CN103317846A - 图形应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图形应用系统，所述图形应用系统具有：表面喷涂装置，其包括至少一个喷嘴装置、用于控制喷嘴装置的排出特性的喷嘴控制装置，以及喷涂材料输送部；空间参考单元，其用于在空间上参考表面喷涂装置，以便确定表面喷涂装置的位置和方向；计算装置，其用于自动地控制排出，使得目标表面被按照期望喷涂数据喷涂；以及通信装置，其用于向计算装置输送位置和方向。空间参考单元远离表面喷涂装置并且包括具有至少两个光学2D相机的3D成像单元，相机之间设置有立体基线，3D成像单元被设计为通过对光学2D相机拍摄的图像进行数字图像处理来确定表面喷涂装置的位置和方向。

Description

图形应用系统

技术领域

本发明总体上涉及根据权利要求1的图形应用系统、根据权利要求13的图形应用方法以及计算机程序产品。

背景技术

在目标表面上应用喷涂（spattering）材料层的期望扩展到了很多不同的技术领域。存在多种原因来向表面应用喷涂材料，最一般的原因是期望保护表面免受环境影响或者满足美学需求，诸如期望在表面上或者表面的特定区域上应用特定的通常是多种颜色的图形图案。喷涂作为一种工艺可包括或者是通过从喷嘴装置排出要应用的材料到目标表面进行涂装、涂覆、镀敷、喷墨、覆盖、打磨、喷洒、滴灌、喷淋、纹理化、涂刷、着色、涂色或者上色。

期望这种涂装、喷涂、喷墨、颜色或者涂覆的技术领域例如从建筑工作、广告、娱乐、伪装、机器建造、道路标记、体育场上的标记、室内和室外墙壁覆层、汽车制造、家具生产等。并且，经常要求对磨损、损坏、破坏、部分更换的至少部分喷涂的表面进行维修，其中必须特别注意的是实现很高程度的颜色匹配以及从旧喷涂到新喷涂的平滑并且光学上均匀的过渡。

喷涂的最普通的类型是利用气笔或者涂装枪的粉末应用和涂料喷洒，但是存在很多其它不同类型的喷涂，例如在船舶制造中已知的喷洒石膏、喷洒矿物棉、喷洒或者喷射混凝土、喷洒石棉、如在汽车和其它喷涂作业中已知的车身底部应用。另外，喷砂是非常类似的艺术领域，其中，不是用喷涂材料覆盖表面，而是通过与喷涂中使用的非常类似的原理被排出的侵蚀材料来侵蚀表面。

文献FR2850322公开了一种可被人工把持和移动并且能够确定在表面上的位置和方向的用于在大表面上印刷图像的装置。该装置使用其对当前位置的认知来确定需要在表面上应用哪个颜色。通过所确定的坐标和存储在装置的存储器中的图像的匹配来进行该确定。所存储的图像可以接着被叠加到要被涂装的表面上。

在US6,299,934中，GPS控制的涂料喷洒系统包括涂料喷洒器驱动程序和GPS涂料喷洒器。GPS涂料喷洒器包括GPS接收器、用于使用户将绘图图案转换为地理位置的地理转换器、用于检测绘图图案的地理位置和当前基于GPS的位置之间位置匹配的位置比较器和用于在匹配位置处喷洒涂料的喷洒喷嘴。所述地理绘图图案可以被标记在场地、墙壁或者停车场上。

US2009/0022879涉及一种利用按照依赖于位置的方式控制的可更换的涂料应用装置对大的表面应用涂料或者清漆的方法。这种装置包括使用参考标记的实时位置测量系统的可更换部分。

KR102006009588提供了一种用于控制涂装铰接式机器人的注射位置的方法，以通过远程控制自动地操作铰接式机器人的手臂位置使得涂装材料被精确地注射到目标上。

例如，在汽车业，使用涂装机器人来涂装金属板或者车身部分是该领域的常态。用于完成这种任务的机器人为了该目的被技术人员编程或者教导。

JP10-264060中提供了一种用于由任何人容易并且短时间内向机器人手臂进行教导以通过将涂装机维持在正确位置和高度进行涂装的系统而与工人的技术程度无关。基于一起安装在机器人手臂顶端的图像传感器和距离传感器的输出信号，利用图像处理器来计算涂装机的前进路线，并且利用距离/高度计算器来计算涂装机的位置和高度。在控制器中，机器人手臂的每一个轴线的控制参数被输出到驱动装置并且被驱动装置移动的机器人手臂的每一个轴线的控制参数被按照时间顺序存储在存储装置中，并且进行反馈控制以将涂装机和涂装表面之间的距离维持到预定值，以将涂装机面向涂装表面并且沿着前进路线移动涂装机。

JP2006-320825描述了一种用于例如飞机涂装的应用车辆，其中涂料作业的厚度必须非常准确，一方面用于实现对表面的充分保护，另一方面保持应用的涂料的重量尽可能低。它包括用于控制具有致动器头部的手臂的操作和运动并且基于存储在存储器装置中的应用区域或者区域的信息和所述手臂的高度和位置信息进行涂装工艺处理的手臂控制装置。利用GPS以及用于测量头部与目标之间的距离的测距仪来确定车辆和头部的位置。

文献DE102008015258涉及一种通过被涂装机器人引导的用于对表面喷涂的雾化器（或者称为喷雾器）对机动车车身进行涂装的涂装机器人。使用涂料更换器实现多颜色涂料的应用。

FR2785230引用了一种用于在地面上再现的绘画的图形再现的地面标识烙印技术。该技术从计算机驱动的光学系统跟踪地面上的轮廓。接着用喷射涂料粉填充所跟踪的轮廓。地面标识烙印技术产生了预定义的广告标识或者绘画的地面印记。利用计算机集成光学系统形成的型板被投影到地面，并且喷射涂料粉被应用到地面表面。

KR100812725中提供了一种用于控制涂装机器人的位置和角度的方法，以通过在适当转动角速度、进入速度和分离速度来控制喷枪，在垂直涂装区域内的喷洒目标点的相同喷洒距离和进展速度执行涂装工作。目的是在表面上产生均匀喷洒。

US5,935,657公开了一种具有两个单独的喷洒喷嘴排的多喷洒喷嘴涂料喷洒系统。每一个排被从无空气加压源提供涂料，并且每一个各个排具有截止阀来阻止加压涂料流动到各个排。整个组件安装在具有侧向向外伸出的一对手臂的辊子支架上。在使用期间，涂装器仅仅激活涂料喷洒并且沿着墙壁推动设备。侧向手臂将喷洒喷嘴维持在距墙壁固定距离处，并且涂料的涂层可被均匀且迅速地应用到墙壁上。

US2008/0152807、US2011/0199431、US7,350,890和US7,922,272涉及用于在诸如飞机机身这样的大轮廓表面上应用准确定位的图形图像的方法和装置。其中使用的设备可包括安装在要被应用图形图像的表面的一部分上的导轨定位系统。图形图像应用系统被软件控制以操作定位系统和图形图像应用系统。

在那些表面喷涂应用中使用的基本原理是从喷嘴装置排出或者射出诸如涂料这样的喷涂材料到目标表面上。为了实现这些，在喷嘴内部或者之前建立迫使喷涂材料喷出喷嘴的压力，或者喷涂材料被通过喷嘴或者在喷嘴旁边射出的气体或者液体的射流带出。这样做的最普通示例是从涂装枪或者气笔已知的示例和从喷墨打印已知的示例。

新型的类似于喷墨打印机的技术可用于甚至从10cm距离利用小于一厘米的窄斑尺寸进行涂装。这种低发散排出技术还允许不通过掩模进行喷涂、在已涂装的区域上的实时颜色混合或颜色改变或从一个颜色到另一个颜色的颜色褪色。

在涂装工具是手持的或者至少部分被导轨、重量补偿臂等支承的情况下，在如上所述的喷涂应用中控制这种系统是一项挑战。

在仅仅一部分表面被涂装的情况下，例如在维修或者替换损坏部分或者仅仅在特定区域上叠加涂装，向诸如墙壁、工业结构、例如车辆车身的产品、大机器部件、飞机等的目标作为目标表面应用涂料或者粉末就特别困难。

涂装应被应用于表面的诸如标识或者作为图片或者CAD文件可得的图像这样的预定图案可能要求非常高。使用气笔要求技术精良的技术人员，他需要经验和知识，喷涂、涂装或者磨粉工件的引导和可靠位置和高度把持的知识，以及涂料粘稠度、干燥状况和在工作期间的各种其它参数的知识。

在维修已经涂装的表面或者向其添加涂料的情况下，在工作的进展中发现已存在的颜色类型和种类以及其厚度也会是非常耗时的。另外，购买或者自己混合匹配的颜色要求有经验的工人，特别是当在工作现场这样做时。

非平坦（3D）表面以及需要被喷涂的目标表面的突然中断是进一步的挑战，例如要被涂装的墙壁包括安装在表面上的必须被避免的电缆或者管道，或者包括必须被避免涂装的窗户的飞行器机身。

为了根据期望的喷涂数据来应用喷涂材料，必须建立应用单元相对于目标表面的空间参考。特别是在大尺寸目标的情况下，为了实现这些，要求喷涂单元在整个目标范围上的空间参考。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的图形应用系统或者用于在目标表面上应用图形应用的表面喷涂系统。

本发明的另一个目的是提供一种改进的表面喷涂系统，其可以通过喷涂装置相对于目标表面的空间参考、根据期望的喷涂数据对目标进行喷涂。

进一步目的是提供一种辅助用户完成喷涂任务，并且实现期望的喷涂结果和特性（尤其是在大的目标区域上）的表面喷涂系统。

本发明的特殊目的是辅助用户通过喷涂装置将预定的喷涂图案准确地应用在目标表面上。

本发明的进一步目的是提供一种包括喷嘴装置的系统，该喷嘴装置能够依赖于其空间参考和诸如目标形状、当前喷涂颜色、当前喷涂厚度、当前喷涂和非配图区域、温度等目标表面特性来自动调整其排出特性。

本发明的具体目的是提供一种不再需要预先将喷涂材料混合到期望的颜色或者材料特性并且还省去或者减少了因此涉及的更换和清洁处理工作的系统。

本发明的另一个具体目的是依赖于当前喷涂任务和通过易于设立的空间参考单元所确定的装置相对于目标的空间位置和运动来自动调整喷涂装置的排出特性。

一个特殊目的是通过易于设立和操作的简单装置来实现空间参考。

通过实现独立权利要求的特性来实现这些目的。在从属权利要求中描述了以另选或者有利方式进一步发展本发明的特性。

提供了一种具有可移动表面喷涂装置的图形应用系统，其包括用于将喷涂材料排出在目标表面上的至少一个喷嘴装置。排出可以是连续的，得到不间断的喷涂材料的流，或者是通过射出材料的小的单独部分或者滴，因而在高脉冲重复频率的情况下，脉冲射出还可以被解释为喷涂材料的准连续流。

喷涂装置包括用于控制喷嘴装置的排出特性的喷嘴控制机构，具体地，排出方向、速度、发散度、扩展、形状和/或材料速率、脉冲定时、脉冲持续时间和脉冲重复率。为了提供要射出的喷涂材料，喷涂装置包括可被链接到内部或者外部材料罐的喷涂材料输送部。存储器包括期望的喷涂数据，可被实现为固定安装的存储器装置，诸如用于容纳存储器卡、USB棒等的槽、以及有线或者无线网络存储器。期望喷涂数据是预定义的并且被包括在存储上记忆的数字图像或者CAD模型中。

空间参考单元位于喷涂装置的外部并且相对于目标表面参考喷涂装置，具体地，以位置和角度的至少五个自由度来参考。

用于根据空间参考单元获得的信息并且根据期望喷涂数据利用喷嘴控制机构自动控制排出的计算装置。

计算装置被构建为使得按照目标表面被根据期望喷涂数据的方式通过改变喷嘴装置的排出特性来评估和调节实际或者预计喷涂斑点，作为目标表面上的实际或者预计可喷涂区域。喷涂斑点因而主要依赖于喷涂装置的实际或者预计空间参考、喷嘴装置的排出特性的实际或者预计集合以及实际测量、计算或者预计的喷嘴装置相对于目标表面的距离和倾斜度。

按照实现构建期望喷涂数据的目标表面的喷涂的方式，根据目标表面上的所确定的当前可喷涂区域来控制喷嘴装置的排出特性，当前可喷涂区域依赖于喷涂装置的空间参考、喷嘴装置的排出方向和测量出的从喷嘴装置到目标表面的距离。

计算装置被构建为使得根据期望喷涂数据来控制喷嘴装置以便优选地未掩蔽地应用喷涂材料到目标表面。

除了通过用于迫使喷涂材料从喷嘴装置出来的压力排出喷涂材料以外，还存在其它系统“甩出”喷涂材料的滴，具体地，以非常高的重复频率。

其它排出系统通过建立负压力的空气或者气体的射流的旁路并且在目标的方向上带走喷涂材料将喷涂材料“抽吸”出喷嘴装置。

具体地，当前可喷涂区域可被定义为目标表面的将被从喷嘴装置向目标表面作为排出特性的示例在流的当前排出方向和当前发散度以液滴、液滴的流或者连续材料流的形式、接着排出的喷涂材料击中的部分。

在排出的喷涂材料射流的发散度不等于零的情况下，目标表面上的当前可喷涂区域依赖于该发散度并且依赖于被观看的喷嘴装置和目标表面之间的距离。在目标表面上当前可喷涂区域的形状可以进一步依赖于排出相对于目标表面的倾斜度。

在一个实施方式中，喷涂装置可以是手持式涂装枪，其根据到目标表面的距离和/或倾斜度自动地调整喷嘴的排出特性以通过喷涂材料实现目标表面的期望涂层。喷涂装置还可以包括喷嘴装置相对于喷涂装置机体在特定区域内的自动定位，例如，以2D绘图仪装置的形式实现，允许在装置的框架内对喷嘴进行笛卡尔定位。

然而，喷涂装置的机体或者喷嘴自身仍需要对目标表面进行参考。如果期望喷涂数据超出喷嘴在喷涂装置内的定位范围，则尤其如此。在这种情况下，喷涂装置要求相对于目标表面重定位以实现对通过装置的重定位而得到的期望喷涂图案的多个部分进行准确拼合。因此，必须通过根据本发明的空间参考单元来建立喷涂装置的空间参考，尤其是其机身的空间参考。喷嘴对目标的参考可按照步骤进行，例如，通过首先根据本发明相对于目标表面来参考喷涂装置的机体、通过具有位置传感器的马达定位单元相对于喷嘴装置对装置的机体进行第二参考。在另一个实施方式中，不是喷涂装置的机身，根据本发明，喷嘴装置自身可以被直接参考，而与喷嘴是否可在喷涂装置内定位或者利用其喷嘴的整个喷涂可移动无关。

在另一个实施方式中，例如可以通过喷涂装置处的对准喷嘴装置方向的成像单元进一步观察喷涂处理，以验证进程并且与期望结果进行比较。例如，可以实现目标表面上的期望区域的完整覆盖范围的监测，并且如果要求，可按照实现期望的喷涂结果的方式调节排出特性。

喷涂任务的示例是通过手动运行涂装装置在墙壁、地面、天花板、金属板、车辆部件或者其它目标对象上在目标表面上喷洒诸如公司logo、广告图形或者其它纹路或者图形项目这样的涂料图案。根据本发明，可以在室内以及室外进行，具体地，通过允许容易把持和竖立的设置进行，并且还在远距离地点。在可充电电池和/或空气罐的情况下，还有可能甚至在难以进出或者难以建立电力供应的远距离区域使用这种喷涂装置。

在基本版本中，喷涂装置，或者更具体地位于喷涂装置处或者与喷涂装置关联的计算装置基于喷嘴相对于目标的空间参考来决定是否排出或者喷洒诸如涂料这样的喷涂材料。因此，空间参考单元向计算装置传递包括位置和方向信息在内的数据。在决定是否喷洒涂料时，装置将期望喷涂数据的信息并入，例如当前区域是应该涂装，应保留不涂装、还是已经涂装过了。

喷涂装置或者相关联的计算装置可包括数据存储器，其中在喷涂时在线存储了已喷涂区域的位置的历史。存储器还包括作为要被应用于目标的依赖于空间的期望图案存储的期望喷涂数据。因此期望的喷涂数据不仅仅表示用单个喷涂材料对目标表面的平面、平滑、均匀覆盖，例如在传统的涂装枪喷洒单色车体的情况，而且表示更可比于气笔涂装的喷涂，用于向表面等应用图案，例如在着色模型制作、公告板涂装、文字或者字母应用等。

要应用到目标上的期望图案可以是基于图案的数字CAD设计。如果必要，例如，在弯曲目标表面或者周围或者对象的情况下，定义了从哪里开始喷涂、到哪里停止等，还可以被包括在数字设计或者模型中，其可以被以二维模型或者三维模型表示。

喷涂处理的控制，依赖于利用此处称为喷嘴的装置进行的喷涂材料的排出，具有特定特性，例如，排出方向、发散度、压力、速度、材料速率等，其中一些可以是固定的以及被喷嘴控制机构可变地控制。在简单情况下，存在开/关控制，但是已知存在很多先进方法会影响排出，尤其是在气笔、涂装枪或者喷墨打印的领域中。

如以下详细描述，为了实现期望的喷涂结果，可以在喷嘴特性的自动控制中并入对于喷涂材料以及环境的类型、种类、颜色和/或粘稠度的了解、影响喷涂材料干燥或者固化的参数。喷涂处理的控制可以还依赖关于当前使用的喷涂材料的信息，该信息可以包括颜色、类型、粘稠度等。该信息可以被人工输入或者被自动确定。

根据空间参考，向先前已应用区域或者不应被应用的区域涂装颜色可被避免，因而装置可以按照实时方式存储已经涂装的信息，并且例如，还通过例如在显示器或者直接投影到目标上叠加期望喷涂数据和实际喷涂进展来可视化。

喷涂装置可以包括单个或者多个喷涂装置，例如，按行对准或者喷涂条。喷嘴控制机构可以在短的反应时间内调节每一个单个喷嘴。在另一个实施方式中，还可以利用单个促动气针对多个喷嘴调节喷嘴特性。为了降低剩余反应时间的影响，针对喷嘴的控制算法可以包括反应时间的预测。

具体地，在喷涂装置的手引导实施方式中，通过实时地校正例如涂装压力、射流宽度和方向这样的排出特性，引导的高动态和不确定性可以被克服或者至少降低。例如，可通过喷嘴排出方向的角度调节来调节排出方向，具体地通过一些机械微器件或者通过喷嘴形状或者从侧面射出空气。另外，射出的材料流可以被喷嘴控制机构影响，例如，通过水动力学装置，例如从不同侧面射出空气以将喷涂材料的射流成型为期望曲线或者方向，或者通过机械装置，例如成型和移动喷嘴。通过仅仅促动具有高带宽的喷嘴，可以至少部分地补偿手引导的不确定性和高动态。例如，可以通过在喷涂装置处进行IMU测量来辅助，其能够在补偿动态的手运动时提供高带宽因而提供快反应时间。

控制喷涂装置的驱动的动态性，具体地，涂装/粉末工件相对于被涂装表面的距离、角度和速度的变化，可被用作改变喷嘴的喷洒功率、压力、射流宽度或者方向的基础（如果在这个特殊工具中这些特性是可变的）。

在多个喷嘴装置的情况下，每一个喷嘴的到目标表面的坐标、方向和/或距离可被确定以独立地调节每一个喷嘴特性。其可以由针对位置和方向的条形的附加传感器来辅助。

类似于放大的喷墨打印机工作的多喷嘴或者喷射系统允许应用例如RGB、CMYK、HSV等的主颜色的集合来应用颜色，其可以被一些特殊颜色（例如黑色和白色）或者斑点颜色（例如金色、银色、清洁涂层等）延伸。可以根据期望的输出颜色的期望范围和变化性来定义要用于特定任务的颜色。

市场上存在可用的喷涂材料喷射系统，其允许在排出方向上从距目标大于一厘米的距离以目标上的小于一厘米的斑点直径或者大小来喷洒喷涂材料的斑点。不仅仅可以通过改变目标距离，而且通过调节释放喷涂材料的喷嘴的排出特性来调节斑点的实际大小。例如可以通过改变影响目标上的斑点的发散度和形状的排出压力、排出材料的量、排出速度、喷嘴的几何形状、通过支持空气射流等来进行。

因此即使在变化距离的情况下，该距离可以按照以下描述来计算或者测量，也能够在目标表面上实现期望的斑点大小。这些斑点可以通过每秒数百或者更多个斑点的高重复率来喷射。

这些新的排出系统还可以具有关于从空气枪已知的迷雾发展的优点，并且导致的健康问题和环境的污染，不应被溅出。另外，通过覆盖以免喷涂材料不期望离开对环境保护的需要可被减少或者省略，因此，可以避免对不应被影响的目标区域的耗时的掩蔽。另一个方面是增加喷涂材料的利用率，并且得到成本、环境污染和健康问题的减少。

不同颜色可以按照斑点簇或者点矩阵应用到目标表面上，表面例如可以是墙壁、地面、对象等，以通过将彩色斑点叠加在目标表面上来实现彩色材料的实际混合或者通过彼此相邻对准不同大小、分布或者密度的不同颜色的小的斑点以当从一定距离观察时得到期望颜色印象而实现期望颜色，例如，就像纸张印刷的领域中已知的那样。

这些系统还允许在不通过掩蔽不同着色的目标区段的情况下进行喷洒。对于（例如，通过数字图像或者CAD绘图）预定义的特定图案，颜色可以被预先混合接着加载到存储了喷涂材料的涂料罐中。多喷嘴或者喷射系统可以具有一行以上的喷嘴，例如，两行用于双色，三行或者更多行用于多色。能够但是通常不必针对当前设计中的每一个颜色使用喷嘴行，由于混合三个或者四个颜色（例如，CMYK-青色，品红色，黄色，黑色；或者RGB-红色、绿色、蓝色加黑色；如果就像喷墨打印中已知的应用于白色背景）足以混合宽范围的颜色。

当使用应同质地在目标表面的很大的区段上覆盖目标表面的预混合的颜色时，全部排出相同颜色的对应数量的喷嘴行可被用于覆盖不仅仅小的斑点，而且在一个冲程中覆盖目标上的更宽的范围。由于喷嘴可以被单独控制，所以可以依赖于目标的形状和期望的喷洒图案来调节整体排出特性，例如通过禁用特定喷嘴或者调整它们的排出宽度/发散度。

还可以进行额外溶剂的混合以实现喷涂材料的期望粘稠度。此外，纯的溶剂的喷射可以用于目标表面或者喷涂装置或者两者的清洁。例如，这可以通过一个或者更多个阀门来进行，其允许在喷涂材料和/或溶剂之间进行选择。

如果使用由于诸如紫外线照射或者热这样的特定环境影响而固化的喷涂材料，则喷涂装置可以配备有例如UV等或者红外辐射器的源，还可以由激光光源实现，至少粗略地覆盖仅仅当前喷涂的斑点或者最近刚刚喷涂的斑点。

其它种类的喷涂材料可以要求混合两个或者更多个成分以固化。这些成分的混合可以在喷涂装置内发生，具体地，在喷嘴的内部，或者在多个喷嘴中用于每一个成分的一个喷嘴的前面，或者直接在目标表面上混合。例如，能够并行地喷洒纤维材料和两部分环氧树脂材料的两种成分，例如聚酯，用于以例如GRP或者玻璃纤维的纤维强化塑料对表面进行喷涂。可选地，这三种成分的混合可以在一个喷嘴内发生，这个喷嘴接着排出已经混合的喷涂材料。

其它喷涂材料可以要求预加热以液化，诸如热塑材料或者石蜡，因而喷嘴和喷涂材料输送部需要被加热，并且在一些情况下连喷涂目标都需要被加热，例如，通过红外线，具体地通过在与喷出的喷涂材料类似方向上的激光束。

在涂装应用中非常普遍的多层喷涂的情况下，在每一个应用的层之间还存在延迟时间需要被正确地处理。这可以结合用于喷涂材料干燥或者固化的环境状况参数的确定来进行，诸如空气和/或目标表面的温度（例如，通过红外传感器测量）、风速和/或湿度。喷涂装置可以包括附加传感器用于测量例如喷涂材料的粘稠度、浓度和/或流速。为了这个目的，对应的测量传感器可以被包括在装置中或者被放置在喷涂工具的环境中并且目标表面接着将测量的参数传递到工具控制。

根据本发明，使用了一个或者更多个3D成像空间参考单元，其根据视觉特征相对于目标表面直接或者间接地几何参考喷涂装置，具体地根据参考对象、参考点或者参考标记。空间参考单元布置在喷涂装置外部，用于确定喷涂装置和/或目标表面的位置和方向。所确定的位置和方向信息被传递到计算装置，该计算装置通过有线或者无线装置来控制喷涂装置。

根据本发明的空间参考单元包括至少两个光学相机。根据相机收集的图像信息，空间参考单元通过数字图像处理来提取3D信息。为此目的，相机图像可以包括光谱信息，而且单色相机（例如，红外或者黑白相机）可用于这个目的。

通过数字图像处理，喷涂装置的在空间中的位置和方向可以被评估。因此，喷涂装置可以配备有视觉特征，诸如标记或者标签，以改进位置和方向的可评估性，具体地以改进评估位置和方向的准确性和/或明确性。附着到喷涂装置上的视觉特征可以是无源的（例如，已知形状、文字、贴条的几何对象）或者有源的（例如，诸如发射调制或者连续光的LED或者激光器这样的光源）。术语“视觉”在此情况下意味着针对相机的视觉，不必针对人眼。例如，如果使用的相机在IR范围内也灵敏，则发射IR光的短脉冲的红外光源也可以是本发明的视觉特征。

此外，光学特征，诸如标记或者标签，也可以应用于目标表面。例如，粘性标签或者其它粘贴标记可以被应用于目标表面以在来自光学相机的图像中提供容易检测的参考，尤其是在目标对象自身由于自身特性不提供可唯一识别的特征，例如在平滑、唯一着色的目标表面的情况下。这种固有光学特征可以是高对比度的面、边缘、角、纹理、接缝、关节、螺丝、螺栓等。

光学特征还可通过光标记的光学投影而应用于目标。由于标记必须提供相对于目标的参考，所以投影也必须从相对于目标的固定位置提供，例如，从相对于目标表面刚性定位的对象或者目标的一部分提供。这不是基于3D测量的结构光方案，其中已知（优选的为可变）光图案被从固定到单个评估相机的位置投影在目标表面上。它也不是通过光截面技术的3D信息收集，其中通过单个相机进行目标与光平面的交叉线的三角测量。

在本发明中，例如可以通过由位于固定到包括要被喷涂的目标表面的对象上臂的投影源的点矩阵投影来建立光学特征的投影。除了三脚架、螺丝或者夹子，投影装置的这种固定还可以通过基于磁性的保持件，通过抽吸杯或者粘贴装置而建立。因而，用于参考的光学特征不妨碍应用喷涂工作，因为与根据本发明也可使用的贴条标记相反，标记的位置也是可喷涂的。

目标表面的已知的几何形状（例如，作为目标的CAD模型被提供）可被匹配到3D成像系统所确定的信息中。其可以被用来准确地评估目标表面的区段，否则通过3D成像系统可能不被唯一确定，例如，交叠、内凹区段、陡峭台阶特征等。另外，可以根据匹配的CAD模型来评估喷涂数据在目标上的绝对位置。这种绝对坐标可以是指独立定义的全局、区域或者局部坐标系或者是指涉及目标表面的坐标系，例如，对于准确已知的几何形状的对象，诸如制造产品，例如，车辆车身或者墙壁需要被涂装新建筑物。

通过使用至少两个相机，可应用对极几何（作为立体视觉的几何）或者三角测量。当两个相机从作为立体基线的两个不同位置观看普通3D场景时，3D点和被相机拍摄的它们在2D图像平面上的投影之间存在多个几何关系，可以作为特征的图像之间的约束。

从这些关系得到的约束可以数学地表示。为了例示的目的，可以基于假设相机被针孔相机模型近似来描述简单实施方式。对于实际实现，已知存在更复杂的方法，可以涉及相机的对准不确定性、光学变形等。每一个相机拍摄必须被评估的3D场景的2D图像。因而得到的从3D到2D的转换可以被称为立体投影。在针孔相机模型中，一般是用从相机发出并且穿过投影中心的光束来对此投影操作进行建模，其中每一个发出光束对应于图像中的单个点。

为了将对象的点不模糊地关联到两个2D图像的每一个图像中的相应像素，图像中必须存在一些可视特征（例如标记、图案、对比面等）。因而在从不同视点取得的单个图像中存在的相同可视特征可以被识别并且匹配。这种识别和匹配是数字图像处理领域中的公知任务。因而图像中的可视特征的图片坐标可以被按照图像的像素确定，优选地，按照子像素确定。根据这些坐标和从立体基线和不同视角得到的图像之间的几何约束，可被用于收集三维信息。

在一个实施方式中，通过将它们固定在具有固定和预定位置和相对于彼此的方向的公共底座上（还称为给定立体基线），可以选择至少两个观察2D相机的位置。

在另一个实施方式中，至少两个观察2D相机的位置可以在每一个设置中被自由选择，例如，通过在自己的三脚架上设置每一个相机并且根据周边给出的可能性来设置和排列。然而，给予设置的立体基线的位置必须在测量期间是知道的。在测量期间相机可以位于相对于彼此固定的位置，或者如果一个或者更多个相机可用，则它们的实际位置必须被一些测量装置确定。为了获得相机的排布的信息，可以通过已知对象或者相机的视场中的图像进行校准。通过校准，可通过图像处理确定相机的视场对彼此的相对对准。另选地相机设置可以被调查并且调查数据接着被提供到空间参考系统作为立体基线。

为了克服相机和/或其光学系统的可能的几何图像变形，已知一些相机校准方法。因而，物点到像点的变换可被校准以拟合出用于收集3D信息的模型。

至少在必须被评估的关注区域中，不同相机的视场必须至少部分交叠。

通过使用两个以上的相机，当来自两个以上相机的数据被组合时可提高所确定的3D信息的准确性和唯一性。例如可以通过排列来自一起评估的多个相机的图像的排列，或者通过组合来自不同相机对的多个3D结果来建立组合。另外，可以进行全部图像的一起评估以实现单个3D结果。统计方法，例如，最小二乘拟合或者有效性投票，可应用于使用冗余的多个3D测量以便提高准确性。

另外，可以使用多个不同视点的相机对并且它们的3D结果可以被组合。例如，这可以在视场受阻的情况下有用，在此情况下，其他的相机仍能够收集3D信息。

另外，在相机图片中已知几何形状的表观大小可以被用作3D信息的来源，因为其还允许计算距离和方向信息，尤其是在已知几何体的形状被选择使得其得到从不同视角的唯一2D视图的情况下。

位置和方向信息被传递到计算装置，计算装置发出命令对喷嘴控制机构进行控制。传递优选地实时进行或者通过使用分布时钟系统，例如，使得位置和方向值具有唯一的时间戳。

可以使用用于支持确定喷涂装置相对于目标表面的全局位置的额外传感器。例如，用于在两个或者三个维度（或者当使用两个天线时的方向或者当使用3+天线时甚至高度）进行室外定位的GPS。在大规模喷涂应用中，这种GPS可以提供绝对地理参考，其中根据本发明的空间参考单元用于以充分准确性将喷涂装置相对目标进行参考。尽管例如DGPS或者RTK站的一些已知GPS准确性增强的使用可以进一步增加性能和准确性（例如，到厘米级别），但是这对于根据本发明的图形应用系统仍不准确并且足够确定，本发明的图形应用系统一般要求比GPS可实现的更大的准确性。高度准确的GPS系统也太慢难以处理喷涂装置的动态。

另外，电子距离测量（EDM）装置或者激光测距仪可以确定到目标表面的距离以相应地调整排出特性。通过使用多个EDM或者偏折其测量束，不仅能够确定距离而且能够确定相对于目标表面的倾斜度。

喷涂装置还可以包括附加的惯性测量单元（IMU），其可以确定3D空间中的位置、速度、加速度和高度的至少一个子集。这例如可以在相机视场被临时妨碍的情况下例如被操作员临时妨碍时使用。在这种情况下，IMU或者测距仪可接管以避免故障直至空间参考单元再次可工作为止。

此外，可以使用上述附加传感器的多个不同组合，诸如，例如，多个基于相机的空间参考单元加上IMU，多个基于相机的空间参考单元加上GPS用于室外应用，或者多个基于相机的空间参考单元加上基于超声波或者激光的电子距离测量单元，以确定到目标的距离等。

另一个添加可以是使用位于喷涂装置处并且指向目标表面的一个或者更多个相机，用于确定目标表面的属性。在喷涂装置处的相机可以例如用于确定目标上的中断，确定已经涂装的区域或者检查涂装的结果。另外，从装置到目标的附加的基于三角测量的距离和/或高度测量可以被执行以实现附加的局部参考，例如，基于装置的相机图像或者与一些照明图案到目标表面的结构光投影的组合，其形状和/或尺寸将依赖于距离或者高度而变形。根据本发明的全局参考总是由基于相机的空间参考单元进行的。

除了局部空间参考，还可以对喷嘴装置的速度和/或加速度进行评估并且并入在控制处理中。

在喷涂装置的手持实施方式中，反馈控制可以基于基于参数的上下文，诸如可用于校正和预测位置和倾斜的当前位置、高度和用户动态，路径规划和环境参数。路径规划可以基于期望的喷涂数据，包括关于目标上的涂料或者粉末的期望图案的信息。计算单元可以基于期望喷涂数据来确定针对目前喷涂任务的最优化路径和过程，其可以用于引导操作员在表面上产生期望图案。规划还可以帮助顺序地应用多个层的涂料。因而涉及表面状况或者涂料类型的方面和参数，诸如颜色、粘稠度、种类、干燥/固化时间等，也可以被包括在优化处理中。

规划工具可以支持操作员准备和模拟喷涂过程。规划可以在远程计算机上执行或者可以被包括在喷涂系统自身内，如果其包括用于用户交互的相应的输入和输出装置。规划可以在工作之前基于诸如3D模型或者CAD数据这样的可用数字数据或者通过空间参考单元收集的表面模型信息拉进行。

在未知目标的情况下工作流程的一个实施方式可以例如包括目标的第一扫描、可以包括图形模拟的第二规划和喷涂任务的第三执行。规划还可以在实际喷涂处理期间在线并且交互地进行，其具体地允许对目标表面的未预见的阻挡或者不确定性，以能够自动反应或者向用户通知可能的问题。规划还可以包括关于表面上的突然或者未期待的中断的信息。

如上所述，喷嘴可以被喷涂装置内的定位单元移动。在这种实施方式中，仅仅喷涂装置的机体（喷嘴在其中移动）必须被空间参考。因而，总体上，机体被保持在目标表面上的单个位置处直至其在此位置的范围是喷涂为止。然后喷涂装置被转移到下一个位置，在那里其被再次空间参考并且因而所确定的位移和/或旋转被计算装置使用来继续进行期望喷涂数据的喷涂。在这种实施方式中，空间参考单元不遭遇高动态的运动并且不要求确定的位置和方向的实时传送。

与此相反，为了在手持实施方式中在期望和/或优化路径上引导操作员，或者当空间参考直接参考喷嘴装置而不是喷涂装置的机体时，高测量动态和可能的实时位置和方向传送必须被建立。

在手持实施方式中，喷涂装置可以配备一些简单符号灯，用于向操作员指示期望的运动方向。期望的运动还可以由显示器上的符号来指示。为了引导操作员，例如可以指示相对于期望路径的目前偏离，以辅助保持喷涂装置位于装置能够自动校正或者补偿偏离的期望喷涂区域内。

还可以的选项是将期望的喷涂数据，例如CAD数据或者画面与现实叠加。这可以通过将相机拍摄的真实世界的图像与期望数据和/或对操作员的指令在显示器上叠加来进行。另一个选项是将符号或者CAD数据或者图像的一部分直接投影到要涂装的表面上，至少在当前工作区域周围。然而，另一个选项是通过例如蜂鸣或者语音指令这样的声学信号以及通过触觉装置来指示期望的运动。

常见任务还有维修涂装的表面。维修意味着喷洒相同类型的涂料到墙壁、地面、天花板或者先前已喷涂的对象，但其涂料褪色、消失或者被一些事故、破坏或者维修工作损坏。

涂料的类型或者颜色可以在工作期间被从目标的参考区段实时确定。这要求传感器至少确定颜色，如果可能还确定目标上的涂料的类型或者甚至厚度。例如，如本领域已知的，可以通过校准的CCD/CMOS相机针对颜色进行，或者通过涂料计用于金属片涂料厚度确定。

为了确定颜色，用覆盖宽光谱范围的光源对目标照明可以是有利的，有利于操作员来照看他的工作，甚至不使用任何相机或者自动颜色确定。在损坏或者不同涂料的情况下，例如，为了维修划伤或者涂鸦，这些混乱可以被检测并且先前颜色可以被确定（或者被操作员、CAD系统或者数据库规定）。

所确定的颜色可以接着被混合并且在线被喷涂装置加载或者混合。正确的颜色将接着应用于要被叠加涂装或者维修的区域，该区域例如可以被例如光学相机这样的传感器确定。为了确定需要维修的区域，还有可能确定目前喷涂的厚度以决定是否新的或者附加的喷涂材料必须被应用于表面。

当喷涂装置配备有用于吹沙的专用喷嘴时，在应用新喷涂到划伤区域之前，划伤区域还可以例如被单个喷涂装置准备、清洁和“砂纸磨光”。

使用例如机器人手臂或者导轨的一些种类的机械支撑单元，喷涂装置的喷嘴还可以在目标区域上或者表面上移动。这种系统可以被实现为例如便携式x-y绘图仪或者具有可被位于喷涂装置的框架或者机身内的马达移动的喷嘴装置的类似喷墨打印机的装置。对于机械支撑，可以有导轨、臂或者弹簧轨，其配备有用于确定在喷涂装置内的喷嘴位置的装置。可以有导轨，其适配到到不平坦的自由形式目标，例如在上面提到的现有技术中。支撑单元还可以被构建为确保特定喷嘴目标距离，或者该距离可以被一些自动装置调节。

在喷涂装置的手持实施方式中，上述支撑可以例如还包括对喷涂装置的重力的补偿，允许手动表面喷涂，要求来自操作员的几乎零力，因而可以在不使工人劳累的情况下执行耗时的喷涂任务。

当使用这些机械支撑时，位置和高度可以完全或者部分地由喷涂装置中包括的传感器或者由支撑单元或者如果存在则还由马达系统确定。空间参考单元接着处理喷涂装置具体地，其机身相对于目标表面的的位置和方向。换句话说，根据本发明，被引导的喷涂系统也被外部空间参考单元在空间上参考。喷嘴装置的空间参考可以由空间参考装置直接建立，或者经由参考喷涂装置的机体（喷嘴可在其中进一步定位并且可能还可以定向）优选地通过一些驱动机构间接建立。

附图说明

以下参考附图中示意地示出的工作示例，仅仅通过示例，更详细地描述或者说明根据本发明的方法和根据本发明的装置和设置。具体地，

图1示出了图形应用系统的可能实施方式的示例，其包括具有用于排出单个喷涂材料的单个喷嘴装置和两个独立相机的表面喷涂装置；

图2示出了根据本发明的具有喷涂装置的图形应用系统的可能实施方式的示例，该喷涂装置具有用于射出多个喷涂材料或者这些喷涂材料的混合物的单个喷嘴装置和立体图像相机装置；

图3示出了根据本发明的图形应用系统的另一个实施方式的另一个示例，其具有多个喷嘴装置和3D成像单元，每一个喷嘴装置用于射出特定喷涂材料；

图4示出了包括根据本发明的应用期望喷涂数据到目标表面上的多个喷嘴装置和两个相机的实施方式的抽象图；

图5示出了具有用于对目标进行喷涂的一行喷嘴的根据本发明的图形应用系统的可能用途的示例；

图6示出了根据本发明的图形应用系统的示例，其具有包括附加传感器和控制元件的喷涂装置；

图7示出了根据本发明的具有表面喷涂装置的图形应用系统的示例性实施方式，该表面喷涂装置包括用于喷嘴装置的定位系统和立体成像单元；

图8示出了根据本发明的图形应用系统的示例性实施方式，其具有根据附着在喷涂装置上的可见特性被多个相机单元参考的手持表面喷涂装置；

图9示出了根据本发明的图形应用系统的示例性实施方式，其正在喷涂大的自由形式形状三维对象；

图10示出了根据本发明的图形应用系统的另一个示例性实施方式，其正在喷涂大的自由形式形状的三维对象，并且可视特性投影到目标上；

图11示出了根据本发明的图形应用系统的示例性实施方式，其具有被定位在喷涂装置的主体之内的喷嘴装置，并且该主体被多个相机装置和可视特性空间上参考；

图12示出了根据本发明的图形应用系统的另一个示例性实施方式，其具有附着在目标表面和喷涂装置的可视特性。

附图不应被认为是表示尺寸。

具体实施方式

图1例示了手持表面喷涂装置9的实施方式的抽象图，其包括以下部件：

喷嘴装置1，被设计为排出、射出或者喷洒喷涂材料2到目标表面3上。喷嘴装置1包括用于控制喷嘴装置1的排出特性（或者射出特性）的喷嘴控制机构4。

排出特性影响喷涂材料2的排出的射流的形状和/或方向，例如可以由类似于方向、射流形状、射流发散度、压力、速度材料率、出射速度、聚合状态和/或排出的喷涂材料的成分等定义。

喷涂材料2（附图标记实际指示排出的喷涂材料的射流）可以本质上不同，例如，液体、固体、气体或者这些状态的混合物。喷涂材料的共同示例是涂料，面漆，清漆，油墨和粉末，但是还可以排出混凝土、石蜡、塑料、石棉、沙子和很多其它东西。喷涂材料2被喷涂材料输送部5输送到喷嘴装置1，喷涂材料输送部5可实现为通往位于喷涂装置9处的诸如罐或者容器这样的存储器12的链路或者实现为来自外部喷涂材料存储器12的管路。

目标表面3还可以由不同的对象实现，例如金属片、墙壁、地板、地面、天花板、道路、机械、车辆或者飞机机身、船壳、纺织物等。目标表面3还可限制于上述对象的特定区域。目标表面可以为任意形状并且还包括边缘、角、凹坑、障碍等。

指向目标表面3的喷涂材料2的排出的射流导致喷涂材料2在目标表面3上的斑点。斑点可以由其形状和在目标表面3上的斑点尺寸10表征，斑点尺寸10依赖于排出的特性和喷嘴装置1和目标表面3之间的距离11，以及依赖于排出方向相对于目标表面3的倾角。

用于控制喷嘴装置1的排出的排出特性从而导致不同排出特性的喷嘴控制机构4可以从排出的简单开/关切换到通过可被马达和/或阀门（具体地，微型马达和/或微型阀门）调整的机械和/或空气动力装置对以上提到的多个排出特性进行控制。由于排出还可以由压电、热或者其它效应启动，其还可以被喷嘴控制装置影响，以及例如，喷涂材料传输线5的压力或者流速影响。

计算装置8控制或者调节喷嘴控制机构4。它可以实现为微控制器、嵌入式系统、个人计算机或者还可以实现为分布式系统，其中实际的手持喷涂装置仅仅包括基本计算单元，可以建立到诸如个人计算机、膝上型计算机或者工作站这样的另一计算装置的通信链路，这些计算装置例如具有比手持装置内的计算装置更强大的计算能力和性能。可通过有线或者无线装置建立通信链路。

计算装置8包括或者连接到至少一个存储器，存储器可实现为RAM、ROM、硬盘、存储卡、USB棒等，存储器可以是固定的或者是可去除的或者两者的组合。

存储器可以被构建为使得其记忆期望的喷涂数据6，可以是CAD绘图、矢量图形、位图图片（压缩或者未压缩）并且还可以甚至包括三维信息。在需要被喷涂的扭曲、弯曲或者不平坦目标表面3的情况下，喷涂数据可以除了二维工件信息还包括关于工件到表面上的三维拟合的进一步信息。

包括期望的3D喷涂数据的另一个实施方式可以构建三维喷涂，具体地，通过喷涂材料2的多个层，其中先前喷涂可被看作针对当前喷涂的新目标表面3，具体地其中喷涂被应用于喷涂材料2的多个层。喷涂装置9可在三个以上维度移动，相比于基于三个正交轴的3D打印机或者立体光刻装置，可带来优点。因此，层不仅限于如在现有的3D打印中平行和等距离切片，而是层可以从各种方向应用。在此每一个喷涂处理的实际目标表面可向先前的一个表面倾斜。这例如可以改进通过表面喷涂装置构建的3D对象的机械强度，因为层可以在当在使用时将应用到对象的机械应力的方向上成型，或者换句话说，喷涂材料层的方向可以任意成型和弯曲以实现当被喷涂的对象将在使用时就期望的负载分布而言的最大强度。也就是说，喷涂层可遵循张力线，而在现有的高斯3D打印中不是这样。

例如，喷涂装置9在空间中的自由移动可以允许从不同角度或者甚至从通过三轴3D打印系统不可访问的底下或者穿过整个来应用喷涂材料2，其中可通过对在最终3D产品得到的、之后必须被去除的支撑网或者桥的减少的需求来构建复杂结构。三维结构的应用作为期望的喷涂数据可具体地使用所提到的用于固化喷涂材料2的方法。

在移动装置时，用户可以在方向上被引导，以允许从对象的几乎任何侧任何角度对非常复杂的结构进行手持3D喷涂。例如，通过大致从顶部喷涂，可建立竖起的结构，而可通过大致从各个侧面喷涂可以应用侧向延伸。明显的是，喷涂的方向不必垂直于要通过喷涂来应用的结构部件的方向，而可以倾斜一定程度。限制因素是要被喷涂的目标表面的阴影或者使得喷涂材料不粘滞在表面上的平坦喷涂角，这两者显然应被避免。由于喷涂装置的手持移动，上述条件是容易实现的，具体地，通过自动用户引导，暗示操作员关于他的手应执行的优选的移动轻挪，至少近似移动，由于喷嘴控制可以照顾到排除的可能的精细调整。并且，可以使用从操作员的观察点的对期望对象的显示或者扩充现实显示作为引导辅助。

在本实施方式中术语目标表面可以是之上要求被进一步建立的期望的3D对象的已经创建的部件的表面、子部件或者截面。这种表面的方向不是如一般的迅速成型系统中那样限于平行切片，而是可在喷涂处理期间改变，通过从特定方向将喷涂装置指着，具体地，在相对表面近似成直角的方向上。三维期望喷涂数据还可以包括不同的喷涂材料信息，例如由同一喷涂装置应用的由一种材料组成的主体和由第二材料组成的表面面层（finish）。

在现有技术中喷涂装置仅仅能够应用平坦2D涂层，主要期望提供目标表面的平面和光滑、均匀涂层。本喷涂装置可超过这些，使得不仅仅能够手持应用期望的二维材料分布这种平坦图像，而且以凸纹（relief）或者三维对象的形式的真实三维期望喷涂图像。

在此，不仅仅喷涂装置的在空间中的位置和方向可被用作计算要被应用的期望3D喷涂数据的部分的基础，并且目标对象和已应用的期望喷涂数据的部分可以被观察、扫描或者测量以便确定期望数据的要被应用的部分和可执行应用的装置的位置和方向的优选范围。因而用户可以被引导以把持喷涂装置在该空间坐标和方向的优选范围以便应用3D图案的部分。通过手持方式的实施方式，与已知的刚性、基于端部的3D打印机相比，提供了更大的灵活性，并且避免了用于支持此处提出的轻量型手持装置可实现的相同范围的位置和方向灵活性的复杂的机器人手臂引导的成本。手持概念还解决了3D部件的凭眼力的构建或者维修，经常是有利的但是用体积大不灵活并且刚性的用于3D打印任务的相关技术的机械不能够进行。

例如，船壳、车辆车身、其壳体或者部件可由喷涂材料喷涂，例如纤维合成物、热塑料、热固性塑料、烧结粉末或者以上提到的其它喷涂材料，而不要求具有正或者负模具，而仅仅通过手，从一些存储装置输送到装置的期望对象的数字三维喷涂图案数据实现。所描述的用于喷涂材料的固化单元可支持通过在应用之后固化喷涂材料来将下一层材料迅速应用到先前一层。

根据这个方面的装置还可以被称为手持3D打印单元，其包括用于排出材料2的受控喷嘴装置1、具有用于期望3D喷涂数据6的存储器的、用于根据空间参考和期望喷涂数据6来控制喷嘴装置1的空间参考单元和计算单元8。该装置还可包括用于在虚拟空间上引导把持装置9的用户的手的用户引导装置。

计算装置8还可包括或者连接到一个或者更多个人工接口26，类似于显示器、屏幕、投影仪、触摸屏、多点触摸显示屏、电子管、灯、按钮把手、拨盘、拨杆、扬声器、麦克风等，以及提供用于与其它技术设备通信的机器接口。

可通过电缆或者诸如电池这样的能量存储器来提供用于喷涂装置9的电力。该装置可还被输送压缩空气和/或喷涂材料，其可被存储在装置或者由远程装置输送。

计算装置8可从空间参考单元30访问空间信息。可以按照不同数量的自由度（DOF）进行空间参考，例如在具有5或个6DOF的空间中以3D方式发生。该参考可以在本地坐标系或者在上级或者全局坐标系中发生，例如，用于室外应用的全局参考。依赖于当前的喷涂任务，参考较少的自由度也可能是足够的，具体地如果喷涂装置9被平行于要被涂装的目标表面9或者在目标表面9上引导或者如果目标距离11是被支撑件或者附加的距离测量单元确定的。

空间参考单元30的可实现的范围和要求的分辨率依赖于实际喷涂装置9被设计用于的应用。该期望范围可以从室内、局部、小区域定位扩展到室外、区域或者全局区域的数米，扩展到用于类似于体育场或者道路标记这样的更大的涂装项目的数十或者数百米。

根据本发明的用于确定位置和方向（或者姿态）的空间参考单元30包括多个二维图像传感器31（还称为照片或者视频相机），具体地是用于检测光学辐射的CMOS或者CCD传感器。

通过用于方向和位置确定的一个或者更多个相机31来实现空间参考。这些系统还被称为基于可视的跟踪系统或者立体系统。相机31设置有相对于彼此的立体基线39，其意味着它们彼此隔开布置，导致关注场景的不同视图。相机31的图像在捕捉至少部分相同场景，但是是从不同位置看去的。基于立体基线39，存在几何限制，其允许从多个图像收集3D信息。在此，每一个图像中的相同可视特征被识别并且其在每一个图像内的各个坐标被确定（例如，在像素的优选地子像素的图片或者图像坐标中）。当今，这些任务在数字图像处理中是很普通的，并且存在可用于实现这些的软件库的集合，或者甚至用于从多个相机视角的完整3D成像的库。随着图像不同，相同的可视特征将有可能具有不同图片坐标并且根据立体基线39，可计算出可视特征的三维信息。或者通过构建空间参考单元30知道立体基线39，尤其是在该装置是固定的情况下；或者可以通过已知的几何法来测绘或者可以校准，尤其是在该装置包括在建立空间参考单元时可被独立布置的独立相机31的情况下。具有至少两个相机31的空间参考单元30因此可被实现为单个装置；实现为多个装置，每一个装置包括至少一个相机31；或者实现为一组相机31和进行图像处理的评估装置36。还可以在远程计算装置上进行图像处理，例如，在用于控制喷嘴装置的同一计算装置8上进行。

可视特征33被建立使得可以在来自相机31的图像中被识别（而不必用于人眼）。例如，它们可以提供反差面部和/或已知形状或者几何体，使得它们在图像中可被识别。可视特征33可以是固有发生的特征，在图像中可视并且可识别，例如纹理、边缘、不同着色的区段等。它们还可以通过人工应用的可视特征33实现，诸如通过粘附、磁铁、粘贴、抽吸杯、螺丝、螺栓、夹子等。

可视特征33例如还可以是光点，例如以光发射器活跃的形式，诸如发射连续或者脉冲光的灯泡、LED、激光器、荧光材料等。由于单个可视特征33，特别是未知形状和大小的单个可视特征，一般不足以确定五个或者六个自由度中的空间参考，所以使用多个可视特征以便由相机31来参考。

喷涂装置9的实施方式可例如配备多个LED的结构为主动可视特征33，其中该结构被构建为使得其位置和方向可被唯一确定，例如，通过闪烁条码、不同颜色等进行辅助。另外，被动可视特征33的结构，例如一个或者更多个细致形状和/或颜色的几何对象可被用作可视特征。它们还可以包括荧光或者反光表面。

在目标表面3上还可以存在附加的可视特征33的集合，尤其是表面自身不提供这种特征时，例如均匀着色的平滑表面。它们可以由贴条、优选地已知形状、颜色或者纹理的贴条来实现。如果在图像中可识别，则不必预先知道它们的形状。如果特征的形状和/或大小是已知的，则在图像中其表观大小和/或形状可用于确定关于其相对于相机31的距离和/或角度的进一步信息。可视特征33可以另选地还通过磁铁、夹子、螺丝或者其它装置附接。另选方式还有投影光标记，是从目标表面3或者刚性固定到目标表面3的对象投影过来的，因为它们相对于目标表面的位置必须被固定。这种光标记作为可视特征可被喷涂装置9简单地喷涂，当使用粘附标记时这可能不行。

在喷涂装置处可以有第一组可视特征33，并且在目标表面处可以有第二组可视特征33，因而具有位于喷涂装置9的远端的至少两个相机31的空间参考单元9可相对于彼此地参考喷涂装置9和目标表面3。

室外应用的一个可能附加选项是GPS系统，其可选地被例如IMU、数字罗盘和/或倾角计的附加传感器6A辅助。另一个附加选项是仅IMU，其还可以可选地被数字罗盘或者倾角计辅助。

由于空间参考单元30相对于喷涂装置9为远程，所以必须建立从远程空间参考单元30到负责喷嘴控制机构4的计算装置8的通信链路32。优选地，使用实时通信，其允许处理高动态移动，特别是在手引导喷涂装置9的情况下。可选地，通过预测或者前瞻可至少部分地补偿潜在发生的延迟，在此情况下，例如从IMU收集的附加信息也可能是有用的。

喷涂装置9还可以包括附加传感器装置6A，例如基于雷达、超声波、光、激光或者无线电波的测距仪或者距离计，其可用于确定到目标表面的距离，或者当使用多个测距仪时还可以用于确定相对于目标表面的相对倾斜。如果相应地排布，则可使用2D和/或3D两者确定到表面传感器6A的距离。

喷涂装置9的喷嘴1还可以被附接到喷涂装置内的允许确定喷嘴位置的空间测量的位置和/或其在喷涂装置9主体内的方向的铰接臂、笛卡尔导轨或者其它装置。空间参考单元30接着被用来确定根据本发明的喷涂装置主体的位置和方向，因而间接地还确定了喷嘴1的位置和方向。

一个实施方式可包括被动（意味着无马达）或者主动（意味着有马达）铰接臂，之上可附接表面喷涂装置9。为了实现表面喷涂装置相对于目标表面3的定位，使用空间参考单元30相对于目标表面3来参考手臂基端，其与铰接臂测量一起允许计算喷嘴装置1和目标表面3之间的相对空间信息，该信息可以被包括在喷嘴装置1的排出特性的控制中。如果目标表面3的数字3D模型存在，则例如还能够通过在空间上测量真实世界实施方式的特征点并且将它们匹配到相应的3D模型来定义目标表面3，因而相对于其CAD模型来参考一个或者更多个目标表面3。

图1的实施方式例示了用于从喷涂材料存储器12排出期望颜色、粘稠度等的作为预混合的喷涂材料而提供的一种喷涂材料2或者单色涂料的喷涂装置9。

图2示出了根据本发明的图形应用系统的实施方式的另一个抽象图。本图中的喷嘴装置1包括位于喷涂装置9内部的多个喷涂材料2的混合体。在所例示的示例中，存在三个喷涂材料输送部5r、5g、5b，代表从相应的存储器12r、12g、12b输送的红色、绿色和蓝色涂料。不同的喷涂材料可接着被喷嘴控制机构4控制在喷嘴装置1内部混合成期望成分，例如，实现期望的颜色，然后将被喷嘴装置排出。

每一个输送的颜色的剂量例如可由阀门、具有可变投送速率的泵或者其它已知装置来实现。如果要求，则可以进行一些附加搅拌以实现均质混合物。通过混合来自输送部12r、12g、12b的不同喷涂材料，喷涂装置9能够排出一定范围的颜色并且自动颜色过渡。

当在本申请中引用术语颜色时，也可以指不一定导致颜色改变的其它喷涂材料的混合物，例如，与固化剂、溶剂或者其它添加物的混合。

还存在具有输送部5x的进一步的存储器12x（用虚线绘出），其例如可以包括可被混合以调整涂料的粘稠度的溶剂。在另一个示例中，输送部5x可将清洁清漆、通过混合不能够实现的特殊颜色（例如，黑色、白色、金色、银色等）或者其它添加物输送到喷涂材料，例如以实现金属效果、锤打面层（hammered finish）等。在其它实施方式中，输送部5x可包括用于影响喷涂材料2的固化或者其它特性的物质。

本视图中的目标表面3包括可被喷嘴控制机构4自动控制的台阶构造，其能够调整喷嘴装置1的排出特性以实现目标表面3上的期望斑点直径而与该台阶引入的距离和倾斜的变化无关。除了完全自动调整排出特性以外，操作员还可以被引导或者辅助从而按照实现后者的方式来把持装置。

空间参考单元30包括位于给定立体基线39的两个相机31。通信链路32被实现为有线通信，用天线符号化。

图3所示的喷涂装置9的实施方式还能够对目标表面3喷涂喷涂材料2r、2g、2b的不同混合体。与前图的主要差异是在本实施方式中，存在针对每一个喷涂材料输送部5r、5g、5b（5x）的单独的喷嘴装置1。喷涂材料2r、2b、2g的实际混合是在喷嘴装置外部发生的，在材料2b、2g、2r的射流内在到目标的途中发生，或者通过在目标表面上叠加每一个喷嘴的斑点而在目标表面自身上发生。

通过彼此接近地对准不同喷涂材料的斑点，还可以不用通过喷涂材料的实际混合而实现期望的颜色效果，使得从远处观看时得到期望的颜色印象。这种产生颜色的方法在喷墨打印中还被称为抖动（dithering）。不同的喷涂材料输送部5的数量因而喷嘴1的数量不限于特定数量，而是依赖于期望的必须实现的喷涂材料2的混合物，例如，可以包括红色、绿色、蓝色、黑色和白色，以实现宽的颜色范围。另外，例如从RAL色卡的颜色范围的混合已知的颜色的其它基本集合或者其子集合也可被使用。

除了直接混合多个喷涂材料外，还可以顺序地使用具有不同喷涂材料2的不同喷嘴1或者单个喷嘴1，例如，以通过相同装置自动地按照顺序方式交替地应用聚酯和纤维的多个层。通过可选的附加传感器装置6A，可确定目标表面3上的已经应用的喷涂厚度。

在此示例中，目标表面3相对于喷涂装置9倾斜，该倾斜可被空间参考单元30检测到并且因此，当期望的结果实际可实现时，喷嘴控制装置4可自动地调整喷嘴装置1的排出特性以实现对目标3的期望喷涂，而与倾斜和/或距离和/或对仅仅排出喷涂材料2无关。因此，装置9还可以存储目标表面3上的已喷涂和/或将要喷涂的区域的信息。

期望的喷涂数据6还可包括或者获取关于目标表面3中的孔14的信息。这例如可以帮助避免浪费喷涂材料2以及污染孔14后面的环境。明显的是，该原理也适用于目标表面3上的障碍物、不规则物或者奇异物。

在图4中，存在与图3中类似的喷涂装置9的类似实施方式。本实施方式包括根据本发明的四色CMYK（青色，品红色，黄色，黑色）着色系统，其能够在目标表面3上应用由期望的喷涂数据6定义的多颜色图案15，例如，将公司的logo应用到建筑物的墙壁上或者应用到停车场上。这可以在不掩蔽目标表面3上的不期望喷涂区域而实现，因而喷涂处理的生产率可以提高，因为掩蔽处理会非常耗时间并且其质量对整体喷涂工作结果有很大影响。

根据空间参考单元30，计算装置8通过根据喷涂装置9相对于目标表面3的空间方向，具体地，每一个喷嘴装置1对目标表面3上的目标斑点的相对空间方向，来调整排出特性，以控制喷嘴控制机构4来将由期望喷涂数据6定义的图案应用在目标表面3上。

在本实施方式中，喷嘴控制机构4还可以精细调整喷嘴1的排出或者射出方向，例如，通过倾斜喷嘴1或者通过影响材料2的排出射流。依赖于空间方向和对目标表面3上的已喷涂区域和要喷涂区域的了解，计算装置8能够自动决定是否释放喷涂材料2到表面3上的当前对准的目标斑点。在此情况下，在喷嘴1的排出方向上的当前对准的斑点还可被精细调整以使得当前的排出方向偏斜。这个偏斜还可补偿手引导（瞄准）的颤抖和不确定性。此外，喷嘴控制机构4还可以能够调整排出发散度和/或单位时间内排出材料2的量。

与先前提到的颜色混合方法中的一种方法组合，根据本发明的图形应用系统能够在目标表面3上应用多颜色喷涂层15，多颜色喷涂层15可被期望的喷涂数据6定义，喷涂数据6例如以存储在存储器卡中的数字艺术品或者图像的形式提供。这种图像可以存储为所谓的比特图形式，包括预定义的像素的矩阵，定义了要应用的喷涂材料的斑点，并且还可包括关于材料的期望类型或者颜色的信息。图像可以另选地存储为压缩形式或者矢量信息形式（例如，如同CAD文件中）、文字信息形式等，其可以被计算装置转换为期望的喷涂材料斑点在目标表面上的分布。期望的喷涂数据可以被描述为要被喷涂在目标表面6上的期望图案6的数字表示，其包括关于必须用不同属性（具体地不同颜色、喷涂材料、厚度、表面状况等）喷涂的目标表面的多个区域或者区段或者子区段的信息。

图5例示了根据本发明的图形应用系统的另一个示例性实施方式，其包括一行或一列多个喷嘴装置1。附图出了用于参考图2描述的混合喷涂材料2的喷嘴1，而且描述的其它混合方法可按照类似方式应用于行排列。

通过按照行或者条或者其它排列对准多个喷嘴1，能够立刻覆盖目标表面上的宽广区域，同时保持排出发散度低和目标斑点尺寸小。目标表面3由车身代表（不表示尺寸）。通过根据期望的喷涂数据6仅仅从实际对准表面3的必须被喷涂的一部分的喷嘴1排出而禁用其它喷嘴，条排列还可以用于补偿把持不准确性。

喷涂或者涂装可以在车辆的制造期间发生，或者还可以在维修或者更换车辆的车身部件时发生。例如，在维修的情况下，位于或者外置于喷涂装置9的颜色检测系统可用于确定要被维修的车辆的当前以及因此期望的颜色，该信息可以接着被用于相应地调节喷涂装置9中的颜色混合系统以实现期望颜色。

此外，图形应用系统可以通过空间参考测量手动地、自动地或者半自动地检测要被喷涂的期望区域，并且用于排列期望的喷涂数据。期望的区域还可以以CAD数据模型的形式提供，或者通过检测或者教导固有存在的光学特征，例如，通过指示包围期望区域的多边形的轮廓或者边缘或者通过诸如应用到目标表面3的激光斑点或者标记这样的光学特征。

目标表面3还可以被空间参考单元30数字化，并且在显示屏上作为图像或者3D模型呈现，在显示屏上，可在喷涂装置9自身或者远程计算装置处在实际喷涂处理之前观看、选择和调节期望的喷涂区域和/或期望的喷涂数据6。并且，诸如logo等的特殊图案可被类似装置虚拟地叠加在目标表面3的模型或者图像上。

用于确定期望喷涂数据6的其它示例是实际喷涂厚度的在线或者离线测量或者通过传感器装置对目标表面3进行检查，例如，以找到颜色或者厚度差等。所提到的涂料厚度传感器是例如已知的并且用于车辆或者金属片区域中用于确定喷涂厚度。喷涂装置可包括涂料识别传感器或者与涂料识别传感器交互，该涂料识别传感器能够确定早先已经应用或者刚刚应用到表面的涂料的颜色、视觉特征、类型或者状态。这种涂料识别传感器6A的普通示例是例如数字相机、红外或者紫外线相机或者传感器、光谱分析器，最终与相应的照明系统组合。

另一个选项是向装置9配备电子显示器或者投影装置，其允许将期望的喷涂数据6叠加在屏幕上或者要被图片或者激光线投影器投影在目标表面3上分期望喷涂数据6。

图6示出了根据本发明的图形应用系统的实施方式，其具有用于喷涂包括目标表面3的目标对象的手持喷涂装置9，其中该装置配备有附加的传感器装置6A。

附图示出了已经在表面上存在很长时间或者来自先前工作进程的先前的喷涂21。除了这个旧的喷涂21，新的喷涂22需要被应用到目标表面3上，例如可被期望与先前喷涂颜色和表面特征匹配或者可以例如是要叠加在先前喷涂21上的图形项目。为了确定先前喷涂21的特征，涂料识别传感器6A可被包括在装置9中或者附接到装置9。另选地，根据本发明的基于相机的空间参考单元可被用于收集关于目标表面3的空间特征的信息。

为了与装置9交互，例如，选择、排列、修改、操纵、创建或者定义期望的喷涂数据6，不仅仅涉及选择简单喷涂参数（例如，喷涂厚度、颜色、目标表面边缘等）就像表面平坦喷洒应用所要求的那样，而且包括非常复杂的图形设计。喷涂装置9的本实施方式包括人机接口（HMI），可例如包括按钮、把手、摇杆、拨轮、显示器、触摸屏等。除了在装置9上本地操纵期望的喷涂数据6之外，该任务还可以在远程计算机上进行接着例如通过存储卡或者通过有线或者无线数据链路传递到该装置，因而可减少在喷涂装置的HMT处所需的操纵。HMT26还可以被用作用于如所讨论的用户指引的方向指示符20。

空间参考单元30由设置有立体基线的至少两个相机31实现。在相机31的图像中，可视特征被匹配并且3D信息基于图像和立体基线的几何限制被图像处理装置收集。

数字图像处理可以由3D成像单元进行，其包括被构建为识别图像中的视觉特征33的识别装置、被构建为确定视觉特征33的图片坐标的测量装置和被构建为根据图片坐标和图片坐标之间的几何限制来确定位置和方向的3D建模装置。因而，空间参考的确定可以在至少五个自由度下进行。图形应用系统包括空间参考单元30，其要求设立具有位于喷涂装置9外部的相机31的至少一个基站。

来自上述的空间参考单元30可以可选地被附加的IMU支持以确定移动的动态，尤其是对于手持装置。该信息可以与空间参考单元30的空间位置和方向测量进行组合。

喷嘴1和喷嘴控制装置4还被包括在所示的喷涂装置9中，具体地本实施方式包括以行排列的多个喷嘴1。所例示的实施方式还包括一个或更多个喷涂材料输送部5和喷涂材料罐12。与诸如电池和/或压缩气体罐这样的能量存储器组合，其允许在不通过线缆和/或输送部的情况下用手随意地移动无线喷涂装置9。

喷涂装置9的另一个实施方式还可以被划分为外部台（或者用于手持装置的背包），包括通过线缆和管道链接到轻量的手持喷嘴装置的诸如电源和喷涂材料罐12这样的更重的部件，以便降低在喷涂时要被移动的重量。这种排列可以包括附接到地面、到目标表面或者到操作员的身体的支撑框以便支撑装置的重量。手持实施方式中的这种支撑的实施方式例如可以类似于平滑引导大体积的专业胶片或者视频相机中的那些支撑。

喷涂装置9可以包括用于用户引导的指示装置，其辅助用户遵循期望的路径和/或引导喷涂装置9到仍需要被喷涂的区域。这种引导可以由光学、声学或者触觉装置实现。例如，通过指向期望方向的LED或者屏幕上的符号进行的期望方向指示。还有可能在电子显示器上显示更先进的例如，3D引导信息和数字值，或者直接向要被喷涂的目标表面3上投影引导线、形状、符号或者指示。并且，可以使用通过语音命令或者蜂鸣进行的声学指示。这些指示装置可以被包括在以上提到的HMI26中。

根据本发明的图形应用系统的实施方式还可以包括或者可以被链接到用于确定诸如温度、风速、湿度、时间和其它影响喷涂材料的干燥状况的因素的这样的局部环境状况的进一步的环境传感器6A。这些传感器6A收集的环境信息可以被计算装置使用来例如在多层涂装中命令喷嘴控制机构。此外，可以存在用于分析喷涂材料的传感器6A，例如确定其粘稠度、流速、供应库存等。并且，在确定期望的排出特征时，重力的方向可以被考虑在内。

喷涂装置9的实施方式可以被纯粹手动移动或者至少部分地被诸如导轨、推车支架、带轮小车、关节臂等装置支撑。例如，用于用粉笔线对运动场标记的手推车包括根据本发明的喷涂装置，其通过指示装置26引导用户沿着期望标记的期望路径用手拖动，并且通过喷嘴控制装置自动校正微小偏差。这种系统可以例如还用于通过手持装置9准确地将体育俱乐部logo应用到地面或者墙壁上。这可以通过用期望的颜色加载喷涂装置9并且应用logo的要求这个颜色的部分接着加载下一个颜色，来顺序地针对每一个颜色以多颜色进行。另一个选项是使用包括自动颜色混合并且能够应用多颜色喷涂到目标表面3的喷涂装置9。

根据本发明的图形应用系统的实施方式可（除了空间参考单元30以外还）可选地包括位置、角度和/或惯性确定装置，诸如惯性测量单元（IMU）、电子距离计（EDM）、全球定位系统（GPS）。还可以包括用于确定目标表面3属性（具体地，喷涂和未喷涂区域、当前喷涂厚度、当前表面颜色和/或重力方向）的附加的传感器装置6A。

表面喷涂装置9的实施方式可被构建为使得目标表面3被一个或者更多个颜色或者材料2喷涂，其中材料2的颜色可以：

-通过抖动或者喷涂来自喷涂材料输送部5的不同颜色或者材料2的基本集合的喷涂材料的斑点的点矩阵来混合，

-在喷嘴装置1内部或者前面，或者通过在目标表面3上叠加出自不同喷涂材料2的基本集合的不同喷涂材料2的斑点的在线混合，或者

-与从喷涂材料输送部5供应预混合的颜色或材料2进行离线混合。

图7所示的图形应用系统的实施方式用于在车辆26门的弯曲表面上喷涂期望的喷涂数据中包括的logo。表面喷涂装置9包括机体40或者框架40，在其中喷嘴装置可被伺服马达定位。机体40相对于目标表面3（在此情况下为车辆）固定。机体包括可视特征33的集合，可视特征33按照其位置和方向可被空间参考单元30确定的方式排列，例如本领域已知的通过可视特征的不同颜色、闪烁码、形状等的不对称排列。空间参考单元还评估车辆26主体的或者车辆26主体处的视觉特征33，因而建立喷涂装置9对目标表面的空间参考。计算装置基于期望的喷涂数据和来自空间参考单元30的位置和方向信息来控制喷嘴1在喷涂装置9内的定位以及其排出，以在门上喷涂期望的logo。

在图8中，示出了类似的设置，但是其中使用了手持喷涂装置9，其被空间参考单元30通过具有已知几何形状的LED排列形式的附接的可视特征33B参考。空间参考单元还评估车辆26的可视特征33A，例如，门的轮廓33A。由此建立的位置和方向参考被计算单元使用以控制喷嘴装置使得期望的喷涂数据被应用于门处的目标位置。为了实现这一点，喷涂装置的操作员可以被引导以遵循如以上描述的最优化路径。

如图9所示，根据本发明的图形应用系统用于通过表面喷涂装置9和具有相机31的空间参考系统来将期望图案6应用到飞机26的弯曲表面。

在图10中，目标表面3的示例也是在飞机交通工具26上。存在附到表面喷涂装置9的第一组视觉特征33B。第二组视觉特征33A被应用到表面区域3。为了不妨碍喷涂处理，在目标表面3处的视觉特征33A被位于目标表面3处并且离空间参考单元的相机31很远的光源35投影。相机31位于不同视角以避免喷涂装置9的操作员的视场的阻碍。两个以上的相机31被排列为使得至少两个相机31可总是观察到视觉特征33A和33B，因而允许有效确认位置和方向。在位置和方向不能被基于相机的空间参考单元确定的情况下，位于喷涂装置9处的附加的IMU可接管位置和方向确定。至少对于到阻碍结束为止的短时间，空间参考系统解除故障并且回到正常操作。IMU还可以被涉及以辅助基于相机的空间参考，例如，用于获得喷涂装置的倾斜的附加信息，或者补偿喷涂装置9的高动态运动。

图11示出了根据本发明的图形应用系统的另一个类似设置。与前一附图比较，喷涂装置9包括内部具有可移动喷嘴装置的机体40。由于通过其定位单元知道了喷嘴在喷涂装置9中的位置，空间参考系统仅仅需要根据喷涂装置9的机体处的视觉参考标记33A、33B来建立喷涂装置9相对于目标3的位置和方向。喷涂装置9自身可以被临时附接到目标3，例如，通过抽吸杯、皮带、夹子、螺丝等。如果喷涂装置9的可喷涂范围（由其定位系统给出）被喷涂，则整个喷涂装置9被拆卸、重定位在目标表面3并且被再次附接。根据空间参考单元所确定的喷涂装置9的新位置和方向，可继续进行喷涂。因而可以按照相对于彼此并且对目标表面3准确定位和定向的多个块向目标表面3应用大于喷涂装置的范围的期望喷涂数据。在可选实施方式中，视觉特征33A、33B还可以被直接附着到可移动喷嘴装置并且其相对于目标的空间位置和方向由具有相机31的视觉空间参考单元直接确定。

图12示出了另一个类似实施方式，其中目标处的视觉特征33A是粘贴到目标表面3上的参考标记。空间参考单元包括立体成像单元30和两个附加的独立相机31，用于增强空间参考系统的视觉覆盖并且收集可用于通过插值、最小二乘拟合等来增强准确性的更冗余的数据。

Claims (15)

1.一种图形应用系统，所述图形应用系统具有：

表面喷涂装置（9），其包括：

至少一个喷嘴装置（1），其用于排出喷涂材料（2）到目标表面（3）上，

喷嘴控制机构（4），其用于控制所述喷嘴装置（1）的排出特性，以及

喷涂材料输送部（5），

空间参考单元（30），其用于在空间上参考所述表面喷涂装置（9），尤其是相对于所述目标表面（3），以便确定所述表面喷涂装置（9）的位置和方向，

计算装置（8），其用于根据所述空间参考单元（30）获得的信息并且根据被预定义为包括要喷涂在所述目标表面（3）上的期望图案的数字表示的数字图像或者CAD模型的期望喷涂数据（6），由所述喷嘴控制机构（4）自动地控制排出，使得所述目标表面（3）被按照所述期望喷涂数据（6）喷涂，以及

通信装置（32），其用于建立从所述空间参考单元（30）到所述计算装置（8）的通信链路以向所述计算装置（8）输送所述位置和方向，

所述图形应用系统的特征在于，

所述空间参考单元（30）远离所述表面喷涂装置（9）并且包括具有至少两个光学2D相机（31）的3D成像单元，所述光学2D相机（31）之间设置有立体基线（39），所述3D成像单元被设计为通过对所述光学2D相机（31）拍摄的图像进行数字图像处理来确定所述表面喷涂装置（9）的位置和方向。

2.根据权利要求1所述的图形应用系统，其特征在于，

所述3D成像单元还包括：

识别装置，其被构建为识别图像中的视觉特征（33、33A、33B），

测量装置，其被构建为确定所述视觉特征（33、33A、33B）的图片坐标，以及

3D建模装置，其被构建为根据所述图片坐标和由所述立体基线（39）提供的几何限制来确定位置和方向，

具体地，其中，所述空间参考的确定是在至少五个自由度上进行的。

3.根据权利要求2所述的图形应用系统，其特征在于，

所述表面喷涂装置（9）包括第一组视觉特征（33、33B），所述第一组视觉特征（33、33B）被构建为使得所述表面喷涂装置（9）的位置和方向能够由所述空间参考单元（30）来确定，

具体地，其中，所述视觉特征（33、33B）是作为参考标记附着到所述表面喷涂装置（9）上的已知几何形状的对象，特别是其中，所述第一组视觉特征（33B）正在主动发射光学辐射。

4.根据权利要求2或3所述的图形应用系统，其特征在于，

第二组视觉特征（33、33A）位于所述目标表面（3）处，

具体地，其中，所述视觉特征（33、33A）是作为参考标记附着到所述目标表面（3）上的已知几何形状的对象。

5.根据权利要求4所述的图形应用系统，其特征在于，

位于所述目标表面处的所述第二组视觉特征（33、33A）是投影的光标记，所述光标记是从相对于所述目标表面（3）具有固定定位的位置投影的，并且该位置从所述空间参考单元（30）移出。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的图形应用系统，其特征在于，

所述表面喷涂装置（9）包括惯性测量单元，所述惯性测量单元在确定所述位置和方向的过程中，尤其是在由于相机视场被阻碍而引起所述空间参考单元（30）临时故障时被并入。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的图形应用系统，其特征在于，

所述表面喷涂装置（9）包括：

附加传感器装置（6A），其用于确定目标表面（3）属性和环境状况，具体地为喷涂区域和未喷涂区域、当前喷涂厚度、当前表面颜色，所述喷涂材料（2）的干燥状况根据这些属性被确定并且在所述排出特性的控制中被并入，和/或

距离计，其用于估计所述喷嘴装置（1）与所述目标表面（3）之间的距离（11）。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的图形应用系统，其特征在于，

所述图形应用系统是为了根据所述期望喷涂数据（6）喷涂非平坦、弯曲自由形式目标表面（3）而构建的，

具体地，针对诸如车辆或者飞机之类的交通工具的机身（26），

优选地，其中，所述期望喷涂数据（6）包括所述目标表面（3）的三维模型。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的图形应用系统，其特征在于，

所述表面喷涂装置（9）包括用于具体地在至少两个自由度上相对于所述表面喷涂装置（9）的主体（40）来定位所述喷嘴装置（1）的定位单元，所述主体（40）包括位置相对于所述目标表面（3）要被临时固定的装置。

10.根据权利要求9所述的图形应用系统，其特征在于，

所述主体（40）配备有用于所述空间参考单元（30）的视觉特征（33、33B），

具体地，其中，所述机身（26）被所述空间参考单元（30）参考到所述目标表面（3），并且所述喷嘴装置（1）被所述定位单元参考到所述主体（40）从而将所述喷嘴装置（1）间接/中介参考到所述目标表面（3）。

11.根据权利要求9或10所述的图形应用系统，其特征在于，

所述喷嘴装置（1）配备有用于所述空间参考单元（30）的视觉特征（33、33B），

具体地，其中，所述喷嘴装置（1）被所述空间参考单元（30）直接参考到所述目标表面（3）。

12.根据权利要求2到7中任一项所述的图形应用系统，其特征在于，

所述表面喷涂装置（9）被手持并且包括视觉特征（33、33B），所述视觉特征（33、33B）被构建为使得能够实现所述空间参考单元（30）对所述表面喷涂装置（9）的可唯一识别的空间参考。

13.一种根据期望喷涂数据通过表面喷涂装置（9）对目标表面进行喷涂的图形应用方法，所述图形应用方法包括以下步骤：

通过确定所述表面喷涂装置（9）的位置和方向，尤其是相对于目标表面（3）的位置和方向，在空间上对所述表面喷涂装置（9）进行参考，

通过读取包括数字图像或CAD模型的存储器来获取一组期望喷涂数据（6），所述数字图像或CAD模型包括要应用于所述目标表面（3）的期望图案，

利用至少一个喷嘴装置（1）将喷涂材料（2）排出到所述目标表面（3）上，

利用喷嘴控制机构（4）来控制所述喷嘴装置（1）的排出特性，

根据从空间上参考所获得的信息和所述期望喷涂数据（6）来计算针对所述喷嘴控制机构（4）的期望排出特性，以及

根据所述期望喷涂数据（6）来喷涂所述目标表面（3），

所述图形应用方法的特征在于，

所述参考是利用空间参考单元（30）来进行的，所述空间参考单元（30）包括设置有立体基线（39）的至少两个2D相机（31）并且远离所述表面喷涂装置（9），

通过数字图像处理根据来自所述2D相机（31）的图像来确定所述位置和方向。

14.根据权利要求13所述的图形应用方法，其特征在于，

所述数字图像处理包括：

识别所述图像中的视觉特征（33、33A、33B），

确定所述图像中的所述视觉特征（33、33A、33B）的图片坐标，以及

根据所述图片坐标和几何限制来确定所述位置和方向，

具体地，其中，在至少五个自由度上确定所述位置和方向。

15.一种存储在机器可读介质上的包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码具体地在根据权利要求1至11中任意一项所述的手持喷涂装置（9）上执行，用于计算需要在目标表面（3）上喷涂至少一层一种或更多种喷涂材料（2）的至少一个喷嘴装置（1）的期望排出特性，从而通过命令喷嘴控制机构（4）并基于所述喷嘴装置（1）相对于所述目标表面（3）的空间参考数据来根据期望喷涂数据（6）喷涂所述目标表面（3），所述喷嘴控制机构（4）能够调整所述喷嘴装置（1）的排出特性。

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