專利名稱：計(jì)算機(jī)控制的用于船體表面修整和涂漆的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船體的自動(dòng)修整和涂漆，且本發(fā)明特別涉及用于分析表面缺陷，修整(fairing)，施加可霧化的修整材料(fairing compound)，以及涂漆的計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人裝置的使用。
當(dāng)今，普通的船只采用已被時(shí)間證實(shí)可行的技術(shù)和方法來建造。已知修整是制造過程的一部分。修整是一個(gè)使不光滑表面被填充、打磨且涂底漆以為涂漆作準(zhǔn)備的過程。作為造船工業(yè)中使用的修整過程，它幾乎專門對(duì)游(快)艇的外表面采用，這樣可以大大地提高在專業(yè)修整過的船殼或上層建筑上的涂漆的美觀質(zhì)量使涂漆完畢的表面呈均勻的鏡面般的質(zhì)量。由于所耗費(fèi)的成本和時(shí)間以及該過程的純美觀特性使商業(yè)和軍用的船只幾乎不進(jìn)行修整。
修整是通過分析船體的外表面來找到缺陷并隨后使用某種技術(shù)來從船體或上層建筑上清除該缺陷來完成。通常，技術(shù)熟練的船員使用手操縱的氣動(dòng)工具、手操縱的電動(dòng)工具，單純的手動(dòng)工具或它們的任意的組合來進(jìn)行這個(gè)過程。第一個(gè)步驟是通過使用直角邊，長板或標(biāo)尺“測繪”或標(biāo)出船體表面的缺陷來分析船殼或上層建筑表面的缺陷。下一個(gè)步驟包括涂底漆，通常是一種用于噴涂的底漆。在“測繪”和涂底漆步驟后，任何深度大約大于1/8英寸的缺陷被用鏝刀或長金屬散布器以可用鏝刀涂抹的修整材料填充。當(dāng)可用鏝刀涂抹的填料硬化后，用附有砂紙的手塊或長板以及手動(dòng)的打磨器進(jìn)行手動(dòng)打磨。當(dāng)被修整的表面相對(duì)光滑及平順后，可選擇的最后的工序是使用手動(dòng)操縱的噴射裝置噴涂可霧化修整材料。一旦所有的修整材料已被施加且已被手動(dòng)打磨，就對(duì)已修整過的船殼或上層建筑涂底漆以及涂漆，然后就完成了修整和涂漆過程。
使用目前的方法，5000平方英尺不平整面積的表面大約需要每平方英尺2.2工時(shí)或總共11000工時(shí)來將不平整表面修整到高質(zhì)量的表面，即“游艇的質(zhì)量”的最終涂漆的表面。相關(guān)的工業(yè)，如汽車制造工業(yè)，已通過使生產(chǎn)過程某方面自動(dòng)化來嘗試解決這個(gè)由手來完成大量任務(wù)所帶來的效率低下。例如，授予Veciello的美國專利4532148描述了通過在臂上連接有旋轉(zhuǎn)鐘型霧化裝置的機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)噴漆系統(tǒng)。盡管這個(gè)發(fā)明對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的汽車的噴漆是足夠的，但它只能用于噴漆。
授予Kiba等人的美國專利4498414描述了一種汽車噴漆機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)成在裝配線上給汽車噴漆并具有附加的特征，即能夠打開車門以更靠近汽車來噴漆。
以上的專利涉及自動(dòng)噴漆機(jī)器人以及用于用機(jī)器人噴漆的系統(tǒng)，同時(shí)授予Andoe的美國專利5571312描述了一種可以由機(jī)器人涂覆到船體上的涂覆材料。
上面的參考文獻(xiàn)(上述各文獻(xiàn)被引作參考)中沒有一個(gè)描述了用于修整船體的方法。另外，船體工業(yè)還沒有發(fā)明出一種自動(dòng)方法來節(jié)省消耗在船體和上層建筑修整上的時(shí)間和花費(fèi)。
結(jié)果，本領(lǐng)域中需要一種自動(dòng)修整船體以節(jié)省時(shí)間和花費(fèi)并保證修整精度的方法。
本領(lǐng)域中還需要一種采用帶有可互換工作頭的多功能機(jī)器人的自動(dòng)修整方法。
本發(fā)明通過提供自動(dòng)技術(shù)來對(duì)船體的船殼及上層建筑進(jìn)行分析，修整以及涂漆以節(jié)省材料成本、勞動(dòng)力，并通過提供計(jì)算機(jī)控制的精確的修整來滿足技術(shù)上的需求。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例是一種使用機(jī)器人系統(tǒng)來修整船體的船殼或上層建筑的由計(jì)算機(jī)控制完成的方法，機(jī)器人系統(tǒng)包括多個(gè)機(jī)器人，這些機(jī)器人放置在可動(dòng)裝置上并且具有帶有各種固定裝置的可繞各種控制軸運(yùn)動(dòng)的臂。該方法包括設(shè)置船體以使機(jī)器人可以接近船殼和上層建筑；分析船殼和上層建筑以找到缺陷；在缺陷處施加修整材料；打磨修整材料以使其與船體或上層建筑平齊；清除任何由打磨過程產(chǎn)生的材料塵屑；以及在船殼或上層建筑上涂底漆及噴漆的步驟。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，機(jī)器人被設(shè)置在導(dǎo)管或臺(tái)架上以便移動(dòng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，機(jī)器人帶有可用于固定及操縱各種附件的臂。
在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用激光的表面測繪系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用雷達(dá)的表面測繪系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，修整材料施加步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂的末端的噴灑裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，修整步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂末端的相互連接的研磨裝置和真空裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，噴漆步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂末端的第二噴灑裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，步驟中還包括使用為機(jī)器人所用的可互換附件。
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是使用機(jī)器人通過應(yīng)用表面測繪激光器或雷達(dá)來分析在船體的船殼或上層建筑中的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是以機(jī)器人使用施加噴涂材料的噴灑裝置來噴涂可霧化修整材料，這些修整材料是修復(fù)在船體的船殼或上層建筑中被探測到的缺陷所必需。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是一旦修整材料被噴涂到船體上，以機(jī)器人使用研磨或打磨頭來打磨該修整材料以得到光滑的表面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過真空管或其它類似的清理裝置來從工作區(qū)清除由打磨過程產(chǎn)生的修整材料塵屑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是以機(jī)器人使用可噴漆的噴灑裝置來在船體表面進(jìn)行最后的噴漆過程。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于機(jī)器人的可移動(dòng)裝置，來實(shí)現(xiàn)允許機(jī)器人與船體的船殼和上層建筑的表面完全接近的目的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供帶有各種可互換工具的機(jī)器人，這些工具用于完成分析船殼缺陷，施加修整材料，打磨船殼及噴漆任務(wù)。
從下面結(jié)合附圖的說明和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，而這些附圖僅是示例性地示出了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。附圖中

圖1是一位于自動(dòng)修整系統(tǒng)的工作區(qū)內(nèi)的船體以及根據(jù)本發(fā)明的所述系統(tǒng)的大致布置平面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的帶有臺(tái)架安裝機(jī)器人的自動(dòng)修整系統(tǒng)的透視圖；圖3是一水平的側(cè)視圖，示出用于根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)修整系統(tǒng)和方法的導(dǎo)軌安裝機(jī)器人和臺(tái)架安裝機(jī)器人；以及圖4A-4D是根據(jù)本發(fā)明的與機(jī)器人一起使用的各種頭的透視圖。
參照附圖，且具體參考其中的圖1，圖中顯示了一自動(dòng)修整系統(tǒng)10，其包括用于指揮機(jī)器人14運(yùn)動(dòng)的控制器12。所述控制器能夠接收各種電輸入信號(hào)以初始化機(jī)器人14使之按照預(yù)先編制的步驟進(jìn)行工作。機(jī)器人14安裝在平行的導(dǎo)軌16上以可以沿船體18的縱軸運(yùn)動(dòng)。船體18位于導(dǎo)軌16之間的機(jī)器人14的工作區(qū)內(nèi)，使所述的機(jī)器人能夠沿船體18的長度完全接近。
圖2表示了本系統(tǒng)10的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中可以看出在導(dǎo)軌16上的機(jī)器人14與臺(tái)架20以及臺(tái)架安裝機(jī)器人22一同在船體上工作，所述臺(tái)架(gantry)20和臺(tái)架安裝機(jī)器人22也由控制器12控制。根據(jù)該另一個(gè)實(shí)施例，臺(tái)架應(yīng)能夠沿船體18的縱軸上下進(jìn)行線性移動(dòng)24，且在臺(tái)架20上的機(jī)器人22應(yīng)具有從一側(cè)到另一側(cè)的運(yùn)動(dòng)，以及采用伸縮裝置35來升高或降低到工作表面。如對(duì)圖1的說明中所述，本發(fā)明的實(shí)施例僅用機(jī)器人14工作，不用臺(tái)架20，且本發(fā)明的裝置包括機(jī)器人14，不包括臺(tái)架20。另外，當(dāng)使用臺(tái)架20時(shí)，各種變動(dòng)的結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的范圍內(nèi)也都可以采用，如當(dāng)為腿支撐時(shí)可如圖2所示，或者可以如圖2所示帶有腿支撐但從上方懸掛臺(tái)架。
如圖3中可以看到的，機(jī)器人14和22是液力操縱元件，其包括一基體30，一第一臂32，一第二臂34以及一終止在支撐頭38處的腕部36，支撐頭38與可互換的工具50、60、70及80中的任一個(gè)固接?？刂破?2及基體30，第一臂32，第二臂34、腕部36、支撐頭38以及可互換的工具50、60、70和80有效地連接以使可互換的工具50、60、70和80能夠以期望的方式運(yùn)動(dòng)。
圖4A-4D說明了各種用在本自動(dòng)修整系統(tǒng)10中的可互換的工具50、60、70和80。圖4A中的可任選的分析器工具50用于通過使用表面測繪激光或雷達(dá)53來分析船體的表面19。這個(gè)工具利用一與腕部36鎖結(jié)的連接裝置51來固定。分析過程由裝在機(jī)器人14和22的基體30上(而不是裝在第二臂34末端)的分析裝置來完成。
在圖4B中的修整材料施加工具60采用了噴嘴62，其通過導(dǎo)管65和67分別供給高壓氣體64和修整材料66。該工具利用一與腕部36相連的連接裝置61來固定。該工具利用一與腕部36相連的連接裝置61來固定。
圖4C顯示了一用于對(duì)已被修整材料66處理后的區(qū)域進(jìn)行打磨的可互換的打磨工具70。該工具采用一與真空管74相連的打磨裝置72，真空管74用于清除由光整修整材料66產(chǎn)生的有毒的塵埃。一護(hù)罩76將打磨裝置72和真空管74環(huán)繞。真空管穿過工具70而伸出到護(hù)罩76中與打磨裝置72接近，為了圖面清晰，該部分未在圖4C中畫出，但通過上面的描述可以理解。護(hù)罩76被用來防止塵屑四處飛揚(yáng)且增強(qiáng)真空管74的抽吸能力。打磨工具70通過連接裝置71可互換地固定在腕部36上。并且，也可使用其它的各種工具，用以清洗已被分析并已被修整材料處理過的表面；例如，水噴射裝置可被用作其中一個(gè)工具，但這就需要足夠多的連接裝置來控制水流，并且這也潛在需要在水噴射或壓力沖洗后使用干燥裝置。在使用水沖洗來清洗表面時(shí)，水壓按照船體的尺寸來調(diào)整(用于游艇的水壓小于用于大船的水壓)。此外，特別對(duì)于大船，本發(fā)明的方法只包括定位船體，用水噴射清洗，以及在修理和/或涂漆前分析缺陷或輪廓的步驟。
圖4D中是表示一種可互換的涂漆工具80的透視圖，漆86通過噴嘴82涂在表面上，噴嘴82分別由導(dǎo)管85和87供給壓縮氣體84和漆86。涂漆工具80通過連接裝置81可互換地固定在腕部36上。
應(yīng)理解的是，上文以舉例的方式公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且對(duì)于那些本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，可以在不背離權(quán)利要求書的范圍和精神的前提下進(jìn)行修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種用于對(duì)船體的船殼和/或上層建筑進(jìn)行修整及涂漆的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法，該方法使用了機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)包括多個(gè)機(jī)器人，這些機(jī)器人設(shè)置在可移動(dòng)裝置上，這些機(jī)器人并且具有帶有各種附件的可繞各種控制軸運(yùn)動(dòng)的臂，該方法包括以下步驟(a)設(shè)置所述船體以使所述機(jī)器人可以接近所述船殼和上層建筑；(b)分析所述船體的船殼和上層建筑以找到缺陷；(c)在所述缺陷處施加修整材料；(d)打磨所述修整材料以使其與所述船殼和/或上層建筑平齊；(e)清除任何由打磨過程產(chǎn)生的材料塵屑；以及(f)對(duì)所述船殼及/或上層建筑涂漆。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)器人被放置在滑軌或臺(tái)架上以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)器人上帶有用于固定和使用各種附件的臂。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用激光的表面測繪系統(tǒng)。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用雷達(dá)的表面測繪系統(tǒng)。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修整材料施加步驟還包括使用固定在所述臂的末端的噴灑裝置。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修整步驟還包括固定在所述臂的末端的相互協(xié)同工作的研磨、碾磨或打磨裝置和真空裝置。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴漆步驟還包括使用固定在所述臂的末端的第二噴灑裝置。
9．一種計(jì)算機(jī)控制的至少用于修整船體的船殼的方法，包括用于指揮機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)，所述機(jī)器人設(shè)置在可移動(dòng)裝置上，如臺(tái)架，軌道和/或臺(tái)架-軌道的組合裝置，每個(gè)所述的機(jī)器人帶有基體，第一臂，第二臂及終止在支撐頭內(nèi)的腕部，和各種可以固定到所述腕部或所述基體上的工具，本方法包括以下步驟(a)相對(duì)所述機(jī)器人放置所述船體，以使所述機(jī)器人可有效地接近由所述船體限定的表面；(b)在每個(gè)所述機(jī)器人上固定分析工具，并使用它來分析所述船體的表面以探測形狀和缺陷；(c)在每個(gè)所述機(jī)器人上固定表面感測工具，以使用它來為所述表面的涂漆作準(zhǔn)備；(d)在每個(gè)所述機(jī)器人上固定涂漆工具，以使用它來為所述表面涂漆。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述分析步驟還包括通過使用固定在所述機(jī)器人上的激光器來生成表面圖。
11．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述分析步驟還包括通過使用固定在所述機(jī)器人上的雷達(dá)來生成表面圖。
12．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述的設(shè)置步驟后，在每個(gè)機(jī)器人上固接水噴射工具，用來清洗所述表面。
13．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述的分析步驟后，在每個(gè)機(jī)器人上固定修整材料施加工具并用它來將修整材料施加在所述缺陷處。
14．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述修整材料施加步驟還包括使用固定在所述機(jī)器人上的噴涂裝置。
15．一種計(jì)算機(jī)控制的用于精修船體表面和對(duì)具有船殼的船體的船殼和上層建筑表面涂漆的裝置，包括多個(gè)被所述計(jì)算機(jī)控制、裝在相對(duì)所述船體可移動(dòng)的裝置上的機(jī)器人，多種可固定在所述機(jī)器人上的工具，這些工具可用于測繪所述船體表面形狀，及對(duì)所述表面涂漆。
16．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，提供了用于將修整材料施加在船體表面上所發(fā)現(xiàn)的缺陷處的工具以及提供了打磨所述表面以為涂漆作準(zhǔn)備的工具。
17．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括一對(duì)導(dǎo)軌，每個(gè)導(dǎo)軌布置成在所述船殼的每側(cè)有一導(dǎo)軌；和一對(duì)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人可沿所述導(dǎo)軌中的一個(gè)移動(dòng)。
18．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述工具中的一個(gè)包括一種用來打磨所述表面以為對(duì)表面涂漆作準(zhǔn)備的裝置。
19．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述工具中的一個(gè)包括一種用來清洗所述表面的水噴射裝置。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)控制的使用機(jī)器人對(duì)船體表面修整及涂漆的方法,包括以下步驟:分析船殼和/或上層建筑以找到缺陷;在缺陷處施加修整材料;光整這些缺陷處以使其與船殼和/或上層建筑平齊;以及對(duì)船殼和/或上層建筑完成涂漆這一最后的工序。
文檔編號(hào)B05D3/12GK1296897SQ00128338
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者約翰·S·莫頓 申請(qǐng)人:視覺伊斯特公司