Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Auf- und/oder Einbringung von pastösen oder flüssigen Stoffen auf und/oder in ein Karosseriebauteil (4), insbesondere zur Auf- und/oder Einbringung von Wachs auf und/oder in das Karosseriebauteil oder zur Auf- und/oder Einbringung von Schaumstoff auf und/oder in das Karosseriebauteil, umfassend eine Erkennungseinheit (6) zur Struktur-, insbesondere Oberflächenstruktur-, Loch- und/oder Hohlraumerkennung des Karosseriebauteils, wobei die Erkennungseinheit mit Mikrowellen- und/oder Millimeterwellen arbeitet.
20050248482 | 2005-11-10 | |||
20050268847 | 2005-12-08 | |||
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JP2003019451A | 2003-01-21 |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Auf- und/oder Einbringung von pastösen oder flüssigen Stoffen auf oder in ein Karosseriebauteil.
Bei der Fertigung von Fahrzeugkarosserien ist es üblich, an Bauteilen fluide oder pastöse Stoffe zu applizieren, beispielsweise Polyurethan-Schäume zur Dämmung, oder Wachs als Korrosionsschutz. Diese Applikation kann bei hohlen Bauteilen wie Fahrzeugtüren erst nach dem Zusammenbau erfolgen, so dass die Applikation hier üblicherweise durch ein Loch in dem Karosseriebauteil erfolgt. Hierzu wird ein Förderkopf, der mit einer zugehörigen Stoff-Ausbringungseinrichtung verbunden ist, in das Loch eingeführt und der Stoff ausgebracht.
Es wird bei diesen Produktionsprozessen eine zunehmende Automatisierung angestrebt, um eine gute Präzision zu erreichen. Bei der oben genannten Stoffapplikation ist eine Automatisierung jedoch problematisch, da die Position und die Form des Lochs zuverlässig ermittelt werden müssen, um eine korrekte Applikation sicherzustellen. Kamerasysteme mit entsprechender Bildverarbeitung sind hier nicht gut geeignet, da die Karosseriebauteile häufig verschmutzt sind und die Bilderkennung somit fehlerhaft ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Auf- und/oder Einbringung von pastösen oder flüssigen Stoffen auf oder in ein Karosseriebauteil aufzuzeigen, wobei eine hohe Zuverlässigkeit und Präzision der Applizierung erreicht werden soll.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch eine Vorrichtung zur Auf- und/oder Einbringung von pastösen oder flüssigen Stoffen auf und/oder in ein Karosseriebauteil, insbesondere zur Auf- und/oder Einbringung von Wachs auf und/oder in ein Karosseriebauteil oder zur Auf- und/oder Einbringung von Schaumstoff auf und/oder in das Karosseriebauteil, gelöst, umfassend eine Erkennungseinheit zur Struktur-, insbesondere Oberflächenstruktur-, Loch- und/oder Hohlraumerkennung des Karosseriebauteils, wobei die Erkennungseinheit mit Mikrowellen- und/oder Millimeterwellen arbeitet. Durch eine derartige Vorrichtung können selbst unter schwierigen Bedingungen Strukturen zuverlässig erkannt werden, so dass eine präzise Applikation erreicht werden kann. Insbesondere wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung nicht oder zumindest nur wenig von Verschmutzungen (Schmutzpartikeln) beeinträchtigt.
Unter Mikrowellen- und/oder Millimeterwellen sollen insbesondere elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 1–300 GHz verstanden werden.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst die Erkennungseinheit:
Ein Sende-/Empfangsarray, auf dem mindestens ein Sendemodul, das im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich arbeitet, sowie eine Mehrzahl von Empfangsmodulen, die im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich empfangen, in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind, wobei weiterhin eine Ansteuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die das mindestens eine Sendemodul und die Mehrzahl von Empfangsmodulen, insbesondere einzeln, adressieren kann, wobei das Sendemodul durch die Ansteuerungsvorrichtung zur Aussendung eines Signals angesteuert wird, wobei die Empfangsmodule zur Erfassung von reflektierten und/oder gebrochenen Signale ausgebildet sind und wobei eine Rechnereinheit vorgesehen ist, die aus den gewonnenen Empfangsdaten der Mehrzahl von Empfangsmodulen ein Bild des zu vermessenden Loches und/oder Hohlraumes errechnet.
Mit einer derartigen Erkennungseinheit können die Strukturen besonders präzise, auch unter schwierigen Bedingungen, erkannt werden.
Dadurch, dass die Erkennungseinheit mit Mikrowellen arbeitet, sind mögliche Störeinflüsse deutlich reduziert. Es wurde weiterhin von den Erfindern erkannt, dass gerade im vorliegenden Anwendungsfall, die Einbuße hinsichtlich der Auflösung aufgrund der größeren Wellenlänge (gegenüber dem elektromagnetischen Spektrum im sichtbaren Bereich) hinnehmbar ist. Dieser (zumindest scheinbare) Nachteil wird also bewusst in Kauf genommen.
In einer konkreten Ausführungsform wird das Sendemodul durch die Ansteuerungsvorrichtung zur Aussendung eines Signals mit seitlich veränderbarer Frequenz angesteuert. Dabei können die Empfangsmodule Phase und Betrag des reflektierten Signals jeweils an dem dem Empfangsmodul zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul als Empfangsdaten detektieren. Eine derartige Vorrichtung eignet sich besonders gut, um Oberflächenstrukturen und/oder Löcher zu erkennen (zu vermessen). Bislang wurden Oberflächen unter Einsatz elektromagnetischer Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Frequenzbereich untersucht, wobei sich insbesondere Techniken der Bilderkennung in diesem Zusammenhang entwickelt haben. Allerdings können gerade bei Verwendung des spektralen Bereichs, der für das menschliche Auge sichtbar ist, größere Störfaktoren Bilderkennung und Bildanalyse erschweren, wie beispielsweise Streulicht, Sonneneinstrahlung, etc. Außerdem können Verschmutzungen optischer Systemkomponenten wie beispielsweise Linsen das Messergebnis stark beeinträchtigen.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Sendemodul durch die Ansteuerungsvorrichtung zur Aussendung eines Kurzzeitpulses (ggf. mit hohem spektralem Anteil) angesteuert werden, wobei der Kurzzeitpuls in den zu vermessenden (dielektrischen) Körper eindringt und in dem Inneren an Hohlraumstrukturen reflektiert und/oder gebrochen werden kann. Dabei können die Empfangsmodule Phase, Betrag und/oder spezifische Frequenzanteile des reflektierten Signals jeweils an dem dem Empfangsmodul zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul als Empfangsdaten detektieren. Der Kurzzeitpuls ist vorzugsweise nicht länger als 1 ns, vorzugsweise nicht länger als 100 ps, weiter vorzugsweise nicht länger als 20 ps. Vorzugsweise ist ein Empfangszeitfenster vorgebbar, innerhalb dessen die Empfangsmodule Strahlung detektieren. Eine derartige Vorrichtung eignet sich besonders gut zur Erkennung (Vermessung) von Hohlraumstrukturen innerhalb eines (dielektrischen) Karosseriebauteils. Ein Mikrowellenpuls kann in einen zu untersuchenden dielektrischen Körper eindringen und wird an Grenzflächen zwischen Bereichen unterschiedlicher Dichte gebrochen und reflektiert. Je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit der örtlichen Änderung der Dichte in dem untersuchten Karosseriebauteil ändert sich außerdem die spektrale Zusammensetzung eines Mikrowellenpuls-Echos. Grundsätzlich ist es bekannt, dass Röntgenstrahlen dielektrische Objekte durchdringen können. Röntgenstrahlen werden auch in der Untersuchung von Objekten wie Kunststoffen, Lebensmitteln, Organismen, etc. eingesetzt; allerdings wird dabei vornehmlich in Transmission gemessen, so dass letztendlich Schattenbilder erzeugt werden. Röntgenstrahlung ist darüber hinaus in höherer Intensität für den Menschen schädlich, so dass beim Umgang mit Röntgenstrahlen erhebliche Einschränkungen bestehen und zu Recht bestehende Sicherheitsvorschriften eingehalten werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Mikrowellen hingegen, ist eine Vermessung ohne die zuvor beschriebenen Nachteile bei einer Vermessung mit Röntgenstrahlung auskommt.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist auf dem Sende-/Empfangsarray eine Mehrzahl von Sendemodulen in fester Positionierung zueinander vorgesehen, die von der Ansteuervorrichtung jeweils einzeln angesteuert werden können. Insofern kann nicht nur an unterschiedlichen Positionen ein reflektiertes bzw. gebrochenes Signal empfangen werden, sondern es können auch von unterschiedlichen Positionen Signale auf das zu vermessende Karosseriebauteil hin abgesandt werden. Hierdurch kann die Qualität der ortsauflösenden Vermessung noch erhöht werden, insbesondere wenn Signale von unterschiedlichen Sendepositionen aus abgesandt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuervorrichtung mit dem einen oder mehreren Sendemodulen und den Empfangsmodulen über BUS-Technologie kommunizieren. Der Aufwand, auch eine Vielzahl von Sende- und/oder Empfangsmodulen an eine Ansteuervorrichtung anzuschließen, diese jeweils anzusteuern oder auch gewonnene Empfangsdaten auszulesen, kann durch den Einsatz von BUS-Technologie mit geeigneten Übertragungsprotokollen erheblich vereinfacht werden.
In einer möglichen, bevorzugten Ausgestaltung ist eine aktuelle Konfiguration aktiver Sende- und Empfangsmodule durch die Ansteuerungsvorrichtung aus der Mehrzahl von Sendemodulen und der Mehrzahl von Empfangsmodulen frei wählbar. Vorzugsweise sind auch in zeitlicher Abfolge zueinander mehrere unterschiedliche Konfigurationen auswählbar.
Dadurch, dass die aktuelle Konfiguration aktiver Sende- und Empfangsmodule frei wählbar ist bzw. auch unterschiedliche Konfigurationen in zeitlicher Abfolge variiert werden kann, lässt sich ein noch genaueres Bild des zu untersuchenden Karosseriebauteils erstellen.
Vorzugsweise ist eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung vorgesehen, die mit der Ansteuerungsvorrichtung und dem mindestens einen Sendemodul und der Mehrzahl von Empfangsmodulen in Wirkverbindung steht. Dadurch kann eine (exakte) zeitliche Abstimmung zwischen den verschiedenen Sende- und Empfangsvorgängen (zur Synchronisierung der Phasen) erfolgen.
Vorzugsweise werden Lageinformationen mit Methoden der Trigonometrie aus Signallaufzeiten, Phase und/oder Betrag errechnet. Dadurch kann eine schnelle Erkennung und Vermessung des Karosseriebauteils erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind auf dem Sende-/Empfangsarray jeweils ein Sendemodul und ein Empfangsmodul zu einer gemeinsamen Sende-/Empfangs-Baueinheit zusammengefasst. In einer nochmals bevorzugten Weiterbildung verfügen die gemeinsamen Sende-/Empfangs-Baueinheiten jeweils über eine eigene Sendeelektronik und/oder eine eigene Empfangselektronik. Hierdurch sind autarke Untereinheiten gebildet. Die Leistungselektronik ist damit an Ort und Stelle vorgesehen. Lediglich Ansteuerung und Kommunikation von Empfangsdaten sind dann zwischen Ansteuerungsvorrichtung und Sende-/Empfangsbaueinheit abzuwickeln. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sende-/Empfangsbaueinheit einen Chip, auf dem zumindest Teile der vorgenannten Elektronikeinheiten implementiert sein können.
Das Sende-/Empfangsarray umfasst bevorzugtermaßen eine Mehrzahl von Sende-/ Empfangsbaueinheiten in reihenförmiger Anordnung dicht aneinander liegend, wobei bevorzugtermaßen wenigstens in einer Erstreckung eine Reihe, weiter bevorzugt drei Reihen, noch weiter bevorzugt fünf Reihen, noch weiter bevorzugt sieben Reihen, vorzugsweise mindestens zehn Reihen benachbart nebeneinander angeordnet sind und weiter vorzugsweise mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens sieben, weiter bevorzugt mindestens 80 Sende-/Empfangs-Baueinheiten insgesamt vorliegen. Vom geometrischen Aufbau her ist das Sende-/Empfangsarray einem Facettenauge insofern nachempfunden, als eine Vielzahl von Sendemodulen und Empfangsmodulen dicht aneinander liegend nebeneinander angeordnet sind.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Auf- und/oder Einbringung von pastösen oder flüssigen Stoffen auf oder in ein Karosseriebauteil, insbesondere zur Auf- und/oder Einbringung von Wachs auf und/oder in ein Karosseriebauteil oder zur Auf- und/oder Einbringung von Schaumstoff auf und/oder in das Karosseriebauteil, umfassend die Schritte:
Vorzugsweise wird durch das Verfahren ein Bild des zu vermessenden Loches und/oder Hohlraumes erzeugt, insbesondere unter Verwendung eines Sende-/Empfangs-Arrays, auf dem mindestens ein Sendemodul, das im Mikrowellen- und/oder im Millimeterwellenbereich arbeitet, sowie eine Mehrzahl von Empfangsmodulen, die im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellen in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind, umfassend die folgenden Schritte:
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Sendemodul zur Aussendung eines Signals mit zeitlich veränderbarer Frequenz veranlasst, wobei Phase und Betrag des reflektierten und/oder gebrochenen Signals jeweils an dem dem Empfangsmodul zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul als Empfangsdaten detektiert werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Sendemodul zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil veranlasst, wobei Signalanteile, die im Inneren des Objekts gebrochen oder reflektiert wurden, in einem einstellbaren Empfangszeitfenster als Empfangsdaten an den mehreren in fester relativer Positionierung zueinander angeordneten Empfangsmodulen als Empfangsdaten empfangen werden.
Die Empfangsmodule können Phase, Betrag und/oder spezifische Frequenzanteile des reflektierten oder gebrochenen Signals detektieren.
Es kann eine Mehrzahl von Sendemodulen, die in einer festen relativen Positionierung zueinander auf dem Sende-/Empfangs-Array angeordnet sind, Verwendung finden. Dabei können die Schritte
Weiterhin kann eine Mehrzahl von Sendemodulen, die in einer festen relativen Positionierung zueinander auf dem Sende-/Empfangs-Array angeordnet sind, Verwendung finden, wobei die folgenden Schritte
Die Ansteuervorrichtung, das mindestens eine Sendemodul und die Empfangsmodule können über eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung gemeinsam synchronisiert werden.
Das mindestens eine Sendemodul und die Empfangsmodule können mit der Ansteuervorrichtung über BUS-Technologie miteinander kommunizieren.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung in Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Auf der Platine des Basis-Moduls
In
Unter der Abdeckung
Hinter dem Sende-/Empfangsarray
Im Schaft des Sensors befindet sich die Steuerplatine
Die Ansteuerungsvorrichtung
Die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung
Im Folgenden wird ein Verfahren zur ortsauflösenden Vermessung von Oberflächen eines Karosseriebauteils unter Verwendung der eben beschriebenen Bilderzeugungsvorrichtung beschrieben.
Die ortsauflösende Vermessung einer Oberfläche
Bei der Vermessung komplexerer Oberflächen ist es möglicherweise vorteilhaft, eine komplexere Messkonfiguration zu verwenden. Da alle Sende- und Empfangsmodule auf dem Array
Für das beschriebene Messverfahren wird die Frequenz des von den Sendemodulen ausgesandten Signals zeitlich verändert.
In
Durch Subtraktion der Signale