CN108127767A - 用于形成人造理石花纹纹理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于形成人造理石花纹纹理的方法和设备。所述设备包括计算机处理器；工具装置，其包括作业工具和着色工具；用于支撑工具装置的第一装置；第二装置，被配置为响应来自计算机处理器的命令，在工具装置被第一装置支撑时沿x，y和z方向移动工具装置；及操作平台。作业工具下降至所述材料中，并随着被配置为响应来自计算机处理器的指令的工具装置，在x和/或y方向上移动，对所述材料进行物理操作；着色工具，其被配置为在作业工具择一或次第物理操作材料之后或同时对被物理操作的材料区域进行染色。上述设备用于人造理石花纹纹理的制作方法解决了现有技术中人造理石相比天然石材缺乏自然纹理及色彩的问题。

Description

用于形成人造理石花纹纹理的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于形成人造理石花纹纹理的方法和设备。

背景技术

石英是地壳中第二丰富的矿物，也是最硬的天然物质之一。它的用途之一是可用于人造理石板材的原料。包括石英石在内的人造石已成为世界许多国家常见的建材表面材料和台面的选择。其应用包括厨房和浴室台面，桌子台面，地板砖，食品服务区域，墙面以及各种其他水平和垂直的应用。

人造理石板材的生产通常涉及颗粒材料，例如磨碎的石英岩，碎玻璃，岩石，鹅卵石，砂，壳，硅以及其他无机材料，与聚合物，粘合剂，树脂，着色剂，染料等组合在一起形成复合材料。其颗粒材料尺寸可以从400目粒度到4目粒度变化，且不同尺寸多种材料可同时使用。聚合物可以包括例如粘合剂，硬化剂，引发剂或类似的组合。将颗粒材料和聚合物，粘合剂，树脂，着色剂，染料等混合，得到微湿的混合物。该初始混合物可以通过破碎机进行处理以减小混合物块的尺寸。所得到的小块状的混合物可以倒入模具，托盘或其他支撑结构中，然后将板坯移入真空压力机中进行压制，再进一步移至固化炉内固化后形成硬化的石英石板胚。固化后，板坯通常移至研磨机中研磨至所需厚度，随后用抛光机完成加工。石英石基的人选理石与天然石材如大理石和花岗岩相比具有许多优点。与这些天然石料相比，人造理石更硬，更结实，吸水性更小，更能抗污染，划伤，破损，抗化学品腐蚀，更耐热。人造理石板材的一个缺点是与天然石材相比其缺乏天然石材所具有的自然纹理及色彩。

发明内容

针对现有技术所存在的问题，本发明公开了一种用于形成人造理石花纹纹理的方法和设备，用以制造具有单色或多色纹理或图案的人造理石板材。

本发明的一个或多个实施例提供一种工艺流程，将其他的颜色或纹理进一步嵌入进已经初步着色及形成纹理或尚未着色及未形成纹理的石英石复合材料中，例如采用本发明人之前于2016年8月30日授权的专利号9,427,896和2017年7月18日授权的专利号9,707,698的美国专利中有提到的工艺生产的单色石英材料，此处通过引用并入本文。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种设备，包括：

计算机处理器;

工具装置，其包括一个以上作业工具和着色工具;

第一装置，其被配置为支撑所述工具装置;

第二装置，其被配置为响应来自所述计算机处理器的指令，当所述工具装置被所述第一装置支撑时沿x方向，y方向和z方向移动所述工具装置；和

操作平台，其上铺设颗粒材料；

其中所述第一装置相对于所述操作平台配置，以使得所述工具装置的作业工具被择一地构造成沿z方向下降至所述材料中，并且所述工具装置被配置为响应来自计算机处理器的指令，在x和/或y方向上移动，同时所述择一配置的作业工具随之对所述材料进行物理操作；

所述着色工具，其被配置为在所述作业工具物理操作材料之后或同时对所述被物理操作的材料区域进行染色。

进一步的，所述操作平台和材料之间铺设可移动构件和/或所述操作平台是传送装置或传送带上的一部分并且所述传送装置或传送带被配置为响应来自计算机处理器的指令运行。

进一步的，所述作业工具是辗压工具；在其对所述材料进行物理操作状态下，所述辗压工具被配置为绕z轴旋转定向，在基本平行于操作平台的平面内，其经过所述材料形成通道或沟痕；相应的，所述着色工具，其被配置为随同所述辗压工具绕z轴定向并随之在x和/或y方向上移动，和在所述碾压工具经过所述材料之后对其所形成的沟痕或通道部位进行染色。

具体的，所述辗压工具可以是轮式工具，如压轮，所述压轮可随着前进方向转向定位通过滚动压过所述操作平台上的材料。

所述辗压工具也可以是铲式工具，如铲子，其具有弯曲的前表面，在移动中推动所述传送带上的材料。

所述作业工具也可以是搅拌工具；在其对所述材料进行物理操作状态下，所述搅拌工具被配置为绕z轴旋转，在基本平行于操作平台的平面内，其通过旋转与移动搅动和翻动所述材料；相应的，所述着色工具，其被配置为随同所述搅拌工具在x和/或y方向移动并在所述搅拌工具搅拌翻动所述材料的同时对该被搅拌翻动区域的材料表面进行染色。

所述工具装置不同时作业，而是择一地或次第地进行作业，即对所述操作平台或传送带上的材料进行物理操作。

具体的，所述着色工具可以是喷射工具，如通用的由计算机控制的工业喷枪等。

进一步的，所述设备还可以包括台式结构；所述第一装置在所述台式结构上沿x和y方向移动。

进一步的，所述设备还包括框架结构，其可移动地设置于所述操作平台或传送带上，具有形成封闭周界的多个构件，所述操作平台或传送带上的材料位于该封闭周界内。

所述框架结构可以被配置为响应来自计算机处理器的指令而升高和降低。

进一步的，所述设备还包括一个构件；所述第一装置在所述构件上沿y方向移动，并且所述构件在所述台式结构上沿x方向移动。反之亦可，即所述第一装置在所述构件上沿x方向移动，而所述构件在所述台式结构上沿y方向移动。

进一步的，所述作业工具配置为响应计算机处理器的指令而沿z轴方向上移动定位，和绕z轴旋转或旋转定向；

所述着色工具配置为响应计算机处理器的指令定向，定时，定量地对材料进行着色。

本发明同时提供了一种方法，其包括以下步骤：

（1）对材料进行物理操作：

将工具装置的作业工具择一地沿z方向降低至材料之中，所述材料铺设于操作平台上；通过在所述材料中沿基本平行于操作平台的平面移动所述作业工具而在其作业区域内形成通道或沟痕，或者搅拌翻动所述材料；

（2）对上述物理操作区域或该区域的材料进行染色处理：

利用着色工具在所述作业工具物理操作材料之后对因之而形成的通道或沟痕部位进行染色，或在所述作业工具搅拌翻动的同时对该材料区域进行染色；

（3）压制上述材料，所述沟痕被压合和/或材料颗粒被固定成板坯；

其中所述材料是颗粒材料。

更好的，所述操作平台是传送装置或传送带的一部分，所述传送装置或传送带响应来自计算机处理器的指令运行。

相应的，步骤（1）中，所述作业工具是辗压工具和/或搅拌工具；两者分别或次第地对所述材料进行物理操作；在基本平行于所述传送带的平面内，所述辗压工具，如压轮或铲子等，其滚过或推过所述材料形成通道或沟痕，所述搅拌工具，如搅拌片或搅拌爪等，可以旋转移动搅拌和翻动所述材料；

相应的，步骤（2）中，所述着色工具在所述碾压工具，如压轮或铲子等，物理操作所述材料之后对其所形成的沟痕或通道部位进行染色，或者在所述搅拌工具物理操作所述材料的同时对该被搅拌翻动区域的材料表面进行染色。所述着色工具可以是采用工业喷枪或其他常规的染色装置，所用的染料可以是液态，也可以是固态粉末等。

所述步骤（1）-（2）中，所述操作平台和材料之间设置可移动构件；

步骤（3）中，前述经物理操作和染色后的材料整体通过可移动构件移入真空压机内压制。

工具装置可拆卸地连接到第一装置；在x和y方向上移动第一装置以在x和y方向上移动所述工具装置，所述作业工具，如可以是辗压工具或搅拌工具等，其与所述工具装置可拆卸地连接，从而使所述作业工具随着所述工具装置在x和y方向上移动，以便择一或次第地对所述材料进行物理操作，如所述辗压工具通过滚动或推动在所述材料上形成沟痕或通道；所述搅拌工具旋转移动搅拌和翻动所述材料。

进一步的，所述第一装置在台式结构上沿x和y方向移动。

进一步的，所述第一装置还可以安装在一个构件上；所述构件在台式结构上沿x方向移动，以使所述第一装置随之沿x方向移动；并且，所述第一装置在所述构件上沿着y方向移动。

进一步的，所述材料位于可移动地设置在操作平台或传送带上的框架结构的封闭周界内。所述框架结构可以配置为响应来自计算机处理器的指令而升高和降低。

更进一步的，所述工具装置及其作业工具，例如压轮，铲子，或者搅拌片/爪等，可以是响应来自计算机处理器的指令定位和对所述操作平台或传送带上的材料进行物理操作；

所述着色工具，例如可以是工业用喷枪等，也可以是响应来自计算机处理器的指令定位并且定时定量定向地对所述区域或材料进行染色。

利用本发明所公开的设备和方法可以生产制造出具有更接近天然大理石材的自然纹理及色彩的人造理石，且其工艺过程简单，操作灵活，有效地解决了现有技术中人造理石相比天然石材缺乏自然纹理及色彩的问题，在现代生产生活、建筑及商业领域，人造理石产品需求日益繁荣，尤其品种需求更加多样化和纹理色彩更天然的需求趋势下，本发明的技术优势突出且由此而产生的经济效益亦极为可观。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的设备的左侧，顶部和前部俯视图，其中设备处于第一状态，使用了轮式工具;

图2示出了图1的设备的一些部件的近距离透视图；

图3示出图1的设备的顶部视图，图1的装置处于第二状态;

图4示出了图1的设备的一些部件的近距离透视图;

图5示出了图1的设备的一些部件的近距离前视图;

图6示出了带有搅拌工具的图1所示的一些部件的近距离透视图;

图7示出了在第三状态下带有搅拌工具的图1设备的顶部，左侧和前部透视图;

图8示出了处于第四状态的带有搅拌工具的图1设备的一些部件的顶部，左侧和前部透视图;

图9示出了与图1的设备一起使用的喷色工具和轮式工具的透视图;

图10示出了在本发明的至少一个实施例中用于图1的设备的部件结构框图;

图11示出了带有搅拌工具的图10所示喷色工具大部分，例如顶部，左侧和前部透视图。

图12示出了可以与图9的着色工具配合使用的另一个工具的结构图;

图13示出了用本发明碾压轮碾压及喷色后制成的成品板材的照片; 且

图14示出了用本发明搅拌片搅拌及喷色后制成的成品板材的照片。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例设备1的左侧，顶部和前部视图，其中设备1处于第一状态，使用了轮式工具3。图2示出了使用了轮式工具3的图1所示设备1的一些部件的近距离透视图。图3示出了图1所示设备1处于第二状态的的顶部视图。图4示出了设备1的一些部件的近距离透视图，其中还示出了轮式工具3。图5示出了轮式工具3的一些部件的近距离前视图。图6示出了图1所示设备1的一些部件的特写透视图，以及附加的替代部件，该附件是搅拌工具17。图7示出了所述设备1处于第三状态的顶部，左侧和前部透视图，其中使用了搅拌工具17。图8示出了所述设备1处于第四状态使用了所述搅拌工具17的一些部件的顶部，左侧和前部透视图。图9示出了工具装置6和轮式工具3的透视图。 图10示出了在本发明的至少一个实施例中与图1所示的设备1一起使用的部件的结构框图100。图11示出了图9所示的工具装置6的大部分结构或构件的顶部，左侧和前部透视图，其中使用了搅拌工具17。图12示出了可以装配到图9的工具装置6的铲式工具50的构件。

如图1所示，设备1包括台式结构2，矩形结构4，工具装置6，框架结构8，传送装置10，垫纸14。

台式结构2包括构件2a，2b，2c，2d和支柱2e，2f，2g和2h。所述台式结构2位于或搁置在图中未予示出的基座或壳体上，使得所述台式结构2固定在一个位置。

矩形结构4包括构件4a，4b，4c和4d，轨道5a和5b以及构件5c，5d，5e和与5c相对的另一个构件，图中未示出。矩形结构4沿着台式结构2的构件2b和2d，沿与和其平行的方向D1和D2滑动，构件5d和5e在构件2d上的轨道23b的顶部滑动，及部件5c，和未标示出的与之相对的另一构件，在相对于构件2b的轨道23a的顶部滑动。构件5d和5e及构件5c和前述未于图中标示出来的与5c相对的另一构件，均具有狭槽，以便轨道23b和23a被嵌入其中，以使得所述构件5d和5e，及5c和与其对应的未标示于图上的构件，分别在所述轨道23b和23a上滑动。

又如图1,2,4和9所示，所述工具装置6包括构件7a，7b，7c，7d，轴构件6a，构件7e，7f，7g，7h，7i，延伸部分15a，15b，15c和15d，以及构件19a，19b，19c，19d，狭槽21a，21b。其中，轮式工具3可以可拆卸地装配到所述工具装置6上。轮式工具3可以包括轴构件3a，其通过构件6k和6j安装到工具装置6上。轮式工具3还包括碾压轮3i，U形支架3e（其包括如图5所示的构件3f，3g和3h），槽3b，喷色工具或工业喷枪3l，销或轴构件3k，构件 3m，压缩空气管3c和色料管3d，以及销或轴构件3j。

工具装置6还可以包括喷色工具或工业喷枪6g和6h，销构件6i，压缩空气管6c，6e和色料管6d，6f以及构件6p和6n。

工具装置6顺着轨道5a和5b按方向D3和D4滑动，如图1所示，垂直于台式结构2的构件2b和2d，轨道5a嵌入槽21b中，轨道5b同时嵌入槽21a中，使得构件19c和19b架在轨道5a上，并且构件19d和19a架在轨道5b上。还可以提供在构件8a-d的周界内用于在平行于传送带顶部10f的平面内移动轮式工具3或铲式工具17或搅拌工具50的其它结构或方法。

如图1所示，框架结构8包括形成矩形结构和周界的构件8a，8b，8c和8d，将材料12置于传送装置10的顶部10f上的垫纸14上，所述材料12可以是石英石基复合材料颗粒，如包括磨碎的石英岩，碎玻璃，岩石，鹅卵石，砂，壳，硅以及其他无机材料，及聚合物，粘合剂，树脂，着色剂，染料等组合在一起形成。构件8a，8b，8c，8d和传送带10e的顶部10f的一部分形成开口箱结构，其中所述材料12被放置在垫纸14上，垫纸14位于传送带10e顶部的10f上，在构件8a，8b，8c和8d所构成的周界区域内。框架结构8还包括如图3所示的伸出部分8l，8e，8f和8g，如图1所示的位于所述伸出部分下的4个支柱或构件8j，8h（另两个图中未标示出），及与所述伸出部分及支柱相对应的如图1所示的4个基座8i和8k（另两个图中未标示出）。框架结构8允许构件8a-d的框架或组合平行于台式结构2的构件2a-d的框架或组合，并顺支柱2f沿方向D5或D6向上或向下移动以升高或降低构件8a-8d的框架或组合。框架结构8可以是或可以包括液压提升装置和用于控制的电源。由之前述构件8j和8h及另两个图中未标示出的相应的构件可以是液压缸，它们是用于上下移动框架结构8的液压装置的一部分。

传送带结构10包括如图1所示的轴构件10b和10d，辊子10a和10c以及传送带10e，其如图1所示具有顶部10f和底部10g。

图1示出了在材料12已经被均匀地铺设在垫纸14上的初始阶段或生产状态，该垫纸14位于传送带10e的顶部10f的一部分上，其中该部分传送带10e位于构件8a，8b，8c和8d构成的周界区域内。所述工具装置6可以安装在构件4a，4b，4c和4d所构成的框架上，和/或在所述4a-d所构成的框架上移动，且上述框架可以沿着台式结构2移动，以使所述工具装置6在伺服电机的控制下在x,y平面上移动，其中伺服电机可以位于图1所示的构件7e的内部和/或成为图1所示的构件7e的一部分，且/或位于台式结构2和/或框架装置4内。

构件3l，6g，54可以是喷洒染料的装置，例如标准工业喷枪。如图11所示，针对材料12上的染料喷洒区域及色料用量都可以由计算机处理器104来控制。

工具装置6，如图9所示，通过构件6k和6j与轮式工具3相连接，如图4所示。轮式工具3的支架3e可以由工具装置6上的伺服电机7a驱动其轴构件3a转向，以实现碾压轮3i根据不同的色彩或纹理的要求而定向，并使得喷色装置或喷枪3I始终沿碾压轮3i行进方向而位于所述碾压轮的后方。例如，图2中的碾压轮3i示出为垂直于构件8d，但是它将由伺服电动机7a来驱动转向，以平行于构件8d或与构件8d成一定角度。碾压轮3i也可以绕轴3j旋转，如图2所示，碾压轮3i的定向可以由图11所示的计算机处理器104控制。碾压轮3i可由计算机处理器104控制，由伺服电机7d驱动从材料12中升起或降低到材料12中，碾压轮3i的作用是通过在材料12上碾压出沟痕30a或30b，如图3所示；一个包含构件3I的装置，如图4所示，如前所述，可以是工业用喷枪，被置于碾压轮3i作业行进方向的后面，负责将色料喷洒到碾压轮3i碾压而成的沟痕或通道的侧壁（例如30a和30b）上。可以使用与装置3I类似或相同的多个喷色工具，使得可以施加多种色料。

或者，可以使用图12所示的诸如铲式工具50b的来形成矩形或V形沟痕。

图2示出了嵌入材料12中的碾压轮3i，其中在碾压轮3i后面具有喷色工具3I，即，碾压轮3i向前行进，使得其首先碾压通过材料12形成碾压沟痕，喷色工具31紧随其后并喷色于沟痕内壁。如前所述，所述喷色工具可以采用工业喷枪。

图3示出了由材料12中的碾压轮3i碾压出的沟痕30a和30b。为了在材料12中形成诸如沟痕30a和30b的轨迹，碾压轮3i从材料12中提升起，重新定位及转向（即相对于材料12旋转碾压轮3i的方向，如可根据具体的纹理及或色彩的设计并由计算机处理进行控制），并相对于框架结构8的一个边框构件如8d，然后将所述碾压轮3i降低到材料12中。如图2所示，碾压轮3i基本上垂直于构件8d，但是碾压轮3i可以相对于构件8d改变方向，使得碾压轮3i平行于构件8d，或者相对于构件8d形成某个其他角度，通过转动轴构件3a，以改变所述碾压轮3i相对于构件8d的方向，换句话说，喷色装置3I总是可以被置于碾压压轮3i的行进方向上并位于碾压轮3i的后面（可由伺服电机7a驱动及由计算机控制其转向），并且仅在压轮3i形成碾压沟痕后向沟痕内喷色。

当完成了构件8a，8b，8c和8d所围成的周界区域内的整个压痕轨迹后，通过拉动垫纸14并转动传送带10e将材料12转移到真空压机内压制。当真空压机压头下降到材料12上时，先前如图3所示由碾压轮3i所形成的碾压轮沟痕30a和30b等被压合，着色的沟痕侧壁将倾向于被压合在一起，进而在材料12所形成的板坯被固化，再经研磨和抛光之后，在所述板坯表面上形成仿天然石材的色彩及纹理等。

又如图6所示，给出了本发明的另外的实施例，其采用了搅拌工具17，还采用了两个独立的具有角度或者角度或调节的喷枪6g和6h；并可根据具体的产品设计要求具体采用。在至少一个实施例中，搅拌片17b被降低至材料12内，同样的，所述材料12可以是石英石基复合材料颗粒，使得当其旋转时，材料12的料块或颗粒被不停的或快速地搅拌翻动，于此同时一个或多个喷色工具，如喷枪6g和/或6h将色料喷射到暴露的材料12的料块的表面上，尤其是被搅拌片搅拌翻转的区域的材料表面。而色料的喷射量及喷射模式，搅拌片的旋转速度及其行走轨迹，在至少一个实施例中，可由图10所示的计算机处理器104控制。通常，离搅拌工具17的轴构件17a和17b的旋转轴线越远，沉积的色料越少。也即这一操作的目的在于当所述材料12的料块被不停地或快速翻搅时，随机被翻出的料块会有更多面积被喷枪着色。

该过程一旦完成，包括特定区域被染色的材料12将被移至真空压机内压制成板坯，进而被固化成形，又被研磨抛光，这时前述所形成色痕纹路即会在成品板材表面显现出来。

由于只有料块的表面会被喷上色，压制，固化，研磨后显现出的色纹，喷色时料块越大，研磨后纹路越长，料块越小，研磨后显现的纹路越短。一般可以通过调整配方来控制材料料块的大小。通常，配方中使用的较多的树脂和较高百分比的细目数的石英粉将导致产生较大块的石英石复合材料料块。

如图9所示的轮式工具3或如图12所示铲式工具50及如图6所示的搅拌工具17的不同加工过程可以单独或者按序采用，以实现设计所需的色彩纹路。碾压轮3i，搅拌片17b和铲子50b中的任一工具可以被认为是用于物理操纵材料12的作业工具。

支撑工具装置6的台架或类似构件可以采用常规的CNC龙门数控机结构，也可以采用标准的多轴工业机器人。

在本发明的至少一个实施例中与图1的设备1一起使用的部件的框图100，如图10所示。其中的所有组件可以是图1的设备1的一部分。框图100包括计算机交互装置102，其可以是任何类型的计算机交互装置，例如触摸屏，计算机键盘，计算机鼠标等等；框图100还包括计算机处理器104，计算机存储器106，以及矩形结构（装置）4，工具装置6，框架结构（装置）8，传送装置10，如图1所示。在至少一个实施例中，计算机可以控制碾压轮3i，喷色工具6h，6g，54，例如可以是标准工业喷枪，以根据本发明的一个或多个实施例喷涂材料12。计算机处理器104可以通过伺服电机7h来控制工具装置6的移动，例如位于壳体构件7e内（如图11所示），在轨道5a和5b上顺着方向D3或D4移动，如图1所示。计算机104可以通过伺服电机7t（如图3中所示）控制矩形（框架）结构4的运动，例如通过控制架于轨道23a和23b上构件4b和4d沿着方向D1或D2移动，实现矩形（框架）结构4的移动，如图1所示。

计算机存储器106可以存储关于轮式工具3（包括碾压轮3i）或铲式工具50等应该穿过的预定路径或搅拌工具17应该穿过的预定路径的包括诸如坐标，方向及其他数据或信息，也可以存储关于色料量的数据或信息，比如喷射到正被搅拌叶片搅拌翻动的区域的色料量的数据等。所述计算机处理器104可以被编程以获取上述数据或信息，从而控制工具装置6，轮式工具3，铲式工具50，搅拌工具17，喷色工具等的作业或施工。

计算机处理器104还可以控制伺服电机7a，从而控制轮式工具3的轴构件3a，如图9所示，或搅拌工具17的轴构件17a，如图6所示，或铲式工具50的轴构件50a，如图12所示。

计算机处理器104通过与工具装置6的链接，还可以通过电磁开关（图中未示出）来控制喷色工具或喷枪，例如图9所示的喷色工具或喷枪6g，6h和3I，及如图12所示的喷色工具或喷枪54。管构件3c, 6c, 6f分别是喷枪3l, 6h, 6g的压缩空气管，其用于将压缩空气输入到相应的喷色工具或喷枪中，管构件3d, 6d, 6e分别是喷枪3l, 6h, 6g的液体色料管，即用于以相应的喷色工具或喷枪中；具体的喷色装置3I, 6h, 6g可以是标准工业喷枪。

在至少一个实施例中，压缩空气由计算机处理器104控制的标准电磁开关（图中未示出）打开和关闭，需要时，所述电磁开关可以实现每秒开关50次，所述开关的开启会使色料从喷枪装置中喷出，所述开关关闭时会阻止使色料从喷枪中喷出。

计算机处理器104与框架结构8链接，如图1所示，可以控制构件8j，8h及图中未示出对边相应的构件升高和降低构件8a-d的组合，从而将框架结构8的构件8d和相应的构件8b，沿着D5和D6的方向移动。所述的构件8j，8h可以为液压缸。

计算机处理器104与传送装置10链接，可以控制轴构件10a和10d转动（由伺服电机驱动，这里未示出），使得辊子10a和10c围绕其轴和相应的轴线旋转，从而使传送带10e旋转，使得传送带10e的每个部分循环移动，即传送带10e沿D1方向移动，从辊子10c的上方向下方滚动，然后沿D2方向移动，从辊子10a的下方向上方滚动，如此循环往复。传送带10e移动的速度可以通过计算机104控制轴10b或10d的旋转速度来调节。

如图11示出了图9的具有喷色工具的工具装置6的顶部，左侧和前透视图，其同时具有搅拌工具17，其搅拌片17b插入材料12中，在其快速搅动和翻动材料12的同时，喷色工具向所述被搅动或翻动区域的材料表面喷射色料并最终形成所需要的色彩和纹理。

图12示出了可以安装到工具装置6的铲式工具50的结构示意图。工具50可以包括棒，杆或轴构件50a和铲子50b。所述工具50可以包括支架52，喷枪54和管构件56a和56b，所述管构件56a和56b分别与所述喷枪54相连接，分别用于向其提供压缩空气和液体色料。如前所述，喷枪54可以由计算机处理器104控制。

在本发明的至少一个实施例中，提供了一种包括以下步骤的方法：

首先，垫纸14被放置在传送带的顶部10f上。接下来，框架结构8下降到传送带的顶部10f上。然后，材料12被布设到由构件8a，8b，8c和8d限定的区域内的垫纸14上，所述材料12为石英石基的复合材料颗粒。

接下来，搅拌和翻动材料12同时在被搅拌翻动区域的材料进行喷色处理。典型的，如使用图6所示的具有搅拌片17b的搅拌工具17。具体的，搅拌片17b下降到材料12中，搅拌片17b由装置6的伺服电机7a驱动，其启动或停止时间和转速均通过计算机处理器104控制轴构件17a转动，以带动旋转片17b围绕17a的纵轴旋转，以搅拌和翻动材料12，同时受计算机处理器104的控制，通过使用如图6所示的装置6g和6h将色料喷射到被搅拌翻动的材料12的轨迹区域上，如此，工具装置6按预先设计的路径在基本平行于所述垫纸14或传送带的顶部10f的平面内穿过材料12。

下一步，如设计需要，可将搅拌工具17更换为按轮式工具3，如图2所示，轮式工具3的功能是通过将碾压轮3i向下碾压材料12，对碾压轮3i重新定向，可以是接受计算机处理器的控制指令并由伺服马达7a驱动旋转轴构件3a以使碾压轮3i确定方向。碾压轮3i将沿某个方向滚动，则当工具装置6在平行于传送带顶部10f或垫纸14表面的平面内移动时，喷枪3l将始终位于碾压轮3i的后方。

通常，搅拌工具17可以通过工具装置6的构件6k进行装配替换为碾压轮3，反之亦可。根据对材料12设计施工的具体要求，实际生产加工过程中，可以只用搅拌工具17执行相应功能完成石英石基人造理石板材的生产加工，也可只使用轮式工具3来完成相应的加工，或者还可以通过一个接一个次第更换和通过构件6k装配有关作业工具来最终完成该生产加工工艺。

再下一步，升高工具装置6，使得搅拌片17b或碾压轮3i从材料12中提离，框架结构8可以升高，垫纸14可以被拉出而将完成做色的材料12移动到下一个道工序。比如将上述材料12转移到真空压机内压制；通过压制的步骤使着色的沟痕侧壁倾向于被压合在一起；进而对其进行固化，继而经过研磨和抛光，在板坯表面上形成仿天然石材的色彩及纹理等。

图13示出了根据本发明实施例的成品板材200的简化图像，压合沟痕202和204而形成的色彩纹路是由轮式工具3的碾压轮3i碾压后并喷色而形成的。

图14示出了根据本发明的另一实施例的成品板材300的简化图像，其最终压合并混合沟痕302和304而形成的色彩纹路是次第经由轮式工具3的碾压轮3i碾压后喷色和搅拌工具17的搅拌片17b的搅拌翻动并同时喷色的组合作业形成的。

根据本发明可知，工具装置的作业工具可以是碾压工具，如轮式工具，铲式工具等，也可以是搅拌工具，如具有搅拌片或搅拌爪等的工具，或者其他能够伸入颗粒材料中并在基本平行于传送带表面或材料表面的平面内按一定的轨迹移动的同时在材料上形成沟痕或搅动并翻动材料颗粒的作业工具；其着色工具，则可以包括喷射液态染料的工业喷枪或洒放固态颗粒状染料的常规工具等等。且无论作业工具或是着色工具，其定位，定向，作业速度等，及着色工具的适时开启和关闭，及着色的定向，定量等，均可配置为响应所述计算机处理器的控制指令并进行相应的操作。具体的作业工具的操作可以是单纯由在碾压工具按一定的轨迹形成一条以上的沟痕，也可以是单纯由搅拌工具按一定的轨迹进行搅动和翻动的操作，或者是上述两种以上的作业工具次第作业的其他组合。

在至少一个实施例中，用于控制轮式工具3的碾压轮3i的x，y，z位置或搅拌工具17的搅拌片17b的x，y，z位置及相应的台式或框架结构，喷射颜色或采用其他作色方式时作色的定时和定量，其中可以框架结构4以及台面结构2，可以是通用的CNC龙门数控机结构，也可以由多轴通用工业机器人来实现，例如在本发明人于2017年6月6日发布的美国专利9,671,274中所示那样。此处通过引用并入本文（见美国专利9,671,274，第4栏，第10-17页）。

虽然已经通过参考其具体实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明的许多改变和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本专利意图可以合理地并且适当地将本发明对技术领域做出的贡献，包括可能产生的所有改变和修改囊括在专利范围内。

Claims (21)

1.一种设备，包括：

计算机处理器;

工具装置，其包括一个以上作业工具和着色工具;

第一装置，其被配置为支撑所述工具装置;

第二装置，其被配置为响应来自所述计算机处理器的指令，当所述工具装置被所述第一装置支撑时沿x方向，y方向和z方向移动所述工具装置；和

操作平台，其上铺设颗粒材料；

其中所述第一装置相对于所述操作平台配置，以使得所述工具装置的作业工具被择一地构造成沿z方向下降至所述材料中，并且所述工具装置被配置为响应来自计算机处理器的指令，在x和/或y方向上移动，同时所述择一配置的作业工具随之对所述材料进行物理操作；

所述着色工具，其被配置为在所述作业工具物理操作材料之后或同时对所述被物理操作的材料区域进行染色。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述操作平台和材料之间铺设可移动构件和/或所述操作平台是传送装置或传送带上的一部分并且所述传送装置或传送带被配置为响应来自计算机处理器的指令运行。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述作业工具是辗压工具；

在其对所述材料进行物理操作状态下，所述辗压工具被配置为绕z轴旋转定向，在基本平行于操作平台的平面内，其经过所述材料形成通道或沟痕；

所述着色工具，其被配置为随同所述辗压工具绕z轴定向并随之在x和/或y方向上移动，和在所述碾压工具经过所述材料之后对其所形成的沟痕或通道部位进行染色。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于：

所述辗压工具是轮式工具或铲式工具。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述作业工具是搅拌工具；

在其对所述材料进行物理操作状态下，所述搅拌工具被配置为绕z轴旋转，在基本平行于操作平台的平面内，其通过旋转与移动搅动和翻动所述材料；

所述着色工具，其被配置为随同所述搅拌工具在x和/或y方向移动并在所述搅拌工具搅拌翻动所述材料的同时对该被搅拌翻动区域的材料表面进行染色。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于:

还包括台式结构；所述第一装置在所述台式结构上沿x和y方向移动。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于：

还包括一个构件；所述第一装置在所述构件上沿y方向移动，并且所述构件在所述台式结构上沿x方向移动。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于:

还包括框架结构，其可移动地设置于所述操作平台上，具有形成封闭周界的多个构件，所述材料位于该封闭周界内。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：

所述框架结构被配置为响应来自计算机处理器的指令而升高和降低。

10.如权利要求1-9任一所述的设备，其特征在于：

所述作业工具配置为响应计算机处理器的指令而沿z轴方向移动定位，和绕z轴旋转或旋转定向；

所述着色工具配置为响应计算机处理器的指令定向，定时，定量地对材料进行着色。

11.一种方法，其包括以下步骤：

（1）对材料进行物理操作：

将工具装置的作业工具择一地沿z方向降低至材料之中，所述材料铺设于操作平台上；通过在所述材料中沿基本平行于操作平台的平面移动所述作业工具而在其作业区域内形成通道或沟痕，或者搅拌翻动所述材料；

（2）对上述物理操作区域或该区域的材料进行染色处理：

利用着色工具在所述作业工具物理操作材料之后对因之而形成的通道或沟痕部位进行染色，或在所述作业工具搅拌翻动的同时对该材料区域进行染色；

（3）压制上述材料，所述沟痕被压合和/或材料颗粒被固定成板坯；

其中所述材料是颗粒材料。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

步骤（1）中，所述作业工具是辗压工具和/或搅拌工具；两者分别或次第地对所述材料进行物理操作；所述辗压工具经过所述材料形成通道或沟痕，所述搅拌工具通过旋转移动搅拌和翻动所述材料；

步骤（2）中，所述着色工具在所述碾压工具物理操作所述材料之后对其所形成的沟痕或通道部位进行染色，或者在所述搅拌工具物理操作所述材料的同时对该被搅拌翻动区域的材料表面进行染色；

所述步骤（1）-（2）中，所述操作平台和材料之间设置可移动构件；

步骤（3）中，前述经物理操作和染色后的材料整体通过可移动构件移入真空压机内压制。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：

所述辗压工具是轮式工具或铲式工具；

所述搅拌工具通过搅拌片的旋转移动搅拌和翻动所述材料。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

工具装置可拆卸地连接到第一装置，在x和y方向上移动第一装置以在x和y方向上移动所述工具装置；

步骤（1）中，所述作业工具与所述工具装置可拆卸地连接，并绕z轴旋转定向或旋转，进而随着所述工具装置在x和/或y方向上移动，以便择一或次第地对所述材料进行物理操作。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

步骤（1）-（2）中，第一装置在台式结构上沿x和y方向移动。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

步骤（1）-（2）中，第一装置安装在一个构件上；所述构件在台式结构上沿x方向移动，以使所述第一装置随之沿x方向移动；并且，所述第一装置在所述构件上沿着y方向移动。

17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

步骤（1）-（2）中，所述材料位于可移动地布设在所述操作平台上的框架结构的封闭周界内。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：

所述框架结构响应来自计算机处理器的指令而升高和降低。

19.如权利要求11-18任一所述的方法，其特征在于：

所述染色处理，是利用喷射工具喷色实现的。

20.如权利要求11-18任一所述的方法，其特征在于还包括：

所述工具装置及其作业工具响应来自计算机处理器的指令定位定向和对所述操作平台上的材料进行物理操作；

所述着色工具响应来自计算机处理器的指令定位，并定时定量定向地对所述区域或材料进行染色。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：

所述操作平台是传送装置或传送带的一部分，所述传送装置或传送带响应来自计算机处理器的指令运行。