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WO2000060295A1 - Infrarotbestrahlung - Google Patents

Infrarotbestrahlung Download PDF

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Publication number
WO2000060295A1
WO2000060295A1 PCT/EP2000/002773 EP0002773W WO0060295A1 WO 2000060295 A1 WO2000060295 A1 WO 2000060295A1 EP 0002773 W EP0002773 W EP 0002773W WO 0060295 A1 WO0060295 A1 WO 0060295A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
robot
radiation source
objects
infrared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2000/002773
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kai K. O. BÄR
Rainer Gaus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Photonics Technologies AG
Original Assignee
Advanced Photonics Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Photonics Technologies AG filed Critical Advanced Photonics Technologies AG
Priority to US09/937,995 priority Critical patent/US6940081B1/en
Priority to DE50007783T priority patent/DE50007783D1/de
Priority to JP2000609750A priority patent/JP2002540926A/ja
Priority to EP00922567A priority patent/EP1166023B1/de
Priority to AU42915/00A priority patent/AU4291500A/en
Priority to KR1020017012658A priority patent/KR20020001819A/ko
Publication of WO2000060295A1 publication Critical patent/WO2000060295A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B05D3/0263—After-treatment with IR heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/30—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for irradiating radiation objects with infrared radiation, in particular for drying and / or fixing surface layers.
  • the drying or fixing of the materials mentioned, which are applied with the aid of industrial robots, is usually carried out in continuous furnaces.
  • the objects pass through the continuous furnace in a predetermined throughput time, which is dimensioned such that the desired drying or fixing of the applied materials is achieved.
  • the lead times are typically several minutes.
  • Drying or fixing in pass-through chambers in which large-area infrared radiators are arranged, for example on the chamber walls, is also known. These infrared heaters are typically used at
  • the object of the present invention is to provide a method and a system for irradiating radiation objects To specify infrared radiation that allow fast-acting infrared radiation even in hard-to-reach places and targeted irradiation of individual surface areas of the radiation objects.
  • Another object of the present invention is to provide a means suitable for the method and the system for irradiating the objects to be irradiated with infrared radiation.
  • an infrared radiation source is moved by means of a robot into one or more working positions, in which or in which the respective radiation object is irradiated.
  • robots is understood to mean industrial robots and similar movable devices that are able to
  • the robot is expediently freely programmable, so that any position can be approached within its working area and preferably in each of the positions
  • Radiation source can be freely specified.
  • a halogen lamp is preferred as the radiation source, which in particular can have an annular, radiation-transmissive tube and a filament extending in the tube.
  • the halogen lamp can have at least one radiation-permeable tube running in a straight direction with a filament extending in the tube.
  • the radiation source is preferably combined with a reflector for reflecting infrared radiation from the radiation source in the direction of one or more radiation objects.
  • the robot can move the reflector together with the radiation source.
  • the reflector can be moved, in particular opened, independently of a movement of the radiation source in such a way that it is concentrated in one working position
  • Irradiation of the radiation object or objects can be aligned.
  • the alignment movement which is independent of the movement of the radiation source, can already begin or take place during the movement of the radiation source by the robot. In this way, the combination can be made
  • the robot expediently has a holder for holding the radiation source, the holder being connected via a pivotable and / or linearly movable robotronic mechanism to a support device for stationary support of the robot.
  • the robotronic mechanics can in particular be pivoted in multiple axes, for example six axes.
  • the freely definable and arbitrary positioning and orientation of the radiation source described above can be approached or set in this way.
  • the radiation source is moved continuously in an area of working positions such that the infrared radiation sweeps over one or more surface areas of the radiation object.
  • the radiation source "scans" the surface of the radiation object, so to speak. In this way, even surfaces with the most complicated geometries can be irradiated with a uniform energy input per surface unit.
  • the invention also makes it possible to treat surface areas that are difficult to access.
  • the application of thin-bodied materials in recesses or in cavities in the radiation object requires rapid drying or solidification of the applied material. Therefore, it cannot be waited until the object to be irradiated is in a remote continuous furnace or in a
  • Irradiation chamber has been transported. According to a preferred development of the method according to the invention, it is therefore proposed to select at least one working position in such a way that the infrared radiation is radiated into a recess or into a cavity of the radiation object.
  • Irradiation in the sense of the invention can be used in a wide variety of applications.
  • the hardening of fillers in joints or similar receiving rooms, the quality control by irradiation with infrared radiation and the heating of the radiation object in preparation for subsequent process steps, for example when laminating substances or objects may be mentioned here as examples .
  • the invention can also be used in principle in the irradiation of radiation objects with electromagnetic radiation in other wavelength ranges, for. B. in the ultraviolet range or in the visible range.
  • the invention can be used particularly expediently if, before the irradiation of the radiation object, the application of a material is started which is on the surface and / or is arranged in joints, cavities or similar receiving spaces of the radiation object and which is dried and / or fixed by the radiation. In an advantageous manner, the application can then also be carried out by means of a robot, the one
  • Applicator moved into one or more working positions.
  • the movement sequence of the robot for application and the robot for irradiation at least partially match and / or become at least partially congruent with the respective movements
  • the robot for applying the material can be the same robot as for the irradiation of the radiation object as well as a different robot.
  • this embodiment has the advantage that the robot or robots can be controlled in the same or a similar manner.
  • a computer program for controlling the robot or robots can run in the same or a similar manner.
  • infrared radiation in the near infrared ie. H. in the wavelength range between the visible range and 1.5 micron wavelength.
  • a radiation source with a thermal radiation body is used, which is designed for the emission of electromagnetic radiation at surface temperatures of more than 2000 K, in particular more than 2500 K.
  • Operating at such high surface temperatures has the advantage that, according to Plank's radiation law, the radiance of the emitted radiation increases approximately with the fourth power of the absolute surface temperature (provided that the emissivity is approximately independent of temperature). At the proposed high temperatures, the radiation required can therefore be obtained in a short time
  • Irradiation times are due to the slight heating of the radiation object.
  • the surfaces of the radiation objects or the layers arranged on the surface can be warmed in a short time, but there is no time for the radiation object to be warmed up by heat conduction.
  • the heating can even be deliberately limited to a certain depth. If, for example, the degree of absorption of a surface layer is significantly less than 1, but due to the thickness of the surface layer, almost all of the radiation energy is already absorbed in the surface layer, the surface layer is warmed through, but no significant heating of the underlying layer or layers.
  • Fig. 1 shows a system for irradiation of radiation objects with infrared radiation
  • Fig. 2 pivot axes of a six-axis robot, similar to the robot shown in Fig. 1.
  • 1 shows a robot 1 which carries a halogen spotlight 10.
  • 1 shows the robot 1 or the halogen spotlight 10 in a standby position. From the ready position, the robot 1 can move the halogen spotlight 10 into different working positions and align the halogen spotlight 10 so that preprogrammed surface areas of an irradiation object, not shown, are irradiated with a defined radiation flux density and in a defined irradiation period.
  • the necessary sequence of movements of the robot 1 and the timing of the electrical current required for the desired infrared radiation are controlled by a control unit 15.
  • the control unit 15 is connected to a base frame 7 of the robot 1 via control lines 16. From there, the individual control lines are routed to their respective connection point.
  • the robot 1 can be pivoted in six axes.
  • a carousel 5 of the robot 1 can be pivoted relative to the base frame 7 about the pivot axis I, which runs in the vertical direction.
  • a rocker 3 of the robot 1 can be pivoted about the pivot axis II running in the horizontal direction.
  • the pivot axis III runs parallel to the pivot axis II.
  • the device holder 6 is located at the front end of the arm 4.
  • the arm 4 is not immovable in itself, but offers three further possibilities for pivoting movements.
  • the entire front part of the arm 4 can be pivoted about the longitudinal axis of the arm 4, ie about the pivot axis IV, relative to the rear part, which is pivotally connected to the rocker 3.
  • a central hand 2 which can be pivoted about the pivot axis V running transversely to the longitudinal axis of the arm 4.
  • the device holder 6 can be pivoted about the pivot axis VI, the pivot axis VI being perpendicular to the Swivel axis V runs.
  • the pivot axes IV and VI are identical in the illustration shown in FIG. 2.
  • the halogen radiator 10 has two quartz glass tubes 11, which run in a straight direction and are arranged parallel to one another, in each of which a tungsten filament 12 runs in an airtight manner in the halogen atmosphere along the longitudinal axes of the quartz glass tubes 11. Since the tungsten filaments 12 are extremely thin and therefore have only a slightly small thermal mass, when the electrical glow current is switched on by the tungsten filaments 12, the desired temperature corresponding to the electrical current is reached within a few fractions of a second.
  • the surface temperature of the tungsten filaments 12 is preferably around 3100 K.
  • the two quartz tubes 11 are supported at their ends by an unillustrated holder 'to the carrier body fourteenth
  • the carrier body 14 has a hollowed-out shape, which is designed in accordance with the shape and position of the two quartz glass tubes 11 and serves a reflector 13 for reflecting the infrared radiation emitted by the tungsten filaments 12 in the rearward direction.
  • the carrier body 14 is shown cut away laterally in FIG. 1.
  • the reflecting surface of the reflector 13 consists of polished aluminum and runs approximately along a double parabola in the illustration of FIG. 1.
  • the system shown in FIG. 1 becomes more pasty, for example, in the manufacture of automobile bodies for drying or liquid materials used, which were applied to hidden parts of the body, such as in wheel arches or similar cavities on the surface of the body.
  • drying by means of the robot 1 and the halogen spotlights 10 begins immediately after the application of the liquid or pasty materials, while these materials are being applied elsewhere on the body.
  • the liquid or pasty materials are also applied with the aid of a robot of the same construction as the robot 1. This robot, not shown, moves a spray nozzle into the working position, from which the liquid or pasty material is sprayed onto the body.
  • the spray nozzle and the halogen lamp 10 are designed and operated in such a way that the distance of the device holder 6 or the device holder of the other robot from the surface to be dried during spraying and drying is the same.
  • the two robots can therefore carry out the same movements in order to bring the spray nozzle or the halogen lamp 10 into the working position. After the spraying, only the body is transported a little further so that the surface area of the body to be dried is in an accessible position for the robot 1.
  • the effort to control two robots is therefore not significantly greater than the effort to control one robot.
  • the movement sequence programmed in the control unit 15 can be carried out almost identically twice in a row with a time delay.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung, insbesondere zur Trocknung und/oder Fixierung von Oberflächenschichten, wobei eine Strahlungsquelle (10) mittels eines Roboters (1) in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt wird, in der bzw. in denen das jeweilige Bestrahlungsobjekt bestrahlt wird.

Description

Infrarotbestrahlung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung, insbesondere zur Trocknung und/oder Fixierung von Oberflächenschichten .
Beispielsweise bei der serienweisen Lackierung der Oberflächen von Gegenständen ist es bekannt, die Gegenstände durch eine Lackierungskammer hindurch zu transportieren. In der Lackierungskammer befindet sich ein Nebel aus Lacktröpfchen, der sich auf den Oberflächen der Gegenstände niederschlägt. Anschließend werden die Gegenstände in eine Trocknungskammer transportiert, wo die Lackschicht getrocknet wird.
Insbesondere bei Gegenständen mit unregelmäßig geformten, komplizierten Oberflächen ist es weiterhin bekannt, Industrieroboter einzusetzen, die frei programmierbar sind und weitgehend gleichmäßig dicke Lackschichten auf die zu lackierenden Bereiche der Oberflächen aufspritzen. Mit Hilfe der Industrieroboter lassen sich selbst schwer zugängliche Stellen der Oberfläche erreichen, etwa im Bereich von Ausnehmungen, Hohlräumen, Fugen und dergleichen. Auch ist es durch Einsatz der Industrieroboter möglich, nur Teilbereiche der Oberfläche zu lackieren. In der Automobilfertigung werden in ähnlicher Weise Industrieroboter eingesetzt, um Hohlraumversiegelungen, beispielsweise in den Radkästen einer Karosserie, vorzunehmen. Das pastöse oder flüssige Versiegelungsmaterial wird beispielsweise über eine Spritzpistole, die von dem Industrieroboter getragen wird, an der Hohlraumoberfläche angeordnet.
Die Trocknung bzw. Fixierung der genannten, mit Hilfe von Industrierobotern aufgebrachten Materialien erfolgt üblicherweise in Durchlauföfen. Die Gegenstände durchlaufen den Durchlaufofen in einer vorgegebenen Durchlaufzeit, die derart bemessen ist, daß die gewünschte Trocknung bzw. Fixierung der aufgetragenen Materialien erreicht wird. Die Durchlaufzeiten betragen typischerweise mehrere Minuten.
Bekannt ist auch die Trocknung bzw. Fixierung in Durchlaufkammern, in denen großflächige Infrarotstrahler, zum Beispiel an den Kammerwänden, angeordnet sind. Diese Infrarotstrahler werden typischerweise bei
Oberflächentemperaturen von weniger als 1000 K betrieben.
Bei den Durchlauföfen bzw. Strahlungskammern werden zwangsläufig große Oberflächenbereiche der Gegenstände oder sogar der gesamte Gegenstand erwärmt. Material, das an schwer zugänglichen und/oder versteckten Stellen der Oberfläche angeordnet wurde, kann daher in der Regel nur getrocknet bzw. fixiert werden, indem der Gegenstand zumindest im Bereich dieser Stellen durchgewärmt wird. Es findet also eine Trocknung bzw. Fixierung durch Wärmeleitung statt. Die dabei transportierte Wärme muß zuvor über die Oberfläche des Gegenstandes in diesen eingedrungen sein. Weiterhin ist es nicht möglich, mit der Trocknung bzw. Fixierung der applizierten Materialien zu beginnen, während an anderen Stellen der Oberfläche des Gegenstandes noch appliziert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung anzugeben, die eine schnell wirkende Infrarotbestrahlung selbst an schwer zugänglichen Stellen und eine gezielte Bestrahlung einzelner Oberflächenbereiche der Bestrahlungsobjekte erlauben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein für das Verfahren bzw. das System geeignetes Mittel zur Bestrahlung der Bestrahlungsobjekte mit Infrarotstrahlung anzugeben.
Die Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung wird eine Infrarot- Strahlungsquelle mittels eines Roboters in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt, in der bzw. in denen das jeweilige Bestrahlungsobjekt bestrahlt wird. Unter dem Begriff Roboter werden Industrieroboter und dergleichen bewegliche Vorrichtungen verstanden, die in der Lage sind, die
Strahlungsquelle in die gewünschte Arbeitsposition bzw. Arbeitspositionen zu bringen. Zweckmäßigerweise ist der Roboter frei programmierbar, so daß innerhalb seines Arbeitsbereiches jede beliebige Position angefahren werden kann und vorzugsweise in jeder der Positionen die
Strahlungsquelle frei vorgebbar ausgerichtet werden kann.
Als Strahlungsquelle wird eine Halogenlampe bevorzugt, die insbesondere eine ringförmige, strahlungsdurchlässige Röhre und einen sich in der Röhre erstreckenden Glühfaden aufweisen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Halogenlampe zumindest eine in gerader Richtung verlaufende strahlungsdurchlässige Röhre mit einem sich in der Röhre erstreckenden Glühfaden aufweisen.
Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle mit einem Reflektor zur Reflexion von Infrarotstrahlung der Strahlungsquelle in Richtung eines oder mehrerer Bestrahlungsobjekte kombiniert. Dabei ist der Reflektor gemeinsam mit der Strahlungsquelle durch den Roboter bewegbar. In besonderer Ausgestaltung ist der Reflektor unabhängig von einer Bewegung der Strahlungsquelle derart bewegbar, insbesondere aufklappbar, daß er in einer Arbeitsposition zur konzentrierten
Bestrahlung des bzw. der Bestrahlungsobjekte ausgerichtet werden kann. Die von der Bewegung der Strahlungsquelle unabhängige Ausrichtungsbewegung kann bereits während der Bewegung der Strahlungsquelle durch den Roboter beginnen oder erfolgen. Auf diese Weise läßt sich die Kombination aus
Strahlungsquelle und Reflektor selbst in schwer zugängliche Arbeitspositionen bringen, etwa in Hohlräume hinein.
Zweckmäßigerweise weist der Roboter eine Halterung zum Haltern der Strahlungsquelle auf, wobei die Halterung über eine verschwenkbare und/oder linearbewegliche robotronische Mechanik mit einer Abstützeinrichtung zur ortsfesten AbStützung des Roboters verbunden ist. In an sich bekannter Weise ist die robotronische Mechanik insbesondere mehrachsig, beispielsweise sechsachsig, verschwenkbar. Durch Kombination mit einer geeigneten Robotersteuerung kann auf diese Weise die oben beschriebene, frei vorgebbare und beliebige Positionierung und Ausrichtung der Strahlungsquelle angefahren bzw. eingestellt werden.
Bei einer Weiterbildung des erfihdungsgemäßen Verfahrens wird die Strahlungsquelle derart stetig in einem Gebiet von Arbeitspositionen bewegt, daß die Infrarotstrahlung einen oder mehrere Oberflächenbereiche des Bestrahlungsobjektes überstreicht. Die Strahlungsquelle "scannt" sozusagen die Oberfläche des Bestrahlungsobjektes. Auf diese Weise lassen sich selbst Oberflächen mit den kompliziertesten Geometrien mit gleichmäßigem Energieeintrag pro Oberflächeneinheit bestrahlen. Auch ist es möglich, etwa bei der Beschichtung von Karosserien, in einem Oberflächenbereich bzw. im Bereich von Fugen, Hohlräumen oder dergleichen Aufnahmeräumen mit der Bestrahlung zu beginnen, während noch an anderer Stelle Material appliziert wird. Insbesondere ist es somit nicht erforderlich, die gesamte Oberfläche bzw. das gesamte Bestrahlungsobjekt oder wenigstens große Teile davon zu behandeln, wenn nur in kleineren Teilbereichen eine Bestrahlung bzw. Behandlung notwendig ist. Daher können durch die Erfindung Produktionszeiten verkürzt werden und unter Umständen DurchlaufÖfen, Bestrahlungskammern und dergleichen großräumige Einrichtungen eingespart werden.
Auch macht die Erfindung die Behandlung schwerst zugänglicher Oberflächenbereiche möglich. Beispielsweise erfordert die Applizierung von dünnflüssigen Materialien in Ausnehmungen oder in Hohlräumen des Bestrahlungsobjekts eine schnelle Trocknung bzw. Verfestigung des applizierten Materials. Es kann daher nicht gewartet werden, bis das Bestrahlungsobjekt in einen entfernten Durchlaufofen oder in eine
Bestrahlungskammer transportiert worden ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vorgeschlagen, zumindest eine Arbeitsposition so zu wählen, daß die Infrarotstrahlung in eine Ausnehmung oder in einen Hohlraum des Bestrahlungsobjektes eingestrahlt wird.
Die Bestrahlung mit Infrarotstrahlung im Sinne der Erfindung ist in verschiedenartigsten Anwendungsfällen einsetzbar. Außer der bereits genannten Trocknung und/oder Fixierung von Oberflächenschichten seien hier beispielhaft noch die Härtung von Füllstoffen in Fugen oder dergleichen Aufnahmeräumen, die Qualitätskontrolle durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung und die Erwärmung des Bestrahlungsobjektes zur Vorbereitung nachfolgender Verfahrensschritte, etwa beim Auflaminieren von Stoffen oder Gegenständen, genannt. Auch ist die Erfindung grundsätzlich auch bei der Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit elektromagnetischer Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen einsetzbar, z. B. im Ultraviolettbereich oder im sichtbaren Bereich.
Besonders zweckmäßig ist die Erfindung einsetzbar, wenn vor der Bestrahlung des Bestrahlungsobjekts mit der Applizierung eines Materials begonnen wird, welches an der Oberfläche und/oder in Fugen, Hohlräumen oder dergleichen Aufnahmeräumen des Bestrahlungsobjekts angeordnet wird und welches durch die Bestrahlung getrocknet und/oder fixiert wird. In vorteilhafter Weise kann dann auch die Applizierung mittels eines Roboters vorgenommen werden, der eine
Appliziervorrichtung in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt. Bei einer Weiterbildung stimmen der Bewegungsablauf des Roboters zur Applizierung und des Roboters zur Bestrahlung zumindest teilweise überein und/oder werden bei den jeweiligen Bewegungen zumindest teilweise kongruente
Bewegungsbahnen durchlaufen. Bei dem Roboter zur Applizierung des Materials kann es sich sowohl um den selben Roboter wie zur Bestrahlung des Bestrahlungsobjekts als auch um einen anderen Roboter handeln. In jedem Fall hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß die Steuerung des Roboters bzw. der Roboter in gleicher oder ähnlicher Weise erfolgen kann. Beispielsweise kann ein Computerprogramm zur Steuerung des oder der Roboter in gleicher oder ähnlicher Weise ablaufen.
Besonders bevorzugt wird der Einsatz von Infrarotstrahlung im nahen Infrarot, d. h. im Wellenlängenbereich zwischen dem sichtbaren Bereich und 1,5 Mikrometer Wellenlänge. Dementsprechend wird insbesondere eine Strahlungsquelle mit einem thermischen Strahlkörper verwendet, der für die Emission von elektromagnetischer Strahlung bei Oberflächentemperaturen von mehr als 2000 K, insbesondere von mehr als 2500 K ausgelegt ist. Der Betrieb bei derart hohen Oberflächentemperaturen hat den Vorteil, daß gemäß dem Plankschen Strahlungsgesetz die Strahldichte der emittierten Strahlung etwa mit der vierten Potenz der absoluten Oberflächentemperatur zunimmt (vorausgesetzt, daß der Emissionsgrad näherungsweise temperaturunabhängig ist). Bei den vorgeschlagenen hohen Temperaturen läßt sich daher in kurzer Zeit der für die Bestrahlung erforderliche
Energieeintrag auf dem Bestrahlungsobjekt erreichen. Besonders bevorzugt wird daher die Verwendung von Strahlungsquellen mit thermischen Strahlkörpern, die bei Oberflächentemperaturen von mehr als 3000 K betrieben werden können. In diesem Fall liegt das energetische Maximum der emittierten Strahlung bei Wellenlängen kleiner als 1 Mikrometer. Ein weiterer Vorteil der mit dementsprechend hoher Strahlungsflußdichte erreichbaren kurzen
Bestrahlungszeiten liegt in der geringen Durchwärmung des Bestrahlungsobjekts. So können die Oberflächen der Bestrahlungsobjekte bzw. die an der Oberfläche angeordneten Schichten in kurzer Zeit durchwärmt werden, wobei aber keine Zeit für eine Durchwärmung des Bestrahlungsobjekts durch Wärmeleitung bleibt. Durch Abstimmung des eingestrahlten Strahlungsspektrums auf die Absorptionseigenschaften der Oberfläche des Bestrahlungsobjekts bzw. der dort befindlichen Oberflächenschichten kann die Durchwärmung sogar gezielt bis zu einer bestimmten Tiefe begrenzt werden. Ist beispielsweise der Absorptionsgrad einer Oberflächenschicht deutlich geringer als 1, wird jedoch aufgrund der Dicke der Oberflächenschicht nahezu die gesamte Strahlungsenergie bereits in der Oberflächenschicht absorbiert, findet zwar eine Durchwärmung der Oberflächenschicht statt, jedoch keine nennenswerte Erwärmung der darunterliegenden Schicht oder Schichten.
Anhand der beigefügten Zeichnung werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein System zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung und
Fig. 2 Schwenkachsen eines sechsachsigen Roboters, ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Roboter.
Die schematische Darstellung von Fig. 1 zeigt einen Roboter 1, der einen Halogenstrahler 10 trägt. In der Darstellung von Fig. 1 befindet sich der Roboter 1 bzw. der Halogenstrahler 10 in einer Bereitschaftsposition. Aus der Bereitschaftsposition heraus kann der Roboter 1 den Halogenstrahler 10 in verschiedene Arbeitspositionen bewegen und den Halogenstrahler 10 so ausrichten, daß vorprogrammierte Oberflächenbereiche eines nicht dargestellten Bestrahlungsobjekts mit definierter Strahlungsflußdichte und in einem definierten Bestrahlungszeitraum bestrahlt werden. Der hierzu erforderliche Bewegungsablauf des Roboters 1 sowie die zeitliche Steuerung des für die gewünschte Infrarotstrahlung benötigten elektrischen Stromes werden durch eine Steuerungseinheit 15 gesteuert. Die Steuerungseinheit 15 ist über Steuerungsleitungen 16 mit einem Grundgestell 7 des Roboters 1 verbunden. Von dort werden die einzelnen Steuerungsleitungen zu ihrem jeweiligen Anschlußpunkt geführt.
Der Roboter 1 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, sechsachsig verschwenkbar. Um die Schwenkachse I, die in vertikaler Richtung verläuft, ist ein Karussell 5 des Roboters 1 gegenüber dem Grundgestell 7 verschwenkbar. Wiederum gegenüber dem Karussell 5 ist eine Schwinge 3 des Roboters 1 um die in horizontaler Richtung verlaufende Schwenkachse II verschwenkbar . Am oberen Ende der Schwinge 3 befindet sich die Schwenkachse III, um die ein Arm 4 des Roboters 1 gegenüber der Schwinge 3 verschwenkbar ist. Die Schwenkachse III verläuft parallel zu der Schwenkachse II. Am vorderen Ende des Arms 4 befindet sich der Gerätehalter 6. Der Arm 4 ist jedoch in sich nicht unbeweglich, sondern bietet drei weitere Möglichkeiten für Schwenkbewegungen. Zum einen kann der gesamte vordere Teil des Arms 4 gegenüber dem hinteren Teil, welcher schwenkbar mit der Schwinge 3 verbunden ist, um die Längsachse des Arms 4, d. h. um die Schwenkachse IV verschwenkt werden. Im vorderen Teil des Arms 4 befindet sich eine Zentralhand 2, welche um die quer zur Längsachse des Arms 4 verlaufende Schwenkachse V verschwenkbar ist. Weiterhin ist der Gerätehalter 6 um die Schwenkachse VI verschwenkbar, wobei die Schwenkachse VI senkrecht zur Schwenkachse V verläuft. Die Schwenkachsen IV und VI sind in der in Fig. 2 gezeigten Darstellung identisch. Wird jedoch die Zentralhand 2 um die Schwenkachse V gegenüber der gezeigten Position verschwenkt, verändert sich die relative Lage der beiden Schwenkachsen IV und VI zueinander, und zwar derart, daß die beiden Schwenkachsen in einer gemeinsamen, vertikalen Ebene liegen.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist an dem Gerätehalter 6 der Halogenstrahler 10 befestigt, so daß der Halogenstrahler 10 gemäß den zuvor beschriebenen Bewegungsmöglichkeiten bewegbar ist. Der Halogenstrahler 10 weist zwei in gerader Richtung verlaufende, parallel zueinander angeordnete Quarzglasröhren 11 auf, in denen luftdicht abgeschlossen in Halogenatmosphäre jeweils ein Wolframglühfaden 12 entlang der Längsachsen der Quarzglasröhren 11 verläuft. Da die Wolframglühfäden 12 äußerst dünn sind und daher nur eine geringfügig kleine thermische Masse haben, wird beim Einschalten des elektrischen Glühstromes durch die Wolframglühfäden 12 binnen weniger Bruchteile von Sekunden die gewünschte, dem elektrischen Strom entsprechende Temperatur erreicht. Die Oberflächentemperatur der Wolframglühfäden 12 liegt vorzugsweise bei etwa 3100 K.
Die beiden Quarzglasröhren 11 werden an ihren Enden durch eine nicht dargestellte Halterung' an dem Trägerkörper 14 gehaltert. Der Trägerkörper 14 weist eine ausgehöhlte Form auf, die entsprechend der Formgebung und Position der beiden Quarzglasröhren 11 ausgestaltet ist und einen Reflektor 13 zur Reflexion der von den Wolframglühfäden 12 in rückwärtige Richtung emittierten Infrarotstrahlung dient. Der Trägerkörper 14 ist in Fig. 1 seitlich aufgeschnitten dargestellt. Die reflektierende Oberfläche des Reflektors 13 besteht aus poliertem Aluminium und verläuft in der Darstellung von Fig. 1 etwa entlang einer Doppelparabel.
Das in Fig. 1 dargestellte System wird beispielsweise bei der Fertigung von Automobil-Karosserien zur Trocknung pastöser oder flüssiger Materialien eingesetzt, welche an versteckten Stellen der Karosserie, etwa in Radkästen oder dergleichen Hohlräumen auf der Oberfläche der Karosserie aufgebracht wurden. Um kurze Produktionszeiträume zu erreichen, beginnt die Trocknung mittels des Roboters 1 und der Halogenstrahler 10 unmittelbar nach dem Aufbringen der flüssigen oder pastösen Materialien, noch während an anderer Stelle der Karosserie diese Materialien aufgebracht werden. Dabei werden auch die flüssigen oder pastösen Materialien mit Hilfe eines Roboters gleicher Bauweise wie der Roboter 1 aufgebracht. Dieser nicht dargestellte Roboter bewegt eine Spritzdüse in Arbeitsposition, aus der das flüssige oder pastöse Material auf die Karosserie gespritzt wird. Dabei sind die Spritzdüse und der Halogenstrahler 10 so ausgelegt und werden derart betrieben, daß der Abstand des Gerätehalters 6 bzw. des Gerätehalters des anderen Roboters von der zu trocknenden Oberfläche beim Spritzen und beim Trocknen der gleiche ist. Daher können die beiden Roboter dieselben Bewegungsabläufe ausführen, um die Spritzdüse bzw. den Halogenstrahler 10 in Arbeitsposition zu bringen. Nach dem Aufspritzen wird lediglich die Karosserie ein Stück weiter transportiert, damit der zu trocknende Oberflächenbereich der Karosserie in erreichbarer Position für den Roboter 1 ist. Der Aufwand für die Steuerung von zwei Robotern ist daher nicht wesentlich größer als der Aufwand für die Steuerung eines Roboters. Insbesondere kann der in der Steuerungseinheit 15 programmierte Bewegungsablauf annähernd identisch zweimal zeitversetzt hintereinander ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 Roboter
2 Zentralhand
3 Schwinge
4 Arm
5 Karussell 6 Gerätehalter
7 Grundgestell
10 Halogenstrahler
11 Quarzglasröhre 12 Wolframglühfaden
13 Reflektor
14 Trägerkörper
15 Steuerungseinheit
16 Steuerungsleitungen I-VI erste bis sechste Schwenkachse

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung, insbesondere zur Trocknung und/oder Fixierung von Oberflächenschichten, wobei eine Strahlungsquelle (10) mittels eines Roboters (1) in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt wird, in der bzw. in denen das jeweilige Bestrahlungsobjekt bestrahlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsquelle (10) derart stetig in einem Gebiet von Arbeitspositionen bewegt wird, daß die Infrarotstrahlung einen oder mehrere Oberflächenbereiche des Bestrahlungsobjekts überstreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest eine Arbeitsposition so gewählt wird, daß die Infrarotstrahlung in eine Ausnehmung oder in einen Hohlraum des Bestrahlungsobjekts eingestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei vor der Bestrahlung des Bestrahlungsobjekts mit der Applizierung eines Materials begonnen wird, welches an der Oberfläche und/oder in Fugen, Hohlräumen oder dergleichen Aufnahmeräumen des Bestrahlungsobjekts angeordnet wird und welches durch die Bestrahlung getrocknet und/oder fixiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei auch die Applizierung mittels eines Roboters vorgenommen wird, der eine
Appliziervorrichtung in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bewegungsablauf des Roboters zur Applizierung und des Roboters (1) zur Bestrahlung zumindest teilweise übereinstimmen und/oder zumindest teilweise kongruente Bewegungsbahnen durchlaufen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Infrarotstrahlung ein spektrales Strahldichte- Maximum im nahen Infrarot aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl von Bestrahlungsobjekten nacheinander durch dieselbe Strahlungsquelle (10) bestrahlt werden, wobei derselbe Roboter (1) die Strahlungsquelle (10) bewegt und wobei aus Sicht der Bestrahlungsobjekte die Strahlungsquelle (10) jeweils dieselbe Bewegungsbahn durchläuft.
9. System zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung, insbesondere zur Trocknung und/oder Fixierung von Oberflächenschichten, mit - einer Strahlungsquelle (10) zur Erzeugung der Infrarotstrahlung und einem Roboter (1) zur Bewegung der Strahlungsquelle (10) in eine oder mehrere Arbeitspositionen, in der bzw. in denen das jeweilige Bestrahlungsobjekt bestrahlt wird.
10. System nach Anspruch 9, wobei die Strahlungsquelle (10) einen thermischen Strahlkörper (12) aufweist, der für die Emission von elektromagnetischer Strahlung bei Oberflächentemperaturen von mehr als 2000 K, insbesondere von mehr als 2500 K ausgelegt ist.
5
11. System nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Roboter (1) eine Halterung (6) zum Haltern der Strahlungsquelle (10) aufweist, wobei die Halterung (6) über eine verschwenkbare und/oder linearbewegliche K) robotronische Mechanik (2...6) mit einer
Abstützeinrichtung (7) zur ortsfesten Abstützung des Roboters (1) verbunden ist.
12. System nach Anspruch 11,
15 wobei die robotronische Mechanik (2...6) mehrachsig, insbesondere sechsachsig, verschwenkbar ist.
13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Strahlungsquelle (10) mit einem Reflektor (13) 20 zur Reflexion von Infrarotstrahlung der Strahlungsquelle (10) in Richtung eines oder mehrerer Bestrahlungsobjekte kombiniert ist und wobei der Reflektor (13) gemeinsam mit der Strahlungsquelle (10) durch den Roboter (1) bewegbar ist. 25
14. System nach Anspruch 13, wobei der Reflektor unabhängig von einer Bewegung der Strahlungsquelle derart bewegbar ist, insbesondere aufklappbar ist, daß er in einer Arbeitsposition zur 30 konzentrierten Bestrahlung des bzw. der
Bestrahlungsobjekte ausgerichtet werden kann.
15. Verwendung einer Halogenlampe (10) zur Bestrahlung von Bestrahlungsobjekten mit Infrarotstrahlung, insbesondere
35 als Strahlungsquelle bei der Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Halogenlampe (10) mittels eines Roboters (1) in eine oder mehrere Arbeitspositionen bewegt wird, in der bzw. in denen das jeweilige Bestrahlungsobjekt bestrahlt wird.
16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Halogenlampe eine ringförmige strahlungsdurchlässige Röhre und einen sich in der Röhre erstreckenden Glühfaden aufweist.
17. Verwendung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Halogenlampe (10) zumindest eine in gerader Richtung verlaufende strahlungsdurchlässige Röhre (11) mit einem sich in der Röhre erstreckenden Glühfaden (12) aufweist.
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