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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gütemessung des Auftragsbildes
einer Sprühdüsenanordnung.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine Materialauftragseinrichtung mit
einer entsprechenden Prüfvorrichtung
zur Gütemessung
des Auftragsbildes einer Sprühdüse sowie
die Verwendung eines Testfeldes in einer solchen Prüfvorrichtung.
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Beim
Auftragen von Beschichtungen, speziell von Lacken in flüssiger (lösemittelhaltiger
oder wasserverdünnter)
oder pulvriger Form, finden Sprühdüsenanordnungen
in Sprühpistolen
breite Anwendung. Unter einer Sprühdüsenanordnung ist eine Sprühvorrichtung
zu verstehen, die eine Materialdüse
und optional eine Anzahl meist ringförmig um die Materialdüse angeordneter
Gasdüsen(bohrungen) aufweist.
Diese Gasdüsenanordnung
wird auch als Luftkappe bezeichnet. Durch die Materialdüse wird das
aufzutragende Material, beispielsweise ein flüssiger Lack, geführt, welches
mit Hilfe des Gases, gewöhnlich
Luft, aus den Gasdüsen
fein zerstäubt
wird.
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Beim
Aufsprühen
von Hand kann die Person, die eine Oberfläche lackiert, den Sprüherfolg,
d. h. die Güte
des Lackierauftrags, direkt optisch überprüfen. Ist beispielsweise die
Sprühdüsenanordnung ganz
oder teilweise verstopft, weil sich Ablagerungen an den Öffnungen
einer oder mehrerer Düsen – in der Praxis
meist der Gasdüsen – oder in
deren Kanälen abgesetzt
haben, so verändert
sich das Sprühbild, was
entweder durch gezielte Änderung
des Auftragsverhaltens, wie die Variierung von Sprühabstand, -geschwindigkeit
und/oder Druckstärke
bzw. der Anzahl der Sprühgänge, reguliert
werden oder durch Reinigung der Düse(n) behoben werden kann.
Seit dem Einsatz moderner wasserbasierter oder Mehrkomponenten-Lacksysteme
hat sich das Problem des ungewollten Zusetzens der Düsen im Vergleich zur
früheren
Verwendung einfacher Lösemittel-Lacke sogar
noch verschärft
und ist zu einer ernst zu nehmenden technischen Herausforderung
bei Lackierarbeiten geworden.
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Die
visuelle Kontrolle ist nur von geübten Personen durchführbar. Gänzlich unmöglich ist
die Realisierung einer derartigen Kontrolle bei automatischen Sprühanlagen,
etwa bei Robotern. Daher werden heute bei Lackierungen oder ähnlichen
Sprühbeschichtungen
automatische Kontrollvorrichtungen verwendet. Die Gütebewertung
des Sprühauftrags kann
gemäß
US 7,112,246 B2 (hier
für die
Bewertung eines Klebstoffauftrags) z. B. mit Hilfe von automatisierten
Bildkontrollverfahren erfolgen. In der
DE 103 07 719 A1 ist ein
weiteres Verfahren offenbart, bei dem ein Testauftrag in Form eines
Klebe-, Sprüh-, Schweiß- oder
Spritzauftrags auf ein Testobjekt erfolgt und die Qualität dieses
Testauftrags mittels Kamerakontrolle des Testbilds von außerhalb
des Testobjekts ermittelt wird.
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Weiterhin
ist aus der Praxis ein Verfahren bekannt, bei dem der Sprühnebel mit
Hilfe von Laserstrahlen kontrolliert wird, wobei der Sprühnebel zwischen
einem Sender und einem Empfänger
hindurch auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht wird und die Parameter des
empfangenen Lichts beim Empfänger
Rückschlüsse auf
die Sprühbreite
und -intensität
und damit indirekt auf die Güte
des Sprühauftrags
zulassen.
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Letzteres
Verfahren kontrolliert jedoch nicht direkt den Sprühauftrag
auf die Ziel-Oberfläche
und bietet daher einen geringeren Qualitätssicherungsgrad als selbst
die optische Kontrolle durch den geübten Fachmann. Die beschriebenen
optischen Verfahren haben zudem den Nachteil, dass mit ihnen der Auftrag
transparenter Substanzen nur unzureichend messbar ist. Auch eine
Messung der ausgebrachten Materialmenge kann nicht als ein effektives
Kontrollverfahren angesehen werden, da damit die Verstopfung der
Gasdüsen
nicht messbar ist.
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In
der
DE 10 2004
051 113 A1 ist ein Verfahren zur Dickenmessung von Halbleitermembranen beschrieben,
bei dem in einem Testfeld Heizelemente vorgesehen sind, die einen
Wärmeeintrag
in eine Membran bewirken. Durch diesen Wärmeeintrag ergeben sich Änderungen
physikalischer Zustände
der Membran, die durch ein ebenfalls im Testfeld angebrachtes Messelement
ermittelt werden. Dieses Verfahren bezieht sich jedoch nicht auf
die Messung von Materialaufträgen
und ist für
eine solche Messung auch nicht ohne Weiteres geeignet, da ein Aufheizen von
aufgesprühten
Materialien zu unerwünschten Änderungen
der Eigenschaften dieser Materialien führen kann.
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Die
DE 41 29 846 A1 offenbart
eine Flüssigkristallanzeige,
deren Lichtabstrahlung mittels eines Fotosensors in einem in die
Anzeige integrierten Testfeld ermittelt wird. Diese Vorrichtung
und ein derartiges Messverfahren eignen sich ebenfalls nicht für die exakte
Messung von Sprühaufträgen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Gütemessung
des Auftragsbildes einer Sprühdüse und eine Materialauftragseinrichtung
mit einer entsprechenden Prüfvorrichtung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum
anderen durch eine Materialauftragseinrichtung gemäß Patentanspruch
18 sowie durch die Verwendung eines Testfelds gemäß Anspruch
26 gelöst.
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Gemäß der Erfindung
wird hierzu ein Testfeld für
einen Materialauftrag verwendet, in, auf und/oder unter dessen Oberfläche die
Messung mittels einer dort integrierten Sensoranordnung erfolgt,
beispielsweise durch ein Testfeld, in dem eine Sensoranordnung Änderungen
der Kapazität,
der Induktivität
oder der elektrischen Leitfähigkeit
an der besprühten Oberfläche misst.
Daraus kann sich der Vorteil ergeben, dass das Sprühbild direkt
von einer besprühten Oberfläche abgebildet
wird und kein indirektes Abbildungsverfahren notwendig ist. Alternativ
kann auch ein optisches Messverfahren mittels einer in, auf und/oder
unter der Oberfläche
des Testfelds integrierten Sensoranordnung verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Materialauftragseinrichtung
weist eine Prüfvorrichtung
mit Testfeld auf, in, auf und/oder unter dessen Oberfläche eine
Sensoranordnung integriert ist.
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Eine
solche Sensoranordnung kann beispielsweise aus Kapazitäts-, Induktivitäts- oder
Widerstands-Sensorelementen bestehen. Vorteilhafterweise können z.
B. mit Hilfe solcher Sensorelemente das Vorhandensein und die Eigenschaften
einer aufgesprühten
Substanz gemessen werden, unabhängig
davon, ob die aufgesprühte
Substanz opak oder transparent ist. Statt der elektronisch messenden Sensorelemente
können
aber auch optische Sensorelemente wie Fotodioden verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Materialauftragseinrichtung
weist neben der Prüfvorrichtung
wie eben beschrieben eine Sprühdüsenanordnung
auf. Da die Erfindung besonders vorteilhaft bei der Lackierung von
Werkstücken
eingesetzt werden kann, wird im Folgenden von einem Lackauftrag
ausgegangen. Daher wird im Weiteren – ohne die Erfindung darauf zu
beschränken – der Begriff „Lackiereinrichtung” stellvertretend
für alle
mit Sprühdüsenanordnungen arbeitenden
Materialauftragseinrichtungen verwendet. Selbstverständlich kann
die Erfindung aber auch zur Kontrolle des Auftrags von anderen Stoffen
wie Ölen,
Trennmitteln etc. dienen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lackiereinrichtung
um eine Roboter-Lackieranlage.
Als Vorteil einer solchen Roboter-Lackieranlage kann angesehen werden,
dass hier im Speziellen die genaue Messung und Steuerung des Lackierprozesses
für die
Effektivität
und Genauigkeit des Lackierprozesses und damit für Qualität und Kosten der lackierten
Produkte entscheidend sein kann. Auch andere Lackiereinrichtungen
mit z. B. Lackierpistolen profitieren aber von diesem und weiteren
Vorteilen einer solchen Anordnung.
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Wie
oben erläutert
muss ein Testfeld, das in einer derartigen Prüfvorrichtung nutzbar ist, in,
auf und/oder unter seiner Oberfläche
eine Sensoranordnung aufweisen, welche derart ausgebildet ist, dass sie
einen Materialauftrag auf dem Testfeld sensiert. Ein mögliches
derartiges Testfeld umfasst zum Beispiel eine glatte Platte, beispielsweise
eine Glas- oder
Kunststoffplatte, unter der die Sensoranordnung angebracht ist.
Als Vorzug einer solchen Platte mit glatter Oberfläche kann
gelten, dass sie einfach zu reinigen ist. Eine alternative Möglichkeit
besteht darin, dass die Sensoranordnung auf der Oberfläche liegt,
etwa mit Sensorelementen, die in eine Kupferleitfläche integriert
bzw. als Kupferleitflächen
ausgebildet sind. Die Platte kann transparent bzw. opak sein. Solche
lichtdurchlässigen
Oberflächen
werden bevorzugt dann verwendet, wenn optische Sensoranordnungen
unterhalb des Testfelds angebracht sind, da dies den Vorteil haben
kann, dass ein Lichteinfall von der Oberfläche gemessen werden kann.
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Weitere
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich auch aus den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße Materialauftragseinrichtung
auch entsprechend den abhängigen
Verfahrensansprüchen weitergebildet
sein und umgekehrt.
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Vorzugsweise
kommt eine Sensoranordnung zur Anwendung, die eine Mehrzahl von
in einem Raster angeordneten Sensorelementen aufweist. Als Raster
werden hierbei sowohl gitterartige Anordnungen wie Matrizen oder
Wabenstrukturen als auch runde und spiralenförmige Raster verstanden. Mehrere
Fotodioden oder andere bereits erwähnte Sensorelemente bzw. Messpunkte
auf elektronischer Basis, z. B. Sensorelemente zur Messung von Kapazitäts- und/oder
Induktivitätsänderungen
oder Widerstandsmesspunkte, können
in einem Raster angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht beispielsweise
eine systematische Zuordnung von Bereichen, in denen ein Materialauftrag
auf der Oberfläche
stattgefunden hat. Es müssen
jedoch nicht zwangsläufig alle
Rasterpunkte mit einem Sensorelement ausgestattet sein, da auch
die Auswahl repräsentativer Punkte
auf dem Testfeld genügend
Rückschlüsse auf das
Auftragsbild zulassen können.
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Vorzugsweise
wird mit Hilfe der Sensoranordnung ein Messsignal gemessen, welches
durch die spezifischen Eigenschaften des aufgetragenen Materials
beeinflusst wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden mittels einer Schaltungsanordnung, welche in,
auf und/oder unter derselben Oberfläche integriert ist, in der
das Testfeld mit der Sensoranordnung platziert ist, Anregungssignale
zum Auslesen der Sensoranordnung generiert. Als Anregungssignale
können beispielsweise
elektrische Spannungen oder optische Signale dienen. Diese Anregungssignale
bzw. Auslesesignale können
zur Abfrage der einzelnen Sensorelemente der Sensoranordnung benutzt
werden, um zu prüfen,
ob sich eine Eigenschaft der Sensoranordnung, welche Eigenschaft
durch den Materialauftrag beeinflusst wird, geändert hat. Solche Eigenschaften
können
beispielsweise Kapazitäts- und/oder
Induktivitäts-
und/oder Widerstandswerte in den Sensorelementen sein. Ein Vorzug
solcher Aufbauten mit einer Schaltungsanordnung zur Generierung
von Anregungssignalen, die in, auf oder unter bzw. hinter der selben
Oberfläche
integriert ist, kann darin gesehen werden, dass durch die unmittelbare Nähe eines
Signalgebers, welcher das Anregungssignal erzeugt, zur Sensoranordnung
eine von äußeren Einflüssen praktisch
unverfälschte
Messung erfolgen kann. Wird das Signal dagegen von außerhalb der
Oberfläche
zur Verfügung
gestellt wie beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem von außerhalb des
Testfeldes Licht auf das Testfeld gestrahlt und der Lichteinfall
gemessen wird, können
zusätzliche äußere Störfaktoren,
wie zum Beispiel der Sprühnebel
während
des Prozesses des Materialauftrags, die Messung beeinträchtigen.
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Bei
den Varianten, bei denen z. B. eine Messung der Änderung der elektrischen Kapazität an der Oberfläche durch
den Materialauftrag oder die Messung der Änderung der Induktivität an der
Oberfläche erfolgt,
handelt es sich um eine Art „passiver” Systeme,
für die
kein Signal über
das aufgetragene Material selbst geleitet werden muss. Dies kann
den Vorzug bieten, dass kontinuierlich, also auch schon während des
Sprühvorgangs,
der Materialauftrag gemessen werden kann. Eine hierzu alternative
Methode einer Widerstandsmessung bietet unter anderem den Vorteil,
dass hierzu ein relativ einfacher Messaufbau genügt, wie später noch erläutert wird.
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Der
Materialauftrag kann aber z. B. auch durch eine Fotodiode in, auf
und/oder unter der Oberfläche
im Testfeld registriert werden. Die Fotodiode registriert den Materialauftrag
dadurch, dass die Oberfläche
dadurch ihre Transparenz verliert und/oder sich durch das Material
die Lichtstreuungseigenschaften verändern. Die Verwendung einer
Fotodiode ist technisch einfach und günstig, hat jedoch den Nachteil,
dass sich damit schwieriger transparente Materialien detektieren
lassen.
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In
einer bevorzugten, einfach aufgebauten Variante der Erfindung weisen
die Sensorelemente eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf und es
wird ein Messsignal gemessen, welches eine vom Materialauftrag abhängige Signalübermittlungseigenschaft zwischen
den Kontaktelementen repräsentiert.
In einer bevorzugten konkreten Anwendung wird ein elektrischer Widerstand
zwischen einem ersten Kontaktelement (einer Anode) und einem zweiten
Kontaktelement (einer Kathode) gemessen. Da die Auftragsmaterialien
in der Regel leitfähig
sind, ändert
sich der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktelementen dieser
Widerstands-Sensorelemente in Abhängigkeit von der Bedeckung
der Sensorelemente mit dem Auftragsmaterial. Der Widerstand kann
sehr einfach durch Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Kontaktelemente,
als ein Anregungssignal, ermittelt werden. Die Messanordnung ist
dementsprechend einfach und der Aufbau ist somit sehr kostengünstig herstellbar.
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Vorzugsweise
sind die Kontaktelemente so ausgebildet, dass sie ineinander greifende
komplementäre
Formen bilden. Sind zum Beispiel die Kontaktelemente eines Widerstands-Sensorelements kammartig
ineinandergreifend angeordnet, so ist bei einer gegebenen Gesamtfläche des
Sensorelements die Grenzlinie zwischen den Kontaktelementen relativ
lang. Da der Widerstand zwischen den Kontaktelementen in dem Maße reduziert
wird, wie diese Grenzlinie von dem Lackauftrag überbrückt wird, ist bei einer langen
Grenzlinie die Sensitivität
des Sensorelements größer. Eine
weitere Anordnungsmöglichkeit
eines solchen Sensorelements können
nebeneinanderliegende, vorzugsweise ineinandergreifende Mäanderformen
sein.
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Statt
eines elektrischen Anregungssignals kann auch die Übermittlungseigenschaft
von optischen Signalen, beispielsweise Lichtsignalen, gemessen werden.
Hierzu wird beispielsweise eine Fotodiode zur Lichtabstrahlung in
das aufgetragene Material verwendet und das über dieses Material übertragene,
an anderer Stelle empfangene Licht in einer weiteren Fotodiode empfangen
und gemessen.
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Bei
oben genannten Varianten der Erfindung werden von der Sensoranordnung
Messsignale generiert, wobei hierfür je nach Messmethode zunächst Anregungs-
oder Auslesesignale generiert werden. Die Abfrage der einzelnen
Messpunkte bzw. Sensorelemente kann dabei seriell über eine
Multiplexer-Schaltung erfolgen. Eine solche serielle Abfrage kann
vorteilhaft sein, um Störeinflüsse der
Sensorelemente untereinander, insbesondere nebeneinander liegender
Sensorelemente, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Die Signale
können
dann mit Hilfe elektronischer Wandlungs-, Bearbeitungs- und Aufzeichnungsmethoden
weiterverarbeitet werden. Dabei können Signale, gegebenenfalls über einen Messverstärker verstärkt und/oder
einen Analog/Digital-Wandler gewandelt, in ein Rechensystem eingespeist
werden. Hierbei kann auch ein Schwellwert für jedes Messsignal definiert
sein, bei dessen Überschreiten
das Rechensystem eine ausreichende Benetzung des jeweiligen Messbereichs
mit Material registriert.
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Die
Prüfvorrichtung
kann sowohl eine Signalauswerteeinrichtung zum Auslesen der Sensorelemente
und zur Auswertung des Auftragsbildes als auch eine Steuersignaleinheit
zur Erzeugung von Steuersignalen für eine Steuereinrichtung der
Sprühdüsenanordnung
aufweisen.
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Die
Signalauswerteeinrichtung kann zum Beispiel, wie oben bereits erwähnt, zumindest
teilweise in Form eines Rechners mit entsprechend programmierter
Software aufgebaut sein, der die Messsignale elektronisch verarbeitet
und an grafische Anzeigen, die Steuerelektronik und ggf. ein Speichermedium
weiterleitet. Vorteilhaft hieran sind die einfache Handhabbarkeit
und die akkurate Verarbeitung der Messsignale. Unter Nutzung des
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Messverfahrens
kann, wie später
noch erläutert
wird, z. B. von der Signalauswerteeinrichtung ein genaues Abbild
des Materialauftrags auf dem Testfeld wiedergeben werden. Die Signalauswerteeinrichtung
kann aber auch ganz oder teilweise als analoges elektronisches System aufgebaut
sein.
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Die
Steuersignaleinheit nimmt die ausgewerteten Messsignale einer solchen
Signalauswerteeinrichtung auf und verarbeitet diese weiter. So kann
die Steuersignaleinheit aus den verarbeiteten Messsignalen Steuersignale
für die
Steuereinrichtung der Sprühdüsenanordnung
generieren. Die Steuersignaleinheit kann hierzu einen elektronischen
Impulsgeber aufweisen, der direkt mit der Signalauswerteeinrichtung
durch entsprechende Software gekoppelt ist. Dies hätte unter
anderem den Vorzug einer verlustfreien Datenübertragung, so dass die abgeleiteten
Steuersignale für
die Steuereinrichtung genau dieselbe Genauigkeit wie die Messung
selbst aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, ein separates Steuergerät mit den
Daten der Signalauswerteeinrichtung zu versorgen, das diese Signale
dann ggf. durch die Steuereinrichtung zunächst in mechanische Bewegungen,
beispielsweise von motorischen Antrieben oder Kolben wandelt, die
indirekt die Sprühdüsenanordnung
regeln. Die Steuersignaleinheit kann auch in Form eines Rechners
mit entsprechender Software realisiert sein. Insbesondere ist es
auch möglich,
die Steuersignaleinheit gemeinsam mit der Signalauswerteeinrichtung
oder zumindest Teilen der Signalauswerteeinrichtung in einem Rechner
zu kombinieren, d. h. die jeweiligen Teile als miteinander kommunizierende
Softwaremodule auf einem Rechner zu realisieren.
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Je
nach angewandter Messmethode und Messschaltung können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
und einer entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung unterschiedliche
Messgrößen ermittelt
werden, die die Güte
des Materialauftrags bestimmen. Neben der Schichtdicke sind dies
vor allem die Gleichmäßigkeit
und die Sprühbreite
des Materialauftrags.
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Bevorzugt
wird mittels einer Anzeigevorrichtung eine grafische Darstellung
des Bildes des Materialauftrags durchgeführt. Als Anzeigevorrichtung wird
zum Beispiel ein Monitor verwendet. Der Vorteil der Kopplung des
Messverfahrens mit einem Bildgebungsverfahren kann in der direkten
Abbildung des Auftragsbildes liegen, da Abweichungen schnell von einer
Kontrollperson festgestellt werden können. Statt eines Monitors
oder zusätzlich
zu diesem kann ein Drucker zur Bilddarstellung verwendet werden. Beide
erwähnten
Anzeigevorrichtungen können
neben dem Vorhandensein eines Materialauftrags, beispielsweise durch
Darstellung in unterschiedlichen Farben, auch weitere Eigenschaften
wie die Auftragsdicke visualisieren. Die Anzeige mittels entsprechender
Vorrichtung – ebenso
wie die digitale Speicherung der gewonnen Daten – kann im Folgenden auch in
der Qualitätssicherung,
etwa zur Nachweiskontrolle, verwendet werden.
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Weiterhin
wird die Messung des Ist-Auftragsbilds bevorzugt mit einem definierten
Normal-Auftragsbild-Messsignal verglichen. Ein solches Normal-Auftragsbild
kann beispielsweise in der Signalauswerteeinrichtung hinterlegt
sein. Ein derartiger Soll-Abgleich mit einer als optimal definierten
Verlaufskurve der Messung hat den möglichen Vorzug, dass neben
Messkurven auch Abweichungskurven von Sollverläufen erkennbar und damit Fehlermeldungen
möglich
sind. Neben dem Soll-Abgleich kann auch ein Vergleich mit einem
Nullsignal bzw. Null-Auftragsbild erfolgen, das vor dem Testauftrag aufgenommen
wird. Auf diese Weise können
Fehlmessungen durch Verschmutzungen o. ä. vermieden werden.
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Ein
solcher Abgleich ist besonders geeignet, wenn in einer Anlage mehrere
Sprühdüsenanordnungen
hintereinander oder alternativ zueinander zum Einsatz kommen, da
dann für
jede Sprühdüsenanordnung
einzeln eine Kalibrierung erfolgen kann.
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Eine
besondere Ausführungsform
dieses Verfahrens mit einem Vergleich des realen Auftragsbildes
mit einem definierten Soll-Auftragsbild besteht darin, dass aus
diesem Vergleich wie bereits oben erwähnt ein Steuerungssignal für die Regelung
der Sprühdüsenanordnung
erzeugt wird. So kann die weitere Verwendung der Sprühdüsenanordnung
bei Überschreiten
eines Grenz-Abweichungswertes von dem als optimal definierten Auftragsbild
komplett gestoppt und/oder ein Alarm ausgegeben werden. Alternativ
zu einer kompletten Abschaltung der Sprühdüsenanordnung kann auch eine
Variierung der Sprühparameter
wie Abstand, Richtung, Strahlbreite, Sprühdruck oder Häufigkeit
der Sprühvorgänge zur Regelung
verwendet werden. Im Übrigen
kann auch eine Sprühdüsenanordnung
automatisiert gegen eine andere ausgetauscht werden. Diese Kopplung von
Messabgleich und Steuerung kann für den Nutzer den Vorzug bieten,
dass die Messung gravierender Störungen
schnell und effektiv zur Fehlerbehebung führt.
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Bevorzugt
erfolgt die Messung in einem definierten Abstand der Sprühdüsenanordnung
vom Testfeld. Befinden sich Sprühdüsenanordnung
und Testfeld bei der Messung bzw. beim Aufbringen des Materials
auf das Testfeld in einem festgelegten Abstand zueinander, ergibt
sich unter anderem der Vorteil, dass ein entscheidender Messparameter
konstant eingestellt ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung so ausgebildet
sein, dass die Sprühdüsenanordnung
immer wiederkehrend zur Messung in einem definierten Abstand vom
Testfeld angeordnet wird.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Testfeld im mit einem
Sprühauftrag
zu versehenden Werkstück
integriert. Ein Werkstück,
beispielsweise ein zu lackierendes Blech, kann z. B. in einem Teilbereich
mit einem Testfeld ausgestattet sein und durch eine Sprühpistole
automatisch lackiert werden. Hierbei kann die Prüfung des Auftragsbilds unmittelbar bei
der Beschichtung des Werkstücks
selbst erfolgen. Die Integration eines Testfelds in das Werkstück ist sowohl
in automatisierten Vorrichtungen wie Lackieranlagen als auch bei
Lackierungen unterschiedlich großer Werkstücke durch manuell geführte Sprühdüsenanordnungen
wie Lackierpistolen möglich.
Bei der Wahl dieser Methode ist der Nutzen gegen die höheren Kosten
für die
Integration des Testfelds im Werkstück und niedrigeren Taktfrequenzen abzuwägen. Die
Integration im Werkstück
bietet sich in erster Linie bei ohnehin teuren Werkstücken mit besonders
hohen Qualitätsanforderungen
an, da hier der entscheidende Kostenfaktor in erster Linie in der Produktion
von Ausschuss liegt.
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Bevorzugt
ist das Testfeld eine fest integrierte oder austauschbare Komponente
der Lackiereinrichtung. Es kann sich dann z. B. in einem seitlichen Randbereich
der Reichweite der Sprühdüsenanordnung
befinden und wird vor einem oder zwischen zwei Sprühvorgängen von
der Sprühdüsenanordnung
besprüht.
Hieraus ergeben sich zahlreiche Vorteile; unter anderem entstehen
geringere Kosten für die
Bereitstellung des Testfeldes, das einfach wieder verwendbar ist,
und es ist durch die wiederholte Verwendung eben dieses Testfeldes
ein höherer Mess-Standardisierungsgrad
erreichbar. Alternativ kann das Testfeld auch in dem Bereich angeordnet werden,
in dem nach dem Testauftrag die Lackierung des Werkstücks erfolgt.
Beispielsweise können
in einer Lackierstraße
in regelmäßigen Abständen zwischen
den Werkstücken,
auf die das Material aufzubringen ist, Testfelder an den einzelnen
Sprühdüsenanordnungen
entlang geführt
werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
erfolgt nach der Gütemessung
eine Reinigung des Testfeldes gemäß einer speziellen Variante der
Erfindung mit Hilfe eines Rakels und/oder einer Bürste. Noch
bevor der Materialauftrag auf der Oberfläche fest geworden (beispielsweise
der Lack getrocknet) ist, kann das Material wieder entfernt werden.
Vorteilhaft an der nachträglichen
Reinigung ist unter anderem, dass das Testfeld somit wieder verwendbar
ist und ein einmal definierter Messstandard nahezu konstant erhalten
bleibt. Ist das Material bereits mit der Oberfläche verbunden, kann die Reinigung
chemisch durch Reinigungsflüssigkeiten
wie Wasser oder lösemittelhaltige
Substanzen unterstützt
werden.
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In
einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung, bei der eine Reinigung des Testfelds erfolgt, ist
das Testfeld auf der Oberfläche
eines rotierenden Zylinders angebracht. Dabei sind bevorzugt zu
jedem Zeitpunkt bestimmte Umfangssegmente des Zylinderumfangs bestimmten
Verfahrensschritten zugewiesen. Hierzu sind entlang des Umfangs
des Zylinders an verschiedenen Stationen bestimmte Anordnungen für die Durchführung einzelner
Verfahrensschritte angebracht. Neben dem Testauftrag des Sprühbildes
und der Messung besteht mindestens ein Verfahrensschritt gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausbildung dieser Ausführungsform im Abzug der aufgetragenen
Substanz. Als Vorzug dieses Aufbaus kann unter anderem angesehen
werden, dass das Messverfahren zügiger
und praktisch ohne Unterbrechung durchführbar wird. Zusätzlich zu Testauftrag
und Abzug der Substanz können
als Verfahrensschritte der Auftrag eines Reinigungsmittels, eine
Trocknung und ggf. weitere Schritte erfolgen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Hieraus ergeben sich noch weitere Einzelheiten und Vorteile der
Erfindung. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Testfelds während
eines Test-Materialauftrags in seitlicher Ansicht,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Testfelds während
eines Test-Materialauftrags in seitlicher Ansicht,
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3 das
Testfeld gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
in Frontalansicht mit vergrößerter Detaildarstellung,
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4 eine
schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform einer Signalauswerteeinrichtung
mit weiteren elektronischen Komponenten,
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5 eine
schematische perspektivische Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer Lackiereinrichtung mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer
ersten Variante,
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6 eine
schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lackiereinrichtung
mit einer Prüfvorrichtung
gemäß einer
zweiten Variante, im Ablaufschema dargestellt.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Testfelds 3 dargestellt, auf das mit Hilfe einer Sprühdüsenanordnung 2 ein
Test-Materialauftrag 4 aufgebracht wird. Hinter der als
transparente Glasplatte ausgebildeten Oberfläche, d. h. der Seite des Testfelds,
die mit dem Materialauftrag versehen wird, liegt als Messanordnung
eine Anzahl von Sensorelementen, hier in Form von Fotodioden 5.
In den Bereichen der Oberfläche
des Testfelds 3, in denen der Materialauftrag erfolgt,
messen die darunter liegenden Fotodioden 5 eine Veränderung
der Transparenz an der Oberfläche
oder der Lichtstreuungseigenschaften. Die so generierten Messsignale
werden an eine Messelektronik einer Signalauswerteeinrichtung (hier
nicht dargestellt) weitergeleitet.
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In
den 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Testfelds 3 dargestellt. Hier dienen an der Oberfläche aufgebrachte,
beispielsweise gedruckte, Widerstands-Sensorelemente 6 der Messung
des Materialauftrags 4 auf das Testfeld 3. Wird
der Bereich des Widerstands-Sensorelements 6 durch
den Materialauftrag benetzt, so verringert sich der Widerstand von
Unendlich auf einen messbaren Wert, der auch Rückschlüsse über die Auftragsdicke des Materials
in diesem Bereich zulässt.
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In 3 ist
das Testfeld 3 in Frontalansicht dargestellt, wobei hier
eine Vielzahl der in einem Raster angeordneten Widerstands-Sensorelemente 6 erkennbar
ist. Als Detailausschnitt ist ein Widerstands-Sensorelement 6 vergrößert dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass jedes der Sensorelemente 6 aus
zwei Kontaktelementen A, B besteht, die kammartig ausgebildet sind
und nahe beieinander, versetzt ineinander greifend angeordnet sind.
Erfolgt an nur einer Stelle eine Bedeckung mit einem elektrisch leitfähigen Material,
wie z. B. einem Lack, werden automatisch die Stromkreise zwischen
den jeweiligen Kontaktelementen A, B geschlossen. Da beide Kontaktelemente
so nahe beieinander liegen und ineinander versetzt sind, kann gewährleistet
werden, dass der Widerstand in Abhängigkeit von der Güte des Materialauftrags
bzw. in Abhängigkeit
von der Vollflächigkeit
des Auftrags auf dem durch die Kontaktelemente A, B gebildeten Sensorbereich
sinkt. Ein Störstrom
zwischen den einzelnen Sensorelementen 6 kann dadurch verhindert
werden, dass die Sensorelemente 6 mit Hilfe einer geeigneten
Signalauswerteeinrichtung seriell zeitlich versetzt angesteuert
bzw. ausgelesen werden.
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4 zeigt
eine spezielle Ausführungsform einer
Signalauswerteeinrichtung 22 im Schema. Von einem Sensorelement 6 (wie
in 3) führen
zwei elektrische Leitungen zu einer Messschaltung B. Als Messschaltung 8 wird
hier eine Wheatstone'sche Brücke verwendet.
An einen Stromkreis ist hierzu eine Anregungsspannung Ue angelegt.
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Parallel
geschaltet sind jeweils zwei Widerstände; auf der einen Seite der
Parallelschaltung zwei Widerstände
R1 und R2 mit bekannten Widerstandswerten und auf der anderen Seite
ein Widerstand R3 und das Sensorelement
6, das als variabler Widerstand
fungiert. Die Parallelschaltung wird zwischen den jeweils hintereinandergeschalteten
Widerständen
R1 und R2 sowie R3 und dem Sensorelement überbrückt und hier eine Spannung
Ua gemessen. Da die Widerstände
R1, R2, R3 konstant und bekannt sind, variiert die Spannung Ua abhängig vom
Widerstandswert des Sensorelements
6. Die Abhängigkeit
der Messspannung Ua vom Widerstandswert Rx des Sensorelements
6 lautet
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Da
Rx in Abhängigkeit
vom Lackauftrag auf dem Sensorelement 6 sinkt, gilt dies
auch für
die Messspannung Ua, welche als Messsignal weiterverwendet werden
kann. Mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 7 wird ein
digitales Messsignal generiert, welches in ein Datenverarbeitungssystem 9 eingespeist
wird. Dieses wertet die Daten weiter aus gibt beispielsweise auf
einer Anzeigevorrichtung 11, z. B. einem Monitor und/oder
einem Drucker, ein Ist-Auftragsbild, welches den Materialauftrag
auf dem Testfeld 3 wiedergibt, aus. Dieses Ist-Auftragsbild
kann zu Dokumentationszwecken in einem Datenspeichermedium 12 gespeichert
werden. Ebenso kann eine weitere Auswertung, wie z. B. ein Vergleich
mit einem Normal-Auftragsbild bzw. Soll-Auftragsbild, erfolgen und
Abweichungen können
optisch und/oder akustisch signalisiert werden. Weiterhin kann auch von
einer im Datenverarbeitungssystem 9 integrierten Steuersignaleinheit
z. B. ein Steuersignal für
die Steuereinrichtung 10 für die zu kontrollierende Sprühdüsenanordnung
bzw. die Lackiereinrichtung generiert werden.
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5 zeigt
eine Lackiereinrichtung 21, die neben einer Sprühdüsenanordnung 2 mit
Roboterarm 13 und Steuereinrichtung 10 eine Prüfvorrichtung 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist.
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Die
Prüfvorrichtung 1 ist
hier mit einer Anordnung zur Reinigung des Testfelds 3 nach
einem Materialauftrag 4 ausgebildet. Mit der mit Hilfe
des Roboterarms 13 bewegten Sprühdüsenanordnung 2 wird
zur Kontrolle der Sprühdüsenanordnung 2 ein Materialauftrag 4,
beispielsweise ein Lack, auf die Oberfläche des Testfelds 3 gesprüht. Von
einer Signalauswerteeinrichtung 22 werden die Sensorelemente 6 (von
denen schematisch hier nur eines dargestellt ist) des Testfelds 3 ausgelesen
und die Messsignale wie oben erläutert
verarbeitet. Die dabei generierten Steuersignale können an
die Steuereinrichtung 10 weitergeleitet werden, die wiederum
den Roboterarm 13 und/oder die Sprühdüsenanordnung 2 steuern
kann, um so Fehlern im Auftragsbild so weit wie möglich entgegenzuwirken.
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Nach
der Messung wird mit Hilfe eines Reinigungsmittels, welches mit
einer Auftragsdüse 14 auf das
Testfeld 3 gebracht wird, und mit einer mechanischen Reinigungsvorrichtung,
hier eines Rakels 15, welches mit einem pneumatischen oder
hydraulischen Hubzylinder 16 bewegt werden kann, die Oberfläche des
Testfelds 3 gereinigt. Die gelösten Materialreste gelangen
in einen Auffangbehälter 17.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung mit Reinigungsanordnungen stellt 6 schematisch
dar. Hier sind mehrere Testfelder 3 an der Oberfläche eines
in Pfeilrichtung rotierenden Zylinders 20 angeordnet. Die
Testfelder 3 sind hier schematisch durch hinter der Oberfläche liegende
Messplatinen angedeutet. Im Bereich unten rechts erfolgt der Materialauftrag 4 aus
einer Sprühdüsenanordnung 2 sowie
die Messung mit Hilfe einer Messelektronik (nicht dargestellt).
Im nächsten
Viertelsegment des Zylinderumfangs (oben rechts) befindet sich eine
Auftragsdüse 14 für Reinigungsmittel, im
darauf folgenden Viertelsegment (oben links) ein Rakel 15,
welches mit Hilfe einer Anpressfeder 18 an die Zylinderoberfläche angedrückt wird,
so dass die Materialreste in einen Auffangbehälter 17 gelangen. Im
letzten Viertelsegment des Zylinders 20 (unten links) ist
eine Trockenvorrichtung 19 angeordnet. Innerhalb einer
vollen Umdrehung des Zylinders 20 werden daher Materialauftrag
und Messung sowie die vollständige
Reinigung der Oberfläche
durchgeführt.
Dadurch steht für
jeden Messvorgang sofort ein gereinigtes Testfeld zur Verfügung. Je
nach Auftragsmaterial können
einzelne Verfahrensschritte aus diesem Ablaufschema weggelassen
werden oder optional weitere hinzukommen. Beispielsweise kann es möglich sein,
das aufgetragene Material auch ohne Reinigungsflüssigkeiten wieder abzurakeln,
wodurch sowohl der Reinigungsmittelauftrag als auch die Trocknung
wegfallen können.
-
Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten
Vorrichtungen sowie den im Zusammenhang damit erläuterten
konkreten Verfahren um Ausführungsbeispiele
handelt, welche vom Fachmann in vielfacher Hinsicht variiert werden
können, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es wird außerdem der
Vollständigkeit
halber darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht
ausschließt,
dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Sprühdüsenanordnung
- 3
- Testfeld
- 4
- Materialauftrag
- 5
- Sensorelement/Fotodiode
- 6
- (Widerstands-)Sensorelement
- 7
- Analog/Digital-Wandler
- 8
- elektronische
Messvorrichtung
- 9
- Datenverarbeitungssystem
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Anzeigevorrichtung
- 12
- Datenspeichermedium
- 13
- Roboterarm
- 14
- Sprühdüse für Reinigungsflüssigkeit
- 15
- Rakel
- 16
- Hubzylinder
für Rakelvorrichtung
- 17
- Auffangbehälter
- 18
- Anpressfeder
- 19
- Trockendüse
- 20
- Zylinder
- 21
- Materialauftragseinrichtung/Lackiereinrichtung
- 22
- Signalauswerteeinrichtung
- A
- erstes
Kontaktelement
- B
- zweites
Kontaktelement
- Ua
- Messsignal/Spannung
- Ue
- Anregungsspannung
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand