Title:
Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche umfasst ein Dosierventil, einen Aktuator zum Bewegen des Dosierventils relativ zur Objektoberfläche in wenigstens einer Raumrichtung und eine elektronische Steuereinrichtung, die mit dem Dosierventil und dem Aktuator in Signalverbindung steht und dazu ausgebildet ist, das Dosierventil entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke zu bewegen und innerhalb der Dosierstrecke einmalig oder mehrfach für eine Fluidabgabe zu öffnen. Die elektronische Steuereinrichtung umfasst Mittel zum zeitlichen Synchronisieren der Bewegung des Aktuators einerseits sowie des Öffnens und Schließens des Dosierventils andererseits. embedded image




Inventors:
Reuter, Martin (85221, Dachau, DE)
Application Number:
DE102016119627A
Publication Date:
04/19/2018
Filing Date:
10/14/2016
Assignee:
Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH, 85221 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013006866A1N/A2013-10-31
DE102007048651A1N/A2008-04-17
DE60018175T2N/A2005-08-25



Foreign References:
201303272692013-12-12
Attorney, Agent or Firm:
Manitz Finsterwald Patentanwälte PartmbB, 80336, München, DE
Claims:
Vorrichtung (11) zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, mit einem Dosierventil (15), das mit einer Fluidquelle verbindbar ist und in Ansprechen auf Steuersignale zu öffnen und zu schließen ist, einem Aktuator (17) zum Bewegen des Dosierventils (15) relativ zur Objektoberfläche in wenigstens einer Raumrichtung und einer elektronischen Steuereinrichtung (25, 25'), die mit dem Dosierventil (15) und dem Aktuator (17) in Signalverbindung steht und dazu ausgebildet ist, das Dosierventil (15) entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke (46) zu bewegen und innerhalb der Dosierstrecke (46) einmalig oder mehrfach für eine Fluidabgabe zu öffnen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') Mittel (27, 37) zum zeitlichen Synchronisieren der Bewegung des Aktuators (17) einerseits sowie des Öffnens und Schließens des Dosierventils (15) andererseits umfasst.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') dazu ausgebildet ist, anhand der durch das zeitliche Synchronisieren erstellten einheitlichen Zeitachse eine feste Zuordnung zwischen der Bewegung des Aktuators (17) einerseits sowie des Öffnens und Schließens des Dosierventils (15) andererseits vorzunehmen.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (15) dazu ausgebildet ist, Einzeltropfen (45) des Fluids abzugeben, wobei die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') dazu ausgebildet ist, anhand der einheitlichen Zeitachse das Aufbringen von Einzeltropfen (45) an fest vorgegebenen Dosierpositionen anzuweisen.

Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') dazu ausgebildet ist, eine gleichmäßige Verteilung von Einzeltropfen (45) über die Dosierstrecke (46) anzuweisen.

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') dazu ausgebildet ist, einen als Eingangsgröße vorgegebenen räumlichen Abstand zwischen den Einzeltropfen (45) unter Berücksichtigung der Streckenlänge der Dosierstrecke (46) bedarfsweise derart zu strecken oder zu stauchen, dass sich eine gleichmäßige Verteilung ergibt.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') dazu ausgebildet ist, beim Anweisen des Aufbringens von Einzeltropfen (45) an fest vorgegebenen Dosierpositionen eine Dosierverzögerung zu berücksichtigen.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25) einen Steuerrechner (27) umfasst, der ein einheitliches Zeitsignal erzeugt oder empfängt und dazu ausgebildet ist, anhand des einheitlichen Zeitsignals sowohl den Aktuator (17) als auch das Dosierventil (15) direkt anzusteuern.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (25') ein dem Aktuator (17) zugeordnetes Aktuator-Steuergerät (39) und ein dem Dosierventil (15) zugeordnetes Dosierventil-Steuergerät (41) umfasst, welche jeweilige Einzel-Zeitsignale erzeugen oder empfangen, und dass die elektronische Steuereinrichtung (25') einen dem Aktuator-Steuergerät (39) und dem Dosierventil-Steuergerät (41) übergeordneten Steuerrechner (37) umfasst, der dazu ausgebildet ist, die Einzel-Zeitsignale zu synchronisieren.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der übergeordnete Steuerrechner (37) dazu ausgebildet ist, das Synchronisieren der Einzel-Zeitsignale mittels eines synchronisierenden Netzwerkprotokolls, insbesondere mittels des Precision Time Protocols (PTP), durchzuführen.

Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der übergeordnete Steuerrechner (37) dazu ausgebildet ist, nach dem Synchronisieren der Einzel-Zeitsignale ein Startsignal für einen zeitgleichen Start jeweiliger Steuerprogramme im Aktuator-Steuergerät (39) und im Dosierventil-Steuergerät (41) auszugeben.

Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der übergeordnete Steuerrechner (37) dazu ausgebildet ist, den Ablauf der Steuerprogramme im Aktuator-Steuergerät (39) und im Dosierventil-Steuergerät (41) nach dem Ausgeben des Startsignals zumindest im Wesentlichen unbeeinflusst zu lassen.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11) eine Bilderfassungseinrichtung (35) zum Überwachen des Aufbringens von Fluid auf die Objektoberfläche umfasst und die elektronische Steuereinrichtung (25, 25') Mittel zum zeitlichen Synchronisieren der Funktion der Bilderfassungseinrichtung (35) und der Bewegung des Aktuators (17) und/oder des Öffnens und Schließens des Dosierventils (15) umfasst.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (17) einen Roboter umfasst.

Verfahren zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, insbesondere mittels einer Vorrichtung (11) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Dosierventil (15) mittels eines Aktuators (17) entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke (46) relativ zur Objektoberfläche bewegt und innerhalb der Dosierstrecke (46) einmalig oder mehrfach für eine Fluidabgabe geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Aktuators (17) mit dem Öffnen des Dosierventils (15) zeitlich synchronisiert wird.

Verfahren zum Bestimmen der Dosierverzögerung einer Vorrichtung (11) zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, welche ein Dosierventil (15), einen Aktuator (17) zum Bewegen des Dosierventils (15) relativ zur Objektoberfläche und eine elektronische Steuereinrichtung (25, 25') umfasst, insbesondere einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei
(i) das Dosierventil (15) in entgegengesetzten Richtungen je einmal entlang einer Probestrecke hin- und zurückbewegt wird und sowohl bei der Hinbewegung als auch bei der Rückbewegung ein jeweiliger Einzeltropfen (45) auf die Objektoberfläche aufgebracht wird, wobei bei der Hinbewegung und bei der Rückbewegung jeweils mit einem vorgegebenen Zeitversatz relativ zur Streckenmitte der Probestrecke ein Öffnen des Dosierventils für die Abgabe des Einzeltropfens angewiesen wird,
(ii) der Schritt (i) für mehrere Probestrecken an unterschiedlichen Stellen der Objektoberfläche mit jeweils unterschiedlichem Zeitversatz durchgeführt wird und
(iii) der Zeitversatz derjenigen Probestrecke als Dosierverzögerung bestimmt wird, bei welcher der räumliche Abstand zwischen dem bei der Hinbewegung aufgebrachten Einzeltropfen und dem bei der Rückbewegung aufgebrachten Einzeltropfen am geringsten ist.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zueinander verlaufende, vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandete, Probestrecken gewählt werden.

Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der bei der Hinbewegung aufgebrachten Einzeltropfen (45) zu einer ersten Linie (48) ergänzt werden, die Positionen der bei der Rückbewegung aufgebrachten Einzeltropfen (45) zu einer zweiten Linie (49) ergänzt werden und der Zeitversatz derjenigen Probestrecke als Dosierverzögerung bestimmt wird, die dem Kreuzungspunkt (50) zwischen der ersten Linie (48) und der zweiten Linie (49) entspricht.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, mit einem Dosierventil, das mit einer Fluidquelle verbindbar ist und in Ansprechen auf Steuersignale zu öffnen und zu schließen ist, einem Aktuator zum Bewegen des Dosierventils relativ zur Objektoberfläche in wenigstens einer Raumrichtung und einer elektronischen Steuereinrichtung, die mit dem Dosierventil und dem Aktuator in Signalverbindung steht und dazu ausgebildet ist, das Dosierventil entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke zu bewegen und innerhalb der Dosierstrecke einmalig oder mehrfach für eine Fluidabgabe zu öffnen.

Derartige Vorrichtungen werden auch als „Dosiersysteme“ bezeichnet und insbesondere zum automatisierten Auftragen pastöser Flüssigkeiten wie z. B. Klebstoffen auf Bauteile verwendet. Häufig ist es gewünscht, das Fluid entlang einer Linie oder Kontur des Bauteils aufzubringen. Hierfür bewegt der Aktuator das Dosierventil entlang der entsprechenden Linie oder Kontur, während gleichzeitig das Dosierventil geöffnet wird. Vorzugsweise ist der Aktuator dazu ausgebildet, das Dosierventil in zwei oder drei Raumachsen zu bewegen.

Bei gängigen Systemen folgt der Bewegungsablauf des Aktuators einem vorgegebenen Programm, während das Öffnen und Schließen des Dosierventils einem davon unabhängigen eigenen Programm folgt. Es erfolgt keine Meldung des Aktuators an die Dosiersteuerung, wann sich der maßgebliche Positionierkopf an welchem Ort befindet. Dies kann bei bestimmten Anwendungen zu unerwünschten Ungenauigkeiten bei der Positionierung und Verteilung des Fluids führen. Besonders problematisch ist es, wenn der Aktuator mit einem Wegmesssystem und einer Regelung versehen ist. Da die Regelung versucht, die Abweichung von der Sollposition zu korrigieren, ist der zeitliche Ablauf der Bewegung nicht verlässlich.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, bei Vorrichtungen der genannten Art mit einfachen Mitteln ein exakteres Dosieren zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß umfasst die elektronische Steuereinrichtung Mittel zum zeitlichen Synchronisieren der Bewegung des Aktuators einerseits sowie des Öffnens und Schließens des Dosierventils andererseits. Aufgrund der zeitlichen Synchronisierung ist es möglich, die Öffnungsvorgänge des Dosierventils exakt mit dem Bewegungsablauf des Aktuators abzustimmen. Dadurch wird eine verbesserte Kontrolle über den Dosierprozess erzielt und die Positionsgenauigkeit der aufgebrachten Fluidtropfen oder Fluidstrecken erhöht. Von Vorteil ist hierbei, dass eine zeitliche Synchronisierung relativ einfach zu bewerkstelligen ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass der Aktuator fortlaufend die Stellung seines Positionierkopfs an die Dosiersteuerung meldet.

Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.

Die elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, anhand der durch das zeitliche Synchronisieren erstellten einheitlichen Zeitachse eine feste Zuordnung zwischen der Bewegung des Aktuators einerseits sowie des Öffnens und Schließens des Dosierventils andererseits vorzunehmen. Insbesondere kann über die Betrachtung der Zeit eine räumliche Koordination zwischen der Aktuatorbewegung und der Ventilfunktion vorgenommen werden, vorzugsweise entlang der gesamten Dosierstrecke sowie in allen Phasen des Dosiervorgangs. Dadurch ergibt sich eine besonders exakte und reproduzierbare Dosierung. Insbesondere ist es möglich, alle Öffnungs- und Schließvorgänge des Dosierventils entlang der Zeitachse zu planen, also eine zeitbasierte Steuerung des Dosiersystems vorzusehen. Bei einer zeitbasierten Steuerung plant die Steuereinrichtung, wie weit der Aktuator in der nächsten Zeiteinheit fährt. Für das Dosierventil plant die Steuereinrichtung entlang dieses Wegstücks die einzelnen Ventilöffnungen. Eine Korrektur durch Verzögerung ist hierbei in einfacher Weise durch Verschieben der jeweiligen Zeiten relativ zueinander möglich. Eine solche zeitbasierte Steuerung ist wesentlich einfacher zu bewerkstelligen als eine Steuerung, die auf einem Abfragen von Positionen beruht bzw. bei der die Öffnungs- und Schließvorgänge des Dosierventils positionsabhängig angewiesen werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Dosierventil dazu ausgebildet ist, Einzeltropfen des Fluids abzugeben, wobei die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand der einheitlichen Zeitachse das Aufbringen von Einzeltropfen an fest vorgegebenen Dosierpositionen anzuweisen. Insbesondere kann das Dosierventil als so genanntes Jet-Ventil ausgeführt sein. Während herkömmlicher Weise den Positionen einzelner Tropfen bei der Dosierung entlang einer Dosierstrecke keine besondere Bedeutung beigemessen wird, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, die Positionen der einzelnen Tropfen über die einheitliche Zeitachse fest vorzugeben. Es wurde nämlich erkannt, dass auf diese Weise bedeutende Vorteile hinsichtlich der Fluidverteilung erzielbar sind.

Insbesondere kann die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine gleichmäßige Verteilung von Einzeltropfen über die Dosierstrecke anzuweisen. Dies ist möglich, weil aufgrund der zeitlichen Synchronisierung von Aktuatorbewegung und Ventilfunktion die Positionen aller Einzeltropfen exakt im Voraus planbar sind. Stellenweise Anhäufungen von Fluid werden bei einer gleichmäßigen Verteilung von Einzeltropfen über die Dosierstrecke ebenso vermieden wie Stellen mit fehlendem Fluidauftrag.

Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen als Eingangsgröße vorgegebenen räumlichen Abstand zwischen den Einzeltropfen unter Berücksichtigung der Streckenlänge der Dosierstrecke bedarfsweise derart zu strecken oder zu stauchen, dass sich eine gleichmäßige Verteilung ergibt. Über die einheitliche Zeitachse kann die Steuereinrichtung dafür sorgen, dass der gestreckte oder gestauchte Abstand eingehalten wird.

Die elektronische Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, beim Anweisen des Aufbringens von Einzeltropfen an fest vorgegebenen Dosierpositionen eine Dosierverzögerung zu berücksichtigen. Unter „Dosierverzögerung“ ist der zeitliche Versatz zwischen dem zur Ventilöffnung ausgegebenen Steuersignal und dem Auftreffen des entsprechenden Fluidtropfens auf die Objektoberfläche zu verstehen. Dieser zeitliche Versatz setzt sich im Wesentlichen aus dem Ventilöffnungszyklus - also der Öffnungszeit des Ventils und der Dauer der Schließflanke - und der Flugzeit des Tropfens zusammen. Beide Zeiten sind typischerweise für einen vorgegebenen Dosierprozess konstant. Für das Aufbringen einer gleichmäßigen Klebstofflinie sind beispielsweise Klebstofftropfen mit identischer Tropfengröße notwendig, das heißt der Ventilöffnungszyklus ist für diese Tropfen identisch. Auch der räumliche Abstand zwischen dem Dosierventil und der Objektoberfläche ist im Allgemeinen konstant. Falls innerhalb eines Dosierprozesses unterschiedliche Ventilöffnungszyklen oder räumliche Abstände notwendig sind, so sind diese im Allgemeinen fest und für jede Wiederholung des Dosierprozesses identisch. Sie können somit durch eine Verschiebung des für die Dosierung maßgeblichen Steuersignals in den entsprechenden Bereichen berücksichtigt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die elektronische Steuereinrichtung einen Steuerrechner umfasst, der ein einheitliches Zeitsignal erzeugt oder empfängt und dazu ausgebildet ist, anhand des einheitlichen Zeitsignals sowohl den Aktuator als auch das Dosierventil direkt anzusteuern. Bei dieser Ausgestaltung sind die Aktuatorsteuerung und die Ventilsteuerung inhärent zeitsynchronisiert.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Steuereinrichtung ein dem Aktuator zugeordnetes Aktuator-Steuergerät und ein dem Dosierventil zugeordnetes Dosierventil-Steuergerät, welche jeweilige Einzel-Zeitsignale erzeugen oder empfangen, wobei die elektronische Steuereinrichtung einen dem Aktuator-Steuergerät und dem Dosierventil-Steuergerät übergeordneten Steuerrechner umfasst, der dazu ausgebildet ist, die Einzel-Zeitsignale zu synchronisieren. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die zeitliche Synchronisierung über einen Abgleich der Zeitachsen der beiden Steuergeräte. Bei dem übergeordneten Steuerrechner kann es sich um einen Benutzerschnittstellen-Computer (HMI-Computer) handeln.

Der übergeordnete Steuerrechner kann dazu ausgebildet sein, das Synchronisieren der Einzel-Zeitsignale mittels eines synchronisierenden Netzwerkprotokolls, insbesondere mittels des Precision Time Protocols (PTP), durchzuführen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Implementierung.

Der übergeordnete Steuerrechner kann dazu ausgebildet sein, nach dem Synchronisieren der Einzel-Zeitsignale ein Startsignal für einen zeitgleichen Start jeweiliger Steuerprogramme im Aktuator-Steuergerät und im Dosierventil-Steuergerät auszugeben. Das Startsignal kann auf einem Steuerbefehl oder auf einer Triggerleitung beruhen.

Ferner kann der übergeordnete Steuerrechner dazu ausgebildet sein, den Ablauf der Steuerprogramme im Aktuator-Steuergerät und im Dosierventil-Steuergerät nach dem Ausgeben des Startsignals zumindest im Wesentlichen unbeeinflusst zu lassen. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend notwendig, dass der übergeordnete Steuerrechner nach dem Synchronisieren fortlaufend in die Steuerungen der einzelnen Systeme eingreift. Vielmehr kann bei bestimmten Anwendungen eine einmalige Synchronisierung in Verbindung mit einem gleichzeitigen Start hinsichtlich der gewünschten Dosiergenauigkeit ausreichend sein.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Bilderfassungseinrichtung zum Überwachen des Aufbringens von Fluid auf die Objektoberfläche umfasst und die elektronische Steuereinrichtung Mittel zum zeitlichen Synchronisieren der Funktion der Bilderfassungseinrichtung und der Bewegung des Aktuators und/oder des Öffnens und Schließens des Dosierventils umfasst. Bei Bedarf kann auch eine Lichtschranke, ein Transfersystem für Werkstückträger und/oder weitere Systemkomponenten in die zeitliche Synchronisierung einbezogen werden.

Vorzugsweise umfasst der Aktuator einen Roboter, insbesondere einen dreiachsigen Roboter.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, insbesondere mittels einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung, wobei ein Dosierventil mittels eines Aktuators entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke relativ zur Objektoberfläche bewegt und innerhalb der Dosierstrecke einmalig oder mehrfach für eine Fluidabgabe geöffnet wird.

Erfindungsgemäß wird die Bewegung des Aktuators mit dem Öffnen des Dosierventils zeitlich synchronisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche kann insbesondere Schritte umfassen, die den Merkmalen einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung entsprechen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Dosierverzögerung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche, welche ein Dosierventil, einen Aktuator zum Bewegen des Dosierventils relativ zur Objektoberfläche und eine elektronische Steuereinrichtung umfasst, insbesondere einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei

  1. (i) das Dosierventil in entgegengesetzten Richtungen je einmal entlang einer Probestrecke hin- und zurückbewegt wird und sowohl bei der Hinbewegung als auch bei der Rückbewegung ein jeweiliger Einzeltropfen auf die Objektoberfläche aufgebracht wird, wobei bei der Hinbewegung und bei der Rückbewegung jeweils mit einem vorgegebenen Zeitversatz relativ zur Streckenmitte der Probestrecke ein Öffnen des Dosierventils für die Abgabe des Einzeltropfens angewiesen wird,
  2. (ii) der Schritt (i) für mehrere Probestrecken an unterschiedlichen Stellen der Objektoberfläche mit jeweils unterschiedlichem Zeitversatz durchgeführt wird und
  3. (iii) der Zeitversatz derjenigen Probestrecke als Dosierverzögerung bestimmt wird, bei welcher der räumliche Abstand zwischen dem bei der Hinbewegung aufgebrachten Einzeltropfen und dem bei der Rückbewegung aufgebrachten Einzeltropfen am geringsten ist.

Dies ermöglicht auf einfache und zuverlässige Weise eine experimentelle Bestimmung der Dosierverzögerung, die dann bei einem Dosierverfahren berücksichtigt werden kann, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern.

Es können parallel zueinander verlaufende, vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandete, Probestrecken gewählt werden.

Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass die Positionen der bei der Hinbewegung aufgebrachten Einzeltropfen zu einer ersten Linie ergänzt werden, die Positionen der bei der Rückbewegung aufgebrachten Einzeltropfen zu einer zweiten Linie ergänzt werden und der Zeitversatz derjenigen Probestrecke als Dosierverzögerung bestimmt wird, die dem Kreuzungspunkt zwischen der ersten Linie und der zweiten Linie entspricht. Der Kreuzungspunkt kann besonders leicht und schnell, gewissermaßen „auf den ersten Blick“, ermittelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche.
  • 2 ist ein vereinfachtes Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche.
  • 3 ist ein Funktionsdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 ist eine Draufsicht auf eine Dosierstrecke einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche.
  • 5 ist eine weitere Draufsicht auf eine Dosierstrecke einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche.
  • 6 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Dosierverzögerung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche.
  • 7 ist eine Draufsicht auf eine Objektoberfläche, auf die gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren Fluidtropfen aufgebracht wurden.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 11 dient zum Aufbringen eines Fluids wie z. B. eines pastösen Klebstoffs auf eine Objektoberfläche und umfasst ein Dosierventil 15, das in grundsätzlich bekannter Weise an einem Aktuator 17 befestigt ist und durch eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators 17 relativ zur Oberfläche eines Werkstücks 19 bewegbar ist. Das Dosierventil 15 ist vorzugsweise als elektromechanisches Jet-Ventil ausgeführt und dazu ausgebildet, bei jedem Öffnungsvorgang einen Einzeltropfen 45 auf der Oberfläche des Werkstücks 19 abzusetzen. Eine in 1 nicht sichtbare elektronische Steuereinrichtung dient dazu, das Dosierventil 15 entlang einer vorgegebenen Dosierstrecke zu bewegen und innerhalb der Dosierstrecke für eine Fluidabgabe zu öffnen, wie nachfolgend genauer ausgeführt wird.

Um auf einfache Weise eine genaue räumliche Positionierung der von dem Dosierventil 15 abgegebenen Einzeltropfen 45 zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß die Bewegung des Aktuators 17 mit dem Öffnen des Dosierventils 15 zeitlich synchronisiert. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben wird.

Die in 2 gezeigte Steuereinrichtung 25 umfasst einen Steuerrechner 27, der sowohl die Schrittmotoren 29, 30, 31 der einzelnen Achsen des Aktuators 17 als auch das Treibermodul 33 für das Dosierventil 15 sowie gegebenenfalls eine Kamera 35 direkt ansteuert. Das heißt jeder einzelne Schritt der Schrittmotoren 29, 30, 31, jede einzelne Tropfendosierung und auch jede Bildaufnahme wird durch einen entsprechenden Steuerbefehl vom gemeinsamen Steuerrechner 27 ausgelöst. Dies ist insofern vorteilhaft, als die einzelnen Schritte der unterschiedlichen Komponenten genau aufeinander abgestimmt und synchronisiert sind. Aufgrund der direkten Ansteuerung durch den gemeinsamen Steuerrechner 27 sind die Aktuatorsteuerung und die Steuerung des Dosiersystems inhärent zeitsynchronisiert. Bei Bedarf kann der Steuerrechner 27 weitere Systemkomponenten wie zusätzliche Schrittmotoren und Kameras, zur Tropfenüberwachung oder Achsenkontrolle vorgesehene Lichtschranken und/oder ein Transfersystem für Werkstückträger direkt ansteuern.

Die in 3 gezeigte alternativ gestaltete Steuereinrichtung 25' ist insbesondere für Dosiersysteme geeignet, bei denen kein direkter Zugriff auf einzelne Motoren oder andere Hardware-Komponenten möglich ist. Dies ist beispielsweise bei Dosiersystemen der Fall, die aus Subsystemen unterschiedlicher Hersteller zusammengestellt sind und bei denen die Aktuatorsteuerung getrennt von der Steuerung des Dosiersystems erfolgt. Ein übergeordneter Computer 37 startet mittels eines Steuerbefehls oder über eine Triggerleitung den Ablauf einer vordefinierten Sequenz der einzelnen angeschlossenen Subsysteme. Sobald der Aktuator 17 das Startsignal erhalten hat, fährt er einen vorprogrammierten Weg ab, der sich aus einer Vielzahl von Einzelschritten der Schrittmotoren 29, 30, 31 der unterschiedlichen Achsen zusammensetzt. Dieser programmierte Ablauf ist in einem zugehörigen Aktuator-Steuergerät 39 gespeichert. Die einzelnen Schrittmotoren 29, 30, 31 werden von dem Aktuator-Steuergerät 39 mit einer festen Frequenz angesteuert, die vorzugsweise zwischen 10 kHz und 50 kHz liegt. Das bedeutet, dass die einzelnen Schritte und damit der komplette Weg, den der Aktuator 17 abfährt, auf einer festen Zeitachse erfolgen.

Auch die Steuerung des Dosierventils 15 mittels eines Dosierventil-Steuergeräts 41 und des Treibermoduls 33 erfolgt anhand einer festen Zeitachse. Ebenso erfolgt die Steuerung der Kamera 35 mittels eines Kamera-Steuergeräts 43 anhand einer festen Zeitachse.

Die Öffnungs- und Schließzeiten sowie die Dosierfrequenz des Dosierventils 15 können vorgegeben und nach einem vorprogrammierten Ablauf erfolgen. Der komplette Dosierprozess kann aus unterschiedlichen Sequenzen zusammengesetzt werden, die sich wiederum hinsichtlich der Öffnungszeit und/oder der Dosierfrequenz unterscheiden, aber auf einer festen Zeitachse abgearbeitet werden. Die zeitliche Synchronisation zwischen Roboterbewegung und Dosierung erfolgt über eine exakte Synchronisierung der Zeitachsen der einzelnen Systeme. Diese Zeitsynchronisierung wird durch den übergeordneten Computer 37 gesteuert und geregelt. Hierbei werden beispielsweise auf dem Fachgebiet bekannte, Ehternetbasierte Verfahren wie das Precision Time Protocol (PTP) verwendet, um die Zeitbasis der einzelnen Subsysteme 39, 41, 43 exakt zu synchronisieren.

Der Abläufe der einzelnen Subsysteme 39, 41, 43 werden bevorzugt vom übergeordneten Computer 37 zeitgleich gestartet. Die einzelnen Systeme können dann unabhängig voneinander ihren eigenen Ablauf abarbeiten, wobei aber eine synchronisierte Zeitachse zugrunde gelegt wird. Die erzielbare Genauigkeit der Zeitsynchronisation liegt unterhalb von 100 µs, was für viele Roboter- und Dosieranwendungen ausreichend ist.

Die zeitliche Synchronisation zwischen Aktuatorbewegung und Dosierung ermöglicht einen besonders gut planbaren und kontrollierbaren Dosierprozess. Bei fehlender zeitlicher Synchronisation zwischen Roboterbewegung und Dosierung kann es hingegen dazu kommen, dass die aufgebrachte Klebstoffkontur von der Vorgabe abweicht.

Insbesondere muss bei vielen Dosierprozessen wie in 4 und 5 gezeigt eine Dosierstrecke 46 in Form einer geschlossenen Kurve aufgebracht werden. Beispielsweise muss beim Verkleben von Kameralinsen ein Kreis oder beim Verkleben von Gehäusen ein Rechteck aufgetragen werden. Bei derartigen Prozessen kann es ohne zeitliche Synchronisierung von Roboterbewegung und Ventilöffnung zu inhomogenen Dosierergebnissen kommen, wie dies in 4 und 5 dargestellt ist. Entweder ist die Kreislinie unterbrochen (4) oder es kommt zu einer Klebstoffanhäufung 60 und damit zu einer Verbreiterung der Klebstoffkontur (5), weil sich Anfang und Ende des Dosierprozesses überlappen.

Bei einer integrierten und synchronisierten Steuerung von Roboterbewegung und Dosierung, wie dies z. B. mit den elektronischen Steuereinrichtungen 25, 25' gemäß 2 und 3 möglich ist, können diese Probleme vermieden werden. Hierzu ordnet der Steuerrechner 27 oder der übergeordnete Computer 37 die Einzeltropfen 45 derart entlang der geplanten Dosierstrecke 46 an, dass alle räumlichen Abstände zwischen benachbarten Einzeltropfen 45 identisch sind. Um dies zu erreichen, wird der ursprüngliche Abstand der Einzeltropfen 45 bedarfsweise gestreckt oder gestaucht. Dieser entlang der Dosierstrecke 46 geplante Dosierablauf wird dann auf die erwähnte feste Zeitachse umgerechnet. Der zeitliche Ablauf der Dosierung wird dann entweder als in Form von einzelnen Dosierungen direkt angewiesen oder der neu berechnete zeitliche Ablauf der Dosierung wird an die Dosiersteuerung übergeben.

Zusätzlich kann beim Dosierprozess auch die Dosierverzögerung, also der zeitliche Versatz zwischen dem für die Dosierung maßgeblichen Steuersignal und dem Auftreffen des Tropfens auf dem Werkstück 19, berücksichtigt werden. Durch zeitliche Verschiebung der entsprechenden Steuersignale um einen festen Wert ist eine Erhöhung der Dosierungsgenauigkeit möglich. Die Berücksichtigung der Dosierverzögerung ist sowohl mit einer wie in 2 gezeigten Steuereinrichtung 25 als auch mit einer wie in 3 gezeigten Steuereinrichtung 25' möglich.

Die Dosierverzögerung kann mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren, das einem unabhängigen Aspekt der Erfindung entspricht, auf einfache Weise experimentell bestimmt werden. Bei diesem Verfahren fährt der Aktuator 17 (1) die in 6 dargestellte Kurve ab, das heißt er führt ständige Richtungswechsel in einer ersten Richtung 57, z. B. entlang der X-Achse, und schrittweise eine Bewegung in einer dazu senkrechten zweiten Richtung 58, z. B. entlang der Y-Achse, aus. Während jeder Hinfahrt in der ersten Richtung 57 und während jeder Rückfahrt entgegen der ersten Richtung 57 erfolgt das Aufbringen jeweils eines Einzeltropfens 45 auf das Werkstück 19, bei dem es sich vorzugsweise um ein Testtarget oder ein Testwerkstück handelt. Die Dosierparameter wie z. B. der Ventilöffnungszyklus und der Dosierabstand entsprechen dabei dem geplanten tatsächlichen Dosierprozess. Der zeitliche Versatz zwischen der Bewegung des Aktuators 17 und dem Steuersignal für die Dosierung wird dabei zunächst zumindest im Wesentlichen auf Null gesetzt. Speziell erfolgt das Steuersignal für die Dosierung zunächst genau auf halber Wegstrecke, was in 6 durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Mit jedem Schritt in der zweiten Richtung 58 wird nun der zeitliche Versatz etwas vergrößert, das heißt das Steuersignal für die Dosierung wird mit jedem Schritt etwas früher abgegeben. Dies führt dazu, dass sich die Einzeltropfen 45 für die Hinbewegung und die Einzeltropfen 45 für die Rückbewegung mit jedem Schritt aneinander annähern und schließlich zusammenfallen. Dies ist gerade dann der Fall, wenn der zeitliche Versatz des Steuersignals der Dosierverzögerung entspricht. Wird der zeitliche Versatz noch weiter vergrößert, so wandern die Einzeltropfen 45 für die Hinbewegung und die Einzeltropfen 45 für die Rückbewegung wieder weiter auseinander. Es wird der Zeitversatz derjenigen Hin- und Rückbewegung in der ersten Richtung 57 als Dosierverzögerung bestimmt, bei welcher der Abstand zwischen dem bei der Hinbewegung aufgebrachten Einzeltropfen 45 und dem bei der Rückbewegung aufgebrachten Einzeltropfen 45 am geringsten ist.

Speziell ergibt sich das in 7 erkennbare X-förmige Muster 47, das aus zwei sich kreuzenden Linien 48, 49 zusammengesetzt ist. Die Lage des Kreuzungspunkts 50 der beiden Linien 48, 49 gibt gewissermaßen auf den ersten Blick denjenigen zeitlichen Versatz an, welcher der Dosierverzögerung entspricht. Dieser Wert kann in einer im Prinzip beliebigen berührungslos auftragenden Dosiervorrichtung zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

11
Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Objektoberfläche
15
Dosierventil
17
Aktuator
19
Werkstück
25, 25'
elektronische Steuereinrichtung
27
Steuerrechner
29, 30, 31
Schrittmotor
33
Treibermodul
35
Kamera
37
übergeordneter Computer
39
Aktuator-Steuergerät
41
Dosierventil-Steuergerät
43
Kamera-Steuergerät
45
Einzeltropfen
46
Dosierstrecke
47
Muster
48, 49
Linie
50
Kreuzungspunkt
57
erste Richtung
58
zweite Richtung
60
Klebstoffanhäufung