DE4430234A1

DE4430234A1 - Verfahren zur Feststellung von Gardinenbildung bei Beschichtungen sowie Beschichtungssystem mit Anwendung des genannten Verfahrens

Info

Publication number: DE4430234A1
Application number: DE4430234A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Sasaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1995-03-02
Also published as: JPH07112148A; KR100319650B1; JP3448951B2; KR950005383A; US5521477A

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fest stellung von Gardinenbildung (sag) bei Beschichtungen sowie ein Beschichtungskontrollsystem mit Anwendung dieses Fest stellungsverfahrens.

Verwandte Technik

Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik unter Verwendung ver schiedener Arten von Robotern sind in letzter Zeit verschie dene Probleme in Verbindung mit den Robotern aufgetreten. So werden Struktur und Funktion des Roboters kompliziert und es ist schwierig, einen Roboter der gewünschten Struktur und Funktion zu konstruieren. Die Teach-in-Programmierung ist auch kompliziert und nimmt viel Zeit in Anspruch, wenn man berücksichtigt, daß eine Vielzahl von Robotern verwendet wer den und daß die Zahl der Arten oder Varianten der Fahrzeuge zunimmt.

Zur Bewältigung der obigen Probleme wird ein Robotersimulati onssystem mit CAD (rechnerunterstütztes Konstruieren) erwar tet, bei dem eine Teach-in-Operation mittels einer Computer simulation stattfindet. Im Falle eines Beschichtungsroboters unter den verschiedenen Roboterarten ist es wichtig, nicht nur eine Beschichtungslinie mit Beschichtungspistole an einem zu beschichtenden Werkstück zu steuern, sondern ebenso die Beschichtungsbedingungen wie Abgabemenge des Beschichtungsma terials, Beschichtungsgeschwindigkeit und dergleichen. Ein Roboter-Teach-in-System muß daher entsprechend der Computer simulation das Teach-in solcher Beschichtungsbedingungen auf angemessene Weise abwickeln.

Inzwischen ist es bei der Einführung eines Roboters in eine Fertigungsstraße für Kraftfahrzeuge erforderlich, die Bedie nungsweise des Roboters konstruktiv festzulegen. In anderen Worten: es muß ein Vorab-Teach-in des Roboterbetriebs erfol gen. Entwurf oder Teach-in des Roboterbetriebs müssen zu nächst eine Reihe von Aufgaben festlegen, die vom Roboter auszuführen sind, und dann Details jeder der Aufgaben bestim men, zum Beispiel Auslegung des Roboters, Roboter-Werkzeug, vom Roboter auszuführende Operationsfolge, Peripherieinstal lation zum Roboter und dergleichen, Auswertungshaltung, zum Beispiel dreidimensionale Positionsausrichtung des Roboters und betrieblicher Wirkungsgrad (zum Beispiel Betriebszyklus, Bewegungsentfernung des Roboters und dergleichen).

In dieser Phase der Konstruktion oder grundlegenden Teach-in- Operation des Roboters wird kein tatsächlicher Roboter und kein tatsächliches Werkstück oder Objekt, worauf der Roboter Anwendung findet, verwendet. Daher muß ein Roboterkonstruk teur den Roboterbetrieb oder dessen Bewegung aufgrund seiner dreidimensionalen Vorstellungskraft entwerfen. Diese herkömm liche Art der Roboterkonstruktion oder Teach-in-Programmie rung führt jedoch häufig infolge der Ungewißheit während der Konstruktionsarbeiten des Roboters zu einer unzureichenden oder mangelhaften Roboterleistung.

Um das obige Problem zu lösen, ist die Einführung eines Teach-in-Playback-Systems für die Teach-in-Programmierung des Roboters vorzusehen. Bei dem vorgeschlagenen Teach-in-Play back-System, dem sogenannten direkten Teach-in-Playback- System, findet die Roboter-Teach-in-Programmierung direkte Anwendung an einem tatsächlichen Roboter, der in der Tat den Roboter betätigt, welcher am eigentlichen Werkstück einge setzt wird. Dieses System ist jedoch zeitaufwendig und kost spielig.

Zur Bewältigung solcher Probleme wurde kürzlich die Einfüh rung eines Computersimulationsverfahrens für die Auslegung des Roboterbetriebs (CAD-Simulation) vorgeschlagen. Die CAD- Simulation soll die Teach-in-Programmierung eines Roboters mit Hilfe eines Computersimulationssystems bewerkstelligen, statt das direkte Teach-in-Playback-System zu verwenden, bei dem jeder Roboter direkt einer Teach-in-Programmierung unter worfen wird. Bei dem CAD-Simulationssystem werden ein Robo ter, eine Einspannvorrichtung, Peripherieinstallationen und dergleichen auf einem Bildschirm des CAD-Systems dargestellt, so daß die Teach-in-Programmierung durch Computersimulation auf dem Bildschirm erfolgt. Die mittels der CAD-Simulation erzielten Teach-in-Daten werden auf einen ordnungsgemäß zu betreibenden echten Roboter abwärtsgeladen.

Die CAD-Simulation wird weiter erläutert im Hinblick auf einen Roboter auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugindustrie.

Zunächst werden Arbeitsdaten festgelegt. Zu den Arbeitsdaten gehören alle Informationen betreffend einen Roboterbetrieb wie die Konfiguration des Werkstücks, die Art des Werkstücks wie Karosserie, Stoßstange, Informationen betreffend die Be schichtungspistole, Einspannvorrichtung und dergleichen. Dann werden Teach-in-Daten für einen Roboter durch eine Computer simulation bestimmt, die aufgrund der Arbeitsdaten abläuft. Die daraus resultierenden Teach-in-Daten werden daraufhin überprüft, ob ein Widerspruch zwischen den Daten vorliegt oder ob die Betriebszykluszeit für einen automatischen Simu lationsmodus des Computers geeignet ist. Werden die Teach-in- Daten als angemessen betrachtet, werden sie in eine Maschi nensprache konvertiert und auf einen echten Roboter abwärts geladen. Der Roboter wird in Übereinstimmung mit diesem Teach-in-Ergebnis betrieben.

Die oben erwähnte CAD-Simulation eignet sich für eine spezi elle Art von Robotern wie zum Beispiel einen Schweißroboter, sofern Position, Geschwindigkeit, Bewegungslinie des Roboters und dergleichen stimmen, da bei Robotern dieser Art Ziele nur durch Steuerung der Roboterbewegung erreicht werden können.

Auf der anderen Seite ist es im Falle eines Beschichtungsro boters, wie in der japanischen Patentveröffentlichung No. 2- 280865 beschrieben, wichtig, nicht nur die Bewegung des Robo ters zu steuern, sondern auch die Beschichtungsbedingungen oder Beschichtungsvariablen zur Festlegung einer Beschich tungsdicke. Somit reicht bei diesem Robotertyp eine reine Li niensteuerung des Roboters nicht aus, um eine gewünschte Lei stung zu erzielen. Zu den Beschichtungsbedingungen gehören insbesondere eine bestimmte Abgabemenge eines Beschichtungs materials, eine elektrostatische Beschichtungsspannung, ein Zerstäubungsdruck für das Beschichtungsmaterial und derglei chen.

Beim herkömmlichen Verfahren werden die Beschichtungsbedin gungen durch das direkte Teach-in-Playback-System unter Ein satz des echten Roboters festgelegt, obgleich die Teach-in- Programmierung der Roboterbewegung mittels der CAD-Simulation vonstatten geht. Die Teach-in-Programmierung des Beschich tungsroboters entsprechend dem direkten Teach-in-Playback- System erfolgt in der Weise, daß eine Beschichtungslinie für eine Beschichtungspistole ausgehend von der Form und Position einer Fahrzeugkarosserie oder eines ähnlichen zu beschichten den Gegenstandes festgelegt wird. Dann werden die Beschich tungsliniendaten in einem Steuerteil gespeichert. An der festgelegten Beschichtungslinie des Roboters werden eine Reihe von Teach-in-Punkten vorgesehen. Ebenfalls festgelegt werden eine Beschichtungsgeschwindigkeit, eine Abgabemenge des Beschichtungsmaterials, eine Abgaberichtung des Beschich tungsmaterials und dergleichen jeweils bezogen auf die ein zelnen Teach-in-Punkte, und Daten zur Festlegung der obigen Beschichtungsbedingungen werden gespeichert. Darüber hinaus werden am Beschichtungsroboter Betriebsdaten zur Bewegung der Beschichtungspistole entsprechend den Daten der Beschich tungslinie, Betriebsdaten usw. festgelegt. Schließlich wird ein Steuerungsprogramm festgelegt, welches die Daten der Be schichtungsbedingungen und die Betriebsdaten für den Be schichtungsroboter enthält.

Nach der Teach-in-Programmierung wird der Beschichtungsrobo ter entsprechend dem vom Steuerteil gelieferten Steuerungs programm betrieben. Der Beschichtungsroboter bewegt die Be schichtungspistole längs der festgelegten Beschichtungslinie und steuert die Beschichtungspistole so, daß eine Fahrzeugka rosserie entsprechend den festgelegten Beschichtungsbedingun gen beschichtet wird, die Beschichtungsgeschwindigkeit, Be schichtungsmenge und Beschichtungsrichtung und dergleichen einschließen.

Es ist jedoch zu beachten, daß die herkömmliche Roboter- Teach-in-Programmierung zur Festlegung der Beschichtungsbe dingungen oder Beschichtungsvariablen nach dem direkten Play back-Teach-in-Verfahren nötig ist, um eine Reihe von Teach in-Punkten festzulegen und damit die Zahl der auszuführenden Schritte zu erhöhen. Da außerdem der echte Beschichtungsrobo ter und das echte Werkstück, wie zum Beispiel eine zu be schichtende Fahrzeugkarosserie, verwendet werden müssen, um die Teach-in-Programmierung durchzuführen, ist die für den Teach-in-Vorgang benötigte Zeit ziemlich begrenzt. Es ist da her schwierig, für den Roboter ein optimiertes Steuerungspro gramm zu erzielen. Um obige Probleme zu bewältigen, wird auch vorgeschlagen, eine Computersimulation zur Durchführung der Teach-in-Programmierung der Beschichtungsbedingungen (Simulations-Teach-in-Playback) einzuführen, um einen solchen tatsächlichen Einsatz von Beschichtungsroboter und Werkstück auszuschalten.

Es ist jedoch schwierig, wünschenswerte Beschichtungsbedin gungen des Beschichtungsroboters durch die herkömmliche CAD- Simulation festzulegen, selbst wenn eine Reihe von Teach-in- Punkten vorhanden sind, um Daten zu den Beschichtungsbedin gungen zu erhalten, wie zum Beispiel Beschichtungsgeschwin digkeit, Beschichtungsmenge, Abgaberichtung des Beschich tungsmaterials und dergleichen. Dem ist so, weil die herkömm licherweise durch CAD-Simulation festgelegten Beschichtungs bedingungen nicht ausreichen, um die Leistung eines Beschich tungsroboters zu steuern.

In Anbetracht dessen wird vorgeschlagen, daß neben der her kömmlichen Beschichtungsbedingungen an den jeweiligen Teach in-Punkten ein Beschichtungswirkungsgrad für ein zu beschich tendes Werkstück oder Objekt berechnet wird und daß der Be schichtungswirkungsgrad bei der Teach-in-Programmierung eines Beschichtungsroboters berücksichtigt wird.

Unter Beschichtungswirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen einer Menge eines Beschichtungsmaterials, welches die tat sächlich auf einer zu beschichtenden Fläche aufgebrachte Be schichtung bildet, und dem durch die Beschichtungspistole auf die Beschichtungsfläche aufgesprühten Beschichtungsmaterial zu verstehen. Der Wirkungsgrad der Beschichtung ist durch Mehrfach-Regressionsanalyse erzielbar, bei der ein Beschich tungsmaterial-Zerstäubungsdruck und eine elektrostatische Be schichtungsspannung als Steuerungsvariablen dienen oder wei terhin eine Abgabemenge des Beschichtungsmaterials an der Be schichtungspistole und einen Abstand zwischen der Pistole und der Beschichtungsfläche neben Zerstäubungsdruck und elektro statischer Spannung als Steuerungsvariablen einschließen. Die obige, auf eine Fläche aufgebrachte Beschichtung bezeichnet eine Schicht, die auf die Beschichtungsfläche aufgesprüht, getrocknet und geschrumpft wird.

Dementsprechend sind die Steuerungsvariablen, die sowohl auf grund der Daten der Eingabevariablen und des Beschichtungs wirkungsgrads festgelegt werden, zuverlässig für die Steue rung der Roboterleistung, so daß das Steuerungsprogramm ent sprechend den Steuerungsvariablen, die mittels des obigen Teach-in-Verfahrens festgelegt wurden, eine gewünschte Be schichtung ergibt.

Es ist jedoch zu beachten, daß das obige Verfahren zwar im Falle einer flachen Beschichtungsfläche ein wünschenswertes Resultat liefern kann, daß es sich jedoch nicht gut für eine Beschichtungsfläche eines Werkstücks mit gewellter oder un ebener Oberfläche eignet, wie zum Beispiel einen Motorraum, einen Kofferraum eines Kraftfahrzeugs, oder wenn die Be schichtungsfläche schräg ist, da dann genaue Steuerungsvaria blen nur schwer möglich sind. In anderen Worten: Das obige Verfahren ist insofern nachteilig, daß es, wenn die Beschich tungsfläche eine Neigung, eine Wellung oder Unebenheit auf weist, schwierig ist, zu einer gleichmäßigen Dicke der Be schichtung zu gelangen.

Wenn die Beschichtungsfläche im Verhältnis zur Ausrichtung der Pistole oder im Verhältnis zur Vertikalen geneigt ist, ist die Beschichtungsdicke außerdem von Punkt zu Punkt unter schiedlich. Ansonsten kommt es zu einer unerwünschten Gardi nenbildung der Beschichtung.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Be schichtungsverfahren an die Hand zu geben, welches eine er wünschte und gleichmäßige Beschichtungsdicke ermöglicht, selbst wenn die Beschichtungsfläche eines Werkstücks uneben oder geneigt ist.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Feststellung einer Gardinen bildung in einem Beschichtungsmaterial auf einer Beschich tungsfläche im Falle geneigt verlaufender Oberflächen.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Beschichtungssteuerungssystems, welches eine Gardinenbildung oder mangelnde Abdeckung der Beschichtungs fläche verhindern kann.

Noch ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur genauen Feststellung einer Gardinenbildung in einer Beschichtung, um ungeachtet der Kon figuration oder Unebenheiten in einer Beschichtungsfläche eines zu beschichtenden Werkstücks zu einer erwünschten, gleichmäßigen Beschichtung zu gelangen.

Die obigen und weitere Zwecke der Erfindung können durch ein Verfahren zur Feststellung einer Gardinenbildung in einer Be schichtung erfüllt werden, welches als einzelne Schritte die Festlegung einer Beschichtungsdicke für eine spezielle Be schichtungsfläche, die Feststellung einer Neigung der spezi ellen Beschichtungsfläche, die Festlegung eines kritischen Werts für eine Gardinenbildung auf einer vertikalen Oberflä che, an der es zu einer Gardinenbildung kommt, einschließt und womit festgestellt werden kann, ob an einer speziellen Beschichtungsfläche aufgrund der Neigung der speziellen Be schichtungsfläche und der Beschichtungsdicke auf der speziel len Beschichtungsfläche in Anbetracht des kritischen Werts der vertikalen Beschichtungsfläche als Bezugspunkt eine Gar dinenbildung auftritt oder nicht.

Das Verfahren beinhaltet als weitere Schritte vorzugsweise die Feststellung eines Beschichtungswirkungsgrades, also des Verhältnisses zwischen einer Menge eines Beschichtungsmateri als, welches als Beschichtung tatsächlich auf die spezielle Beschichtungsfläche aufgebracht wird, und dem Beschichtungs material, welches aus einer Beschichtungspistole auf die Be schichtungsfläche aufgebracht wird. Dann wird die Beschich tungsdicke der speziellen Beschichtungsfläche mittels einer Simulation bestimmt, die den Wirkungsgrad der Beschichtung berücksichtigt.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren als weiteren Schritt die Festlegung der Be schichtungsbedingungen oder Beschichtungsvariablen, wie zum Beispiel einer Abgabemenge des Beschichtungsmaterials, einer Position einer Beschichtungspistole, einer Ausrichtung der Beschichtungspistole, einer elektrostatischen Spannung für eine Beschichtung, eines Zerstäubungsdrucks der Beschich tungspistole, einer Bewegungsgeschwindigkeit der Beschich tungspistole, eines Abstands zwischen Pistole und Beschich tungsfläche. Ob es zu einer Gardinenbildung kommt oder nicht, wird mittels einer Simulation, vorzugsweise einer CAD-Simula tion, mit Hilfe der im voraus oder durch die Simulation fest gelegten Beschichtungsvariablen festgestellt. Der Beschich tungsroboter wird aufgrund des Ergebnisses der obigen Ermitt lung gesteuert. Bei einer vorzuziehenden Ausführungsart kann das Verfahren zur Feststellung der Gardinenbildung entspre chend der vorliegenden Erfindung auf geeignete Weise auf den Beschichtungsvorgang für eine Fahrzeugkarosserie Anwendung finden.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Beschichtungssteuerungssystem zur Steuerung eines Be schichtungsroboters, der eine automatische Beschichtung eines Werkstücks durchführt, Mittel zur Festlegung einer Beschich tungslinie, längs deren der Beschichtungsroboter über das Werkstück bewegt wird, Dateneingabemittel für die Eingabe verschiedener bekannter Daten betreffend den vom Beschich tungsroboter auszuführenden Beschichtungsvorgang, Mittel zur Einstellung der Beschichtungssteuerungsvariablen entsprechend der von den Beschichtungslinien-Einstellmitteln und den ver schiedenen von den Dateneingabemitteln eingegebenen Informa tionen eingestellten Beschichtungslinie, Robotersimulations mittel zur Abwicklung einer Robotersimulation des Beschich tungsvorgangs durch den Beschichtungsroboter, ausgehend von den Steuerungsvariablen, um so ein auf dem Ergebnis der Robo tersimulation basierendes Steuerungsprogramm festzulegen, so wie Robotersteuerungsmittel zur Steuerung des Beschichtungs roboters entsprechend dem durch die Robotersimulationsmittel eingestellten Steuerungsprogramm.

Das Mittel zur Einstellung der Steuerungsvariablen berechnet vorzugsweise den Beschichtungswirkungsgrad des Beschichtungs materials und bestimmt eine Beschichtungsdicke auf einer spe ziellen Beschichtungsfläche aufgrund des Beschichtungswir kungsgrads. Das Robotersimulationsmittel stellt fest, ob auf grund der durch die Mittel zur Einstellung der Steuerungsva riablen und die Neigung der Beschichtungsfläche festgelegten Beschichtungsdicke eine Gardinenbildung zustandekommt, und bewirkt die Simulation der Beschichtung durch den Beschich tungsroboter aufgrund der Bestimmung.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden eine Beschich tungsdicke und Neigung der Beschichtungsfläche im Verhältnis zur Vertikalen ermittelt und es wird festgestellt, ob auf grund der Beschichtungsdicke und der Neigung der Beschich tungsfläche eine Gardinenbildung zustandekommt. Infolgedessen ist es möglich, Beschichtungsbedingungen zu ermitteln, mit denen eine Gardinenbildung während der Beschichtung wirksam verhindert werden kann, selbst wenn die Beschichtung an einer geneigten Beschichtungsfläche erfolgt.

Entsprechend der vorzuziehenden Ausführungsform wird die Be schichtungsdicke der speziellen Beschichtungsfläche mittels der Simulation durch Einstellung des Beschichtungswirkungs grads in der Weise festgelegt, daß die Festlegung der Be schichtungsdicke stets ordnungsgemäß erfolgen kann, selbst wenn die Beschichtungsfläche uneben ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung erfolgt eine Feststellung, ob es zur Gardinenbildung kommt oder nicht, mit Hilfe einer Simulation, die von Steue rungsvariablen zur Steuerung der vom Beschichtungsroboter durchgeführten Beschichtung erfolgt. Die Steuerung des Be schichtungsroboters basiert auf dieser Auswertung, so daß die Beschichtung, ob nun eine Gardinenbildung stattfindet oder nicht, einwandfrei ausgeführt wird, um die Gardinenbildung wirksam zu verhindern.

Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung erfolgt die obige Feststellung, ob es zu einer Gardinen bildung kommt oder nicht, an einer Beschichtungsfläche einer Fahrzeugkarosserie. Die Beschichtung der Fahrzeugkarosserie, deren Beschichtungsfläche gewöhnlich uneben ist, kann ein wandfrei erfolgen, ohne während des Beschichtungsvorgangs eine Gardinenbildung hervorzurufen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird ein Beschichtungssteuerungsprogramm durch eine Si mulation, vorzugsweise eine CAD-Simulation, festgelegt, um so eine Teach-in-Programmierung des Beschichtungsroboters für die Beschichtung ohne weiteres und wirksam durchführen zu können.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Er findung erfolgt die Ermittlung der Beschichtungsdicke und die Feststellung einer eventuellen Gardinenbildung mittels einer Simulation, bei der ein Roboter zur Durchführung eines Be schichtungsvorgangs auf einem Bildschirm oder CRT-Display und dergleichen so bewegt wird, als würde er für die tatsächliche Beschichtung eines Werkstücks gesteuert. Daher lassen sich die Beschichtungsbedingungen ohne weiteres durch Steuerung des simulierten Beschichtungsvorgangs des Beschichtungsrobo ters auf einem Display bestimmen, wodurch einer Gardinenbil dung wirksam vorgebeugt wird.

Obige und weitere Zwecke, Vorteile und neue Merkmale der vor liegenden Erfindung ergeben sich umfassender aus den folgen den detaillierten Beschreibungen, worin auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Beschichtungsroboter zeigt, auf den die vorliegende Er findung einwandfrei angewandt werden kann.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Teach-in-Program miersystem für einen Roboter zeigt.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Bewegungsli nie für eine Beschichtungspistole zeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, um zu erklären, wie eine Steuerungsvariable zu ermitteln ist.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches eine automatische Fest stellung einer Gardinenbildung sowie mangelnder Deckkraft zeigt.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Oberflächenmo dells eines Werkstücks, welches für eine CAD-Simulation ver wendet wird.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Oberflächenmo dells eines durch CAD-Simulation zu beschichtenden Werkstücks zur automatischen Feststellung, ob eine Gardinenbildung und/oder mangelnde Deckkraft vorliegt oder nicht, wenn die Beschichtungsfläche geneigt ist.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Objekts mit einem Oberflächenmodell für die CAD-Simulation.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die erklärt, wie ein Simulationsbild einer Beschichtung durch eine Simulation er mittelt werden kann.

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Teil und einer Menge eines durch dieses ver laufenden Beschichtungsmaterials zeigt.

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht, die erklärt, welche Zeit nötig ist, damit eine Beschichtungspistole eine festge legte Strecke durchläuft.

Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer CAD-Simulation.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer CAD-Simulation.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht, die eine kritische Beschichtungsdicke an einer vertikalen Beschichtungsfläche erklärt.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die eine automatische Feststellung einer Gardinenbildung und/oder mangelnden Deck kraft mit Hilfe eines Simulationsbildes der Beschichtung zeigt, welches aufgrund einer durch eine CAD-Simulation be wegte Fläche hergestellt wird.

Detaillierte Beschreibung der vorzuziehenden Ausführungsformen

Eine vorzuziehende Ausführungsform entsprechend der vorlie genden Erfindung wird nachstehend im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Beschichtungsroboter 10 mit einer Vielzahl von Verbindungen entsprechend einem Teach-in- Playback-System, angeordnet an einem Roboterförderer 12 zur Bewegung des Förderers 12 in Längsrichtung. Nach der darge stellten Ausführungsform wird das Teach-in-Playback durch Computersimulation verwirklicht. Der Beschichtungsroboter ist versehen mit einem Unterteil 14, einem Paar beweglicher Arme 16, 16, die auf dem Unterteil 14 aufliegen, einem beweglichen Gelenkteil 18, der mit einem Spitzenteil des Arms 16 und einem im Unterteil 14 angeordneten Regler 14 zur Aufnahme von betrieblichen Steuerungssignalen verbunden ist, um die Bewe gung der jeweiligen Teile des Roboters 10 zu steuern. An dem beweglichen Gelenkteil 18 ist eine Beschichtungspistole 20 zur Durchführung einer elektrostatischen Beschichtung ange bracht.

Die Beschichtungspistole 20 enthält eine Hochspannungsversor gung zur Herstellung der elektrostatischen Beschichtung aus einem Spannungserzeugerteil 22, Steuerluft zur Umschaltung eines Beschichtungsmusters durch ein am ersten Luftdurchtritt 25 angeordnetes Umschaltventil 24 und weitere Steuerluft zur Umschaltung eines Beschichtungszerstäubungsdrucks durch ein an einem zweiten Luftdurchtritt 27 angeordnetes Umschaltven til 26. In die Pistole 20 wird ein Beschichtungsmaterial einer ausgewählten Farbe eingeführt, die von einem Farbaus wahlteil 30 durch einen Beschichtungsmaterialdurchtritt 35 ausgewählt wird, worin ein Schaltventil 32 und ein Austrag mengensteuerteil 34 vorgesehen sind. Der Austragsteuerteil 34 erhält Steuerluft zur Umschaltung einer Austragmenge des Be schichtungsmaterials an der Pistole 20 durch einen dritten Luftdurchtritt 29, worin ein Umschaltventil 28 angeordnet ist, um die Austragmenge des Beschichtungsmaterials umzu schalten.

Der Beschichtungsroboter 10 ist mit einer Robotersteuerein heit 40 verbunden, die ein Steuersignal Sa an das Schaltven til 32 am Beschichtungsmaterialdurchtritt 35, ein Steuersi gnal Sp an das Umschalt-Steuerventil 24, ein Steuersignal Sv an den Spannungserzeugerteil 22, ein Steuersignal Sc an das Umschaltventil 28, ein Steuersignal Sq an das Umschaltventil 26 und ein Steuersignal Sx an den Robotersteuerteil 14A sen det, wenn der Roboter 10 einen Beschichtungsvorgang ausführt.

Nach der dargestellten Ausführungsform werden die Steuersi gnale Sa, Sp, Sv, Sc, Sq und Sx an das Schaltventil 32, das Muster-Umschaltventil 24, den Spannungserzeugerteil 22, das Austragmengen-Umschaltventil 28, das Zerstäubungsdruck-Steu erventil 26 und den Steuerteil 14A richtig durch Anwendung des Computersimulationsverfahrens für den Beschichtungsrobo ter 10 eingestellt. Um die Teach-in-Programmierung des Robo ters 10 durchzuführen, werden die Steuervariablen des Be schichtungsroboters aufgrund der folgenden Prozedur ermit telt.

Fig. 2 zeigt das Teach-in-Playback-System (Simulations- Teach-in-Playback-System) zur Durchführung der Teach-in-Pro grammierung mit Hilfe eines Computersimulationsverfahrens für den Roboter 10. Das Teach-in-Playback-System enthält den Ro botersteuerteil 40. Neben dem Robotersteuerteil 40 enthält das System weiterhin die CAD/CAM-Einrichtung 51, den an die Einrichtung 51 angeschlossenen Datenauswahlteil 53, den Da teneingabeteil 55, den Steuervariablen-Einstellteil 57 und die Beschichtungsroboter-Simulationseinrichtung 61. Die CAD/CAM-Einrichtung 51 speichert Bewegungsliniendaten, wie in Fig. 3 dargestellt, zur Darstellung einer Konfiguration einer Beschichtungsfläche eines Werkstücks, wie zum Beispiel einer Fahrzeugkarosserie, auf die eine Beschichtung mittels der Beschichtungspistole 20 aufgebracht wird, welche am Be schichtungsroboter 10 angebracht ist. Der Variableneinstell teil 57 ist mit einem Teil 58 zur Berechnung des Beschich tungswirkungsgrades, einem Teil 59 zur Einstellung der Be schichtungsgeschwindigkeit und einem Teil 60 zur Einstellung der Beschichtungsbedingungen versehen.

Bei einer Roboter-Teach-in-Programmierung mittels der Compu tersimulation wird der Datenauswahlteil 53 so betätigt, daß er Datenauswahlsignale CL entsprechend dem zu beschichtenden Werkstück auswählt und die Signale CS an die CAD/CAM-Einrich tung 51 sendet. In der Einrichtung 51 werden Bilddaten DI und Bewegungsliniendaten DO entsprechend den Signalen CL gesucht und ausgewählt und von der CAD/CAM-Einrichtung zum Variablen einstellteil 57 gesendet.

Der Dateneingabeteil 55 wird so betätigt, daß die Koordina tendaten IDP (X, Y, Z) zur Festlegung der Teach-in-Punkte No. 1 - No.n manuell in der Reihenfolge vom Dateneingabeteil 55 zum Variableneinstellteil 57 eingegeben werden. Hinsichtlich einer Vielzahl von Teach-in-Punkten No. 1 - No.n erfolgt die Eingabe der Stellungsdaten IDA (α, β, Γ), die die von der Pistole 20 einzunehmende Stellung zeigen, Beschichtungs- Ein/Aus-Daten IDC (Ein/Aus-Daten der Beschichtung), die an zeigen, ob ein Beschichtungsvorgang erfolgen soll, Interpola tionsdaten IDI zur Schaffung einer Interpolation zwischen einem aktuellen Teach-in-Punkt und einem früheren Teach-in- Punkt, Längsgrößendaten IDL für das Beschichtungsmuster, Sei tengrößendaten für das Beschichtungsmuster IDW, Daten der elektrostatischen Beschichtungsspannung IDV, die eine elek trostatische Spannung der Pistole 20 bezeichnen, Abstandsda ten IDD, die einen Abstand zwischen der Beschichtungspistole 20 und dem Werkstück bezeichnen, Beschichtungsdickendaten IDR, die eine erforderliche Beschichtungsdicke bezeichnen, sowie Konfigurationscodedaten, die eine Ungleichmäßigkeit der Beschichtungsfläche am Werkstück bezeichnen.

Der Variableneinstellteil 57 sendet die Koordinatendaten IDP, die Stellungsdaten IDA, die Ein/Aus-Daten IDC, die Interpola tionsdaten IDI vom Dateneingabeteil 55 zu einer Robotersimu lationseinrichtung 61 als Koordinatendaten DP, Stellungsdaten DA, Ein/Aus-Daten DC und Interpolationsdaten DI. Der Varia bleneinstellteil 57 bestimmt eine Beschichtungsmuster-Steuer variable zur Bezeichnung eines Beschichtungsmusters am Werk stück, eine Spannungssteuerungsvariable zur Bezeichnung der elektrostatischen Spannung der Beschichtungspistole 20, eine Steuervariable für die Beschichtungsmaterialmenge zur Be zeichnung einer Austragmenge des Beschichtungsmaterials an der Beschichtungspistole 20 und eine Steuervariable für den Beschichtungszerstäubungsdruck zur Bezeichnung eines Be schichtungszerstäubungsdrucks einer Beschichtungspistole 20 und bestimmt weiterhin die Beschichtungsmusterdaten DDP, die elektrostatischen Beschichtungsdaten DVV, die Beschichtungs mengendaten DCC und die Beschichtungszerstäubungsdaten DQQ zur Bezeichnung der Beschichtungsmuster-Steuervariablen, der Variablen der elektrostatischen Beschichtungsspannung, der Steuervariablen für die Beschichtungsmaterialmenge und der Steuervariablen der Beschichtungszerstäubung und sendet diese an die Robotersimulationseinrichtung 61.

Weiterhin berechnet der Beschichtungswirkungsgrad-Berech nungsteil 58 des Steuereinrichtungs-Einstellteils 57 den Wir kungsgrad der Beschichtung Pµ aufgrund der Koordinatendaten IDP an der Bewegungslinie der Pistole, die sich aus den Bewe gungsliniendaten DO für die betreffenden Teach-in-Punkte P1- Pn ergibt. Der Beschichtungswirkungsgrad Pµ bezeichnet ein Verhältnis zwischen einer Menge eines auf der Beschichtungs fläche des Werkstücks auf gebrachten Beschichtungsmaterials zur Bildung einer Beschichtung und der Gesamtmenge des Be schichtungsmaterials, die von der Beschichtungspistole 20 auf die Beschichtungsfläche aufgebracht wird. Die Beschichtung bedeutet, daß das Beschichtungsmaterial mittels der Pistole 20 auf die Beschichtungsfläche aufgebracht und natürlich ge trocknet und geschrumpft wird, um eine endgültige Beschich tung zu bilden.

Der Beschichtungswirkungsgrad Pµ betreffend die jeweiligen Teach-in-Punkte gemäß Fig. 3 P1-Pn wird aufgrund des Verfah rens der Mehrfach-Regressionsanalyse berechnet und dabei wer den die Zerstäubungsdruckdaten DQQ, die Beschichtungsaustrag daten DCC und die Daten der elektrostatischen Beschichtungs spannung DVV, ermittelt im Einstellteil 60, sowie die Konfi gurationscodedaten IDF und die Abstandsdaten IDD aus dem Da teneingabeteil 55 verwendet.

Insbesondere kann der Beschichtungswirkungsgrad Pµa wie folgt ermittelt werden, wenn die elektrostatische Beschichtungs spannung zwischen 0 und 60 kV beträgt:

Pµa=-K1_*Qq+K2_*Cc+K3_*Vv-K4_*Dd+K5 (1)

worin Qq (q/cm²) den Beschichtungszerstäubungsdruck an der Beschichtungspistole 20, dargestellt durch den Zerstäubungs druck DQQ, bezeichnet,
Cc (cc/min) eine Austragmenge des Beschichtungsmaterials an der Beschichtungspistole 20, dargestellt durch die Beschich tungsmenge DCC, bezeichnet,
Vv (kV) eine elektrostatische Beschichtungsspannung an der Beschichtungspistole 20, dargestellt durch die Daten der elektrostatischen Beschichtungsspannung DVV, bezeichnet,
Dd (mm) einen Abstand zwischen der Beschichtungspistole 20 und der Beschichtungsfläche des Werkstücks, dargestellt durch die Daten des Beschichtungspistolenabstands IDD, bezeichnet,
K1, K2, K3, K4 und K5 Konstanten sind.

Wenn die elektrostatische Spannung 60-90 kV beträgt, kann der Beschichtungswirkungsgrad Pµb wie folgt ermittelt werden:

Pµb=(-K6_*Qq+K7_*Cc+K8_*Vv-K9_*Dd+K10 )_*M

worin M ein Berechnungsausgleichskoeffizient entsprechend einem Beschichtungsteil eines Werkstücks bezeichnet, der durch eine Codenummer für jeden einzelnen Beschichtungsteil spezifiziert ist,
K6, K7, K8, K9 und K10 Konstanten sind.

Die Konstanten K1-K10 werden wie folgt festgelegt (entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung):
K1=0,00313095
K2=0,00002380
K3=0,57665200
K4=0,02725000
K5=43,48620000
K6=0,00574375
K7=0,01593750
K8=0,30620400
K9=0,03133330
K10=35,5938000.

Weiterhin bestimmt der Teil 59 zur Einstellung der Beschich tungsgeschwindigkeit des Variableneinstellteils 57 eine Be schichtungszeitsteuervariable Tg zur Bezeichnung eines Zeit raums, der erforderlich ist, um eine festgelegte Menge des Beschichtungsmaterials aus der Beschichtungspistole 20 abzu geben und wobei die Steuervariable Vg für die Geschwindigkeit der Pistolenbewegung eine Bewegungsgeschwindigkeit der Be schichtungspistole 20 an den entsprechenden Teach-in-Punkten P1-Pn, dargestellt durch die Koordinatendaten IDP, aufgrund der Längsgrößendaten IDL, Seitengrößendaten IDW aus dem Da teneingabeteil 55 und den Beschichtungswirkungsgrad Pµ, be rechnet im Berechnungsteil 58 für den Beschichtungswirkungs grad, als optimierte Werte zur Erzielung einer erwünschten Beschichtungsdicke, dargestellt durch Soll-Beschichtungs dickendaten IDR, bezeichnet. In anderen Worten: Die Beschich tungszeitsteuervariable Tg und die Variable Vg zur Steuerung der Pistolenbewegungsgeschwindigkeit werden aufgrund der Ein gabedaten vom Eingabedateneingabeteil 55 unter Berücksichti gung des Beschichtungswirkungsgrad Pµ, berechnet durch den Berechnungsteil 58, bestimmt, so daß ein Ausgleich aufgrund der Konfigurationscodedaten erfolgt.

Die Variablen Tg und Vg werden beispielsweise wie folgt er mittelt:

Tg=Km[Γd_*Rp_*{BL_*BW+LW(BL_*cosR+BW_*sinR)}]/Pµ_*Nv_*Γw_*Up
Vg=Lw/Tg

worin Γd ein spezifisches Gewicht des getrockneten Beschich tungsmaterials bezeichnet,
Γw ein spezifisches Gewicht des Beschichtungsmaterials in flüssigem Zustand bezeichnet,
Rp eine Soll-Beschichtungsdicke bezeichnet,
BL und BW die Längs- und Seitengrößen des Beschichtungsmu sters bezeichnen,
R einen Winkel zwischen einer Achse AL eines Soll-Beschich tungsmusters eines durch die Punkte a, b, c und d definierten Rechtecks im Verhältnis zu einem speziellen Teach-in-Punkt Pn an einer Bewegungslinie der Beschichtungspistole 20 und einer Achse AL′ eines Ist-Beschichtungsmusters, definiert durch die Punkte a′, b′, c′ und d′, wie in Fig. 4 dargestellt, be zeichnet,
Nv ein Schrumpfvolumenverhältnis zwischen einem Trockenvolu men und einem Naßvolumen für den Fall bezeichnet, wo das Be schichtungsmaterial mit der Beschichtungspistole 20 auf die Beschichtungsfläche aufgebracht und getrocknet wird,
Up eine Austragmenge des Beschichtungsmaterials bezeichnet,
Lw einen Bewegungsabstand der Beschichtungspistole 20 von einem Teach-in-Punkt (Pn-1) zu einem anderen Teach-in-Punkt (Pn), wie in Fig. 4 dargestellt, bezeichnet,
Km eine Konstante ist.

Der Teil 59 zur Einstellung der Beschichtungsgeschwindigkeit bestimmt die Beschichtungspistolengeschwindigkeitsdaten DSS, die die Steuervariable Vg für die Bewegungsgeschwindigkeit der Beschichtungspistole liefern, und die Beschichtungszeit daten DTT, die die Steuervariable Tg für die Beschichtungs zeit liefern und diese an die Beschichtungsroboter-Simulati onseinrichtung 61 sendet.

Wie oben erwähnt, werden die verschiedenen Steuervariablen im Steuervariableneinstellteil 57 im Verhältnis zu den jeweili gen Teach-in-Punkten ermittelt, die durch die unter den Pistolenbewegungsliniendaten DO ausgewählten Koordinatendaten IDP spezifiziert sind, wodurch eine Bewegungslinie oder ein Weg der Beschichtungspistole 20 bezeichnet wird. Zu diesem Zweck wird der Beschichtungswirkungsgrad Pµ im Berechnungs teil 58 für den Beschichtungswirkungsgrad berechnet. An schließend werden im Geschwindigkeitseinstellteil 59 die Pistolengeschwindigkeitssteuervariable Vg, die die Pistolen bewegungsgeschwindigkeit der Beschichtungspistole 20 bezeich net, und die Beschichtungszeitsteuervariable Tg, die den für die Abgabe einer bestimmten Menge des Beschichtungsmaterials an der Beschichtungspistole 20 erforderlichen Zeitraum be zeichnet, aufgrund der Längsgrößendaten des Beschichtungsmu sters IDL, der Seitengrößendaten des Beschichtungsmusters, der Daten für die elektrostatische Beschichtungsspannung IDV, der Beschichtungspistolenabstandsdaten IDD und der Soll-Be schichtungsdickendaten IDR, bestimmt, die im Geschwindig keitseinstellteil 59 festgelegt werden, sowie der Beschich tungswirkungsgrad Pµ, der im Steuervariableneinstellteil 57 berechnet wird.

Auf der anderen Seite bewegt die Robotersimulationseinrich tung 61 die Beschichtungspistole 20 für den Roboter 10 zum Werkstück und bewirkt die Beschichtungssimulation aufgrund der Koordinatendaten DP, der Stellungsdaten DA, der Beschich tungs-Ein/Aus-Daten DC, der Interpolationsdaten DI, der Be schichtungsmusterdaten DPP, der Daten für die elektrostati sche Beschichtungsspannung DVV, der Beschichtungsmengendaten DCC, der Beschichtungszerstäubungsdruckdaten DQQ, der Be schichtungspistolengeschwindigkeitsdaten DSS und der Be schichtungszeitdaten DTT, die vom Steuervariableneinstellteil 57 geliefert werden. Im Verlauf der obigen Operation bewirkt die Simulationseinrichtung 61 den Ausgleich der Koordinaten daten DP, der Stellungsdaten DA, der Beschichtungs-Ein/Aus- Daten DC, der Interpolationsdaten DI, der Beschichtungsmu sterdaten DPP, der Daten DW der elektrostatischen Beschich tungsspannung, der Beschichtungsmengendaten DCC, der Be schichtungszerstäubungsdruckdaten DQQ, der Beschichtungspi stolengeschwindigkeitsdaten DSS und der Beschichtungszeitda ten DTT, wenn dies erforderlich ist.

Zum Zeitpunkt der Simulation erzeugt schließlich die Simula tionseinrichtung 61 Koordinationsdaten DXP, Stellungsdaten DXA, Beschichtungs-Ein/Aus-Daten DXC, Interpolationsdaten DXI, Beschichtungsmusterdaten DXPP, Daten der elektrostati schen Beschichtungsspannung DXVV, Beschichtungsmengendaten DXCC, Beschichtungszerstäubungsdruckdaten DXQQ, Beschich tungspistolengeschwindigkeitsdaten DXSS und Beschichtungs zeitdaten DXTT in Übereinstimmung mit den Koordinatendaten DP, den Stellungsdaten DA, den Beschichtungs-Ein/Aus-Daten DC, den Interpolationsdaten DI, den Beschichtungsmusterdaten DPP, den Daten DVV der elektrostatischen Beschichtungsspan nung, den Beschichtungsmengendaten DCC, den Beschichtungszer stäubungsdruckdaten DQQ, den Beschichtungspistolengeschwin digkeitsdaten DSS und den Beschichtungszeitdaten DTT und bil det neue Steuerdaten DXX zur Versorgung der Robotersteuerein heit 40.

Die Robotersimulationseinheit 40 speichert obige Daten und erzeugt Vorgangssteuersignale Sa aufgrund der Beschichtungs- Ein/Aus-Daten DXC, Signale Sv aufgrund der Daten DXVV der elektrostatischen Beschichtungsspannung, Signale Sc aufgrund der Beschichtungsmengendaten DXCC und Signale Sq aufgrund der Beschichtungszerstäubungsdruckdaten und weiterhin Signale Sx aufgrund der Koordinatendaten DXP, Stellungsdaten DXA, Inter polationsdaten DXI, Beschichtungspistolengeschwindig keitsdaten DXSS und Steuerdaten DXX in Übereinstimmung mit einem Steuerungsprogramm zur Steuerung des Schaltventils 32, des Beschichtungsmusterumschaltsteuerventils 24, des Span nungserzeugerteils 22, des Beschichtungsmengen-Umschaltsteu erventils 28, des Beschichtungszerstäubungsdruck-Umschalt steuerventils 26 und des Robotersteuerteils 14A, der im Unterteil 14 des Roboters 10 angeordnet ist.

Entsprechend dem obigen Verfahren zur Ermittlung von Steuer variablen für den Beschichtungsroboter 10, kann die Roboter- Teach-in-Programmierung für einen Roboter 10, dessen Be schichtungspistole sich längs einer festgelegten Bewegungsli nie bewegen soll, mit verbesserter Genauigkeit vonstatten ge hen, so daß eine Sollbeschichtung erzielt wird, deren Steuer variablen entsprechend der Konfiguration der Beschichtungs fläche des Werkstücks unter Verwendung des Beschichtungswir kungsgrads Pµ im Verhältnis zu einer Vielzahl von Teach-in- Punkten berechnet werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine Robotersteuereinheit 40, eine CAD/CAM- Einrichtung 51, ein Steuervariableneinstellteil 57 und eine Robotersimulationseinrichtung 61 ebenso wie bei der früheren Ausführungsform vorgesehen.

Entsprechend eines in Fig. 5 abgebildeten Flußdiagramms wird nachstehend eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur automatischen Feststellung einer Gardinenbildung oder eines Beschichtungskontrollverfahrens mittels einer Computersimula tion gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

In Schritt # 1 aus Fig. 5 bestimmt die Steuereinheit 40 eine Beschichtungslinie des Beschichtungsroboters. Zu diesem Zweck wird ein Robotervorgangssimulator, wie in Fig. 8 abgebildet, verwendet, um den Beschichtungsroboter, die zu beschichtende Karosserie und dergleichen mittels einer Kathodenstrahlröhre darzustellen, und es wird die Beschichtungslinie festgelegt, der der Beschichtungsroboter während des Beschichtungsvor gangs an der Karosserie folgen soll.

In Schritt # 2 bewirkt die Steuereinheit 40 die Einstellung der richtigen Beschichtungsbedingungen zur Erzielung einer Soll-Beschichtungsdicke längs einer in Schritt # 1 einge stellten Beschichtungslinie. Ein allgemeines CAD/CAM-System kann zur Erzeugung der Beschichtungslinie des Roboters ver wendet werden.

In Schritt # 2 bestimmt die Steuereinheit 40 die entsprechen den Beschichtungsbedingungen zur Erzielung einer Soll-Be schichtungsdicke an der Beschichtungslinie, die in Schritt # 1 ermittelt wurde. Die Feststellung, ob an einer geneigten Beschichtungsfläche eine Gardinenbildung zustandekommt oder nicht, kann nicht vorgenommen werden.

In Schritt # 3 findet eine Beschichtungssimulation zur Be stimmung einer Beschichtungsdicke statt und davon wird ein Simulationsbild erstellt. In anderen Worten: Eine Beschich tungspistole wird an einem Oberflächenmodell eines Werkstücks für ein CAD-Simulationsmodell bewegt, womit außer den Be schichtungsbedingungen die Beschichtungslinie festgelegt wird. Dann wird die Beschichtungsdicke eines Simulationsbilds der Beschichtung durch die CAD-Simulation bestimmt.

In Schritt # 4 erfolgt eine automatische Bestimmung der Gar dinenbildung entsprechend der Neigung der Beschichtungsflä che. Tatsächlich erfolgt die automatische Bestimmung im Ver hältnis zur Beschichtungsdicke, die mittels eines Oberflä chenmodells eines zu beschichtenden Werkstücks ermittelt wird. In Schritt # 5 wird das durch die Simulation erstellte Teach-in-Programm auf einen echten Roboter unter Betriebsbe dingungen übertragen. Somit kann ohne Gardinenbildung oder mangelnde Deckkraft oder dergleichen eine Soll-Beschichtungs dicke erreicht werden.

Weiter unten wird das Verfahren zur Feststellung einer Gardi nenbildung und mangelnden Deckkraft im einzelnen erläutert.

Die Beschichtungslinie wird entsprechend dem vorgenannten Verfahren ermittelt. Dann bestimmt die Steuereinheit 40 auto matisch geeignete Beschichtungsbedingungen zur Erzielung einer Soll-Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Beschich tungslinie. Die Beschichtungsbedingungen werden den Beschich tungsliniendaten hinzuaddiert, so daß die Beschichtungspisto le entsprechend einem Simulationsprogramm mit einem Computer betätigt wird, um die Beschichtungsdicke im Verhältnis zu einem Oberflächenmodell zu ermitteln, welches eine simulierte Beschichtungsfläche eines Werkstückmodells in der CAD-Simula tion ist und wodurch somit eine Beschichtung im Simulations system oder ein Simulationsbild einer Beschichtung ermittelt wird.

Wie in Fig. 6 dargestellt, wird das Oberflächenmodell des Werkstück-CAD, welches für die automatische Auswertung unter Berücksichtigung der Neigung der Beschichtungsfläche verwen det wird, durch M Punkte mal N Punkte an dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) definiert. Diese Punkte sind durch Interpolationslinien oder gerade Linien miteinander verbunden und bilden kleine Fraktionen oder ausschnittartige Konfigura tionen. Zum Beispiel enthält Fig. 7 die Werte M=8 (Spalte), N=6 (Reihe). Die M Punkte und die N Punkte sind in Längsrich tung, seitlich und diagonal miteinander verbunden.

Fig. 8 zeigt eine Fahrzeugkarosserie, einen Roboter, einen Steuerkasten in Form eines Oberflächenmodells, welches nach obigen Angaben erstellt wurde. Das CAD-Oberflächenmodell be steht aus ausschnittartigen Teilen einer Fahrzeugkarosserie 81 mit Motorhaube 83, Dach 84, Boden 58 und dergleichen. In zwischen werden Keilmodelle (spline models), Linienmodelle, zur Darstellung anderer Teile und massive Modelle für den Ro boter verwendet.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein Prozeß zur Erstellung eines Beschichtungssimulationsbildes an den CAD- Oberflächenmodellen in Übereinstimmung mit der Computersimu lation erläutert.

(1) Die gemäß obigem Verfahren ermittelten verschiedenen Be schichtungsbedingungen werden in die Beschichtungsrobotersi mulationseinrichtung 61 im Beschichtungsbedingungseinstell prozeß eingeführt.
(2) Es wird eine Pyramide mit einer Höhe LGLIM bestimmt, die einem Pistolenabstand zwischen der Pistole und dem Werkstück und einem Boden eines Rechtecks entspricht, welches durch eine effektive Längsbeschichtungsmustergröße Bv und eine ef fektive Seitenbeschichtungsmustergröße Bh definiert ist.
(3) Es wird ein Ausschnitt des Oberflächenmodells des CAD- Werkstücks ausgewählt, welcher die oben ermittelte Beschich tungsmusterpyramide überkreuzt.
(4) Hinsichtlich aller ausgewählter Ausschnitte findet fol gende Behandlung statt. Die Erklärung der Behandlung wird im Hinblick auf einen speziellen Ausschnitt gegeben, der durch die Punkte (m, n), (m, n+1), (m+1, n), (m+1, n+1) definiert wird.
(I) Bestimmt wird ein Schwerpunkt P1 einer Oberfläche Suf1 (einer Beschichtungsfläche), ein durch drei Punkte (m, n), (m, n+1), (m+1, n+1) definiertes Dreieck.
(II) Es wird ein Abstand LG1 zwischen einer Spitze 20a der Beschichtungspistole 20 und dem Schwerpunkt P1 ermittelt.
(III) Durch Vergleich des effektiven Abstands Pistole/Werkstück LGIM mit dem Abstand LGI, wenn LGLIM < LGI, wird davon ausgegangen, daß das Beschichtungsmaterial nicht auf der Fläche Suf1 aufgebracht wird und in diesem Falle fin det eine Prozedur (XIII) statt.
(IV) Ein Soll-Vektor P1 der Oberfläche Suf1 wird ermittelt.
(V) Ein Winkel µGP zwischen dem Pistolenvektor G und dem Soll-Vektor P1 wird als Neigung der Beschichtungsfläche im Verhältnis zur Beschichtungspistole ermittelt.
(VI) Es wird davon ausgegangen, daß das Beschichtungsmaterial von der Spitze 20a der Beschichtungspistole 20 mit der Aus tragmenge Qp gleichmäßig in der Pyramide des Beschichtungsmu sters verteilt wird. Während einer Zeiteinheit wird die Menge des Beschichtungsmaterials Qpass′ bestimmt, die den Teil SufLG (einschließlich P1) passiert, der eine Ebene ist, wel che eine Grundfläche der Pyramide mit einer Abstandshöhe LG1 bildet. Es wird die Fläche des Teils Suf1G bestimmt. Der Wert Qpass′ wird in einen Wert Qpass umgewandelt, der einer Menge des in einer Zeiteinheit die Einheitsfläche passierenden Be schichtungsmaterials entspricht.
(VII) Es wird ein Zeitraum Tpass bestimmt, der für den Teil erforderlich ist, welcher eine Pyramidengrundfläche mit einem Abstand LGI von der Pistole bildet und die Ebene SufLG durch quert. Der Zeitraum Tpass ist die Zeit, die die Pistole bei einer Bewegungsgeschwindigkeit Vp benötigt, um sich vom Schwerpunkt P1 zu einem anderen Punkt P2 (siehe Fig. 11) zu bewegen. Bewegt sich die Pistole 20 nicht für einen festge legten Zeitraum, wird die Zeit Tpass auf die festgelegte Zeit eingestellt.
(VIII) Mit den Werten Qpass und Tpass wird eine Menge des Be schichtungsmaterials QSufLG berechnet, die dem Teil SufLG zu geführt wird (QSufLG = Qpass_*Tpass).
(IX) Eine Menge des Beschichtungsmaterials QSuf1, die auf der Beschichtungsfläche Suf1 aufgetragen wird, mit der Menge des Beschichtungsmaterials QSufLG, die dem Teil SufLG zugeführt wird, unter Verwendung des Beschichtungswirkungsgrads Pµ und der Neigung der Beschichtungsfläche RGP im Verhältnis zur Be schichtungspistole 20 wie folgt: QSuf1=Pµ_*cosRGP_*QSufLGInzwischen kann entsprechend dem Abstand LG1 der Beschich tungswirkungsgrad Pµ ausgeglichen werden, der mittels Mehr fach-Regressionsanalyse aufgrund des Abstands Pisto le/Werkstück, der elektrostatischen Beschichtungsspannung, des Beschichtungszerstäubungsdrucks und dergleichen berechnet wird.
(X) Es wird eine Fläche Asuf1 der Beschichtungsfläche Suf1 bestimmt.
(XI) Die Beschichtungsdicke µPA, die durch das auf die Be schichtungsfläche Sulf aufgebrachte und getrocknete Beschich tungsmaterial Qsuf1 gebildet wird, wird entsprechend der Volumenschrumpfung Nv des Beschichtungsmaterials, eines spe zifischen Gewichts Γw des flüssigen Beschichtungsmaterials, eines spezifischen Gewichts Γd des getrockneten Beschich tungsmaterials, der Fläche Asuf1 der Beschichtungsfläche Suf1 wie folgt bestimmt: µPA=Γw_*QSuf1_*Nv/Γd_*Asuf1
(XII) Das Simulationsbild der Beschichtung wird auf einer Kathodenstrahlröhre zum Beispiel durch Färbung der Beschich tungsfläche Suf1 entsprechend der Beschichtungsdicke µPA an gefertigt.
(XIII) Hinsichtlich einer Beschichtungsfläche Suf2 eines Dreiecks, welches durch die Punkte (m, n), (m, n+1) und (m+1, n+1) begrenzt wird, entsteht ein Simulationsbild in gleicher Weise, wie es weiter oben in Verbindung mit der Beschich tungsfläche Suf1 erwähnt wurde.

In Übereinstimmung mit dem oben genannten Verfahren wird das Simulationsbild der Beschichtung in einem Ausschnitt bestimmt, der durch die Punkte (m, n), (m, n+1), (m+1, n) und (m+1, n+1) begrenzt wird.

Nachstehend wird ein Beschichtungsvorgang entsprechend der CAD-Simulation erklärt.

Wie in Fig. 12 dargestellt, erscheinen auf dem Bildschirm die Beschichtungspistole 20 und das Beschichtungsmuster. Die Beschichtungspistole 20 wird mit einer festgelegten Bewe gungsgeschwindigkeit V längs einer Beschichtungslinie bewegt, die durch die Beschichtungspunkte 1-N (in der dargestellten Ausführungsform T1 und T2) definiert ist. Koordinate und Stellung oder Ausrichtung der Pistole 20 an den jeweiligen Beschichtungspunkten werden automatisch manuell oder mittels eines Computers ermittelt. In diesem Falle werden Koordinate und Stellung der Pistole 20 an den Beschichtungspunkten 1-N durch einen Vektor und dergleichen dargestellt. Die Beschich tungslinie wird mittels linearer Interpolation zur Verbindung zweier angrenzender Beschichtungspunkte, bogenförmige Inter polation zur Verbindung von drei aufeinanderfolgenden Be schichtungspunkten und dergleichen bestimmt.

Fig. 13 zeigt ein Oberflächenmodell eines zu beschichtenden Werkstücks, welches mittels CAD erstellt und auf dem Bild schirm dargestellt wird.

Es wird davon ausgegangen, daß das Oberflächenmodell des Werkstücks in der Simulation beschichtet wird, wobei jeder einzelne Ausschnitt einem Beschichtungsvorgang ausgesetzt ist.

Nachstehend wird ein Verhältnis zwischen einem Neigungswinkel der Beschichtungsfläche und einer kritischen Beschichtungs dicke beschrieben, bei der es in vertikaler Richtung zur Gar dinenbildung kommt. Eine Datenbank mit den Grundmerkmalen des Beschichtungsmaterials, wie zum Beispiel Gewichtsreduzie rungsgeschwindigkeit beim Trocknen des Beschichtungsmateri als, spezifisches Gewicht des Beschichtungsmaterials im flüs sigen Zustand, die im voraus bestimmt werden, enthält eine kritische Beschichtungsdicke µMAX1 einer vertikalen Beschich tungsfläche, bei der eine Gardinenbildung beginnt, wenn die Pistole 20 das Beschichtungsmaterial auf eine vertikale Be schichtungsfläche sprüht.

Allgemein besitzt ein Beschichtungsmaterial die gleichen Eigenschaften wie eine thixotrope Flüssigkeit (plastische Flüssigkeit). Ein Beschichtungsmaterial nach Art einer thixotropen Flüssigkeit übt einen statischen Reibungswider stand gegen die Beschichtungsfläche aus, wobei das Beschich tungsmaterial nicht fließt, bis das Beschichtungsmaterial einer größeren Kraft als dem statischen Reibungswiderstand ausgesetzt wird. Infolgedessen kann das Beschichtungsmaterial auf eine vertikale Fläche aufgebracht werden und dort lang fristig verbleiben, um eine bestimmte Beschichtungsdicke zu bilden.

Das Verhältnis zwischen der kritischen Beschichtungsdicke µMAX1 und der Schwerkraft g wird wie folgt ermittelt, wobei τstat (kgf/m²) ein statischer Reibungswiderstand ist (siehe Fig. 14).

Das Verhältnis zwischen einer Kraft F, die auf die Beschich tungsfläche einwirkt, wenn das Beschichtungsmaterial aufge bracht wird, und der kritischen Beschichtungsdicke µMAX1 auf einer vertikalen Beschichtungsfläche wird wie folgt ermit telt:

F=τstat_*A₀=Γw_*µMAX1_*A₀

Die Kraft F bezeichnet eine kritische Kraft, bei der es in der Beschichtung zur Gardinenbildung kommt.

Als nächstes erfolgt die Bestimmung der Beschichtung in einem Fall, wo die Beschichtungsfläche geneigt ist.

Die Neigung der Beschichtungsfläche wird durch einen Winkel Rgp zwischen einem Vektor g der Schwerkraft und einem Soll- Vektor P bezeichnet. Wenn der Winkel Rgp also 90 Grad be trägt, ist die Beschichtungsfläche vertikal. Wenn der Winkel Rgp 0 Grad beträgt, ist die Beschichtungsfläche horizontal u Der Winkel Rgp hat somit einen Wert zwischen 0 und 90.

Ein Verhältnis zwischen der kritischen Kraft F und einer kri tischen Beschichtungsdicke µMAX2 an einer geneigten Beschich tungsfläche des Neigungswinkels Rgp wird wie folgt ermittelt:

F=τstat_*A₀=Γw_*µMAx2_*A₀_*sinRgp

Daher wird ein Verhältnis zwischen der kritischen Beschich tungsdicke µMAX1 an der vertikalen Beschichtungsfläche und der kritischen Beschichtungsdicke µMAX2 an der geneigten Be schichtungsfläche des Neigungswinkels Rgp wie folgt ermit telt:

F=Γw_*µMAX1_*A₀=Γw_*µMAX2_*A₀_*sinRgp(=τstat_*A₀)

Somit wird die kritische Beschichtungsdicke µMAX2 mit Hilfe des Neigungswinkels Rgp und der kritischen Beschichtungsdicke der vertikalen Fläche µMAX1 wie folgt ermittelt:

µMAx2=µMAX1/sinRgp

Wenn daher der Neigungswinkel Rgp 0 beträgt, ist die Be schichtungsdicke theoretisch unendlich. Die kritische Be schichtungsdicke kann auf andere Weise mittels der Oberflä chenspannung des Beschichtungsmaterials bestimmt werden.

Als nächstes wird nachstehend eine automatische Bestimmung der Gardinenbildung und mangelnden Deckkraft einer Beschich tung mittels eines Simulationsbeschichtungsbildes erklärt, welches am Oberflächenmodell hergestellt wird.

Eine Datenbank betreffend die Eigenschaften des Beschich tungsmaterials, die im voraus erstellt wird, enthält für die einzelnen Beschichtungsmaterialien die kritische Beschich tungsdicke µMAX1 für eine Gardinenbildung in einer vertikalen Fläche und eine kritische Beschichtungsdicke µMAX3 für man gelnde Deckkraft, wobei die zu beschichtende Fläche durch die Beschichtung noch zu sehen ist.

Ist die Beschichtungsfläche geneigt, so erfolgt die automati sche Bestimmung der Gardinenbildung und mangelnden Deckkraft der Beschichtung mittels der Beschichtungsdicke, die für je den einzelnen Ausschnitt des Oberflächenmodells des Werk stücks in CAD-Begriffen bestimmt wird, entsprechend den fol genden Schritten.

(1) Es wird ein Beschichtungsmaterial spezifiziert, welches für die Beschichtung des Oberflächenmodells des Werkstücks in CAD-Begriffen verwendet wird. Dann werden die kritische Be schichtungsdicke µMAX1 für die Gardinenbildung an einer ver tikalen Beschichtungsfläche und die kritische Beschichtungs dicke für mangelnde Deckkraft ermittelt.
(2) Jeder einzelne Ausschnitt wird der folgenden Behandlung unterzogen. In der dargestellten Ausführungsform wird die Be handlung im Hinblick auf einen Ausschnitt erklärt, der durch drei Punkte (m, n), (m, n+1) und (m+1, n+1) begrenzt wird.
(I) Es wird eine Beschichtungsdicke µSuf1 eines Beschich tungsmaterials ermittelt, welches auf dem durch die drei Punkte (m, n), (m, n+1), (m+1, n+1) begrenzten Ausschnitt aufgebracht wird.
(II) Die Beschichtungsdicke µSuf1 wird mit der kritischen Be schichtungsdicke µMAX3 verglichen. Wenn µSuf1<µMAX3, wird da von ausgegangen, daß eine mangelnde Deckkraft vorliegt. Es wird dann mit Schritt (VII) fortgefahren.
(III) Für eine Fläche Suf1 wird ein Soll-Vektor P1 ermittelt.
(IV) Es wird ein Winkel Rgp1 zwischen dem Schwerkraftvektor g und dem Soll-Vektor P1 ermittelt. Der Winkel Rgp1 bezeichnet einen Neigungswinkel der Beschichtungsfläche gegenüber der Schwerkraftrichtung. Der Winkel Rgp1 hat einen Wert zwischen 0 und 180 Grad.
(V) Die kritische Beschichtungsdicke µMAX2, bei der im Be schichtungsmaterial eine Gardinenbildung beginnt, wenn die Beschichtungsfläche über den Winkel Rgl1 hinaus geneigt ist, wird entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt.
(VI) Die Beschichtungsdicke µSuf1 wird mit der kritischen Be schichtungsdicke µMAX2 für die Gardinenbildung der Beschich tung verglichen. Wenn µSuf1 < µMAX2, wird festgestellt, daß es zur Gardinenbildung kommt.
(VII) Die obigen Schritte (I)-(VI) werden bei einem anderen Ausschnitt angewandt, der durch drei Punkte (m, n), (m, n+1), (m+1, n+1) begrenzt ist.

Durch eine Reihe von Schritten in der obigen Folge (I)-(VI) kann festgestellt werden, ob eine Gardinenbildung oder man gelnde Deckkraft vorliegt.

In diesem Falle wird bei der Feststellung der Gardinenbildung in der Beschichtung die Beschichtungsdicke µ im nassen Zu stand der Beschichtung angegeben.

Wird davon ausgegangen, daß die Gardinenbildung und/oder man gelnde Deckkraft an den Ausschnittsflächen Suf1 und/oder Suf2 durch obige Simulation herbeigeführt wird, kann eine farbige Karte erstellt werden, um die Gardinenbildung bzw. die man gelnde Deckkraft an den Beschichtungsflächen Suf1 und Suf2 anzuzeigen, die auf dem Bildschirm, der Kathodenstrahlröhre oder einer ähnlichen Einrichtung des Simulationssystems er scheinen. In diesem Falle ist man vor der Gardinenbildung bzw. mangelnden Deckkraft gewarnt und die Simulation des Be schichtungsvorgangs kann, wenn erforderlich, gestoppt werden.

Liegt an der Beschichtungsfläche des Werkstücks weder Gardi nenbildung noch mangelnde Deckkraft vor, wird das durch die Simulation entsprechend den obigen Schritten erstellte Teach in-Programm auf einen echten Beschichtungsroboter übertragen. Der echte Beschichtungsvorgang erfolgt mit dem Beschichtungs roboter, der mit dem Teach-in-Programm geladen wird.

Obschon die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine speziell, vorzuziehende Ausführungsform erläutert wurde, wird der Fachmann erkennen, daß Abänderungen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne Rahmen oder Geist der vorlie genden Erfindung zu sprengen. Der Anwendungsbereich der vor liegenden Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.

Claims

1. Verfahren zur Feststellung einer Gardinenbildung in einer Beschichtung mit den Schritten:
Ermittlung einer Beschichtungsdicke an einer bestimmten Be schichtungsfläche,
Feststellung einer Neigung der bestimmten Beschichtungsflä che,
Ermittlung einer kritischen Beschaffenheit einer Gardinenbil dung an einer vertikalen Fläche, an der es zur Gardinenbil dung kommt, und
Feststellung, ob es an der bestimmten Beschichtungsfläche aufgrund der Neigung der bestimmten Beschichtungsfläche und der Beschichtungsdicke auf der bestimmten Beschichtungsfläche zu einer Gardinenbildung im Hinblick auf die kritische Be schaffenheit der vertikalen Beschichtungsfläche als Bezugs fläche kommt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin enthaltend einen Schritt zur Ermittlung eines Beschichtungswirkungsgrads, der ein Verhältnis zwischen einer Menge eines Beschichtungsmate rials, welches eine tatsächlich auf der bestimmten Beschich tungsfläche aufgebrachte Beschichtung bildet, und dem aus einer Beschichtungspistole auf die Beschichtungsfläche auf ge sprühten Beschichtungsmaterial ist, und
Ermittlung der Beschichtungsdicke der bestimmten Beschich tungsfläche mit Hilfe einer Simulation unter Berücksichtigung des Beschichtungswirkungsgrads.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter enthaltend einen Schritt der Bestimmung der Beschichtungsbedingungen, wobei mit Hilfe einer von den Beschichtungsbedingungen ausge henden Simulation festgestellt wird, ob es zur Gardinenbil dung in der Beschichtung kommt oder nicht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter enthaltend einen Schritt der Steuerung eines Beschichtungsroboters entspre chend dem Ergebnis der Auswertung im Hinblick auf die Gardi nenbildung.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Beschich tungsfläche an einer Fahrzeugkarosserie gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Beschich tungsfläche aus einer Vielzahl von Ausschnitten besteht und wobei die Bestimmung hinsichtlich einer Gardinenbildung an jedem einzelnen Ausschnitt stattfindet.

7. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Beschichtungsbedin gungen wenigstens eine Austragmenge des Beschichtungsmateri als, eine Stellung einer Beschichtungspistole, eine Ausrich tung der Beschichtungspistole, eine elektrostatische Spannung für eine Beschichtung, einen Zerstäubungsdruck der Beschich tungspistole, eine Bewegungsgeschwindigkeit der Beschich tungspistole und einen Abstand zwischen Pistole und Beschich tungsfläche beinhaltet.

8. Beschichtungskontrollsystem zur Steuerung eines Beschich tungsroboters, der die automatische Beschichtung eines Werk stücks durchführt, enthaltend:
Mittel zur Bestimmung einer Beschichtungslinie, längs deren der Beschichtungsroboter über das Werkstück bewegt wird,
Dateneingabemittel zur Eingabe verschiedener bekannter Daten betreffend den vom Beschichtungsroboter durchgeführten Be schichtungsvorgang,
Steuervariableneinstellmittel zur Einstellung der Beschich tungssteuerungsvariablen entsprechend der vom Beschichtungs linieneinstellmittel eingestellten Beschichtungslinie und den verschiedenen durch die Dateneingabemittel eingegebenen In formationen,
Robotersimulationsmittel zur Durchführung einer Robotersimu lation des vom Beschichtungsroboter ausgeführten Beschich tungsvorgangs, ausgehend von den Steuervariablen, um so aus gehend vom Resultat der Robotersimulation ein Steuerungspro gramm festzulegen, und
Robotersteuerungsmittel zur Steuerung des Beschichtungsrobo ters entsprechend dem durch die Robotersimulationsmittel ein gestellten Steuerungsprogramm.

9. System nach Anspruch 8, bei dem das Steuervariablenein stellmittel einen Beschichtungswirkungsgrad des Beschich tungsmaterials berechnet, der ein Verhältnis zwischen einer Menge eines Beschichtungsmaterials, welches als Beschichtung tatsächlich auf der bestimmten Beschichtungsfläche aufge bracht wurde, und dem Beschichtungsmaterial ist, welches aus einer Beschichtungspistole auf die Beschichtungsfläche aufge sprüht wird, unter Ermittlung einer Beschichtungsdicke auf einer bestimmten Beschichtungsfläche, ausgehend vom Beschich tungswirkungsgrad.

10. System nach Anspruch 8, bei dem das Robotersimulations mittel feststellt, ob es an einer bestimmten Beschichtungs fläche zu einer Gardinenbildung kommt oder nicht, in Überein stimmung mit der vom Steuervariableneinstellmittel ermittel ten Beschichtungsdicke und der Neigung der Beschichtungsflä che, und wobei die Simulation des Beschichtungsvorgangs durch den Beschichtungsroboter aufgrund der Auswertung durchgeführt wird.