WO2022248393A1 - Vorrichtung und verfahren zum veredeln eines werkstücks - Google Patents

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WO2022248393A1
WO2022248393A1 PCT/EP2022/063868 EP2022063868W WO2022248393A1 WO 2022248393 A1 WO2022248393 A1 WO 2022248393A1 EP 2022063868 W EP2022063868 W EP 2022063868W WO 2022248393 A1 WO2022248393 A1 WO 2022248393A1
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unit
workpiece
sampling
patterning
conveyor
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PCT/EP2022/063868
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Ludwig Albrecht
Peter Wulzinger
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Homag Gmbh
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    • B41J2/2054—Ink jet for printing a discrete number of tones by the variation of dot disposition or characteristics, e.g. dot number density, dot shape

Definitions

  • the invention relates to a device for finishing a workpiece, which preferably consists at least in sections of wood, wood-based materials, plastic or the like, according to the preamble of claim 1, and a corresponding method.
  • workpieces are often first made of a wood-based material and then their surface is finished.
  • Various coating materials are used in the finishing process, which can be sampled before the coating process or can only be sampled after the coating process.
  • EP 1 935 657 A1 discloses a generic device and a method for coating workpieces, in which the workpieces are first machined and then treated by means of an ink jet
  • this object is achieved by a device for finishing a workpiece according to claim 1 and a method for finishing a workpiece according to claim 12 .
  • Particularly preferred developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the invention is based on the knowledge that in known devices the operating parameters and the working speed of the individual machine components are not sufficiently matched to one another.
  • the invention proposes that a control unit be provided in a generic device, which is connected to the processing unit, the conveyor unit and the sampling unit and set up to control the processing unit, the conveyor unit and the sampling unit.
  • This control-technical integration makes it possible for the operating parameters, the working speed and other properties of the machine components to be optimally coordinated with one another depending on the current requirements (such as workpiece dimensions, material properties, finishing requirements, etc.) in order, among other things, to optimize the performance and in particular the to increase workpiece throughput.
  • the integration of the control technology also enables other advantages, such as the possibility of improved optical and haptic properties, since the processing and finishing company of the Processing unit and the sampling unit can be optimally coordinated.
  • the sampling unit was often a limiting factor for the performance of the overall process, so that a possibly higher performance, for example of a processing unit, could not be fully exploited.
  • the integration of control technology now makes it possible, for example by optimally adjusting the operating parameters of the sampling unit, to increase the individual performance of the sampling unit and thus the overall performance of the device or the overall process.
  • the conveyor unit is set up to bring about a relative movement speed of at least 10 m/min, preferably at least 30 m/min, particularly preferably at least 50 m/min, during the processing unit and the sampling unit.
  • the device according to the invention advances into performance areas that could not previously be achieved.
  • productivity can be increased enormously, and on the other hand, the device according to the invention is also suitable for workpieces that are produced in extremely large numbers and at correspondingly high speeds, such as floor or wall panels.
  • the conveyor unit is set up to bring about the relative movement between the workpiece and the machining unit and the sampling unit in one setting.
  • multiple alignment and clamping of the workpieces and possible intermediate stacking can be dispensed with.
  • particularly high Finishing speeds made possible, which makes a further contribution to increasing productivity.
  • the control unit is preferably set up to set at least one operating parameter of the sampling unit, taking into account a setpoint conveying speed of the conveying unit.
  • the operation of the sampling unit can be optimally adapted to the target conveying speed of the conveying unit, the target conveying speed resulting, for example, from the maximum processing speed of the processing unit.
  • the conveying speed of the device according to the invention can be maximized, as a result of which productivity can be significantly increased.
  • various operating parameters of the sampling unit can be set to the desired performance, such as clock frequency, material throughput, etc.
  • control unit is set up to change, in particular to reduce, the target conveying speed of the conveying unit if the control unit cannot determine any suitable operating parameters of the sampling unit for the previous target conveying speed. In this way, it is ensured that, despite the maximum conveying speed, the required quality of the sampling can still be achieved, while the maximum speed potential of the sampling unit is exploited.
  • the sampling unit can be designed in different ways. With regard to a high sampling quality, variable sampling options and a high sampling speed, it is provided according to a further development of the invention that the sampling unit has a drop on-demand printing unit. It is particularly preferred that the drop-on-demand printing unit is set up to variably set the droplet size and/or droplet ejection frequency. By setting these operating parameters, the operation of the sampling unit can be adapted particularly effectively to different conveying speeds without impairing the quality of the sampling result. At the same time, further advantageous effects can also be achieved by adjusting the droplet size and/or the droplet ejection frequency, such as haptic effects of the patterned surface or the setting of different “grey levels” (ink quantity-dependent intensity levels).
  • grey levels ink quantity-dependent intensity levels
  • the droplet size can be set to values of less than 200 pl, preferably less than 100 pl, particularly preferably less than 20 pl (picoliter), according to a development of the invention.
  • the droplet ejection frequency can be set to values of at least 16,000 Hz, preferably 20,000 Hz, particularly preferably 100,000 Hz.
  • the device has a checking unit for preferably optical checking of the surface of the workpiece patterned by the patterning unit. This makes it possible to effectively check whether the patterning unit actually provides the patterned surface with the desired patterning quality, which is particularly advantageous given the desired high conveying speeds and generally enables the process to be optimized. It is particularly preferred that the verification unit is connected to the control unit, so that the results of the verification unit directly Optimizing the operation of the sampling unit can be used.
  • the inspection unit has a camera, in particular a multispectral camera or hyperspectral camera. Hyperspectral cameras in particular have proven to be extremely effective.
  • one development of the invention provides that the control unit is set up to correct at least one operating parameter of the sampling unit based on the verification result of the verification unit, preferably during operation of the device.
  • the quality of sampling can be optimized particularly effectively and waste can also be minimized, since the test results can be fed back "in-line” if necessary and used directly to optimize the operating parameters of the sampling unit.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a device according to an embodiment of the invention
  • a device 1 for finishing a workpiece 2 is shown schematically in FIG. 1 in a side view.
  • the workpiece can be, for example, a furniture panel, a floor/wall panel or a structural element such as a door, where the starting material of the workpiece can be, for example, wood, various wood materials, plastic and various combinations thereof.
  • the workpiece is to be finished in the area of a surface 2 ′, which can be a narrow surface of the workpiece 2 , for example.
  • the device 1 initially comprises a processing unit 10, which in the present embodiment is a milling unit which is used to bring the narrow surface 2' of the workpiece 2 to be finished into the desired geometry .
  • the processing unit 10 has a milling tool 12 in the present embodiment.
  • the processing unit 10 can also be designed for other processing operations, such as for example for the application of a coating material or the flush milling of an applied coating material.
  • the device 1 includes a patterning unit 20 for patterning the surface 2′ of the workpiece, which in the present embodiment is a printing unit that is described in more detail below.
  • a conveyor unit 30 is provided, which in the present embodiment is designed as a continuous conveyor unit and is used to move the respective workpiece 2 along the processing unit 10 and the sampling unit 20 .
  • conveying concepts can also be used within the scope of the invention, such as so-called stationary technology, in which the workpiece and the respective units of the device are stationary be moved. Mixed forms of both concepts are also possible within the scope of the invention.
  • the conveyor unit 30 comprises a conveyor belt or a conveyor chain 32 on which the respective workpiece 2 is placed, with the upper strand moving from right to left in FIG.
  • the conveyor unit 30 has a so-called top pressure 34 which, in the present embodiment, is formed by a large number of rollers which press the respective workpiece 2 onto the conveyor belt or the conveyor chain 32 .
  • the conveying unit 30 can be operated with different conveying speeds, which can be in the range of up to 200 m/min and more.
  • control can refer to pure control (without feedback) or also to regulation (with feedback), depending on requirements.
  • the control unit can be, for example, a common machine computer, in which the essential data of the above-mentioned units converge and which controls the above-mentioned units, i. H. in particular adjusts its operating parameters.
  • Embodiment first a target conveying speed of Conveyor unit 30, which is based on the processing speed of the processing unit 10 that can be achieved for the respective workpiece 2, taking into account, for example, the geometry and the material properties.
  • the control unit 40 sets one or more operating parameters of the sampling unit 20 in such a way that the sampling unit 20 can also work appropriately at the given setpoint conveying speed, so that a desired sampling result can be achieved.
  • control unit 40 lowers the target conveying speed of the conveying unit 30 to a value at which an appropriate operation of the sampling unit 20 can be achieved, but the highest possible conveying speed of the conveying unit 30 can still be achieved.
  • the sampling unit 20 is a printing device which has a drop-on-demand printing unit 22, although other sampling units can of course also be used within the scope of the present invention.
  • the drop-on-demand printing unit 22 can contain a piezo print head or a bubble jet print head, for example.
  • the printing unit 22 is capable of variably adjusting the droplet size that is output, with the droplet size being able to reach values of up to 2 pl (picoliters) in the present embodiment. Depending on the application, however, larger values are also useful, which can advantageously be in the range of up to 200 pl without the invention is limited thereto. Adjusting the droplet size enables the patterning unit 20 to be adapted to different conveying speeds, but also allows haptic effects and various color effects such as "gray levels" (color-amount-dependent intensity levels) to be achieved.
  • the printing unit 22 is also able to set, for example, the droplet ejection frequency to values in the order of, for example, 20,000 Hz or even 100,000 Hz or more, as well as other operating parameters.
  • the droplet ejection frequency can be set, for example, by software, in particular by defining different pulse shapes, which are applied, for example, to piezo elements provided in the printing unit 22 .
  • the device 1 Downstream of the sampling unit 20, the device 1 also includes a checking unit 50, which has a multispectral or hyperspectral camera 52 in the present embodiment.
  • the camera 52 scans the patterned surface 2 ′ of the workpiece 2 .
  • the verification unit 50 is also connected to the control unit 40 so that a verification result of the verification unit 50 can be transmitted to the control unit 40 .
  • the control unit 40 corrects one or more operating parameters of the sampling unit 20 in order to further optimize the quality of the sampling result or to further approximate a desired target value.
  • This correction can also take place, for example, on the basis of a statistical evaluation and can be carried out "in-line", ie during operation of the device.
  • the operation of the device 1 takes place, for example, as follows. First, a workpiece 2 is fed to the device 1 in such a way that it is clamped between the conveyor belt or the conveyor chain 32 and the top pressure 34 (right in Fig. 1) and conveyed in a continuous conveying direction (from right to left in Fig. 1). Taking into account the properties of the workpiece and the desired finishing processes, the control unit 40 first determines a target conveying speed for the
  • Processing unit 10 is suitable, and then sets the operating parameters of the sampling unit 20 in a suitable manner. If necessary, the conveying speed can also be reduced as described above. It should also be noted that the conveying speed does not necessarily have to be adjusted for each individual workpiece 2, and that the device 1 can also work for different workpieces 2 within a certain permissible bandwidth of the conveying speed and operating parameters.
  • the workpiece 2 then reaches the machining unit 10 and is machined there by means of the machining tool 12 in the area of its narrow surface 2'.
  • the machined narrow surface 2' is patterned using the patterning unit 20, and then the checking unit 50 carries out a check on the patterned surface 2'.
  • the result of the verification of the verification unit 50 is transmitted to the control unit 40, which adjusts the operating parameters of the sampling unit 20 if there are defined deviations in the verification result from the desired sampling. In certain cases, deviations may also require adjustment of the processing unit 10 (e.g. to a different speed of the tool) or of the conveyor unit 30 (e.g. to a different conveyor speed) if these parameters differ in the respective case can affect the quality of the sampling result.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Veredeln (2) eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfassend eine Bearbeitungseinheit (10) zum Bearbeiten des Werkstücks (2), insbesondere zum formgebenden Bearbeiten und/oder Beschichten des Werkstücks, eine Bemusterungseinheit (20) zum Bemustern, insbesondere Bedrucken einer Oberfläche (2 ') des Werkstücks, und eine Fördereinheit (30) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungseinheit (10) sowie der Bemusterungseinheit (20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (40) vorgesehen ist, die mit der Bearbeitungseinheit (10), der Fördereinheit (30) und der Bemusterungseinheit (20) verbunden und eingerichtet ist, die Bearbeitungseinheit (10), die Fördereinheit (30) und die Bemusterungseinheit (20) zu steuern.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM VEREDELN EINES WERKSTÜCKS
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Veredeln eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren.
Stand der Technik
Im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie werden Werkstücke häufig zunächst aus einem holzbasierten Werkstoff gefertigt und anschließend an ihrer Oberfläche veredelt. Bei der Veredelung kommen verschiedene Beschichtungsmaterialien zum Einsatz, die bereits vor dem Beschichtungsvorgang bemustert sein können oder auch erst nach dem Beschichtungsvorgang bemustert werden können.
So offenbart beispielsweise die EP 1 935 657 Al eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken, bei welchem die Werkstücke zunächst spanend bearbeitet und anschließend mittels einer Ink-Jet-
Druckeinrichtung bemustert werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit der bekannten Vorrichtung begrenzt ist und insbesondere beim Werkstückdurchsatz erhebliches Verbesserungspotenzial besteht. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und insbesondere einen erhöhten Werkstückdurchsatz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Veredeln eines Werkstücks nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Veredeln eines Werkstücks nach Anspruch 12 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei bekannten Vorrichtungen die Betriebsparameter und die Arbeitsgeschwindigkeit der einzelnen Maschinenkomponenten nicht hinreichend aufeinander abgestimmt sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, schlägt die Erfindung vor, dass bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit der Bearbeitungseinheit, der Fördereinheit und der Bemusterungseinheit verbunden und eingerichtet ist, die Bearbeitungseinheit, die Fördereinheit und die Bemusterungseinheit zu steuern.
Durch diese steuerungstechnische Integration wird ermöglicht, dass die Betriebsparameter, die Arbeitsgeschwindigkeit und andere Eigenschaften der Maschinenkomponenten je nach den aktuellen Anforderungen (wie beispielsweise Werkstückabmessungen, Materialeigenschaf ten, Veredelungsanforderungen, etc.) optimal aufeinander abgestimmt werden können, um unter anderem die Leistungsfähigkeit und insbesondere den Werkstückdurchsatz zu steigern. Neben diesen Verbesserungen ermöglicht die steuerungstechnische Integration darüber hinaus auch noch weitere Vorteile, wie beispielsweise auch die Möglichkeit verbesserter optischer und haptischer Eigenschaften, da auch hier der Bearbeitungs- und Veredelungsbetrieb der Bearbeitungseinheit und der Bemusterungseinheit optimal aufeinander abgestimmt werden können.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass bei bekannten Maschinen häufig die Bemusterungseinheit ein begrenzender Faktor für die Leistungsfähigkeit des Gesamtprozesses war, sodass eine möglicherweise höhere Leistungsfähigkeit etwa einer Bearbeitungseinheit nicht ausgeschöpft werden konnte. Durch die steuerungstechnische Integration wird es nun möglich, beispielsweise durch optimale Anpassung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit die individuelle Leistungsfähigkeit der Bemusterungseinheit und damit die Gesamtleistungsfähigkeit der Vorrichtung bzw. des Gesamtprozesses zu steigern.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Fördereinheit eingerichtet ist, während der Bearbeitungseinheit und der Bemusterungseinheit eine Relativbewegungsgeschwindigkeit von mindestens 10 m/min, bevorzugt mindestens 30 m/min, besonders bevorzugt mindestens 50 m/min herbeizuführen. Auf diese Weise dringt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Leistungsbereiche vor, die bisher nicht erreicht werden konnten. Somit lässt sich einerseits die Produktivität enorm steigern, andererseits eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung somit auch für Werkstücke, die in extrem großer Stückzahl und mit entsprechend großen Geschwindigkeiten hergestellt werden, wie etwa Fußboden- oder Wandpaneele.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördereinheit eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungseinheit sowie der Bemusterungseinheit in einer Aufspannung herbeizuführen. Hierdurch kann einerseits auf ein mehrfaches Ausrichten und Einspannen der Werkstücke sowie ein mögliches Zwischenstapeln verzichtet werden. Andererseits ergibt sich eine besonders hohe Präzision des Veredelungsvorganges mit entsprechend hoher Werkstückqualität. Darüber hinaus werden besonders hohe Veredelungsgeschwindigkeiten ermöglicht, wodurch ein weiterer Beitrag zur Steigerung der Produktivität geleistet wird.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, unter Berücksichtigung einer Soll-Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit zumindest einen Betriebsparameter der Bemusterungseinheit einzustellen. Auf diese Weise kann der Betrieb der Bemusterungseinheit optimal an die Soll- Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit angepasst werden, wobei sich die Soll-Fördergeschwindigkeit beispielsweise aus der maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeit der Bearbeitungseinheit ergibt. Im Ergebnis kann somit die Fördergeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung maximiert werden, wodurch die Produktivität erheblich gesteigert werden kann. Zu diesem Zweck können verschiedene Betriebsparameter der Bemusterungseinheit auf die gewünschte Leistung eingestellt werden, wie beispielsweise eine Taktfrequenz, ein Materialdurchsatz, etc.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Soll-Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit zu verändern, insbesondere zu vermindern, falls die Steuereinheit keine geeigneten Betriebsparameter der Bemusterungseinheit für die vorherige Soll- Fördergeschwindigkeit ermitteln kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass etwa trotz maximierter Fördergeschwindigkeit weiterhin die geforderte Qualität der Bemusterung erreicht werden kann, während das maximale Geschwindigkeitspotenzial der Bemusterungseinheit ausgeschöpft wird.
Die Bemusterungseinheit kann im Rahmen der Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein. Im Hinblick auf eine hohe Bemusterungsqualität, variable Bemusterungsmöglichkeiten und eine hohe Bemusterungsgeschwindigkeit ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Bemusterungseinheit eine Drop- on-Demand-Druckeinheit aufweist. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Drop-on-Demand-Druckeinheit eingerichtet ist, die ausgegebene Tröpfchengröße und/oder Tröpfchenausstoßfrequenz variabel einzustellen. Durch die Einstellung dieser Betriebsparameter kann der Betrieb der Bemusterungseinheit besonders effektiv an unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten angepasst werden, ohne dass die Qualität des Bemusterungsergebnisses beeinträchtigt wird. Gleichzeitig lassen sich durch Einstellen der Tröpfchengröße und/oder der Tröpfchenausstoßfrequenz auch weitere vorteilhafte Effekte erzielen, wie beispielsweise haptische Effekte der bemusterten Oberfläche oder die Einstellung unterschiedlicher "Graustufen" (farbmengenabhängiger Intensitätsstufen) .
Im Hinblick auf besonders hohe Fördergeschwindigkeiten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tröpfchengröße gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auf Werte von kleiner als 200 pl, bevorzugt kleiner als 100 pl, besonders bevorzugt kleiner als 20 pl (Picoliter) einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist es alternativ oder zusätzlich auch bevorzugt, dass die Tröpfchenausstoßfrequenz auf Werte von mindestens 16.000 Hz, bevorzugt 20000 Hz, besonders bevorzugt 100000 Hz einstellbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Überprüfungseinheit zur bevorzugt optischen Überprüfung der durch die Bemusterungseinheit bemusterten Oberfläche des Werkstücks aufweist. Hierdurch lässt sich effektiv überprüfen, ob die Bemusterungseinheit die bemusterte Oberfläche tatsächlich mit der gewünschten Bemusterungsqualität versieht, was bei den angestrebten hohen Fördergeschwindigkeiten besonders vorteilhaft ist und generell eine Optimierung des Prozesses ermöglicht. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Überprüfungseinheit mit der Steuereinheit verbunden ist, sodass die Ergebnisse der Überprüfungseinheit direkt zur Optimierung des Betriebes der Bemusterungseinheit verwendet werden können.
Im Hinblick auf eine präzise Überprüfung der bemusterten Oberfläche ist es ferner bevorzugt, dass die Überprüfungseinheit eine Kamera, insbesondere Multispektralkamera oder Hyperspektralkamera aufweist. Dabei haben sich insbesondere Hyperspektralkameras als äußerst wirksam erwiesen.
Im Hinblick auf eine Optimierung der Bemusterungsqualität ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, anhand des Überprüfungsergebnisses der Überprüfungseinheit mindestens einen Betriebsparameter der Bemusterungseinheit zu korrigieren, und zwar bevorzugt während des Betriebes der Vorrichtung. Auf diese Weise lässt sich die Bemusterungsqualität besonders wirksam optimieren und auch der Ausschuss minimieren, da die Überprüfungsergebnisse bei Bedarf "in-line" rückgeführt und unmittelbar zur Optimierung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit verwendet werden können.
Die oben genannten Vorteile lassen sich besonders sinnvoll durch ein Verfahren nach Anspruch 12 erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Vorrichtung 1 zum Veredeln eines Werkstücks 2 ist in Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Möbelplatte, ein Boden-/Wandpaneel oder ein Bauelement wie etwa eine Tür handeln, wobei das Ausgangsmaterial des Werkstücks beispielsweise Holz, verschiedene Holzwerkstoffe, Kunststoff und verschiedene Kombinationen hiervon sein kann. Dabei soll das Werkstück im vorliegenden Falle im Bereich einer Oberfläche 2' veredelt werden, bei der es sich beispielsweise um eine Schmalfläche des Werkstücks 2 handeln kann.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, umfasst die Vorrichtung 1 zunächst eine Bearbeitungseinheit 10, bei welcher es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Fräseinheit handelt, die dazu dient, die zu veredelnde Schmalfläche 2' des Werkstücks 2 in die gewünschte Geometrie zu bringen. Zu diesem Zweck weist die Bearbeitungseinheit 10 in der vorliegenden Ausführungsform ein Fräswerkzeug 12 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungseinheit 10 jedoch auch für andere Bearbeitungsvorgänge ausgelegt sein, wie etwa für das Aufbringen eines Beschichtungsmaterials oder das Bündigfräsen eines aufgebrachten Beschichtungsmaterials.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 1 eine Bemusterungseinheit 20 zum Bemustern der Oberfläche 2' des Werkstücks, bei der es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Druckeinheit handelt, die untenstehend noch näher beschrieben wird.
Weiterhin ist eine Fördereinheit 30 vorgesehen, die in der vorliegenden Ausführungsform als Durchlauffördereinheit ausgestaltet ist und dazu dient, das jeweilige Werkstück 2 an der Bearbeitungseinheit 10 und der Bemusterungseinheit 20 entlang zu bewegen. Es ist jedoch zu beachten, dass im Rahmen der Erfindung auch andere Förderkonzepte zum Einsatz kommen können, wie etwa sogenannte Stationärtechnik, bei welcher das Werkstück ruht und die jeweiligen Einheiten der Vorrichtung bewegt werden. Auch Mischformen beider Konzepte sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Die Fördereinheit 30 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform ein Förderband oder eine Förderkette 32, auf das bzw. die das jeweilige Werkstück 2 aufgelegt wird, wobei sich das Obertrum in Fig. 1 von rechts nach links bewegt. Darüber hinaus besitzt die Fördereinheit 30 einen sog. Oberdruck 34, der in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Vielzahl von Rollen gebildet ist, die das jeweilige Werkstück 2 auf das Förderband bzw. die Förderkette 32 andrücken .
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, führt dies zu einer Aufspannung des Werkstücks 2, wobei das Werkstück 2 entlang der gesamten Vorrichtung 1 in einer definierten Aufspannung gehalten wird. Die Fördereinheit 30 kann dabei mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten betrieben werden, die im Bereich von bis zu 200m/min und mehr liegen können.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Bearbeitungseinheit 10, die Bemusterungseinheit 20 und die Fördereinheit 30 mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die dazu dient, die Bearbeitungseinheit 10, die Bemusterungseinheit 20 und die Fördereinheit 30 zu steuern. Unter dem Begriff „Steuern" kann es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung je nach Bedarf um eine reine Steuerung (ohne Rückkopplung) oder auch um eine Regelung (mit Rückkopplung) handeln.
Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen gemeinsamen Maschinenrechner handeln, in welchem die wesentlichen Daten der vorstehend genannten Einheiten zusammenlaufen und welcher die vorstehend genannten Einheiten steuert, d. h. insbesondere ihre Betriebsparameter einstellt.
Dabei stellt die Steuereinheit 40 in der vorliegenden
Ausführungsform zunächst eine Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 ein, die sich an der für das jeweilige Werkstück 2 unter Berücksichtigung beispielsweise der Geometrie und der Materialeigenschaften erzielbaren Bearbeitungsgeschwindigkeit der Bearbeitungseinheit 10 orientiert. Anschließend stellt die Steuereinheit 40 einen oder mehrere Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 derart ein, dass auch die Bemusterungseinheit 20 bei der gegebenen Sollfördergeschwindigkeit angemessen arbeiten kann, so dass ein gewünschtes Bemusterungsergebnis erzielt werden kann.
Bei bestimmten Konstellationen, wie etwa sehr hohen Sollfördergeschwindigkeiten oder besonders komplexen Bemusterungsaufgaben kann es Vorkommen, dass sich für die Bemusterungseinheit 20 keine geeigneten Betriebsparameter einstellen lassen, welche die gewünschte Bemusterungsqualität gewährleisten. In diesem Falle senkt die Steuereinheit 40 die Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 auf einen Wert ab, bei welchem sich ein angemessener Betrieb der Bemusterungseinheit 20 erzielen lässt, jedoch weiterhin eine möglichst hohe Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 erreicht werden kann.
Bei der Bemusterungseinheit 20 handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Druckvorrichtung, die eine Drop-on-Demand Druckeinheit 22 aufweist, obgleich im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch andere Bemusterungseinheiten zum Einsatz kommen können. Die Drop-on-Demand Druckeinheit 22 kann beispielsweise einen Piezodruckkopf oder einen Bubble-Jet-Druckkopf beinhalten.
Die Druckeinheit 22 ist in der Lage, die ausgegebene Tröpfchengröße variabel einzustellen, wobei die Tröpfchengröße in der vorliegenden Ausführungsform Werte von bis zu 2 pl (Picoliter) erreichen kann. Je nach Anwendungsfall sind jedoch auch größere Werte sinnvoll, die vorteilhaft im Bereich bis zu 200 pl liegen können, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist. Eine Einstellung der Tröpfchengröße ermöglicht einerseits eine Anpassung der Bemusterungseinheit 20 an unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten, erlaubt aber auch die Erzielung haptischer Effekte sowie verschiedener Farbeffekte wie etwa "Graustufen" (farbmengenabhängiger Intensitätsstufen).
Darüber hinaus ist die Druckeinheit 22 auch in der Lage, beispielsweise die Tröpfchenausstoßfrequenz auf Werte in der Größenordnung von beispielsweise 20000 Hz oder auch 100000 Hz oder mehr sowie auch andere Betriebsparameter einzustellen. Die Einstellung der Tröpfchenausstoßfrequenz kann beispielsweise softwareseitig erfolgen, insbesondere auch durch Definition unterschiedlicher Impulsformen, die beispielsweise an in der Druckeinheit 22 vorgesehene Piezoelemente angelegt werden.
Stromabwärts der Bemusterungseinheit 20 umfasst die Vorrichtung 1 ferner eine Überprüfungseinheit 50, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Multi- oder Hyperspektralkamera 52 aufweist. Die Kamera 52 tastet dabei die bemusterte Oberfläche 2' des Werkstücks 2 ab. Die Überprüfungseinheit 50 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 40 verbunden, so dass ein Überprüfungsergebnis der Überprüfungseinheit 50 an die Steuereinheit 40 übertragen werden kann.
Anhand des Überprüfungsergebnisses der Überprüfungseinheit 50 korrigiert die Steuereinheit 40 einen oder mehrere Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20, um die Qualität des Bemusterungsergebnisses weiter zu optimieren bzw. einem gewünschten Sollwert weiter anzunähern. Diese Korrektur kann beispielsweise auch auf der Grundlage einer statistischen Bewertung stattfinden und "in-line", also während des Betriebes der Vorrichtung, durchgeführt werden. Der Betrieb der Vorrichtung 1 vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Zunächst wird ein Werkstück 2 der Vorrichtung 1 derart zugeführt, dass es zwischen dem Förderband bzw. der Förderkette 32 und dem Oberdruck 34 (rechts in Fig. 1) eingespannt und in einer Durchlaufförderrichtung (von rechts nach links in Fig. 1) gefördert wird. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Werkstücks und der gewünschten Veredelungsvorgänge ermittelt die Steuereinheit 40 zunächst eine Sollfördergeschwindigkeit, die für die
Bearbeitungseinheit 10 geeignet ist, und stellt anschließend die Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 in geeigneter Weise ein. Bei Bedarf kann auch die oben beschriebene Reduzierung der Fördergeschwindigkeit erfolgen. Ferner ist zu beachten, dass nicht notwendigerweise für jedes einzelne Werkstück 2 eine Anpassung der Fördergeschwindigkeit erfolgen muss, und dass die Vorrichtung 1 auch für unterschiedliche Werkstücke 2 innerhalb einer gewissen zulässigen Bandbreite der Fördergeschwindigkeit und Betriebsparameter arbeiten kann.
Anschließend erreicht das Werkstück 2 die Bearbeitungseinheit 10 und wird dort mittels des Bearbeitungswerkzeugs 12 im Bereich seiner Schmalfläche 2' bearbeitet. Im nächsten Schritt wird die bearbeitete Schmalfläche 2' mittels der Bemusterungseinheit 20 bemustert, und anschließend führt die Überprüfungseinheit 50 eine Überprüfung der bemusterten Oberfläche 2' durch. Das Überprüfungsergebnis der Überprüfungseinheit 50 wird an die Steuereinheit 40 übertragen, die bei Vorliegen definierter Abweichungen des Überprüfungsergebnisses von der gewünschten Bemusterung eine Anpassung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 vornimmt. In bestimmten Fällen kann bei Abweichungen auch eine Anpassung der Bearbeitungseinheit 10 (beispielsweise auf eine andere Drehzahl des Werkzeugs) oder der Fördereinheit 30 (beispielsweise auf eine andere Fördergeschwindigkeit) erforderlich sein, falls diese Parameter sich im jeweiligen Fall auf die Qualität des Bemusterungsergebnisses auswirken können.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zum Veredeln eines Werkstücks (2), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfassend: eine Bearbeitungseinheit (10) zum Bearbeiten des Werkstücks (2), insbesondere zum formgebenden Bearbeiten und/oder Beschichten des Werkstücks, eine Bemusterungseinheit (20) zum Bemustern, insbesondere Bedrucken einer Oberfläche (2') des Werkstücks, und eine Fördereinheit (30) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungseinheit (10) sowie der Bemusterungseinheit (20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (40) vorgesehen ist, die mit der Bearbeitungseinheit (10), der Bemusterungseinheit (20) und der Fördereinheit (30) verbunden und eingerichtet ist, die Bearbeitungseinheit (10), die
Bemusterungseinheit (20) und die Fördereinheit (30) zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fördereinheit (30) eingerichtet ist, während des Betriebes der Bearbeitungseinheit (10) und der Bemusterungseinheit (20) eine Relativbewegungsgeschwindigkeit von mindestens 10 m/min, bevorzugt mindestens 30 m/min, besonders bevorzugt mindestens 50 m/min herbeizuführen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Fördereinheit (30) eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen dem Werkstück (2) und der Bearbeitungseinheit (10) sowie der Bemusterungseinheit (20) in einer Aufspannung herbeizuführen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (40) eingerichtet ist, unter Berücksichtigung einer Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit (30) zumindest einen Betriebsparameter der Bemusterungseinheit (20) einzustellen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuereinheit
(40) eingerichtet ist, die Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit (30) zu verändern, insbesondere zu vermindern, falls die Steuereinheit (40) keine geeigneten Betriebsparameter der Bemusterungseinheit (20) für die vorherige Sollfördergeschwindigkeit ermitteln kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bemusterungseinheit (20) eine Drop-on-demand- Druckeinheit (22) aufweist, die bevorzugt eingerichtet ist, die ausgegebene Tröpfchengröße und/oder Tröpfchenausstoßfrequenz variabel einzustellen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Tröpfchengröße auf Werte von kleiner als 200 pl, bevorzugt kleiner als 100 pl, besonders bevorzugt kleiner als 20 pl einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Tröpfchenausstoßfrequenz auf Werte von mindestens 16000 Hz, bevorzugt 20000 Hz, besonders bevorzugt 100000 Hz einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Überprüfungseinheit (50) zur bevorzugt optischen Überprüfung der durch die Bemusterungseinheit (20) bemusterten Oberfläche (2') des Werkstücks (2) vorgesehen ist, wobei die Überprüfungseinheit (50) bevorzugt mit der Steuereinheit (40) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die
Überprüfungseinheit (50) eine Kamera (52), insbesondere Multispektralkamera oder Hyperspektralkamera aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die
Steuereinheit (40) eingerichtet ist, anhand des
Überprüfungsergebnisses der Überprüfungseinheit (50) mindestens einen Betriebsparameter der
Bemusterungseinheit (20) zu korrigieren, und zwar bevorzugt während des Betriebes der Vorrichtung.
12. Verfahren zum Veredeln eines Werkstücks (2), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, unter Einsatz einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungseinheit (10) sowie der Bemusterungseinheit (20) mittels der Fördereinheit (30),
Bearbeiten des Werkstücks (2), insbesondere formgebendes Bearbeiten und/oder Beschichten des Werkstücks, mittels der Bearbeitungseinheit (10), und
Bemustern, insbesondere Bedrucken einer Oberfläche (2') des Werkstücks, mittels der Bemusterungseinheit (20), wobei die Steuereinheit (40) während des Veredelungsbetriebes die Bearbeitungseinheit (10), die Fördereinheit (30) und die Bemusterungseinheit (20) steuert.
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