DE19804400A1 - Verfahren und Programmsteuersystem zum Erzeugen von Steuerdaten für eine Beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zur Durchführung des Verfahrens verwendbares Programmsteuersystem.

Die Programmierung der automatischen Bewegungsabläufe in Kraftfahrzeugbeschichtungsanlagen, in denen alle Maschinenbe­ wegungen in Bezug auf den Weg der durch den jeweiligen Lac­ kierbereich geförderten Karosse definiert werden, erfolgt un­ ter Verwendung von Steuerrechnersystemen mit grafischer Be­ dieneroberfläche. Es ist bekannt, auf dem Monitor des Steuer­ rechners die zu beschichtende Karosse in Form ihrer Umrißli­ nien darzustellen, die dem Bediener als maßstabsgetreue Ori­ entierungshilfe bei der manuellen Eingabe der Steuerdaten für die vom Bewegungsprogramm anzufahrenden Konturenpunkte oder die zu erzeugenden Lackbahnen dienen (DÜRR Produktinformation EcoScreen 4/97; DE-Patent 196 37 730). Nur die Koordinaten der vom Bediener mit dem Cursor gewählten Bewegungsbahnpunkte, die von der Beschichtungseinrichtung angefahren werden sol­ len, werden im Rechnersystem gespeichert. Nicht nur diese Be­ wegungsbahnpunkte und die Ein- und Ausschaltpunkte der Appli­ kationsorgane, also Anfang und Ende der abgesprühten Lackbah­ nen oder dgl., sondern auch die Sprühwinkel für möglichst senkrechtes Auftreffen des Beschichtungsmaterials auf den be­ treffenden Werkstückflächen mußten bisher manuell eingeben werden.

Zur Unterstützung der Eingabe werden im Rechnerprogramm Plau­ sibilitätsprüfungen durchgeführt, um fehlerhafte oder extreme Bewegungsabläufe zu vermeiden, die von der Beschichtungsein­ richtung nicht ausgeführt werden können. Weitere Rechenbau­ steine dienen zur Berechnung einzelner Bewegungskomponenten zusätzlich zu der vom Bediener definierten Grundbewegung, beispielsweise des Lackierwinkels oder im Falle mitfahrender Beschichtungsmaschinen der betreffenden Bewegungen (Mit­ fahrachsen) synchron mit oder entgegen der Förderbewegung.

Das manuelle Erstellen der Bewegungsbahn nach dem bekannten Verfahren ist nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern auch für eine gute Lackierung zu ungenau, so daß häufig nachträgliche Optimierungsarbeiten an den Beschichtungsmaschinen erforder­ lich sind. Bei einer späteren Änderung der Lackierbahn etwa bei geänderter Oszillationsfrequenz muß der Bediener häufig das gesamte Bewegungsprogramm neu erstellen. Ferner war es bisher kaum möglich, bei der Definition der Bewegungsbahn ei­ ne über die gesamte zu beschichtende Fläche gleichmäßige Be­ wegung zu erreichen. Vor allem war es bisher nicht möglich, schon bei der Dateneingabe am Bildschirm zu überprüfen, ob durch das Programmieren Kollisionsbereiche entstehen, so daß es in der Praxis notwendig war, nach dem Erstellen des Bewe­ gungsprogramms zunächst an einer Probekarosse festzustellen, ob und wo unzulässige Annäherungen zwischen den Beschich­ tungsmaschinen und der Karosse auftreten, und das Programm dann entsprechend zu überarbeiten, was sehr zeit- und ar­ beitsaufwendig ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und ein entsprechendes System anzugeben, die eine we­ sentlich schnellere, einfachere und genauere Programmierung der Beschichtungseinrichtung ermöglichen und insbesondere schon während der Programmierung eventuelle Kollisionen zwi­ schen Maschine und Werkstück mit Sicherheit auszuschließen gestatten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der un­ abhängigen Patentansprüche gelöst.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Aufgrund der Erfindung wird auf einfache Weise stets genau der vorgeschriebene Abstand zwischen den Beschichtungsmaschinen und dem Werkstück eingehalten. Die Genauigkeit der program­ mierten Bahnen ist höher als bei dem bekannten Verfahren, so daß keine oder weniger nachträgliche Optimierungsarbeiten notwendig werden. Die Erfindung vermeidet aber nicht nur die geschilderten Nachteile des bekannten Verfahrens, sondern hat weitere praktisch wichtige Vorteile. Beispielsweise ist das Verfahren nicht an ein bestimmtes Datenformat gebunden. Fer­ ner ist es wesentlich kostengünstiger als bei Anwendung eines CAD-Systems zur Erzeugung des Bewegungsprogramms. Ungeachtet der vielen unterschiedlichen Karossenformen oder sonstigen zu beschichtenden Werkstücke können nahezu übereinstimmende Be­ wegungen der Beschichtungseinrichtung relativ zu der Werk­ stückoberfläche erreicht werden.

Das Programmieren wird in besonderem Maße vereinfacht und be­ schleunigt, wenn nicht nur die von der Beschichtungseinrich­ tung anzufahrenden Positionen, also die Bewegungsbahnen der Beschichtungsmaschinen, sondern in Weiterbildung der Erfin­ dung auch die Ein- und Ausschaltpunkte des Applikationsorgans bei seinen Bewegungen relativ zum Werkstück automatisch vom Steuersystem definiert werden.

Die Vereinfachung und Beschleunigung der Programmierung durch Automatisierung der bisher nur manuell möglichen Eingabe der erwähnten Steuerdaten zeigt sich in besonderem Maße bei Werk­ stücken mit Aussparungen wie z. B. Fenstern oder sonstigen, nicht zu beschichtenden Bereichen, die bei der Programmierung berücksichtigt werden sollen.

Am Beispiel der automatischen Bestimmung der Bewegungs- und Schaltpunkte einer programmgesteuerten Beschichtungseinrich­ tung für Kraftfahrzeugkarossen wird die Erfindung näher er­ läutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein als Bitmap gespeichertes Bild einer Kraftfahr­ zeugkarosse zur Erläuterung der Konturenerfassung;

Fig. 2 die Definition der Bewegung einer Seitenmaschine an dem auf einem Bildschirm dargestellten Bild einer Karosse; und

Fig. 3 die Definition des Lackierbereiches über die Sei­ tenflächen der Karosse gemäß Fig. 2.

Als erster Schritt des beschriebenen Verfahrens wird das Bild einer später zu beschichtenden Karosse in einem Bitmap- Speicher als Bitmap (aus Einzelbits bestehendes Punkt- oder Pixelmuster) gespeichert. Dieses zweidimensionale Datenbild oder Pixelmuster kann in an sich bekannter Weise beispiels­ weise mit Hilfe eines Scanners aufgrund einer Zeichnung oder eines Fotos oder dgl. erstellt oder auch aus einem CAD-System übernommen werden.

Es werden vier verschiedene Datenbilder gespeichert, die die Karosse in ihren Seiten-, Dach-, Front- und Heckansichten zeigen.

Jedes dieser vier zur Verfügung stehenden Datenbilder wird mit Hilfe eines Standard-Bildverarbeitungsprogramms (z. B. PAINT in Windows 95) so modifiziert, daß die Flächenteile der Karosse bei Darstellung auf einem Bildschirm in einem Farbton erscheinen, der sich von der Hintergrundfläche unterscheidet. Zweckmäßig kann der Hintergrund weiß sein und die Gesamtflä­ che der Karosse eine sich hiervon deutlich unterscheidende beliebige Farbe haben.

Das Pixelmuster könnte schon bei seiner Erzeugung in Verbin­ dung mit Dateninformationen gespeichert werden, die seine räumliche Lage und diejenige jedes Pixels oder ausgewählter Pixel in einem Referenzkoordinatensystem definieren, auf das dann auch die Bewegungssteuerung der Beschichtungseinrichtung bezogen wird. Wenn das erzeugte und gespeicherte Pixelmuster an sich noch keine für das Steuersystem definierte Lage hat, wird in dem zur Erzeugung des Steuerprogramms für die Be­ schichtungsmaschinen an sich üblichen Visualisierungssystem (DÜRR EcoScreen) bei dem hier beschriebenen Verfahren ein Un­ terprogramm verwendet, das in der Lage ist, aus den erwähnten zur Verfügung gestellten Datenbildern jeweils die Konturen der betreffenden Karossen zu erfassen und deren Lage in einem Referenzkoordinatensystem oder in einer Referenzfläche zu de­ finieren. Wie in Fig. 1 am Beispiel der Seitenansicht erkenn­ bar ist, werden von dem Unterprogramm in der Bitmap vier Kon­ turen vermessen, nämlich diejenigen der oberen und unteren Ränder der Karosse sowie der oberen und unteren Fensterrän­ der. Zum Erfassen der Konturen werden hierbei in je nach ge­ wünschter Feinheit gewählten Abständen längs der X-Achse die sich längs der X-Achse ändernden Y-Koordinaten als Abstände der Karossenkonturen von definierten Referenzlinien, hier den oberen oder unteren Bildrändern ermittelt und als Dateninfor­ mation gespeichert. In Fig. 1 sind diese Y-Koordinaten durch die Pfeile K1, K2, K3 und K4 dargestellt. Der Abstand der er­ faßten Konturenpunkte voneinander ist die gewünschte Auflö­ sung, die im Extremfall einem Bit des Bitmaps entspricht.

In entsprechender Weise werden die Konturen der drei anderen Karossenansichten aus den betreffenden Datenbildern erfaßt.

Beispielsweise aus den dem Pfeil K1 entsprechenden Konturen­ daten des oberen Karossenrandes kann der Rechner des Pro­ grammsteuersystems nun selbsttätig die erforderlichen Bewe­ gungspunkte der betreffenden Beschichtungsmaschine errechnen; im betrachteten Fall also die Bewegungsbahn der Dachmaschine. Der Konturenverlauf der Maschinenbewegung entspricht den ge­ messenen Abständen der Kontur von ihrer Referenzlinie, also dem oberen Bildrand in Fig. 1, korrigiert um den vorgeschrie­ benen, beispielsweise vom Bediener eingegebenen Abstand des Applikationsorgans von der Karossenoberseite.

Für die Beschichtung der übrigen Seiten der Karosse gilt ent­ sprechendes.

Welche Konturen das erwähnte Unterprogramm erfaßt, kann der Bediener anfordern, beispielsweise indem er auf seinem Moni­ tor die Cursorposition auf eine entsprechende Stelle des an­ gewählten und dargestellten Karossenbildes einstellt. Das Un­ terprogramm erkennt dann an dieser Stelle die vom betreffen­ den Bildrand aus gesehen erste Pixelposition der nicht weißen Karossenfläche z. B. entsprechend den Pfeilen K1 oder K2 in Fig. 1. Handelt es sich um eine innere Ausnehmung wie im be­ trachteten Fall um ein Fenster, so spricht das Unterprogramm dagegen auf den Wechsel zwischen dem letzten nicht weißen Pi­ xel und der weißen Fläche nach Erreichen einer nicht weißen Fläche entsprechend den Pfeilen K3 und K4 an. Ferner kann der Bediener durch Ansteuern des auf dem Monitor dargestellten Bildes bestimmen, an welcher Stelle der Karosse die Beschich­ tung beginnen soll.

Außer den Bewegungsbahnpunkten kann der Rechner aufgrund der gespeicherten Konturendaten auch selbsttätig die erforderli­ chen Ein- und Ausschaltpunkte der Applikationsorgane errech­ nen. Zu diesem Zweck muß ihm lediglich beispielsweise vom Be­ diener oder durch vorgegebene Daten mitgeteilt werden, welche Strecken das Applikationsorgan zwischen Einschalten und Er­ reichen der zu beschichtenden Fläche sowie zwischen dem Ver­ lassen dieser Fläche und dem Abschalten des Sprühvorgangs zu­ rückzulegen hat. Unter Berücksichtigung dieser vorgegebenen Strecken, die ihrerseits u. a. von den Konturenkurven an den betreffenden Stellen abhängen, und der Geschwindigkeit der Applikationsbewegungen werden die Schaltpunkte aus den ge­ speicherten Konturendaten errechnet.

Die richtigen Ein- und Ausschaltpunkte kann der Bediener an­ hand des auf seinem Monitor dargestellten Karossenbildes kon­ trollieren.

Das Karossenbild wird unter Verwendung der erwähnten Bitmap auf dem Bildschirm flächig in einem Farbton dargestellt, der sich von dem z. B. weißen Hintergrund abhebt, wie in Fig. 2 und 3 erkennbar ist. Fig. 2 zeigt die Definition der üblichen Oszillationsbewegungen OZ einer Seitenmaschine, deren Wende­ punkte WP aufgrund der gespeicherten Daten der oberen und un­ teren Karossenkonturen unter Berücksichtigung der gewünschten und beispielsweise vom Bediener eingebenen Überschwingweiten und der entsprechend den gewünschten Lackbahnen und der Ka­ rossenform eingegebenen Oszillationsbreite (gegenseitiger Ab­ stand der Wendepunkte WP) errechnet werden. Die errechneten Werte können vom Bediener geändert werden, was durch Ver­ schieben auf den Bildschirm angezeigt wird.

Die rechte Hälfte der Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Frontansicht der Karosse auf dem Bildschirm zwischen je einer Seitenmaschine SM in drei verschiedenen Stellungen, die die Maschine bei der Beschichtung aufgrund der selbsttätig er­ rechneten Bewegungsbahnpunkte P im richtigen seitlichen Ab­ stand unter Berücksichtigung der seitlichen Karossenwölbungen einnehmen soll.

Aufgrund der gespeicherten Konturendaten werden auch die Win­ kelrichtungen (Lackierwinkel) selbsttätig errechnet, in denen das Beschichtungsmaterial von der Beschichtungseinrichtung senkrecht zur jeweiligen Karossenfläche abgesprüht wird.

Gemäß Fig. 2 müssen zur Bestimmung der Bewegungsbahn entlang den Seitenflächen mindestens drei Bahnpunkte (horizontale Ab­ stände) für jede der vertikalen Oszillationsbewegungen er­ rechnet werden. In anderen Fällen, z. B. zur Definition der Bewegung einer Dachmaschine, werden eine größere Anzahl von Bahnpunkten errechnet. In der Regel ist die notwendige Zahl von errechneten Bahnpunkten aber wesentlich geringer als die Zahl der an der betreffenden Kontur gemäß Fig. 1 ermittelten und gespeicherten Konturenpunkte.

Fig. 3 erläutert die Definition des Lackierbereiches über die gesamte Seitenfläche der Karosse unter Berücksichtigung der Ein- und Ausschaltpunkte des Applikationsorgans bei seinen Vertikalbewegungen. Die in der üblichen Weise etwa von Rota­ tionszerstäubern erzeugten Lackbahnen LB verlaufen zwischen den gestrichelten vertikalen Linien. Die vom Steuersystem er­ rechneten, vom Bediener bei Bedarf unter Vertikalverschiebung auf dem Bildschirm korrigierbaren Schaltpunkte zur oberen und unteren Begrenzung der abgesprühten Lackbahnen sind durch die horizontalen Grenzlinien SP veranschaulicht.

Außer den gewünschten Schaltpunkten, Überschwingweiten, Bewe­ gungsstartpunkten usw. kann der Bediener weitere Vorgaben et­ wa über Geschwindigkeit oder Oszillationsfrequenz eingeben und insbesondere auch die im DE-Patent 196 37 730 beschriebe­ ne Relativverschiebung der Lackauftreffpunkte verschiedener Beschichtungsvorrichtungen durchführen.

Das zum Durchführen des Verfahrens verwendete Programmsteuer­ system kann mit Ausnahme der beschriebenen besonderen Funk­ tionen wie insbesondere der Speicherung der Konturendaten und der mit diesen Daten arbeitenden Rechenbausteine dem schon bisher bekannten System entsprechen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen von Steuerdaten für eine Anlage zur programmgesteuerten Serienbeschichtung von Werkstüc­ ken wie z. B. Kraftfahrzeugkarossen, bei dem einem zu beschichtenden Werkstück entsprechende Daten zur Erzeugung eines Bildes des Werkstücks gespeichert werden; aufgrund dieses Bildes der Kontur des Werkstücks entspre­ chende Positionen bestimmt werden, zu denen eine Be­ schichtungseinrichtung der Anlage während der Beschich­ tung bewegt werden soll;
und aufgrund der so bestimmten Positionen selbsttätig ein Bewegungssteuerprogramm für die Beschichtungseinrichtung erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß für eine gewünschte Auflösung gewählte Konturenpunkte des Werkstücks in Form von Daten gespeichert werden, welche die Lage der Konturenpunkte in einem Referenzkoordinatensystem definieren,
und daß die von der Beschichtungseinrichtung anzufahren­ den Positionen selbsttätig aufgrund der gespeicherten Konturendaten errechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Werkstücks in Form einer Bitmap gespeichert wird, die durch Scannen eines sichtbaren Bildes oder un­ ter Verwendung eines CAD-Systems erstellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Bild auf dem Bildschirm eines Steuer­ rechners dargestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild als Pixelmuster gespeichert wird und die Flächenteile des Werkstücks auf dem Bildschirm in einem Farbton dargestellt werden, der sich von der Hintergrund­ fläche unterscheidet.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der gespeicherten Konturen­ daten selbsttätig der Konturenverlauf des Bildes als sich längs des Werkstücks ändernder Abstand der Bildfläche von einer Bezugslinie ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Beschichtungseinrichtung anzufahrenden Positionen unter Berücksichtigung des vor­ gegebenen oder manuell eingegebenen vorgeschriebenen Ab­ stands des Applikationsorgans von der Werkstückoberfläche errechnet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der gespeicherten Konturen­ daten auch die Ein- und Ausschaltpunkte des über das Werkstück hinwegbewegten Applikationsorgans beim Errei­ chen und Verlassen der Flächen des Werkstücks selbsttätig errechnet werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der gespeicherten Konturen­ daten auch die Winkelrichtungen selbsttätig errechnet wer­ den, in denen das Beschichtungsmaterial von der Beschich­ tungseinrichtung senkrecht zur jeweiligen Werkstückfläche abgesprüht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flächenbilder gespeichert werden, die das Werkstück in unterschiedlichen Ansichten zeigen.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Steuersystem manuell Steuerbe­ fehle eingegeben werden, die den Anfangspunkt der Beschichtung am Werkstück und/oder den gegenseitigen Ab­ stand der von der Beschichtungseinrichtung anzufahrenden Positionen und/oder die von dem Applikationsorgan zwi­ schen Einschalten und Erreichen der zu beschichtenden Fläche sowie zwischen dem Verlassen dieser Fläche und dem Abschalten zurückzulegenden Strecken und/oder die Ge­ schwindigkeit des Applikationsorgans bestimmen.

11. Programmsteuersystem zum Erzeugen von Steuerdaten für ei­ ne Anlage zur programmgesteuerten Serienbeschichtung von Werkstücken wie z. B. Kraftfahrzeugkarossen, in dem einem zu beschichtenden Werkstück entsprechende Daten zur Erzeugung eines Bildes des Werkstücks speicherbar sind;
aufgrund dieses Bildes der Kontur des Werkstücks entspre­ chende Positionen bestimmbar sind, zu denen eine Be­ schichtungseinrichtung der Anlage während der Beschich­ tung bewegt werden soll; und
aufgrund der so bestimmten Positionen selbsttätig ein Be­ wegungssteuerprogramm für die Beschichtungseinrichtung erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Speicher vorgesehen ist, in dem für eine gewünschte Auflösung gewählte Konturenpunkte des Werkstücks in Form von Daten gespeichert werden, welche die Lage der Kontu­ renpunkte in einem Referenzkoordinatensystem definieren,
und daß ein Rechner vorgesehen ist, der in der Lage ist, die von der Beschichtungseinrichtung anzufahrenden Posi­ tionen selbsttätig aufgrund der gespeicherten Daten zu errechnen.