meßwerte auf eine Meßwert-Vergleichsstufe enthält, und daß an diese Meßwert-Vergleichsvorrichtung (44) eigentliche Steuereinrichtungen (18) für die Auftragvorrichtungen (13, 17) bezüglich abgegebener Auftragmenge und/ oder eigentliche Steuereinrichtungen (19) für die Transportvorrichtung (14) bezüglich Transportgeschwindigkeit angeschlossen sind.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Dickenmeßvorrichtungen (20, 30) ein Paar von optischen Abtastvorrichtungen (21, 22; 31, 32) enthält, von welchen die eine (21; 31) der zu beschichtenden bzw. beschichteten Seite und die andere (22; 32) der gegenüberliegenden Seite des vorbeigeführten Gegenstandes (12) gegenüberstehend fest angebracht ist.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Dickenmeßvorrichtungen (20, 30) solche Abtastvorrichtungen (21, 22, 31, 32) enthalten, bei denen ein fokusierter Infrarot-Lichtstrahl (53) als Lichtpunkt (a, b) auf die abzutastende Oberfläche (54, 54') projiziert und dieser Lichtpunkt (a, b) in einem vorher bestimmten Winkel (h) schräg zum einfallenden Lichtstrahl (53) aufgenommen und auf einem positionsempfindlichen Fotodetektor (56) ausgebildet wird..
4) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gegekennzeichnet, daß eine Registriervorrichtung und/oder Regelvorrichtung (46) an die Meßwertvergleichsvorrichtung (44) angeschlossen ist.
5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmvorrichtung (48) mit als Ansprechwelle festgelegtem oder einstellbarem unteren und oberen Wertgrenzen der Beschichtungsdicke über ein Verzögerungsglied (47) mit festgelegter oder einstellbarer Zeitverzögerung an die Meßwertvergleichsvorrichtung (44) angeschlossen ist.