CN1535893A - 计算机控制的用于船体表面修整和涂漆的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种计算机控制的使用机器人对船体表面修整及涂漆的方法，包括以下步骤：分析船壳和/或上层建筑以找到缺陷；在缺陷处施加修整材料；光整这些缺陷处以使其与船壳和/或上层建筑平齐；以及对船壳和/或上层建筑完成涂漆这一最后的工序。

Description

计算机控制的用于船体表面修整 和涂漆的方法及装置
本申请是申请号为00128338.3、申请日为2000年11月17日的、发明名称为“计算机控制的用于船体表面修整和涂漆的方法及装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及船体的自动修整和涂漆，且本发明特别涉及用于分析表面缺陷，修整(fairing)，施加可雾化的修整材料(fairing compound)，以及涂漆的计算机控制机器人装置的使用。
背景技术
当今，普通的船只采用已被时间证实可行的技术和方法来建造。已知修整是制造过程的一部分。修整是一个使不光滑表面被填充、打磨且涂底漆以为涂漆作准备的过程。作为造船工业中使用的修整过程，它几乎专门对游(快)艇的外表面采用，这样可以大大地提高在专业修整过的船壳或上层建筑上的涂漆的美观质量使涂漆完毕的表面呈均匀的镜面般的质量。由于所耗费的成本和时间以及该过程的纯美观特性使商业和军用的船只几乎不进行修整。
修整是通过分析船体的外表面来找到缺陷并随后使用某种技术来从船体或上层建筑上清除该缺陷来完成。通常，技术熟练的船员使用手操纵的气动工具、手操纵的电动工具，单纯的手动工具或它们的任意的组合来进行这个过程。第一个步骤是通过使用直角边，长板或标尺“测绘”或标出船体表面的缺陷来分析船壳或上层建筑表面的缺陷。下一个步骤包括涂底漆，通常是一种用于喷涂的底漆。在“测绘”和涂底漆步骤后，任何深度大约大于1/8英寸的缺陷被用镘刀或长金属散布器以可用镘刀涂抹的修整材料填充。当可用镘刀涂抹的填料硬化后，用附有砂纸的手块或长板以及手动的打磨器进行手动打磨。当被修整的表面相对光滑及平顺后，可选择的最后的工序是使用手动操纵的喷射装置喷涂可雾化修整材料。一旦所有的修整材料已被施加且已被手动打磨，就对已修整过的船壳或上层建筑涂底漆以及涂漆，然后就完成了修整和涂漆过程。
使用目前的方法，5000平方英尺不平整面积的表面大约需要每平方英尺2.2工时或总共11000工时来将不平整表面修整到高质量的表面，即“游艇的质量”的最终涂漆的表面。相关的工业，如汽车制造工业，已通过使生产过程某方面自动化来尝试解决这个由手来完成大量任务所带来的效率低下。例如，授予Veciello的美国专利4532148描述了通过在臂上连接有旋转钟型雾化装置的机器人来实现的汽车自动喷漆系统。尽管这个发明对于大规模生产的汽车的喷漆是足够的，但它只能用于喷漆。
授予Kiba等人的美国专利4498414描述了一种汽车喷漆机器人。这个机器人被设计成在装配线上给汽车喷漆并具有附加的特征，即能够打开车门以更靠近汽车来喷漆。
以上的专利涉及自动喷漆机器人以及用于用机器人喷漆的系统，同时授予Andoe的美国专利5571312描述了一种可以由机器人涂覆到船体上的涂覆材料。
上面的参考文献(上述各文献被引作参考)中没有一个描述了用于修整船体的方法。另外，船体工业还没有发明出一种自动方法来节省消耗在船体和上层建筑修整上的时间和花费。
发明内容
结果，本领域中需要一种自动修整船体以节省时间和花费并保证修整精度的方法。
本领域中还需要一种采用带有可互换工作头的多功能机器人的自动修整方法。
本发明通过提供自动技术来对船体的船壳及上层建筑进行分析，修整以及涂漆以节省材料成本、劳动力，并通过提供计算机控制的精确的修整来满足技术上的需求。
本发明优选的实施例是一种使用机器人系统来修整船体的船壳或上层建筑的由计算机控制完成的方法，机器人系统包括多个机器人，这些机器人放置在可动装置上并且具有带有各种固定装置的可绕各种控制轴运动的臂。该方法包括：设置船体以使机器人可以接近船壳和上层建筑；分析船壳和上层建筑以找到缺陷；在缺陷处施加修整材料；打磨修整材料以使其与船体或上层建筑平齐；清除任何由打磨过程产生的材料尘屑；以及在船壳或上层建筑上涂底漆及喷漆的步骤。
在本发明的另一个优选的实施例中，机器人被设置在导管或台架上以便移动。
在本发明的另一个优选的实施例中，机器人带有可用于固定及操纵各种附件的臂。
在本发明另一个优选的实施例中，分析步骤还包括使用固定在机器人上的利用激光的表面测绘系统。
在本发明的另一个实施例中，分析步骤还包括使用固定在机器人上的利用雷达的表面测绘系统。
在本发明的另一个实施例中，修整材料施加步骤还包括使用固定在机器人臂的末端的喷洒装置。
在本发明的另一个实施例中，修整步骤还包括使用固定在机器人臂末端的相互连接的研磨装置和真空装置。
在本发明的另一个实施例中，喷漆步骤还包括使用固定在机器人臂末端的第二喷洒装置。
在本发明的另一个实施例中，步骤中还包括使用为机器人所用的可互换附件。
于是，本发明的一个目的是使用机器人通过应用表面测绘激光器或雷达来分析在船体的船壳或上层建筑中的缺陷。
本发明的另一个目的是以机器人使用施加喷涂材料的喷洒装置来喷涂可雾化修整材料，这些修整材料是修复在船体的船壳或上层建筑中被探测到的缺陷所必需。
本发明的另一个目的是一旦修整材料被喷涂到船体上，以机器人使用研磨或打磨头来打磨该修整材料以得到光滑的表面。
本发明的另一个目的是通过真空管或其它类似的清理装置来从工作区清除由打磨过程产生的修整材料尘屑。
本发明的另一个目的是以机器人使用可喷漆的喷洒装置来在船体表面进行最后的喷漆过程。
本发明的另一个目的是提供用于机器人的可移动装置，来实现允许机器人与船体的船壳和上层建筑的表面完全接近的目的。
本发明的另一个目的是提供带有各种可互换工具的机器人，这些工具用于完成分析船壳缺陷，施加修整材料，打磨船壳及喷漆任务。
附图说明
从下面结合附图的说明和所附的权利要求书，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，而这些附图仅是示例性地示出了本发明的一些优选实施例。附图中：
图1是一位于自动修整系统的工作区内的船体以及根据本发明的所述系统的大致布置平面图；
图2是根据本发明优选实施例的带有台架安装机器人的自动修整系统的透视图；
图3是一水平的侧视图，示出用于根据本发明的自动修整系统和方法的导轨安装机器人和台架安装机器人；以及
图4A-4D是根据本发明的与机器人一起使用的各种头的透视图。
具体实施方式
参照附图，且具体参考其中的图1，图中显示了一自动修整系统10，其包括用于指挥机器人14运动的控制器12。所述控制器能够接收各种电输入信号以初始化机器人14使之按照预先编制的步骤进行工作。机器人14安装在平行的导轨16上以可以沿船体18的纵轴运动。船体18位于导轨16之间的机器人14的工作区内，使所述的机器人能够沿船体18的长度完全接近。
图2表示了本系统10的另一个实施例的透视图，其中可以看出在导轨16上的机器人14与台架20以及台架安装机器人22一同在船体上工作，所述台架(gantry)20和台架安装机器人22也由控制器12控制。根据该另一个实施例，台架应能够沿船体18的纵轴上下进行线性移动24，且在台架20上的机器人22应具有从一侧到另一侧的运动，以及采用伸缩装置35来升高或降低到工作表面。如对图1的说明中所述，本发明的实施例仅用机器人14工作，不用台架20，且本发明的装置包括机器人14，不包括台架20。另外，当使用台架20时，各种变动的结构在本发明的范围内也都可以采用，如当为腿支撑时可如图2所示，或者可以如图2所示带有腿支撑但从上方悬挂台架。
如图3中可以看到的，机器人14和22是液力操纵元件，其包括一基体30，一第一臂32，一第二臂34以及一终止在支撑头38处的腕部36，支撑头38与可互换的工具50、60、70及80中的任一个固接。控制器12及基体30，第一臂32，第二臂34、腕部36、支撑头38以及可互换的工具50、60、70和80有效地连接以使可互换的工具50、60、70和80能够以期望的方式运动。
图4A-4D说明了各种用在本自动修整系统10中的可互换的工具50、60、70和80。图4A中的可任选的分析器工具50用于通过使用表面测绘激光或雷达53来分析船体的表面19。这个工具利用一与腕部36锁结的连接装置51来固定。分析过程由装在机器人14和22的基体30上(而不是装在第二臂34末端)的分析装置来完成。
在图4B中的修整材料施加工具60采用了喷嘴62，其通过导管65和67分别供给高压气体64和修整材料66。该工具利用一与腕部36相连的连接装置61来固定。该工具利用一与腕部36相连的连接装置61来固定。
图4C显示了一用于对已被修整材料66处理后的区域进行打磨的可互换的打磨工具70。该工具采用一与真空管74相连的打磨装置72，真空管74用于清除由光整修整材料66产生的有毒的尘埃。一护罩76将打磨装置72和真空管74环绕。真空管穿过工具70而伸出到护罩76中与打磨装置72接近，为了图面清晰，该部分未在图4C中画出，但通过上面的描述可以理解。护罩76被用来防止尘屑四处飞扬且增强真空管74的抽吸能力。打磨工具70通过连接装置71可互换地固定在腕部36上。并且，也可使用其它的各种工具，用以清洗已被分析并已被修整材料处理过的表面；例如，水喷射装置可被用作其中一个工具，但这就需要足够多的连接装置来控制水流，并且这也潜在需要在水喷射或压力冲洗后使用干燥装置。在使用水冲洗来清洗表面时，水压按照船体的尺寸来调整(用于游艇的水压小于用于大船的水压)。此外，特别对于大船，本发明的方法只包括定位船体，用水喷射清洗，以及在修理和/或涂漆前分析缺陷或轮廓的步骤。
图4D中是表示一种可互换的涂漆工具80的透视图，漆86通过喷嘴82涂在表面上，喷嘴82分别由导管85和87供给压缩气体84和漆86。涂漆工具80通过连接装置81可互换地固定在腕部36上。
应理解的是，上文以举例的方式公开了本发明的优选实施例，且对于那些本领域的一般技术人员来说，可以在不背离权利要求书的范围和精神的前提下进行修改和变动。

Claims (4)

1.一种计算机控制的用于精修船体表面和对具有船壳的船体的船壳和上层建筑表面涂漆的装置，包括：多个被所述计算机控制的机器人，所述机器人安装在导轨上，相对所述船体可移动；多种工具，这些工具可固定在每一个所述机器人上，用于测绘所述船体表面形状，及对所述表面涂漆，其中提供了用于将修整材料施加在船体表面上所发现的缺陷处的工具以及提供了打磨所述表面以为涂漆作准备的工具。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具中的一个是一种用来清洗所述表面的水喷射装置。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具中的一个是利用激光的表面测绘系统。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具中的一个是利用雷达的表面测绘系统。
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