CN102481596B

CN102481596B - 用于平滑部件的，尤其是大结构的表面的方法和装置

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Publication number: CN102481596B
Application number: CN201080035449.1A
Authority: CN
Inventors: K·奥尔特利布; F·赫勒; H-G·弗里策; T·贝尔; M·克莱纳
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Toure coating system engineering (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: DE102009036838A1; DE102009036838B4; WO2011018199A1; EP2464462A1; RU2530052C2; JP2013501667A; CN102481596A; RU2012108625A; JP5692758B2; US20120138207A1

Abstract

本发明涉及一种用于为随后涂覆涂料而平滑部件(3)的，尤其大结构的表面(2)的方法，所述部件例如是船壳，所述方法具有如下步骤：所述部件(3)的表面(2)的不平坦的测量；通过材料去除和/或通过平整物质的材料施加来平整所述不平坦；在测量所述表面(2)之前，在所述待测量的表面(2)上的一定位置添加基准标记，并且在所述表面(2)的不平坦的测量过程中考虑所述基准标记。

Description

用于平滑部件的,尤其是大结构的表面的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于平滑部件的表面，尤其是大结构的表面，所述部件例如是船壳和船舶的上层结构。而且，本发明包括一种适合执行这种方法的装置。

背景技术

当在奢侈部门制造快艇(例如航行艇、机动游艇)时，最高的要求放在船壳和所有上层结构的涂料的表面质量上，该要求比例如货船或军舰的其他船舶的情况基本上更严格。这在大型快艇的情况下更是有问题的，因为当所述船壳表面以昂贵的方式处理和涂覆时，所述船壳与钢和铝制件焊接在一起。在这种情况下，常规地，使用金属处理的常规方法首先进行基底材料处理，例如沉积焊接、收缩焊接、磨削和喷砂。随后，则施加底涂料(底层涂料(Haftgrundierung))。在下一步骤中，接着施加或喷洒填料，以便平整粗糙的表面不平坦。随后，则施加腻子或填料，它在某种程度上也称为底涂料，并且具有平整微细的表面不平坦。在进一步步骤中，则施加光滑的中间层涂料，接着是彩色基层涂料和有效透露的基层涂料。在最后步骤中，则一般施加清漆，在顶层涂料的情况下，这个步骤仅仅是可选的。

平整所述表面不平坦的前述工作步骤常规地手动执行，这与相当大量的工作和时间花费相关联。而且，所述船壳的手工处理包括无数缺陷源。例如，能够使用在某种程度上已经固化的填料，并因此不或仅仅部分地适合处理。而且，存在填料已经施加得太厚的可能性。此外，在这里利用眼睛进行不平坦的平整，这能够导致相应的不平坦。表面不平坦的手工平整的又一缺点在于，相对高的填料消耗。最后，对于填料的手工施加，需要相对长的干燥时间，换句话说，所述填料在处理过程中已经固化，使得仅仅非常短的处理时间是可行的。

DE 10 2006 036 345 B4公开了一种用于处理存在于装置的界定区域中的至少一个物体的方法，所述物体的形状可以用一个或多个元件描述，所述元件具有相互的关系并且分别具有至少一个规则的几何形状的元件。US2003/0139836 A1公开了一种用于检测涂覆涂料的表面、定位和追踪在涂覆涂料的表面中的缺陷并且修理所述涂料缺陷的方法。

而且，从EP 1 103 310 B1已知一种用于平整船壳的表面不平坦的自动方法。在这里，将要涂覆涂料的船壳在干船坞中利用多个机器人进行测量，以便探测所述表面不平坦。随后，则将填料施加到船壳的表面上，以便平整所述表面不平坦。在进一步的步骤中，所述船壳被定位于其上并且固化的填料平滑，以便实现随后的涂覆过程的期望的表面质量。

这种用于平整所述船壳的表面不平坦的自动方法的不利之处首先在于这样的事实，即在施加填料后，大量施加的填料被再次铣掉或磨削掉。

这个缺点基于这样的事实，即在这个已知的自动方法中能够仅仅用相对低的精度进行所述船壳表面的测量。

发明内容

因此，本发明基于如下目的，即相应地改良用于平整船壳表面的不平坦的前述自动方法。

这个目的利用按照主权利要求的根据本发明的方法实现。

本发明基于这样的技术洞察力，即确定船壳的表面不平坦以构建船壳的三维图像是不充分的。而是，还必需将所述船壳表面部分的三维图像尽可能精确地分配给所述船壳的相关实际表面部分。在前述自动测量方法的情况下存在的问题即是这样的事实，暂时地依次进行所述测量和随后的表面处理。在表面处理的情况下，因此必须保证所述各自表面部分的以前得到的各自表面部分的三维图像被尽可能精确地分配给所述船壳的相关实际表面部分。然而，这在机器人的定位时需要非常高的精度，所述机器人首先用于测量和随后处理所述船壳的表面。

本发明因此提供基准标记(reference marking)附着在所述船壳的表面上的一定位置处，以便便于测量所述表面不平坦。然后在测量所述表面的不平坦和优选还在随后的表面处理中，在本发明的背景中考虑所述基准标记。所述基准标记在这里能够将所得到的所述各自表面部分的三维图像清楚而又准确地分配给所述船壳的实际表面部分。当定位用于测量和随后处理表面的机器人时，只需要相对低的定位精度，如同在所述基准标记处存在空间方向的可能性。

在本发明的优选示例性实施例中，提供待处理的部件(例如快艇的船壳)的计算机辅助设计数据，它一般至少存在于常规CAD设计系统(CAD：Computer Aided Design计算机辅助设计)。用这些计算机辅助设计数据构建所述部件的虚拟表面轮廓，也就是说，不具有因制造和公差所引起的任何表面不平坦的理想表面轮廓。而且，接着测量所述部件的实际表面轮廓，为此可以使用例如旋转激光。而且，在根据本发明的优选实施例中，测量所述部件的表面上的单个基准标记的空间位置，以便实现所述虚拟(计划的)表面轮廓和实际表面轮廓之间的精确分配。然后，比较所述实际表面轮廓与虚拟表面轮廓，以便由所述实际表面轮廓和虚拟表面轮廓之间的差值确定必须平整的不平坦。

在这个平整中，能够平整各种表面的不平坦，即一方面负的偏差(凹痕)和另一方面正的偏差(升高的位置)。为了能够平整后者，必须限定新的表面线。如果与软件工具的支持相符，这优选由人执行。用于此的技术术语为“光顺性(straken)”。

以前已经描述所述部件的表面的测量能够例如用旋转激光进行。这种类型的旋转激光本身是现有技术已知的，并且因此在此不需要更详细地描述。然而，可替代地，也存在所述部件的表面用其他具有足够精度的方法测量的可能性。作为实例，将要提及在EP 1 103 310 B1中简要地提及的雷达测量和还有超声波测量。

根据本发明，在未加工的步骤中，所述实际和虚拟(计划的)表面之间的差值应当不充满大的面积，而是在许多薄层或非常多的小液滴中，后者也被命名为数字施加，因为所述涂层因是否施加一定尺寸的液滴而变化，然而，液滴尺寸本身保持不受影响。在这种情况下，能够使用经典的喷洒涂覆器或设计用于高粘度材料的专用涂覆器或还有相应地修改的印刷头(例如喷墨)。对于在平整表面不平坦过程的材料施加，多层平整物质(例如填料)能够因此被施加到在本发明的上下文中的所述部件的表面上。可替代地，在本发明的上下文中，对于在平整所述表面不平坦过程中的材料施加，存在所述平整物质的无数液滴被施加到所述部件的表面上的可能性。

施加到所述部件的表面上的单个层的厚度能够例如位于50μm-100μm、100μm-1000μm的范围内或在1mm-5mm的范围内。本发明不限于上述作为实例的关于层厚的数值范围，而是还能够实现为其他的层厚。

在根据本发明的优选示例性实施例中，利用多轴机器人进行平整表面不平坦的材料去除或材料施加，所述多轴机器人引导用于材料去除的工具和/或材料施加的施加装置。这种类型的机器人本身是从施加机动车车身部件的施加设备已知的，并且也能够以稍微修改的形式用于给快艇涂覆涂料，从而能够省略这种类型的机器人的详细描述。

优选地，所述机器人在这里能够沿着所述部件的表面移动，尤其是沿着位移轴线移动，以便一个接一个地处理多个表面部分。在所述机器人的方法中，所述机器人能够基于所述基准标记定向。为此，所述机器人能够利用附着到机器人的测量末端移动到单独的基准标记，以藉此确定它的位置。可替代地，还存在所述机器人利用光学图像处理或其他方式确定所述基准标记的位置的可能性。

关于用来平整所述表面不平坦的所述平整物质，存在许多可能性，在下面简要地描述其中的一些可能性。例如，所述平整物质能够是单个部件材料或两部件材料。而且，存在所述平整物质是可空气固化的、热固性的、辐射固化的和/或在化学性质上独立固化的。而且，所述平整物质能够至少部分地包括热塑性塑料的可能性。最后，还存在所述平整物质至少部分地包括以液体形式施加的金属。

在使用可辐射固化的平整物质的情况下，所述用于固化的平整物质能够例如辐射紫外线辐射(UV辐射)、高频辐射，尤其是微波辐射、热辐射或红外线辐射，以便固化所述部件表面上的平整物质。

优选地，所述平整物质不是抹在所述部件的表面上，而是喷洒，这允许使用自动的方法。

所述前述机器人优选不仅用于测量所述部件的表面，而且还用于喷洒所述平整物质。

此外，关于前述基准标记，存在许多可能性，下面简要地描述其中的一些可能性。例如，所述基准标记能够被凸出或喷洒，并且可替代地，存在材料被以局部界定的方式去除以添加所述基准标记的可能性。而且，还存在所述基准标记被简单地粘上的可能性。

在一个可能的方法中，镜式球体被螺纹固定在船舶上的并为此额外添加的螺纹套筒中。这些镜式球体焊接在未被处理的位置，而且稍后用隔板(例如吊顶)覆盖。所述旋转激光在这种情况下安置在所述船舶的外部(例如在脚手架上)。可替代地，还存在所述旋转激光安置在所述船舶的甲板上以便获得详细的图像的可能性。当所述船舶被彻底测量、光顺性(strake)和填料施加被计算时，首先使用利用机器人的步骤。然后，由附着在所述机器人上或在它的支撑框架上的测量系统进行的测量服务于机器人知道它所安置的地方和在该地方将施加填料的量(和分别在第二步骤中，它必须铣削和磨削多少)的目的。

而且，细线能够用于机器人的以后定位，所述细线在抹墙粉以前附着在薄板上或附着在填料中(在第一施加以后)。所述机器人则能够利用传感器感测所述细线并且因此确定它的位置。

此外，为定位所述机器人，存在机械扫描仪扫描所述边缘的选择，以便足够精确地发现上次施加的结束处或上次处理(例如，通过铣削)的结束处。然后利用多个点进行空间中的面积计算。

在喷洒的填料具有陡沿的情况下，利用扫描仪的测量方法是更好的，在薄施加和模糊的层厚过渡(高斯曲线)的情况下，这通常是不可能的。

这种类型的位置确定尤其在磨削和铣削的情况下是有利的。

此外，应该提及的是，本发明不限于用于平整表面不平坦的前述方法。而是，本发明优选还包括给所述部件表面涂覆涂料的步骤，该步骤同样能够利用机器人进行。在本发明的上下文中使用的机器人因此还能够满足多个功能，即所述部件的表面不平坦的测量、所述平整物质的施加(例如喷洒)和最后还有所述表面的涂覆涂料。

与在开头处提及的常规自动方法相比，根据本发明的方法能够在通过施加所述平整物质来平整所述不平坦和随后的涂覆涂料之间不进行其他的处理步骤。这样，在根据本发明的情况下，所述表面在这些处理步骤之间不是绝对必需进行后处理，例如利用磨削或甚至铣削所述表面。

然而，在本发明的上下文中还存在如下可能性，即在利用施加所述平整物质来平整所述不平坦和随后的涂覆涂料之间，执行其他的处理步骤，例如所述表面的磨削和/或利用用来去除更细小的材料的表面处理激光辐射所述表面，以便获得更高的表面质量。

在根据本发明的前面描述的方法的情况下，假设将要处理的部件是船舶，尤其是航行快艇或机动游艇。根据本发明的方法还能够以相同的方式应用于其他部件，例如风电设备的转子叶片、飞机部件(例如，飞机机身、飞机机翼)的情形以及机动车的情形，尤其是火车车厢或铁路用电动机单元的情形。

最后，本发明还包括一种适合执行根据本发明的方法的设备。

附图说明

本发明的其他有利改进方案是从属权利要求的特征或者在下面基于附图与本发明的优选示例性实施例的描述一起更详细地进行解释。在附图中：

图1显示根据本发明的装置，用于执行根据本发明的快艇船壳的表面处理的方法，以及

图2A和2B以流程图的方式显示根据本发明的方法。

具体实施方式

图1以非常简化的方式显示用于处理船壳3的表面2的装置1，它可能是例如豪华游艇，在这种情况下，表面2的表面质量必须满足最高要求。

因此，装置1在船壳3的两侧上具有机器人4、5，这些机器人能够沿着运动轨道6和7，分别沿着船壳3移位，以便在整个长度上处理船壳3的整个表面2。在这里应当提及的是，能够设置一种类型的Z轴以便调整涂覆器的间距或根据所述表面调整所述全部机器人。

机器人4、5在根据本发明的方法的上下文中具有多个功能，在下面进行简要地解释。

一方面，机器人4、5能够测量船壳3的表面2的实际表面轮廓，以便探测表面2的不平坦，表面2的不平坦削弱了以后涂覆涂料的表面质量。为此，机器人4、5能够引导适当的器械，例如旋转激光，雷达装置或超声波测距计。

另一方面，机器人4、5应将平整物质施加到船壳3的表面2上，以便平整以前探测的表面不平坦和获得尽可能平滑的表面质量。为此，机器人4、5各具有涂覆器8、9，分别能够将平整材料施加到船壳3的表面2上。

最后，机器人4、5也具有给船壳3的表面2涂覆涂料的任务。

在下面，参照图2A和图2B所示的流程图描述根据本发明的方法。

在第一步骤S1中，首先提供船壳3的CAD设计数据，这些CAD设计数据一般都至少存在于计算机辅助的CAD设计系统中，并且因此不必单独形成。

随后，在进一步的步骤S2中，基于CAD设计数据确定船壳3的表面2的虚拟(计划的)表面轮廓。这个虚拟表面轮廓是理想的表面轮廓，它不考虑因制造和公差引起的表面2的表面不平坦。

在步骤S3中，在船壳3的表面2上的一定位置处添加基准标记。这些基准标记应能够在以后将虚拟表面部分准确地分配给实际表面部分。

在下一个步骤S4中，首先初始化将要测量的第一表面部分，其中，设置计数器i＝1。

于是，在下一个步骤S5中，机器人4、5分别定位在船壳3的表面2的第i表面部分中。然而，只有在利用安装在机器人4、5上的旋转激光进行所述表面测量时，用于后面表面测量的机器人4、5的这个定位一般才是必需的。相反地，在静止旋转激光的情况下，这个步骤不是必需的。

在步骤S6中，在这个定位后，测量所述船壳3的第i表面部分，这例如能够利用旋转激光进行。在这种情况下，还确定这个表面部分的实际表面轮廓，它还考虑因制造和公差引起的表面不平坦。

在下一个步骤S7中，测量施加到第i表面部分内的船壳3的表面2上的基准标记的空间位置，所述表面轮廓的测量和所述基准标记的位置的测量优选同时进行。

在下一个步骤S8中，比较所述虚拟(计划的)表面轮廓与实际(测量的)表面轮廓，根据所述虚拟表面轮廓与实际表面轮廓之间的差值确定所述表面的不平坦/偏差。

接着，构建新表面线，它在专门术语中也称为“光顺性”。

在步骤S9中，为船壳3的新表面2建模，为此，机器人4和5分别将平整物质施加到船壳3的表面2上。

在步骤10中，在将所述平整物质施加到船壳3的表面2上之后，所述平整物质必须首先干燥和固化。

在可选的步骤S11中，能够使用激光进行所述第i表面部分的后处理，以便进一步改良所述表面质量。代替利用激光进行所述表面的后处理，还存在所述表面通过铣削和/或磨削进行后处理的可能性。

在步骤S12中，判断船壳3的表面2的所有表面部分是否已经被平滑。

如果是这种情形，能够过渡到步骤S13，在步骤S13中，船壳3的表面2利用机器人4、5涂覆涂料，这能够使用常规方式进行。

相反地，在步骤12中判断的结果是所有表面部分还没有全部被平滑的情形时，在方法步骤14中，计数器i加1，于是，在一个循环中过渡到步骤S5，直到所述船壳3的表面2的所有表面部分在所述循环的背景下已经被平滑。

本发明不限于前述的优选示例性实施例。而是多个变型和修改时可能的，这同样适用本发明的构思，并因此落入保护范围中。

附图标记列表

1 装置

2 表面

3 船壳

4 机器人

5 机器人

6 运动轨道

7 运动轨道

8 涂覆器

9 涂覆器

Claims

1.一种用于为随后涂覆涂料而平滑部件(3)的表面(2)的方法，具有如下步骤：

a)测量所述部件(3)的表面(2)的不平坦；

b)通过材料的去除和/或平整物质的材料施加来平整所述不平坦，

其特征在于，

用于测量所述部件(3)的下述步骤：

c)在测量所述表面(2)之前，在待测量的部件(3)的一定位置处添加基准标记；以及

d)在所述表面(2)的不平坦的测量过程中考虑所述基准标记，

其中，

用于测量所述表面(2)的不平坦的步骤包括下述附加步骤：

a)提供所述基准标记的空间位置；

b)基于所述部件(3)的设计数据确定所述部件(3)的虚拟表面轮廓；

c)测量所述部件(3)的实际表面轮廓；

d)测量所述基准标记的空间位置；

e)基于所述基准标记的空间位置，将所述实际表面轮廓分配给所述虚拟表面轮廓；

f)比较所述实际表面轮廓与虚拟表面轮廓以及

g)根据比较确定偏差和/或

h)构建新的理想表面轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述部件(3)的表面(2)的测量利用旋转激光进行。

3.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，

a)对于材料施加，多层平整材料被施加到所述部件(3)的表面(2)上，或者

b)对于材料施加，无数滴平整物质被施加到所述部件(3)的表面(2)上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述多层平整材料的单个层各具有位于下述范围内的层厚：

a)50μm-100μm，或者

b)100μm-1000μm，或者

c)1mm-5mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

a)所述材料的去除和/或材料的施加利用多轴机器人(4、5)进行，所述多轴机器人(4、5)引导用于材料去除的工具和/或用于材料施加的施加装置，和/或

b)所述机器人(4、5)沿着所述表面(2)移动，以便一个接一个地处理多个表面部分，和/或

c)所述机器人(4、5)基于所述基准标记在运动过程中定向。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

a)所述机器人(4、5)利用所述机器人(4、5)引导的测量末端扫描所述基准标记，并藉此确定所述基准标记的空间位置，或者

b)所述基准标记的空间位置利用图像处理系统确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

a)所述平整物质包括不同的材料，和/或

b)所述平整物质至少部分地包括可空气固化的材料，和/或

c)所述平整物质至少部分地包括热固化的材料，和/或

d)所述平整物质至少部分地包括可辐射固化的材料，和/或

e)所述平整物质至少部分地包括在化学上可独立固化的材料，和/或

f)所述平整物质至少部分地包括热塑性塑料，

g)所述平整物质至少部分地包括以液体形式施加的金属。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述可辐射固化的平整物质利用用于固化的下述辐射中的一种进行辐射：

a)紫外线辐射；

b)高频辐射；

c)热辐射；

d)红外线辐射。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述平整物质利用附着到所述机器人(4、5)的涂覆器被喷洒到所述部件(3)的表面(2)上。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述基准标记利用下述方法中的一种添加到所述部件(3)上：

a)凸出；

b)喷洒；

c)材料去除；

d)粘结；

e)焊接。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述不平坦的平整后进行下述附加步骤：

给所述部件(3)的表面(2)涂覆涂料。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

在所述不平坦的平整和随后的涂覆涂料之间不处理所述部件(3)的表面(2)。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

在所述不平坦的平整和随后所述表面(2)的涂覆涂料之间进行下述附加步骤：

a)磨削所述表面(2)，和/或

b)利用用于材料去除的材料处理激光辐射所述表面(2)。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述部件(3)是下述部件中的一个：

a)船舶；

b)风电设备的转子叶片；

c)飞机部件；

d)机动车。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述部件(3)是船壳或另一大型结构。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述基准标记的空间位置的提供形式是包括所述基准标记的空间位置的所述部件(3)的计算机辅助设计数据。

17.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述机器人(4、5)沿着所述表面(2)在运动轴线上移动，以便一个接一个地处理多个表面部分。

18.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述高频辐射是微波辐射。

19.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述红外线辐射是长波红外线辐射。

20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述焊接方法是钎焊。

21.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述部件(3)的表面(2)是利用所述机器人(4、5)涂覆涂料的。

22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述船舶是航行快艇或机动游艇。

23.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述飞机部件是飞机机身或飞机机翼。

24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述机动车是火车车厢。

25.适于执行前述权利要求中的任意一项所述的方法的装置(1)。