Title:
Verfahren und Lackiersystem zum Lackieren eines Werkstücks mit einem Zerstäuber
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Bei einem Verfahren zum Lackieren eines Werkstücks (24) richtet eine Applikationseinrichtung (26a, 26b) mit einem Zerstäuber (32a, 32b) einen Sprühstrahl (34) auf das Werkstück (24), dessen Sprühstrahlgeometrie von der Applikationseinrichtung veränderbar ist. Eine Kamera (36; 36a, 36b) nimmt ein Bild (34') des Sprühstrahls (34) auf. Eine Bildverarbeitungseinrichtung (38) erfasst Abweichungen zwischen dem auf dem Bild (34') aufgenommenen Sprühstrahl (34) und einem Soll-Sprühstrahl. Eine Steuerungseinrichtung (40) steuert die Applikationseinrichtung (26a, 26b) in Abhängigkeit von den von der Bildverarbeitungseinrichtung (38) erfassten Abweichungen. embedded image





Inventors:
Maier, Oliver (71083, Herrenberg, DE)
Application Number:
DE102017103007A
Publication Date:
08/16/2018
Filing Date:
02/15/2017
Assignee:
EISENMANN SE, 71032 (DE)
International Classes:
B05D1/02; B05B12/00; B05B15/00
Domestic Patent References:
DE102007018877B4N/A
DE19847258B4N/A
Attorney, Agent or Firm:
Ostertag & Partner, Patentanwälte mbB, 70597, Stuttgart, DE
Claims:
Verfahren zum Lackieren eines Werkstücks (24) mit folgenden Schritten:
a) eine Applikationseinrichtung (26a, 26b) richtet mit einem Zerstäuber (32a, 32b) einen Sprühstrahl (34) auf das Werkstück (24), dessen Sprühstrahlgeometrie von der Applikationseinrichtung veränderbar ist;
b) eine Kamera (36; 36a, 36b) nimmt ein Bild (34') des Sprühstrahls (34) auf;
c) eine Bildverarbeitungseinrichtung (38) erfasst Abweichungen zwischen dem auf dem Bild (34') aufgenommenen Sprühstrahl (34) und einem Soll-Sprühstrahl;
d) eine Steuerungseinrichtung (40) steuert die Applikationseinrichtung (26a, 26b) in Abhängigkeit von den von der Bildverarbeitungseinrichtung (38) erfassten Abweichungen.

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während des Schritts b) eine optische Achse (48) der Kamera (36) zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (46) des Zerstäubers (32a, 32b) ausgerichtet ist.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem während des Schritts b) die Lackierung des Werkstücks (24) unterbrochen wird.

Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Zerstäuber (32a, 32b) während des Schritts b) ein Testobjekt (44) lackiert.

Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Schritt b) zumindest dann durchgeführt wird, wenn eine Eigenschaft des Soll-Sprühstrahls geändert wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bildverarbeitungseinrichtung (38) wenigstens ein Merkmal die Sprühstrahlgeometrie bestimmt, wobei das Merkmal der Sprühstrahlgeometrie ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Breite (B) des Sprühstrahls (34) in einem vorgegebenen Abstand (A) von dem Zerstäuber (32a, 32b),
maximaler Winkel (α) des Sprühstrahls beim Austritt aus dem Zerstäuber (32a, 32b) bezüglich einer Längsachse (46) des Zerstäubers (32a, 32b),
Dichteverteilung des Sprühstrahls (34),
Form der Außenkontur des Sprühstrahls (34), sowie
zeitliche Veränderungen eines der vorstehenden Merkmale.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bildverarbeitungseinrichtung (38) das aufgenommene Bild (34') des Sprühstrahls (34) einer Kantenfilterung unterwirft.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung in Schritt d) mindestens einen der folgenden Steuerungsparameter der Applikationseinrichtung (26a, 26b) verändert:
Druck einer von dem Zerstäuber (32a, 32b) abgegebenen Lenkluft,
Volumenstrom des dem Zerstäuber zugeführten Lacks,
Temperatur des dem Zerstäuber zugeführten Lacks.

Lackiersystem zum Lackieren eines Werkstücks (24), mit
einer Applikationseinrichtung (26a, 26b), die dazu eingerichtet ist, mit einem Zerstäuber (32a, 32b) einen Sprühstrahl (34) auf das Werkstück (24) zu richten, dessen Sprühstrahlgeometrie von der Applikationseinrichtung (26a, 26b) veränderbar ist,
einer Kamera (36a, 36b) , die dazu eingerichtet ist, ein Bild des Sprühstrahls (34) aufzunehmen,
einer Bildverarbeitungseinrichtung (38), die dazu eingerichtet ist, Abweichungen zwischen dem auf dem Bild (34') aufgenommenen Sprühstrahl (34) und einem Soll-Sprühstrahl zu erfassen;
eine Steuerungseinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, die Applikationseinrichtung (26a, 26b) in Abhängigkeit von den von der Bildverarbeitungseinrichtung (38) erfassten Abweichungen zu steuern.

Lackiersystem nach Anspruch 9, bei dem die Bildverarbeitungseinrichtung (38) dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Merkmal der Sprühstrahlgeometrie zu bestimmen, wobei das Merkmal der Sprühstrahlgeometrie ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Breite (B) des Sprühstrahls (34) in einem vorgegebenen Abstand (A) von dem Zerstäuber,
maximaler Winkel (α) des Sprühstrahls (34) beim Austritt aus dem Zerstäuber (32a, 32b) bezüglich einer Längsachse (46) des Zerstäubers,
Dichteverteilung des Sprühstrahls (34),
Form der Außenkontur des Sprühstrahls (34), sowie
zeitliche Veränderungen eines der vorstehenden Merkmale.

Lackiersystem nach Anspruch 9 oder 10, bei der eine optische Achse (48) der Kamera (36) zumindest im Wesentlich senkrecht zu einer Längsachse des Zerstäubers (32a, 32b) ausgerichtet ist.

Lackiersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11 mit einer Lackierkabine (12), in welcher der Zerstäuber (32a, 32b) angeordnet ist, wobei die Kamera (36a, 36b) außerhalb der Lackierkabine (12) angeordnet ist.

Lackiersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Steuereinrichtung (40) in Schritt d) dazu eingerichtet ist, mindestens einen der folgenden Steuerungsparameter der die Applikationseinrichtung (26a, 26b) zu verändern:
Druck einer von dem Zerstäuber (32a, 32b) abgegebenen Lenkluft,
Volumenstrom des von dem Zerstäuber (32a, 32b) abgegebenen Lacks,
Temperatur des dem Zerstäuber (32a, 32b) zugeführten Lacks.

Description:
HINTERGRUND DER ERFINDUNGGebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Lackiersystem zum Lackieren eines Werkstücks mit einem Zerstäuber. Die Erfindung betrifft insbesondere das Problem, den vom Zerstäuber erzeugten Sprühstrahl zu optimieren mit dem Ziel, die Lackierqualität zu verbessern und die Menge des verbrauchten Lacks und des Oversprays zu minimieren.

Beschreibung des Standes der Technik

Zum automatischen Lackieren von Fahrzeugkarosserien, Gehäuseteilen oder anderen Werkstücken werden in der Regel Applikationseinrichtungen verwendet, die einen Roboter und einen von einem beweglichen Arm des Roboters getragenen Zerstäuber aufweisen. Der Zerstäuber erzeugt einen Sprühstrahl aus Lack, der auf das Werkstück gerichtet wird. Mit Hilfe des Roboters wird der Zerstäuber entlang einer vorgegebenen Bahn so über das Werkstück geführt, dass der Sprühstrahl die zu lackierenden Teile des Werkstücks überstreicht und gleichmäßig mit Lack beschichtet.

Im Stand der Technik bekannt sind hydraulische Zerstäuber, bei denen der Lack mit hohem Druck durch eine Düse gedrückt wird. Während des Austritts aus der Düse entstehen turbulente Strömungen, durch die der Lack in einzelne kleine Tröpfchen zerfällt. Bei pneumatischen Zerstäubern wird der Lack mithilfe eines Treibgases beschleunigt und aus einer Düse gedrückt. Bekannt sind auch Zerstäuber, bei denen der Lack mithilfe eines elektrischen Feldes beschleunigt wird, um schließlich aus einer Düse auszutreten.

Am verbreitetsten sind Rotationszerstäuber, bei denen der Lack auf eine sich sehr schnell drehende Scheibe, die häufig auch als Glockenteller bezeichnet wird, geleitet wird. Infolge der dabei wirkenden Zentrifugalkraft wird der Lack nach außen hin beschleunigt und reißt an der Kante des Glockentellers ab. Der Lackfilm wird dadurch in feine Tröpfchen zerteilt.

Da der Lack radial nach außen weggeschleudert wird, tritt am Zerstäuber zusätzlich unter Druck stehende Lenkluft aus. Diese reißt die Lackpartikel mit und lenkt sie so um, dass ein axial nach vorne gerichteter Sprühstrahl gebildet wird. Unter Lenkluft wird dabei jede Luftströmung verstanden, die aus dem Zerstäuber austritt. Bei einigen Zerstäubern treten unterschiedliche Luftströmungen aus dem Zerstäuber aus, die unabhängig voneinander mithilfe spezieller Ringe oder Kappen beeinflusst werden können.

Trotz der Strahlformung mit Lenkluft lagern sich beim Lackieren mithilfe von Zerstäubern üblicherweise nicht alle Lackpartikel auf dem Werkstück ab. Derjenige Teil des Lacks, der sich nicht dauerhaft auf dem Werkstück absetzt, wird als Overspray bezeichnet. Üblicherweise findet der Lackiervorgang in einer Lackierkabine statt, in der ein Luftstrom erzeugt wird. Der Luftstrom nimmt den Overspray mit und leitet ihn einer Abscheideeinrichtung zu.

Da die Erzeugung des Luftstroms und die Abscheidung hohe Kosten verursachen und sich bei der Abscheidung auch nur ein Teil des Oversprays wiedergewinnen lässt, stellt die Minimierung des Oversprays ein wichtiges Ziel bei der automatischen Lackierung von Werkstücken mit Zerstäubern dar.

Zusätzlich zur Strahlformung mit Lenkluft wird zur Minimierung des Oversprays der Lack vor der Zerstäubung häufig elektrostatisch aufgeladen. Durch Anlegen einer Spannung an das Werkstück lässt sich erreichen, dass dieses die elektrisch geladenen Lackpartikel elektrostatisch anzieht. Auf diese Weise bleibt ein größerer Anteil der Lackpartikel auf dem Werkstück haften.

Beim automatischen Lackieren von Werkstücken besteht das Problem, dass bei der Festlegung der Relativbewegung und des Abstands zwischen dem Zerstäuber und dem Werkstück eine definierte Sprühstrahlgeometrie unterstellt wird. Die Sprühstrahlgeometrie lässt sich durch mehrere Merkmale parametrisieren. Dazu gehören insbesondere die Breite des Sprühstrahls in einem vorgegebenen Abstand von dem Zerstäuber, der maximale Winkel des Sprühstrahls beim Austritt aus dem Zerstäuber bezüglich einer Längsachse des Zerstäubers, die Dichteverteilung des Sprühstrahls, die Außenkontur des Sprühstrahls sowie zeitliche Veränderungen eines der vorgenannten Merkmale. Verändert sich nach einem Lackwechsel, zwischen aufeinander folgenden Lackiervorgängen mit dem gleichen Lack oder auch innerhalb eines einzelnen Lackiervorgangs die Sprühstrahlgeometrie, so kann dies dazu führen, dass Lackierfehler auftreten. Ein solcher Lackierfehler schlägt sich in der Regel darin nieder, dass der Lack nicht gleichmäßig mit der gewünschten Dicke auf das Werkstück aufgetragen wurde. Häufig muss das Werkstück in einem solchen Fall aufwendig nachbearbeitet werden; unter Umständen ist aus Kostengründen eine Aussonderung des Werkstücks günstiger.

Bislang versucht man die Einhaltung einer gewünschten Sprühstrahlgeometrie dadurch zu gewährleisten, dass ein erfahrener Facharbeiter bei jedem Lackwechsel oder auch zwischen einzelnen Lackiervorgängen die Geometrie des Sprühstrahls visuell überprüft. Hierzu richtet der Facharbeiter den Sprühstrahl bei günstigen Lichtverhältnissen auf ein Testobjekt und verändert die Steuerungsparameter der Applikationseinrichtung so lange, bis sich die gewünschte Sprühstrahlgeometrie einstellt. Diese visuelle Überprüfung erfordert jedoch sehr viel Erfahrung, benötigt relativ viel Zeit und führt nicht immer zu reproduzierbaren Ergebnissen. Außerdem wird während der Überprüfung Lack verbraucht und Overspray erzeugt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Lackiersystem zum Lackieren von Werkstücken anzugeben, mit dem sich eine gewünschte Geometrie des Sprühstrahls besonders rasch einstellen lässt.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Lackieren eines Werkstücks gelöst, dass die folgenden Schritte aufweist:

  1. a) eine Applikationseinrichtung richtet mit einem Zerstäuber einen Sprühstrahl auf das Werkstück, dessen Sprühstrahlgeometrie von der Applikationseinrichtung veränderbar ist;
  2. b) eine Kamera nimmt ein Bild des Sprühstrahls auf;
  3. c) eine Bildverarbeitungseinrichtung erfasst Abweichungen zwischen dem auf dem Bild aufgenommenen Sprühstrahl und einem Soll-Sprühstrahl;
  4. d) eine Steuerungseinrichtung steuert die Applikationseinrichtung in Abhängigkeit von den von der Bildverarbeitungseinrichtung erfassten Abweichungen.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die visuell von einem Facharbeiter durchgeführte Überprüfung der Sprühstrahlgeometrie zu automatisieren. Die elektronische Verarbeitung eines mit einer Kamera vom Sprühstrahl aufgenommenen Bildes ermöglicht es, Merkmale des Sprühstrahls so zu quantifizieren, dass sich auf der Grundlage der dadurch gewonnenen Informationen die Geometrie des Sprühstrahls durch eine geeignete Steuerung der Applikationseinrichtung an die Soll-Geometrie annähern lässt. Die Einstellung einer gewünschten Sprühstrahlgeometrie wird somit einer Regelung zugänglich, die zu einer gleichbleibenden und von veränderlichen Lackparametern unabhängigen Erzeugung einer definierten Sprühstrahlgeometrie führt.

Weil eine solche Regelung automatisiert in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann, verkürzen sich die Totzeiten bei Lackwechseln. Gerade in modernen Produktionslinien, bei denen Lackwechsel sehr häufig durchgeführt werden, lässt sich dadurch eine bedeutsame Erhöhung der Produktivität erreichen. Außerdem wird für die Einstellung der gewünschten Sprühstrahlgeometrie weniger Lack verbraucht und weniger Overspray erzeugt.

Da eine solche Regelung auch während eines Lackiervorgangs oder zwischen aufeinander folgenden Lackiervorgängen mit dem gleichen Lack durchgeführt werden kann, lässt sich mit der Erfindung die Lackierqualität verbessern und der Aufwand für Nachbearbeitungen verringern.

Versuche haben ergeben, dass während der Aufnahme des Bildes des Sprühstrahls in Schritt b) eine optische Achse der Kamera zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Zerstäubers ausgerichtet sein sollte. Die Geometrie des Sprühstrahls lässt sich dann leichter erfassen, da geometrische Verzerrungen minimiert werden. Grundsätzlich ist aber auch eine Aufnahme eines Bildes aus schräger Perspektive möglich. Die Bildauswertung ist dann allerdings wegen den geometrischen Verzerrungen aufwendiger.

Unter der Längsachse des Zerstäubers wird in diesem Zusammenhang eine Achse verstanden, die mit einer Symmetrieachse des Sprühstrahls fluchtet. Im Allgemeinen handelt es sich bei der Längsachse um eine Symmetrieachse der Austrittsdüse des Zerstäubers. Bei Rotationszerstäubern wird die Längsachse durch die Rotationsachse des Glockentellers definiert.

Im Prinzip kann das Bild des Sprühstrahls aufgenommen werden, während dieser auf das Werkstück gerichtet ist. Vor allem dann, wenn eine Regelung der Sprühstrahlgeometrie während eines Lackiervorgangs durchgeführt wird, ist dies in der Regel zu bevorzugen. Allerdings kann die Oberfläche des Werkstücks die Form des Sprühstrahls beeinflussen. Deswegen ist es zumindest dann, wenn nur in größeren Zeitabständen die Sprühstrahlgeometrie in der erfindungsgemäßen Weise überprüft wird, in der Regel günstiger, wenn während der Aufnahme des Bildes in Schritt b) die Lackierung des Werkstücks unterbrochen wird.

Während einer solchen Unterbrechung kann der Zerstäuber während der Aufnahme des Bildes in Schritt b) ein Testobjekt, z. B. eine Platte, lackieren. Dadurch werden Verhältnisse geschaffen, die einem realen Lackiervorgang möglichst nahe kommen, aber trotzdem exakt reproduzierbar sind. In Betracht kommt dabei, die lackierte Fläche des Testobjekts durch die gleiche oder eine andere Kamera zusätzlich zu erfassen. Dann kann auch das dort erzielte Lackierergebnis zur Beurteilung bestimmter Parameter des Sprühstrahls, z. B. der Dichteverteilung, herangezogen werden.

Außerdem ist es möglich, als Testobjekt eine Fläche in einer Reinigungsbox zu verwenden. Eine solche Reinigungsbox wird von dem Zerstäuber angefahren, um einen Reinigungsvorgang durchzuführen, der im Rahmen eines Lackwechsels erforderlich ist.

Um eines der oben genannten Merkmale der Sprühstrahlgeometrie zu erfassen, kann die Bildverarbeitungseinrichtung das aufgenommene Bild des Sprühstrahls einer Kantenfilterung unterwerfen. Durch Bestimmen der Außenkante des Sprühstrahls lassen sich besonders wichtige Merkmale der Sprühstrahlgeometrie bestimmen, darunter die Breite des Sprühstrahls in einem vorgegebenen Abstand von dem Zerstäuber, der maximale Winkel des Sprühstrahls beim Austritt aus dem Zerstäuber bzgl. einer Längsachse des Zerstäubers und die Form der Außenkontur des Sprühstrahls.

Wenn mehrere Bilder des Sprühstrahls aufgenommen werden, lassen sich auch zeitliche Veränderungen dieser Merkmale ermitteln. In Betracht kommt deswegen auch, die für die Aufnahme der Bilder verwendete Kamera in einem Videomodus zu benutzen, in dem mehrere Bilder pro Sekunde aufgenommen werden.

Wenn der Zerstäuber ein Rotationszerstäuber ist, kann die Steuereinrichtung in Schritt d) mindestens einen der folgenden Steuerungsparameter der Applikationseinrichtung verändern: Druck einer von dem Rotationszerstäuber abgegebenen Lenkluft, Drehzahl des Rotationszerstäubers, Volumenstrom und Temperatur des dem Zerstäuber zugeführten Lacks. Diese Steuerungsparameter haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Geometrie des Sprühstrahls und sind deswegen dazu geeignet, die Sprühstrahlgeometrie zu beeinflussen, um Abweichungen von einer Sollgeometrie zu minimieren.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Lackiersystem zum Lackieren eines Werkstücks mit einer Applikationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, mit einem Zerstäuber einen Sprühstrahl auf das Werkstück zu richten, dessen Sprühstrahlgeometrie von der Applikationseinrichtung veränderbar ist. Eine Kamera ist dazu eingerichtet, ein Bild des Sprühstrahls aufzunehmen. Eine Bildverarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, Abweichungen zwischen dem auf dem Bild aufgenommenen Sprühstrahl und einem Soll-Sprühstrahl zu erfassen. Eine Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Applikationseinrichtung in Abhängigkeit von den von der Bildverarbeitungseinrichtung erfassten Abweichungen zu steuern.

Wegen der mit dem erfindungsgemäßen Lackiersystem erzielten Vorteile wird auf die obigen Ausführungen zum Verfahren verwiesen.

Um eine Verschmutzung der Kamera mit Overspray zu verhindern, kann die Kamera außerhalb einer Lackierkabine angeordnet sein. Alternativ hierzu kommt in Betracht, die Kamera innerhalb der Lackierkabine anzuordnen. Bevorzugt ist dann eine Position im oberen Bereich der Lackierkabine, in dem sich weniger Overspray befindet. Falls die Kamera im unteren Bereich des Lackierkabine angeordnet werden soll, können zusätzliche Reinigungsvorrichtungen, zum Beispiel ein Luftschleier oder eine Flüssigkeitsreinigung, vorgesehen sein, um eine Verschmutzung der Kameraoptik mit Overspray zu verhindern. Auch eine Anordnung der Kamera auf einem beweglichen Arm eines Roboters, der den Zerstäuber trägt, kann bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein.

Figurenliste

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lackiersystems, wobei nur ein Teil der Lackierkabine dargestellt ist;
  • 2 eine schematische Darstellung wichtiger Komponente des erfindungsgemäßen Lackiersystems;
  • 3 eine schematische Darstellung, wie eine Kamera ein Bild von einem Sprühstrahl aufnimmt, der auf ein Testobjekt gerichtet wird;
  • 4a bis 4d ein von der Kamera aufgenommenes Bild in unterschiedlichen Stufen der Bildverarbeitung.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Lackiersystem perspektivisch dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Zum Lackiersystem 10 gehört eine rundum geschlossene Lackierkabine 12, von welcher der besseren Übersicht halber nur einige Teile dargestellt sind. Die Lackierkabine 12 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Bodenbereich 14, vier Seitenwände 16, von denen in der 1 nur zwei dargestellt sind, sowie eine ebenfalls nicht dargestellte Decke. Die links dargestellte Seitenwand 16 ist mit einem Fenster 18 versehen, das den Blick in einen Innenraum 20 der Lackierkabine 12 freigibt. Die Lackierkabine 12 steht auf einer Bodenkonstruktion 20, wie dies an und für sich im Stand der Technik bekannt ist.

Der Bodenbereich 14 der Lackierkabine 12 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein bei 22 angedeutetes Fördersystem, auf dem Werkstücke - hier Fahrzeugkarosserien 24 - entlang einer Förderrichtung gefördert werden können. Die Fahrzeugkarosserien 24 werden mit Hilfe des Fördersystems 22 durch Rolltore oder andere verschließbare Öffnungen vor dem Lackieren in die Lackierkabine 12 eingeschleust und nach beendeter Lackierung wieder aus der Lackierkabine 12 ausgeschleust.

Zu beiden Seiten des Fördersystems 22 sind in der Lackierkabine 12 Applikationseinrichtungen 26a, 26b angeordnet. Zu jeder Applikationseinrichtung 26a, 26b gehört ein Roboter 28a bzw. 28b, der jeweils einen beweglichen Roboterarm 30a bzw. 30b hat. Jeder Roboterarm 30a, 30b trägt einen Rotationszerstäuber 32a, 32b, dem über nicht dargestellte Leitungen flüssiger Lack und Druckluft zugeführt werden. Die Lack- und Druckluftversorgung ist Teil der Applikationseinrichtungen 26a, 26b und kann zumindest teilweise auch außerhalb der Lackierkabine 12 angeordnet sein.

Bei dem Lack kann es sich zum Beispiel um einen Basislack handeln, der für die Farbgebung der Karosserie verantwortlich ist, oder um einen Klarlack, der den zuvor aufgetragenen Basislack vor UV-Strahlung schützt und für den Glanz der Fahrzeugkarosserien 24 sorgt. Die verwendeten Lacke unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer Transparenz und Farbe, sondern auch bezüglich ihrer Viskosität und Oberflächenspannung. Die Geometrie des Sprühstrahls 34, der von den Rotationszerstäubern 32a, 32b erzeugt wird, hängt deswegen von der Art des aufzutragenden Lacks ab. Da auch die Temperatur des Lacks dessen Viskosität und Oberflächenspannung beeinflusst, kann die Geometrie des Sprühstrahls 34 und damit auch das Lackierergebnis selbst dann variieren, wenn ein und derselbe Lack aufgetragen wird.

Zum Lackieren der Fahrzeugkarosserie 24 bewegen die Roboterarme 30a, 30b die darin befestigten Rotationszerstäuber 32a, 32b rasch entlang vorgegebener Bahnen über die Fahrzeugkarosserien 24. Der von den Rotationszerstäubern 32a, 32b erzeugte Sprühstrahl 34 überstreicht dabei in einem vorgegebenen Abstand die Oberfläche der Fahrzeugkarosserie 24, so dass sich die Lackpartikel darauf absetzen können. Um die Haftung der Lackpartikel zu verbessern, kann man die Lackpartikel elektrisch aufladen und die Fahrzeugkarosserie 24 erden, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.

Das insoweit bekannte Lackiersystem 10 unterscheidet sich von herkömmlichen Systemen dadurch, dass der Lackiervorgang durch eine erste Kamera 36a und eine zweite Kamera 36b überwacht wird. Die erste Kamera 36a ist außerhalb der Lackierkabine 12 befestigt und nimmt Bilder des Lackiervorgangs durch das Fenster 18 hindurch auf. Die zweite Kamera 36b ist innerhalb der Lackierkabine 12 befestigt und kann zum Schutz vor Overspray mit einer zusätzlichen Schutzeinrichtung ausgestattet sein (nicht dargestellt). Bei den Kameras 36a, 36b handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um normale Kameras, die Bilder im sichtbaren Wellenlängenspektrum aufnehmen.

Die 2 zeigt wichtige Komponenten des erfindungsgemäßen Lackiersystems 10 in einer schematischen Darstellung. Oben dargestellt ist die erste Kamera 36a, die über eine Signalleitung mit einer Bildverarbeitungseinrichtung 38 verbunden ist, die ebenfalls Teil des Lackiersystems 10 ist. Die Bildverarbeitungseinrichtung 38 ist über eine weitere Signalleitung mit einer Steuereinrichtung 40 für die Applikationseinrichtung 26a verbunden. In der 2 sind die Bildverarbeitungseinrichtung 38 und die Steuereinrichtung 40 als getrennte Baueinheiten dargestellt. Selbstverständlich können diese Einrichtungen auch räumlich zusammengefasst und insbesondere als unterschiedliche Module eines Computerprogramms realisiert sein, das auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird.

In der 2 wird unterstellt, dass die erste Kamera 36a während des laufenden Lackiervorgangs - wie rechts oben in der 2 dargestellt ist - Bilder des Sprühstrahls 34 aufnimmt. Diese Bilder werden von der Bildverarbeitungseinrichtung 38 verarbeitet und mit einem Soll-Sprühstrahl verglichen. Da die Stellung des Roboterarms 30a und damit die Position des Rotationszerstäubers 36a zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, kann die perspektivische Verzerrung, die durch die schräge Beobachtung des Sprühstrahls 34 durch die erste Kamera 36a eintritt, in der Bildverarbeitungseinrichtung 38 herausgerechnet werden. Das Ergebnis ist ein entzerrtes Bild 34' des Sprühstrahls 34, wie es in der 2 beispielhaft auf einem Bildschirm 42 der Bildverarbeitungseinrichtung 38 dargestellt ist.

Das Bild 34' des Sprühstrahls 34 kann nun mit geeigneten Bildverarbeitungsalgorithmen bearbeitet und geometrisch analysiert werden. Die daraus abgeleiteten geometrischen Parameter werden in der Bildverarbeitungseinrichtung 38 mit Soll-Parametern eines Soll-Sprühstrahls verglichen. Übersteigen die Abweichungen zwischen den von der Kamera 36a erfassten Geometrie und der gewünschten Geometrie des Sprühstrahls vorgegebene Toleranzen, so berechnet ein Steuerungsalgorithmus der Steuerungseinrichtung 40 hieraus Steuerungsbefehle für die Applikationseinrichtung 26a, um die Abweichungen zu minimieren. Hierzu kann die Steuereinrichtung 40 insbesondere auf den Druck einwirken, mit dem Lenkluft von dem Rotationszerstäuber 32a ausstritt, auf den Druck und damit den Volumenstrom des von dem Rotationszerstäuber 32a abgegebenen Lacks und/oder auf die Temperatur des dem Rotationszerstäuber 32a zugeführten Lacks. In Betracht kommt außerdem, die Bewegungsbahn des Roboterarms 30a abzuändern, um auf diese Weise den Abstand zwischen den Rotationszerstäuber 32a und der Oberfläche der Fahrzeugkarosserie 24 anzupassen.

Anstatt den Sprühstrahl 34 zu erfassen, während er auf die Fahrzeugkarosserie 24 gerichtet wird, kann eine kameragestützte Bestimmung der Sprühstrahlgeometrie auch unter besser reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden, wie dies die 3 illustriert. Dort wird der Sprühstrahl 34 auf ein Testobjekt 44 gerichtet, bei dem es sich im einfachsten Fall um eine Platte handelt. Die Rotationsachse 46 des Rotationszerstäubers 32a wird dabei mit Hilfe des Roboterarms 30a so ausgerichtet, dass sie senkrecht zur planen Oberfläche des Testobjekts 44 verläuft. In der Nähe des Testobjekts 44 befindet sich eine fest angeordnete Kamera 36, deren optische Achse 48 parallel zur Oberfläche des Testobjekts 44 und senkrecht zur Rotationsachse 46 des Rotationszerstäubers 32a verläuft. Eine bei 50 angedeutete Lichtquelle ist so ausgerichtet, dass ihre Hauptemissionsrichtung senkrecht sowohl zur Rotationsachse 46 als auch zur optischen Achse 48 verläuft.

Versuche haben ergeben, dass sich unter diesen definierten Bedingungen die Geometrie des Sprühstrahls 34 besonders präzise mit Hilfe der Kamera 36 erfassen lässt. Durch die Beleuchtung des Sprühstrahls 34 mithilfe der Lichtquelle 50 quer zur optischen Achse 48 der Kamera 36 lassen sich die Lackpartikel gut erkennen. Unterstützt wird die Unterscheidbarkeit der Lackpartikel, wenn sich auf einer der Kamera 36 gegenüberliegenden Seite ein Schirm 52 befindet, der möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird.

In der 3 eingezeichnet sind wichtige geometrische Merkmale des Sprühstrahls 34, die sich aus dem mit Hilfe der Kamera 36 aufgenommenen Bild ableiten lassen. Eingezeichnet ist die Breite B des Sprühstrahls 34 im Abstand A von dem Rotationszerstäuber 32a sowie der Öffnungswinkel α des Sprühstrahls direkt am Glockenteller 54 des Rotationszerstäubers 32a.

Die 4a bis 4d zeigen ein Bild des Sprühstrahls 34 in unterschiedlichen Bildverarbeitungsstufen. In der 4a ist ein Binärbild dargestellt, das aus dem aufgenommenen Farbbild durch Anwenden eines einfachen Filteralgorithmus erhalten wurde. Hierzu wird das Farbbild zunächst in ein Graustufenbild umgewandelt. Je nachdem, ob der Grauwert dann ober- oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt, erhält ein Pixel die Farbe weiß oder schwarz.

In der 4b werden störende Pixel entfernt, die nicht dem Sprühstrahl zugehören. Der Algorithmus entfernt hierzu alle Objekte, deren Größe unterhalb eines Schwellenwertes liegen. Dadurch wird gleichzeitig Bildrauschen entfernt und die Außenkontur des Sprühstrahls 34 geglättet.

Mit einem weiteren Algorithmus werden größere Objekte, die nicht dem Sprühstrahl zugehören, entfernt, wodurch das in der 4c dargestellte Bild des Sprühstrahls erhalten wird.

Anschließend wird ein Kantendetektionsalgorithmus eingesetzt, um die Kontur des Sprühstrahls zu erhalten, wie sie in der 4d dargestellt ist. Mithilfe an sich bekannter Algorithmen können nun aus der Außenkontur des Sprühstrahls die in der 3 eingezeichneten Merkmale der Sprühstrahlgeometrie abgeleitet und mit Sollwerten verglichen werden. Die Sollwerte können beispielsweise aus bereits aufgenommenen Bildern eines Sprühstrahls abgeleitet werden, der zu einem guten Lackierergebnis für das betreffende Werkstück geführt hat. Alternativ hierzu können die Sollwerte aus funktionalen Zusammenhängen bestimmt werden, die z. B. in Form von Tabellen vorliegen und auf Erfahrungswerten beruhen, die über einen längeren Zeitraum gewonnen wurden. Solche Erfahrungswerte können auch in ein Expertensystem einfließen, das dann geeignete Sollwerte ausgibt.

Nachdem dieser Abgleich durchgeführt wurde, bringt der Roboterarm 30a den Rotationszerstäuber 32a wieder in die richtige Bearbeitungsposition gegenüber der Fahrzeugkarosserie 24. Falls die festgestellten Abweichungen zwischen dem aufgenommenen Sprühstrahl und dem Soll-Sprühstrahl untolerierbar groß sind, wird der Lackiervorgang mit veränderten Steuerungsparametern fortgesetzt.

Das Lackiersystem 10 kann so gesteuert werden, dass die vorstehend geschilderte Überprüfung der Sprühstrahlgeometrie immer dann durchgeführt wird, wenn eine Eigenschaft des Soll-Sprühstrahls geändert werden soll. Zu den Eigenschaften des Soll-Sprühstrahls zählen neben seiner Geometrie auch der verwendete Lack. Deswegen erfolgt die Überprüfung typischerweise nach jedem Farbwechsel und nach jedem Wechsel des Werkstücktyps.

Es kommt jedoch auch eine (ggf. zusätzliche) regelmäßige Überprüfung in Betracht, da sich bei Temperaturveränderungen die Eigenschaften des Lacks und damit die Geometrie des Sprühstrahls ebenfalls verändern.