DE4419346A1 - Anordnung zur Überwachung der Beschichtung von Werkstoff(stück)oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung der Beschichtung von Werkstoff- bzw. Werkstückoberflächen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Erkennen der Beschichtungsmenge und -geometrie ist ein großes Problem bei der Anwendung automatischer bzw. halbautomatischer Beschichtungsanlagen. Es müssen alle Veränderungen der Beschichtungsmenge und -geometrie sowie der Beschaffenheit der Werkstück- bzw. Werkstoffoberfläche über ein bestimmtes Maß hinaus kontinuierlich erfaßt werden, um eine Fehlbeschichtung und damit eine Funktions­ beeinträchtigung des Erzeugnisses zu vermeiden bzw. defek­ te Werkstücke auszusondern. Weiterhin ist eine Kantenver­ folgung zur Steuerung der Bewegung der Auftragsdüse wün­ schenswert.

Nach DD 2 68 048 ist eine Ringanordnung bekannt, bei der eine bestimmte Anzahl von Sendern und Empfängern um die Achse der Beschichtungseinrichtung angeordnet ist. Diese Anordnung ist in ihrer Auflösung des Meßsignals am Umfang des Ringes durch den konstruktiv vorgegebenen Abstand der Meßflecken zueinander begrenzt. Die großen Mittenabstände der Meßflecken lassen nur große Breitenmeßtoleranzen zu.

Weiterhin sind Methoden bekannt. Bei denen nach der Be­ schichtung das beschichtete Werkstück als Ganzes mit einer Matrix- bzw. Zeilenkamera untersucht wird. Auf dem auf­ genommenen Bild bzw. einer Folge aufgenommener Bilder wird dann durch geeignete Bildverarbeitungshardware und -soft­ ware die Beschichtung untersucht. Die Verwendung von Licht­ strahlung günstiger Wellenlänge erscheint schwierig. Vor allem zum Betrachten des Werkstückes mit Matrixkamera­ systemen muß dieses, nach dem Wegschwenken der Auftrags­ düse, in eine bestimmte Lage gefahren werden. Das bringt erheblichen Zeitverlust im Arbeitstakt, Fehler werden erst nach dem Beschichtungsprozeß erfaßt, was eine konti­ nuierliche Prozeßüberwachung ausschließt. Eine Nachbe­ schichtung bei gefundener Fehlstelle dürfte schwierig sein.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, während des Beschich­ tungsprozesses richtungsunabhängig, mit einfachen Mitteln, die Beschichtungsmenge und -geometrie sowie die Beschaffen­ heit der Werkstoff- bzw. Werkstückoberfläche im Bereich der zu überwachenden Beschichtung in engen Toleranzen zu kon­ trollieren.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der erfindungsgemäßen Konzeption beschreiben der Meßfleck bzw. die Meßflecken um eine Beschichtungseinrich­ tung ganz oder teilweise eine konzentrische Bahn. Der Meßfleck bzw. die Meßflecken überstreichen die zu über­ wachende Beschichtung wenigstens einmal pro Abtastperiode. Während der Abtastperiode wird die Änderung der Reflexion erfaßt und einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Aus der Änderung der Reflexion während einer Abtastperiode werden alle erforderlichen Größen ermittelt.

Durch die kontinuierliche Abtastung wird jede Änderung der Beschichtungsrichtung, die Geometrie der Beschichtung und ein eventuell auftretendes Aussetzen in engen Toleranzen erfaßt.

Da die Werkstoff- bzw. Werkstückoberfläche vor und nach dem Beschichten abgetastet wird, ist die Differenz aus den Meßergebnissen an einem Ort vor der Beschichtung und nach der Beschichtung ein Maß für die zu überwachende Beschichtung. Ist diese Differenz nahe bzw. gleich Null, liegt eine Unterbrechung der zu überwachenden Beschichtung vor.

Das erste Auftreten dieser Differenz in der Abtastperiode signalisiert die eine Kante der zu überwachenden Beschich­ tung. Das letzte Auftreten dieser Differenz in der Abtast­ periode signalisiert die andere Kante der zu überwachenden Beschichtung.

Durch die Erfassung der Zeitdauer bzw. des Winkels zwi­ schen diesen beiden Ereignissen ist die Ermittlung der Breite der zu überwachenden Beschichtung möglich. Ändern sich Richtung und Verlauf der zu überwachenden Beschich­ tung, so führt das zur Verschiebung des Reflexionsverhal­ tens in der Abtastperiode.

Die Diskretisierung erfolgt in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des bzw. der Meßflecken und der Vorschubgeschwindigkeit der Beschichtungseinrichtung.

In den Unteransprüchen wird neben der Drehbewegung um mindestens 360° bzw. einer Rotationsbewegung des Drehsen­ sors eine oszillierende oder eine Schrittbewegung vorge­ schlagen.

Wird die Anordnung oszillierend angetrieben, so muß zur Realisierung gleicher Abstände zwischen den Messungen die Meßfrequenz der diskontinuierlichen Bewegung angepaßt werden. Dabei errechnet sich die Anzahl n der Drehsenso­ ren, also der Sender- und Empfängerpaare bei vorgegebenem rechnerischem Schwingwinkel α wie folgt:

Um eine ausreichende Überdeckung des gesamten Kreises zu erreichen, soll der reale Schwingwinkel etwas größer als der rechnerische sein.

Wird die Bewegung der Anordnung um die Beschichtungsein­ richtung durch einen Schrittmotor diskontinuierlich ange­ trieben, so ist die Meßfrequenz der Schrittfrequenz anzu­ passen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patent­ ansprüche verwiesen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Anordnung in Funktion,

Fig. 2 eine Anordnung mit kontinuierlichem Antrieb,

Fig. 3 eine Anordnung mit oszillierendem Antrieb,

Fig. 4 eine Anordnung mit Schrittantrieb.

In Fig. 1 ist die Anordnung eines Drehsensors 1, bestehend aus einem optischen Sender und Empfänger mit ihren auf die Werkstoff- bzw. Werkstückoberfläche 6 gerichteten Licht­ kegeln 4 dargestellt. Die Überdeckung der Lichtkegel bil­ det den Meßfleck 5. Die zu überwachende Beschichtung ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Der Drehsensor 1 kann mit kontinuierlichem Antrieb 7, oszillierendem An­ trieb oder mit einem Schrittantrieb 9 ausgestattet sein.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung mit einem konti­ nuierlichen Antrieb 7.

Zusätzlich eingezeichnet ist der Signalfluß der zugehöri­ gen Steuer- und Auswerteschaltung. Dabei ist die Drehzahl­ steuerung mit 10, der Steuerrechner mit 11, die Meßwert­ übertragung an der Überwachungsanordnung mit 12, die Meß­ wertaufbereitung mit 13 und die Lagerung mit 14 bezeich­ net. Die Meßwertübertragung 12 sollte dabei möglichst berührungslos erfolgen.

Vom Rechner 11 wird zur Drehzahlsteuerung 10 der Meßtakt vorgegeben.

Bei der Ausführung der Überwachungsanordnung mit oszil­ lierendem Antrieb nach Fig. 3 wird der kontinuierliche Antrieb 7 durch ein die oszillierende Bewegung erzeugendes Getriebe 8 ergänzt. Das Winkelmeßgerät 15, das die Syn­ chronisation des Meßtaktes mit der diskontinuierlichen Schwingbewegung bewirkt, ist direkt mit dem Rechner 11 gekoppelt.

Es können mehrere Drehsensoren 1, hier quasi als Schwing­ sensoren arbeitend, vorgesehen werden. Bei beispielsweise vier vorhandenen Schwingsensoren und damit vier Sender- und Empfängerpaaren beträgt der Schwingwinkel α incl. Überdeckung ca. 91°. Diese Überdeckung von ca. 1° ent­ spricht zwei Meßpunkten bei einem Meßpunktabstand von 0,5°.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung mit Schritt­ antrieb 9. Im Unterschied zur Überwachungsanordnung mit oszillierendem Antrieb ist hier die Drehzahlsteuerung durch eine Schrittmotorsteuerung 10 ersetzt, wobei die Schrittbewegung durch die Endlagenschalter 16 begrenzt wird.

Für die Überwachungsanordnung in den Ausführungen mit oszillierendem Antrieb oder Schrittantrieb nach Fig. 3 bzw. Fig. 4 ist eine berührungslose Meßwertübertragung nicht erforderlich.

Claims (6)

1. Anordnung zur Überwachung der Beschichtung von Werk­ stoff- bzw. Werkstückoberflächen, bestehend aus wenigstens einem optischen Sender und Empfänger, deren Lichtkegel auf die Werkstoff- bzw. Werkstückoberfläche gerichtet sind und durch die Überschneidung der Lichtkegel einen Meßfleck bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ein optisches Sender- und Empfängerpaar aufweisender Drehsensor (1) um die Beschichtungseinrichtung (2) auf einer ganz oder teilweise konzentrischen Bahn geführt ist, wobei die Drehachse mit der Mittelachse der Beschichtungseinrichtung (2) zusammenfällt und der Meßfleck (5) die zu überwachende Beschichtung (3) während einer Abtastperiode wenigstens einmal überstreicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise ein Drehsensor (1) mittels eines kontinuierlichen Antriebs (7) um minde­ stens 360° um die Beschichtungseinrichtung (2) drehbar angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Drehsensor (1) auf der ganz oder teilweise konzentrischen Bahn um die Beschichtungseinrichtung (2) mittels eines oszillierenden Antriebs (7, 8) eine oszillierende Drehbewegung ausführt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise ein Drehsensor (1) auf der ganz oder teilweise konzentrischen Bahn um die Beschichtungseinrichtung (2) mittels eines Schrittantriebs (9) eine Schrittbewegung ausführt.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zahl n der Sender- und Empfängerpaare (1) bei vorgegebenem Schwingwinkel α nach der Beziehung berechnet, wobei zur Gewährleistung einer ausreichenden Überdeckung der reale Schwingwinkel α etwas größer als der rechnerische zu wählen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz der Schritt­ frequenz des Schrittmotors (9) angepaßt ist.