DE4124261A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung zerkluefteter flaechen, insbesondere bei kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung zer­ klüfteter Flächen mit Hilfe eines aus einer Düse austre­ tenden Flüssigkeitsstrahles, bei dem man die zu reinigende Fläche und die Düse in einer Vorschubrichtung aneinander vorbeibewegt.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Vorschubein­ richtung zur relativen Bewegung einer Düse und einer zu reinigenden Fläche und mit einem Sensor zur Bestimmung des Abstandes der zu reinigenden Fläche.

Bei der berührungslosen Reinigung von Flächen, insbeson­ dere von zerklüfteten Flächen, wie dies bei der Reinigung von Kraftfahrzeugen notwendig ist, ergibt sich die Schwie­ rigkeit, daß die Reinigungswirkung des aus Düsen abgege­ benen Flüssigkeitsstrahles mit dem Abstand von der Düse stark abnimmt. Es ist daher wünschenswert, den Abstand der Düse von der zu reinigenden Fläche möglichst konstant zu halten.

Dies ist relativ einfach, wenn die zu reinigende Fläche glatt ist, da dann ein einmal eingestellter Abstand beibe­ halten werden kann. Beispielsweise ist es dann möglich, einen Gegenstand durch eine Lichtschranke zu detektieren, die parallel zu der zu reinigenden Fläche angeordnet ist und Unterbrechung signalisiert, wenn der Abstand zwischen Reinigungsdüse und Oberfläche zu gering wird (EP-A2-03 63 579). Mit einer solchen Vorrichtung ist es je­ doch nicht möglich zerklüftete Oberflächen zu reinigen, da die verwendete Lichtschranke auf die am weitesten vor­ stehenden Teile der zu reinigenden Fläche anspricht und bei rückspringenden Teilen die Düse nicht mehr an die zu reinigende Oberfläche heranführt.

Daneben sind roboterarmgesteuerte Düsen bekannt, die an die Oberfläche von zu reinigenden Kraftfahrzeugen herange­ führt werden können. Um diese zu steuern, wird vor Beginn des eigentlichen Reinigungsvorganges ein Steuerungspro­ gramm erstellt, das die Geometrie des zu reinigenden Ge­ genstandes berücksichtigt. Mit derartigen Vorrichtungen lassen sich damit aber nur solche Flächen reinigen, deren Geometrie vorab erfaßt und in Steuersätze für die Düsen umgesetzt worden ist, diese Anlagen sind im wesentlichen nur für Flächen mit immer gleichbleibender Geometrie ge­ eignet (EP-A2-03 96 054; DE 34 32 507 A1).

Im Gegensatz dazu ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen zer­ klüftete Oberflächen beliebiger Geometrie so gewaschen werden können, daß die Düse sich zwangsläufig der Kontur der zu waschenden Fläche anpaßt und den Abstand zwischen Düse und Oberfläche auch bei zerklüfteter Oberfläche selbsttätig konstant hält.

Dies Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in einem dem Strahlbereich in Vorschubrichtung vorauseilenden Meßbereich der zu reinigenden Fläche, der vom Strahlbe­ reich einen bestimmten Abstand aufweist, den Abstand der zu reinigenden Fläche von einer parallel zur Vorschub­ richtung verlaufenden Bezugsebene im wesentlichen punkt­ weise bestimmt, die bestimmten Abstandsdaten sowie die Da­ ten der zugehörigen Relativposition der Düse und des Meß­ bereiches abspeichert und den Abstand der Düse relativ zu der Bezugsebene entsprechend den bei der Abstandsmessung bestimmten, abgespeicherten Daten durch eine Verschiebung der Düse quer zur Vorschubrichtung auf einen festen Ab­ stand zu der zu reinigenden Fläche einstellt, sobald der Flüssigkeitsstrahl gegenüber der Messung zeitverzögert in den Meßbereich gelangt.

Es wird also eine Abtastung der Kontur der zu reinigenden Fläche vorgenommen, und zwar bei jedem einzelnen Wasch­ vorgang jeweils diesem Waschvorgang vorauseilend. Die Ab­ standsbestimmung erfolgt in einem Meßbereich, der vom Flüssigkeitsstrahl noch nicht beaufschlagt ist, der also vor dem Reinigungsbereich liegt. Da diese Abtastung somit auch zeitlich vor der Reinigung dieses Bereiches erfolgt, werden die dabei gewonnenen Abstands- und Positionsdaten zwischengespeichert und erst zur Abstandssteuerung der Düse verwendet, wenn diese den vorherigen Meßbereich er­ reicht. Die Messung erfolgt dabei punktweise, d. h. die Sensoren reagieren nicht auf den im Meßbereich am wei­ testen vorstehenden Teil, sondern sie sind in der Lage, eine Abstandsmessung mit großer Auflösung zu liefern, im Meßbereich also auch bei zerklüfteten Oberflächen die Ab­ stände detailliert zu bestimmen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man in jedem Meßbereich mehrere Abstandsdaten in unterschiedlichen Positionen quer zur Vorschubrichtung punktweise ermittelt und abspeichert und wenn man die Düse in jedem Meßbereich quer zur Vor­ schubrichtung an der zu reinigenden Fläche entlang bewegt und dabei gleichzeitig deren Abstand entsprechend den ge­ messenen Abstandsdaten auf einen konstanten Abstand zu der zu reinigenden Fläche einstellt. Bei einem solchen Verfah­ ren erfolgt die Abstandsmessung zwischen Düse und zu rei­ nigender Oberfläche und die entsprechende Steuerung des Abstandes zwischen Düse und zu reinigender Oberfläche zweidimensional, einmal in Richtung der Vorschubrichtung und einmal senkrecht dazu. Dadurch können zerklüftete Oberflächen auch dann erkannt und entsprechend von der Düse angesteuert werden, wenn taschenförmige Rücksprünge etc. vorhanden sind, es wird praktisch die gesamte Ober­ fläche der zu reinigenden Fläche zeilenweise abgetastet und hinsichtlich ihres Abstandes von einer äußeren Bezugs­ ebene vermessen. Entsprechend diesen zwischengespeicherten Meßdaten wird dann der Abstand der Düse gesteuert.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Reinigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der Sensor gegenüber der Düse in Vorschub­ richtung versetzt angeordnet ist, wobei der vom Sensor er­ faßte Meßbereich von dem von der Düse abgegebenen Flüssig­ keitsstrahl verzögert überstrichen wird, daß der Sensor die zu reinigende Fläche im wesentlichen punktförmig ab­ tastet, daß ein die vom Sensor erzeugten Abstands- und Po­ sitionssignale speichernder Datenspeicher vorgesehen ist und daß eine Steuerung in Abhängigkeit von den im Daten­ speicher gespeicherten Daten eines bestimmten Meßbereiches einen Antrieb aktiviert, der die Düse quer zur Vorschub­ richtung in einen bestimmten Abstand zu der zu reinigenden Fläche bewegt, sobald der Flüssigkeitsstrahl diesen Meß­ bereich erreicht.

Dabei ist vorteilhaft, wenn der Sensor und die Düse quer zur Vorschubrichtung und quer zum Abstand zwischen zu rei­ nigender Fläche und Sensor verschiebbar sind und wenn in unterschiedlichen dabei erreichten Positionen in jedem Meßbereich ein eigener Datensatz dem Speicher zuführbar ist, mit dem die Düse in jedem Meßbereich gegebenenfalls in verschiedene Abstände von der zu reinigenden Fläche be­ wegbar ist. Mit einer solchen Vorrichtung ist die be­ schriebene rasterweise oder zeilenweise Abtastung der zu reinigenden Fläche möglich mit einer entsprechenden Nach­ stellung des Düsenabstandes in Vorschubrichtung und quer dazu.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Sensor und die Düse miteinander gekoppelt sind, wobei die Düse gegenüber dem Sensor zur Veränderung des Abstandes von der zu reinigenden Fläche verschiebbar ist. Wenn die Düse in Vorschubrichtung beispielsweise an einem zu reinigenden Kraftfahrzeug vorbeigeschoben wird, nimmt sie dadurch automatisch auch den Sensor in festem Abstand mit, wobei der Sensor seinen Abstand von der zu reinigen­ den Fläche nicht ändert, die Düse dagegen entsprechend dem Abstandsdatensatz im Speicher senkrecht zu der zu reini­ genden Oberfläche nachgeführt wird.

Der Sensor kann beispielsweise ein optischer Sensor sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn diesem ein Spiegelscanner zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die abzutastende Fläche mit einem optisch oszillierenden Strahl zu über­ streichen, der gleichzeitig unter verschiedenem Winkel einfällt. Dies erleichtert die Auswertung der aufgenom­ menen Abstandsdaten und ermöglicht außerdem die Feststel­ lung der Neigung einer Fläche.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Sensor ein Ultraschallsensor. Vorzugsweise ist der Schallkeulen­ querschnitt des Ultraschallsensors nur wenig größer als der Querschnitt der Düse. Wenn in diesem Zusammenhang von einer "punktförmigen" Messung des Sensors gesprochen wird, so soll darunter eine Messung verstanden werden, bei wel­ cher ein Meßstrahl einen relativ geringen Bereich der zu reinigenden Gesamtfläche beaufschlagt und dessen Abstand bestimmt. Dabei muß es sich nicht streng um einen punkt­ förmigen Bereich handeln, sondern dieser Bereich kann durchaus eine gewisse Ausdehnung haben, beispielsweise einen Durchmesser von 10 cm. Wesentlich ist nur, daß die Auflösung der Abstandsmessung verbessert wird, wenn die von der Meßstrahlung beaufschlagte Fläche geringer ist. Die Auflösung sollte auf jeden Fall so gut sein, daß auch noch kleine Vorsprünge erkannt werden, beispielsweise Tür­ klinken oder Rückspiegel an Kraftfahrzeugen.

Es kann vorgesehen sein, daß mehrere Ultraschallsensoren so angeordnet sind, daß sich ihre Schallkeulenquerschnitte zu einem gemeinsamen Schallkeulenquerschnitt der gewünsch­ ten Größe ergänzen. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Ultraschallsensoren sehr scharf gebündelte Schallkeulenquerschnitte aufweisen.

Günstig ist es, wenn der Ultraschallsensor periodisch hin- und hergeschwenkt wird oder wenn der Sensor mehrere unter unterschiedlichem Winkel gegen die zu reinigende Fläche gerichtete Ultraschallsensoren umfaßt. In beiden Fällen gelangt die Ultraschallstrahlung unter unterschiedlichem Winkel auf die zu reinigende Fläche, so daß dadurch eine genauere Messung und eine Bestimmung einer Flächenneigung möglich wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Sensor sowohl optische Sensoren als auch Ultraschallsen­ soren. Deren Ergebnisse werden in einer Steuerschaltung verglichen, so daß es möglich wird, offensichtliche Fehl­ messungen auszuschalten, die beispielsweise durch den Ein­ fluß der umherspritzenden Reinigungsflüssigkeit oder unter dem Einfluß eines Fremdkörpers im Meßbereich auftreten könnten.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Achse der Düse verstellbar und ein die Achse verstellender An­ trieb ist in Abhängigkeit von den im Speicher gespeicher­ ten Daten von der Steuerung derart aktivierbar, daß zwi­ schen einem zu reinigenden Bereich der Fläche und dem Flüssigkeitsstrahl ein fester Winkel eingehalten wird. Dies ist insbesondere bei geneigten Flächen von Vorteil, da diese dann immer unter demselben Winkel von dem Flüssigkeitsstrahl getroffen werden, so daß die Reini­ gungswirkung konstant gehalten werden kann.

Die Düse kann beispielsweise eine oszillierende oder eine rotierende Düse sein.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Diese zeigt eine sche­ matische, perspektivische Ansicht einer Reinigungsvor­ richtung mit Sensor.

Die in der Zeichnung dargestellte Reinigungsvorrichtung umfaßt einen ortsfesten Pfosten 1, an dem höhenverstellbar ein Schlitten 2 gelagert ist. Die Höhenverstellung erfolgt über einen Motor 3 und in der Zeichnung nicht dargestellte Übertragungsmittel, beispielsweise einen Kettenzug.

An dem Schlitten 2 ist ein sich parallel zu einer Vor­ schubrichtung, deren Bedeutung weiter unten näher erläu­ tert wird, erstreckender Träger 4 gehalten, an dessen Ende zwei Sensoren 5, 6 positioniert sind, die quer zur Vor­ schubrichtung verlaufende Meßstrahlen 7, 8 aussenden und diese nach Reflexion an einer zu reinigenden Fläche 9 wie­ der auffangen.

Am Schlitten 2 ist weiterhin parallel zu den Meßstrahlen 7, 8 verschiebbar ein balkenförmiger Träger 10 gelagert, an dessen freiem, der Fläche 9 zugewandten Ende eine Düse 11 für einen Flüssigkeitsstrahl 12 angeordnet ist. Der Träger 10 kann mittels eines Motors 13 und mittels in der Zeichnung nicht eigens dargestellter Antriebsmittel so verschoben werden, daß der Abstand der Düse 11 von der Fläche 9 verstellbar ist.

Die Sensoren 5 und 6 können beispielsweise als ein opti­ scher Sensor 6 und als ein Ultraschallsensor 5 ausgebildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel senden beide Meßstrahlen in konstanter Richtung aus, es können auch Verschwenkeinrichtungen vorgesehen sein, so daß die Meß­ strahlen oszillierend die Richtung ändern, beispielsweise mit Hilfe eines Scannerspiegels im Falle eines optischen Sensors oder mit Hilfe eines mechanischen Antriebes bei einem Ultraschallsensor.

Sowohl die Sensoren als auch die Motoren 3 und 13 liefern laufend Positionsdaten an eine Speicher- und Steuereinheit 14. Es handelt sich dabei bei den Sensoren 5 und 6 um Da­ ten, die Auskunft über den Abstand zwischen Sensoren 5, 6 einerseits und zu reinigender Fläche 9 andererseits geben, bei den Motoren 3 und 13 um Daten, die Auskunft über die jeweilige Höhe und gegebenenfalls auch über die Momentan­ situation der Düse geben.

Außerdem werden der Speicher- und Steuereinheit 14 Daten von einem Vorschub 15 geliefert, der die zu reinigende Fläche 9 mit vorbestimmter Geschwindigkeit am Pfosten 1 entlangbewegt. Diese zu reinigende Fläche kann die Seiten­ fläche eines Kraftfahrzeuges sein, das mittels des Vor­ schubes 15 langsam an der im übrigen stationären Reini­ gungsvorrichtung vorbeigeführt wird.

Im Betrieb erzeugen die Sensoren zusammen mit dem Motor 3 und dem Vorschub 15 für jeden Meßbereich längs der Fläche 9 und in unterschiedlicher Höhe an dieser Fläche einen Da­ tensatz, der die Lage des gemessenen Bereiches der Fläche 9 und deren Abstand von der Ebene der Sensoren angibt. Die entsprechenden Daten werden in der Speicher- und Steuer­ einheit 14 zwischengespeichert, bis der Vorschub 15 den vorher gemessenen Bereich in den Bereich der Düse 11 und des Flüssigkeitsstrahles 12 bewegt hat. Dies ist nach einer bestimmten Zeit der Fall, die abhängt von der Länge des Trägers 4 und von der Geschwindigkeit des Vorschubes 15.

Sobald der Flüssigkeitsstrahl 12 den vorher ausgemessenen Bereich der Fläche 9 erreicht, wird der für den Flächen­ bereich generierte Datensatz von der Speicher- und Steuer­ einheit 14 verwendet, um den Motor 13 so zu aktivieren, daß die Düse 11 in einen vorbestimmten, immer gleichen Ab­ stand zu dem jeweiligen Bereich der Fläche 9 gefahren wird.

Die Düse 11 kann außerdem hinsichtlich ihrer Austritts­ achse verschwenkbar am Träger 10 angeordnet sein, in die­ sem Fall kann die Speicher- und Steuereinheit 14 in aus der Zeichnung nicht näher ersichtlichen Weise die Achse der Düse so verschwenken, daß die Düse immer unter gleich­ bleibendem Winkel auf die zu beaufschlagende Fläche ge­ richtet ist, beispielsweise unter einem Winkel von 90°. Auch diese Daten ergeben sich aus der vorab erfolgenden Abstandsmessung, wobei gegebenenfalls zur Ermittlung der Neigung entweder mehrere unterschiedlich gerichtete Meß­ strahlen auf die Fläche gerichtet werden oder die Neigung aus den verschiedenen Abstandsdaten in der Speicher- und Steuereinheit errechnet wird.

Um die gesamte Fläche zu überstreichen, wird einmal diese durch den Vorschub 15 an der Reinigungsvorrichtung ent­ langgefahren, zum anderen wird die Düse 11 oszillierend auf- und abgefahren, wobei gleichzeitig auch die Sensoren 5 und 6 entsprechend auf- und abgefahren werden, so daß so­ wohl die Düse als auch die Sensoren die Fläche quer zur Vorschubrichtung zeilenweise abtasten.

Selbstverständlich ist es möglich, daß die zu reinigende Fläche stationär behandelt wird, in diesem Falle ver­ schiebt der Vorschub 15 die gesamte Reinigungsvorrichtung längs der zu reinigenden Fläche, also beispielsweise längs eines abgestellten Kraftfahrzeuges.

Claims (15)

1. Verfahren zur Reinigung zerklüfteter Flächen mit Hilfe eines aus einer Düse austretenden Flüssig­ keitsstrahles, bei dem man die zu reinigende Fläche und die Düse in einer Vorschubrichtung aneinander vorbeibewegt, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem dem Strahlbereich in Vorschub­ richtung vorauseilenden Meßbereich der zu reinigen­ den Fläche, der vom Strahlbereich einen bestimmten Abstand aufweist, den Abstand der zu reinigenden Fläche von einer parallel zur Vorschubrichtung ver­ laufenden Bezugsebene im wesentlichen punktweise be­ stimmt, die bestimmten Abstandsdaten sowie die Daten der zugehörigen Relativposition der Düse und des Meßbereiches abspeichert und den Abstand der Düse relativ zu der Bezugsebene entsprechend den bei der Abstandsmessung bestimmten, abgespeicherten Daten durch eine Verschiebung der Düse quer zur Vorschub­ richtung auf einen festen Abstand zu der zu reini­ genden Fläche einstellt, sobald der Flüssigkeits­ strahl gegenüber der Messung zeitverzögert in den Meßbereich gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in jedem Meßbereich mehrere Abstandsdaten in unterschiedlichen Positionen quer zur Vorschub­ richtung punktweise ermittelt und abspeichert und daß man die Düse in jedem Meßbereich quer zur Vor­ schubrichtung an der zu reinigenden Fläche entlang­ bewegt und dabei gleichzeitig deren Abstand ent­ sprechend den gemessenen Abstandsdaten auf einen konstanten Abstand zu der zu reinigenden Fläche ein­ stellt.

3. Reinigungsvorrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 mit einer Vorschubein­ richtung zur relativen Bewegung einer Düse und einer zu reinigenden Fläche und mit einem Sensor zur Be­ stimmung des Abstandes der zu reinigenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 6) gegen­ über der Düse (11) in Vorschubrichtung versetzt an­ geordnet ist, wobei der vom Sensor (5, 6) erfaßte Meßbereich von dem von der Düse (11) abgegebenen Flüssigkeitsstrahl (12) verzögert überstrichen wird, daß der Sensor (5, 6) die zu reinigende Fläche (9) im wesentlichen punktförmig abtastet, daß ein die vom Sensor (5, 6) erzeugten Abstands- und Positions­ signale speichernder Datenspeicher (14) vorgesehen ist und daß eine Steuerung in Abhängigkeit von dem im Datenspeicher (14) gespeicherten Daten eines be­ stimmten Meßbereiches einen Antrieb (13) aktiviert, der die Düse (11) quer zur Vorschubrichtung in einen bestimmten Abstand zu der zu reinigenden Fläche (9) bewegt, sobald der Flüssigkeitsstrahl (12) diesen Meßbereich erreicht.

4. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (5, 6) und die Düse (11) quer zur Vorschubrichtung und quer zum Abstand zwischen zu reinigender Fläche (9) und Sensor (5, 6) verschiebbar sind und daß in unterschiedlichen dabei erreichten Positionen in jedem Meßbereich ein eigener Datensatz dem Speicher (14) zuführbar ist, mit dem die Düse (11) in jedem Meßbereich gegebenen­ falls in verschiedene Abstände von der zu reinigen­ den Fläche (9) bewegbar ist.

5. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 6) und die Düse (11) miteinander gekoppelt sind, wo­ bei die Düse (11) gegenüber dem Sensor (5, 6) zur Veränderung des Abstandes von der zu reinigenden Fläche (9) verschiebbar ist.

6. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) ein optischer Sensor ist.

7. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem optischen Sensor (6) ein Spie­ gelscanner zugeordnet ist.

8. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) ein Ultraschallsensor ist.

9. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schallkeulenquerschnitt des Ultraschallsensors (5) nur wenig größer ist als der Querschnitt der Düse (11).

10. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Ultraschallsensoren (5) so angeordnet sind, daß sich ihre Schallkeulen­ querschnitte zu einem gemeinsamen Schallkeulen­ querschnitt der gewünschten Größe ergänzen.

11. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultra­ schallsensor (5) periodisch hin- und hergeschwenkt wird.

12. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) mehrere unter unterschiedlichem Winkel gegen die zu reinigende Fläche (9) gerichtete Ultraschallsensoren umfaßt.

13. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor sowohl optische Sensoren (6) als auch Ultraschallsensoren (5) umfaßt.

14. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Düse (11) verstellbar ist und daß ein die Achse verstel­ lender Antrieb in Abhängigkeit von den im Speicher gespeicherten Daten von der Steuerung derart akti­ vierbar ist, daß zwischen einem zu reinigenden Be­ reich der Fläche (9) und dem Flüssigkeitsstrahl (12) ein fester Winkel eingehalten wird.

15. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (12) eine oszillierende oder rotierende Düse ist.