BEURTEILUNG DER QUALITÄT EINES MATERIALSTRANGS

Die Erfindung betrifft ein insbesondere computerimplennentiertes Verfahren zur Simulation des Auftrags eines Materialstrangs auf ein Werkstück mittels einer entlang einer auf einer Oberfläche des Werkstücks verlaufenden Auftragsbahn bewegten Auftragsvorrichtung.

Stränge von viskosen Materialien, wie beispielsweise von Klebstoffen oder Dichtstoffen, werden industriell zumeist automatisiert auf Werkstücke aufgetragen, indem eine Auftragsvorrichtung mittels eines Roboters entlang einer auf einer Oberfläche des betreffenden Werkstücks verlaufenden Auftragsbahn bewegt wird und das Material an die Werkstückoberfläche abgibt. Dabei beeinflussen eine Vielzahl von Parametern die Form und die Größe des auf das Werkstück aufgetragenen Materialstrangs. Zu nennen sind insbesondere der Volumenstrom und der Druck, mit dem das Material durch eine Auftragsdüse hindurch aufgetragen wird, der Abstand der Düse zur Werkstückoberfläche, die Geschwindigkeit der Düse bezüglich der Werkstückoberfläche, die Art des Materials und die Temperatur des Materials und viele weitere, das Material, die Auftragsvorrichtung, das Werkstück und die Umgebung betreffende Parameter. Insbesondere bei der Inbetriebnahme der Auftragsvorrichtung kann es schwierig sein, diese so einzustellen, dass der Materialauftrag in der gewünschten Weise erfolgt und der aufgetragene Materialstrang den Anforderungen genügt. Auch die Änderung von Parametern während des Auftragsvorgangs, beispielsweise eine Temperaturänderung, kann dazu führen, dass sich der aufgetragene Materialstrang in unerwünschter Weise verändert. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für die Ermittlung der für einen zufriedenstellenden Materialauftrag erforderlichen Parameter zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Simulationsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, insbesondere vor der Inbetriebnahme einer Auftragsvorrichtung den Auftrag eines Materialstrangs zu simulieren. Zu diesem Zweck sind Parametersätze vorgegeben und in einem Datenspeicher gespeichert, die Parameter enthalten, die Querschnittswerte des Materialstrangs beeinflussen. Die Querschnittswerte des Materialstrangs charakterisieren dessen Querschnittsfläche in ihrer Form und Größe. Bei den Parametern kann es sich um das Material charakterisierende Parameter wie die Art des Materials, die Viskosität oder die Temperatur des Materials, um Parameter der Auftragsvorrichtung wie den Volumenstrom, den auf das Material ausgeübten Druck, den Querschnitt der Auftragsdüse, deren Abstand zur Werkstückoberfläche oder deren Geschwindigkeit relativ zur Werkstückoberfläche sowie um Parameter der Umgebung wie beispielsweise die Umgebungstemperatur handeln. Bei der Simulation des Materialauftrags wird auf der Auftragsbahn liegenden Auftragsstellen jeweils ein Querschnittswert zugeordnet, der aus dem an der jeweiligen Auftragsstelle vorgegebenen Parametersatz bestimmt wird. Zweckmäßig sind in einem Datenspeicher eine Vielzahl von Parametersätzen sowie zu jedem Parametersatz experimentell ermittelte Querschnittswerte gespeichert. Die Datenverarbeitungseinheit, die zweckmäßig ein Computer ist, ermittelt dann zu jedem vorgegebenen Parametersatz die ihm zugeordneten Querschnittswerte mit Hilfe des Datenspeichers oder liest sie aus dem Datenspeicher aus. Es ist jedoch auch möglich, dass die Datenverarbeitungseinheit die Querschnittswerte mittels eines Algorithmus aus den vorgegebenen Parametersätzen berechnet. Auf diese Weise entsteht eine Aneinanderreihung von Querschnittswerten entlang der Auftragsbahn, die entsprechend der Aneinanderreihung der Auftragsstellen in vorgegebenen gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Um auch zwischen den Auftragsstellen eine Simulation des Materialstrangs zu erhalten, wird bevorzugt, dass die Simulation des Materialstrangs zwischen den Auftragsstellen durch Interpolation erfolgt, indem jeder Stelle zwischen den Auftragsstellen durch die Datenverarbeitungseinheit mittels Interpolation ermittelte Querschnittswerte zugeordnet werden. Es ist damit nicht notwendig, die Auftragsstellen zu dicht aneinander anzuordnen, was eine enorme Rechenleistung erfordern würde.

Die Auftragsbahn kann eine gerade Linie sein, auf der die Auftragsstellen in vorgegebenen Abständen linear aneinander gereiht sind. Eine gerade Linie ist eine für die meisten Anwendungsfälle taugliche Vereinfachung einer realen Auftragsbahn, die zumeist mehrfach gekrümmt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Auftragsbahn eine mindestens zweidimensionale Linie ist, so dass bei der Simulation Kurven sowie Berg- und Talverläufe ebenfalls dargestellt werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die an den Auftragsstellen anhand der vorgegebenen Parametersätze ermittelten Querschnittswerte zur Beurteilung der Qualität des Materialstrangs mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Auf diese Weise ist es möglich, den simulierten Materialstrang in seiner Qualität zu beurteilen und gegebenenfalls einen weiteren Materialstrang mit veränderten Parametern zu simulieren, wenn die Abweichungen zu den Sollwerten zu groß sind. Desweiteren wird bevorzugt, dass die durch Interpolation ermittelten Querschnittswerte an den Stellen zwischen den Auftragsstellen zur Beurteilung der Qualität des Materialstrangs ebenfalls mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen auf die Oberfläche eines Werkstücks aufgetragenen Materialstrang; Fig. 2 einen Abschnitt eines simulierten Materialstrangs; Fig. 3 einen Abschnitt eines simulierten Materialstrangs mit kenntlich gemachter Qualität der einzelnen Teilabschnitte;

Fig. 4 eine Klebstoffauftragsvorrichtung und

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Simulationsverfahrens.

Der in Fig. 1 dargestellte Materialstrang 10 aus einem viskosen Material, insbesondere einem Klebstoff oder einem Dichtstoff, ist auf die Oberfläche 12 eines Werkstücks 14 aufgetragen. Die Darstellung gemäß Fig. 1 ist lediglich beispielhaft zu sehen, entspricht aber im Wesentlichen der Darstellung eines typischen Materialstrangs. Der Materialstrang 10 beginnt an einer Anfangsstelle 16 und endet an einer Endstelle 18. Er weist Bereiche größerer Querschnittsfläche 20 sowie Bereiche kleinerer Querschnittsfläche 22 auf und lässt sich in gerade Abschnitte 24 und gekrümmte Abschnitte 26 gliedern.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Simulation des Auftrags des Materialstrangs 10 auf das Werkstück 14. Die Größe und Form des Querschnitts des Materialstrangs 10 ist an jeder seiner Stellen abhängig von einer Vielzahl von Parametern. Zu diesen Parametern zählen Parameter der für den Materialauftrag verwendeten Auftragsvorrichtung wie beispielsweise der Volumenstrom oder der Druck, mit dem das Material beim Auftrag beaufschlagt wird, die Art der Düse, aus der das Material austritt, hierbei insbesondere ihr Querschnitt, die Geschwindigkeit, mit der die Düse relativ zum Werkstück 14 bewegt wird sowie ihr Abstand zur Werkstückoberfläche 12. Parameter, die Form und Größe des Strangsquerschnitts beeinflussen, sind weiterhin materialspezifische Parameter wie die Art des Materials und die Viskosität des Materials sowie dessen Temperatur sowie umgebungsspezifische Parameter wie die Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit usw..

Die Simulation wird durch eine Datenverarbeitungseinheit 52 durchgeführt, die einen Datenspeicher 54 aufweist (vgl. Fig. 4). Im Datenspeicher 54 sind eine Vielzahl von Parametersätzen gespeichert, von denen jeder einen Wert für jeden der oben genannten Parameter enthält. Jedem dieser Parametersätze ist ein experimentell ermittelter Querschnittswert des Materialstrangs 10 zugeordnet und im Datenspeicher 54 abgespeichert, der die Größe und Form der Querschnittsfläche des Materialstrangs 10 enthält, die beim Materialauftrag mit den im Parametersatz vorgegebenen Parametern erzielt wird. Bei der erfindungsgemäßen Simulation werden zunächst mehreren Auftragsstellen 30, die entlang einer Auftragsbahn 28 auf der Werkstückoberfläche 12 in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet sind, jeweils ein Parametersatz zugeordnet, der die für den Materialauftrag vorgesehenen Parameter enthält. Dann werden, wie in Fig. 2 gezeigt, den Auftragsstellen 30 zweidimensionale Darstellungen des Strangquerschnitts zugeordnet, die aus dem Datenspeicher 54 als zu dem an der betreffenden Auftragsstelle 30 vorgegebenen Parametersatz gehörend ausgelesen werden. Die als Scheiben visualisierbaren Querschnittswerte 32 bilden, wie in Fig. 2 dargestellt, bereits eine gute Visualisierung des bei Vorliegen der betreffenden Parametersätze an den jeweiligen Auftragsstellen 30 zu erwartenden Materialstrangs 10. Zwischen den Auftragsstellen 30 erfolgt die Simulation des Materialstrangs 10 durch Interpolation, indem jeder Stelle zwischen den Auftragsstellen 30 durch die Datenverarbeitungseinheit 52 mittels Interpolation ermittelte Querschnittswerte zugeordnet und die Zwischenräume zwischen den Auftragsstellen 30 damit gefüllt werden.

Die durch die Simulation erhaltene Darstellung des Materialstrangs 10 kann mit Sollwerten verglichen werden, wie in Fig. 3 gezeigt. Es ist somit möglich, zu überprüfen, ob die beim Auftragsvorgang gewählten Parametersätze geeignet sind, einen Materialstrang 10 der gewünschten Form zu erzeugen. Bei dieser Überprüfung werden die durch die Simulation erzielten Querschnittswerte 32 mit Sollwerten verglichen und der Materialstrang 10 wird in seiner Visualisierung in Abschnitte 34 unterteilt, in denen er nicht oder noch tolerierbar von den Sollwerten abweicht, sowie in weitere Abschnitte 36, in denen seine Abweichung vom Sollwert nicht tolerierbar ist. In der Visualisierung können die Abschnitte 34, 36 farblich hervorgehoben werden. Sodann kann die Simulation wiederholt werden, indem die Parametersätze für die weiteren Abschnitte 36 geändert werden. Erhält man bei der Simulation einen Materialstrang 10, der für die Anwendung akzeptabel erscheint, so können die bei der Simulation verwendeten vorgegebenen Parametersätze beim Auftrag des tatsächlichen Materialstrangs 10 verwendet werden.

Eine Auftragsvorrichtung 40 für den Auftrag von Klebstoff auf ein Karosseriebauteil 42 für ein Kraftfahrzeug gemäß Fig. 4 weist einen Roboter 44 auf, an dessen Roboterarm 46 eine Auftragseinrichtung 48 für den Klebstoff montiert ist. Die Auftragseinrichtung 48 weist eine Auftragsdüse 50 auf, die vom Roboter 44 entlang einer Auftragsbahn im Abstand zum Werkstück 42 über dessen Oberfläche bewegt wird. Aus der Auftragsdüse 50 wird Klebstoff druckbeaufschlagt auf das Werkstück 42 aufgebracht. Die Bewegung des Roboters 44 und somit der Auftragseinrichtung 48 relativ zum Werkstück 42 wird mittels einer Robotersteuereinheit gesteuert, die zusammen mit einer den Materialauftrag steuernden Auftragssteuereinheit Bestandteil einer Steuereinrichtung 56 ist. Es versteht sich von selbst, dass neben der Bewegung der Auftragseinrichtung 48 auch eine Bewegung des Werkstücks 42 möglich ist, wobei für die Erfindung lediglich relevant ist, dass die Auftragseinrichtung 48 und das Werkstück 42 relativ zueinander bewegt werden. Zudem weist die Steuereinrichtung 56 die Datenverarbeitungseinheit 52 auf, die zur Steuerung des Klebstoffauftrags die vorher in der Simulation ermittelten Parameter bereitstellt.

In Fig. 5 ist das Simulationsverfahren als Blockdiagramm veranschaulicht. Verfahrensschritt 60 betrifft dabei das Festlegen der Auftragsstellen 30 auf der Auftragsbahn 28, Verfahrensschritt 62 betrifft das Auslesen von Parametersätzen und deren Zuordnung an die Auftragsstellen 30. Verfahrensschritt 64 betrifft das Auslesen der zu den Parametersätzen gehörenden Darstellungen des Strangquerschnitts, während Verfahrensschritt 66 das Zuordnen dieser Darstellungen an die Auftragsstellen 30 betrifft. Der fakultative Verfahrensschritt 68 betrifft die Interpolation zwischen den Auftragsstellen 30, Verfahrensschritt 70 betrifft den Vergleich der den Auftragsstellen 30 zugeordneten Strangquerschnitte mit Sollwerten. Falls alle Strangquerschnitte innerhalb von Toleranzbereichen um die Sollwerte liegen, erfolgt im Verfahrensschritt 72 eine Übermittlung der Parametersätze an die Auftragsvorrichtung 40. Falls einzelne oder alle Strangquerschnitte zu stark vom jeweiligen Sollwert abweichen, wird Verfahrensschritt 62 wiederholt, indem einzelne Parameter der Parametersätze, die zu stark abweichende Strangquerschnitte ergeben haben, verändert werden.

5 Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation des Auftrags eines Materialstrangs 10 auf ein Werkstück 14, insbesondere eines Strangs eines viskosen Kleb- oder Dichtstoffs, mittels einer entlang einer auf einer Oberfläche 12 des Werkstücks 14 verlaufenden Auftragsbahn 28 bewegten Auftragsvorrichtung, wobei in vorgegebenen gegenseitigen Abstän- i o den auf der Auftragsbahn 28 angeordneten Auftragsstellen 30 Querschnittswerte 32 des Materialstrangs 10 zugeordnet werden, die die Querschnittsfläche des Materialstrangs 10 in ihrer Form und Größe charakterisieren, und wobei die Querschnittswerte 32 an jeder Auftragsstelle 30 mittels einer Datenverarbeitungseinheit 52 jeweils aus einem vorgegebenen Parametersatz ermittelt werden, wel- i5 eher Parameter enthält, die den Materialauftrag an der jeweiligen Auftragsstelle 30 beeinflussen.