ES2213854T3 - Sistema de medicion para evaluar la calidad de una superficie. - Google Patents

Abstract

EN UN SISTEMA DE MEDIDA PARA EVALUAR LA CALIDAD SUPERFICIAL DE PIEZAS DE TRABAJO A LAS QUE SE HA APLICADO UN RECUBRIMIENTO EN UN PROCESO AUTOMATICO, COMO CARROCERIAS DE VEHICULOS, UN MEDIDOR DE RECORRIDO ONDULADO SE MONTA EN UN ROBOT MULTIEJE QUE LO DESPLAZA SOBRE LA SUPERFICIE RECUBIERTA SIN ENTRAR EN CONTACTO CON ELLA. LAS SEÑALES DE RECORRIDO QUE NECESITA EL MEDIDOR SE GENERAN EN CORRESPONDENCIA CON EL MOVIMIENTO EJECUTADO POR EL ROBOT. EL MEDIDOR SE SOPORTA EN UN EQUIPO DE ALOJAMIENTO CON SENSORES DE SEPARACION, QUE PERMITEN ORIENTAR AUTOMATICAMENTE UN EJE DETERMINADO DEL MEDIDOR EN DIRECCION PERPENDICULAR A LA SUPERFICIE RECUBIERTA CUANDO EL MEDIDOR SE APROXIMA A LA MISMA.

Description

Sistema de medición para evaluar la calidad de una superficie.

La invención se refiere a un sistema de medición para la evaluación de la calidad de la superficie de piezas de trabajo revestidas automáticamente en serie, según el preámbulo de las reivindicaciones independientes.

Para la evaluación objetiva de la calidad conseguida durante el revestimiento automático de superficies, en especial en la industria del automóvil, es usual en la actualidad medir los parámetros de calidad que interesan, tales como el curso de la ondulación, los defectos locales, el brillo de barniz, el tono del color y el grosor de la capa, a mano, por muestreo, con diferentes aparatos de medición de laboratorio. Para la medición del curso de la superficie (ondulación o rugosidad) han dado buenos resultados aparatos de medición manuales, los cuales son movidos manualmente a lo largo de un tramo de medición, necesario para la medición, de p. ej. 12 cm por encima de la superficie revestida, y ello mediante ruedas dispuestas en el lado inferior del aparato de medición, para el mantenimiento de una distancia constante del aparato de medición con respecto a la superficie. Con las ruedas que ruedan sobre la superficie revestida está acoplado un generador de impulsos incremental con cuyas señales el aparato de medición calcula en cada caso el camino recorrido lo que, entre otras cosas, es necesario porque la medición se lleva a cabo en trechos de camino uniformes (exploración p. ej. cada 0,2 mm). Este tipo de aparatos de medición de curso con entrada de emisión incremental, los cuales se pueden utilizar esencialmente (sin ruedas) para la presente invención, son en sí conocidos y se pueden adquirir en el comercio ("wave-scan plus" de la empresa BYK-Gardner GmbH, 82534 Geretsried).

Una ventaja decisiva de los aparatos de medición manual es su precisión y el hecho de que para todos los parámetros de medición la calidad de una superficie barnizada se puede medir de manera similar a como se hace con el ojo humano (decisivo en la compra de objetos barnizados). Por otro lado, al conducir de manera inadecuada un aparato de medición, dado que la superficie está en contacto con las ruedas, existe el peligro de daños de la capa aplicada. Además, en general resulta desventajoso que, a causa de los retrasos inevitables entre la medición in situ y la evaluación, no sea posible una actuación rápida en el proceso de revestimiento para eliminar los defectos detectados. Además pueden surgir defectos en el proceso de revestimiento durante el retroacoplamiento, debido a que a causa de la captación por muestreo de los parámetros de calidad, con frecuencia resulta difícil un reflujo asegurado y puede ser utilizado únicamente por personal de la instalación muy experimentado. Con frecuencia, la frecuentemente mala reproducibilidad de los valores de medición obtenidos in situ manualmente a causa de variaciones del punto de medición, permite únicamente extraer de manera condicionada conclusiones acerca del proceso de revestimiento. La falta de mediciones se puede superar únicamente de forma incompleta mediante modelos matemáticos de cálculo. También resulta difícil establecer, para todos los parámetros de calidad, unas tolerancias entre la calidad de laboratorio y la de producción. Con frecuencia se compara el nivel de calidad determinado metrológica o visualmente en una línea de producción con un estándar establecido a escala de laboratorio bajo condiciones ideales. Los límites de tolerancia condicionados por el proceso entre la producción y el laboratorio se tienen sin embargo en cuenta solo de manera incompleta durante el establecimiento del estándar. Por ello no ha sido hasta ahora posible, durante el establecimiento de tolerancias, tener suficientemente en cuenta la diferencia de calidad entre la producción y el laboratorio.

Se conocen ya sistemas de medición "online" automatizados que funcionan sin contacto para la evaluación objetiva de la calidad de la calidad de superficies p. ej. de piezas de carrocerías de automóvil o de carrocerías completas, cuyos defectos medidos se puedan tener en cuenta ya, durante el proceso de producción, para impedir productos defectuosos. Los sistemas de medición "online" conocidos funcionan con cámaras dispuestas fijas en un portal de medición o guiadas por robots, las cuales son dirigidas con un ángulo definido sobre la superficie iluminada para con este objetivo (JOT 1986/10 págs. 44-48; JOT 1997/3, págs. 72-73). Estos sistemas de medición no satisfacen sin embargo las exigencias prácticas en cuanto a precisión y automatización adecuada a la producción en una línea de producción. En especial, no pueden suministrar valores de medición normalizados como son exigidos, p. ej., por la industria del automóvil. No permiten ninguna medición de todas las zonas de la carrocería críticas en ciertas condiciones y por lo demás tampoco ninguna medición de parámetros de calidad tales como el grosor de capa y el tono del color.

Además, por la publicación EP 0 313 801 se conoce una instalación para la medición del contorno exterior de objetos tridimensionales. Para ello se guía un telémetro láser por un robot alrededor del objeto que se desea medir, donde el telémetro láser mide en cada caso la distancia respecto de la superficie del objeto tridimensional. De esta manera se puede establecer automáticamente un modelo numérico del contorno exterior del objeto tridimensional.

La invención se plantea el problema de proponer un sistema de medición permita una medición "online" objetiva esencialmente completamente automática de los parámetros relevantes para la evaluación de la calidad de revestimiento, en especial una medición de curso sin contacto, con la utilización de aparatos de medición manual en sí conocidos y que han dado buenos resultados.

Este problema se resuelve mediante las características indicadas en las reivindicaciones de la patente.

Según la invención se simulan, para hacer posible una medición de curso sin contacto, las señales de distancia, necesarias para la medición, hasta ahora generadas por las ruedas de guía del aparato de medición de curso manual conocido, se simulan externamente y ello mediante deducción a partir de las señales generadas por el control del autómata de movimiento. El autómata de movimiento que sirve de máquina de medición puede ser, por ejemplo, un robot de al menos 6 ejes de un tipo en principio conocido en instalaciones de revestimiento.

Mediante la invención se reúnen de forma razonable las ventajas importantes de los aparatos de medición de curso manuales que en sí han dado buenos resultados y los demás aparatos de medición manual con la exigencia de una medición "online" y por consiguiente la posibilidad de reconocer, ya durante el proceso de producción, a modo de un sistema de alerta temprana, defectos de revestimiento y corregirlos, preferentemente, de manera automática en un circuito de regulación cerrado, para impedir productos defectuosos y alcanzar mejoras constantes de la calidad. De acuerdo con esto, son ventajas importantes de la invención valores de medición normalizados, elegibilidad flexible y ampliamente ilimitada de los puntos de medición, en especial en carrocerías de automóviles, flexibilidad durante la selección de los procedimientos de medición y fácil intercambiabilidad de los aparatos de medición, conexión sin problemas a sistemas de control de revestimiento existentes así como reproducibilidad del proceso de medición. Además se pone a disposición del personal de verificación un medio auxiliar para superar las tareas de forma más rápida y mejor cuando, además del proceso de medición automático, se desea también una evaluación visual (por ejemplo mediante un colorista experimentado).

La invención se explica a continuación con mayor detalle sobre la base del ejemplo de un robot de medición para carrocerías de automóviles.

En el dibujo está representado un brazo 1 del robot, que se puede mover en varios ejes (p. ej. 6 o más ejes), al cual está sujeta una pieza de base 2 de una construcción receptora para aparatos de medición. De la pieza de base 2 sobresalen, en el ejemplo representado, tres brazos receptores 4, 5 ó 6, orientados en direcciones distintas, en cuyos extremos está dispuesto en cada caso un dispositivo receptor 14, 15 ó 16 para aparatos de medición correspondientes. Los brazos receptores pueden estar formados, en caso necesario, de manera que se puedan sacar y meter telescópicamente a lo largo de su eje longitudinal.

En el dispositivo receptor 14 está dispuesto un aparato de medición de curso 24 el cual debe ser movido, para la en sí conocida medición del curso ondulado de la capa (muestra de claridad) de la superficie que se desea verificar, sin contacto, por el robot a una distancia constante predeterminada de p. ej. 3-4 mm a lo largo de tramos de medición predeterminados de, p. ej., en cada caso 12 cm sobre la superficie, en general curvada en el caso de carrocerías de automóviles. El eje longitudinal 10 del aparato de medición 24 debe estar situado aquí de manera permanente constantemente perpendicular sobre la superficie revestida.

Mientras que durante el revestimiento de carrocerías con robots barnizadores son necesarios normalmente sistemas mecánicos u ópticos para la captación de la posición de la carrocería, para que se pueda establecer una relación espacial entre la carrocería y el robot, el sistema de medición aquí descrito debe pasar sin una captación de la posición de este tipo, en la cual sería difícil mantener las necesarias tolerancias estrechas de pocos mm para el posicionamiento de los aparatos de medición. En lugar de esto están dispuestos en el dispositivo receptor 14 al menos tres sensores de distancia 12 de alta precisión distribuidos alrededor del eje longitudinal 10, los cuales al acercarse a la superficie revestida reconocen ya a la distancia de 80-100 mm la superficie y suministran constantemente al control del robot señales que corresponden en cada caso a la distancia. El control compara los valores de distancia de los tres sensores 12 entre sí y controla el robot, sobre la base de resultado de la comparación, de tal manera que el eje longitudinal 10 del aparato de medición 24 es orientado perpendicularmente respecto de la superficie y el aparato de medición mantiene esta posición durante la exploración del tramo de medición predeterminado. Al mismo tiempo el control del robot se ocupa, sobre la base de los valores de distancia suministrados por los sensores 12, del ajuste y mantenimiento de la distancia predeterminada respecto de la superficie durante el movimiento de exploración.

Para la protección contra daños en caso de contactos no deseados de la carrocería, el dispositivo receptor 14 está conectado con el brazo receptor 4 mediante un apoyo 13 elástico esférico.

Como se ha mencionado anteriormente, el aparato de medición de curso 24 necesita las señales de generador de impulsos correspondientes al camino recorrido por él en cada caso a lo largo de la superficie, las cuales, en el método de medición manual usado hasta ahora, eran generadas por las ruedas del aparato de medición que ruedan sobre la superficie. En el sistema de medición aquí descrito las señales de generador de impulsos son generadas, en lugar de esto, por un microprocesador y son aplicadas a una entrada incremental del aparato de medición, donde el microprocesador, como emulador de emisión incremental, transforma una señal proporcional a la velocidad suministrada por el control del robot en la correspondiente señal de generador de impulsos proporcional a la velocidad. Durante el movimiento de exploración sin contacto el aparato de medición se comporta por ello él mismo como durante la medición manual convencional con contacto con la superficie.

En el dispositivo receptor 15 en posición central en el dibujo, está dispuesto otro aparato de medición, es decir, un aparato de medición de tono del color 25, del que debe suponerse que debe ser colocado para la medición sobre la superficie revestida. El dispositivo receptor 15 está por ello dotado preferentemente con tres pies aspirantes por vacío 18, distribuidos alrededor del eje longitudinal del aparato 25, los cuales son colocados por el brazo del robot 1 sobre la superficie revestida, donde pueden llevar el dispositivo receptor 15, sobre la base de un apoyo adecuado del dispositivo receptor y/o de los pies aspirantes, automáticamente, a la posición deseada. Dado que el robot lleva primero el aparato de medición con gran velocidad hacia la carrocería, está dispuesto en el dispositivo receptor 15 un sensor de distancia 19, el cual al acercarse hasta una distancia determinada de p. ej. unos pocos cm, genera una señal mediante la cual el movimiento del robot conmuta a una velocidad de acercamiento menor. Al colocarse los pies aspirantes 8 se fijan por aspiración a la superficie, con lo cual es fijado el dispositivo receptor 15. El dispositivo receptor contiene además un dispositivo de agarre 20, el cual fija el aparato de medición 25 dentro del dispositivo receptor, siempre que éste no esté sujeto a la superficie. El aparato de medición 25 está apoyado elásticamente y, tras la aspiración, es abierto el dispositivo de agarre 20, después de lo cual el aparato ahora móvil es presionado por la suspensión elástica 21 contra la superficie y se orienta al mismo tiempo, automáticamente, en posición perpendicular respecto de la superficie. Tras la medición del tono del color se conmuta el aire de aspiración de los pies aspirantes 18 en aire de soplado, el dispositivo de agarre 20 es cerrado nuevamente y el dispositivo receptor 15 es elevado. El control de estos procesos tiene lugar mediante señales externas del control central.

En el dispositivo receptor 16 derecho en el dibujo está dispuesto, como aparato de medición adicional, un aparato de medición del brillo 26. Como en el caso del dispositivo receptor 14 pueden existir un apoyo 13 elástico esférico y, para la orientación, tres sensores de distancia 12', si bien podría estar dispuesta también otra construcción receptora, p. ej. similar a la del aparato de medición 25. En el dispositivo receptor 16 está montado, además del aparato de medición 26, un aparato de medición de grosores de la capa 27, el cual, para la medición del grosor de la capa de la superficie, es colocado sobre ésta. Con ello se puede llevar a cabo, simultáneamente a la medición del grosor de la capa, la medición del brillo mediante el aparato de medición 26. Dependiendo de las condiciones que se den es sin embargo también posible medir, en puntos individuales de la carrocería, únicamente el grosor de la capa o únicamente el brillo de barniz. Al menos la medición del brillo se puede llevar a cabo sin contacto mediante control por medio de los sensores 12'.

Los aparatos de medición 24 y 25 se utilizan también dependiendo de las necesidades, es decir, en algunos puntos de medición se pueden llevar a cabo las diferentes mediciones una tras otra con el correspondiente posicionamiento del aparato de medición correspondiente mediante el robot, mientras que en otros puntos de medición se mide únicamente un parámetro de calidad o al menos no todos los parámetros medibles.

En el caso de los cuatro aparatos de medición posicionables mediante el brazo del robot 1 se trata de aparatos en sí conocidos y que se pueden adquirir en los comercios, pero que hasta ahora se han utilizado únicamente de forma manual, los cuales fueron modificados en la medida necesaria para los fines descritos. Están insertados de tal manera en un dispositivo receptor de tipo carcasa que se pueden intercambiar de forma rápida y sencilla.

A la modificación de los aparatos de medición y a la adaptación a la automatización deseada pertenecen en el caso descrito cuatro interfaces serie para la comunicación de datos entre el ordenador de control (PC) del sistema y los cuatro aparatos de medición. El ordenador de control contiene además una tarjeta de E/S digital para la comunicación con el robot.

Durante el funcionamiento el robot es controlado por un programa que corresponde al tipo de la carrocería que hay que medir y al color que hay que medir, donde accede a un gran número de puntos de medición de la carrocería consignados en el programa. Tras consultar el primer punto de medición, el robot envía una señal de liberación al PC, después de lo cual se da, a través de la interfaz serie, una señal de liberación de medición al correspondiente aparato de medición. El robot permanece en la posición de medición hasta que no llega ninguna señal del PC. Tras finalizar la medición se coloca, a través de la tarjeta E/S mencionada, una entrada en el control del robot, después de lo cual el robot puede dirigirse hacia la siguiente posición de medición. Mientras sucede esto, los resultados de medición, en la medida en que se trate p. ej. de la medición de grosores de capa o de tonos de color, son transmitidos, a través de la interfaz serie, al PC y almacenados allí. Dado que el aparato de medición de curso necesita un tiempo de evaluación de aproximadamente 2 a 3 segundos y está en situación de almacenar hasta 99 mediciones, en este caso se envía, después de medir la totalidad de la carrocería, la información acerca del final de la medición al PC y el resultado de la medición es almacenado allí.

Para la evaluación del resultado de medición el usuario debe disponer también de un sistema lo más automático posible. Para ello es especialmente adecuado representar gráficamente, para cada punto medido sobre la carrocería, los valores de medición con un aparato de representación visual, p. ej. en la pantalla del ordenador de control. En la pantalla se representa preferentemente la totalidad de la carrocería (o una parte especialmente interesante) y en cada punto de medición se representa el correspondiente resultado de medición, automáticamente, mediante marcas con diferentes colores, que indican en cada caso la calidad del revestimiento.

Claims (17)

1. Sistema de medición para la evaluación de la calidad de superficies, es decir de la rugosidad de piezas de trabajo revestidas automáticamente en serie, en especial carrocerías de automóviles, con un aparato de medición de curso (24), que se puede mover, para la medición del curso de la capa de la superficie, a lo largo de un tramo de medición predeterminado en una distancia dada, que en especial permanece constante, sobre la superficie, en el que se generan señales de distancia que corresponden al tramo de camino recorrido por el aparato de medición (24) con respecto a la pieza de trabajo, y en el que tras alcanzar el tramo de medición predeterminado el resultado de la medición está evaluado, caracterizado porque el aparato de medición de curso (24) está montado en un autómata de movimiento (1) de varios ejes y puede ser desplazado por éste sin contacto a lo largo de la superficie revestida, y porque las señales de distancia son generadas en correspondencia con el movimiento realizado por el autómata de movimiento (1), gracias a que las señales de distancia son deducidas de las señales generadas por el control del autómata de movimiento (1).

2. Sistema de medición según la reivindicación 1, caracterizado porque las señales de distancia son generadas por un procesador el cual convierte una señal proporcional a la velocidad, generada por el dispositivo de control del autómata de movimiento (1), en una señal de generador de impulsos, que es suministrada a una entrada del aparato de medición de curso (24).

3. Sistema de medición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por un dispositivo de control del programa que permite que el autómata de movimiento (1) desplace el aparato de medición de curso (24), consecutivamente, en un gran número de puntos de la superficie de la pieza de trabajo escogidos, en cada caso a lo largo de un tramo de medición predeterminado.

4. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato de medición de curso (24) está soportado en un dispositivo receptor (14), previsto en el brazo móvil del autómata de movimiento (1), y en el dispositivo receptor (14) están dispuestos al menos tres sensores de distancias (12) los cuales, al acercarse el aparato de medición de curso (24) a la superficie revestida, miden en cada caso la distancia respecto de la superficie, y porque está previsto un dispositivo de cálculo y control el cual, sobre la base de los valores de distancia medidos genera señales de control con las cuales un eje (10) dado del aparato de medición (24) es colocado en la posición angular predeterminada con respecto a la superficie revestida.

5. Sistema de medición según la reivindicación 4, caracterizado porque existe un circuito de regulación el cual, sobre la base de los valores de distancia medidos por los sensores de distancia (12) mantiene constantemente paralela respecto de la superficie la distancia del aparato de medición de curso (24) con respecto a la superficie revestida durante el movimiento del aparato de medición (24).

6. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto un sistema de evaluación con un aparato de representación visual y los resultados de medición se pueden representar gráficamente para cada punto de medición elegido de la superficie de la pieza de trabajo.

7. Sistema de medición según la reivindicación 6, caracterizado porque la pieza de trabajo puede ser representada visualmente por el aparato de representación y en cada punto de medición el correspondiente resultado de medición se puede representar automáticamente mediante marcas con diferentes colores elegidos en correspondencia con la calidad de revestimiento en cada caso.

8. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en los autómatas de movimiento (1) están montados o se pueden montar otros aparatos de medición adicionales (25, 26, 27) para la medición del tono del color, del brillo de barniz y/o de grosor de la capa de la superficie revestida.

9. Sistema de medición según la reivindicación 8, caracterizado porque está previsto un ordenador de control el cual presenta en cada caso una interfaz para la conexión y comunicación con el aparatos de medición (24, 25, 26, 27) correspondiente, así como una unidad de control de entrada/salida para la conexión y comunicación con el autómata de movimiento (1).

10. Sistema de medición según una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el aparato de medición de curso (24) y los restantes aparatos de medición (25, 26, 27) están montados en un brazo móvil del autómata de movimiento (1).

11. Sistema de medición según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque en el autómata de movimiento están previstos varios dispositivos receptores (14, 15, 16) para la sujeción de los diferentes aparatos de medición (24, 25, 26, 27), los cuales pueden ser llevados por el autómata de movimiento (1) opcionalmente a sus posiciones de medición correspondientes predeterminadas en la superficie revestida.

12. Sistema de medición según la reivindicación 11, caracterizado porque los aparatos de medición (24, 25, 26, 27) están soportados de manera intercambiable en o a sus dispositivos receptores (14, 15, 16).

13. Sistema de medición según una de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque al menos un dispositivo receptor (14, 16) está apoyado elásticamente de manera esférica para la protección contra daños de la superficie revestida.

14. Sistema de medición según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque un primer aparato de medición (25) adicional está dispuesto como aparato de medición (25) que se puede colocar en contacto con la superficie revestida en un primer dispositivo receptor (15) adicional, previsto en el brazo (1) móvil del autómata de movimiento (1), el cual está dotado con pies aspirantes por vacío (18) para la sujeción temporal del dispositivo receptor (15) sobre la superficie revestida, y porque el primer dispositivo receptor (15) adicional contiene un dispositivo de agarre (20) controlado, el cual fija el primer aparato de medición (25) adicional, cuando el primer dispositivo receptor (15) adicional está alejado de la superficie revestida, y el cual es abierto para colocar sobre la superficie el primer aparato de medición (25) adicional presionado por una suspensión elástica (21).

15. Sistema de medición según la reivindicación 14, caracterizado porque en el primer dispositivo receptor (15) adicional está dispuesto un sensor de distancia (19) el cual, al acercarse a la superficie revestida, genera una señal mediante la cual el movimiento de acercamiento del autómata de movimiento (1) es conmutado de rápido a lento.

16. Sistema de medición según una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque en un dispositivo receptor (16) que contiene un segundo aparato de medición (26) está dispuesto un tercer aparato de medición (27) para la medición de otro parámetro de calidad.

17. Sistema de medición según la reivindicación 16, caracterizado porque el segundo aparato de medición (26) adicional mide el brillo de barniz y el tercer aparato de medición (27) adicional mide el grosor de la capa.