Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Oberflächen¬ bearbeitung, insbesondere zur Oberflächenreinigung von Großobjekten, wie Flugzeugen, Schiffen oder Bauwerken, mit einem Großmanipulator, der einen aus mehreren, an Drehgelenken mittels hydraulischer oder motorischer An¬ triebsaggregate gegeneinander verschwenkbaren Auslegern bestehenden, auf einem Drehlagerbock eines vorzugsweise als motorgetriebenes Fahrgestell ausgebildeten Geräte¬ trägers mit seinem Grundausleger um eine Hochachse dreh¬ bar gelagerten Knickmast und ein am Endausleger des Knickmasts oder am freien Ende eines am Endausleger an¬ geordneten Multigelenks angeordnetes, vorzugsweise als rotierender Bürstenkopf ausgebildetes Werkzeug aufweist.

In der DE-A-40 35 519 ist bereits vorgeschlagen worden, einen Großmanipulator mit einem fernsteuerbaren Bürsten¬ kopf auszustatten. Der bekannte Großmanipulator weist einen aus mehreren, an ihren Enden gegeneinander ver¬ schwenkbaren Auslegern zusammengesetzten Knickmast auf, dessen Grundausleger an einem auf einem motorgetriebe¬ nen Fahrgestell angeordneten Drehlagerbock um eine ver¬ tikale Achse drehbar gelagert ist und dessen Endausle¬ ger ein mit dem Bürstenkopf bestückbares Multigelenk aufweist. Aus dieser Druckschrift ist es auch bekannt, den Bürstenkopf mit Sensoren auszustatten, die eine re-

gelbare Nachführung des Bürstenkopfes gegenüber der zu bearbeitenden Oberfläche nach Maßgabe eines beim Reini¬ gungsvorgang am Sensor auftretenden, abgreifbaren Sen¬ sorsignals ermöglichen. Bei der bekannten Anordnung weist der Knickmast insgesamt fünf in Multi-Z-Faltung gegeneinander faltbare Ausleger auf, die mit oben auf¬ liegendem Grundausleger und unten befindlichem Endaus¬ leger mit Multigelenk und Bürstenkopf auf dem Fahrge¬ stell zu Transportzwecken auflegbar sind. Um im Über¬ kopfbetrieb arbeiten zu können, muß der Knickmast zu¬ nächst im Grundgelenk des Drehlagerbocks vom Fahrge¬ stell abgehoben und um die Drehachse des Drehlagerbocks um 180° in die Arbeitsposition gedreht werden. Vor al¬ lem beim fahrgestellnahen Arbeiten und beim Arbeiten in Hallen wirkt sich hierbei außerdem der begrenzte Schwenk¬ bereich des Grundgelenks von nur 100° bis 110° nachtei¬ lig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord¬ nung der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, womit auch bei ungenauer Positionierung und Orientierung des den Großmanipulator tragenden Geräteträgers vor dem zu bearbeitenden Großobjekt eine kollisionsfreie vollauto¬ matische Bearbeitung auch kompliziert gestalteter Ober¬ flächen möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil¬ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrun¬ de, daß mit einer am Großmanipulator angeordneten, ge¬ gen das zu bearbeitende Großobjekt ausrichtbaren opto¬ elektronischen Entfernungsbildkamera und einer mit den Entfernungsbildsignalen der Entfernungsbildkamera be¬ aufschlagten rechnergestützten Auswerteelektronik eine Anfahrhilfe für den als Fahrgestell ausgebildeten Gerä¬ teträger und/oder eine Einmesεung des Großmanipulators relativ zu dem zu bearbeitenden Großobjekt und/oder ei¬ ne Überwachung des Bearbeitungsvorgangs möglich ist, wobei die Entfernungsbildkamera an einer auf der dem Knickmast im zusammengefalteten und auf dem Geräteträ¬ ger abgestützten Zustand gegenüberliegenden Seite des Drehlagerbocks angeordneten, um dessen Hochachse zusam¬ men mit dem Knickmast drehbaren Konsole angeordnet ist.

Um mit der Entfernungsbildkamera nicht nur im zusammen¬ gefalteten Zustand des Knickmasts, sondern auch in des¬ sen Arbeitsposition Messungen und Überwachungsaufgaben ausführen zu können, wird gemäß einer bevorzugten Aus¬ gestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Grund¬ ausleger um eine horizontale Achse mit einem Schwenk¬ winkel von etwa 180° schwenkbar am Drehlagerbock gela¬ gert ist, und daß im zusammengefalteten Zustand des Knickmasts der Grundausleger unter den anderen Ausle¬ gern auf dem Fahrgestell abgestützt und der Endausleger mit in Richtung Drehlagerbock weisendem Multigelenk und Werkzeug über den anderen Auslegern angeordnet ist. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß der Knickmast beim Ausfalten von der zusammengefalteten Ruhestellung in

die Arbeitsposition nicht um die Hochachse des Drehla¬ gerbocks gedreht werden muß, so daß die mit dem Drehla¬ gerbock verbundene Entfernungsbildkamera sowohl beim Anfahr- und Einmeßvorgang als auch beim anschließenden Bearbeitungsvorgang in Richtung Großobjekt ausgerichtet ist. Etwaige Korrekturen oder Nachführungen können über die Bewegungsachsen der Entfernungsbildkamera und/oder der Konsole ausgeführt werden.

Um im zusammengefalteten Zustand des Manipulators eine minimale Bauhöhe zu erreichen, wird gemäß einer vorteil¬ haften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Grundausleger eine in seinem auf das Fahrgestell abgelegten Zustand nach oben weisende konkave Krümmung zur Aufnahme des am Grundausleger angelenkten zweiten Auslegers in seinem eingefalteten Zustand aufweist. Ei¬ ne weitere Verbesserung in dieser Hinsicht wird erzielt, wenn die Krümmung des Grundauslegers so ausgebildet ist, daß die an den beiden Enden des zweiten Auslegers befindlichen Drehgelenke bei eingefaltetem Knickmast tiefer als das Drehgelenk des Grundauslegers am Drehla¬ gerbock liegen. In diesem Falle können sowohl der Grund¬ ausleger als auch der zweite Ausleger bei minimaler Bauhöhe kröpfungsfrei ausgebildet werden. Dadurch wird erreicht, daß in den Gelenken keine Torsionsbeanspru¬ chungen durch das Eigengewicht der Ausleger auftreten, deren Schwingungen bei dynamischer Beanspruchung durch die in der Ebene der Knickausleger angeordneten Zylin¬ der nicht ohne weiteres gedämpft werden könnten.

Aus Platzgründen kann der Endausleger gegenüber dem dritten Ausleger seitlich abgekröpft werden, so daß das Werkzeug bei zusammengefaltetem Knickmast in der Nähe des Drehgelenks des Grundauslegers am Drehlagerbock et¬ wa auf dessen Höhe abgestützt werden kann. An dieser Stelle ist die Kröpfung tolerabel, weil dort die auf¬ tretenden Torsionsmomente aufgrund der kleinen Eigenge¬ wichte gering sind. Außerdem kann der Endausleger rela¬ tiv kurz und kastenförmig ausgebildet werden, so daß Torsionsschwingungen weitgehend durch eine steife Kon¬ struktion abgefangen werden können.

Aus Symmetriegründen kann es von Vorteil sein, wenn ne¬ ben dem Endausleger auch der dritte Ausleger gekröpft ist, und zwar so, daß die Kröpfung des vierten Ausle¬ gers teilweise kompensiert wird, so daß das Multigelenk in Richtung Symmetrieachse des Knickmasts wandert. Eine weitere Kompensation in dieser Hinsicht kann dadurch erzielt werden, daß das Multigelenk drei hintereinander angeordnete, abwechselnd zueinander senkrechte Achsen aufweisende, motorisch angetriebene Dreheinheiten und eine mit der letzten Dreheinheit verbundene, mit deren Drehachse fluchtende, motorisch angetriebene, im zusam¬ mengeklappten Zustand parallel zum Endausleger ausge¬ richtete Lineareinheit aufweist. Damit ist es möglich, daß das Multigelenk um seine Eigenachse in Richtung Symmetrieachse unter Kompensation der Kröpfung ge¬ schwenkt wird.

Um mit dem Grundausleger einen ausreichenden Schwenkbe-

reich überstreichen zu können, sind der Grundausleger und dessen als Hydrozylinder ausgebildetes Antriebs¬ aggregat zweckmäßig über eine Wattsche Gelenkkette mit dem Drehlagerbock gekoppelt. Die Gelenkkette weist hierzu zweckmäßig eine oberhalb des Drehgelenks am Grundausleger sowie an der Kolbenstange des Hydrozylin- ders angelenkte Koppelscheibe und eine mit ihren Enden unterhalb des Drehgelenks am Drehlagerbock sowie an der Koppelscheibe angelenkte, entgegengesetzt zum Grundaus¬ leger gekrümmte Druckstange auf. Mit diesen Maßnahmen wird trotz der räumlich beengten Verhältnisse im Be¬ reich des Drehlagerbockε ein Schwenkwinkel des Grund¬ auslegers von 180° erzielt.

Um im Überkopfbetrieb einen möglichst großen Arbeitsbe¬ reich von der unmittelbaren Nähe des Geräteträgers bis zur vollständigen Streckung des Knickmasts mit geringst¬ möglichem Energieaufwand und Eigengewicht des Knick¬ masts und hohe Beweglichkeit ohne Konfigurationswechsel im Verlauf eines Bewegungsvorgangs gewährleisten zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Schwenkwinkel zwischen dem Grundausleger und dem zwei¬ ten Ausleger etwa 180° und zwischen dem zweiten und dritten Ausleger 270° betragen, während der Schwenkwin¬ kel zwischen dem dritten Ausleger und dem Endausleger 180° bis 270° betragen sollte.

Zur Kompensation eines beim Anfahrvorgang etwa aufgrund von Hindernissen nicht fahrbaren Kurswinkels kann das Fahrgestell mit einem kombinierten Hub- und Schwenkme-

chanismus ausgerüstet werden, der einen zentralen Dreh¬ teller und zwei konzentrisch zum Drehteller ausrichtba¬ re, im Winkelabstand voneinander angeordnete Antriebs¬ rollen aufweist, die gemeinsam unter Abheben des Fahr¬ gestells auf den Boden absenkbar sind. Das vom Boden abgehobene Fahrgestell kann sodann um die Achse des Drehtellers mit Hilfe der Antriebsrollen in die vorge¬ schriebene Richtung zum Großobjekt ausgerichtet werden.

Grundsätzlich kann diese Ausrichtung jedoch auch soft¬ waremäßig durch Nachführen der schwenkbar installierten Entfernungsbildkamera und/oder des Knickmasts um seine Hochachse durchgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausfüh¬ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. la und b eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines auf einem Fahrgestell angeordneten Gro߬ manipulators mit Waschbürste;

Fig. lc eine Draufsicht entsprechend Fig. lb für ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Großma¬ nipulators mit abgekröpftem dritten Ausleger;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Großmanipulators nach Fig. la und b beim Waschen eines Flugzeugs;

Fig. 3a und b ein gegenüber Fig. la und b abgewandeltes

Ausführungsbeispiel eines Großmanipulators mit Hub- und Schwenkmechanismus.

Der in der Zeichnung dargestellte mobile Großmanipula¬ tor besteht im wesentlichen aus einem auf einem Drehla¬ gerbock 11 eines motorgetriebenen Fahrgestells 10 mit seinem Grundausleger 12 um eine vertikale Achse 11' drehbar gelagerten Knickmast 13, einem am Endausleger 14 des Knickmasts 13 angeordneten Multigelenk 16 und einem am freien Ende des Multigelenks lösbar befestig¬ ten Bürstenkopf 18. Die vier Ausleger 12, 12', 12 ' ' und 14 des Knickmasts 13 sind an ihren einander zugewandten Enden an Gelenken 20,22,24 um horizontale Achsen be¬ grenzt verschwenkbar miteinander verbunden. Das Ver¬ schwenken erfolgt mittels Hydrozylindern 27, die an ge¬ eigneten Stellen zwischen den Auslegern angeordnet sind. Der Grundausleger 12 ist an einem horizontalen Lager 28 mittels eines Hydrozylinders 30 und einer Wattschen Gelenkkette, bestehend aus einer Koppelplatte 29 und einer bananenartig gebogenen Druckstange 31 um 180° schwenkbar am Drehlagerbock 11 gelagert. Im zusammenge¬ falteten Zustand befindet sich der Grundausleger 12 unter den übrigen Auslegern 12',12",14, während der Endausleger 14 mit zum Drehlagerbock 11 weisendem Mul¬ tigelenk 16 und Bürstenkopf 18 sich über den anderen Auslegern 12, 12', 12 ' ' befindet. Der Grundausleger 12 ist in seiner Längserstreckung so in sich gekrümmt, daß im zusammengefalteten Zustand sein nach oben weisender Rand 32 eine konkave Mulde zur Aufnahme des eingefalte¬ ten zweiten Auslegers 12' bildet. Der Grundausleger 12

und der zweite Ausleger 12' sind ungekröpft, während der Endausleger 14 eine seitliche Kröpfung 33 aufweist, die es ermöglicht, das Multigelenk 16 und den Bürsten¬ kopf 18 im zusammengefalteten Zustand neben den Ausle¬ gern 12, 12',12'' zu plazieren. Der dritte Ausleger 12'' ist im Falle der Fig. lb ungekröpft, während er bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. lc nach der dem Endausle¬ ger 14 gegenüberliegenden Seite gekröpft ist. Durch die Kröpfung des dritten Auslegers wird die Kröpfung des vierten Auslegers insofern teilweise kompensiert, als dadurch das Multigelenk 16 mit dem angekoppelten Bür¬ stenkopf 18 in Richtung Symmetrieachse 19 des Knick¬ masts wandert.

Diese Anordnung ermöglicht es, mit dem Bürstenkopf 18 beliebige Oberflächenkonturen innerhalb der von den Auslegern 12 , 12' , 12' ' , 14 aufgespannten Ebene abzufah¬ ren. Mit Hilfe des motorisch verstellbaren Multigelenks 16 ist es zudem möglich, den Bürstenkopf 18 um mehrere Dreh- und Schubachsen gegenüber dem Endausleger 14 zu bewegen. Wie aus Fig. lb und lc zu ersehen ist, besteht das Multigelenk 16 zu diesem Zweck im wesentlichen aus drei Dreheinheiten 60,62,64 mit zueinander senkrechten Achsen 60',62',64' und einer mit der letzten Drehein¬ heit 64 verbundenen teleskopartigen Lineareinheit 66, deren Teleskopachse 66' mit der Drehachse 64' fluchtet. Der Bürstenkopf 18 ist über eine weitere Dreheinheit 68 mit zur Teleskopachse 66' senkrechter Orientierungsach¬ se 68' an das Multigelenk 16 angekoppelt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen der Achse 60' der Drehein-

heit 60 und den Achsen 64' und 66' der Dreheinheit 64 und der Lineareinheit 66 ein Achsversatz, der zu einer kurzen Bauweise führt und durch Drehen um die Achse 60' eine zusätzliche Kompensation der Kröpfung des Endaus¬ legers 14 in Richtung Symmetrieachse 19 ermöglicht. Ei¬ ne solche Kompensation ist insofern von Bedeutung, als dadurch beim Programmieren der Waschbahnen die Symme¬ trieeigenschaften des Flugzeugs und des Großroboters ausgenutzt werden können.

Der Drehlagerbock 11 weist auf seiner dem Knickmaεt im zusammengefalteten Zustand gegenüberliegenden Seite ei¬ ne Konsole 34 zur Aufnahme einer optoelektronischen Entfernungsbildkamera 40 auf. Bei der Entfernungsbild¬ kamera handelt es sich um einen 3D-Laserscanner, der einen dreidimensionalen Raum innerhalb des Blickfen¬ sters 42 erfaßt und bezüglich der Entfernung von einem Meßobjekt 44 digitalisiert. Die Entfernungsbildkamera 40 ist auf der Konsole 34 in ausreichender Höhe über dem Fahrgestell 10 angeordnet, um vom Blickfenster 42 signifikante Stellen des Meßobjekts 44 einmessen zu können. Die Entfernungsbildkamera 40 arbeitet mit einem Laserstrahl, der mit einer bestimmten Taktfrequenz über den Öffnungswinkel des Blickfensters 42 durchgefahren wird. Die Auswertung der Entfernungssignale, die sich aus einer Zeitdifferenzmessung ergeben, läßt erkennen, ob und in welcher Entfernung eine reflektierende Fläche vorhanden ist.

Um den Großmanipulator in eine Waschposition vor dem

Flugzeug 44 zu bringen, muß dieser im Zuge des Anfahr¬ vorganges definiert abgestellt werden, damit alle bei einem Waschprogramm zu durchfahrenden Oberflächenstel¬ len in der Reichweite und im Schwenkbereich des Knick¬ masts 13 mit der Waschbürste 18 liegen. Die über die Entfernungsbildkamera 40 erzeugten Bilddaten werden in einer Auswerteschaltung und einem Bordrechner ausgewer¬ tet. In einem Speichermedium des Bordrechners sind für jeden zu bearbeitenden Flugzeugtyp signifikante Aus¬ schnitte des Flugzeugs 44 bezogen auf das Blickfenster 42 der Entfernungsbildkamera 40 als Referenzbilder ab¬ gespeichert. Als Anfahrhilfe wird von der Entfernungs¬ bildkamera laufend ein Entfernungsbild des betreffenden Flugzeugausschnitts erzeugt und mit dem abgespeicherten Referenzbild verglichen. Daraus lassen sich Richtungs¬ und Positionsdaten ableiten, die dem Fahrer Anweisungen für die Fahrtrichtung und die Entfernung geben. Ziel der Anfahrhilfe ist es, den Großmanipulator auf einem vorgegebenen Abstellfeld in Reichweite des Flugzeugs 44 zu positionieren. Nach Erreichen des Abstellfelds wird das Fahrgestell 10 durch Ausschwenken und Absenken der Stützbeine 50 auf dem Untergrund abgestützt und dadurch relativ zum Flugzeug positioniert.

Bei dem in Fig. 3a und b gezeigten abgewandelten Aus- führungsbeispiel ist am Fahrgestell 10 zusätzlich ein Hub- und Schwenkmechanismus vorgesehen, der einen zen¬ tralen Drehteller 36 und zwei konzentrisch zum Drehtel¬ ler 36 ausrichtbare, einen Winkelabstand voneinander aufweisende Antriebsräder aufweist. Mit diesem Mecha-

nismus ist es möglich, das Fahrgestell 10 durch Absen¬ ken des Drehtellers 36 und der Antriebsräder 38 vom Un¬ tergrund abzuheben und um die durch den Drehteller de¬ finierte Hochachse mit Hilfe der Antriebsräder in die gewünschte Drehlage in Richtung des Doppelpfeils 39 be¬ züglich des Flugzeugs 44 zu verschwenken.

Sodann kann die Einmessung des Großmanipulators relativ zum Flugzeug 44 durchgeführt werden. Dies erfolgt eben¬ falls mit Hilfe der Entfernungsbildkamera 40 durch Ver¬ gleich mit einem abgespeicherten Referenzmuster. Nach erfolgter Einmessung werden die physikalischen Werte der Neigungsgeber an der Entfemungsbildkamera 40 me߬ technisch erfaßt und durch ein Initialisierungsprogramm auf Null gesetzt. Bei einer Bewegung des Knickmasts 13 wird dann der Relativwinkel aufgrund der Neigung der Standfläche im Bewegungεprogramm berücksichtigt.

Wenn diese Vorbereitungen getroffen sind und das zum eingemessenen Standort gehörende Waschprogramm ausge¬ wählt iεt, kann der eigentliche Waεchvorgang beginnen. Hierzu wird der Knickmaεt 13 entfaltet. Durch εukzessi- ven Abruf der Gelenkkoordinaten aus einer Arbeitsdatei erhält man Sollwerte, die durch die Waschbürste ange¬ fahren werden, wobei der Ist- und Sollwertvergleich an jedem einzelnen Gelenk durch zugeordnete Koordinatenge¬ ber erfolgt. Wegen Deformationen des Flugzeugs und des Unterbaus, Ungenauigkeiten des Verfahrens und dynami¬ schen Fehlern deε Geräts muß eine Feinkompensation durchgeführt werden. Dies ist nur durch eine zusätzli-

ehe Sensorik zu erreichen, die die genannten Fehler durch Meεεung des Anpreßdrucks und durch Zuεtellung der Hilfεachεen deε Multigelenkε 16 kompenεiert. Bei den Hilfsachsen handelt es sich um eine Teleskopachse, die Positionsfehler und um eine Schwenkachse, die Orientie¬ rungsfehler deε Bürstenkopfes 18 ausgleicht.

Da die Entfernungsbildkamera 40 bei dem gewählten Über¬ kopfbetrieb immer in Arbeitεrichtung ausgerichtet ist, kann sie während des Ablaufs des Waschprogramms mitlau¬ fen und zur Kollisionεüberwachung eingesetzt werden. Die Entfernungsbildkamera 40 kann hierbei einzelne Ge¬ lenke, das Flugzeug 44 oder εonstige Objekte im Arbeits¬ raum vermessen und hinsichtlich Kolliεionen kontrollie¬ ren. Diese Betriebsweise könnte wichtig sein, wenn bei¬ spielsweise ein Meßwertaufnehmer an einem der Gelenke ausfällt und falsche Meßwerte liefert, die vom Bediener und vom Rechner nicht erkannt werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzuεtellen: Die Erfin¬ dung bezieht sich auf eine Anordnung zur Oberflächen¬ reinigung von Flugzeugen mit einem Großmanipulator, der einen aus mehreren an Drehgelenken 20,22,24,28 mittels hydraulischer Antriebεaggregate 30 gegeneinander ver¬ schwenkbaren Auεlegern 12,12' ,12' ' ,14 bestehenden, auf einem Drehlagerbock 11 eines motorgetriebenen Fahrge¬ stell 10 mit εeinem Grundauεleger 12 um eine Hochachse 11' drehbar gelagerten Knickmast und einen am freien Ende eines am Endauεleger 14 angeordneten Multigelenkε 16 angeordneten rotierenden Bürstenkopf 18 aufweiεt. Um

eine Anfahrhilfe für das Fahrgestell 10, eine Einmes¬ sung deε Großmanipulators relativ zu dem Flugzeug und/ oder eine Überwachung des Waschvorgangε zu ermöglichen, ist am Drehlagerbock 11 des Knickmasts eine gegen das zu bearbeitende Flugzeug 44 ausrichtbare optoelektroni¬ sche Entfernungsbildkamera 40 und eine mit den Ausgangs¬ signalen der Entfernungsbildkamera 40 beaufschlagte rechnergestützte Auεwerteelektronik vorgeεehen.