DE4124261C2 - Reinigungsvorrichtung zur Reinigung zerklüfteter Flächen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung zerklüfteter Flächen mit Hilfe eines aus einer Düse austretenden Flüssigkeitsstrahles mit einer Vorschubeinrichtung zur relativen Bewegung der Düse und der zu reinigenden Fläche und mit einem Sensor zur Bestimmung des Abstandes der zu reinigenden Fläche.

Bei der berührungslosen Reinigung von Flächen, insbesondere von zerklüfteten Flächen, wie dies bei der Reinigung von Kraftfahrzeugen notwendig ist, ergibt sich die Schwierigkeit, daß die Reinigungswirkung des aus Düsen abgegebenen 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 beibehalten 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 jedoch nicht möglich, zerklüftete Oberflächen zu reinigen, da die verwendete Lichtschranke auf die am weitesten vorstehenden 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 herangeführt werden können. Um diese zu steuern, wird vor Beginn des eigentlichen Reinigungsvorganges ein Steuerungsprogramm erstellt, das die Geometrie des zu reinigenden Gegenstandes 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 geeignet (EP-A2-03 96 054; DE 34 32 507 A1).

Aus der DE 26 24 816 A1 ist eine Vorrichtung zum Behandeln einer Fläche bekannt, bei der ein Berührungstaster eine Abstandssteuerung für eine Düse bewirkt. Da dabei die Position der Düse gleichzeitig mit der Position des der Düse in Vorschubrichtung vorauseilenden Berührungstasters verändert wird, können mit einer solchen Vorrichtung zerklüftete Oberflächen nicht bearbeitet werden.

Eine gleichzeitige Positionierung eines Arbeitsgerätes und eines Sensors ist auch aus einem Buch von Wolfgang Ruoff ("Optische Sensorsysteme zur On-line-Führung von Industrierobotern", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1989, Seiten 64 und 65) bekannt und wird auch in der DE 34 13 731 A1 bei einem Industrieroboter zum Schweißen von dünnen Blechen beschrieben. Bei diesem Industrieroboter ist ein optischer Sensor zusammen mit einem Schweißgerät an einer Roboterhand befestigt. Um eine möglichst hohe Genauigkeit beim Schweißen zu erzielen, wird in der Offenlegungsschrift vorgeschlagen, den Meßpunkt des Sensors sehr nahe an dem Schweißgerät anzuordnen. Vom Sensor ermittelte Abstandsdaten werden mit Hilfe eines Meßprogrammes so ausgewertet, daß der Sensor mit Hilfe der Roboterhand in gleichbleibendem Abstand zum dünnen Blech positioniert werden kann, wobei durch die Positionierung des Sensors gleichzeitig auch das an der Roboterhand befestigte Schweißgerät in gleichbleibendem Abstand gehalten wird. Eine derartige Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Positionierung einer Düse, da in diesem Falle der vom Sensor erfaßte Meßbereich mit dem aus der Düse austretenden Flüssigkeitsstrahl überlappt und die Abstandsmessung beeinträchtigt. Der Industrieroboter eignet sich außerdem auch deshalb nicht zur Reinigung zerklüfteter Oberflächen, da wie bei der in der DE 26 24 816 A1 beschriebenen Vorrichtung Sensor und Arbeitsgerät gleichzeitig positioniert werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, bei der zerklüftete 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.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Reinigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor gegenüber der Düse in Vorschubrichtung versetzt angeordnet ist, wobei der vom Sensor erfaßte Meßbereich von dem von der Düse abgegebenen Flüssigkeitsstrahl verzögert überstrichen wird, daß der Sensor die zu reinigende Fläche im wesentlichen punktförmig abtastet und den Abstand der zu reinigenden Fläche von einer parallel zur Vorschubrichtung verlaufenden Bezugsebene ermittelt, daß ein die vom Sensor erzeugten Abstands- und Positionssignale speichernder Datenspeicher vorgesehen ist, daß eine Steuerung in Abhängigkeit von den im Datenspeicher gespeicherten Daten eines bestimmten Meßbereiches einen Antrieb aktiviert, der die Düse quer zur Vorschubrichtung in einen bestimmten Abstand zu der zu reinigenden Fläche bewegt, sobald der Flüssigkeitsstrahl diesen Meßbereich erreicht, und 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.

Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung wird mit Hilfe eines Sensors in einem dem Strahlbereich in Vorschubrichtung vorauseilenden Meßbereich der zu reinigenden Fläche der Abstand der zu reinigenden Fläche von einer parallel zur Vorschubrichtung verlaufenden Bezugsebene bestimmt. Diese Abstandsdaten werden zusammen mit den Daten der zugehörigen Relativposition der Düse und des Meßbereiches abgespeichert und der Abstand der Düse relativ zu der Bezugsebene entsprechend den abgespeicherten Daten durch eine Verschiebung der Düse quer zur Vorschubrichtung auf einen festen Abstand zu der zu reinigenden Fläche eingestellt. Dabei erfolgt die Positionierung der Düse gegenüber der Abstandsmessung zeitverzögert in dem Moment, in dem die Düse in den Meßbereich gelangt. Die Düse ist gegenüber dem Sensor zur Veränderung des Abstandes von der zu reinigenden Fläche verschiebbar. Der Sensor ist mit der Düse gekoppelt, so daß zum Beispiel dann, wenn die Düse in Vorschubrichtung an einem zu reinigenden Kraftfahrzeug vorbeigeschoben wird, der Sensor in Vorschubrichtung in festem Abstand zur Düse mitgenommen wird.

Mit Hilfe der Reinigungsvorrichtung wird also eine Abtastung der Kontur der zu reinigenden Fläche vorgenommen, und zwar bei jedem einzelnen Waschvorgang jeweils diesem Waschvorgang vorauseilend. Die Abstandsbestimmung 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 Bereichs erfolgt, werden die dabei gewonnenen Abstands- und Positionsdaten zwischengespeichert und erst zur Abstandssteuerung der Düse verwendet, wenn diese den vorherigen Meßbereich erreicht.

Die Messung erfolgt dabei punktweise, d. h. der Sensor reagiert nicht zwangsläufig auf den im Meßbereich am weitesten vorstehenden Teil, sondern ist in der Lage, eine Abstandsmessung mit großer Auflösung zu liefern, im Meßbereich also bei zerklüfteten Oberflächen die Abstände detailliert zu bestimmen.

Vorteilhaft ist es, wenn der Sensor und die Düse quer zur Vorschubrichtung und quer zum Abstand zwischen zu reinigender 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 bewegbar ist. Mit einer solchen Vorrichtung können in jedem Meßbereich mehrere Abstandsdaten in unterschiedlichen Positionen quer zur Vorschubrichtung punktweise ermittelt und abgespeichert werden, die Düse kann in jedem Meßbereich quer zur Vorschubrichtung an der zu reinigen Fläche entlang bewegt werden und gleichzeitig kann deren Abstand entsprechend den gemessenen Abstandsdaten auf einen konstanten Abstand zu der zu reinigenden Fläche eingestellt werden. Die Abstandsmessung zwischen Sensor und zu reinigender Oberfläche und die entsprechende Steuerung des Abstandes zwischen Düse und zu reinigender Oberfläche erfolgt somit 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 Oberfläche der zu reinigenden Fläche zeilenweise abgetastet und hinsichtlich ihres Abstandes von einer äußeren Bezugsebene vermessen. Entsprechend diesen zwischengespeicherten Meßdaten wird dann der Abstand der Düse gesteuert. Es ist somit eine rasterweise oder zeilenweise Abtastung der zu reinigenden Fläche möglich mit einer entsprechenden Nachstellung des Düsenabstandes in Vorschubrichtung und quer dazu.

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 überstreichen, der gleichzeitig unter verschiedenem Winkel einfällt. Dies erleichtert die Auswertung der aufgenommenen Abstandsdaten und ermöglicht außerdem die Feststellung der Neigung einer Fläche.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Sensor ein Ultraschallsensor. Vorzugsweise ist der Schallkeulenquerschnitt 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 welcher ein Meßstrahl einen relativ geringen Bereich der zu reinigenden Gesamtfläche beaufschlagt und dessen Abstand bestimmt. Dabei muß es sich nicht streng um einen punktförmigen 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 (12)

1. Reinigungsvorrichtung zur Reinigung zerklüfteter Flächen mit Hilfe eines aus einer Düse austretenden Flüssigkeitsstrahles mit einer Vorschubeinrichtung zur relativen Bewegung der Düse und der zu reinigenden Fläche und mit einem Sensor zur Bestimmung des Abstandes der zu reinigenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 6) gegenüber der Düse (11) in Vorschubrichtung versetzt angeordnet 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 und den Abstand der zu reinigenden Fläche (9) von einer parallel zur Vorschubrichtung verlaufenden Bezugsebene ermittelt, daß ein die vom Sensor (5, 6) erzeugten Abstands- und Positionssignale speichernder Datenspeicher (14) vorgesehen ist, daß eine Steuerung in Abhängigkeit von den im Datenspeicher (14) gespeicherten Daten eines bestimmten 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, und daß der Sensor (5, 6) und die Düse (11) miteinander gekoppelt sind, wobei die Düse (11) gegenüber dem Sensor (5, 6) zur Veränderung des Abstandes von der zu reinigenden Fläche (9) verschiebbar ist.

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gegebenenfalls in verschiedene Abstände von der zu reinigenden Fläche (9) bewegbar ist.

3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) ein optischer Sensor ist.

4. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem optischen Sensor (6) ein Spiegelscanner zugeordnet ist.

5. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) ein Ultraschallsensor ist.

6. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkeulenquerschnitt des Ultraschallsensors (5) nur wenig größer ist als der Querschnitt der Düse (11).

7. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ultraschallsensoren (5) so angeordnet sind, daß sich ihre Schallkeulenquerschnitte zu einem gemeinsamen Schallkeulenquerschnitt der gewünschten Größe ergänzen.

8. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsensor (5) periodisch hin- und hergeschwenkt wird.

9. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) mehrere unter unterschiedlichem Winkel gegen die zu reinigende Fläche (9) gerichtete Ultraschallsensoren umfaßt.

10. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor sowohl optische Sensoren (6) als auch Ultraschallsensoren (5) umfaßt.

11. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Düse (11) verstellbar ist und daß ein die Achse verstellender Antrieb in Abhängigkeit von den im Speicher gespeicherten Daten von der Steuerung derart aktivierbar ist, daß zwischen einem zu reinigenden Bereich der Fläche (9) und dem Flüssigkeitsstrahl (12) ein fester Winkel eingehalten wird.

12. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (12) eine oszillierende oder rotierende Düse ist.