專(zhuān)利名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)控制的用于船體表面修整和涂漆的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船體的自動(dòng)修整和涂漆，且本發(fā)明特別涉及用于分析表面缺陷，修整(fairing)，施加可霧化的修整材料(fairing compound)，以及涂漆的計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人裝置的使用。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，普通的船只采用已被時(shí)間證實(shí)可行的技術(shù)和方法來(lái)建造。已知修整是制造過(guò)程的一部分。修整是一個(gè)使不光滑表面被填充、打磨且涂底漆以為涂漆作準(zhǔn)備的過(guò)程。作為造船工業(yè)中使用的修整過(guò)程，它幾乎專(zhuān)門(mén)對(duì)游(快)艇的外表面采用，這樣可以大大地提高在專(zhuān)業(yè)修整過(guò)的船殼或上層建筑上的涂漆的美觀質(zhì)量使涂漆完畢的表面呈均勻的鏡面般的質(zhì)量。由于所耗費(fèi)的成本和時(shí)間以及該過(guò)程的純美觀特性使商業(yè)和軍用的船只幾乎不進(jìn)行修整。
修整是通過(guò)分析船體的外表面來(lái)找到缺陷并隨后使用某種技術(shù)來(lái)從船體或上層建筑上清除該缺陷來(lái)完成。通常，技術(shù)熟練的船員使用手操縱的氣動(dòng)工具、手操縱的電動(dòng)工具，單純的手動(dòng)工具或它們的任意的組合來(lái)進(jìn)行這個(gè)過(guò)程。第一個(gè)步驟是通過(guò)使用直角邊，長(zhǎng)板或標(biāo)尺“測(cè)繪”或標(biāo)出船體表面的缺陷來(lái)分析船殼或上層建筑表面的缺陷。下一個(gè)步驟包括涂底漆，通常是一種用于噴涂的底漆。在“測(cè)繪”和涂底漆步驟后，任何深度大約大于1/8英寸的缺陷被用鏝刀或長(zhǎng)金屬散布器以可用鏝刀涂抹的修整材料填充。當(dāng)可用鏝刀涂抹的填料硬化后，用附有砂紙的手塊或長(zhǎng)板以及手動(dòng)的打磨器進(jìn)行手動(dòng)打磨。當(dāng)被修整的表面相對(duì)光滑及平順后，可選擇的最后的工序是使用手動(dòng)操縱的噴射裝置噴涂可霧化修整材料。一旦所有的修整材料已被施加且已被手動(dòng)打磨，就對(duì)已修整過(guò)的船殼或上層建筑涂底漆以及涂漆，然后就完成了修整和涂漆過(guò)程。
使用目前的方法，5000平方英尺不平整面積的表面大約需要每平方英尺2.2工時(shí)或總共11000工時(shí)來(lái)將不平整表面修整到高質(zhì)量的表面，即“游艇的質(zhì)量”的最終涂漆的表面。相關(guān)的工業(yè)，如汽車(chē)制造工業(yè)，已通過(guò)使生產(chǎn)過(guò)程某方面自動(dòng)化來(lái)嘗試解決這個(gè)由手來(lái)完成大量任務(wù)所帶來(lái)的效率低下。例如，授予Veciello的美國(guó)專(zhuān)利4532148描述了通過(guò)在臂上連接有旋轉(zhuǎn)鐘型霧化裝置的機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)的汽車(chē)自動(dòng)噴漆系統(tǒng)。盡管這個(gè)發(fā)明對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的汽車(chē)的噴漆是足夠的，但它只能用于噴漆。
授予Kiba等人的美國(guó)專(zhuān)利4498414描述了一種汽車(chē)噴漆機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)成在裝配線(xiàn)上給汽車(chē)噴漆并具有附加的特征，即能夠打開(kāi)車(chē)門(mén)以更靠近汽車(chē)來(lái)噴漆。
以上的專(zhuān)利涉及自動(dòng)噴漆機(jī)器人以及用于用機(jī)器人噴漆的系統(tǒng)，同時(shí)授予Andoe的美國(guó)專(zhuān)利5571312描述了一種可以由機(jī)器人涂覆到船體上的涂覆材料。
上面的參考文獻(xiàn)(上述各文獻(xiàn)被引作參考)中沒(méi)有一個(gè)描述了用于修整船體的方法。另外，船體工業(yè)還沒(méi)有發(fā)明出一種自動(dòng)方法來(lái)節(jié)省消耗在船體和上層建筑修整上的時(shí)間和花費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)果，本領(lǐng)域中需要一種自動(dòng)修整船體以節(jié)省時(shí)間和花費(fèi)并保證修整精度的方法。
本領(lǐng)域中還需要一種采用帶有可互換工作頭的多功能機(jī)器人的自動(dòng)修整方法。
本發(fā)明通過(guò)提供自動(dòng)技術(shù)來(lái)對(duì)船體的船殼及上層建筑進(jìn)行分析，修整以及涂漆以節(jié)省材料成本、勞動(dòng)力，并通過(guò)提供計(jì)算機(jī)控制的精確的修整來(lái)滿(mǎn)足技術(shù)上的需求。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例是一種使用機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)修整船體的船殼或上層建筑的由計(jì)算機(jī)控制完成的方法，機(jī)器人系統(tǒng)包括多個(gè)機(jī)器人，這些機(jī)器人放置在可動(dòng)裝置上并且具有帶有各種固定裝置的可繞各種控制軸運(yùn)動(dòng)的臂。該方法包括設(shè)置船體以使機(jī)器人可以接近船殼和上層建筑；分析船殼和上層建筑以找到缺陷；在缺陷處施加修整材料；打磨修整材料以使其與船體或上層建筑平齊；清除任何由打磨過(guò)程產(chǎn)生的材料塵屑；以及在船殼或上層建筑上涂底漆及噴漆的步驟。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，機(jī)器人被設(shè)置在導(dǎo)管或臺(tái)架上以便移動(dòng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，機(jī)器人帶有可用于固定及操縱各種附件的臂。
在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用激光的表面測(cè)繪系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，分析步驟還包括使用固定在機(jī)器人上的利用雷達(dá)的表面測(cè)繪系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，修整材料施加步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂的末端的噴灑裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，修整步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂末端的相互連接的研磨裝置和真空裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，噴漆步驟還包括使用固定在機(jī)器人臂末端的第二噴灑裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，步驟中還包括使用為機(jī)器人所用的可互換附件。
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是使用機(jī)器人通過(guò)應(yīng)用表面測(cè)繪激光器或雷達(dá)來(lái)分析在船體的船殼或上層建筑中的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是以機(jī)器人使用施加噴涂材料的噴灑裝置來(lái)噴涂可霧化修整材料，這些修整材料是修復(fù)在船體的船殼或上層建筑中被探測(cè)到的缺陷所必需。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是一旦修整材料被噴涂到船體上，以機(jī)器人使用研磨或打磨頭來(lái)打磨該修整材料以得到光滑的表面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)真空管或其它類(lèi)似的清理裝置來(lái)從工作區(qū)清除由打磨過(guò)程產(chǎn)生的修整材料塵屑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是以機(jī)器人使用可噴漆的噴灑裝置來(lái)在船體表面進(jìn)行最后的噴漆過(guò)程。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于機(jī)器人的可移動(dòng)裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)允許機(jī)器人與船體的船殼和上層建筑的表面完全接近的目的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供帶有各種可互換工具的機(jī)器人，這些工具用于完成分析船殼缺陷，施加修整材料，打磨船殼及噴漆任務(wù)。


從下面結(jié)合附圖的說(shuō)明和所附的權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，而這些附圖僅是示例性地示出了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。附圖中圖1是一位于自動(dòng)修整系統(tǒng)的工作區(qū)內(nèi)的船體以及根據(jù)本發(fā)明的所述系統(tǒng)的大致布置平面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的帶有臺(tái)架安裝機(jī)器人的自動(dòng)修整系統(tǒng)的透視圖；圖3是一水平的側(cè)視圖，示出用于根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)修整系統(tǒng)和方法的導(dǎo)軌安裝機(jī)器人和臺(tái)架安裝機(jī)器人；以及圖4A-4D是根據(jù)本發(fā)明的與機(jī)器人一起使用的各種頭的透視圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，且具體參考其中的圖1，圖中顯示了一自動(dòng)修整系統(tǒng)10，其包括用于指揮機(jī)器人14運(yùn)動(dòng)的控制器12。所述控制器能夠接收各種電輸入信號(hào)以初始化機(jī)器人14使之按照預(yù)先編制的步驟進(jìn)行工作。機(jī)器人14安裝在平行的導(dǎo)軌16上以可以沿船體18的縱軸運(yùn)動(dòng)。船體18位于導(dǎo)軌16之間的機(jī)器人14的工作區(qū)內(nèi)，使所述的機(jī)器人能夠沿船體18的長(zhǎng)度完全接近。
圖2表示了本系統(tǒng)10的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中可以看出在導(dǎo)軌16上的機(jī)器人14與臺(tái)架20以及臺(tái)架安裝機(jī)器人22一同在船體上工作，所述臺(tái)架(gantry)20和臺(tái)架安裝機(jī)器人22也由控制器12控制。根據(jù)該另一個(gè)實(shí)施例，臺(tái)架應(yīng)能夠沿船體18的縱軸上下進(jìn)行線(xiàn)性移動(dòng)24，且在臺(tái)架20上的機(jī)器人22應(yīng)具有從一側(cè)到另一側(cè)的運(yùn)動(dòng)，以及采用伸縮裝置35來(lái)升高或降低到工作表面。如對(duì)圖1的說(shuō)明中所述，本發(fā)明的實(shí)施例僅用機(jī)器人14工作，不用臺(tái)架20，且本發(fā)明的裝置包括機(jī)器人14，不包括臺(tái)架20。另外，當(dāng)使用臺(tái)架20時(shí)，各種變動(dòng)的結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的范圍內(nèi)也都可以采用，如當(dāng)為腿支撐時(shí)可如圖2所示，或者可以如圖2所示帶有腿支撐但從上方懸掛臺(tái)架。
如圖3中可以看到的，機(jī)器人14和22是液力操縱元件，其包括一基體30，一第一臂32，一第二臂34以及一終止在支撐頭38處的腕部36，支撐頭38與可互換的工具50、60、70及80中的任一個(gè)固接?？刂破?2及基體30，第一臂32，第二臂34、腕部36、支撐頭38以及可互換的工具50、60、70和80有效地連接以使可互換的工具50、60、70和80能夠以期望的方式運(yùn)動(dòng)。
圖4A-4D說(shuō)明了各種用在本自動(dòng)修整系統(tǒng)10中的可互換的工具50、60、70和80。圖4A中的可任選的分析器工具50用于通過(guò)使用表面測(cè)繪激光或雷達(dá)53來(lái)分析船體的表面19。這個(gè)工具利用一與腕部36鎖結(jié)的連接裝置51來(lái)固定。分析過(guò)程由裝在機(jī)器人14和22的基體30上(而不是裝在第二臂34末端)的分析裝置來(lái)完成。
在圖4B中的修整材料施加工具60采用了噴嘴62，其通過(guò)導(dǎo)管65和67分別供給高壓氣體64和修整材料66。該工具利用一與腕部36相連的連接裝置61來(lái)固定。該工具利用一與腕部36相連的連接裝置61來(lái)固定。
圖4C顯示了一用于對(duì)已被修整材料66處理后的區(qū)域進(jìn)行打磨的可互換的打磨工具70。該工具采用一與真空管74相連的打磨裝置72，真空管74用于清除由光整修整材料66產(chǎn)生的有毒的塵埃。一護(hù)罩76將打磨裝置72和真空管74環(huán)繞。真空管穿過(guò)工具70而伸出到護(hù)罩76中與打磨裝置72接近，為了圖面清晰，該部分未在圖4C中畫(huà)出，但通過(guò)上面的描述可以理解。護(hù)罩76被用來(lái)防止塵屑四處飛揚(yáng)且增強(qiáng)真空管74的抽吸能力。打磨工具70通過(guò)連接裝置71可互換地固定在腕部36上。并且，也可使用其它的各種工具，用以清洗已被分析并已被修整材料處理過(guò)的表面；例如，水噴射裝置可被用作其中一個(gè)工具，但這就需要足夠多的連接裝置來(lái)控制水流，并且這也潛在需要在水噴射或壓力沖洗后使用干燥裝置。在使用水沖洗來(lái)清洗表面時(shí)，水壓按照船體的尺寸來(lái)調(diào)整(用于游艇的水壓小于用于大船的水壓)。此外，特別對(duì)于大船，本發(fā)明的方法只包括定位船體，用水噴射清洗，以及在修理和/或涂漆前分析缺陷或輪廓的步驟。
圖4D中是表示一種可互換的涂漆工具80的透視圖，漆86通過(guò)噴嘴82涂在表面上，噴嘴82分別由導(dǎo)管85和87供給壓縮氣體84和漆86。涂漆工具80通過(guò)連接裝置81可互換地固定在腕部36上。
應(yīng)理解的是，上文以舉例的方式公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且對(duì)于那些本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以在不背離權(quán)利要求書(shū)的范圍和精神的前提下進(jìn)行修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)控制的用于精修船體表面和對(duì)具有船殼的船體的船殼和上層建筑表面涂漆的裝置，包括多個(gè)被所述計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人，所述機(jī)器人安裝在導(dǎo)軌上，相對(duì)所述船體可移動(dòng)；多種工具，這些工具可固定在每一個(gè)所述機(jī)器人上，用于測(cè)繪所述船體表面形狀，及對(duì)所述表面涂漆，其中提供了用于將修整材料施加在船體表面上所發(fā)現(xiàn)的缺陷處的工具以及提供了打磨所述表面以為涂漆作準(zhǔn)備的工具。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述工具中的一個(gè)是一種用來(lái)清洗所述表面的水噴射裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述工具中的一個(gè)是利用激光的表面測(cè)繪系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述工具中的一個(gè)是利用雷達(dá)的表面測(cè)繪系統(tǒng)。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)控制的使用機(jī)器人對(duì)船體表面修整及涂漆的方法，包括以下步驟分析船殼和/或上層建筑以找到缺陷；在缺陷處施加修整材料；光整這些缺陷處以使其與船殼和/或上層建筑平齊；以及對(duì)船殼和/或上層建筑完成涂漆這一最后的工序。
文檔編號(hào)B63B9/00GK1535893SQ20041003355
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者約翰·S·莫頓, 約翰 S 莫頓 申請(qǐng)人:視覺(jué)伊斯特公司