DE60205928T2

DE60205928T2 - Verfahren zur automatischen flächenbehandlung

Info

Publication number: DE60205928T2
Application number: DE60205928T
Authority: DE
Inventors: John Henrik ANDERSEN; Ole Madsen
Original assignee: INROPA APS
Current assignee: INROPA APS
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: JP2005506195A; EP1438144A1; US20040213915A1; DE60205928D1; WO2003035275A1; ATE303209T1; EP1438144B1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Vorbereiten einer Oberfläche eines Teils, das bevorzugt angestrichen werden soll, wobei zur Behandlung der Oberfläche des Teils ein Werkzeug verwendet wird.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der JP 07-168 617 A bekannt.
Anstrichgewerbe
Gegenwärtig besteht noch kein Markt für hochflexible, hochvariante, automatisierte Anstrichkabinen mit niedrigem Volumen, da die erforderliche Technologie nicht zur Verfügung stand und auch noch nicht steht, zumindest nicht unter ökonomisch praktikablen Bedingungen. Es liegt aber ein wachsender Bedarf für solche Systeme vor. Kleine und mittlere Unternehmen sind gegenwärtig gezwungen, ihre Anstrichverfahren mit außerbetrieblichen Mitteln zu ergänzen oder kostspielige, handbetriebene Anstrichwerkstätten aufrechtzuerhalten. Dies gilt auch für große Gesellschaften mit einer hohen Anzahl verschiedener Produktvarianten.
Die Anwendung von roboterbetriebenem Anstrich auf der Grundlage herkömmlicher Programmierungstechnologie ist für stark variierende Teile mit niedrigen Chargenbemessungen wegen der ökonomischen Belastungen nicht praktikabel (zu hohe Kosten für anfängliche Programmierungsbemühungen und ständige Umformung). Dies ist demnach der Grund, warum es heutzutage nur wenige Roboteranlagen für diese Art von Aufgaben gibt und warum die meisten dieser für die Verkäufer von Robotern nicht profitabel sind. Der potentielle Markt ist groß, da es z. B. mehr als 10 000 Gesellschaften mit handbetriebenen Anstrichwerkstätten alleine in Deutschland gibt.
Nichtanstreichende Gewerbe
In Anwendungen ähnlich dem Anstrichvorgang, wie Abdichten, Reinigen, Sandstrahlen oder Luftpinselbemalen betrifft die Erfindung auch nichtanstreichende Gewerbe, und zwar durch Heranziehen der Vorgehensweisen bei Messung und unabhängiger Programmierung für höhere Anforderungen, was Lagegenauigkeit angeht. Eine Schlüsselentwicklung zu diesen Anwendungen würde die Verwendung verfügbarer 3D CAD-Daten ermöglichen, die für diese Anwendungen oft zur Verfügung stehen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Projekt, das den Zielen der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, ist "SmartPainter" genannt, und zwar ein kooperatives Forschungsprojekt zwischen der Universität von Süddänemark und der Odense Steel Shipyard Ltd. (beziehungsweise ihrer hieraus abstammenden Gesellschaft Amrose Ltd.). Im Smart-Painter-Projekt wurde die Anstrichbewegung durch virtuelles Auseinanderklappen der anzustreichenden Oberflächen, Aufbringen der Anstrichbewegung und Zurückklappen der Oberflächen sowie Nachfolgenlassen der Anstrichbewegungen nach diesem Klappen der Oberflächen erzeugt. Diese Strategie ist jedoch nur anwendbar, wenn 3D-Modelle der Gegenstände zur Verfügung stehen und die Krümmung der Gegenstände relativ klein ist. Die SmartPainter-Technologie zielt sehr stark auf die Schiffbauindustrie ab, wo eine "nur eines von einer Art"-Produktion typisch ist, aber in jedem Fall CAD-Modelle vorliegen. Üblicherweise gibt es hier nur große, einfache Oberflächen und keine komplizierten Merkmale, wie etwa Kühlrippen oder Hohlräume.
Die US-Gesellschaft ART hat eine Technologie patentieren lassen, die "ARTomation" genannt ist, die es, wie sie beansprucht, es dem Benutzer ermöglicht, rasch, mühelos und intuitiv ein Roboter-Anstrichsystem "netzfern" in Minuten zu programmieren. Das ARTomation-System besteht aus den folgenden Schritten: (1) Nimm ein digitales Bild (Photo) der Teile, wie sie dem System dargeboten werden, (2) führe das Photo auf einem PC ein und beschreibe die Aufgaben, die du wünschst, durchzuführen (von Hand!), unter Anwendung der ARTomation-Software; (3) wenn der Benutzer mit den Wegen und der zugeordneten Information zufriedengestellt ist, wird automatisch ein "Roboter-Steuerprogramm" von der Software erzeugt, und eine File (angelegte Akte), die alle in ihrer Folge angeordneten Befehle zu der gesammten Prozeßsteuerungsanlage, allen Motoren und allen Antrieben umfaßt, wird auf Diskette oder Ethernet geschrieben und schließlich an die Systemsteuerung vor Ort in der Fabrik übertragen, und (4) vor Ort in der Fabrik wird die File dann geladen, um zu laufen. Korrekturen an den Anstrichwegen können einfach dadurch gemacht werden, daß man die File auf dem PC wieder öffnet und an diesem Ort die Änderungen vornimmt.
Die US 5 521 477 beschreibt ein Verfahren zum Simulieren des Anstrichverfahrens, wo anfangs die anzustreichende Oberfläche kopiert wird, und wo das fragliche Anstrichverfahren aufeinanderfolgend eingerichtet und simuliert wird. Der Zweck dieses Verfahrens ist es, eine ausreichende und ebene Oberflächenschicht von Farbe zu erhalten, abhängig von der Oberfläche des Gegenstandes, der angestrichen wird. Es erfolgt allerdings keinerlei Erwähnung, wie die Oberfläche kopiert werden soll.
Zugeordnete Veröffentlichungen:

– P.Hertling, L. Hog, R. Larsen, J. W. Perram und H. G. Petersen, "Arbeitskurvenplanung für Anstrichroboter" – Teil I: Prozeßmodellierung und Kalibrierung. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 12, Nr. 2, April 1996, 324–330.
– J. W. Perram, H. G. Petersen, P. T. Ruhoff und A. Sorensen, "Ein neues Modell für die fortgeschrittene Steuerung von Roboter-Manipulatoren". Protokoll (proceedings) der 6. IASTED int. Konf. über Roboterwesen und -herstellung 120–124.
– M. M. Olsen und H. G. Petersen, "Ein neues Verfahren zum Abschätzen von Parametern eines dynamischen Robotermodells". Übergeben an das IEEE-Protokoll (transactions) über Roboterwesen und Automation.
– S. Thorkildsen und D. SØlvason, "Mathematisches Modellieren des Farbstroms von einer Sprühpistole". 35. europäische Studiengruppe mit Industrie, Endreport.
– S. Thorkildsen, D. SØlvason, H. G Petersen, "Arbeitskurvenplanung für Anstrichroboter" – Teil II: Wegdarstellung und Wegerzeugung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Automation des Programmierens von Robotern zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils, wie etwa Farbaufträge für eine kleine Menge von Teilen mit einer sehr hohen Zahl von Varianten. Es ist auch das Ziel der Erfindung, technische Lösungen mit einer beträchtlichen Robustheit unter industriellen Umgebungsbedingungen zu finden.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zum automatischen Vorbereiten der Behandlung einer Oberfläche eines Teils unter Verwendung eines Werkzeugs für die Behandlung erreicht, wobei das genannte Verfahren das Approximieren einer gegebenen Freiform oder komplexen Oberflächengeometrie durch Definieren elementarer Oberflächengeometrien und das Benutzen der genannten elementaren Oberflächengeometrien, um eine Anzahl sogenannter virtueller Oberflächen zu erstellen, wobei die genannten virtuellen Oberflächen als anzustreichende Bereiche angesehen werden, und schließlich Verwenden der genannten, virtuellen Oberflächen zum Erstellen von Behandlungs- Vorgehensweisen umfaßt, bevorzugt empirisch definierter Behandlungs-Vorgehensweisen, wobei eine von jeder Behandlungs-Vorgehensweise jeder der virtuellen Oberflächen zugeordnet wird. Ein bevorzugtes Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche des Teils ist eine Anstrich-Vorgehensweise, wobei das Werkzeug ein Anstrichwerkzeug ist, das an einem Roboter angebracht ist.
Ein mögliches Merkmal des Verfahrens umfaßt das Steuern einer jeden der Linien der Behandlung zum Erstellen der Erstreckung der Flicken (patches), die innerhalb der Nachbarschaft der Behandlunglinien gefunden werden, wobei das Erstellen benutzt wird, um zu bestimmen, ob die Behandlungslinien, die gesteuert werden, sich nur längs kontinuierlich benachbart angeordneter Flicken erstrecken, oder längs diskontinuierlich nicht benachbart angeordneter Flicken.
Durch Heranziehen dieses Merkmals der Erfindung ist es möglich, jede Behandlung, wie etwa Anstreichen, an Flächen längs der Oberfläche zu vermeiden, wo tatsächlich keine Oberfläche vorliegt. Wenn man Behandlungslinien erstellt, wie etwa die Anstrichlinien, dann erstrecken sich diese Linien von einem Bewegungspunkt zu einem anderen Bewegungspunkt des Werkzeugs zum Behandeln der Oberfläche. Es können jedoch zwischen diesen Bewegungspunkten einer oder mehrere Bereiche längs der Behandlungslinie vorliegen, wo die Kontinuität der Oberfläche unterbrochen ist, so daß eine Diskontinuität der Oberfläche vorliegt, die längs der Behandlungslinie behandelt wird. In diesem Fall ist es wesentlich, die Behandlungswirkung des Werkzeugs zu unterbrechen, d. h. zum Beispiel einen Farbauftrag zu unterbrechen, da keine Oberfläche zur Behandlung vorliegt. Die Bewegung des Werkzeugs wird jedoch aufrechterhalten, um die Bewegung längs der Behandlungslinie durchzuführen und zum nächsten Flicken zu laufen, der nach der Diskontinuität der Oberfläche behandelt werden soll.
Dementsprechend kann ein mögliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens auch das Steuern der Menge von Behandlungssubstanz umfassen, die längs der Behandlungslinien aufgetragen wird, sowie die Steuerung, die verwendet wird, um auf den Erstreckungen der Behandlungslinien, die zwischen den Flicken liegen, die diskontinuierlich nicht nebeneinanderliegende Flicken sind, keine Behandlung aufzubringen.
Ein anderes, mögliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt das Zuordnen mindestens eines der folgenden Merkmale zu jedem der Flicken: ein geometrisches Merkmal, etwa wie eine spezielle Form, wie zum Beispiel eine Rippe, als Teil des Bereiches der Stelle, die von dem fraglichen Flicken dargestellt wird, ein die Textur betreffendes Merkmal, wie etwa die Rauhigkeit oder Porosität der Oberfläche des Teils an der Stelle des Flickens, ein physisches Merkmal wie etwa das Material, aus dem das Teil an der Stelle des fraglichen Flickens hergestellt ist, oder die Temperatur des Teils an der Stelle des Flickens.
Durch Zuordnen eines oder mehrerer der erwähnten Merkmale ist es möglich, die Behandlung speziell in Zuordnung zu geometrischen Merkmalen der zu behandelnden Oberfläche zu steuern, aber auch in Zuordnung zu physikalischen Merkmalen der Oberfläche. Dies wird die Qualität der Behandlungs-Vorgehensweise über die Qualität hinaus steigern, die erhalten wird, wenn man die Behandlungs-Vorgehensweise nur in Zuordnung zu den geometrischen Merkmalen anwendet, das heißt, die Erstreckung der Oberfläche und irgendwelche Diskontinuitäten längs der Oberfläche. Wie aus den obigen Merkmalen ersichtlich ist, können die Merkmale speziell angepaßte Behandlungs-Vorgehensweisen erfordern, wobei zum Beispiel eine rauhe oder poröse Oberfläche vielleicht mehr Behandlung benötigt, etwa mehr Farbe, die aufgetragen wird, verglichen mit einer glatten Oberfläche einer nicht porösen Oberfläche. Auch kann eine kalte Oberfläche eine differenzierte Behandlung benötigen, verglichen mit einer warmen oder gar heißen Oberfläche.
Dementsprechend kann es auch ein mögliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens sein, die Steuerung der Menge an Behandlungssubstanz, die längs der Behandlungslinien aufgebracht wird, zu umfassen, und die Steuerung wird verwendet, um die Auftragebehandlung zu determinieren, und zwar unter anderen Bedingungen für die Auftragebehandlung auf die Oberfläche des Teils und in Zuordnung zu mindestens einem der Merkmale, die den Flicken zugeordnet sind.
Obwohl die Erfindung in erster Linie auf den Roboter-Sprühanstrich abzielt, kann sie auch für die Planung von Verfahrensbewegungen für den Bereich von Verfahren auf dem Gebiet der Oberflächenbehandlung angewandt werden. Beispiele von Verfahren, in denen die Erfindung zur Planung von Verfahrensbewegungen angewandt werden kann: Pulveranstrich, Waschen und Reinigen mit Flüssigkeit (inklusive Hochdruckreinigung), Waschen und Reinigen mit physischer Berührung zwischen Werkzeug und Teil, Entfetten, Sandstrahlen, Polieren, Versiegeln (zum Beispiel zum Korrosionsschutz), Inspektionssysteme, Polieren, Schleifen, Entgraten und Kleben.
Die folgenden Vorteile können von der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wenn sie zum Anstrich verwendet wird:

– Verringern der durchschnittlichen menschlichen Programmierbemühung zum Roboteranstrich um 75%. Die Erfindung ist in der Lage, automatisch ein Anstrichprogramm für einen weiten Bereich industrieller Teile zu erzeugen.
– Verringern des noch immer von Menschen durchgeführten Anstrichs und/oder der Überwachung um 90%. Die Erfindung ist in der Lage, ohne oder mit sehr geringem menschlichem Eingriff oder menschlicher Überwachung zu laufen.
– Verringern des Farbmaterialabfalls um mehr als 10%. Die Erfindung sieht automatisch erzeugte Anstrichstrategien vor, die es erlauben, Farbmaterial einzusparen, verglichen mit Anstrichvorgängen von Hand.
– Automatisches Erzeugen kollisionsfreier Farb- bzw. Anstrichwege und Planen der Roboteraufgaben. Die Erfindung liefert eine auf einem neuen Modell basierende Bemühung zum automatischen Bestimmten vernünftiger Anstrichstrategien,
– Offene Systemarchitektur zum Ermöglichen firmenspezifischer Anpassungen. Die Erfindung erlaubt es den Endbenutzern, ihre eigene Ansticherfahrung mit einzubringen.
– Hohes Maß an Anwendbarkeit und Akzeptanz für sehr verschiedene, zu handhabende Teile. Die Erfindung erlaubt den Anstrich einer breiten Vielfalt von industriellen Teilen (von kleinen Handgriffen zu großen Lastwagenrahmen).
– Robustheit gegenüber Änderungen und Varianten der Teile. Die Erfindung kompensiert kleine Abweichungen an Form und Größe von Teilvarianten.

Die Automation der Teile erhöht nicht nur die Gesamtproduktivität, sondern trägt auch dazu bei, den Verbrauch von Quellen und Energie niedrig zu halten, und zwar durch Verringern der Anzahl von geforderten, erneuten Anstricharbeiten. Auch sollte eine Erhöhung in der Qualität des Anstrichs möglich sein. Transporterfordernisse werden verringert. Heutzutage wird Anstreichen oft ausgelagert, und zwar wegen der niedrigen Kosteneffizienz, wenn nur verhältnismäßig geringe Volumina vorliegen. Durch Einführen eines hochflexiblen Anstreichens werden mehr Firmen in der Lage sein, den Anstrich im Hause vorzunehmen, und deshalb imstande sein, den Transport der Teile zu einer abgelegenen Anstreicheinheit und zurück zu vermeiden.
Der am meisten potentielle Markt der Erfindung ist die allgemeine Industrie, wo sich Anstrichvorgänge hauptsächlich auf den Schutz vor Korrosion beziehen und somit die Qualitätserfordernisse nicht hoch sind. Andererseits ist eine ökonomische Begründung der Anstrichautomatisierung in der allgemeinen Industrie viel schwieriger als in der Kraftfahrzeugindustrie. Durch die Erfindung könnte ein Markt geöffnet werden, wenn das Konzept so ausgeweitet werden könnte, daß es ein allgemeineres Bemühen um automatisches Roboterprogrammieren für eine große Anzahl mit Robotern betriebener, automatischer Anwendungen der Kontaktoberflächenbehandlung würde. Selbst in diesen gut erstellten Anwendungszonen liegt ein wesentliches Erfordernis für kosteneffiziente Automationssysteme vor, wenn es zur Produktion mit niedrigem Volumen und hohen Varianten kommt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im folgenden wird die Erfindung mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei
1 den Eingang und den Ausgang des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, wobei die Erfindung "PaintPlanner^®" genannt ist,
2 Teile zeigt, die anzustreichen sind, und zwar einen Getriebemotor, der unter anderen Merkmalen Rippen hat, und eine Rückansicht des Seitenspiegels eines Wagens, der eine kontinuierlichere Oberflächenstruktur aufweist,
3 zunächst eine mögliche und bevorzugte Systemausbildung der Erfindung zeigt, wo das "erzeuge Bewegungsbahn" das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
4 schematisch ein anzustreichendes Teil zeigt, das aus einem Zylinder und einem Kasten besteht und einen Übergang zwischen Zylinder und Kasten aufweist,
5 ein anzustreichendes Teil zeigt, welches eine Ausrichtung des Rahmens für eine normalisierte Rippe zeigt,
6 links ein Beispiel freier Oberflächenform zeigt, und rechts die Geometrie der freien Form, dargestellt durch Flicken,
7 ein Flußdiagramm ist, mit einer Zerlegung der Funktion "erzeuge Bewegungsbahn", wobei alle Verfahrensschritte Merkmale eines bevorzugten Verfahrens gemäß der Erfindung sind,
8 ein Flußdiagramm ist, mit einer Zerlegung der Funktion "schätze die Hauptflächen und virtuellen Flächen ab", wobei alle Schritte ebenfalls Hauptmerkmale gemäß der Erfindung sind,
9 schematisch einen Teil eines anzustreichenden Teils zeigt, das aus zwei Kästen und einem Zylinder besteht und aus einer Vielzahl von ebenen Oberflächen und einer zylindrischen Oberfläche besteht,
10 mehrere, anzustreichende Teile zeigt, die an der selben Befestigung hängen, wobei die Teile dazu bestimmt sind, mit den selben Anstrich-Arbeitsgängen angestrichen zu werden,
11 schematisch das in 9 gezeigte Teil zeigt, das aber aus virtuellen Oberflächen statt gekrümmter Oberflächen besteht, und
12 eine Draufsicht des in 11 gezeigten Teiles zeigt, und zeigt, daß unterschiedliche Oberflächen längs der selben Anstrichwege angestrichen werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Auswahl beschreibt die inverse Lösung vom Geometriemodell zur Anstrichbewegung. Die Basis für die beschriebenen Verfahren ist es, daß zu behandelnde Teile, die etwa angestrichenm werden sollen, durch dreidimensionale Modelle ihrer Oberflächengeometrien beschrieben werden. Die dreidimensionalen Modelle können z. B. Meßfühler- oder CAD-Daten entstammen. 1 zeigt den Ausgang der Erfindung, der eine Beschreibung einer möglichen Bewwegungsbahn für das Behandlungswerkzeug zum Behandeln des Teiles ist. Die dreidimensionalen Modelle können durch örtliche oder globale Klassifizierung ihrer Oberflächen zu Oberflächenmerkmalen angereichert werden, die typische Merkmale von Oberflächengeometrien umfassen, wie etwa Kühlrippen, Löcher, Hohlräume usw.. Die dreidimensionalen Modelle, die eine mögliche Klassifizierung in Oberflächenmerkmale umfassen, werden Bezugsgeometrien genannt. Eine Bezugsgeometrie (ein Teil) kann aus mehreren Oberflächenmerkmalen bestehen, die die örtlichen, geometrischen Merkmale der Oberfläche abdecken.
Wie schon vorher erwähnt, ist die Erfindung in erster Linie für Anstrichbetriebe bestimmt, jedoch werden auch nicht mit dem Anstrich befaßte Betriebe in der Lage sein, aus der Erfindung Vorteil zu ziehen. Nichtsdestoweniger wird aus Gründen der Klarheit in der folgenden Beschreibung das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug auf eine Behandlung beschrieben, die Anstreichen ist.
2 stellt zwei unterschiedliche Teile dar. Das linke Teil ist eine Elektromotor und ein Getriebe, der eine Anzahl örtlicher Oberflächenmerkmale aufweist, wie etwa Kühlrippen (die horizontalen Linien in der Mitte) und Hohlräume (die vier ausgesparten Bereiche auf der linken Seite des Teils). Alle Oberflächen/Bezugsgeometrien des Teils, die nicht als spezielle Oberflächentypen eingestuft werden können, sind als Oberflächen mit freier Geometrie eingestuft, wie zum Beispiel der Rückspiegel, der im rechten Teil der 2 gezeigt ist.
Die Erfindung besteht aus drei Hauptmoduln: "erzeuge Bewegungsbahn", "erstelle kollisionsfreie Roboterbewegungen" und "erzeuge Roboterprogramm", die in 3 gezeigt sind.
Im Modul "erzeuge Bewegungsbahn" werden die Bezugsgeometrien der Teile bewertet, und zwar entsprechend der Geometriebibliothek und einer Verfahrensbibliothek, die aus Anstrichverfahren für jede Art von Merkmalstyp in der Geometriebibliothek besteht. Der Ausgang dieses Moduls ist eine Gruppe von Wegen für das Anstrichwerkzeug und eine Gruppe von Parametern für die Anstrichausstattung. Der Ausgang aus diesem Modul zieht nur die Bewegung des Anstrichwerkzeugs relativ zu den Oberflächen in Betracht, die angestrichen werden sollen. Kollisionen zwischen Roboter oder Anstrichwerkzeug und Teilen werden in diesem Modul nicht in Betracht gezogen, und gleiches gilt für die Zugänglichkeit des Roboters.
Das Modul "erstelle kollisionsfreie Roboterbewegung" befaßt sich mit der Erstellung einer möglichen Roboterbewegung für jeden Roboter, der ausgewählt ist, um die speziellen Bewegungen des Anstrichwerkzeugs durchzuführen. Dieser Modul wird Routinen anwenden, um Kollisionen zwischen dem Robotersystem, dem Anstrichwerkzeug und den Teilen oder der Umgebung in der Anstrichkabine zu vermeiden. Die bringt mit sich, daß es dem Modul erlaubt wird, die Wege für das Anstrichwerkzeug, die von "erzeuge Bewegungsbahn" festgelegt wurden, zu wechseln. Der Ausgang aus "erstelle kollisionsfreie Roboterbewegungen" ist eine festgelegte Roboterbewegung, die eine Anstrichwerkzeugbewegung sicherstellt, die der oben festgelegten Bewegung für einen speziellen Roboter und für ein spezielles Werkzeug in einer speziellen Anstrichkabinenumgebung so nahe wie nur möglich kommt. Robotereigenheiten werden in diesem Modul zusätzlich vermieden.
Das Modul "erzeuge Roboterprogramm" greift den Ausgang aus dem vorher beschriebenen Modul auf und wandelt die festgelegte Roboterbewegung in eine spezielle Robotersprache um, die für den ausgewählten Roboter geeignet ist.
Erzeuge Bewegungsbahn
Dieses Modul zieht Aktivitäten für die Berechnung von Bewegungsbahnen für das Anstrichwerkzeug in Betracht. Es wurde beobachtet, daß menschliche Antreicher große Striche von Farbe selbst auf komplizierte Teile auftragen. Diese Farbstriche fahren üblicherweise von einem Ende des Teils zum anderen Ende fort, selbst wenn sich die geometrischen Attribute des Teils während dieses Strichs ändern. Auch Anstrichroboter, die von hochqualifizierten Anwendungsingenieuren programmiert werden, benutzen diese langen Farbstriche über die Teile hinweg.
Die selbe Strategie wird im System der Erfindung angewandt. Dies heißt, daß ein Verfahren spezifiziert werden muß, das die Berechnung durchgehender und differzierbarer Farbwege vereinfacht. Dies ist ein Problem, wenn die Anstrichoberflächen aus nicht-kontinuierlichen Übergängen zwischen unterschiedlichen Arten von Geometrien bestehen, wie Zylinder und Kästen, was in 4 gezeigt ist.
Um kontinuierliche Roboterbewegungen während des Anstreichens von Übergängen von Geometrien sicherzustellen, wurde es gewählt, virtuelle Geometrien mit sanften Übergängen zu erstellen. Zwei Verfahren werden bezeichnet, um sanfte Übergänge zwischen Geometrien zu erstellen.
Ein Verfahren ist es, das dreidimensionale Modell in ein genaues NURBS-Modell (oder ein anderes, auf einem Streifen (splice) beruhendes Modell) umzuwandeln und eine Beschreibung einer virtuellen Oberfläche zu extrahieren, die weniger detailliert ist als die Bezugsoberfläche. Dies kann durch Begrenzen der Anzahl von Ausdrücken in den Streifengleichungen (spline equations) vorgenommen werden. Durch dieses Verfahren werden die Übergänge zwischen verschiedenen Bezugsgeometrien glatter sein und es wird demzufolge möglich sein, kontinuierliche Bewegungen für das Anstreichwerkzeug zu erstellen.
Ein anderes Verfahren ist es, eine Anzahl virtueller Oberflächen zu spezifizieren, die die Bezugsgeometrie ersetzen, und diese virtuellen Oberflächen auf eine solche Weise zu verbinden, daß der Übergang von einer virtuellen Oberfläche zur nächsten kontinuierlich ist. Wenn die Übergänge zwischen virtuellen Übergängen nicht kontinuierlich sind, dann sollte es alternativ dem Anstrichwerkzeug gestattet werden, den virtuellen Oberflächen in einer gewissen Toleranz zu folgen. Dies wird kontinuierliche Anstrichwerkzeugbewegungen selbst dann gestatten, wenn die Übergänge zwischen virtuellen Oberflächen nicht kontinuierlich sind.
Falls das Bezugsmodell mit Geometriemerkmalen angereichert ist, hat jede virtuelle Oberfläche mindestens ein Merkmal. Alle verfügbaren Merkmale müssen in einer Geometriebibliothek spezifiziert werden. Es muß möglich sein, spezielle, geometrische Merkmale für alle Arten von Geometrien in dieser Geometriebibliothek zu definieren, und zwar sowohl für Freiformgeometrien als auch kompliziertere Oberflächen, wie Rippenabschnitte und Hohlräume.
Eine Vorgehensbibliothek, die der Geometriebibliothek entspricht, definiert Anstrichvorgänge für alle Geometrien in der Geometriebibliothek. Durch Anwenden dieser Vorgehensweisen auf die Geometrien des Teils wird es möglich sein, ein Roboterprogramm zum Anstreichen des Teils zu erstellen. Beispiele von Geometriebibliotheken und Vorgehensbibliotheken sind in den folgenden Abschnitten gegeben.
Geometriebibliothek
Die Geometriebibliothek enthält Informationen über spezifizierte Oberflächenmerkmale. Diese Oberflächenmerkmale beziehen sich auf Anstrich-Vorgehensweisen, die spezifizieren, wie das Anstrichverfahren auszuführen ist, wenn jedes dieser spezifischen Oberflächenmerkmale vorliegt.
Die Beschreibung der Oberflächenmerkmale kann variable Attribute umfassen. Ein Beispiel eines Oberflächenmerkmals ist eine Oberfläche einer Kühlrippe, wie sie in 5 gezeigt ist. Verschiedene Arten von Kühlrippen können definiert werden; eine dieser ist die normalisierte Rippe, wie sie etwa in 5 gezeigt ist. Für einen normalisierten Rippenabschnitt liegen die Rippen alle in der selben Ebene. Über die normalisierte Rippenoberfläche hinweg kann die Höhe der Rippen variieren.

Für normalisierte Rippenabschnitte sind die folgenden Attribute spezifiziert:

Attribut	Erläuterung
Mindesthöhe:	Der Minimalabstand zwischen Ober- und Unterseite
	der Rippen im Rippenabschnitt.
Maximalhöhe:	Der Maximalabstand zwischen Ober- und Unterseite
	der Rippen im Rippenabschnitt.
Rippenabstand:	Der Abstand zwischen dem Beginn zweier aufeinan
	derfolgender Rippen.
Rahmenausrichtung:	Die Rahmenkoordinaten, die die Ausrichtung
	der Rippen identifizieren (Vektoren der i-, j- und k-Einheit).

Der Ausrichtungsrahmen spezifiziert die Richtung des normalisierten Rippenabschnitts. Der i-Vektor ist die Richtung der Rippen längs der Oberfläche, an der sie angebracht sind. Der k-Vektor liegt ebenfalls in der Ebene der Rippen, aber senkrecht zu der Oberfläche, an der sie angebracht sind, und von dieser Oberfläche wegweisend. Der j-Vektor ist als dritter Vektor in einem rechtsseitigen Koordinatensystem angeordnet.
Andere Beispiele von Oberflächenmerkmalen sind Löcher, Hohlräume und Guppen von Löchern und Hohlräumen in der Oberfläche. Zusätzlich sind Freiformoberflächen, wie sie am Spiegel in 2 gezeigt sind, spezielle Oberflächenmerkmale. Diese können sogar noch weiter katalogisiert werden, und zwar nach den Winkeln zwischen den Normalvektoren der individuellen Oberflächenelemente eines solchen Oberflächenbereiches.
6 zeigt, wie Freiformoberflächen durch Flicken (patches) modelliert werden können (mit drei oder mehr Scheiteln). Dieses Verfahren erlaubt ein sehr allgemeines Modellieren jeder möglichen Oberflächengeometrie, und es liefert gleichzeitig die Möglichkeit zum Errechnen von Normalvektoren für jeden Flicken im Geometriemodell.
Freiformoberflächen, die von einer Anzahl von Flicken dargestellt sind, haben eine unvorhersagbare Krümmung im dreidimensionalen Raum. Freiformoberflächen werden durch virtuelle Oberflächen dargestellt, genauso wie Kühlrippen-Oberflächen und Oberflächen mit anderen Merkmalen. Virtuelle Oberflächen sind größere, wohldefinierte Regionen, die eine Region der Bezugsgeometrie beschreiben. Virtuelle Oberflächen sind ebene, rechteckige Regionen oder andere, wohldefinierte Regionen, wie kugelige, zylindrische usw.. Merkmale und Attribute, die die Bezugsgeometrie beschreiben, haften den virtuellen Oberflächen an.
Vorgehensbibliothek
Die Vorgehensbibliothek betrifft Anstrich-Vorgehensweisen für die Oberflächenmerkmale, die in der Geometriebibliothek spezifiziert sind. Anstrich-Vorgehensweisen in der Vorgehensbibliothek spezifizieren, wie die Bahnkurven und Verhaltens weisen des Anstrichwerkzeugs für jedes Geometriemerkmal zu berechnen sind. Der Bewegungsweg ist der geometrische Weg des Anstrichwerkzeugs, und das Verhalten sind die Anstrichparameter, die dem Anstrichwerkzeug anhaften, während es sich diesen Weg entlangbewegt. Anstrichparameter umfassen die Winkel des Anstrichwerkzeugs relativ zur Bezugsgeometrie oder zu virtuellen Oberflächen, die Geschwindigkeit des Anstrichwerkzeugs, den Farbfluß, Luftströmungen, Abstand zwischen Anstrichwerkzeug und Bezugsgeometrie usw..
Ein Anstrichvorgehen spezifiziert den Abstand zwischen den Anstrichlinien. Diese sind Linien, längs deren das Anstrichwerkzeug bewegt werden muß. Für jede Anstrichlinie ist eine Anzahl von Farbstrichen spezifiziert. Die Farbstriche spezifizieren die Bewegung des Anstrichwerkzeugs und sein Verhalten und sind Teil des Anstrichvorgehens. Ein Farbstrich folgt einer Anstrichlinie, obwohl eine Versetzung erlaubt ist. Die Farbstriche, die zur Anstrichlinie gehören, werden in typischer Weise unterschiedliche Anstrichparameter haben.
Methodische Beschreibung
Die gewählte Strategie ist in diesem Abschnitt beschrieben. Die Hauptidee ist es, Anstrichbewegungen zu erstellen, die einer ebenen Oberfläche (oder einer anderen, mathematisch wohldefinierten Oberfläche) folgen, ungeachtet, ob die Bezugsgeometrie eben ist oder nicht. Die Funktion "erzeuge Bewegungsbahn" ist in 7 zerlegt.
Schätze Hauptflächen und virtuelle Oberflächen ab:
Die Bezugsgeometrie ist in der folgenden Beschreibung dargestellt durch Flicken, wobei jeder einen Teil der Bezugsgeometrie darstellt. Ein Flicken spezifiziert einen Flächenbereich der Bezugsgeometrie und ist in typischer Weise eine dreieckige Oberfläche. Ein Flicken kann aber auch jede andere Form haben, so lange sie einen Teil der Bezugsgeometrie darstellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, ist ein Flicken eine elementare Oberflächengeometrie in dem Sinne, daß ein Flicken die Oberflächengeometrie ist, die ein Grundelement zum Erstellen ergänzender Oberflächengeometrien ist.
Alle Flicken werden in eine begrenzte Anzahl von Hauptflächen projiziert. Eine Hauptfläche ist eine Ebene mit einer festgelegten Orientierung, aber einer beliebigen Lage im 3D-Raum. Eine Hauptfläche ist nur spezifiziert durch ihren Normalvektor. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Hauptfläche eine ergänzende Oberfläche, weil eine Hauptfläche auf der Grundlage einer Anzahl von Flicken erzeugt ist. Alle Oberflächen des Teils sind einer spezifischen Hauptfläche zugeordnet.
Alle Flicken innerhalb einer Hauptfläche werden dann nach ihrer Lage im 3D-Raum sortiert. Eine Anzahl virtueller Oberflächen wird für jede Hauptfläche erstellt, um Flicken zu gruppieren, die gleiche Geometriemerkmale umfassen und die unter Verwendung der selben Farbstriche angestrichen werden können. Die virtuellen Oberflächen haben den selben Normalvektor wie die entsprechende Hauptfläche, aber haben spezifizierte Positionen im 3D-Raum. Gemäß der Erfindung sind virtuelle Oberflächen ebenfalls ergänzende Flächen, weil auch virtuelle Oberflächen anfangs auf der Grundlage einer Anzahl von Flicken erzeugt werden. Die Funktion "schätze die Hauptflächen und virtuellen Flächen ab" wird in 8 zerlegt.
Erzeuge Normalvektorgitter:
Die Funktion ist verwendet für Teile, die nicht in einer festliegenden Anordnung bzw. Einspannung positioniert sind. Der Zweck ist es, für Informationen über die Richtung der dominierenden Oberflächen am Teil zu sorgen. Dies wird die Spezifikation der Hauptflächen erleichtern. Ein Gitter von Normalvektorfeldern wird erstellt mit einer gewählten Dichte (entsprechend den Normalvektoren, die die sechseckigen Flicken eines Fußballs darstellen). Ein Wägewert wird jedem der Felder von Richtungen in diesem Gitter zugeordnet. Eine Normalvektorrichtung wird für jeden Flicken der Bezugsgeometrie errechnet. Jeder Flicken wird dann der naheliegensten Normalvektorrichtung des Gitters zugeordnet. Der Flächenbereich des Gitters wird zum entsprechenden Wägewert des Gitters addiert. Die Richtungen des Gitters, die die höchsten Wägewerte haben, sind jene, die die dominierenden Richtungen der Bezugsgeometrie darstellen.
Erzeuge Hauptflächen:
Jede Anzahl von Hauptflächen kann für die Anstrichanwendung benutzt werden. Die Kombination von Form und Größe der Teile bestimmt eine geeignete Anzahl von Hauptflächen. Für relativ kleine Teile ist es ausreichend, sechs Hauptflächen mit 3 + 3 orthogonalen Oberflächen zu erstellen, wie die Oberflächen eines Würfels. Die Hauptflächen werden auf eine solche Weise spezifiziert, daß die Hauptflächen Richtungen der Bezugsoberflächen folgen.
Ein einfaches Beispiel, wie man Hauptflächen erstellt, ist in 9 gezeigt. Zwei Kästen sind gezeigt, die mit einem Zylinder verbunden sind. Dort gibt es elf flache Oberflächen, die am Teil angestrichen werden müssen, und es ist relativ leicht, sechs Hauptflächen zu erstellen, die alle die Orientierungen einer oder mehrerer ebener Oberflächen aufweisen. Die Hauptflächen umfassen die folgenden Oberflächen des gezeigten Teils:
Hauptfläche 1: Oberflächen 1, 5 und 7.
Hauptfläche 2: Oberflächen 2 und 8.
Hauptfläche 3: Oberflächen 3 und 14.
Hauptfläche 4: Oberflächen 4 und 6.
Hauptfläche 5: Oberfläche 9.
Hauptfläche 6: Oberflächen 10 und 11.
In manchen Fällen werden die Hauptflächen auf der Grundlage einfacher Regeln erzeugt. Dies gilt zum Beispiel dann, wenn spezifische Anstrichrichtungen erwünscht sind, etwa wenn man Teile in einer Einspannung anstreicht, wie sie in 10 gezeigt ist.
10 zeigt, wie die Teile an einer Einspannung hängen, und es ist zweckmäßig, Anstrichbewegungen längs der Oberfläche dieser Einspannung auszuführen, um lange und kontinuierliche Roboterbewegungen zu erzielen. Deshalb werden die Hauptflächen so erzeugt, daß die Normalvektoren der Hauptflächen senkrecht zur Einspannung stehen. Im gezeigten Beispiel in 10 würden die Normalvektoren der Hauptflächen dann parallel zu den Normalvektoren der Kästen sein, die an der gezeigten Einspannung hängen.
Ordne Flicken den Hauptflächen zu:
Die Funktion ordnet jeden z. B. Flicken einer Hauptfläche zu. Die Winkel zwischen den Normalvektoren der Flicken und den Hauptflächen werden gewertet. Jeder Flicken ist der Hauptfläche zugeordnet, für die der kleinste Winkel zwischen den Normalvektoren des Flickens und der Hauptfläche gefunden wird.
Erstelle virtuelle Oberflächen von Flicken und berechne maximalen Abstand:
Die Funktion erzeugt virtuelle Oberflächen, auf die die Flicken projiziert werden. Der Zweck dieser virtuellen Oberflächen ist es, die Erstellung spezifischer Farbstriche zu erleichtern. Die virtuellen Oberflächen sind spezifische Ebenen im 3D-Raum mit Abgrenzungen und Normalvektoren. Wenn man später die Parameter in diesem System plant, werden die virtuellen Oberflächen als anzustreichende Ebenen betrachtet.
Für jede Hauptfläche wird eine Anzahl virtueller Oberflächen zugeordnet. Die virtuellen Oberflächen, die einer Hauptfläche zugeordnet sind, haben den selben Normalvektor wie die Hauptfläche, aber die Abgrenzungen können irgendwo im 3D-Raum liegen.
Virtuelle Oberflächen werden für jede Hauptfläche auf eine solche Weise erstellt, daß alle Flicken einer virtuellen Oberfläche zugeordnet werden können. Eine Gruppe von Regeln für die verschiedenen Arten virtueller Oberflächen wird spezifiziert. Diese Regeln umfassen die maximalen Winkelabweichungen rund um die individuellen Achsen des Oberflächenrahmens und die maximale Versetzung zwischen Flicken und der zugeordneten virtuellen Oberfläche. Während der Erstellung der virtuellen Oberflächen muß berücksichtigt werden, daß die Flicken, die ihnen zugeordnet werden, diesen Regeln gehorchen. Die Funktion muß so viele virtuelle Oberflächen spezifizieren, wie es nötig ist, um alle Flicken im Geometriemodell zu umfassen.
Für jede virtuelle Oberfläche wird der Abstand errechnet und spezifiziert, und zwar zwischen dieser Oberfläche und den entlegensten Flicken auf jeder Seite der Oberfläche, die ihr zugeordnet sind. Falls der Oberflächenbereich individueller virtueller Oberflächen sehr klein ist (zum Beispiel kleiner als 4 cm²) und die Länge und Breite klein ist (zum Beispiel kleiner als 3 cm), dann wird die virtuelle Oberfläche gelöscht.
Die Flicken im Geometriemodell werden ein neues Attribut erhalten – virtuelle Oberflächenzuordnung, das die spezielle virtuelle Oberfläche spezifiziert, welcher der Flicken zugeordnet ist. Es kann geschehen, daß manche Flicken nicht irgendeiner der virtuellen Oberflächen zugeordnet werden können, weil die Winkelabweichung zwischen den Flicken und den zur Verfügung stehenden Hauptflächen größer sind als erlaubt. In diesen Fall verbleiben die Flicken ohne Zuordnung zu virtuellen Oberflächen.
11 zeigt die Annahme, daß die Flicken der zylindrischen Oberfläche 12 aus 9 vier ebenen Oberflächen gleicher Größe zugeordnet ist. Die erste virtuelle Oberfläche ist in der selben Richtung wie die Hauptfläche orientiert, die den größten Flächenbereich aufweist – in diesem Fall die Hauptfläche Nummer 2 oder 4.
Gruppe virtueller Oberflächen:
Die Funktion (siehe 7) wertet die individuellen, virtuellen Oberflächen, wie oben erwähnt, um diese virtuellen Oberflächen zu gruppieren, welche unter Verwendung der selben Anstrichlinien und Anstrichbewegung des Farbwerkzeugs gestrichen werden können. Eine Bedingung hierfür ist es, daß die Normalvektoren der virtuellen Oberflächen die selben sind, das heißt, daß sie der selben Hauptfläche zugeordnet sind.
Zusätzlich müssen die Gruppen virtueller Oberflächen die Bewegungsfähigkeit der umfaßten virtuellen Oberflächen liefern, das heißt, es muß möglich sein, die Bewegungen des Anstrichwerkzeugs für die virtuellen Oberflächen in lange Striche zu integrieren, die mehr als nur eine virtuelle Oberfläche abdecken. Das heißt, daß z. B. die Anstrichrichtung innerhalb einer Gruppe virtueller Oberflächen die selbe sein muß.
Eine andere Bedingung ist es, daß die Abstände zwischen den Anstrichlinien die selben sind, um für kontinuierliche Roboterbewegungen zu sorgen. Die Anstrichlinien müssen jedoch nicht parallel zu den virtuellen Oberflächen sein. Winkelabweichungen zwischen den Anstrichlinien und den virtuellen Oberflächen können angewandt werden, so lange die Toleranzen für den Sprühabstand eingehalten werden.
Der Sprühabstand zwischen dem Anstrichwerkzeug und der Bezugsgeometrie und die spezifizierten Winkel zwischen Farbwerkzeug und Bezugsgeometrie (Vorwärtswinkel und Seitenwinkel) müssen innerhalb kleiner Intervalle liegen.
Wenn man 12 betrachtet, sind die virtuellen Oberflächen mit der Zahl 2 und 13 gruppiert, um die selben, geradlinigen Anstrichwege zu benutzen. Dies erfolgt unter der Bedingung, daß die Anstrichrichtung längs der Oberflächen erfolgt, was bedeutet, daß sich die Anstrichwege durch den Übergang zwischen den Oberflächen hindurch fortsetzen kann, ohne anzuhalten oder die Richtung zu ändern.
Planprozeß
Die Funktion (siehe 7) plant die Bewegungen des Anstrichwerkzeugs. Kollisionen zwischen dem Anstrichwerkzeug und dem Teil oder der Umgebung ist in dieser Funktion keine Beachtung geschenkt.
Für jede virtuelle Oberflächengruppe werden die Anstrichlinien in einer Ebene parallel zur virtuellen Oberfläche der Gruppe erzeugt, die auch Farbrechteck genannt werden. Das Farbrechteck ist etwa in der Mitte zwischen den beiden entferntesten virtuellen Oberflächen der Gruppe angeordnet. Dies erfolgt deshalb, um den Abstand zwischen dieser Ebene und den Flicken zu minimieren, die den virtuellen Oberflächen zugeordnet sind, und um dadurch die Abstandsabweichungen zwischen der Bezugsgeometrie und den Anstrichlinien zu minimieren. Das Farbrechteck hat die kleinste mögliche Größe, die gefordert wird, um alle Teile der virtuellen Oberflächen zu umfassen. Wenn man Anstrichlinien auf dem Farbrechteck erzeugt, ist dann sichergestellt, daß alle Teile der virtuellen Oberflächen von diesen Linien abgedeckt sind.
Nach dem Spezifizieren der Anstrichlinien wird jede Linie dadurch gewertet, daß man eine Funktionsanalyse des Abstands zwischen der Anstrichlinie und den Flicken der Bezugsgeometrie an diskreten Punkten längs der Anstrichlinie vornimmt. Diese Wertung dient dem Zweck, die Erstreckung der Flicken längs der Farblinien zu erstellen, um abzuschätzen, ob die Anstrichlinien nur durchgehend benachbart angeordnete Flicken abdecken, oder auch diskontinuierlich nicht nebeneinanderliegend angeordnete Flicken abdecken. Stücke von Anstrichlinien in solchen Flächenbereichen, wo keine Flicken der Bezugsgeometrie vorliegen, werden entfernt und hierdurch die Vergeudung von Anstrichmaterial vermieden. Diese Funktion kann die Anstrichlinie entfernen oder kann sie in ein oder mehrere kürzere Stücke aufbrechen, was immer noch keinerlei Informationen über das Verhalten des Anstrichwerkzeugs liefert. Die Anstrichprozedur entsprechend dem geometrischen Merkmal der virtuellen Fläche wird gefunden. Die Anstrichparameter, die in der Anstrichprozedur spezifiziert sind, werden der Anstrichlinie zugeordnet, und hierbei können die Bewegung der Sprühpistole und die Anstrichparameter spezifiziert werden.
Eine Anzahl von Farbstrichen wird jeder Anstrichlinie zugeordnet, und zwar entsprechend der Anzahl von Farbstrichen, die in der Anstrichprozedur spezifiziert sind. Jeder Farbstrich spezifiziert die Bewegung und das Verhalten des Anstrichwerkzeugs für einen Strich, was Anstrichparameter und Anstrichgeschwindigkeit mit umschließt.
Manche Anstrichparameter können dadurch implizit spezifiziert werden, daß man einen vordefinierten Satz von Parametern wählt, der in einem außenliegenden Anstrichregler oder in einem Roboterregler spezifiziert ist.
Erstellen der kollisionsfreien Bewegungen:
Dieses Modul (siehe 3) liefert die kollisionsfreien Bewegungen, die den Bewegungen des Anstrichwerkzeugs so nahe wie möglich kommen, die durch die oben beschriebenen Moduln spezifiziert wurden. In "Erstellen kollisionsfreier Bewegungen" ist es möglich, einen spezifischen Roboter, der vom Systembenutzer gewählt wurde, den Anstrichbewegungen zuzuordnen und Roboterbewegungen zu erstellen, die keinerlei Kollisionen zwischen dem Roboter oder dem Anstrichwerkzeug und ihrer Umgebung verursachen.
Das Verfahren zum Erstellen der kollisionsfreien Roboterbewegungen ist es, ein vorliegendes Kollisions-Verhinderungssystem für die letztendliche Offline-Programmierung zu verwenden. Das System liefert ein Simulationswerkzeug, das virtuelle Zustandskräfte umfaßt, für die Simulation möglicher Roboterbewegungen.
Das Anstrichwerkzeug wird von einem Punkt zum nächsten durch eine virtuelle Anziehungskraft bewegt. Während dieser Bewegung werden virtuelle Kräfte zum Abstoßen des Roboters und physischer Gegenstände im Anstrichweg benutzt. Auf diese Weise wird der Roboter von einer Anstrichwerkzeugposition zur nächsten gezogen, wobei er Kollisionen mit den Teilen oder anderen Gegenständen im Anstrichweg vermeidet.
Es ist möglich, Werkzeuge zu integrieren, um Singularitäten von Robotern und Stoßstellenbegrenzungen in der selben Weise zu vermeiden, wie man Kollisionen vermeidet.
Erzeuge Roboterprogramm
Dieses Modul (siehe 3) übersetzt die kollisionsfreie Bewegungsbahn des Anstrichwerkzeugs und das Verhalten (Anstrichparameter) in ein formalisiertes Roboterprogramm in maschinenabhängiger Robotersprache – letztlich als ein Programm zum Steuern von Anstrichausstattung. Der Ausgang ist ein Roboterprogramm, das zur Durchführung in der Arbeitskabine bereit ist. Übersetzung der Bezeichnungen in den Figuren

Claims

Verfahren zum automatischen Vorbereiten der Behandlung einer Oberfläche eines Teils unter Verwendung eines Werkzeugs für die Behandlung, wobei das genannte Verfahren umfaßt: – Approximieren einer gegebenen Freiform oder komplexen Oberflächengeometrie durch Definieren elementarer Oberflächengeometrien, gekennzeichnet durch – Benutzen der elementaren Oberflächengeometrien zum Erstellen einer Anzahl sogenannter virtueller Oberflächen, wobei die genannten virtuellen Oberflächen als die mit einem Auftrag zu versehenden Bereiche angesehen werden, und – schließlich Verwenden der genannten virtuellen Oberflächen zum Erstellen von Behandlungs-Vorgehensweisen, bevorzugt empirisch definierten Behandlungs-Vorgehensweisen, wobei eine von jeder Behandlungs-Vorgehensweise jeder der virtuellen Oberflächen zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elementare Oberflächengeometrie aus einem sogenannten Flicken (patch) besteht, und wobei eine Anzahl virtueller Oberflächen jeder der sogenannten Hauptflächen zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das genannte Verfahren das Aufteilen der Oberfläche des Teiles in Flicken der Oberfläche umfaßt, jeder der Flicken der Oberfläche einer aus einer Anzahl der sogenannten Hauptflächen zugeteilt wird, die genannten Flicken und jede der genannten Hauptflächen verwendet werden, um eine Anzahl der sogenannten virtuellen Oberflächen zu definieren, und jede der genannten virtuellen Oberflächen verwendet wird, um Behandlungs-Vorgehensweisen zur Behandlung der Oberfläche zu erstellen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Hauptflächen dadurch erstellt werden, daß man einen Richtungsvektor, bevorzugt den Normalvektor, eines jeden der Flicken der Oberfläche bestimmt, und wobei die Richtungsvektoren der Flicken innerhalb von Richtungsvektorfeldern gesammelt werden und eine Hauptfläche definiert wird, die einen Richtungsvektor innerhalb des Richtungsvektorfeldes einer Anzahl von Flicken hat, und die genannten Flicken der in Frage stehenden Hauptfläche zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die virtuellen Oberflächen auf der Grundlage der Anzahl und der Richtung der Richtungsvektoren der Flicken innerhalb eines Richtungsvektorfeldes definiert werden, und die genannten virtuellen Oberflächen ferner auf der Grundlage eines oberflächenspezifischen Merkmals definiert werden, das ein Merkmal ist, das für eine Anzahl von Flicken spezifisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die virtuellen Oberflächen in Gruppen in Bezug auf die Zuordnung zu den Hauptflächen sortiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die virtuellen Oberflächen auch in Gruppen in Bezug zur Bewegungsfähigkeit des Werkzeugs sortiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Behandlung der Oberfläche des Teils eine Auftrag-Vorgehensweise ist, und wobei das Werkzeug ein Auftragwerkzeug ist, das an einem Roboter angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei eine Anzahl von Behandlungslinien auf den virtuellen Oberflächen verteilt wird, wobei eine Anzahl von Bewegungen des Behandlungswerkzeugs parallel und möglicherweise längs zu den Behandlungslinien dies er erzeugt werden, und wobei die Bewegungen des Behandlungswerkzeugs in Daten von Behandlungs-Vorgehensweisen festgelegt werden und Daten-Speichermittel, wie eine elektronische File erzeugt werden, um die Bewegung des Behandlungswerkzeugs zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anzahl von Behandlungslinien in sogenannten virtuellen Behandlungszonen angeordnet sind, bevorzugt Behandlungsrechtecken, und die Behandlungszonen für jede Gruppe virtueller Oberflächen so erzeugt werden, daß die Behandlungslinien auf eine solche Weise verteilt sind, daß alle Teile der virtuellen Oberflächen abgedeckt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Steuerung jeder der Behandlungslinien umfaßt, um die Ausdehnung der in der Nähe der Behandlungslinien gefundenen Flecken einzurichten, wobei die Einrichtung verwendet wird, um festzulegen, ob die gesteuerten Behandlungslinien nur durchgehend benachbart angeordnete Flicken oder nicht-durchgehend nicht benachbart angeodnete Flicken überdecken.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei den genannten Behandlungswerkzeug-Vorgehensweisen die die behandlungswerkzeugvorgehensweisen-umfassende Steuerung des Ausmaßes der Behandlung, die längs der Behandlungslinien vorgenommen wird, so festgelegt ist, daß keine Behandlung auf Verlängerungen der Behandlungslinien vorgenommen wird, die zwischen Flicken liegen, die nicht-durchgehend nicht benachbart angeordnete Flicken sind.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfaßt, wenigstens eines der folgenden Merkmale jedem der Flicken zuzuordnen: ein geometrisches Merkmal, wie eine spezifische Form, wie eine Rippe des Teils in dem Bereich des Orts, die vom fraglichen Flicken repräsentiert wird, ein Textur-Merkmal, wie die Rauhheit oder die Porosität des Teils an dem Ort des Flickens, ein physikalisches Merkmal, wie das Material, woraus das Teil am Ort des fraglichen Flickens hergestellt ist, oder die Temperatur am Ort des Flickens.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei bei den Behandlungswerkzeug-Vorgehensweisen die behandlungswerkzeugvorgehensweisen-umfassende Steuerung des Ausmaßes der Behandlung, die längs der Behandlungslinien vorgenommen wird, so festgestellt ist, daß einer Behandlung, neben anderen Bedingungen zum Vornehmen der Behandlung auf der Oberfläche des Teils, in Bezug auf wenigstens eines der den Flicken zugeordneten Merkmale vorgenommen wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Naß-Auftragvorgang unter Verwendung des Auftragwerkzeugs zum Aufbringen einer wasserbasierten Farbe auf die Teile.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Naß-Auftragvorgang unter Verwendung des Auftragwerkzeugs zum Aufbringen einer lösungsmittelbasierten Farbe auf die Teile.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Beschichtungsvorgang zum Korrosionsschutz unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufbringen eines anderen Materials als Farbe zum Schutz der Oberfläche gegen Korrosion.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Härtungsvorgang unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufbringen von Material zum Härten der Oberfläche.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Härtungsvorgang unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufbringen von Wärme auf das Oberflächenmaterial zum Härten der Oberfläche.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Sandstrahlvorgang unter Verwendung eines Werkzeugs zum Sandstrahlen, das an einem Roboter angebracht ist.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Reinigungsvorgang unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufbringen einer Flüssigkeit oder eines Pulvers.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Hochdruck-Reinigungsvorgang unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufbringen einer Flüssigkeit oder eines Pulvers unter einem Druck von mehr als einer Atmosphäre.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Behandeln einer Oberfläche eines Teils durch einen Airbrush-Vorgang unter Verwendung des Werkzeugs zum Aufsprühen, zusammen mit atmosphärischer Luft oder einem anderen Gas unter einem Druck von mehr als einer Atmosphäre.