DE10036741A1 - Verfahren und Kontrollsystem zur Kontrolle der Beschichtungsqualität von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Für die Kontrolle der Beschichtungsqualität lackierter Fahrzeugkarossen werden an ausgewählten Stellen die Schichtdicke oder andere Qualitätsparameter von einem Messroboter gemessen und die Messergebnisse in einer Datenbank zusammen mit den Koordinaten der Messpunkte in einem Bezugskoordinatensystem gespeichert. Aufgrund der gespeicherten Mess- und Koordinatendaten können diese in einem Bild der Karosse auf einem Bildschirm sichtbar angezeigt werden. Ferner können zur Korrektur von Beschichtungsfehlern die Prozessparamter des für die Anlage vorgesehenen Beschichtungsprogramms aufgrund der ermittelten Koordinaten im geschlossenen Prozessregelkreis geändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Kontrollsystem zur Kontrolle der Beschichtungsqualität, insbesondere von Fahrzeugkarossen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Pa­ tentansprüche.

Für die Qualitätsprüfung beschichteter Oberflächen werden "Online"-Messsysteme verwendet, die schon während des Pro­ duktionsprozesses Beschichtungsfehler erkennen und deren Kor­ rektur ermöglichen sollen. Typische Lackfehler wie z. B. Poren, Bläschen usw. oder flächige Fehler wie Orangenhaut oder Wol­ kenbildung bei Metallic-Lackierungen lassen sich durch Refle­ xionsmessung mit ortsfest an einem Messportal angeordneten oder von programmgesteuerten Robotern geführten Kameras fest­ stellen (JOT 1997/3, S. 72-73). Die auf Lichtreflexion beru­ hende Lackfehlermessung liefert aber keine qualitativ genauen Messwerte bestimmter Beschichtungsparameter wie z. B. der Schichtdicke oder des Farbtons. Außerdem ist es schwierig, ei­ ner mit einer Kamera abgetasteten Fehlerstelle die genauen Ko­ ordinaten in einem Bezugssystem zuzuordnen, so daß es nicht einfach ist, die ermittelten Fehler durch Änderung des Be­ schichtungsprogramms zu korrigieren.

Aus der DE 197 17 593 A1 ist es auch bereits bekannt, zur "On­ line"-Kontrolle serienweise beschichteter Fahrzeugkarossen de­ ren Oberflächen mit einem an einem Roboter angebrachten Mess­ kopf abzutasten, der mehrere unterschiedliche Messgeräte für Qualitätsparameter wie Welligkeitsverlauf, Farbton, Farbglanz und Schichtdicke enthält. Der Roboter soll eine Vielzahl von im Programm hinterlegten Messpunkten der Karosse anfahren, de­ ren jeweilige Messdaten in einem Rechner gespeichert und dazu verwendet werden können, für jeden Messpunkt das Messergebnis in der Darstellung der Karosse auf einem Bildschirm z. B. durch Markierungen mit unterschiedlichen Farben anzuzeigen. Bei dem aus der DE 197 17 593 bekannten "Online"-Kontrollverfahren fehlte aber eine eindeutige Zuordnung zwischen den Messpunkten und den Messwerten. Es war deshalb schwierig, die Messwerte auf dem Bildschirm genau an den Messpunkten darzustellen und zu markieren. Auch die gewünschte Fehlerkorrektur im geschlos­ senen Regelkreis war schwierig.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kontrollsystem anzugeben, die qualitativ genaue Messung und eine genau reproduzierbare Zuordnung der Messwerte zu den Messorten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebe­ nen Merkmale gelöst.

An sich ist es bereits bekannt, in programmgesteuerten Be­ schichtungsanlagen für Fahrzeugkarossen Daten zu speichern, welche die Lage bestimmter Karossenpunkte in einem Referenzko­ ordinatensystem definieren (DE 198 04 400). Durch die Verknüp­ fung der Messdaten mit den Messpunktkoordinaten in der Daten­ bank wird aber nicht nur die Markierung von Beschichtungsfeh­ lern beispielsweise auf einem Bildschirm, sondern auch die entsprechende Korrektur der für die Fehler verantwortlichen Beschichtungsparameter des für die Beschichtungsanlage vorge­ sehenen Beschichtungsprogramms wesentlich erleichtert und ver­ einfacht. Zur Korrektur von Beschichtungsfehlern an den Mess­ punkten können nämlich die gespeicherten Beschichtungsparame­ ter aufgrund der ermittelten Koordinaten punktgenau und genau im qualitativ erforderlichen Maße geändert werden. Das Ergeb­ nis ist eine generelle Verbesserung der Beschichtungsqualität.

Da der jeweils gemessene Punkt auf der Werkstückoberfläche aufgrund seiner Koordinaten eindeutig bestimmbar ist, können die gemessenen Qualitätsparameter ebenso eindeutig dem Be­ schichtungsprogramm zugeordnet werden. Dies wird dadurch er­ möglicht, dass es sich bei den Koordinaten der Qualitätspara­ meter und bei denjenigen der im Beschichtungsprogramm enthal­ tenen Werkstückpunkte jeweils um Objektkoordinaten handelt, die denselben Bezugspunkt haben.

Wenn also eine Abweichung eines Qualitätsparameters von seinem Sollwert gemeldet wird, kann dieser Fehler dem Verursacher, also dem Sprüh- oder sonstigen Beschichtungsorgan für die betreffende Beschichtungsstelle des Werkstücks (z. B. einer lackierten Karosse) eindeutig zugeordnet werden. Diese Zuord­ nung wird dadurch gewährleistet, dass jedes Werkstück bei der Serienbeschichtung und bei der anschließenden Messung durch eine eigene Codenummer identifiziert ist. Zu jedem Werkstück können zum Zeitpunkt der Beschichtung in einer Datenbank alle etwaigen Fehler gespeichert werden (Sprühorgan ausgefallen, keine Farbe, Druckregler defekt, etc.) Ferner können alle an der Beschichtungsanlage vorgenommenen prozess-, verfahrens- und applikationstechnischen Änderungen in Form eines "Ände­ rungsjournals" gespeichert werden. Zusätzlich zu den in der Prozessdatenbank bereits vorhandenen Sollwerten aller für die Beschichtung relevanten Parameter der Verfahrens-, Applikati­ ons- und Prozesstechnik können auch deren jeweilige Istwerte aufgenommen und gespeichert werden. Damit kann eine vollstän­ dige Korrelation zwischen der Messung der Qualitätsparameter und den Ereignissen im Beschichtungsprozess gewährleistet wer­ den.

Darüber hinaus ergeben sich für die Erfindung zusätzliche Kon­ trollmöglichkeiten wie z. B. einfacher Vergleich aktueller Messergebnisse mit den Ergebnissen früherer Messungen an ande­ ren, zuvor beschichteten Werkstücken, die Ermittlung und Dar­ stellung von Entwicklungstrends bestimmter Fehler, der konti­ nuierliche Fehlerverlauf auf dem Werkstück usw. oder auch die lupenartige Untersuchung besonderer, schwierig zu beschichten­ der Problemzonen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beschichteten Fahr­ zeugkarosse;

Fig. 2 die dreidimensionale Darstellung der Karosse auf einem Bildschirm;

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende zu beschichtende Karosse; und

Fig. 4 einen geschlossenen Prozessregelkreis für die Karossen­ beschichtung.

Es sei angenommen, daß die in Fig. 1 dargestellte Karosse im normalen Serienbeschichtungsbetrieb lackiert wurde und nun hinsichtlich der Beschichtungsqualität geprüft werden soll. Zu diesem Zweck wird von einem programmgesteuerten Roboter (oder sonstigen mehrachsigen Bewegungsautomaten) ein Messgerät über die beschichtete Oberfläche bewegt, mit dem an beliebig ge­ wählten Punkten 1, 2, 3 ein für die Beschichtungsqualität re­ levanter Parameter gemessen wird. Bei dem betrachteten Bei­ spiel ist insbesondere die Schichtdicke wichtig, mit der auch verschiedene sonstige Eigenschaften der Lackschicht zusammen­ hängen. Geeignete Geräte zur vorzugsweise berührungslosen Mes­ sung der Schichtdicke sind an sich bekannt, z. B. mit Lasern arbeitende Messköpfe zur Messung des Naßlacks. Die Qualitäts­ messung kann generell sowohl als Naßmessung als auch als Trocken­ messung erfolgen, vorzugsweise im Online-Betrieb unmit­ telbar an der Lackierstraße hinter den Beschichtungsmaschinen. Anstelle oder zusätzlich zu der Schichtdicke können auch ande­ re für die Qualität relevante Parameter wie Farbton und/oder Oberflächenverlauf beispielsweise in der aus der DE 197 17 593 A1 an sich bekannten Weise gemessen werden.

Während der Messungen können die Ortskoordinaten X, Y, Z der von dem Roboter angefahrenen Messpunkte in einem dreidimensio­ nalen karthesischen Bezugskoordinatensystem aufgrund der be­ züglich der Karosse definierten Roboterbewegungen selbsttätig ermittelt werden. Zugleich werden für jede Messung die Mess­ winkel A, B, C als "Koordinaten" der Schwenkbewegung oder Drehstellung des Messgerätes um die X-, Y- und Z-Achsen des Koordinatensystems festgestellt, um auch in dieser Hinsicht definierte Messergebnisse zu erhalten. Dadurch können u. a. Ab­ weichungen der Messung von der in der Regel gewünschten 90°- Stellung festgestellt und korrigiert oder bei der Auswertung berücksichtigt werden.

Es ergibt sich also eine eindeutige Zuordnung und Verknüpfung zwischen den Messwerten wie Schichtdicke, Farbton oder Verlauf und den Koordinaten X, Y, Z, A, B, C der jeweils nach Bedarf oder beispielsweise nach einem vorgegebenen Steuerprogramm ge­ wählten Messpunkte gemäß Fig. 1. Die gemessenen Werte werden der Systemsteuerung übermittelt, die ihnen die zugehörigen Ko­ ordinaten hinzufügt und diese Daten gemeinsam in einer Daten­ bank speichert. Die Zuordnung ist zweckmäßig mit Hilfe des Steuerprogramms des Messroboters realisierbar, dessen Positio­ nen bezüglich der Karosse in der an sich üblichen Weise in Form von Koordinaten gespeichert werden. Ein entsprechendes Koordinatensystem kann dem Bewegungsprogramm der Beschich­ tungsmaschinen zugrundegelegt werden, bei denen es sich um konventionelle Seiten- und Dachmaschinen oder auch um Roboter handeln kann.

Mit den gespeicherten Mess- und Koordinatendaten ist es zu­ nächst möglich, beispielsweise in einem dreidimensionalen Bild der Karosse gemäß Fig. 2 auf einem Rechnerbildschirm die ge­ wählten Messpunkte sichtbar darzustellen. Es kann zweckmäßig sein, in dieser Darstellung ständig oder auf Anforderung neben einzelnen oder allen Messpunkten jeweils deren Koordinaten und/oder die Schichtdicken- oder sonstigen Messwerte anzuzei­ gen. Besonders vorteilhaft für die Beurteilung der Beschich­ tungsqualität kann es ferner sein, in dem Karossenbild die einzelnen gemessenen Schichtdickenwerte zwischen aufeinander­ folgenden Messpunkten zu Linien oder Flächen zu interpolieren und diese je nach Übereinstimmung oder Abweichung von Sollwer­ ten farblich unterschiedlich darzustellen, um bei Schwankungen der Schichtdicke oder sonstigen gemessenen Parameter den je­ weiligen örtlichen Trend anzuzeigen. Je nach der gemessenen Schichtdicke ändert sich also die Farbe der zwischen den ein­ zelnen Messpunkten auf dem Bildschirm dargestellten Linien. Beispielsweise können die in Fig. 2 durchgehenden Linien G grün für "in Ordnung" dargestellt werden, die gestrichelten Linien O orange für "Grenzbereich" und die gepunkteten Linien R rot für "falsch", so daß der Trend von einwandfreien Stellen bis hin zu fehlerhaften Stellen gut zu erkennen ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß auf dem Bildschirm vorzugsweise gleichzeitig mit den bei der jeweiligen Messung gespeicherten aktuellen Messergebnissen auch frühere Messer­ gebnisse dargestellt werden, die zuvor bei der Vermessung ei­ ner anderen, früher beschichteten Karosse gespeichert worden waren. Dadurch können auch zeitliche Trends und Beschichtungsänderungen im laufenden Beschichtungsbetrieb erkannt werden, wie sie beispielsweise durch Maschinenfehler, Justierungsänderungen, Änderungen der Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Feuchtigkeit, neues Lackmaterial usw. verursacht werden können.

Ferner kann zur Kontrolle schwierig zu beschichtender Problem­ zonen der Karossenoberfläche ein besonderes Messprogramm vor­ gesehen sein, nach dem nur die Problemzone mit dem Messgerät abgetastet wird. Die mit Unterstützung durch eine Prozessda­ tenbank gezielt und problemspezifisch automatisch angefahrene Problemzone kann wie mit einer Lupe eingekreist und mit einem speziellen Messprogramm mit den erforderlichen Messtools und Messparametern analysiert werden.

Auch der eigentliche Zweck der hier beschriebenen Qualitäts­ kontrolle, nämlich die Korrektur festgestellter Beschichtungs­ fehler etwa bei der Beschichtung nachfolgender Karossen, ist aufgrund der eindeutigen und genauen Korrelation zwischen den Messwerten und den Koordinaten der jeweiligen Messpunkte und folglich auch den Prozessparametern (Farbmenge, Lenkluft, Hochspannung usw.) des Beschichtungsprogramms, die in üblicher Weise ebenfalls punktweise gespeichert werden können, einfach realisierbar. Entsprechendes gilt für die Korrektur von Feh­ lern an dem vermessenen Werkstück selbst.

Fig. 3 zeigt eine typische Beschichtungsbahn, wie sie beim Lackieren einer Karosse erzeugt wird, während diese an einem auf und ab bewegten Zerstäuber vorbeigefahren wird. Da die Prozessparameter, die beispielsweise bei der Beschichtung an den Messpunkten 1 und 2 gemäß Fig. 1 eingestellt waren, auf­ grund ihrer mit den Messwerten gespeicherten Koordinaten ein­ deutig auffindbar sind, können sie an den Stellen der entspre­ chenden Punkte P1 und P2 der Beschichtungsbahn bei der Be­ schichtung nachfolgender Karossen erforderlichenfalls problem­ los und unter Berücksichtigung der qualitativ gespeicherten Messergebnisse korrigiert werden. Die Stellgrößen für den Be­ schichtungsprozess können hierbei mit Hilfe einer Korrelati­ onsanalyse in der erforderlichen Weise geändert werden. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 werden in der betrachteten Strecke von P1 nach P2 die Farbmenge F, die Lenkluft L und die Hochspannung H auf die prozentual richtigen Werte eingestellt.

Die Parameterkorrektur erfolgt durch das Bedienungspersonal der Beschichtungsanlage oder auch selbsttätig im geschlossenen Prozessregelkreis. Bei der automatischen Korrektur können die Messwerte mit für jeden Messpunkt gespeicherten Sollwerten z. B. der Schichtdicke verglichen und etwaigen Abweichungen entsprechende Daten oder Signale für die Korrektur des gespei­ cherten Beschichtungsprogramms erzeugt werden.

Ein geschlossener Prozessregelkreis ist in Fig. 4 dargestellt. Demgemäß werden die Karossen K in der üblichen Weise bei­ spielsweise von Seitenmaschinen SM und einer Dachmaschine DM (oder stattdessen von Robotern) lackiert und anschließend in einen Inspektionsbereich IN gefördert, wo von einem Roboter RO mit einem Messkopf in der beschriebenen Weise an ausgewählten Stellen oder Messpunkten P beispielsweise die Schichtdicke ge­ messen wird. Die Messergebnisse werden von einem den Roboter RO steuernden Messrechner R1 selbsttätig verarbeitet und aus­ gewertet und anschließend an einen Prozessrechner R2 überge­ ben. Der Prozessrechner R2 verfügt über die Datenbank zur Speicherung der Messergebnisse gemeinsam mit den Koordinaten der Messpunkte. Der Prozessrechner kann auch die erwähnte In­ terpolation durchführen und die farblich markierten Ergebnisse gemäß Fig. 2 auf seinem Bildschirm anzeigen.

Aufgrund ermittelter Qualitätsfehler veranlaßt der Prozess­ rechner R2 dann einen Steuerrechner R3, die nachfolgenden Ka­ rossen K mit den in der erforderlichen Weise korrigierten Pro­ zessparametern zu beschichten.

Claims (15)

1. Verfahren zur Kontrolle der Beschichtungsqualität von se­ rienweise automatisch mit einem Applikationsorgan gemäß Prozessparametern eines gespeicherten Beschichtungs­ programms beschichteten Werkstücken, insbesondere Fahr­ zeugkarossen, wobei
mindestens ein Messgerät zur Messung mindestens eines Qualitätsparameters der Schicht selbsttätig von einem Ro­ boter oder Bewegungsautomaten über die beschichtete Ober­ fläche des Werkstücks bewegt wird und an vorbestimmten Meßpunkten den Parameter misst, und wobei die Meßwerte in einer Datenbank gespeichert werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der Messpunkte in einem die beschichtete Oberfläche definierenden und auf die Bewegung des Meßgerätes bezogenen Koordinatensystem selbsttätig ermittelt werden,
und daß die Koordinaten der Meßpunkte in der Datenbank zu­ sammen mit den an den jeweiligen Punkten gemessenen Werten gespeichert und ihnen zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Koordinaten der Meßpunkte die jeweilige Schwenk­ stellung (A, B, C) des Meßgerätes um die Achsen (X, Y, Z) des Koordinatensystems in der Datenbank gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte mit für jeden Meßpunkt gespeicherten Sollwerten verglichen und Abweichungen ent­ sprechende Daten oder Signale erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des beschichteten Werkstücks auf einem Bildschirm dargestellt wird und in dem Werkstückbild Änderungen des gemessenen Parameters zwischen aufeinanderfolgenden Meßpunkten markiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück auf dem Bildschirm als dreidimensionale Graphik dargestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen durch die Meßpunkte verbindende Linien oder Flächen markiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien oder Flächen in entsprechend den Änderungen der Pa­ rameter unterschiedlichen Farben dargestellt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Werkstückbild auf einem Bild­ schirm die Koordinaten der Meßpunkte dargestellt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten (X, Y, Z) des Meßorts in einem dreidimensio­ nalen karthesischen Koordinatensystem und daneben die Schwenkwinkel (A, B, C), die die Schwenkstellung des Meß­ gerätes oder des Applikationsorgans um die Achsen (X, Y, Z) des Koordinatensystems an dem Meßort definieren, darge­ stellt werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtdicke, Farbton und/oder Ober­ flächenverlauf der Werkstücke gemessen werden, während diese nach der Beschichtung serienweise durch einen In­ spektionsbereich gefördert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Bildschirm gleichzeitig die bei der Messung gespeicherten aktuellen Meßergebnisse und frü­ here Meßergebnisse, die zuvor bei einem anderen Werkstück gespeichert worden waren, dargestellt werden.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle schwierig zu beschich­ tender Problemzonen der Werkstückoberfläche ein besonderes Meßprogramm vorgesehen ist, nach dem nur die Problemzone mit dem Meßgerät abgetastet wird.

14. Kontrollsystem zur Kontrolle der Beschichtsqualität von serienweise automatisch mit einem Applikationsorgan gemäß Prozessparametern eines gespeicherten Beschichtungspro­ gramms beschichteten Werkstücken, insbesondere Fahrzeugka­ rossen,
mit einem programmgesteuerten Roboter oder mehrachsigen Bewegungsautomaten, an dem mindestens ein Meßgerät zur Messung mindestens eines Qualitätsparameters der Schicht an vorbestimmten Meßpunkten über die Oberfläche des Werk­ stücks bewegbar montiert ist,
und mit einer Datenbank zur Speicherung der Meßwerte,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Programm vorgesehen ist, das die Lage eines Bildes des Werkstücks in einem Refe­ renzkoordinatensystem definiert,
und daß ein Rechner vorgesehen ist, der die Meßwerte in der Datenbank mit den Koordinaten der Meßpunkte in dem Re­ ferenzkoordinatensystem verknüpft.

15. Kontrollsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der einzelnen Meßpunkte in der Datenbank zusammen mit den Koordinaten (X, Y, Z) der Meßpunkte in einem karthesischen Koordinatensystem und mit den Winkeln (A, B, C) der Meßrichtung bezüglich der Koordinaten ge­ speichert sind.