Simulationsverfahren für eine Beschichtungsanlage und entsprechende Beschichtungsanlage

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Simulationsverfahren für eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Bauteils durch einen Applikator, insbesondere für eine Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen durch einen Zerstäuber oder einen Druckkopf. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Beschichtungsanlage zur Ausführung des Simulationsverfahrens.

Hintergrund der Erfindung

Aus DE 10 2019 113 341 Al und DE 10 2020 114 201 Al ist ein Simulationsverfahren bekannt, das es ermöglicht, Lackierprozesse zu simulieren.

Hierbei werden zunächst Geometriedaten vorgegeben, die die Geometrie des zu lackierenden Bauteils wiedergeben. Beispielsweise können diese Geometriedaten in Form einer CAD-Datei (CAD: Computer Aided Design) vorgegeben werden, wobei die CAD-Datei die Form einer zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosserie wiedergibt.

Weiterhin werden allgemeine Lackierparameter vorgegeben, wie beispielsweise die Lufttemperatur in der Lackierkabine oder Lackparameter (z.B. Viskosität des Lacks).

Darüber hinaus wird eine Lackierbahn vorgegeben, die von dem Farbauftreffpunkt des verwendeten Applikationsgerätes (z.B. Rotationszerstäuber) im Betrieb abgefahren werden soll.

Ferner werden zunächst Startwerte von zu optimierenden Lackierparametern festgelegt, wobei es sich umso genannte Momentan-Spritzbilder handeln kann, d.h. Schichtdickenverteilungen um den jeweiligen Farbauftreffpunkt. Diese Momentan-Spritzbilder werden dann im Rahmen der Simulation überlagert.

Diese rechnerische Überlagerung der Momentan-Spritzbilder kann im Rahmen der Erfindung auch durch ein Projektionsverfahren erfolgen, d.h. die (ggf. hinsichtlich bestimmter Aspekte der Beschichtungssituation angepassten) Spritzbilder werden auf die Werkstückgeometrie geometrisch projiziert. Überlagert werden dann die auf die Werkstückgeometrie projizierten Momentan-Spritz- bilder. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Überlagerung der Momentan-Spritz- bilder umfasst also auch die vorstehend angesprochene Projektionsmethode.

In einer Simulationsschleife können die Momentan-Spritzbilder dann optimiert werden, um im Rahmen der Simulation ein möglichst optimales Lackierergebnis zu erreichen. Beispielsweise kann ein Optimierungsziel darin bestehen, eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke zu erreichen.

Die bei der Simulation des Beschichtungsprozesses verwendeten Momentan-Spritzbilder können hierbei aus Bezugs-Spritzbildern abgeleitet werden, die in einer Datenbank für verschiedene Be- zugs-Lackiersituationen gespeichert sind. Im Rahmen der Simulationsschleife wird also für jeden Bahnpunkt der Lackierbahn zunächst die Momentan-Lackiersituation ermittelt. Anschließend wird dann aus der Datenbank ein Bezugs-Spritzbild ausgelesen, das in einer Bezugs-Lackiersituation gemessen wurde, die möglichst exakt der aktuellen Momentan-Lackiersituation entspricht. In der Regel enthält die Datenbank jedoch nicht für alle möglichen Momentan-Lackiersituationen entsprechende Bezugs-Spritzbilder. Es ist deshalb in der Praxis vorgesehen, dass das Momentan-Spritzbild durch Interpolation oder durch rechnerische Anpassung von Bezugs-Spritzbildern ermittelt wird, die in der Datenbank gespeichert sind.

Das vorstehend beschriebene bekannte Simulationsverfahren liefert bereits befriedigende Simulationsergebnisse. Allerdings besteht ein Bedürfnis an einer weiteren Optimierung dieses bekannten Simulationsverfahrens.

Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Simulationsverfahren zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend angepasste Beschichtungsanlage zu schaffen, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Simulationsverfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Beschichtungsanlage gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Die Erfindung beruht auf der neu gewonnenen technisch-physikalischen Erkenntnis, dass die Qualität der Beschichtung nicht nur von der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke abhängt. Vielmehr wird die Qualität der Beschichtung auch von dem sogenannten Nässegrad bestimmt. So werden bei der Simulation mehrere Momentan-Spritzbilder überlagert, so dass die Beschichtung in der Simulation aus mehreren Überlagerungen von Momentan-Spritzbildern besteht. Entsprechend weist auch die reale Beschichtung auf dem realen Bauteil mehrere Überlagerungen auf, die von mehreren Spritzbildern herrühren, die beispielsweise entlang paralleler Beschichtungsbahnen auf die Bauteiloberfläche aufgebracht wurden.

Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die verschiedenen Überlagerungen von Momentan-Spritzbildern jeweils gleichmäßig zur Gesamtschichtdicke beitragen. Falls beispielsweise an einem Punkt der Bauteiloberfläche drei Momentan-Spritzbilder überlagert werden, so kann jedes Momentan- Spritzbild mit einem Drittel zu der Gesamtschichtdicke beitragen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die verschiedenen Überlagerungen von Momentan-Spritzbildern sehr unterschiedlich zu der Gesamtschichtdicke beitragen. Bei drei Überlagerungen besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass die einzelnen Überlagerungen im Verhältnis 70% : 20% : 10% zu der Gesamtschichtdicke beitragen. Der Nässegrad kann dann im Rahmen der Erfindung wiedergeben, welchen prozentualen Anteil an der Gesamtschichtdicke der Beschichtung die einzelnen überlagerten Schichten haben. Beispielsweise kann der Nässegrad angeben, was der größte prozentuale Anteil einer der Überlagerungen an der Gesamtschichtdicke ist.

Darüber hinaus kann innerhalb der beschichteten Bauteiloberfläche auch die Anzahl der Überlagerungen von verschiedenen Schichten schwanken. Beispielsweise kann die Beschichtung an einer Stelle der Bauteiloberfläche aus drei überlagerten Schichten von Momentan-Spritzbildern bestehen, während die Beschichtung an einer anderen Stelle der Bauteiloberfläche aus fünf überlagerten Schichten von Momentan-Spritzbildern besteht. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff des Nässegrads kann dann auch angeben, aus wie vielen überlagerten Schichten der Momentan- Spritzbilder die Beschichtung an dem jeweiligen Punkt der Bauteiloberfläche besteht.

Ferner kann der Nässegrad auch wiedergeben, welche geometrischen Eigenschaften die Momentan-Spritzbilder haben, die an dem jeweiligen Punkt der Bauteiloberfläche einen Einfluss auf die Gesamtschichtdicke haben.

Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der Nässegrad angibt, wie hoch die Gesamtschichtdicke an dem jeweiligen Punkt der Bauteiloberfläche ist. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff des Nässegrads kann eine oder mehrere der vorstehend genannten Definitionen wiedergeben.

Bei der Ermittlung des Nässegrads können im Rahmen der Erfindung jeweils mehrere oder alle lokal beteiligten Spritzbilder ins Kalkül gezogen werden (z.B. Mittelwert der Anteile, Verhältnisse der Anteile, ...) oder jeweils nur ein bestimmtes lokal beteiligtes Spritzbild (z.B. das zum höchsten Nässegrad an der betrachteten Stelle führt, das als letztes überbeschichtet wird, ...).

Hierbei ist zu erwähnen, dass bei der Berechnung des simulierten Beschichtungsergebnisses andere Momentan-Spritzbilder herangezogen werden können als bei der Berechnung des Nässegrads.

Das erfindungsgemäße Simulationsverfahren eignet sich vorzugsweise für eine Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen durch einen Zerstäuber (z.B. Rotationszerstäuber) oder einen Druckkopf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz bei einer Lackieranlage beschränkt, sondern lässt sich auch in Verbindung mit einer Beschichtungsanlage realisieren, die andere Beschichtungsmittel appliziert, wie beispielsweise Klebstoff, Dämmstoff oder Dichtstoff, um nur einige Beispiele zu nennen.

Weiterhin ist die Erfindung auch nicht beschränkt zur Verwendung bei einer Lackieranlage, die Kraftfahrzeugkarosseriebauteile lackiert. Hinsichtlich der zu beschichtenden Bauteile ist die Erfindung also nicht auf Kraftfahrzeugkarosseriebauteile beschränkt.

Darüber hinaus eignet sich die Erfindung nicht nur für Simulationen bei Beschichtungsanlagen, die als Applikator einen Zerstäuber (z.B. Rotationszerstäuber) oder einen Druckkopf verwenden. Auch diesbezüglich ist das erfindungsgemäße Prinzip also allgemein einsetzbar.

Das erfindungsgemäße Simulationsverfahren sieht zunächst in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Simulationsverfahren vor, dass Geometriedaten vorgegeben werden, die die Geometrie des zu beschichtenden Bauteils wiedergeben. Beispielsweise können diese Geometriedaten in Form von CAD-Daten (CAD: Computer Aided Design) des zu beschichtenden Bauteils aus einer Bauteildatei ausgelesen werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Geometriedaten des zu beschichtenden Bauteils zunächst durch eine Vermessung eines realen Bauteils erzeugt werden.

Weiterhin sieht auch das erfindungsgemäße Simulationsverfahren in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Simulationsverfahren vor, dass zunächst allgemeine Beschichtungsparameter vorgegeben werden, wie beispielsweise Beschichtungsmittelparameter (z.B. Viskosität), Applikatortyp, Glockentellertyp oder Bahnabstand der benachbarten Beschichtungsbahnen. Diese allgemeinen Beschichtungsparameter werden vorzugsweise benutzerseitig vorgegeben oder aus einem Datenspeicher ausgelesen. Hierbei zu erwähnen, dass diese allgemeinen Beschichtungsparameter im Rahmen des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens nicht optimiert werden müssen. Es besteht allerdings im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass auch die allgemeinen Beschichtungsparameter optimiert werden.

Darüber hinaus werden dann Startwerte von zu optimierenden Beschichtungsparametern festgelegt. Die zu optimierenden Beschichtungsparameter umfassen zunächst eine Beschichtungsbahn, die aus zahlreichen Bahnpunkten besteht und vom Farbauftreffpunkt des Applikators (z.B. Rotationszerstäuber) im Beschichtungsbetrieb abgefahren werden soll, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierbei ist zu bemerken, dass der Begriff eines Bahnpunkts im Rahmen der Erfindung allgemein zu verstehen ist und vorzugsweise auf die zeitliche oder räumliche Diskretisierung der Bahn-Trajektorie abstellt (z.B. alle x Millisekunden ein Bahnpunkt oder alle y Millimeter ein Bahnpunkt).

Darüber hinaus umfassen die zu optimierenden Beschichtungsparameter auch sogenannte Mo- mentan-Spritzbilder für die einzelnen Bahnpunkte der Beschichtungsbahn, wobei die Momentan- Spritzbilder die Schichtdickenverteilung auf dem Bauteil um den Farbauftreffpunkt auf dem Bauteil herum wiedergeben.

Hierbei ist zu erwähnen, dass die Startwerte der zu optimierenden Beschichtungsparameter nicht benutzerseitig vorgegeben werden müssen, sondern programmgesteuert festgelegt werden können. Beispielsweise können die Startwerte der Momentan-Spritzbilder aus Bezugs-Spritzbildern abgeleitet werden, die zuvor für verschiedene Beschichtungssituationen ermittelt wurden, beispielsweise durch Beschichtung von Testblechen, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Das erfindungsgemäße Simulationsverfahren sieht dann in einer Simulationsschleife die programmgesteuerte Durchführung mehrerer Schritte vor, wobei die einzelnen Schritte für die einzelnen Bahnpunkte der Beschichtungsbahn durchgeführt werden.

Zunächst wird im Rahmen der Simulationsschleife ein simuliertes Beschichtungsergebnis berech- net, indem für die einzelnen Bahnpunkte der Beschichtungsbahn die aktuellen Momentan-Spritz- bilder überlagert werden. Diese Überlagerung der Momentan-Spritzbilder kann beispielsweise auch durch ein Projektionsverfahren erfolgen, wie noch detailliert beschrieben wird.

In der Simulationsschleife folgt dann in einem nächsten Schritt die Prüfung des Simulationsergebnisses, wobei beispielsweise die Gleichmäßigkeit der resultierenden Schichtdicke als Qualitätsparameter bewertet wird. Die Erfindung zeichnet sich hierbei jedoch gegenüber dem eingangs beschriebenen bekannten Simulationsverfahren dadurch aus, dass der Nässegrad in den einzelnen Punkten der Bauteiloberfläche ermittelt und als Qualitätsparameter berücksichtigt wird.

In der Simulationsschleife erfolgt dann in einem nächsten Schritt eine Anpassung der zu optimierenden Beschichtungsparameter (z.B. Momentan-Spritzbilder, Beschichtungsbahn) um das simulierte Beschichtungsergebnis zu optimieren.

Die Simulationsschleife wird dann so lange wiederholt, bis das simulierte Beschichtungsergebnis befriedigend ist und auch der im Rahmen der Simulation ermittelte Nässegrad in den einzelnen Punkten der Bauteiloberfläche akzeptabel ist.

Die vorstehend erläuterte Vorgehensweise wird nachfolgend nochmals mit anderen Worten beschrieben, um Missverständnisse zu vermeiden. So kann der Benutzer verschiedenen Bahnabschnitten verschiedene (oder gleiche) Bezugs-Spritzbilder zuweisen. Bezüglich des ersten Simulationslaufs wären dies die Startwerte, die der Benutzer vorgibt (z.B. in einer Brush-Tabelle mit Spritzbildbreite und Skalierungsfaktor für die Spritzbildhöhe). Je nach Lackiersituation auf dem Werkstück können diese Bezugsspritzbilder durch das Programm automatisch zu Momentan-Spritzbil- dern angepasst werden, die dann für die Simulation verwendet werden. Bezüglich des ersten Simulationslaufs wären dies die Startwerte, die automatisch durch das Programm festgelegt werden, basierend auf den durch den Benutzer vorgegebenen Bezugs-Spritzbildern und der Lackiersituation auf dem Werkstück. Wenn das erste Simulationsergebnis nicht befriedigend ist, ändert der Benutzer die Zuweisung von Bezugsspritzbilder (z.B. breiteres Spritzbild, höheres Spritzbild, ...), d.h. er ändert die Startwerte aus dem ersten Simulationslauf. Folglich ändern sich auch die automatisch festgelegten Momentan-Spritzbilder, die für die Simulation verwendet werden. Dies wird so lange fortgesetzt, bis ein befriedigendes Schichtdickenergebnis erreicht ist

Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass im Rahmen der Simulationsschleife die zu optimierenden Beschichtungsparameter (z.B. Momentan-Spritzbilder, Beschichtungsbahn) optimiert werden. Diese Optimierung kann beispielsweise erfahrungsbasiert durch einen Bediener erfolgen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung der zu optimierenden Beschichtungsparameter in der Simulationsschleife jedoch mittels künstlicher Intelligenz (Kl).

Zu Beginn der Simulationsschleife werden zunächst Startwerte für die Momentan-Spritzbilder in den einzelnen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn vorgegeben. Bei der Festlegung der Momentan-Spritzbilder wird vorzugsweise die jeweilige Momentan-Beschichtungssituation berücksichtigt. Beispielsweise ist die Momentan-Beschichtungssituation gekennzeichnet durch den Beschichtungsabstand (d.h. Abstand zwischen Applikator und Bauteiloberfläche), die Bauteilgeometrie am Farbauftreffpunkt und ähnliche Beschichtungsparameter. In Abhängigkeit von dieser Momentan-Be- schichtungssituation in den einzelnen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn können die zugehörigen Momentan-Spritzbilder dann unter Zuhilfenahme einer Spritzbild-Datenbank bestimmt werden, in der Bezugs-Spritzbilder für verschiedene Beschichtungssituationen gespeichert sind.

Beispielsweise können die gespeicherten Bezugs-Spritzbilder in Spritzbildversuchen ermittelt werden, in denen jeweils Testbleche in unterschiedlichen Bezugs-Beschichtungssituationen beschichtet werden. Anschließend wird dann die Schichtdickenverteilung auf den Testblechen vermessen und in der Spritzbild-Datenbank mit den zugehörigen Beschichtungsparametern gespeichert, die die jeweilige Bezugs-Beschichtungssituation definieren. Die Momentan-Spritzbilder können dann aus den gespeicherten Bezugs-Spritzbilder abgeleitet werden, was beispielsweise auch durch eine Interpolation verschiedener gespeicherter Bezugs-Spritzbilder erfolgen kann. Falls beispielsweise die Momentan-Beschichtungssituation nicht exakt mit der Bezugs-Beschichtungssituation der in der Spritzbild-Datenbank gespeicherten Bezugs-Spritzbilder übereinstimmt, so können zwei oder mehr Bezugs-Spritzbilder interpoliert werden, die bei ähnlichen Beschichtungssituationen ermittelt wurden.

Die Ermittlung der Momentan-Spritzbilder aus den gespeicherten Bezugs-Spritzbildern muss jedoch nicht zwingend durch eine Interpolation aus mehreren gespeicherten Bezugs-Spritzbildern erfolgen. Es ist alternativ auch möglich, dass ein Momentan-Spritzbild ermittelt wird, indem ein gespeichertes Bezugs-Spritzbild rechnerisch angepasst wird. Diese Anpassung der in der Datenbank gespeicherten Bezugs-Spritzbilder entsprechend der aktuellen Momentan-Beschichtungssituation kann auch durch einen Algorithmus erfolgen, beispielsweise mittels künstlicher Intelligenz (Kl).

In der Praxis kann die Anpassung automatisch durch Korrektur- bzw. Skalierungsfaktoren erfolgen, wenn es sich bei der Momentan-Beschichtungssituation um einen Geometrie-Rand (z.B. Beschichtungsbahn an Werkstück-Kante) handelt, da dann ein gewisser Prozentanteil der Beschichtungsmittelstrahlen (Projektionsstrahlen) am Werkstück vorbeigeht. Anschließend kann dann eine Projektion des angepassten Spritzbilds auf die Werkstückoberfläche erfolgen.

Die Momentan-Beschichtungssituation und die Bezugs-Beschichtungssituation können beispielsweise durch mindestens eine der folgenden Größen definiert sein:

• Typ des Applikators,

• Typ eines Glockentellers eines Rotationszerstäubers, der den Applikator bildet,

• Typ eines Lenkluftrings, der an dem Applikator verwendet wird,

• Applikationsparameter, insbesondere

• Beschichtungsmittel-Ausflussrate,

• Lenkluftvolumenstrom,

• Drehzahl des Glockentellers,

• Hochspannung einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung,

• räumliche Orientierung einer Applikatorachse des Applikators relativ zu der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils,

• absolute räumliche Richtung einer Applikatorachse im Raum,

• Kabinenparameter einer Beschichtungskabine, insbesondere

• Kabinentemperatur in der Beschichtungskabine,

• Sinkluftgeschwindigkeit in der Beschichtungskabine,

• Bahnabstand zwischen benachbarten Beschichtungsbahnen,

• Bahngeschwindigkeit, mit der der Applikator entlang der Beschichtungsbahn bewegt wird,

• Beschichtungsbahn, die für die Messung des Bezugs-Spritzbildes verwendet wurde,

• Beschichtungsbahn bei der Momentan-Beschichtungssituation,

• Geometrie des für die Messung des Bezugs-Spritzbildes verwendeten Test-Bauteils,

• Geometrie des zu beschichtenden Bauteils.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die in der Spritzbild-Datenbank gespeicherten Bezugs- Spritzbilder vor der Simulationsschleife durch Beschichtungsversuche auf Testblechen ermittelt werden können. Die auf den Testblechen gemessene Schichtdickenverteilung wird dann in der Spritzbild-Datenbank als Bezugs-Spritzbild in einer Zuordnung zu der jeweiligen Bezugs-Beschich- tungssituation gespeichert.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die in der Spritzbild-Datenbank gespeicherten Bezugs-Spritzbilder wahlweise dynamische oder statische Spritzbilder sein können. So werden dynamische Spritzbilder als Resultat von Beschichtungsvorgängen gemessen, bei denen sich der Applikator relativ zu dem Bauteil (z.B. Testblech) bewegt. Statische Spritzbilder werden dagegen als Resultat von Beschichtungsvorgängen gemessen, bei denen der Applikator relativ zu dem Bauteil (z.B. Testblech) ortsfest ist.

In der Simulationsschleife kann dann laufend geprüft werden, in welchen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn die Anpassung der zu optimierenden Beschichtungsparameter zu einer Änderung der Beschichtungsparameter geführt hat. So werden die Beschichtungsparameter in den verschiedenen Durchläufen der Simulationsschleife üblicherweise nicht in sämtlichen Bahnpunkten verändert. Die Simulation muss dann nur in denjenigen Bahnpunkten aktualisiert werden, in denen die Optimierung der Beschichtungsparameter auch tatsächlich zu einer Änderung geführt hat. Es ist also im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, dass sich die Simulationsschleife in jedem Durchlauf über sämtliche Bahnpunkte der Beschichtungsbahn erstreckt.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die vorstehend erwähnten allgemeinen Beschichtungsparameter mindestens eine der folgenden Größen umfassen können:

• Beschichtungsmittel-Eigenschaften des Beschichtungsmittels, insbesondere Viskosität des Beschichtungsmittels,

• Typ des Applikators,

• Typ eines Glockentellers eines Rotationszerstäubers,

• Kabinenparameter einer Beschichtungskabine, insbesondere

• Kabinentemperatur in der Beschichtungskabine,

• Sinkluftgeschwindigkeit in der Beschichtungskabine,

• gewünschte Schichtdicke des Beschichtungsmittels auf dem Bauteil,

• Bahnabstand zwischen benachbarten Beschichtungsbahnen,

• Bahngeschwindigkeit, mit der der Applikator entlang der Beschichtungsbahn bewegt wird.

Die zu optimierenden Beschichtungsparameter können dagegen beispielsweise mindestens eine der folgenden Größen umfassen:

• räumlicher Verlauf der Beschichtungsbahn, insbesondere mit Koordinaten der einzelnen Bahnpunkte,

• räumliche Orientierung der Applikatorachse des Applikators in den einzelnen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn,

• Brush-Parameter, insbesondere Beschichtungsmittelstrom,

Lenkluftstrom,

Spannung einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung,

• Einschaltpunkte des Applikators auf der Beschichtungsbahn,

• Ausschaltpunkte des Applikators auf der Beschichtungsbahn,

• Beschichtungsmittelstrom in den einzelnen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn,

• Zerstäuberdrehzahl in den einzelnen Bahnpunkten der Beschichtungsbahn,

• Hochspannung einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung,

• Typ des Applikators, insbesondere bei Sealing-Anwendungen,

• Bahnabstand zwischen benachbarten Beschichtungsbahnen,

• Bahngeschwindigkeit, mit der der Applikator entlang der Beschichtungsbahn bewegt wird,

• die vorstehend genannten allgemeinen Beschichtungsparameter.

Im Rahmen der Erfindung kann das simulierte Beschichtungsergebnis dann grafisch auf einem Bildschirm angezeigt werden, um einem Bediener eine einfache Beurteilung zu ermöglichen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das simulierte Beschichtungsergebnis automatisch ausgewertet wird, beispielsweise mittels künstlicher Intelligenz (Kl).

Nach der Beendigung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens liegen dann optimierte Beschichtungsparameter für die einzelnen Bahnpunkte der Beschichtungsbahn vor. Diese optimierten Beschichtungsparameter können dann an ein Steuersystem der Beschichtungsanlage übertragen werden, damit das Steuersystem die Beschichtungsanlage dann im realen Beschichtungsbetrieb entsprechend ansteuert. Die optimierten Beschichtungsparameterwerden hierbei also in der Praxis in reale Steuergrößen für die Ansteuerung der Beschichtungsanlage umgesetzt.

Diese Umsetzung („Vorwärtsübersetzung") der optimierten Beschichtungsparameter in reale Steuergrößen für die Ansteuerung der Beschichtungsanlage betrifft vorzugsweise die Neuinbetriebnahme oder Optimierung bestehender Anlagen bzw. bestehender Beschichtungen. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass bestehende Steuergrößen der Beschichtungsanlage durch den Simulationsrechner eingelesen und umgewandelt werden in Start-Paramet- rierungen für die Simulation. Bereits real erprobte Steuergrößen für die Ansteuerung der Beschichtungsanlage werden hierbei als Startwerte von zu optimierenden Beschichtungsparametern genutzt („Rückwärtsübersetzung"). Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Umsetzung der optimierten Beschichtungsparameter in reale Steuergrößen für die Ansteuerung der Beschichtungsanlage ist also entsprechend allgemein zu verstehen. Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Simulationsverfahren. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine entsprechende Beschichtungsanlage, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens geeignet ist. Hierzu weist die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage neben mindestens einem Beschichtungsroboter mit einem Applikator (z.B. Rotationszerstäuber) und einem Steuersystem auch einen Simulationsrechner auf, auf dem ein Simulationsprogramm gespeichert ist, das bei einer Ausführung das erfindungsgemäße Simulationsverfahren ausführt.

Allgemein kann die Simulation auch auf einem „Offline"-Rechner (z.B. Büro-Laptop) durchgeführt werden (z.B. Planungsabteilung, Offline-Abteilung, Schulungsabteilung, ...), und die gefundenen Beschichtungsparameter können dann z.B. später/bei Bedarf auf das Steuersystem übertragen werden.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figuren 1A und 1B zeigen ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens.

Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung zur Überlagerung von drei Momentan-Spritzbildern, die auf drei parallelen Lackierbahnen appliziert werden.

Figur 2B zeigt die resultierende Schichtdicke der Überlagerung der drei Momentan-Spritzbilder.

Figur 2C zeigt die Anzahl der Überlagerungen der Momentan-Spritzbilder an verschiedenen Punkten der Bauteiloberfläche.

Figur 2D zeigt den Verlauf des Nässegrads für verschiedene Punkte der Bauteiloberfläche.

Figur 3A zeigt eine Beschichtung mit drei Überlagerungen von Momentan-Spritzbildern, die sehr unterschiedlich zur Gesamtschichtdicke beitragen. Figur 3B zeigt eine Abwandlung von Figur 3A, wobei die einzelnen Überlagerungen gleichmäßig zur Gesamtschichtdicke beitragen.

Figur 4A zeigt ein Bezugs-Spritzbild, das bei einer Bezugs-Lackiersituation gemessen wurde.

Figur 4B zeigt ein entsprechendes Momentan-Spritzbild in einer veränderten Momentan-Lackiersi- tuation, wobei das Momentan-Spritzbild aus dem Bezugs-Spritzbild gemäß Figur 4A abgeleitet wurde.

Figur 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lackieranlage mit einem Simulationsrechner zur Ausführung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens.

Detaillierte der im Folgenden wird nun das in den Figuren 1A und 1B dargestellte Flussdiagramm beschrieben, das in vereinfachter Form das erfindungsgemäße Simulationsverfahren zeigt.

In einem ersten Schritt S1 wird zunächst eine Datei eingelesen, die eine Definition der Geometrie der zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosserie enthält. Beispielsweise kann diese Datei von dem Hersteller des jeweiligen Kraftfahrzeugs als CAD-Datei bereitgestellt werden.

In einem weiteren Schritt S2 werden dann allgemeine Lackierparameter eingestellt, wie beispielsweise die folgenden Lackierparameter:

• Bahnabstand der Lackierbahn,

• Bahngeschwindigkeit,

• Lackeigenschaften des verwendeten Lacks,

• Zerstäubertyp,

• Kabinentemperatur in der Lackierkabine,

• Sinkluftgeschwindigkeit in der Lackierkabine.

In einem weiteren Schritt S3 werden dann für einen folgenden Simulationslauf programmgesteuert Startwerte der zu optimierenden Lackierparameter vorgegeben. Beispielsweise kann es sich bei den zu optimierenden Lackierparametern um folgenden Lackierparameter handeln:

• Verlauf der Lackierbahn, • Einschaltpunkte und Ausschaltpunkte des Zerstäubers entlang der Lackierbahn,

• Orientierung der Zerstäuberachse in den verschiedenen Bahnpunkten der Lackierbahn,

• Brush-Parametrisierung, z.B. Lackmengenstrom, Lenkluftstrom, Spannung der elektrostatischen Hochspannungsaufladung.

Nach dem erstmaligen Durchlauf der Simulationsschleife erfolgt dann in einem Schritt S4 eine Anpassung der zu optimierenden Lackierparameter für den nächsten Simulationslauf. Diese Anpassung kann beispielsweise erfahrungsbasiert durch einen Bediener oder durch künstliche Intelligenz (Kl) erfolgen.

Im nächsten Schritt S5 werden dann diejenigen Bahnpunkte der Roboterbahn ermittelt, in denen die Anpassung der zu optimierenden Lackierparameter zu einer signifikanten Änderung der Lackiersituation geführt hat. Dies ist sinnvoll, damit die nachfolgend detailliert beschriebene Simulationsschleife nicht sämtliche Bahnpunkte der Roboterbahn umfassen muss, einschließlich derjenigen Bahnpunkte, in denen die Anpassung der zu optimierenden Lackierparameter nicht zu einer signifikanten Änderung führt.

In den folgenden Schritten S6, S7 und S8 wird dann eine Simulationsschleife durchlaufen, die sich über sämtliche Bahnpunkte der Lackierbahn erstreckt, in denen die Lackierparameter signifikant geändert wurden.

So sieht der erste Schritt S6 vor, dass entsprechend der jeweiligen Momentan-Lackiersituation in den einzelnen Bahnpunkten Momentan-Spritzbilder ermittelt werden. Beispielsweise können hierzu Bezugs-Spritzbilder aus einer Spritzbild-Datenbank ausgelesen werden. Diese Bezugs-Spritz- bilder können beispielsweise zuvor durch Beschichtung von Testblechen ermittelt werden. Bei der Ermittlung der Momentan-Spritzbilder entsprechend der jeweiligen Momentan-Lackiersituation wird dann zunächst geprüft, ob in der Spritzbild-Datenbank ein Bezugs-Spritzbild gespeichert ist, das bei einer Bezugs-Lackiersituation gemessen wurde, die exakt der aktuellen Momentan-Lackiersituation entspricht. Falls dies der Fall ist, so kann das gespeicherte Bezugs-Spritzbild als Momen- tan-Spritzbild ausgelesen und übernommen werden.

In der Regel ist dies jedoch nicht möglich. Vielmehr wird das Momentan-Spritzbild in der Praxis aus einem oder mehreren gespeicherten Bezugs-Spritzbildern rechnerisch abgeleitet, die bei ähnlichen Bezugs-Beschichtungssituationen vermessen wurden. Diese Anpassung der gespeicherten Bezugs- Spritzbilder zur Ermittlung der zu verwendenden Momentan-Spritzbilder gemäß dem Schritt S7 kann beispielsweise durch künstliche Intelligenz (Kl) erfolgen. Beispielsweise kann auch ein Projektionsverfahren zum Einsatz kommen, wie es bereits erwähnt wurde.

In einem nächsten Schritt S8 erfolgt dann eine Simulation des Lackierergebnisses einschließlich des Nässegrads auf der Grundlage der folgenden Größen:

• Momentan-Spritzbilder für die einzelnen Bahnpunkte der Lackierbahn,

• allgemeine Lackierparameter,

• Geometrie der Kraftfahrzeugkarosserie,

• Lackierparameter, die optimiert werden sollen.

Im nächsten Schritt S9 wird dann geprüft, ob das simulierte Lackierergebnis zufriedenstellend ist. Falls dies nicht der Fall ist, so erfolgt im Schritt S4 eine erneute Anpassung der zu optimierenden Lackierparameter für den nächsten Simulationslauf.

Andernfalls werden die optimierten Lackierparameter im nächsten Schritt S10 gespeichert und können dann im realen Lackierbetrieb für die Ansteuerung der Lackieranlage verwendet werden.

Figur 2A zeigt exemplarisch drei Momentan-Spritzbilder 1, 2, 3, die von einem Rotationszerstäuber beim Abfahren von drei parallelen Bahnabschnitten einer Lackierbahn aufgebracht werden, wobei sich die Momentan-Spritzbilder 1-3 auf einer Bauteiloberfläche 4 teilweise überlagern. Die Momentan-Spritzbilder 1-3 sind hierbei in stark vereinfachter Form trapezförmig dargestellt. In der Praxis haben die Momentan-Spritzbilder 1-3 jedoch entsprechend dem Typ des verwendeten Applikationsgerätes einen etwas anderen Verlauf. Die schematische Darstellung der Momentan-Spritzbilder 1-3 dient also nur zur Verdeutlichung der Erfindung.

Figur 2B zeigt die resultierende Schichtdicke SD für verschiedene Punkte auf der Bauteiloberfläche rechtwinklig zu den Bahnabschnitten der Lackierbahn. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Schichtdicke SD bei einer optimalen Überlagerung der benachbarten Momentan-Spritzbilder 1- 3 völlig konstant ist, was ein in der Praxis nicht erreichbarer Optimalzustand ist.

Aus Fig. 2C ist weiterhin ersichtlich, dass die Momentan-Spritzbilder 1-3 aufgrund ihrer Überlagerung zu einer Beschichtung führen, die sich aus einer verschiedenen Anzahl von Überlagerungen zusammensetzt. Beispielsweise besteht die Beschichtung zwischen x=x2 und x=x3 aus n=2 Überlagerungen, während sich die Beschichtung zwischen x=x3 und x=x4 aus einer einzigen Überlagerung (n=l) besteht. Hierbei ist zu erwähnen, dass dieses Beispiel lediglich theoretisch ist und zur Verdeutlichung der Erfindung dienen soll.

Figur 2D zeigt schließlich den Verlauf eines möglichen Nässegrads NG entlang der Bauteiloberfläche quer zu den Bahnabschnitten der Lackierbahnen. Hierbei wird angenommen, dass die gewünschte Anzahl von Überlagerungen nsou=2 ist, d.h. die Beschichtung soll nach Möglichkeit an jedem Punkt der Bauteiloberfläche aus n=2 Überlagerungen der Momentan-Spritzbilder 1-3 bestehen. Der Nässegrad NG ist dann an jedem Punkt der Bauteiloberfläche definiert als Abweichung von diesem Sollwert. So besteht die Beschichtung zwischen x=x3 und x=x4 nur aus dem Momentan-Spritzbild 2, so dass die Abweichung von der gewünschten Anzahl nsou=2 von Überlagerungen NG=1 ist. Zwischen x=x2 und x=x3 besteht die Beschichtung jedoch aus der Überlagerung der zwei Momentan- Spritzbilder 1, 2, so dass der Nässegrad NG als Abweichung von dem Sollwert NG=0 ist.

In der Darstellung gemäß den Figuren 2A-2D gibt der Nässegrad NG nur an, aus wie vielen überlagerten Schichten der Momentan-Spritzbilder 1-3 die Beschichtung an dem jeweiligen Punkt der Bauteiloberfläche besteht.

Der Nässegrad kann jedoch auch angeben, welchen prozentualen Anteil an der Gesamtschichtdicke der Beschichtung die einzelnen Schichten der Momentan-Spritzbilder haben. So zeigen die Figuren 3A und 3B eine Beschichtung 5 mit einer Gesamtschichtdicke SD, wobei sich die Beschichtung 5 aus drei Überlagerungen 6-8 von Momentan-Spritzbildern zusammensetzt. In Figur 3A macht die Überlagerung 6 einen Großteil der Gesamtschichtdicke SD aus, was zu einem entsprechend größeren Nässegrad führt. In Figur 3B tragen die Überlagerungen 6-8 dagegen gleichmäßig jeweils mit einem Drittel zur der Gesamtschichtdicke SD bei, was zu einem entsprechend geringeren Nässegrad führt.

Figur 4A zeigt schematisch ein Bezugs-Spritzbild 9 auf einer Bauteiloberfläche 10, wobei das Bezugs- Spritzbild 9 in einer Bezugs-Lackiersituation aufgebracht und vermessen wurde. Die Bezugs-Lackier- situation war unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatorachse rechtwinklig zur Bauteiloberfläche 10 ausgerichtet war.

Figur 4B zeigt dagegen eine Momentan-Lackiersituation, bei der die Applikatorachse schräg zu der Bauteiloberfläche 10 ausgerichtet ist. Die Abweichung zwischen der Bezugs-Lackiersituation gemäß Figur 4A und der Momentan-Lackiersituation gemäß Figur 4B führt zu einem entsprechend angepassten Momentan-Spritzbild 11. Diese Anpassung des gespeicherten Bezugs-Spritzbilds 9 zur Ermittlung des für die Simulation geeigneten Momentan-Spritzbildes 11 kann beispielsweise mittels künstlicher Intelligenz (Kl) erfolgen. Beispielsweise kann auch ein Korrekturverfahren oder ein Projektionsverfahren zum Einsatz kommen, wie es bereits erwähnt wurde.

Im Folgenden wird nun die schematische Darstellung gemäß Figur 5 beschrieben. So zeigt die Darstellung zunächst in stark vereinfachter Form eine herkömmliche Lackieranlage 12, die von einem Steuerrechner 13 angesteuert wird.

Darüber hinaus ist ein Simulationsrechner 14 dargestellt, der dazu dient, das erfindungsgemäße Simulationsverfahren auszuführen. Hierzu ist der Simulationsrechner 14 mit einem Datenbankrechner 15 verbunden, der eine Spritzbild-Datenbank mit gespeicherten Bezugs-Spritzbildern enthält.

Eingangsseitig erhält der Simulationsrechner 14 zunächst die Geometriedaten der zu lackierenden Kraftfahrzugkarosserien.

Darüber hinaus erhält der Simulationsrechner 14 eingangsseitig auch allgemeine Lackierparameter.

Weiterhin erhält der Simulationsrechner 14 eingangsseitig Startwerte der zu optimierenden Lackierparameter. Diese Startwerte können beispielsweise die Lackierbahn und Momentan-Spritzbil- der für die einzelnen Bahnpunkte der Lackierbahn umfassen.

Der Simulationsrechner 14 übermittelt die jeweilige Momentan-Lackiersituation dann an den Datenbankrechner 15, der ein passendes Momentan-Spritzbild entsprechend der jeweiligen Momentan-Lackiersituation ermittelt und zwar in der Regel durch Anpassung oder Interpolation von gespeicherten Bezugs-Spritzbildern. Der Datenbankrechner 15 liefert dann jeweils für die einzelnen Bahnpunkte der Lackierbahn ein geeignetes Momentan-Spritzbild an den Simulationsrechner 14. Der Simulationsrechner 14 kann dann zusammen mit dem Datenbankrechner 15 auf diese Weise das in den Figuren 1A und 1B dargestellte Simulationsverfahren ausführen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen. Insbesondere sind hierbei folgende Erfindungsaspekte zu nennen, die unabhängig voneinander Schutz genießen können.:

• Thema „Nässegrad", d.h. die Berücksichtigung des Nässegrads als Qualitätsparameter für die Beurteilung des simulierten Lackierergebnisses.

• Thema „Anpassung der Bezugs-Spritzbilder an die aktuelle Momentan-Lackiersituation".

Bezugszeichenliste:

1-3 Momentan-Spritzbilder

4 Bauteiloberfläche 5 Beschichtung

6-8 Überlagerungen der einzelnen Momentan-Spritzbilder

9 Bezugs-Spritzbild

10 Bauteiloberfläche

11 Momentan-Spritzbild 12 Lackieranlage

13 Steuerrechner

14 Simulationsrechner

15 Datenbankrechner mit Datenbank von Bezugs-Spritzbildern

SD Gesamtschichtdicke