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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Einbringen
oder Auftragen von zähflüssigem Material
aus einem Dosierer in eine Nut, einen Spalt, einen Kanal oder eine
Fuge bzw. entlang einer Kante oder eines Übergangs.
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Derartige
Verfahren werden beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt,
um Innenkanten im Bereich von überlappenden
Blechen zu versiegeln, Schweißnähte zwischen
zwei Blechen abzudichten oder Spalte und Nuten zu verfüllen. Eine sorgsame
Ausführung
dieser Arbeiten ist unter dem Gesichtspunkt eines möglichst
effektiven und langlebigen Korrosionsschutzes von großer Bedeutung. Verfahren
der genannten Art werden aber auch in anderen Bereichen eingesetzt,
bspw. dem Fertighausbau, im Maschinenbau, etc. eingesetzt.
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Das
eingebrachte bzw. aufgetragene Material ist in einem pneumatisch
oder hydraulisch, vorzugsweise elektrisch, betriebenen Dosierer
enthalten der entlang des zu verfüllenden oder zu beschichtenden
Spalts oder Übergangs
bewegt wird. Vorzugsweise wird das Material im Dosierer erwärmt, damit es
besser fließfähig ist,
und erkaltet dann in dem Spalt oder am Übergang. Das einzubringende
bzw. aufzutragende Material ist bspw. ein Klebstoff, ein Korrosionsschutz,
eine Versiegelung, ein Dichtmaterial, Schaum oder ähnliches.
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Fördervolumen
und Vorschubgeschwindigkeit des Dosierers sind dabei vorgegeben.
Die vorgegebenen Werte für
Fördervolumen
und Vorschubgeschwindigkeit beruhen auf Erfahrungswerten und Standardwerten
für die
Abmessungen des zu verfüllenden
Spalts bzw. des zu beschichtenden Übergangs. Erfahrungsgemäß können diese
Standardwerte in der Praxis jedoch nicht eingehalten werden. Um
ein vollständiges
Verfüllen
bzw. Beschichten des Spalts bzw. des Übergangs sicherzustellen, selbst wenn
die Abmessungen des Spalts bzw. des Übergangs über den Standardwerten liegen,
sind Vorschubgeschwindigkeit und Fördervolumen sehr hoch vorgegeben.
Das macht eine zeit- und arbeitsintensive manuelle oder automatische
Nachbearbeitung des eingebrachten bzw. aufgetragenen Materials erforderlich,
um überschüssiges Material
zu entfernen (sog. Mehrmengenausgleich). Alternativ können Vorschubgeschwindigkeit
und Fördervolumen
aber auch entsprechend den Werten der Standardabmessungen des Spalts
bzw. des Übergangs
vorgegebenen sein, wodurch dann allerdings ebenfalls eine automatische
oder manuelle Nachbearbeitung erforderlich wird (sog. Mindermengenausgleich).
Die Nachbearbeitung kann aus ästhetischen
oder aus anderen Gründen
(z. B. technischen, physikalischen oder chemischen Gründen) erforderlich
sein.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass
die zeit- und arbeitsintensive Nachbearbeitung des verfüllten bzw.
beschichteten Materials im Bereich des Spalts oder Übergangs
entfallen kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten
Art vorgeschlagen, dass die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge,
die Kante oder der Übergang
automatisch vermessen wird, in Abhängigkeit von dem Messwert das benötigte Materialvolumen
ermittelt wird und ein Fördervolumen
des Dosierers und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Dosierers,
mit der der Dosierer entlang der Nut, des Spalts, des Kanals, der
Fuge, der Kante oder des Übergangs
bewegt wird, derart gesteuert oder geregelt wird, dass automatisch
das ermittelte Materialvolumen eingebracht oder aufgetragen wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die benötigte
Materialmenge zum Verfüllen
einer Nut, eines Spalts, eines Kanals oder einer Fuge bzw. zum Beschichten
einer Kante, eines Übergangs
oder einer Naht vor dem Einbringen bzw. Auftragen des Materials
und anhand des konkret zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Werkstücks
berechnet. Die berechnete Materialmenge kann so eingebracht bzw. aufgebracht
werden, dass keine Minder- oder Mehrmengen auftreten. Durch das
vorgeschlagene Verfahren werden Schwankungen in den Abmessungen der
Nuten, Spalte, Kanäle,
Fugen, Kanten, Übergänge oder
Nähte des
zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Teils des Werkstücks kompensiert. Eine zeit- und arbeitsintensive
Nachbearbeitung des ein- bzw. aufgebrachten Materials kann somit
entfallen.
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Zum
Vermessen der Nuten, Spalte, Kanäle, Fugen,
Kanten, Übergänge oder
Nähte des
zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Werkstücks
werden vorzugsweise mehrere Sensoren eingesetzt. Diese können zusammen
mit dem Dosierer an einem Roboterarm befestigt sein und von dem
Roboter entlang des zu verfugenden bzw. zu beschichtenden Teils des
Werkstücks
geführt
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge, die Kante oder der Übergang
mittels Lasertriangulationssensoren, Stereokameras oder Laserlaufzeitsensoren
vermessen wird. Selbstverständlich
können
auch beliebig andere geeignete Sensoren zum Vermessen des zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Teils des Werkstücks eingesetzt werden. Die
vorgeschlagenen Verfahren sind jedoch besonders gut zum Vermessen
von Nuten, Spalten, Kanälen,
Fugen, Kanten, Übergängen und
Nähten
geeignet. Insbesondere bieten sie die für die Messung erforderliche
Genauigkeit und Zuverlässigkeit,
um Minder- bzw. Mehrmengen des verfugenden bzw. beschichtenden Materials
zu verhindern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird vorgeschlagen, dass während eines ersten Abfahrens
der Nut, des Spalts, des Kanals, der Fuge, der Kante oder des Übergangs
die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge, die Kante oder der Übergang
vermessen wird, und während
eines nachfolgenden Abfahrens der Nut, des Spalts, des Kanals, der
Fuge, der Kante oder des Übergangs
das ermittelte Materialvolumen eingebracht oder aufgetragen wird.
Bei dieser Ausführungsform
werden in einem ersten Durchlauf die Sensoren entlang des zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Teils des Werkstücks bewegt. Dabei wird der
zu verfüllende
bzw. zu beschichtende Teil des Werkstücks vermessen und die Messwerte
werden abgespeichert. In einem anschließenden Durchlauf erfolgt dann
das eigentliche Verfugen bzw. Beschichten des Werkstücks. Dabei werden
die Vorschubgeschwindigkeit und das Fördervolumen des Dosierers in
Abhängigkeit
von den abgespeicherten Messwerten angesteuert bzw. geregelt. Bei
dieser Ausführungsform
muss nicht zwangsläufig
jedes zu verfugende bzw. zu beschichtende Werkstück vermessen werden. Vielmehr
kann der erste Durchlauf zum Vermessen des zu verfugenden bzw. zu
beschichtenden Werkstücks
auf Stichproben zu bestimmten Zeitpunkten beschränkt werden. Bei dieser Ausführungsform
können
die Sensoren an dem gleichen Roboterarm angebracht sein wie der Dosierer
(in diesem Fall würde
der gleiche Roboterarm zweimal entlang des zu verfugenden bzw. zu
beschichtenden Teils des Werkstücks
verfahren werden) oder aber an einem separaten Roboterarm (in diesem
Fall würden
beide Roboterarme nacheinander entlang des zu verfugenden bzw. zu
beschichtenden Teils des Werkstücks
verfahren werden).
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, dass während des gleichen Abfahrens
der Nut, des Spalts, des Kanals, der Fuge, der Kante oder des Übergangs
die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge, die Kante oder der Übergang
vermessen wird und das ermittelte Materialvolumen eingebracht oder
aufgetragen wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Sensoren
an dem gleichen Roboterarm angebracht wie der Dosierer. Der Roboterarm
muss nur einmal entlang des zu verfugenden bzw. zu beschichtenden Teils
des Werkstücks
verfahren werden. Dabei ist das Erfassungsfeld der Sensoren in Bewegungsrichtung des
Roboterarms vor dem Arbeitspunkt des Dosierers angeordnet. Insbesondere
sind die Sensoren in Bewegungsrichtung des Roboterarms vor dem Dosierer
angeordnet. Das Vermessen der zu verfüllenden Nuten, Spalten, Kanäle oder
Fugen bzw. der zu beschichtenden Kanten, Übergänge oder Nähte und die Berechnung des
erforderlichen Materialvolumens erfolgt vorzugsweise in Echtzeit.
Das bedeutet, dass Messung und Berechnung und Einbringen bzw. Auftragen
des Materials in dem gleichen Durchlauf erfolgt und sich durch die
Messung und Berechnung keine Verzögerung des Einbringens bzw.
Auftragens des Materials ergibt.
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Nach
dem Verfüllen
bzw. Beschichten soll verfüllte
bzw. beschichtete Teil des Werkstücks eine bestimmte Materialmenge
bzw. ein bestimmtes Materialvolumen aufweisen. Häufig ist das Material in dem
Dosierer erwärmt
und erkaltet nach dem Einbringen bzw. Auftragen. Beim Erkalten des
Materials kann es zu einer Volumenänderung des Materials kommen.
Um trotz dieser Volumenänderung
während
des Erkaltens sicherzustellen, dass die vorgegebene Materialmenge
bzw. das vorgegebene Materialvolumen in das Werkstück eingebracht
bzw. auf das Werkstück
aufgetragen ist, wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgeschlagen, dass das benötigte Materialvolumen unter Berücksichtigung
einer Volumenveränderung,
insbesondere einer Volumenverringerung, durch Temperaturänderung,
insbesondere durch Temperaturverringerung, nach dem Einbringen oder
Auftragen des Materials derart ermittelt wird, dass das eingebrachte bzw.
aufgetragene Materialvolumen einem vorgebbaren Sollwert entspricht.
Dabei wird die Volumenänderung
während
einer Temperaturänderung
des Materials, insbesondere während
einem Erkalten des Materials, bei der Berechnung des erforderlichen
Materialvolumens berücksichtigt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das eingebrachte
bzw. aufgetragene Materialvolumen gemessen wird und das Fördervolumen
oder die Vorschubgeschwindigkeit des Dosierers in Abhängigkeit
von dem Messwert gesteuert oder geregelt wird. Die Messung des eingebrachten
bzw. aufgetragenen Materialvolumens kann für eine Korrektur der Ansteuerung
des Dosierers (Vorschubgeschwindigkeit und/oder Fördervolumen) herangezogen
werden. Einerseits wird dann also das Volumen bzw. die Fläche des
Teils des Werkstücks gemessen,
in das das Material eingebracht bzw. auf das das Material aufgetragen
werden soll. Zusätzlich wird
dann geprüft,
ob die Ansteuerung des Dosierers den erwünschten Erfolg hatte, das heißt ob die
gewünschte
Materialmenge tatsächlich
eingebracht bzw. aufgetragen worden ist. Falls nein, wird die Ansteuerung
des Doseriers entsprechend korrigiert. Die Korrektur wirkt sich
dann auf die nachfolgende Ansteuerung des Dosierers aus. Alternativ
kann die Messung auch Teil einer Regelung des Dosierers sein. Dabei
kann die eingebrachte bzw. aufgetragene Materialmenge ständig ermittelt
werden. Je nach dem ob die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge,
die Kante, die Naht oder der Übergang
ausreichend mit Material gefüllt
bzw. beschichtet ist oder nicht, wird der Vorschub des Dosierers
erhöht
oder verringert bzw. das Fördervolumen
des Dosierers verringert oder erhöht.
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Dadurch
kann die richtige Verfüllung
bzw. Beschichtung des Werkstücks
geregelt werden.
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Zur
Messung des eingebrachten bzw. aufgetragenen Materialvolumens können beliebige
Sensoren verwendet werden. Vorzugsweise wird das eingebrachte bzw.
aufgetragene Materialvolumen jedoch mittels Lasertriangulationssensoren,
Stereokameras oder Laserlaufzeitsensoren gemessen. Diese erlauben
eine schnelle und zuverlässige
Messung des Materialvolumens.
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Um
die Steuerung bzw. Regelung des Dosierers zu beschleunigen, wird
vorgeschlagen, dass der Dosierer zunächst mit einer vorgegebenen
Vorschubgeschwindigkeit und mit einem vorgegebenen Fördervolumen
betrieben wird und dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Korrekturwerte
für die Vorschubgeschwindigkeit
und/oder das Fördervolumen
ermittelt und bei der Ansteuerung bzw. Regelung des Dosierers berücksichtigt
werden. Die vorgegebenen Werte für
Fördervolumen
und Vorschubgeschwindigkeit beruhen auf Erfahrungswerten und Standardwerten
für die
Abmessungen des zu verfüllenden
Spalts bzw. des zu beschichtenden Übergangs. Erfahrungsgemäß können diese
Standardwerte in der Praxis jedoch nicht eingehalten werden. Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
können Abweichungen
von den Erfahrungswerten und Standardwerten berücksichtigt werden. Dabei werden mittels
der vorgeschlagenen Weiterbildung nicht die vollständigen Ansteuerwerte
für den
Dosierer (Fördervolumen
und Vorschubgeschwindigkeit), sondern lediglich Differenzwerte zu
den vorgegebenen Ansteuerwerten ermittelt und berücksichtigt.
Dadurch kann die Steuerung bzw. Regelung beschleunigt werden. Zudem
werden große
Sprünge
in der Ansteuerung vermieden und wird das Regelverhalten stabilisiert.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass mittels Sensoren ein Verlauf der Nut, des Spalts, des Kanals,
der Fuge, der Kante, der Naht oder des Übergangs erfasst und die Bewegung
einer Düse
des Dosierers entlang des erfassten Verlaufs mit der ermittelten
Vorschubgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird.
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Vorzugsweise
wird die Nut, der Spalt, der Kanal, die Fuge, die Kante, die Naht
oder der Übergang mittels
Sensoren automatisch vermessen, wobei mittels der Sensoren gleichzeitig
auch der Verlauf der Nut, des Spalts, des Kanals, der Fuge, der
Kante oder des Übergangs
erfasst wird. Dabei dienen die Sensoren also sowohl zum Vermessen
des Teils des Werkstücks,
in bzw. auf das das Material aufgebracht werden soll, als auch zur
Ermittlung der Verfahrbahn, entlang der der Dosierer während des
Einbringens bzw. Auftragens des Materials auf das Werkstück bewegt
wird. Das Erfassen der Verfahrbahn kann während eines gesonderten Durchlaufs
vor dem eigentlichen Einbringen bzw. Auftragen des Materials, zum Beispiel
gleichzeitig in einem Durchlauf zum Vermessen der Nut, des Spalts,
des Kanals, der Fuge, der Kante oder des Übergangs, oder aber gleichzeitig
mit dem Einbringen bzw. Auftragen des Materials auf das Werkstück in einem
einzigen Durchlauf ausgeführt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann besonders vorteilhaft in der Fertigung von Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Verfahren
in der Fertigung von Kraftfahrzeugen zur Versiegelung, Nahtabdichtung oder
Schaumverfüllung
eingesetzt wird. Selbstverständlich
kann das Verfahren auch in anderen Bereichen eingesetzt werden,
bspw. im Fertighausbau, im Maschinenbau etc.
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Besondere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform,
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2 ein
Struktogramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform,
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3 ein
Struktogramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform,
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4 eine
Nut, die teilweise mit Material verfüllt ist,
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5 einen Übergang,
der teilweise mit Material beschichtet ist,
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6 eine
Schweißnaht,
die teilweise mit Material beschichtet ist,
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7 eine
Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform
aus 2,
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8 eine
Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform
aus 3, und
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9 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum automatischen
Einbringen oder Auftragen von zähflüssigem Material
aus einem Dosierer in eine Nut, einen Spalt, einen Kanal oder eine
Fuge bzw. entlang einer Kante oder eines Übergangs.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Einbringen
oder Auftragen von zähflüssigem Material
aus einem Dosierer in einen Spalt bzw. entlang einer Naht. Die Begriff „Spalt” und „Naht” werden
nachfolgend stellvertretend für jegliche
Art von Nut, Spalt, Kanal, Fuge, Kante, Naht oder Übergang
verwendet. Das zähflüssige Material ist
bspw. ein Klebstoff, ein Korrosionsinhibitor (z. B. Unterbodenschutz,
Hohlraumversiegelung), ein Isolationsschaum oder ähnliches.
Das Verfahren wird vorzugsweise im Bereich der Fertigung von Kraftfahrzeugen
eingesetzt. Selbstverständlich
kann es aber auch in beliebigen anderen Bereichen eingesetzt werden,
bspw. im Maschinenbau oder in der Fertigung von Fertighäusern, etc.
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Eine
aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Realisierung
des Verfahrens ist in 9 dargestellt und in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 umfasst
einen Dosierer 2, in dem das zu verfüllende bzw. aufzutragende Material 3 vorgehalten
wird. Der Dosierer 2 umfasst einen Vorratsbehälter 4 mit
einer Öffnung
und eine Düse 5,
die über
einen Schlauch 6 an der Öffnung des Behälters 4 angeschlossen
ist. Mittels einer elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf
andere Weise angetriebenen Druckerzeugungseinheit 7 wird
das Material 3 in den Schlauch 6 und die Düse 5 gefördert. Durch
Variation des Drucks p kann das Fördervolumen V des Dosierers 2 variiert werden.
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Der
Dosierer 2 bzw. die Düse 5 wird
mittels eines Industrieroboters 8 oder auf beliebig andere Weise
mit einer Vorschubgeschwindigkeit v entlang des zu verfüllenden
bzw. zu beschichtenden Spalts 9 oder Übergangs eines Werkstücks 10 bewegt.
Die Düse 5 ist
an einem Roboterarm befestigt. In 9 ist zu
erkennen, dass der Teil des Spalts 9 oder Übergangs
in Vorschubrichtung gesehen hinter der Düse 5 bereits mit Material 3' gefüllt bzw.
beschichtet ist. Zur Steuerung und/oder Regelung des Roboters 8 ist eine
Robotersteuerung 11 vorgesehen, die bspw. eine Speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS) umfasst. Diese sendet über eine Steuerleitung 12 Steuerbefehle
an den Roboter 8 und kann über die Leitung 12 Rückmeldungssignale
von dem Roboter 8 empfangen. Je größer das Fördervolumen V bzw. je langsamer
die Vorschubgeschwindigkeit v ist, desto mehr Material 3' wird in den
Spalt 9 bzw. auf den Übergang
pro zurückgelegtem
Weg entlang des Spalts 9 oder Übergangs eingebracht bzw. aufgebracht.
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Beim
Stand der Technik sind Fördervolumen V
und Vorschubgeschwindigkeit v des Dosierers 2 vorgegeben.
Die vorgegebenen Werte beruhen auf Erfahrungswerten und Standardwerten
für die
Abmessungen des zu verfüllenden
Spalts 9 bzw. des zu beschichtenden Übergangs. Erfahrungsgemäß können diese
Standardwerte in der Praxis jedoch nicht eingehalten werden. Insbesondere
die Abmessungen des Spalts 9 können aufgrund von Fertigungstoleranzen
Schwankungen unterworfen sein. Beim Stand der Technik kann auf diese
Schwankungen nicht reagiert werden. Um auf jeden Fall genug Material 3' in den Spalt 9 bzw.
auf den Übergang
einzubringen bzw. aufzutragen wird im Stand der Technik relativ
viel Material 3' eingebracht
bzw. aufgebracht. Das macht eine zeit- und arbeitsintensive manuelle oder
automatische Nachbearbeitung des eingebrachten bzw. aufgetragenen
Materials 3' erforderlich,
um überschüssiges Material
zu entfernen (sog. Mehrmengenausgleich).
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an. Um auf eine Nachbearbeitung
des Werkstücks 10 bzw. des
Materials 3' verzichten
zu können,
wird das in 1 schematisch dargestellte Verfahren
vorgeschlagen. Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 20.
Anschließend
wird in einem Funktionsblock 21 der Spalt 9 bzw.
der Übergang
vermessen.
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Dies
kann mittels geeigneter Sensoren erfolgen, die eine genaue, berührungslose,
optische Vermessung des Spalts 9 bzw. des Übergangs
ermöglichten,
bspw. anhand von Lasertriangulationssensoren, Stereokameras oder
Laserlaufzeitsensoren.
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In
einem anschließenden
Funktionsblock 22 wird in Abhängigkeit des gemessenen Volumens
des Spalts 9 bzw. der gemessenen Abmessungen des Übergangs
das zum Verfüllen
des Spalts 9 bzw. zum Abdecken des Übergangs erforderliche Materialvolumen
ermittelt. Das erforderliche Materialvolumen kann abhängig von
anwendungsspezifischen Vorgaben sein. So kann es bspw. in manchen
Anwendungen ausreichend sein, wenn in dem Spalt 9 eine
geringe Menge an Material 3' enthalten
ist, so dass Oberfläche
des Materials 3' konkav
nach innen geformt ist. Bei anderen Anwendungen kann es wiederum
erforderlich sein, dass so viel Material 3' in den Spalt 9 eingebracht
wird, dass sich die Oberfläche des
Materials 3' konvex
nach außen
wölbt.
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Anschließend wird
in einem Funktionsblock 23 der Dosierer 2 angesteuert,
damit die ermittelte Materialmenge in den Spalt 9 bzw.
auf den Übergang aufgebracht
wird. Dabei kann das Fördervolumen
V des Dosierers 2 variiert werden, indem die Druckerzeugungsmittel 7 entsprechend
angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Vorschubgeschwindigkeit
v des Dosierers 2 verändert
werden, indem die Robotersteuerung 11 entsprechend angesteuert
wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch bei Abweichungen
der Abmessungen des Spalts 9 bzw. des Übergangs von den Standardwerten
stets ein ausreichendes Verfüllen
des Spalts 9 bzw. Beschichten des Übergangs sichergestellt ist, ohne
dass eine Nachbearbeitung erforderlich ist. In einem Funktionsblock 24 ist
das Verfahren beendet.
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Der
Verfahrensschritt 21 kann entweder in dem gleichen Durchlauf
ausgeführt
werden, wie die Schritte 22 oder 23, oder alternativ
in einem vorangehenden ersten Durchlauf. Bei der ersten Alternative bewegt
der Roboter 8 die Düse 5 und
daran befestigte Sensoren einmal entlang des zu verfüllenden Spalts 9 bzw.
des zu beschichtenden Übergangs.
Die Sensoren sind so befestigt bzw. ausgerichtet, dass ihr Erfassungsbereich
in Vorschubrichtung vor der Düse 5 liegt.
Der Spalt 9 bzw. der Übergang
wird von den Sensoren vermessen (Schritt 21) und die erforderliche
Materialmenge wird berechnet (Schritt 22). Vermessen und
Berechnen erfolgt vorzugsweise in Echtzeit. Wenn die Düse 5 den
unmittelbar zuvor vermessenen Bereich erreicht, fördert sie
das berechnete Materialvolumen in den Bereich des Spalts 9 bzw. auf
den Bereich des Übergangs
(Schritt 23). Das Vermessen des Spalts 9 bzw.
des Übergangs
und das Fördern
des Materials 3' erfolgt
dabei in einem Durchlauf.
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Bei
der zweiten Alternative werden in einem ersten Durchlauf zunächst die
Sensoren entlang des Spalts 9 bzw. des Übergangs bewegt und der Spalt 9 bzw.
der Übergang
wird vermessen (Schritt 21). Das Bewegen der Sensoren kann
mittels des Roboters 8 oder auf andere Weise erfolgen,
bspw. mittels eines anderen Roboters. Zusätzlich kann in dem ersten Durchlauf
auch das erforderliche Materialvolumen berechnet werden (Schritt 22).
Damit ist der erste Durchlauf beendet. Anschließend wird dann in einem zweiten
Durchlauf, zunächst
das erforderliche Materialvolumen berechnet (Schritt 22),
falls dies nicht bereits im ersten Durchlauf erfolgt ist. Anschließend wird
die Düse 5 mittels
des Roboters 8 nochmals entlang des Spalts 9 bzw.
des Übergangs
bewegt und derart angesteuert, dass sie das berechnete Materialvolumen
in den Bereich des Spalts 9 bzw. auf den Bereich des Übergangs
fördert
(Schritt 23). Vermessen des Spalts 9 bzw. des Übergangs
(und Berechnen des erforderlichen Materialvolumens) erfolgt zeitlich
versetzt zu dem Einbringen bzw. Aufbringen des Materials 3' auf das Werkstück 10.
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In 2 ist
ein Struktogramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
Dabei wird die Dosiereinrichtung 2 im Rahmen einer Steuerung
angesteuert. In 2 ist das Werkstück 10 mit
dem darin ausgebildeten Spalt 9 zu erkennen. Die Abmessungen
des Spalts 9, insbesondere seine Querschnittsfläche oder
sein Volumen, werden durch mehrere Sensoren 32 während einer
Bewegung entlang des Spalts 9 erfasst. Als Sensoren 32 werden
vorzugsweise optische Sensoren, insbesondere Lasertriangulationssensoren,
Stereokameras oder Laserlaufzeitsensoren, eingesetzt. Die Sensoren 32 ermöglichen
ein berührungsloses Vermessen
des Teils des Werkstücks 10,
auf das das Material 3 eingebracht bzw. aufgetragen werden
soll. Die Sensoren 32 senden vorzugsweise Licht in einem
beliebigen Wellenlängenbereich
aus. Insbesondere können
die Sensoren sichtbares Licht oder unsichtbare UV- oder IR-Strahlung
aussenden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei
Sensoren 32 eingesetzt. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Sensoren 32 verwendet
werden.
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Die
Messbereiche der Sensoren 32 sind mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet.
Die Messbereiche 33 umfassen den zu vermessenden Spalt 9 und sind
vorzugsweise in Vorschubrichtung gesehen vor der Düse 5 (nicht
dargestellt) angeordnet. Die Sensorsignale werden an eine Verarbeitungseinheit 34 geleitet,
welche die Abmessungen des Spalts 9 ermittelt. Das Ergebnis
der Messung des Spalts 9 wird an eine weitere Verarbeitungseinheit 35 weitergeleitet,
wo dann das erforderliche Materialvolumen zum „ausreichenden” Füllen des
Spalts 9 mit Material 3' berechnet wird. Was „ausreichend” ist, hängt von dem
Anwendungsfall und den Wünschen
des Anwenders ab. Was der Anwender als „ausreichend” erachtet,
kann er in Form von Parametern Par vorgeben.
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Das
berechnete Materialvolumen wird dann an eine weitere Verarbeitungseinheit 36 weitergeleitet,
wo in Abhängigkeit
von dem berechneten erforderlichen Materialvolumen geeignete Ansteuersignale
(z. B. Fördervolumen
V oder Vorschubgeschwindigkeit v) für den Dosierer 2 ermittelt
werden. Alternativ können
auch Korrekturwerte für
fest vorgegebene Werte für
Fördervolumen
V und/oder Vorschubgeschwindigkeit v ermittelt werden. Durch die
gezielte Ansteuerung des Dosierers 2 wird genau die benötigte Materialmenge
in den Spalt 9 eingebracht, um unabhängig von den tatsächlichen
Abmessungen des Spalts 9 stets ein „ausreichendes” Verfüllen des Spalts 9 sicherzustellen.
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Ergänzend kann
noch eine Korrektur der Ansteuerung vorgesehen werden. Dazu wird
die in den Spalt 9 eingebrachte bzw. auf einen Übergang
aufgebrachte Materialmenge in einer Verarbeitungseinheit 37 gemessen.
Das kann mittels geeigneter Sensoren erfolgen, die allerdings in 2 nicht
dargestellt sind. Insbesondere ist an den Einsatz von Lasertriangulationssensoren,
Stereokameras oder Laserlaufzeitsensoren gedacht. Aus der Verarbeitungseinheit 36 steht
das berechnete Materialvolumen und das Maß für ein „ausreichendes” Verfüllen des
Spalts 9 zur Verfügung.
Aus einem Vergleich der Werte für
ein „ausreichendes” Verfüllen des
Spalts 9 und die tatsächlich
in den Spalt 9 eingebrachte Materialmenge können geeignete
Korrekturwerte für
die Ansteuerung des Dosierers 2 ermittelt werden. Die Korrekturwerte
werden zurück
an die Verarbeitungseinheit 35 geleitet, wo das berechnete
Materialvolumen korrigiert wird, damit die tatsächlich eingebrachte Materialmenge
auch wirklich ein „ausreichendes” Verfüllen des
Spalts 9 erzielt. Alternativ könnten die Korrekturwerte auch
direkt der Verarbeitungseinheit 36 zugeführt bei
der Ansteuerung des Dosierers 2 berücksichtigt werden.
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Zur
Realisierung der Vorrichtung 1 zum Einbringen bzw. Auftragen
des Materials 3 können
mehrere oder sogar alle Verarbeitungseinheiten 34 bis 37 zusammengefasst
sein. Die Verarbeitungseinheiten 34 bis 37 sind
vorzugsweise als Software realisiert, die auf einem Rechengerät, insbesondere
auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist.
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Bei
der Ermittlung des erforderlichen Materialvolumens für ein „ausreichendes” Verfüllen des Spalts
können
auch beliebige Störgrößen S berücksichtigt
werden, wie bspw. eine Veränderung
der Abmessungen bzw. des Volumens des eingebrachten Materials 3' aufgrund einer
Temperaturänderung
des Materials 3'.
Insbesondere wird eine Schrumpfung des Materials 3' infolge von
Erkalten des im erwärmten
Zustand eingebrachten Materials 3' berücksichtigt. Auch eine Erwärmung des
eingebrachten Materials 3' zum
Aushärten
des Materials 3' oder
zum Verbinden des Materials 3' mit der Oberfläche des Werkstücks 10 ist
denkbar, was ebenfalls zu einer Veränderung der Abmessungen bzw.
des Volumens des eingebrachten Materials 3' führen kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann für jegliche
Art von Nut, Spalt, Kanal, Fuge, Kante, Naht oder Übergang
verwendet werden. Beispielhaft sind in den 4 bis 6 verschiedene
Einsatzmöglichkeiten
dargestellt. Ein Spalt oder eine Nut 9, die teilweise mit
einem Material 3' verfüllt ist,
ist in 4 dargestellt. Ein Übergang zwischen zwei Werkstücken 10' und 10'' ist in 5 dargestellt.
Die Innenkante 30 ist teilweise mit einem Material 3' beschichtet.
An der Innenkante 30 kann auch eine Schweißnaht ausgebildet
sein, die durch das Material 3' abgedeckt wird. In 6 ist
eine Schweißnaht 31 zwischen
zwei stirnseitig aneinandergrenzenden Werkstücken 10' und 10'' dargestellt.
Die Schweißnaht 31 sowie
die an die Naht 31 angrenzenden Oberflächenbereiche der Werkstücke 10', 10'' sind teilweise mit Material 3' beschichtet.
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In 7 ist
eine Vorrichtung 1 zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
dargestellt. Die Sensoren 32 sind zusammen mit der Düse 5 an
dem Arm des Industrieroboters 8 befestigt. Der noch mit Material 3' zu verfüllende Teil
des Spalts 9 in Vorschubrichtung vor der Düse 5 liegt
im Erfassungsbereich 33 der Sensoren 32. Die Messwerte
der Sensoren 32 werden an eine Dosiersteuerung 38 geleitet, wo
dann in Abhängigkeit
der Messwerte die Abmessungen des Spalts 9 ermittelt, das
erforderliche Materialvolumen für
ein „ausreichendes” Verfüllen des Spalts 9 und
Ansteuersignale 39, 40 (Fördervolumen V* und/oder
Vorschubgeschwindigkeit v* oder alternativ
Korrekturwerte für
das Fördervolumen ΔV bzw. die Vorschubgeschwindigkeit Δv) für den Dosierer 2 ermittelt
werden. Die Ansteuersignale 39, 40 werden dann
an die Druckerzeugungseinrichtung 7 (zur Variation des
Fördervolumens
V) bzw. die Robotersteuerung 11 (zur Variation der Vorschubgeschwindigkeit v) übermittelt.
Die Dosiersteuerung 38 umfasst also die Verarbeitungseinheiten 34 bis 37.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei erfolgt die Ansteuerung des Dosierers 2 mittels einer
Regelung. Die Verarbeitungseinheiten 34 bis 37 entsprechen
den Verarbeitungseinheiten 34 bis 37 aus 2.
Im Unterschied zu der Ausführungsform
aus 2 werden die Messwerte des in den Spalt 9 eingebrachten
bzw. auf den Übergang
aufgetragenen Materials 3' als
Ist-Werte der Verarbeitungseinheit 35 zugeführt, welche
dann aus einem Vergleich der Ist-Werte mit den anhand der Parameter
Par vorgegebenen Soll-Werte eine Regeldifferenz ermittelt. Die Regeldifferenz
wird einem Regler 39 zugeführt, der eine oder mehrere
Signalgrößen zur
Ansteuerung des Dosierers 2 in Verarbeitungseinheit 36 ermittelt. Somit
ergibt sich ein geschlossener Regelkreis zum Einbringen und/oder
Auftragen von Material 3' in
einen Spalt 9 bzw. auf einen Übergang.
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In 8 ist
ein Teil einer Vorrichtung 1 zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
dargestellt. Ein wesentlicher Unterschied zu der Ausführungsform
aus 7 besteht darin, dass am Roboterarm zusätzlich Sensoren 39 vorgesehen
sind, welche mit ihren Messbereichen 40 einen Teil des
Spalts 9 in Vorschubrichtung nach der Düse 5 erfassen. Die Sensoren 39 messen
also das in den Spalt 9 eingebrachte Material 3' und leiten
die Messwerte weiter an die Verarbeitungseinheit 37. Falls
die eingebrachte Materialmenge 3' zu gering ist (weniger als durch die
Parameter Par vorgegeben), verringert der Regler 39 die
Vorschubgeschwindigkeit v und/oder erhöht das Fördervolumen V. Mit Hilfe des
Reglers 39 bzw. des geschlossenen Regelkreises zur Ansteuerung
des Dosierers 2 können
die letzten geringfügigen
Abweichungen zwischen Ist- und
Soll-Wert des in den Spalt 9 eingebrachten Materials 3' kompensiert
werden. Die entscheidende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik ergibt
sich aber bereits daraus, dass vor dem Einbringen des Materials 3' die Abmessungen
des Spalts 9 bzw. des Übergangs
vermessen werden und die einzubringende Materialmenge durch entsprechende
Ansteuerung des Dosierers 2 angepasst wird.