油漆或清漆的涂布方法.pdf

本发明涉及一种在涂布装置帮助下油漆或清漆的涂布方法和装置，其目的在于通过对先前已记录的数码表面物体，运用数码影像模型进行处理，将处理后的数码表面物体表示真实物体表面，以在建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物的表面进行彩色涂布。按照本发明，涂布装置在与物体表面接触时在其表面移动，涂布装置的位置可用运动传感器进行连续测量计算，并且以测定的位置为基础，按照所述的处理涂布油漆。如果涂布装置的位置不能按照预定的位置误差容许极限值进行足够精确地确定，或者如果油漆或清漆已经完全涂布在了油漆涂布元素的位置，涂布装置将自动停止油漆的涂布。

1、  在涂布装置帮助下涂布油漆或清漆的方法，其目的在于通过对先前已记录的数码表面物体，运用数码影像模型进行处理，将处理后的数码表面物体表示真实物体表面，以在建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物的表面进行彩色涂布，其特征在于：
所述涂布装置当与所述表面保持接触时，在所述表面上移动；
所述涂布装置的位置通过一个定位系统或额外的运动传感器连续测量其位置；
所述涂布装置根据测量的位置按照所述执行涂布油漆；
所述涂布装置自动停止涂布油漆，如果其相对于预定的位置误差容许极限值的位置不能足够精确确定或油漆已经完全涂在油漆涂布元件的位置。

2、  按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂布装置通过手动施压或通过在涂布装置和所述表面之间形成真空将其压在表面保持与表面的接触。

3、  按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述位置系统基于位置测量方法，其中使用与表面相关的固定机构，测量相关的位置信息，特别应用距离测量、角度测量、遥感勘测、光学或影像测量原理的方法。

4、  按照权利要求1所述的方法，其特征在于：使用一个定位方法，其中使用光电元件确定在靠近涂布装置范围内的表面特性相关的位置，

5、  按照权利要求1所述的方法，其特征在于：测量所述涂布装置的运动，从中得出位置信息，特别是速度和/或旋转速度和/或加速度和/或旋转加速度。

6、  按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂布装置在地球引力场和/或与地球磁力场有关的涂布装置位置额外的倾斜的测量以及用于位置的测量。

7、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述表面物体用至少权利要求3-6中任一项所述的一种方法记录。

8、  按照权利要求1的方法，其特征在于：油漆涂布元件和物体表面之间的距离可调。

9、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为手动驱动。

10、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为半自动驱动。

11、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为全自动驱动。

12、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置包括至少一个嘴元件，特别是旋喷嘴元件。

13、  按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置包括一排或一列旋喷元件。

14、  按照前述任一权利要求所述的方法的装置，至少包括：
一个用于涂布油漆和清漆的可动涂布装置，
一个用于涂布装置的位置系统装置，
一个用于涂布装置的移动测量装置，
当接触时调整油漆涂布装置和物体表面之间距离的部件。

油漆或清漆的涂布方法
技术领域
本发明涉及一种油漆或清漆的涂布方法和装置，其目的在于按照影像模板给诸如建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物之类物体的表面上色。这些物体表面可以是例如民居或工业建筑的内墙或外墙、地面以及天花板，也可以是非混凝土的物体表面如桥梁、隧道以及道路建筑物或用于防止噪音、隐蔽或固定的墙壁或其它物体的表面。
背景技术
迄今为止，前面提到的物体表面毫无例外地是通过油漆刷或油漆辊进行上色或者用气枪进行颜色喷涂。油漆一方面是为了密封墙壁，但同时也用于美化目的。如果是通过油漆将影像主题涂布在所述表面上，该油漆涂布只能由天才的手艺人或艺术家来完成，通常这是一个单调乏味而且昂贵的方法。经常在顾客期望和最终影像之间可能会有一个基本的差异。需要有一个纯粹的技术方法，它可以不需要艺术技巧就能通过使用油漆或清漆根据影像模板将影像主题涂布在所述表面并且还能保证高质量的影像记录。所以显而易见，还没有一种方法和装置，例如可能按照一个数字模板将彩色设计涂布在诸如建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物的建筑物体的表面。
基于这样一个事实，本发明的任务是创造一个简单快速，因而有效可靠的方法，将油漆或清漆涂布在前述建筑物体的表面，目的在于涂布任意的彩色图案。
发明内容
技术方案的特征见权利要求1。
根据权利要求1，涂布装置与表面接触并且在表面上任意移动。该涂布装置利用其非接触定位系统或附加运动传感器连续测量其位置并且按照所说的设备根据测量的位置涂布油漆。在此过程中，如果其位置不能按照预定的位置误差容许极限值进行足够精确地确定或者油漆已经完全涂布在了油漆涂布元素的位置，该涂布装置将自动停止油漆的涂布。
藉此创造了一个快速可靠的方法，通过它就可以将已有的数字影像数据涂布在诸如建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物之类物体的任意表面上。因此所称的方法允许该油漆涂布装置的操作者根据直觉在物体表面的任意位置以任意次序移动该装置。这种直觉地操作方式特别能使表面完全着色，包括突起、阳台、门、窗口、窗台或檐口的周围。
图1表示预备工作，
图2表示完成系统，
图3表示油漆涂布头，
图4表示扩展的油漆涂布头，
图5表示第一测量系统的第一个实施例，
图6表示第一测量系统的第二个实施例，
图7表示界标，
图8表示第一测量系统的第三个实施例，
图9表示按照图8使用测量系统的一个油漆涂布系统的实施例，
图10表示控制对策，
图11和图12：表示油漆涂布装置的第一个实施例，
图13表示油漆涂布装置的第二个实施例，
图14表示油漆涂布装置的第三个实施例，
图15表示油漆涂布嘴距离控制，
图16表示按照图14使用油漆涂布装置的油漆涂布，
图17表示电线供电的正面涂布系统，
图18表示自给自足机器人(autarc robotic)系统。
本发明的方法是基于这样一种考虑，通过连续测量油漆涂布装置的位置并且在对存贮的彩色信息和油漆涂布装置的位置进行比较之后涂布油漆，将预先存贮在文件中的每一个影像元素的彩色信息转移到物体表面。要按照本发明的方法涂布一个彩色图案，其先决条件是该物体表面预先用测量技术进行了记录，并且其次是按照设计者的意愿完成一个所需设计物体的模板，即，对可用的物体表面的真实位置的彩色数据进行几何测定，见图1。原始物体表面的彩色性质被完成，如果进行了额外的记录，因而可能在图案中包括已有的特征或补入不需要的彩色特征如表面的污渍。
当可移动的油漆涂布装置在物体表面移动时，位置测量系统连续供应真实位置。可以实时计算在装置图案内的每一个单独油漆涂布元素的已知位置和油漆涂布装置相对于每一个油漆涂布元素的物体表面位置的已知位置。然后控制单元从物体表面取出彩色数值，其存贮在系统存贮器中被赋值为位置-坐标，并且向每一个油漆喷嘴定时发出准确地彩色涂布指令。一旦一个真实地彩色像素完全涂布在物体表面，该像素就会，例如，标示“已做”的指令，转向被动式或彩色值被一个不会导致彩色涂布的值粘贴。藉此，可以避免在一个点进行无意的多重彩色涂布。
在油漆涂布过程中物体表面的每一个点至少被涂布头经过一次。由于不需要对装置的连续运动进行整体位置的计算，因为在任意时间该装置比较真实位置和记录的存贮影像并且只发出油漆涂布的命令，如果在该位置已经着色，并且没有装置的早期地一笔定稿的话。
油漆涂布装置的位置测量通过使用定位测量系统可以用多种方式完成，参见图2的系统图示。这可以分为两类：
此处系统是指第一测量系统测量移动部件相对于固定界标的位置，此处称为附属物，也是第一测量系统的一个部件。第一测量系统的移动部件可以包括在油漆涂布装置中。第一测量系统的特征在于，在附属物和移动部件之间有一个通视性(intervisibility)。通视性经常会被例如被脚手架、檐口或分支干扰，并且破坏位置传感。
此处系统所指第二测量系统可通过例如传感器来测量油漆涂布装置的运动，该传感器可包括在油漆涂布装置中，并且不用固定界标。例如可以是线性或旋转的加速传感器、旋转均速传感器、速率传感器、磁力计、倾斜计，以及影像传感器，它们检查物体表面的小面积，并依此用例如校正方法来计算该运动。第二测量系统的测量方法的进一步的特征在于快速，不能感测绝对位置以及对导航敏感。
位置传感的精确要求高：假定在10米范围内的绝对影像分辨率为0.5毫米，得到的相对精确度为50ppm。类似的条件，油漆涂布装置可以在物体表面的任何点足够快地运动，因而总是能够以必需的速率测量其位置。
按照第一测量系统，某些测量方法只可以提供低的测量速率。所以，位置信息并不是永久可用的，特别是在附属物和移动部件之间的通视性受到干扰时。另一方面，在第二测量系统中使用的更快速的方法适合于克服短期导航。显而易见，将两者结合在一方面可以完全覆盖物体表面，另一方面有高的供电速率。
假如由一个操作者手动操作一个油漆涂布装置，装置控制如下操作，参见图10：
操作者将油漆涂布装置压向表面使之与物体表面接触。当操作者发出开始彩色涂布的命令时，首先检查是否从第一测量系统有可用的位置信息。为此在第一测量系统的相关部件之间必须有可能的通视性。否则，必须以一个负面信息或者不提供正面信息的方式通知操作者，并且指示操作者在表面上移动油漆涂布装置，直到第一测量系统提供一个有效位置。该位置用于油漆涂布的控制并且启动第二测量系统。启动可以简单意味着重置移动传感器的初始条件。此时在来自第一和第二测量系统的可用的测量数据的基础上计算位置。在此情况下，刚好初始化之后，计算的位置等于第一测量系统提供的位置。估计一个定位误差并且确定一个范围检查路径以做出决定，是涂布还是不涂布。如果位置误差超过允许的极限值，彩色涂布停止并且重复前述的寻找初始位置的过程。一般来说，估计位置不会超过允许的极限值，所以可以进行油漆涂布并且读取新的位置数据。所述循环快速运行，由于运动速率，油漆涂布装置已经运动。所以由于所述运动，产生位置误差并且进一步的事实，当将油漆输送至表面时，每一个油漆涂布头包括一个定时延迟。结果，所得位置误差必须通过例如位置偏置进行校正。实际上这意味着这些彩色-位置赋值的彩色值被送至彩色涂布头用于彩色涂布，该涂布头按照彩色-位置赋值在实际真实位置之前定位。位置偏置一般是速率和加速度的函数。为了在杰柯(jerkey)运动中自动阻止油漆涂布，建议在涂布油漆之前评估和检查装置的加速度。涂布油漆后，检查第一测量系统是否在有效位置。如果通视性被干扰，或者如果第一测量系统的测量速度低于实际系统的循环速度，就会有一个无效位置。如果有一个来自第一测量系统的新的数据，实际位置的计算可以基于实际位置数据，也可以基于过去的位置数据。如果不是，一个信息就会送至操作者并且其后的位置计算将只基于来自第二测量系统的实际测量数据和过去的位置信息。在两种情况下，在发出油漆涂布命令前评估和检查位置误差。显然，当运动油漆涂布装置远至通视性失效的面积时，位置误差一圈一圈增大而最终油漆涂布自动停止。
根据此信息，操作者能够识别区域，在此在第一测量系统内发生通视性问题。如果他确定了一个前述区域，建议他在已知位置点将油漆涂布装置与物体表面接触，并且以最短或最快路径将该装置移动至所述区域。在一个很大区域的情况下，当重复动作也不能导致油漆涂布时，建议操作者安装第一测量系统的附加界标。
在工作程序的开始，作为第一测量系统亚系统的附属物被操作者安装在固定位置，参见图2、图5、图6、图8。他们确定了一个参照坐标系统。对于第一测量系统的功能性而言，需要在油漆涂布装置和附属物的最少需要数量之间建立通视性。一般情况下并非在表面的所有点都能满足该要求。但是通过安装大量的附属物可以使物体表面的覆盖最优化。
建议评估物体表面的几何性能时已经安装了附属物。藉此在相同的参照系统内完成几何尺寸的记录和油漆涂布。
前述第一测量系统的普通性能在于利用短波的线性传播，如光波、红外-射线、微波辐射或超声波，进行位置测量。根据现有技术通过测量角度或逝去的时间可以计算位置。在文件献中某些已知方法称为光学跟踪。下面阐述某些可能的解释：
图5是在固定位置含有数个附属物的测量系统实施例的结构图。利用PSD可以测量他们相对于设置在油漆涂布装置上的调制光源的角度位置。数据传送至微处理器，计算位置信息。
图6表示带有一个或多个摄像机和/或红外-摄像机的光学测量系统。油漆涂布装置的位置通过油漆涂布装置的已知视频特性的数量特征提取和定位技术而定。如果物体表面和/或油漆涂布装置含有光发射、反射或吸收(例如着色)界标的话，该步骤可以大大简化。
图7表示一个界标的实施例。一个光学系统进一步很好适合记录物体表面的彩色性质，可用于调整彩色。
在图8中，第一测量系统包括一个扫描激光系统。它包括一个激光源32，一个光束偏转元件33以及一个集成的光电转换器34。光束按照规定的暂存路径对物体表面12和涂布装置1进行扫描。散射光31被光电转换器34记录并且重新建立含有物体表面12和油漆涂布装置的影像。此处也包括前述高对比度界标。
在图8所示的系统的变化中，额外的光传感器包括在油漆涂布装置中，参见图9。在实施例中当越过转换器时两排光电转换器35测定激光束的准确时间因此允许确定油漆涂布装置相对于已知激光束的暂存路径的位置。
而上述实施例是技术专家众所周知的外-内测量方法，需要进一步提出的是第一测量系统也可以按照已知的外-内测量方法通过插入操作方向而操作。
另外，在很好适用于第一位置测量系统的方法中不能排除根据多普勒效应和干涉测量的基于传播延时的位置测量方法。
当第一测量系统或者由于原则上低的测量频率，或者由于在油漆涂布装置和附属物的关键数据之间的中断视通性，而不能以足够的速率提供位置数据时，第二测量系统可用于转换导航。现有技术中没有的传感器可以用来测量一个或多个线性和/或旋转速度和/或一个或多个线性和/或旋转加速度。
一般来说，这些系统不能进行绝对的位置感测。
可以在倾斜计和/或磁力计的帮助下获得位置计算的补充信息。
提供位置信息的进一步的可能性是在加工特征提取之后，通过光电转换器，如扫描仪或摄像机进行记录。如果对比度大，合适的特征可能是影像的已经记录的部分，一个参照图案或结构特征，如边缘。通过在油漆涂布之前或之后确定表面的彩色值可以改进质量，并且基于此信息通过控制算法连续计算彩色量。
图11和图12表示油漆涂布装置第一实施例的不同侧面。内部测量系统6和速度传感器7除了第一测量系统外提供运动信息，如界标5所示。内部系统包括例如一个用来测量油漆涂布装置围绕与物体表面垂直的轴的旋转速率的角速率传感器和测量在运动方向加速的线性加速传感器。压力传感器53用来控制油漆供应压力。油漆涂布元件被设计成通过一定长度的顶盖51侧向突出辊3，参见图11。当使用慢干油漆时顶盖将会有用，因为它在允许涂油漆的同时轮3不与前涂布的湿油漆接触。
图13表示按照本发明方法的油漆涂布装置的第二个实施例，特别适合于完成修饰或增加修整刻痕。该装置包括滑动元件3使之越过物体表面并且一个油漆涂布头24，包括特殊的油漆嘴37，其在侧边斜切。藉此油漆可以在很凹的边和角也能进行涂布。引导物体表面的影像扫描装置38能够局部影像并且因此区分相对于影像的固有位置。不同的显示和用户界面元件允许控制装置。
当将油漆涂布装置运动至与物体表面接触时，必须保证油漆涂布嘴和物体表面之间的距离和角度很好限定。这可以通过如使用轮、辊，即油漆辊或滑动元件完成。
图14表示油漆涂布装置1的第三个实施例，包括油漆涂布元件和物体表面之间距离的自动控制器，以及包括一个可能通过整体化的油漆辊40额外涂布一湿的底漆涂层。该装置允许以与油漆辊相类似的操作方式进行油漆涂布。在辊的毂内有一个伺服电机41用于起动油漆涂布装置的一部分，其包括油漆嘴2，带有把柄的整体流体供应43。在位置42只以普通方式涂布底漆涂层，例如一个乳漆。物体表面涂布一定量的底漆之后，部分油漆涂布装置，包括油漆嘴2，通过伺服电机转向物体表面，并且通过距离传感器39使油漆嘴和物体表面之间保持相同的距离，参见图15的控制图。在扫描的实施例中，油漆涂布头的侧面尺寸超过了辊40的侧面。
图16表示图14中描述的装置进行彩色涂布的过程。底漆涂层和装饰涂层可以依次涂布或同时涂布。为了避免弄脏，顶盖51必须永远保持。
图17表示自给自足(autarc)的油漆涂布装置的正面。该油漆涂布装置挂在一根电缆上，该电缆绕在滑轮上，因此允许垂直运动。水平运动是使滑轮在水平轨上运动。
图18表示一个带有低压抽气机构50的自给自足的机器人油漆涂布装置的实施例。该机构，一个自给自足的驱动以及可操作性允许在垂直表面做自由运动。装置的路径大体上由内置控制器41预定。基于位置测量和过去路径的知识，油漆涂布装置自动计算出未来路径。优选三个轮3，最好是可操作的，用于驱动该装置移动至表面。
图3表示油漆涂布装置的油漆涂布头24，包括用于不同原色的三排油漆旋涂嘴20、21、22。每一个油漆通过一个入口管从本地或外围设备提供。图4表示一个油漆涂布头24包括额外的油漆涂布元件23用于涂布一个底漆涂层或转变涂布。
有各种各样的可能性实现油漆涂布安排。因此各个涂布嘴按照现有技术中已知的不同技术工作。提到的合适的技术例如压缩空气喷涂、低压喷涂、无空气喷涂、混合空气喷涂、超临界喷涂以及热喷涂。
正像滴落需求方法一样，其产生单个的小滴点并且将其弹射至工作面，可以用于油漆涂布装置。
快干油漆和热熔油漆优先用于油漆涂布。如果不能适用，优选的油漆，当其遇热、遇紫外线或热空气时快速凝固。在这些情况下，油漆涂布装置包括用于油漆凝固的部件，位于底侧的底座或固定，例如一个紫外灯，一个电扇或热辐射体。
在一个变型中用同样的操作在彩色层上再涂一层，例如一个底层或一个转换层或一个涂层，用化学方法固定彩色涂层。油漆涂布系统的油漆涂布元件可用于此目的或在油漆嘴的前后增设油漆涂布元件，不妨碍运动方向。这些可以设计成与油漆涂布元件相同或不同。
底层也可以是乳胶漆，其中植有彩色颗粒，或者在湿的乳胶漆状态或者在彩色涂布过程中溶解而成。
符号清单：
1油漆涂布装置；2彩色涂布元件系统；3辊/滑动装置；4电脑；5光源，热源；6做为第二测量系统一部分的惯性测量系统；7做为第二测量系统一部分的光学速度传感器；8油漆容器；9电池；10把柄；11流体供应；12物体表面；13第一测量系统附属物；14位置传感装置(PSD)或摄像机；15光学镜头；16干扰，障碍；17调制光1束；18调制光2束；19固定；20用于第一基本色的油漆嘴；21用于第二基本色的油漆嘴；23用于第三基本色的油漆嘴；24油漆涂布头；25用于涂层固化的紫外-光源；26界标；27摄像机芯片；28透明支持体；29基准距离；30发射光束；31散射光束；32激光束；33光束反射装置；34光电转换器；35回射界标或光电转换阵列；36显示，用户界面；37倾斜的油漆涂布头；38影像传感器；39距离传感器；40油漆辊；41同轴伺服电机；42用于基层涂布的位置；43包括介质供应的把柄；44新鲜基涂层；45原始表面；46基涂层；47装饰油漆涂层；48水平轨；49包括滑轮的载体，整体驱动，以及系统控制；50低压抽取机构；51顶盖；52阀开关；53压力传感器。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1、在涂布装置帮助下涂布油漆或清漆的方法，其目的在于通过对先前已记录的数码表面物体，运用数码影像模型进行处理，将处理后的数码表面物体表示真实物体表面，以在建筑物和公共建筑物以及民用工程建筑物的表面进行彩色涂布，其特征在于：
所述涂布装置与所述表面接触并且在所述表面上任意移动；
所述涂布装置的位置通过一个非接触定位系统或额外的运动传感器连续测量其位置；
所述涂布装置根据测量的位置按照所述执行涂布油漆；
所述涂布装置自动停止涂布油漆，如果其相对于预定的位置误差容许极限值的位置不能足够精确确定或油漆已经完全涂在油漆涂布元件的位置。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂布装置通过手动施压或通过在涂布装置和所述表面之间形成真空将其压在表面保持与表面的接触。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述位置系统基于位置测量方法，其中使用与表面相关的固定机构，测量相关的位置信息，特别应用距离测量、角度测量、遥感勘测、光学或影像测量原理的方法。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：使用一个定位方法，其中使用光电元件确定在靠近涂布装置范围内的表面特性相关的位置，
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：测量所述涂布装置的运动，从中得出位置信息，特别是速度和/或旋转速度和/或加速度和/或旋转加速度。
6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂布装置在地球引力场和/或与地球磁力场有关的涂布装置位置额外的倾斜的测量以及用于位置的测量。
7、按照权利要求1的方法，其特征在于：所述表面物体用至少权利要求3-6中任一项所述的一种方法记录。
8、按照权利要求1的方法，其特征在于：油漆涂布元件和物体表面之间的距离可调。
9、按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为手动驱动。
10、按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为半自动驱动。
11、按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置为全自动驱动。
12、按照权利要求1的方法，其特征在于：所述涂布装置包括至少一个嘴元件，