DE2850421A1

DE2850421A1 - Farbspritzroboter

Info

Publication number: DE2850421A1
Application number: DE19782850421
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-21
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1980-05-29

Description

fFarbspr itzroboter Das Farbspritzen größerer Stückzahlen jeweils gleicher Werkstücke wird häufig mit Hilfe sog. Farbspritzautomaten durchgeführt, indem die Spritzpistole statt von der Hand eines Spritzlakierers durch eine in einer oder mehreren Bewegungsachsen angetriebene Halterung geführt wird.
Auch das Ein- und Ausschalten der Pistole wird von dew Automaten vorgenommen.
Derartige Spritzautomaten führen im allgemeinen nur geradlinige Bewegungen oder Bewegungen nach einfachen Flächenkurven aus, die von dem mechanischen Aufbau her fest und meist unveränAerlich vorgegeben sind oder nur geringfügig den Gegebenheiten angepaßt werden können. Das Abfahren von Raumkurven ist mit diesen Geräten im allgemeinen nicht möglich.
Die Progrannierung geschieht meist durch verstellbare Endlagentaster in Form elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Endtaster bzw. hertthrunqslos arbeitende Schaltelemente, die ferngesteuert angewählt werden können sowie zusätzlich durch die Einstellung der Geschwindigkeit des Antriebes, z.B. eines Getriebemotors, Servo-Getriebemotors (ferngesteuert) oder eines Hydraulikzylinders bzw.
Pneumatikzylinders, teilweise mit hydraulischer Gleichlaufdämpfung.
Nachteil des beschriebenen Systems ist, daß eine Umprogrammierung entweder sehr viel Zeit in Anspruch nimmt (verstellung der Endtaster und des Getriebemotors) oder einen beträchtlichen Steuerungsaufwand erfordert und trotz dieses Aufwandes komplizierter geformtes Werkstücke meist nur unvollkommen (Vorspritzen der kritischen Stellen von Hand) oder unter Inkaufnahme großer Spritzverluste (Vorbeispritzen) beschichtet werden können.
Aus diesem Grund wurden sog. Industrieroboter eingesetzt, wie sie in der Handhabungstechnik bzw. der Schweißtechnik zum exakten Nachvollziehen eines je Programmfestlegung stets gleichen Bewegungsablaufes verwendet werden. Dieser Bewegungsablauf kann sehr komplizierte Raumkurven z.B. 6 Achsen umfassen (Länge/Breite/Höhe, Winkelstellung vertikal, Winkelstellung horizontal und Drehung).
Das Programmieren geschieht hier allgemein mit Hilfe magnetiacher Speicher (Magnetband, Magnetplatte) oder Kreuzschienenverteiler bzw.
mit elektronischen Speicherelementen. Insbesondere für das Farbspritzen und der - allein den Einsatz eines derart teuren Gerätes rechtfertigenden - komplizierten Bewegungsabläufe wegen, hat sich die sog. Bahnsteuerung (XP-Steuerung) bevorzugt eingeführt, weil der Programmiervorgang hierbei durch einfaches manuelles Vorführen der Bewegung bei auf "Programmieren" geschalteterspeichereinrichtung nach dem sog. "TEACH-IN" vorgenommen wird und ein vorheriges Errechnen der Bahnk#rv-Kurvenpunkte entfällt. Ein geübten Farbspritzer führt mit der an dem Roboter befestigten Spritzpistole die Bewegungen - und Ein/Ausschaltvorgänge - durch, die er zum Lackieren des jeweiligen Werkstückes gewöhnt ist. Die Ist-Wert-Meßeinrichtung in Form inkrementaier Meßgeberoder Potentiometer oder anderer Wegaufnehmer mißt die dabei sich verändernden Werte und die Speichereinrichtung speichert diese Ist-Werte als spätere Soll-Werte ab. Anschließend wird auf Programmablauf geschaltet, wobei nun die Speichereinrichtung zum Soll-Wer * eber wird und die mechanischen Servo-Antriebe die Bewegung nachvollziehen.
Das Ergebnis dieses ersten "Nachvollziehens" wird dann hinsichtlich Gleichmäßigkeit der Schichtstärke, Läuferfreiheit, Glanzgradunterschiedlichkeit, Spritzverlust usw. geprüft und der Programmiervorgang gegebenenfalls - nach jeweils vorhergehendem Löschen des Speichers -so oft wiederholt, bis das Spritzergebnis befriedigt. Besondere Ausführungen der Speichereinheit bieten die Möglichkeit, Teile des Programmes zu ersetzen um nicht jeweils den ganzen, möglicherweise weitgehend gelungenen Programmablauf löschen zu müssen - der beim Neuprogrammierung wieder in bereits gut gelungenen Teilen mißlingen könnte.
Die Nachteile der zuerst beschriebenen einfachen Einrichtung sind: Ihr unvollkommenes Spritzergebnis, ihre geringe Anpassungsfähigkeit an schwierigere Oberflächenformen, ihre nur vom Maschineneinrichter vorzunehmende Programmierung, die großen Spritzverluste.
Nachteile der zuletzc beschriebenen Roboter sind der hohe Preis, die Störanfälligkeit eines so komplizierten Systems und folgender Umstand: Während des programmierens muß der gesamte Bewegungsapparat, der eine Masse von mindestens lo kg, oft mehr als loo kg besitzt, mit der Pistole mitbewegt werden. Dadurch"der Spritzer stark behindert, die Bewegungsabläufe "mit leichter Hand" durchzuführen und es kommt zu unbeabsichtigtem Über schwingen bei jeder Bewegungsrichtungsänderung oder Geschwindigkeitsänderung, Das Ergebnis sind oft ungleichmäßige Schichten und andere Lackierfehler oder verlangsamte Arbeitsgeschwindigkeit. Wird der Roboter durch schnelleren Antrieb des Speicherelementes beim "Abspielen" zu raschererArbeitsgeschwindigkeit veranlaßt, verstärken sich diese tnnsteuerprobleme derart, daß unzulässige große Schwingungen verursacht werden. Es existieren zwei Wege um diesen Nachteil zu vermeiden: 1. Bei der Ausführung mit hydraulischen Antrieben wie Hydaulikzylindet kann das "Nervensystem" des Gerätes vom "Muskelsystem" während des Programmiervorganges abgekuppelt werden, indem die zur Ist-Wert-Messung vorgesehenen Wegaufnehmer nicht fest am Gerät, sonden an einem leichten Gestänge befestigt sind, welches während des Spritzbetriebes fest mit dem Gerät selbst verbunden ist, während des Programmiervorganges aber abgekoppelt, sodaß es möglich ist, die Pistole mit dem Gestänge allein zu bewegen ohne das schwere Gerät selbst dabei mitbewegen zu müssen.
2. Bei der Ausführung mit Schrittmotorantrieb kann die Programmierung durch Verwendung eines speziellen Programmiergerätes vorgenommen werden, innerhalb dessen die Spritzpistole mit in jedefder vorgesehenen Bewegungsachsen mindestens je einem Sensor ausgestattetj; welcherdie bei jeder Bewegung von der Pistole ausgehenden Verlagerungen aufnimmt und im Steuergerät in Kommandos für die Schrittmotoren umwandelt, so daß die Schrittmotoren ihrerseits die Bewegung selbst ausführen. Auf diese Weise braucht der Bedienungsmann selbst nur die Pistole zu bewegen, die Bewegungen des Gerätes und des Programmiergerätes übernehmen die Schrittmotorantriebe.
Bei den Systemen gemeinsam ist jedoch folgender Nachteil: Die Überwachungseinrichtungen in Form von Wegaufnehmern wie Potentiometern oder Inkrementalcodiererm kontrollierenu-Korrigieren ständig die programmierten Bewegungen. Bei fehlerfreier Einrichtung werden die Bewegungen, abgesehen von den erwähnten Schwingungen, exakt ausgeführt, dennoch arbeiten die Geräte sozusagen "im Blindfrug" oder "Instrumentenflug". Befindet sich aus irgendeinem' Grund ein zu lackierendes Werkstück nicht in der exakten tage (z.B. teilweises Aushaken aus der Fördereinrichtung) oder wurde irrtümlich ein falsches Werkstück zwischen die richtigen Teile gehängt, oder steht z.B. an einer PGW-Karosse eine Tür oder eine Haube falsch, so können diese Teile in den Weg des Spritzroboters geraten, wobei es oft zu schweren Beschädigungen des Werkstückes, der Aufhängereinrichtung, des Förderers und/oder des Spritzroboters selbst kommt.
Durch Aus des Roboters mit einem Sensor, der die Ankerung rnetallischer oder magnetisierbarer Werkstücke rechtzeitig erkennt und meldet oder z.B. bei anderen Werkstücken zur Verstimmung eines Schwingkreises führt (der Ultraschall o.dgl. Bedämpfung eines Resonanzkreises) kann verhindert werden, daß es zur Berührung des Roboter kommttund auch z.B. Bedienungspersonen vor Schäden durch den Roboter bewahrt werden. Das Signal wird zweckmäßigerweise dazu benutzt, Förderer und Roboter unverzüglich stillzusetzen und Störmeldung zu geben bevorzugtes Ausführungsbeispie 1 ist folgenderma 4Naufgebaut: Das mechani8che Grundgerät ist ein Vertikalhubgerät, mit eimnt einem senkrecht auf- und ab- fahrenden, rollengelagerten Schlitten.
Der Schlitten wird über ein endloses Band und über ein Untersetzungsgetriebe von einem Schrittmotor angetrieben. Das Gerät selbst steht auf einem auf am Boden verlegten Schienen horizontal verfahrbaren Wagen, der ebenfalls über ein endloses Band und ein Untersetzungsgetriebe von einem Schrittmoton angetrieben wird.
Auf dem erwähnten Schlitten ist nochmals ein Schlitten montiert, 900 quer zur Bewegungsrichtung des unteren Wagens bzw. des Vertikalschlittens verfahrbar, ebenfalls rollengelagert, endlosem Band und Untersetzungsgetriebe von Schrittmotor angetrieben. An dem Horizontalschlitten ist die Spritzpistole entweder starr befestigt oder in l-bzg. 2-Achsen schwenkbar und/oder drehbar angebracht.
Die Dreh- und Schwenkbewegungen werden ebenfalls von je einem Schrittmotor über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben. Irgendwelche Wegaufnehmer zur ständigen Kontrolle des Bewegungsablaufes sind nicht vorhanden, lediglich die Endpunkte der jeweiligen Bewegungsrichtung werden durch Endtaster überwacht. An der Spritzpistole oder an ihrer Befestigung ist der erwähnte Sensor angebracht, welcher bei unzulässiger Annäherung eines Gegenstandes Signal zum Stillsetzen gibt. Die Programmiereinrichtung, die nur während des Programmiervorganges an der Pistole angebracht und/oder benutzt wird, enthält für jede der vorhanden Bewegungsachsen (Höhe, Länge, Breitet evtl. zusätzlich Horizontalschwenken und/oder zusätzlich Vertikalschwenken und/oder Drehen gleich 3 Achsen *iet 1 bis 3 Zusatzachsen) einen Sensor zur Ansteuerung des jeweiligen Schrittmotors. Dabei wird der Schrittmotor zu umso schnellerera Lauf veranlaßt, je stärker die Auslenkung des Sensors ist. Diese jt Zeiteinheit während des ProgrammiervorgangesIder demnach durch Führen der an der Programmiereinheit befestigten Pistole nach dem Muster des "TEACH-IN" Verfahrens abläuft, ablaufenden Schrittmotorschritte werden gezählt und auf je eine Spur des Speichers gespeichert. Während des folgenden Spritzbetriebes gelten diese Schrittzahlen als Soll-Werte und werden dann vom Speicher dem jeweils der Spur zugeordneten Schrittmotoreif vorgegeben. Eine Kontrolle darüber, ob die Schritte auch ausgeführt werden, gibt es in der Grundausstattung nicht. Die möglichen Fehler sind gering, eine Summierung über den Programmablauf hinaus wird dadurch vermieden, daß jede Bewegungseinrichtung zum Ende des Programms in die festprogrammierte Ausgangsposition zurück fährt. AlaSpeichereinrichtung ist ein elektronischer Speicher mit einer entsprechenden Anzahl (Programmlaufzeit ca. 90 Sekunden) von Elementen vorgesehen. Zusätzlich angeschlossen ist eine Überspieleinrichtung auf Bandkassette oder z.B. Magnetplatte. Nach dem Überprüfen eines Programmes wird zunächst vom elektronischen Speicher auf die Kassette überspielt. Evtl. wird zur Sicherheit sofort eine zweite Kassette mit dem gleichen Programm bespielt - zur Aufbewahrung im Stahlschrank -. So können beliebig viele Programme aufgenommen und kostengünstig gespeichert werden.
Während des Spritzbetriebes gibt der elektronische Speicher die Kommandos. Die Kassetten dienen nur dazu, derzeit nicht benötigte Progralmne zu speichern. Soll demnächst das Programm gewechselt werden, so wird während des laufes zu beliebigem Zeitpunkt die nächste Kassette eingeschoben und auf diese Weise das nächste Programm vorqewählt. Sohald das Signal zum Programmwechsel erfolqt wird das im elektronischen Speicher vorhandene Programm gelöscht und das neue Programm von der Kassette auf den elektronischen Speicher überspielt. Bereits während dieses Überspielvorganges arbeitet der Spritzroboter nach dem neuen Programm. Nach dem ersten Ablauf des neuen Programms kann die Kassette wieder entnommen werden. Auf diese Weise wird 1. vermieden, daß die Kassette oder die Platte täglich mehrere loomal abgespielt werden muß und sich dabei abnützt und zum andern eine Vorwählmöglichkeit in einfacher Weise geschaffen.
Die dbbildung zeigt in Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach dem Kennzeichen des Anspruches 17 im Arbeitszustand, in welchem Potentioiretergestänge und Arbeitshebel gekuppelt sind.
Auf einer Grundplatte (1) ist ein Drehgelenk mit Drehantrieb (2) aufgesetzt, welches kippbar den Haupthebel (3) trägt, dessen Stellung durch den am Gelenk (4) angelenkten Hydraulikzylinder (5) bestimmt una durch das Schiebepotentiometer (6) kontrolliert wird. er Hauptnebel (3) trägt am Gelenk (7) den Auslegerhebel (8), dessen Stellung durch den Hydraulikzzlineer (9) bestimmt und durch das Schiebepotentiometer (10) kontrolliert wird. An seiner Spitze am Gelenk (11) Dr:gt der Auslegerhebel (8) seitlich und in der Höhe schwenkbar sowie Drehbar die automatische Spritzpistole (12), deren Gelenke (13), (14) nd (15) jeweils als Drehantriebe mit eingebauten Inkrementalgebern aüsstattet sind, mit deren Hilfe die Drehantriebe in ihrer jeveiligen Stellung kontrolliert werden.
Da während des Arbeitsvorganges die Hebel und das die Potentiometer tragende Gcstänge durch die Bolzen (16), (17)d (18) miteinander verbunden sind, folgen die Hydraulikelemente bzw. die daran angelenkten Hebel den von dem hier nicht dargestellton Speicher vorgegebenen Sollwerten.
lm Gegensatz nierzu zeigt die Fig. 2 den Programmierzustand, während dem aie Knebel (3) und (8) ausgekuppelt und zurückgeschwenkt sind, während das die Potentiometer und die Drehantriebe (13), (14) und (15) der Automatik-Spritzpistole (12) tragende Gestänge (20), (21) und (22) durch den an der Spritzpistole (12) befestigten Handgriff (19) bewegt wird, wobei der Speicher die vonden Potentiometern bzw. Inkrementelgebern gemessenen Werte aufzeichnet.
Erst nach Beendigung des Programmiervorganges wird durch :nRupeln der Gestängestäve (20), (21) und -(22) durch die Bolzen (16), (17) und (18) mit den Hebeln (3) und (8) wird der in Fig. 1 g-ezeigte Zustand wieder hergestellt..

Claims

Patentansprüche Ijauptanspruch Die Erfindung betrifft einen Farbspritzautomaten, auch Farbspritzroboter genannt, der eine oder mehrere Farbspritzpistolen in mindestens einer, bevorzugt drei bis sechs, Bewegungsachsen nach einem leicht wechselbaren Programm führt, dadurch gekennzeichnet, daß seine Be-Bewegungen durch ein berUhrungslos wirkendes Schutzsystem überwacht werden, welches verhindert, daß die Spritzpistole bzw. ihr Träger gegen die zu beschiciitenden Warkstlleke oder gegen die Fördererbestand teile wie AufhSngestHbe, Gehänge odgl. oder gegen andere Hindernisse bzw. Personen stößt.
2. Farbspritzroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzsystem als Gerät zur Erzeugung eines elektrischen Feldes gegen Erde ausgebildet ist.
3. Farbspritzroboter nach Anspruch 1, data auch gekennzeichnet, daß das Schutzsystem als Gerät zur Erzeugung und Überwachung eines Magnetfeldes ausgebildet ist.
4. Farbspritzroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzsystem zur Erzeugung und Überwachung eines Wirbelstromfekles aufgebaut ist.
5. Farbspritzroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzsystem nach dem Prinzip der Reflexabtastung auf der Basis z.B. von Ultraschall, Infrarot oder Radar aufgebaut ist.
6. Farbspritzroboter dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzsystem induktiv oder kapazitiv nach dem Prinzip der Verstimmung eines Schwingkreises bzw. Bedämpfung eines Resonanzkreises arbeitet.
7. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe fUr die verschiedenen Bewegungsachsen Schrittschaltmotoren mit oder ohne entsprechende Untersetzungsgetriebe verwendet werden.
8. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe für die verschiedenen oder einzelne Bewegungsachsen Servo-gesteuerte hydraulische Zylinder oder Hydraulikmotoren verwendet werden.
9. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 8, durch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des je Bewegungsachse jeweils zurUckgelegten Weges Potentiometer oder Inkrementalcodierer oder Resolver verwendet werden.
10. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des je Bewegungsachse jeweils zurückgelegten Weges induktive oder kapazitive Wegaufnehmer verwendet werden.
11. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung der Bewegungsabläufe nach dem Prinzip der PTP-Steuerung z.fl. durch Stecken eines Kreuzschienenverteilers vorgenommen wird.
12. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung der Bewegungsabläufe nach dem Prinzip der CP-Steuerung (Bahnsteuerung) z.B. auf einem Magnetband oder einer Magnetplatte gespeichert wird.
13. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichet, daß ein Zwischenspeicher in Form eines elektronischen Speicherelementes verwendet wird, auf welches die auf der Magnetspeichereinheit gespeicherten Informationen überspielt werden.
14. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung des magnetischen oder elektronischen Speichers in der Ausführung nach Anspruch 7 ein ProDrammiergerSt in Form eines in jeder der vorhanden Bewegungsachsen :it mindestens einem Schiebeawiderstand oder einem anderen Wegaufnehmer ausgerüsteten Spritzpistolenhalterung verwendet wird.
15. Farbspritzroboter nach Anspruch 1-bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmiereinrichtung derart ausgcbi det ist, daß jede der Bewegungseinrichtungen jeweils nach Programmablauf in eine/ je Bewegungsrichtung fest programmierte Endstellung zurück keIt.
16. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Anspruch 13 vorgesehene Uberspieleinrichtung derart vorgewählt wird, daß die für das jeweils nächstfolgende Programm bereits programmierte Kassette in die Uberspieleinrichtung eingelegt ist und auf ein von außen kommendes Signal das auf dem Zwischenspeicher gespeicherte Programm gelöscht wird und das auf der eingelegten Magnetkassette gespeicherte Programm auf den Zwischenspeicher übertragen wird und bereits während dieses Ablaufs das neue Programm in Funktion tritt.
17. Farbspritzroboter nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Anspruch 9 vorgesehenen Überwachungs- bzw. Steuerelemente an einem von der mechanischen Antriebseinheit während des Programmiervorganges ganz oder-teilweise abkoppelt baren fiilfsgestänge montiert sind, um während des Programmierablaufes nach dem "TEAC-IN" Verfahren nicht die gesamte Masse des Bewegungsmechanismus mitbewegen zu müssen.