EP1927404A2 - Method for determining spray parameters for controlling a paint gun using a spray agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Sprühparametern zur Steuerung eines Sprühmittel einsetzenden Lackiergeräts, welches über eine zu lackierende Fläche bewegt wird, insbesondere einen Roboter mit einer Lackierapplikation.The invention relates to a method for determining spraying parameters for controlling a spraying means employing painting, which is moved over a surface to be painted, in particular a robot with a Lackierapplikation.
Es ist allgemein bekannt, dass in der industriellen Lackiertechnik Lackiergeräte, insbesondere Lackzerstäuber, wie Hochrotationszerstäuber oder Luftzerstäuber auf Manipulatoren, insbesondere Robotern, montiert sind und während des Lackiervorgangs mit eingeschaltetem Lackzerstäuber eine Bewegung über das zu lackierenden Objekt durchführen. Ziel eines Lackiervorganges ist es, das zu lackierende Objekt in einer gewünschten Schichtdicke möglichst homogen mit Lack zu bedecken. Wenn die Homogenität der Schichtdicke nicht gegeben ist, besteht die Gefahr von visuellen Fehlern oder das Risiko von Läuferbildung, bzw. Kochern an dem zu lackierenden Objekt. Dies gilt es aus Qualitätsgründen zu vermeiden.It is well known that in industrial coating technology painting equipment, in particular paint sprayers, such as high-rotation atomizers or air atomizers are mounted on manipulators, in particular robots, and perform during the painting process with activated paint atomizer movement over the object to be painted. The aim of a painting process is to cover the object to be painted in a desired layer thickness as homogeneously as possible with varnish. If the homogeneity of the layer thickness is not given, there is the risk of visual errors or the risk of runners, or cookers on the object to be painted. This is to be avoided for quality reasons.
Häufig werden die Lackzerstäuber in mäanderförmigen Bahnen über das zu lackierende Objekt bewegt, um derart nach und nach die gesamte Fläche mit Lack zu bedecken.Frequently, the paint atomizers are moved in meandering paths over the object to be painted so as to gradually cover the entire surface with paint.
Hier werden immer höhere Bewegungsgeschwindigkeiten des Lackzerstäubers gefordert, um den Lackiervorgang möglichst schnell zu beenden. Andererseits ist die Geschwindigkeit des Lackzerstäubers an den Umkehrpunkten nahezu null, so dass die Zerstäubungsbedingungen am Lackzerstäuber ebenfalls an diese Bewegungsgeschwindigkeitsänderung angepasst werden müssen.Here, ever higher speeds of movement of the paint sprayer are required to complete the painting process as quickly as possible. On the other hand, the speed of the paint sprayer at the reversal points is almost zero, so that the sputtering conditions on the paint sprayer must also be adapted to this movement speed change.
Bisher erfolgt diese Anpassung der Ausflussmenge des Lackmaterials, insbesondere im Bereich der Wendepunkte, durch Reduzierung des Lackmaterials, oder der Zerstäuber wird zeitweise komplett ausgeschaltet. Für die Reduzierung des Lackmaterials werden bei der Programmierung auf der Bewegungsbahn zusätzliche Schaltpunkte definiert, bei deren Erreichung auf einen Parametersatz von Sprühparametern für das Lackiergerät umgeschaltet wird, die der neuen Bewegungsgeschwindigkeit entspricht. Ein solcher Parametersatz wird bisher im vorab durch Versuche von Fall zu Fall ermittelt und in einer so genannten Brush-Tabelle dem Lackiersystem zur Verfügung gestellt. Ein solcher Parametersatz deckt einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich des Lackiergerätes ab, da zwischen Bewegungsgeschwindigkeit und Ausflussmenge kein mathematisch linearer Zusammenhang besteht.So far, this adjustment of the outflow of the paint material, especially in the area of inflection points, by reducing the paint material, or the atomizer is temporarily switched off completely. For the reduction of the paint material, additional switching points are defined during the programming on the movement path, which, when reached, switches over to a parameter set of spray parameters for the coating device that corresponds to the new movement speed. Such a parameter set has previously been determined in advance by experiments on a case-by-case basis and made available to the painting system in a so-called brush table. Such a parameter set covers a certain speed range of the painting device, since there is no mathematically linear relationship between the movement speed and the discharge quantity.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung von Sprühparametern zur Steuerung eines Sprühmittel einsetzenden Lackiergerätes anzugeben, das die Findung von Sprühparametern vereinfacht.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a method for determining spraying parameters for controlling a painting device employing spraying, which simplifies the finding of spraying parameters.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Ermittlung von Sprühparametern zur Steuerung eines Sprühnebel einsetzenden Lackiergerätes, welches über eine zu lackierende Fläche bewegt wird, mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by the method for determining spray parameters for controlling a spraying paint applicator, which is moved over a surface to be painted, with the features specified in claim 1.
Demgemäß weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Sprühparametern zur Steuerung eines Sprühmittel einsetzenden Lackiergerätes, welches über eine zu lackierende Fläche bewegt wird, insbesondere einen Roboter mit einer Lackierapplikation, folgende Verfahrensschritte auf. Ein bekanntes Sprühbild wird mit bekannten Sprühparametern und Lackmenge für eine vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit des Lackiergerätes bereitgestellt. Eine Lackmenge wird auf eine neue Bewegungsgeschwindigkeit im Vergleich zur vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit angepasst.Accordingly, the method according to the invention for determining spray parameters for controlling a painting device which starts spraying and which is moved over a surface to be painted, in particular a robot with a painting application, has the following method steps. A known spray pattern is provided with known spray parameters and paint quantity for a given speed of movement of the paint sprayer. An amount of paint is adjusted to a new speed of movement compared to the predetermined speed of movement.
Zudem werden neue Sprühparameter unter Beibehaltung eines zum bekannten Sprühbildes ähnlichen Sprühbildes auf die angepasste Lackmenge berechnet.In addition, new spray parameters are calculated while maintaining a similar to the known spray pattern spray pattern on the adjusted amount of paint.
Auf diese Weise ist erreicht, dass die seither notwendigen Versuche zur Ermittlung eines Parametersatzes vollständig entfallen können. Zudem können die Sprühparameter zu jeder beliebigen Geschwindigkeit oder Geschwindigkeitsänderung berechnet werden, so dass, falls dies überhaupt notwendig sein sollte, die Geschwindigkeitsbereiche für einen Parametersatz zur Steuerung eines Sprühmittels entsprechend kleiner gewählt werden können. Das Lackierergebnis ist entsprechend verbessert.In this way, it is achieved that the attempts which have since been made to determine a parameter set can be completely eliminated. In addition, the spray parameters can be calculated at any speed or speed change so that, if necessary, the speed ranges for a parameter set to control a spray can be chosen to be correspondingly smaller. The painting result is improved accordingly.
Eine erfindungsgemäße Fortbildung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass ausgehend von dem bekannten Sprühbild ein vorläufiges Sprühbild unter Anwendung der bekannten Sprühparameter und neuer Lackmengen berechnet wird, dass die bekannten Sprühparameter verändert werden, um veränderte Sprühparameter zu erhalten, die ein weiteres Sprühbild ergeben, dass die veränderten Sprühparameter so lange verändert werden, bis das weitere Sprühbild dem bekannten Sprühbild innerhalb eines Ähnlichkeitskriteriums ähnlich ist, und dass die veränderten Sprühparameter, die dem bekannten Sprühbild ähnlich sind, als neue Sprühparameter bereit gestellt werden.A further development of the method according to the invention is characterized in that, starting from the known spray pattern, a preliminary spray pattern is calculated using the known spray parameters and new paint quantities, that the known spray parameters are changed in order to obtain modified spray parameters which result in a further spray pattern changed spray parameters are changed until the next spray pattern is similar to the known spray pattern within a similarity criterion, and that the changed spray parameters, which are similar to the known spray pattern, are provided as new spray parameters.
Auf diese Weise wird besonders einfach die Berechnung der neuen Sprühparameter unter einem Ähnlichkeitsaspekt der Sprühbilder berechnet. Die Umsetzung, wie das Ähnlichkeitskriterium lautet oder wie im Detail die neuen Sprühparameter zu erhalten sind, sind bereits bekannt geworden. Weitere Details über das Finden ähnlicher Sprühbilder sind dem Fachmann bereits bekannt geworden.In this way, the calculation of the new spray parameters under a similarity aspect of the spray images is particularly easily calculated. The implementation, as the similarity criterion is or how the new spray parameters are to be obtained in detail, have already become known. Further details about finding similar spray patterns have already become known to those skilled in the art.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht zudem vor, dass durch die Sprühparameter die Steuerung mehrerer Luftströme umfasst werden, die das Sprühverhalten des Lackiergerätes beeinflussen.An advantageous embodiment of the method according to the invention also provides that the spray parameters include the control of a plurality of air streams, which influence the spray behavior of the Lackiergerätes.
Auf diese Weise werden zusätzliche Parameter zur Steuerung zum Beispiel eines Lenkluft- oder Begrenzungsluftstromes umfasst. Die Lackierung wird insgesamt effektiver und zudem das Verfahren insgesamt verbessert.In this way, additional parameters for controlling, for example, a steering air or limiting air flow are included. Overall, the paintwork becomes more effective and overall the process is improved.
Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Falle von Abweichungen der neuen Bewegungsgeschwindigkeit von der vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit, die ein vorläufiges Sprühbild ergeben, das innerhalb eines Ähnlichkeitskriteriums ähnlich ist, die bekannten Sprühparameter verwendet werden.In addition, it is provided according to the invention that, in the case of deviations of the new movement speed from the predetermined movement speed, which result in a preliminary spray pattern which is similar within a similarity criterion, the known spray parameters are used.
Auf diese Weise lässt sich der Rechenaufwand zur Berechnung der Sprühparameter besonders einfach begrenzen. Falls die Lackierergebnisse zeigen, dass die Lackierqualität innerhalb eines bestimmten Bereichs an Bewegungsgeschwindigkeit den Qualitätsbedürfnissen entspricht, wird mit Hilfe des Ähnlichkeitskriteriums bestimmt, in welchem Bereich die vorhandenen oder gerade verwendeten Sprühparameter benutzt werden. Beim Über- oder Unterschreiten dieses Bereiches werden die Sprühparameter entsprechend neu berechnet und der Parametersatz dementsprechend geändert.In this way, the computational effort for calculating the spray parameters can be particularly easily limited. If the coating results show that the coating quality meets the quality requirements within a certain range of movement speed, the similarity criterion determines in which area the existing or currently used spray parameters are used. When exceeding or falling below this range, the spray parameters are recalculated accordingly and the parameter set is changed accordingly.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die neuen Sprühparameter während der Ausführung des Betriebes des Lackiergerätes und vor der Ausführung der Änderung der vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit berechnet werden.In addition, it is advantageous if the new spray parameters are calculated during the operation of the paint sprayer and before the change in the predetermined speed of movement is performed.
Das kann entweder von der Robotersteuerung selbst oder auch von einem externen Rechner, der dann die berechneten Daten der Robotersteuerung zur Verfügung stellt, geleistet werden. Jedenfalls liegt ein Vorteil dieser Ausführung darin, dass die Sprühparameter-derart schnell berechnet werden, dass sie unmittelbar vor der Ausführung einer geänderten Bewegungsgeschwindigkeit berechnet werden, ohne dass hierfür eine Datei oder Tabelle vor der Ausführung des Bewegungsprogramms dem System zur Verfügung gestellt sein müsste. Selbstverständlich liegt es auch innerhalb des Erfindungsgedankens, dass zunächst die Berechnung der Sprühparameter durchgeführt wird, bevor der Betrieb des Roboters beginnt. Diese Daten der Sprühparameter werden dann in einer sogenannten "Look-up" Tabelle gesammelt und gegebenenfalls gespeichert, zum Beispiel für alle Varianten für alle Sprühbedingungen (Brushers).
Die Look-up Tabelle wird der Robotersteuerung zur Verfügung gestellt, so dass vor einem Sprühparameterwechsel keine zusätzliche Berechnung nötig ist, sondern die Daten aus der Look-up Tabelle bezogen werden.This can be done either by the robot controller itself or by an external computer, which then provides the calculated data to the robot controller. In any event, an advantage of this embodiment is that the spray parameters are calculated so quickly that they are calculated just prior to the execution of a modified move speed without the need for a file or table to be provided to the system prior to execution of the move program. Of course, it is also within the inventive concept that the calculation of the spray parameters is performed first before the operation of the robot begins. These data of the spray parameters are then collected in a so-called "look-up" table and optionally stored, for example for all variants for all spray conditions (brushers).
The look-up table is provided to the robot controller, so that no additional calculation is necessary before a spray parameter change, but the data is taken from the look-up table.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the subject invention can be found in the further dependent claims.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, ihre Vorteile, sowie weitere Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Reference to the embodiments illustrated in the drawings, the invention, its advantages, and other improvements of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Darstellung einer Schichtdickenverteilung,
- Fig. 2
- einen schematischen Verfahrensablauf sowie
- Fig. 3
- ein weiteres Schema von Funktionszusammenhängen bei der Sprühparameterermittlung.
- Fig. 1
- a representation of a layer thickness distribution,
- Fig. 2
- a schematic procedure as well
- Fig. 3
- another scheme of functional relationships in the spray parameter determination.
Mit dieser Figur sollen die verschiedenen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen während einer Lackierbewegung verdeutlicht werden. Zunächst muss die Lackierapplikation beginnend vom Startpunkt 16 aus dem Stand auf eine konstante Arbeitsgeschwindigkeit beschleunigt werden, um ein gleichmäßiges Lackierergebnis zu erzielen. Gegen Ende der Bewegung sinkt die Geschwindigkeit im Extremfall in einem Punkt der Bewegungsbahn der Lackierapplikation auf nahezu null, um am Ausgang der Kurve wieder in die entgegengesetzte Herrichtung auf die vorgegebene Sollgeschwindigkeit zu beschleunigen. Entsprechend wird der komplette Mäander durchlaufen, bis der Endpunkt 18 erreicht ist.This figure is intended to illustrate the different speeds and accelerations during a painting movement. First of all, the painting application has to be accelerated from the start to a constant working speed starting from
Bei den verschiedenen Geschwindigkeiten ist es jedenfalls erforderlich, dass auch die Lackmenge der jeweiligen Geschwindigkeit angepasst wird, so dass zu jedem Punkt auf der lackierten Fläche eine gewünschte Schichtdicke des Lackes erzielt wird. Nur dann ist gewährleistet, dass die Lackierung eine gleichbleibende Oberfläche aufweist und damit eine entsprechende Qualität erzielt. Das heißt, je höher.die Bewegungsgeschwindigkeit ist, desto mehr Lack muss durch die Lackapplikation gefördert werden, um eine vergleichbare mittlere Schichtdicke zu erzielen, im Vergleich zu einer langsameren Geschwindigkeit mit entsprechend kleinerer Lackmenge.In any case, at the various speeds, it is also necessary to adjust the quantity of paint at the respective speed, so that a desired layer thickness of the paint is achieved at every point on the painted surface. Only then is it guaranteed that the coating has a consistent surface and thus achieves the appropriate quality. That is, the higher the travel speed, the more paint must be delivered through the paint application to achieve a comparable average film thickness, as compared to a slower speed with a correspondingly smaller paint amount.
In einem zweiten Verfahrensschritt 26 wird festgelegt, dass für jede Bewegungsgeschwindigkeit des Lackiergerätes die nachfolgenden Verfahrensschritte solange durchgeführt werden, bis ein Abbruchkriterium erreicht wird.In a
Zunächst wird für eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit, wobei die der Bewegungsgeschwindigkeit zugeordneten Daten als Einzelbrush bezeichnet werden, in einem dritten Verfahrensschritt 28 eine Simulation des Originalsprühbildes durchgeführt. Als Originalsprühbild wird dasjenige Sprühbild bezeichnet, das sich bei einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und dieser zugeordneten festgelegten Sprühparametern, wie Lackausflussmenge, Lenkluftdaten usw., ergibt. Dieses Sprühbild wird als bekanntes Sprühbild mit bekannten Sprühparametern für den weiteren Verfahrensverlauf zur Verfügung gestellt.First, in a
In einem vierten Verfahrensschritt 30 wird nun eine Ausflussmenge auf eine neue Bewegungsgeschwindigkeit angepasst und hieraus ein neues Sprühbild abgeleitet beziehungsweise berechnet, wobei weitere Randbedingungen wie zum Beispiel Festkörpergehalt, Schichtdicke oder Wirkungsgrad usw. als bekannt gelten oder unter bestimmten Annahmen berechnet werden.In a
In einem fünften Verfahrensschritt 32 wird die Drehzahl beziehungsweise die Zerstäuberluft angepasst und berechnet. In einem sechsten Verfahrensschritt 34 erfolgt die Berechnung einer sogenannten Horn- beziehungsweise Lenkluft. Dabei werden Hornluft zusammen mit Zerstäuberluft bei einem Luftzerstäuber als Steuerungsgröße und Lenkluft zusammen mit Drehzahl beim Rotationszerstäuber eingesetzt. Dabei erfolgt eine Erhöhung der Sprühbildbreite beim Luftzerstäuber durch eine Erhöhung der Hornluft beziehungsweise beim Rotationszerstäuber durch eine Reduktion der Lenkluft. Auf diese Weise kann die Breite des Sprühbildes auf die des ursprünglichen bekannten Sprühbildes angepasst werden.In a
In einem weiteren Verfahrensschritt, dem siebten Verfahrensschritt 36, wird der Wirkungsgrad als Maßstab für die Ähnlichkeit des ursprünglichen Sprühbildes mit dem neu berechneten Sprühbild berechnet, um gegebenenfalls den angenommenen Wirkungsgrad des neuen Sprühbildes iterativ zu korrigieren. Ist noch keine ausreichende Ähnlichkeit erreicht, beziehungsweise hat sich der Wirkungsgrad geändert, werden die Verfahrensschritte ab dem vierten Verfahrensschritt 30 solange wiederholt, was durch den Pfeil 40 symbolisiert sein soll, bis eine ausreichende Ähnlichkeit der Sprühbilder erreicht ist und eventuelle Unterschiede im Wirkungsgrad iterativ korrigiert sind.In a further method step, the
Derart kann in einem neunten Verfahrensschritt 42 die Berechnung von sogenannten Farbunterklassen je nachdem mit erhöhter oder reduzierter Ausflussmenge folgen. Auf diese Weise hat das erfindungsgemäße Verfahren einen neuen Datensatz für die sogenannte Brushdatei berechnet, die ein zum ursprünglichen Sprühbild ähnliches neues Sprühbild am Lackiergerät erzeugen wird, das zu der neuen Ausflussmenge beziehungsweise der neuen Bewegungsgeschwindigkeit des Lackiergerätes passend ist. Diese Daten werden in einem zehnten Verfahrensschritt 44 in eine aktualisierte Brushdatei beschrieben. Auf diese Weise sind die Sprühparameter zur Steuerung des Lackiergerätes ermittelt und können zum Beispiel vom Lackiergerät genutzt werden.Thus, in a
Zudem ist der Robotersteuerung 54 ein kinematisches Modell des Roboters 58 bekannt, mit dem letztlich die vorherige Berechnung der Koordinaten und die den Koordinaten zugeordnete Geschwindigkeit des Roboters, insbesondere jedes Teils des Roboterarmes, und das kinematische Modell für alle zukünftigen Zeitpunkte auf einer Bewegungsbahn des Roboters berechnet werden können, beziehungsweise über die entsprechenden Modelle bekannt sind. Insbesondere für die Lackierarbeiten im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Vorgabe der Sollgeschwindigkeit in jedem Bahnpunkt eine wesentliche Größe.
In addition, the
Wird nämlich ein Vergleich 60 der Sollgeschwindigkeit in einen Bahnpunkt mit der tatsächlichen Geschwindigkeit in diesem Bahnpunkt festgestellt, die größer ist als eine vorgegebene Differenzgeschwindigkeit, werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem entsprechenden Verfahrensschritt 62 ein Korrekturzeitpunkt TK sowie die Geschwindigkeitsabweichung (-differenz) im Zeitpunkt TK bestimmt. In einem Folgeverfahrensschritt 64 sind nämlich dann die Korrektur der Applikationsparameter unter Beibehaltung der Sprühbildgeometrie sowie die Weitergabe der Parameter an die Applikation zum Zeitpunkt TK durchzuführen. Auf diese Weise erhält die Applikation 52 zum Zeitpunkt TK eine neue Anweisung, die dann der neuen Geschwindigkeit entspricht, so dass auch mit geänderter neuer Geschwindigkeit die Sprühbildgeometrie während des Sprühvorganges erhalten bleibt und derart eine entsprechend hohe Qualität der Lackierung erzielbar ist.Namely, if a
Fällt beim Vergleich 60 die Abweichung der Sollgeschwindigkeit zu der bestehenden Ist-Geschwindigkeit im Zeitpunkt TK kleiner als die erlaubte Differenzgeschwindigkeit aus, werden in einem alternativen Verfahrensschritt 64 lediglich die bisher bekannten Parameter für die Applikationsreihen 50 bestätigt, so dass keine Korrektur dieser Parameter erfolgen muss. Entweder bleiben die Parameter über den Zeitpunkt TK hinaus für die Applikation gültig oder ein identischer Satz wird zum Zeitpunkt TK in die Applikation überspielt, so dass diese im Ergebnis jedenfalls mit den bekannten Parametern weiterarbeiten. Dies ist jedoch ein datentechnisches übliches Vorgehen, und hat keinen wesentlichen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren.If, in the
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