CN103660658A - 用于使对象的表面成像和/或上漆的方法 - Google Patents

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Abstract

在将流体涂覆到对象/交通工具等的表面上时，流体涂覆与继续处理、例如油墨或漆的干燥之间的时间延迟ts与流体的散播特性相匹配。必要时可逐段地将流体涂覆到目标表面（13）上，其方式是，在流体在下一个段中被涂覆之前才在单个段（t1）中将所述流体干燥。

Description

用于使对象的表面成像和/或上漆的方法
技术领域
本发明涉及用于以流体处理对象、例如交通工具等的表面的方法，其中，流体借助计算机控制的、可移动的第一工具涂覆并且紧接着利用计算机控制的、可移动的第二工具继续处理，例如干燥、硬化或者铺上另外的材料层。这种方法例如在德国的公开文献DE 37 37 455 Al中被描述。在所述公开的方法中，利用喷嘴系统将汽车车身也多油墨地上漆并且紧接着通过UV-辐射来硬化，所述喷嘴系统在机器人臂的端部上被固定。由提到的文献也公开了，依次硬化被涂覆的油墨。
背景技术
然而在这里并不容易利用喷墨-打印头一方面打印高分辨率的加网图像并且另一方面打印饱和的整个面。对于所述整个面必须将分色装置的单个打印点的油墨相互流进。为此，一定的最小时间是必须的。然而如果过晚实现干燥，则产生不清晰地延伸的轮廓或者特别是在待成像的目标的垂直定向中由于重力可能得出指向下方的积聚物，这些积聚物会干扰图像打印。在油墨系统中（所述油墨系统不是被单独地干燥而是通过辐射、例如通过红外线-辐射或者UV-辐射或者通过热空气并且完全特别地在非抽吸的基底上干燥或硬化）因此这适合观察时间上的进程窗口，在所述进程窗口内部可以散播油墨并且由此可以形成所希望不中断的整个面。
所述进程窗口取决于待成像的目标的衬底，例如与表面能量、抽吸能力、瞬时状态相关，必要时可需要或者不需要预处理（如上底漆）、等离子体处理等等，以及与油墨本身、也就是说其粘度及表面应力相关。在工业上的分辨率为大约200dpi-600dpi的UV-喷墨-打印的情况下，秒的范围内的散播时间是常见的。
在这里，用于利用喷墨系统成像的表面的生产速度在以下所述区域中传播，在所述区域中，喷墨打印头与设置在其后方的、用于干燥或者钉刺（也就是说，干燥油墨）的辐射器之间的间距可以是若干分米。在打印的平坦的表面时、特别是当输送衬底时，这种间距可以被操纵。另外，由机器人引导的打印系统的情况用于将被强烈弯曲或者不规则的目标表面成像。因为先前很难或者根本不可能设计出满足要求的轨道，因此不仅对于喷墨头的单个喷嘴而且对于以固定间距后随的干燥工具的工作间距被保持，而不会与待成像的目标的表面相撞。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种方法以及一种装置，利用所述装置以光学响应的方式也将整个面由进一步待处理的流体利用喷墨头施加在不平的对象上。所述任务利用权利要求1或15中给出的特征解决。
根据本发明，例如将通过机器人以计算机控制的方式移动的、用于涂覆流体以及继续处理流体的工具以一个时间延迟引导到待处理的对象上，所述时间延迟与流体的散播特性相匹配、优选是保持恒定。然而也可以根据例如待成像的面部分的斜度稍稍不同地调节所述时间延迟，以便考虑重力的影响，例如在竖直面部分的情况下要考虑比在水平的面部分中短的时间延迟，如果人们没有反正已经通过待成像对象的定向负责使待成像的面在成像时刻基本上水平地定向的话。
术语流体的“处理”或者“继续处理”应理解为所有过程，流体的特性通过这些过程被以任一种方式主动地改变。术语“干燥”应理解为主动干燥的所有变型方案，也就是说例如利用红外线辐射或者热空气干燥、利用UV-辐射或者电子辐射来硬化以及所谓的“钉刺”，在钉刺的情况下，在第二步骤中最终将油墨全硬化之前，才例如通过UV-辐射来干燥油墨。
符合目的要求的是，对于流体的涂覆和流体的继续处理设置两个单独的运动系统或机器人臂，利用所述运动系统或机器人臂一方面使用于涂覆流体的工具运动并且另一方面使用于继续处理的工具同时地、但是地点偏移地运动。于是，通过单独地控制这两个工具也可以即使在目标不规则的情况下也避免与表面相撞。
另外的优点是提供了一种系统，在该系统中，用于涂覆流体的工具与用于继续处理的工具可通过一个或者多个另外的轴运动地直接连接在第一操作装置、也就是说例如机器人臂的端部上。按这种方式，例如这些工具之间的间距以及必要时用于跟踪运动的轨道在一定的界限中可被调节。因此也可以不需要完整的第二机器人臂地在给定的移动速度的情况下根据散播时间在工具之间的间距上调节所述流体的涂覆流体与继续处理（也就是说例如干燥）之间的时间延迟。然而特别有利的是，间歇地以第一工具的移动与第二工具的移动之间的时间偏移进行所述涂覆和继续处理。因为唯一的机器人臂能够以间歇运行将两个工具依次引导到待成像的面上。符合目的要求的是，在考虑预印刷速度和适配于流体的散播特性的时间延迟的情况下实现了将流体逐段地涂覆到目标表面上，这些段的尺寸以及位置已经在设计可移动的工具的运动过程期间被予以考虑。
在这个方法变型方案中，对于用于涂覆流体的工具以及用于继续处理的工具来说，利用唯一的操作机系统就足以应付，也就是说，仅仅需要一个机器人就能使相关的目标设有整个面。按这种方式，尽管表面是弯曲的，仍可以始终精确地保持对于每个工具相应最佳的工作间距。所述机器人可以是与直线导向装置或者旋转关节或摆动关节相组合或者与相组合的旋转轴和直线轴。
在该方法变型方案中也可以例如将不同的油墨单独地或者共同地利用一个喷墨头涂覆到目标表面上。在下一个段成像之前，才例如在每个段中逐个地涂覆并且然后干燥这些油墨；或者在目标表面的大部分区域成像之后在多个段中又再次逐段地涂覆并且干燥下一个油墨之前，才在多个段中涂覆并且干燥第一油墨；或者在下一个段开始之前，所有油墨同时在表面的一个段中涂覆并且然后一起干燥。
此外，符合目的要求的是，在逐段地涂覆并且干燥油墨时，这些段与待成像的面的几何特征相匹配。如果例如待成像的整个面的长度仅为450mm，虽然在考虑散播时间以及预印刷速度的情况下可以成像500mm，则仍然在像素的界限上结束成像并且必要时在短的时间延迟之后开始干燥过程，以避免依次成像的段在主题内相互邻接，或者在两个字符之间成像全面的数字或者字母的情况中，放置成像的段的端点。
在一定的界限中也可以并且符合目的要求的是，提高打印速度和/或回程速度，从而在对于油墨尽可能待保持恒定的散播时间的情况下使相应待扫过的图像段的长度落在相应的主题或者部分面的界限上，以便在这里也在主题内避免单个成像段和干燥段的延长。
上述措施可以在一般情况下使用，以便优化总过程时间。
散播时间也可以以一定的程度在一个打印任务之内变化，10%的变化通常是不临界的，20%一般还不可见并且+/-50%还可以忍受，其中，油墨的涂覆与硬化之间的时间延迟的变化在与散播特性相匹配的情况下还可以与上了底漆的金属或者玻璃表面的目标表面的特性（也就是说或多或少抽吸地）相关以及与面元素相对于垂线的定向相关。
还可以的是，求得表面处理的过程期间的散播时间并且计算随后的时间延迟并且将其应用于在线调节。这例如通过利用摄像器以及在线分析处理装置观察涂覆的流体点或者面的如下散播特性实现，即涂覆的流体点或者流体面在哪个时间间隔内达到了先前定义的尺寸。然后使结果进入到移动速度和例如油墨的涂覆和干燥之间的时间延迟的调整中。
附图说明
本发明的其它优点由以下实施例的说明依据所属附图的图1至图6c得出。
其中：
图1：示意性地示出了以关节臂机器人为基础的优选的实施例的侧视图；
图2：示出了图1的被安装在机器人臂4的端部上的打印头5的细节原理图；
图3：以放大的尺寸示出了图2中用33标示的区域.
图4a-d：示意性地示出了在散播的不同阶段中图3被喷出的喷墨-液滴；
图5：示出了图3的表面13上放大的俯视图；
图6a-c：以放大的透视视图示出了图1的关节臂4的端部；
图7a和b：以两个不同的放大视图示出了替代地构造的关节臂104的端部。
具体实施方式
在图1中以侧视图示出了交通工具1，所述交通工具借助关节臂机器人2打印。所述关节臂机器人具有一个基部3以及一个由多个可运动的肢节4组成的机器人臂。在所述机器人臂的端部上固定一个打印头5。基部3能够被可旋转地并且可移动地支承，从而具有打印头5的臂4可以到达交通工具1的所有位置。必要时交通工具被保持在这里未示出的接收装置上，交通工具通过所述接收装置可以或是绕竖直的轴旋转或是绕水平的轴翻转。.
打印头5在打印期间相对于交通工具1的表面具有小的工作间距并且在此更确切地说以足够高的脉冲喷出油墨液滴，由此这些油墨液滴碰到交通工具1的表面上并且在其上附着。在所说明的例子中，交通工具1被印以图像7。图像7可以具有不同的区域7a和7b，这些区域的区别例如在于，它们具有不同的颜色。它们的区别还可能在于，一个区域被加网以便打印不同程度的半色调，并且在另一个区域中以全色调打印油墨，从而得出不中断的面。
作为待打印的目标的交通工具1具有弯曲的表面、例如挡泥板8，所述挡泥板从侧壁拱形地弯出并且因此不仅具有凸的曲率也具有凹的曲率。这些曲率可以具有非常小的半径并且甚至作为折弯处存在。在此也可以单色地打印交通工具1的表面的较大的伸展区域并且由此可以说是“上漆”。然而优选的是，交通工具已经被上漆并且所述图像局部地用于美化或者用于承载信息，例如用于涂覆广告、也可以具有相应的字母用于文字公告。
例如在本申请人2012年3月29日的标题为，，Verfahren zum Bedrucken einesObjekts“（“用于打印目标的方法”）并且文件登记号为DE102012006371A1的专利申请中描述了如何详细地进行这种交通工具车身的成像，在此全文引用所述文献。
对于打印头5（所述打印头在图2中细节地示出并且可以以40kHz的频率射出UV-油墨小液滴）可以示例性地使用来自Lebanon,New Hampshire的Fuji DimatixInc.公司的名称为，，Spectra Galaxy ja256/80AAA“的打印头。所述打印头具有256个喷嘴17。这种打印头5自身被接收在例如来自德国的Kuka公司的型号为KR60-3的机器人的关节臂4上。在所示出的例子中，机器人臂4具有三个关节4a、4b和4c，机器人2通过这些关节使打印头5运动到目标1的表面13上。此外，打印头5经由油墨管路16以及经由数据连接管路6一方面与油墨储备容器并且另一方面与计算机19连接。这些仅示意性地示出的管路6和16必要时可包括多个单独的油墨供应管路或者也包括信号管路，通过所述信号管路控制所述喷墨-打印头5的各个喷嘴17。
另外图2示出了，打印头5在所示出的位置中在目标1的表面13上打印一个具有宽度A的段。在此，打印头5通过所述机器人例如要么运动到附图的平面中要么从附图的平面中运动出。
由根据图3的放大图获悉，由打印头5的喷嘴17射出的油墨小滴直接在碰上之后首先相邻地位于例如已经上漆的交通工具1的表面13上，而不相互接触或者直接相互邻接。如图4所示，在取决于油墨的粘度和表面张力以及基底的表面张力或表面能地在下述区域中形成均匀的或一致的油墨层之前，可能会持续5至10秒数量级的多秒的较长时间，在所述区域中，打印头5应打印整个面。这种状态在图4中以D标示并且所属的时间点在时间轴上以ts标示，这被视为最佳散播时间。如果在干燥之前人们必须长时间地等待，则油墨在图像边缘上可能进一步流开，并且产生不清晰的轮廓，这些轮廓例如在笔法方面难于辨认。
根据本发明的第一替代方案，利用附图中未进一步示出的、架设在机器人2旁侧或者后方的另外的第二机器人可以说“跟踪”所述打印头5，在所述另外的机器人的关节臂上安装有用于干燥喷出的油墨的辐射器，其方式是，所述辐射器在考虑相同的轨道上或者在由于打印头和辐射器之间不同的工作间距而可能偏移的轨道上的速度的情况下使得这些辐射器在打印头5后面如此移动，使得表面13上的相同位置以时间上的间距由打印头5以及辐射器扫过，所述时间上的间距相应于间隔ts、即最佳散播时间。
因为为了使打印头5以及辐射器运动而使用独立的运动系统、也就是说使用两个机器人，因此也可以在不与目标表面冲突的情况下打印并且干燥强烈弯曲以及不规则的目标表面。
本发明方法的第二替代的变型方案规定，仅仅使用一个机器人，正如依据图5所说明的方法那样。在这里，表面13的待由打印头5全面打印的区域被划分为单个相互邻接的、宽度为A的条，这些条相应于打印头的宽度，并且每个条又分成单个的段，这些段的长度以t1、t2和t3...来标示。所述方法如此完成，使得在紧接着利用用于干燥打印油墨的辐射器工具15以大致相同的速度并且在相同的方向上扫过相同的段之前，机器人2例如首先将打印头5引导到段t1上，所述段的长度被如此测定，使得在考虑辐射器15的打印速度、回程速度以及就位的情况下所述最优的散播时间ts流逝，以干燥打印油墨。接着将打印头5又置于工作位置中并且紧接着打印以t2标示的段并且然后将其干燥，然后才又打印段t3并且然后将其干燥等等。
按这种方式，仅利用一个机器人就可以使目标表面13的大部分全面地成像，而不发生过度的散播以及不清晰的流开。
对于所述段t1、t2、t3...中的整个面应用不同于基色CMYK并且由多种基色组成的油墨构成的情况下，所述成像以及干燥对于每种油墨在一个段t1、t2、t3...中自身间歇地进行，其中，必要时可以在各个油墨涂覆之间更换机器人臂4的端部上的打印头。
如果在涂覆油墨之前还例如涂覆白色的底漆，或者在成像之后还涂覆清漆，则得到完全类似的流程。
在图6a–c中示出为了所述目的而构造的机器人臂。在机器人臂4的端部上固定一个装配板12，在所述装配板上安装三个在不同方向上突出的不同工具。工具16是用于产生等离子体放电的工具，借助于所述工具可以如此预处理表面，使得表面较好地接收油墨。用5表示四色-喷墨-打印头。所述四色-喷墨-打印头仅示意性地示出并且油墨供应管路以及信号管路可以位于支座内部或者外部。用15表示紫外线辐射器，所述紫外线辐射器具有与喷墨-打印头5大致相同的宽度。通过机器人轴4c使所述三个不同的打印头依次旋转到相对于待打印的工件的表面13定向的位置中。现在，在机器人臂4的轨道方案中，存储对于预处理、打印以及硬化所述目标的表面3上的油墨的整个运动流程。这个流程可以如此进行，即，首先通过加工头26预处理整个表面13（例如等离子体处理）、利用UV-辐射、IR-辐射或者可见光范围内的辐射加载、或者进行电晕处理或者热空气处理。
这个阶段在图6a中示出。然后，打印头5旋转到工作位置中并且表面13被以第一油墨、例如黑色或者青色在段t1中打印（图6b）。然后，机器人臂在所示出的位置中使其运动过程停止，运行至段t1的开端，在那里旋转UV-辐射器到工作位置中并且然后扫过所述段t1以便在那里干燥油墨（图6c）。然后，机器人臂4又运行回到段t1的开端并且将喷墨头5又旋转就位，以便然后在段t1中涂覆以及接着硬化下一个油墨等。当段t1中所有必需的油墨被打印以及硬化时，继续在段t2中进行所说明的顺序，直至全部表面13设有所希望的图像。
可替代地也可能的是，首先使段t1、t2...依次以一个油墨打印并且间歇地逐段干燥并且然后又在段t1中以下一个油墨开始。然而，如果人们按这种方式给表面13的较大区域成像时，必须重新调校机器人臂端部上的工具的位置，以便确保不同的油墨被套印精准地打印。
在图7a和b中示出用于实施本发明的方法被构造的机器人臂的另一实施例。在这里，固定在机器人臂104的端部上的装配板112带有承载结构117，涂覆工具105以及继续处理工具115如根据图7的细节示图详细示出地固定在所述承载结构上。涂覆工具105是由四个单头105a、b、c以及d组成的四色-喷墨-打印头。这些单打印头中的每个都可以通过这里未详细示出的导向装置相对于承载结构117的支撑件127平行地朝待成像的面13的方向移动。这有以下优点，即喷墨打印头105a至d也可以运动到窄的凹槽、卷边等等中，以便在那里在保持对于清晰成像所必需的最小间距的情况下到达表面区域。对于干燥工具115来说，这种要求不是以相同的程度存在，因为通过长的停留时间或者通过提高辐射强度也可以实现足够的能量密度。
干燥工具115通过多个可调节的运动轴131至134与承载结构117连接并且因此也与涂覆工具也就是喷墨头105a至d连接。借助第一滑块118（所述第一滑块沿着未详细示出的导向装置在承载结构117上如通过箭头131标示那样可以朝待加工的表面113的方向移动）通过旋转-摆动关节119可运动地支承L-形的承载件120。L-形的承载件120在其底侧上具有同样未详细示出的直线导向装置，干燥工具115可以沿着所述直线导向装置朝喷墨头105a至d的方向运动。按这种方式可以调节通过四个喷墨头105a至d中的一个进行的表面13的成像与紧接着借助例如接收在干燥工具115中的UV-灯进行干燥之间的间距并且从而在考虑固定在机器人臂104上的承载件117d的移动速度的情况下调节时间延迟。利用通过箭头132和133表示的组合旋转-摆动运动（旋转-摆动关节119允许所述旋转-摆动运动）以及滑块118的运动允许利用仅一个机器人臂104使承载件120如此运动到所述表面13上，使得干燥工具115跟随由喷墨头105a至d留下的成像条，但是不碰触。为此需要在机器人臂104的轨道方案中考虑图7b中未示出的、用于运动轴131至134或其位置的驱动装置。
附图标记列表
1          交通工具
2          关节臂机器人
3          关节臂机器人的基部
4，104     机器人臂
5，105     涂覆工具
6          数据连接管路
7          图像
7a，7b     图像区域
8          挡泥板
10         门把手
11         门边
12，112    装配板
13         表面
15，115    干燥工具
16         油墨管路
17         喷嘴
19         计算机
26         预处理工具
33         区域
105a-d     单打印头
117        承载结构
118        滑块
119        旋转-摆动关节
120        L-形的承载件
127        支撑件
131        运动轴/箭头
132        运动轴/箭头
133        运动轴/箭头
134        运动轴/箭头
ts         时间延迟
t1-t4      段

Claims (24)

1.一种用于以流体处理对象/交通工具等的表面的方法，在该方法中，所述流体借助于能够以计算机控制的方式移动的第一工具（5；105）被涂覆并且紧接着利用能够以计算机控制的方式移动的第二工具（15；115）被继续处理，其特征在于，所述流体到对象上的涂覆与紧接着的继续处理之间的时间延迟（ts）与所述流体的散播特性相匹配。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体的涂覆与继续处理之间的时间延迟（ts）对于待成像的面部分（13）保持恒定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间延迟（ts）根据所述待成像的面部分的斜度和/或根据所述表面（13）的材料特性被不同地调节。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，求得并且调节在处理所述表面（13）期间所需的时间延迟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体的涂覆和继续处理间歇地在一些段（t1，t4）中以所述第一工具（5）的移动与所述第二工具（15）的移动之间的时间偏移（ts）进行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时间延迟（ts）和/或相应段（t1，t2，t3，t4）的尺寸和位置已经在设计可移动的所述工具（5，105；15，115）的运动流程时被考虑。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体的涂覆以及所述流体的继续处理同时地以可移动的所述工具（105，115）之间的地点偏移进行。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述流体由多个油墨构成，并且在所述表面（13）被以多个油墨成像时，在下一个段被成像之前，在每个段（t1，t2，t3，t4）中单个地涂覆并且干燥所述油墨。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体由多个油墨构成，并且在所述表面（13）被以多种油墨在多个段（t1，-t4）中成像时在多个段中首先仅仅涂覆并且干燥一个油墨并且然后以相同的方式逐段地涂覆并且干燥下一个油墨。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，各个段与所述待处理的表面（13）或所述待处理的对象（1）的几何特征相匹配。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于施加所述流体的速度和/或所述第一工具（5）的回程速度在各个段中改变，以便使所述流体的涂覆与继续处理之间的时间延迟（ts）保持恒定。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述时间延迟（ts）的变化在一个打印任务内不多于50%、优选少于20%并且最好少于10%。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，待处理的对象（1）可旋转地或可摆动地被接收并且在施加所述流体期间被如此定向，使得所述表面的恰好要被涂覆油墨的区域尽可能水平地延伸。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，用于涂覆所述流体的工具（5，105）是喷墨-打印头并且所述第二工具（15，115）是干燥工具。
15.一种用于实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法的装置，具有控制计算机和存储器，所述控制计算机操控一个或者同时操控两个用于涂覆工具（5，105）和继续处理工具（15，115）的轨道控制装置，在所述存储器中如此存储待控制的轨道以及移动速度，使得对于由上述两个工具（5，105；15，115）依次经过的地点得出与待涂覆的流体的散播特性相匹配的时间延迟（ts）。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，设置两个机器人臂（4），在一个臂上固定有涂覆工具（5）并且在另一个臂上固定有继续处理工具（15），并且这两个工具能够同时地、但是相互间隔开地运动到待处理的面（13）上。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，在机器人臂（4）上带有多个在不同方向上突出的工具（5，15，26）、一个仓盒或者在机器人臂端部上带有一个更换接收装置并且所述控制计算机以与所述油墨的散播时间（ts）相匹配的节奏将涂覆工具和继续处理工具（15）置于工作位置中。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述仓盒是回转头，所述回转头的旋转轴通过存在的机器人轴（4c）或者通过由绕多个轴的运动所产生的虚拟轴来实现。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述回转头附加地带有用于预处理待成像的表面的工具（26）和/或其它油墨涂覆工具。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的装置，其中，所述涂覆工具（105）由多个单工具（105a-d）组成，所述单工具能够单独地朝待处理的表面（13）的方向移出。
21.根据权利要求15所述的装置，其中，所述继续处理工具（115）通过一个或者多个运动轴（131-134）与所述涂覆工具（105）连接，并且所述继续处理工具（115）相对于所述涂覆工具（105）的位置能够通过所述轴（131-134）调节。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述继续处理工具（115）与所述涂覆工具（105）之间的间距能够被如此调节，使得根据移动速度得到所希望的时间延迟（ts）。
23.根据权利要求21或者22所述的装置，其中，给所述运动轴（131-134）配置计算机控制的驱动装置。
24.根据权利要求21所述的装置，其中，用于这个或这些继续处理工具（115）的运动型廓与用于所述涂覆工具（105）的轨道控制装置相关并且被存储。
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