DE102005026125B3 - Auftrag von zu kontrollierenden Kleberaupen - Google Patents

Abstract

Eine Raupe, z. B. eine Kleberaupe, die optisch zu kontrollieren ist, wird zur Verbesserung der Kontrolle beim Auftragen an den Flanken aufgerauht, insbesondere mit einer welligen oder gezackten Strukturierung. Das Verfahren wirkt verbessernd beim Einsatz von einer oder mehreren Kameras und einer oder mehreren Beleuchtungen bei strukturierte Beleuchtung (Triangulation) und nichtstrukturierte Beleuchtung.

Description

• Die Erfindung betrifft die Verbesserung der optischen Kontrolle von Kleberaupen oder Dichtraupen mit einem insbesondere abstandsmessenden optischen Sensor. Konkret betrifft sie ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3.
• Kleberaupen, Dichtraupen, Dekor-Raupen oder sonstige, durch Auftragen einer pastösen Masse erzeugte Strukturen (kurz Raupen) werden mit zweidimensional arbeitenden, Grauwertbilder verarbeitenden Bildanalysesystemen optisch kontrolliert auf korrekte Position relativ zum Bauteil und auf korrekte Breite. Anwendungen wie z.B. die Scheibenmontage im Automobilbau erfordern zusätzlich eine Höhenkontrolle und die Kontrolle der Einhaltung der Geometrie eines speziellen Profilquerschnitts, die mit bekannten abstandsmessenden optischen Sensoren realisiert werden kann, derzeit bevorzugt mit Lichtschnittverfahren (Triangulation mittels strukturiertem Licht, z.B. Laserlinie), grundsätzlich aber auch mit anderen optischen Verfahren, beispielsweise Licht-Laufzeit-Verfahren. Anordnungen dazu bestehen aus einem Projektor als Lichtquelle (z.B. Laserlinie) und einem Sensor (insbesondere Kamera), der das reflektierte Licht erfaßt. Die Kontrolle kann "online' unmittelbar nach dem Auftragen geschehen, wobei der Sensor in der Nähe der Auftragsdüse montiert und i.a. mit dieser fest verbunden ist, oder "offline" in einem extra Arbeitsgang. Die Erfindung betrifft sowohl die Online- als auch die Offline Methode.
• Ein diesen Verfahren gemeinsames Problem soll anhand eines Beispiels erläutert werden (2, mit Raupe 1, Lichtquelle 2, Sensor 3 mit Eintrittsöffnung 4; bei triangulierenden Verfahren sind Lichtquelle und Sensor gegeneinander versetzt in Richtung senkrecht zur Papierebene und zumindest eine [Laser-] Linie verläuft quer – oder schräg – zum Raupenverlauf, in 2 also von links nach rechts): Kleberaupen zur Befestigung von Scheiben im Automobilbau haben einen dreieckförmigen Querschnitt. Bei dunklem Kleber und insbesondere bei glänzender Oberfläche werden die Strahlen 5 der Lichtquelle 2 aufgrund des Glanzes (Spiegeleffekt) mit einer Reflexionskeule 6 so nach aussen reflektiert, daß kein oder nur sehr wenig reflektiertes Licht auf die Eintrittsöffnung 4 trifft. – Und gerade frisch aufgetragene Raupen haben einen typischen Glanz.
• Damit ist es schwierig, ja beinahe ausgeschlossen, den Verlauf der Flanken des Dreicks zu vermessen oder auch nur grob zu kontrollieren.
• Die folgenden Aufnahmetechniken nutzen nun die Tatsache aus, daß das Licht zumindest teilweise nach außen reflektiert wird, insbesondere an den Außenkanten: Nach DE 43 04 678 C1 wird zur Kontrolle von Leimspuren ein Lichtstrahl periodisch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Spurauftrags abgelenkt; eine Empfängeranordnung beidseitig des Spurauftrags empfängt zeitversetzt die empfangenen Reflexions-Signale und vergleicht sie miteinander. Bei gegenseitig geschalteten Empfängeranordnungen wird ein Summensignal dann zu Null, wenn sich die Wirkungen der Reflexionspeaks zu beiden Seiten der Leimspur aufheben. Diese Methode funktioniert nur bei flachem Materialauftrag, denn nur dann kann sichergestellt werden, daß nur an den Kanten Reflexionspeaks entstehen. Außerdem ist in der Praxis aufgrund möglicher unterschiedlicher Ausformung der beiden Leimspurkanten nicht sichergestellt, daß sich bei korrekter Spurgeometrie die Peaks gegenseitig aufheben werden.
• Nach DE 91 10 924 U1 wird, zum Kontrollieren des Aufbringens eines Klebetropfens auf eine Leiterplatte, ein Lichtstrahl auf die Applikationsstelle gerichtet und es werden die Ausgangssignale eines optischen Sensors vor und nach dem Aufbringen eines Klebstoff-Tropfens verglichen, wobei Sensor und Lichtquelle einen Winkel von mindestens 30 Grad einschließen. Ohne Tropfen gelangt das Licht im Glanzwinkel (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) zum Sensor, mit Tropfen wird ein Teil des Lichts zur Seite abgelenkt. Damit ist nur eine qualitative Aussage über die Anwesenheit des Tropfens möglich, eine quantitative Geometrievermessung ist damit nicht möglich,
• Die folgende Aufnahmetechnik arbeitet ebenso über den Glanzwinkel: Nach DE 195 20 190 C2 wird, zur Kontrolle eines Klebstoffauftrags, unabhängig von der Bedruckung des beklebten Gegenstands, ein Bildvergleich durchgeführt zwischen einem aktuell aufgenommenen Bild des Kleber und einem festgelegten Klebemuster. Ski seitlich einfallendem Licht und senkrechter Bildaufnahme (s. dort 3), ergibt sich auf der einen Seite ein heller Reflex und auf der anderen Seite ein Schatten. Das reflektierte Licht kann identifiziert werden, weil es eine größere Intensität hat als die anderen, von Klebstoff und Gegenstand reflektierten Lichter. Der Schatten ist dunkler als andere Teile des Klebstoffs und des Gegenstandes, die die gleiche Farbe wie der Klebstoff haben. Mit dieser Vorrichtung sind nur flach aufgebrachte Klebemuster kontrollierbar, eine Vermessung von z.B. dreiecksförmigen Kleberquerschnitten ist damit nicht möglich.
• Aufgabe der Erfindung ist es, das mittels 2 geschilderte Problem zu beseitigen oder zu verringern.
• Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 und 3 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird beim Auftrag die Flanke 7 der Raupe aufgerauht mit einer bevorzugt welligen oder gezackten Strukturierung.
• Dies wird erreicht durch in den den Querschnitt der Raupe formenden Düsenquerschnitt eingebrachte Verformungen mit vorzugsweise welliger oder gezackter Kontur.
• Grundsätzlich kann man eine Aufrauhung auch strömungstechnisch erreichen durch Verwirbelung und/oder oszillierenden Druck oder sogar durch oszillierende Bewegung. Solche Methoden sind jedoch schwierig beherrschbar. Das Einbringen von Partikeln zur Aufrauhung ist grundsätzlich möglich, kann jedoch die Klebeeigenschaften verändern. Dies gilt auch für das Einbringen fluoreszierender Stoffe (außerdem wären dafür einzusetzende "Schwarzlicht"-Linienprojektoren technisch aufwendig zu realisieren).
• 1 zeigt die gleiche Anordnung wie 2, jedoch mit erfindungsgemäß gestaltetem Profil der Raupe. Das Profil ist strukturiert, bevorzugt wellig (Zeichnung) oder gezackt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treffen die Strahlen 5 zumindest an einigen Stellen die Raupenflanke derart, daß zumindest ein Teil der reflektierten Strahlung (Reflexionskeule 6) die Eintrittsöffnung 4 trifft. Je nach Raupenmaterial genügt nach Erfahrung des Anmelders bereits eine geringe Welligkeit, um eine deutliche Verbesserung herbeizuführen. Die Welligkeit ist in 1 gegenüber dem Standardfall übertrieben gezeichnet: Die Amplitude der Wellen ist nicht wesentlich, sie braucht nur etwas größer als die (projizierte) Pixelauflösung des Sensors zu sein. Die wirksame Gesamtquerschnittsfläche kann beibehalten werden, wie in 1 angedeutet (die Wellenlinie bewegt sich um einen Mittelwert, der der ursprünglichen Kontur entpricht).
• 3 zeigt beispielhaft von schräg unten gesehen eine Düse 10, in die das Material gepresst wird, und die in Pfeilrichtung gegenüber die Grundfläche (z.B. Glasscheibe) relativbewegt wird. Das Raupenmaterial tritt seitlich aus durch eine formgebende Öffnung 11 und wahlweise auch nach unten durch eine Öffnung 12, ggf. mit einem Abstandshalter 13. Dabei entsteht die Raupe 1, deren Außenkontur im Gegensatz zum Stand der Technik (2) strukturiert ist. Die Struktur ist abhängig von der Form der formgebenden Öffnung 11. Die Raupenstruktur ist natürlich nicht streng identisch mit der Struktur der formgebenden Öffnung, da das Material nach dem Austritt noch etwas verlaufen kann. Dieser Effekt kann bei Gestaltung der formgebenden Öffnung berücksichtigt werden.
• Vorteilhaft ist, daß die Strukturen in Raupenrichtung (Bewegungsrichtung) liegen und stellenweise, in Raupenrichtung durchgehend, Bereiche mit waagrechter oder nahezu waagrechter Tangente (14) erzeugen. In besonderer Ausgestaltung werden Bereiche mit zur Raupenmitte geneigter Tangente (15) realisiert, was zu optimalen Reflexionsverhältnissen führt.
• Eine besondere Ausgestaltung ist in 4 gezeigt, mit zwei Lichtquellen, je eine auf einer Seite der Raupe, wodurch, wie aus der Figur ersichtlich, die Reflexionsverhältnisse weiter verbessert werden (auch ohne die Maßnahme nach Anspruch 1 wird durch diese Anordnung eine Verbesserung erzielt, in Verbindung mit Maßnahme 1 ist sie jedoch wirksamer, denn der raumwinkelbezogene Reflexions-Lichtstrom ist nichtlinear abhängig von der Abweichung von der Glanzbedingung – Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Ein weiterer Vorteil der Kombination ist, daß durch das Vorgehen nach Anspruch 1 der Abstand der beiden Lichtquellen verringert werden kann, was konstruktive Vorteile bietet: der Platzbedarf ist geringer; Kleberaupen müssen oft in beengten Geometrien gelegt werden).
• Eine besondere Ausgestaltung ist in 5 gezeigt, mit zwei Lichtquellen und zwei Sensoren, jeweils auf einer Seite der Raupe, wodurch, wie aus der Figur ersichtlich, die Reflexionsverhältnisse noch weiter verbessert werden (Überlegungen wie zu 4; hier kann der Abstand der beiden Lichtquellen und Sensoren verringert werden). Auch eine entprechende Anordnung mit zwei Sensoren und einer mittig angeordneten Lichtquelle ist realisierbar.
• Natürlich ist das Verfahren auch für nicht-dreieckförmige Raupenquerschnitte verwendbar, ebenso für spiralförmig aufgetragene Raupen.
• Natürlich ist das Verfahren auch in nicht sichtbaren Spektralbereichen anwendbar. Auch beim Einsatz von Wärme-Sensoren, die die Emission der Raupe erfassen, ergeben sich Vorteile, da zumindest stellenweise der Sensor (eher) in Richtung der Oberflächennormalen auf die Raupe gerichtet ist. Grundsätzlich ist die Erfindung auch für Ultraschall-Sensorik anwendbar (unter Vernachlässigung von Wellenlängen-Betrachtungen gelten grundsätzlich die gleichen Überlegungen).

Claims (5)

1. Verfahren zum Auftragen einer Raupe, insbes. Kleberaupe, deren Geometrie hinsichtlich Positionierung, Abmessungen oder Querschnittsprofil von mindestens einem Sensor kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftragen der Raupe ihre Oberfläche aufgeraut wird, insbesondere zu einer gewellten oder gezackten Oberflächenstruktur, zumindest an Teilen der Flanke der Raupe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen mittels einer Auftragsdüse mit formgebender Austrittsöffnung erfolgt, insbesondere mit einer gewellt oder gezackt konturierten Austrittsöffnung.
3. Vorrichtung zum Auftragen einer Raupe, insbes. Kleberaupe, mit mindestens einem Sensor zur Kontrolle der Geometrie der aufgetragenen Raupe hinsichtlich Positionierung, Abmessungen oder Querschnittsprofil und mit einer Auftragsdüse, deren Austrittsöffnung beim Auftragen die Oberfläche der Raupe aufraut, insbesondere zu einer gewellten oder gezackten Oberflächenstruktur, zumindest an Teilen der Raupenflanke.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein optischer Sensor ist, mit je einer Lichtquelle auf jeder Seite der Raupe.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei optische Sensoren angeordnet sind, je einer auf einer Seite der Raupe.