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1、10申请公布号CN104129173A43申请公布日20141105CN104129173A21申请号201410181519422申请日2014043013166334620130502EPB41J3/407200601B41J2/0120060171申请人赫克斯冈技术中心地址瑞士赫尔布鲁格72发明人波佩特尔松克劳斯施奈德贝内迪克特泽布霍塞尔克努特西尔克斯74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人吕俊刚刘久亮54发明名称图形施加系统57摘要本发明涉及一种按照多个拼块将期望的图案施加到目标表面上的图形施加系统。所述系统包括图形施加装置,该图形施加装置包括具有可跟踪光学特征的基。
2、础结构、用于喷出涂料的至少一个喷嘴、用于定位喷嘴的驱动单元以及用于喷嘴相对于视觉特征的局部参照的局部相机。控制器控制驱动单元和喷嘴的喷出,以将期望的图案施加在目标表面上。所述系统还包括远离图形施加装置设置的外部参照装置,该外部参照装置用于根据可跟踪光学特征为施加装置提供全局参照。在通过全局参照使施加范围基本对准并且根据局部参照使实际拼块与先前施加的拼块精细对准的情况下施加期望的图案。30优先权数据51INTCL权利要求书3页说明书17页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书17页附图8页10申请公布号CN104129173ACN104129173A1/3页。
3、21一种用于将期望的图案5施加到目标表面3,尤其是施加到任意形状的大面积目标表面的图形施加系统1,2,该图形施加系统1,2具有图形施加装置1,其包括基础结构11,所述基础结构11处的至少一个可跟踪光学特征15,用于将涂料喷出到所述目标表面3上的至少一个喷嘴17,驱动单元12,其用于在至少两维,尤其是三维中将所述喷嘴17相对于所述基础结构11定位,以便调节所述喷嘴17在所述目标表面3上的喷出瞄准,由此将施加范围13限定为所述驱动单元12能够对所述喷嘴17进行定位的区域,局部相机14,其朝向所述目标表面3,尤其是随所述喷嘴17移动,用于通过对所述目标表面3进行成像来为所述喷嘴17相对于视觉特征提供。
4、局部参照,尤其其中,所述视觉特征是所述期望的图案5的先前施加的区段8,以及外部参照装置2,其作为远离所述图形施加装置1设置的测绘仪器,用于在至少三个自由度,尤其是至少五个自由度上根据所述施加装置1的所述可跟踪光学特征15来为所述图形施加装置1的所述基础结构11相对于所述目标表面3提供全局参照,其中,所述期望的图案5大于所述施加范围13,并且所述期望的图案5被分成多个拼块8,9,所述拼块8,9在所述施加范围13内,并且所述拼块8,9将通过所述图形施加装置1相对于所述目标表面3的逐步重新定位7来依次施加,其中,所述图形施加系统包括控制器4,该控制器4用于根据所述喷嘴17的实际位置和所述期望的图案5。
5、来控制所述驱动单元12和所述喷嘴17的喷出,使得在通过所述全局参照确定的所述施加范围13相对于所述目标表面3的基本对准并且通过所述局部参照确定的通过所述喷嘴17在所述施加范围13内定位而实现的实际拼块9与一个或更多个先前施加的拼块8的精细对准的情况下,实现所述期望的图案5在所述目标表面3上的施加。2根据权利要求1所述的系统,该系统的特征在于所述外部参照装置2是在极坐标中测量所述施加装置1的位置和取向的大地测量仪,尤其是优选地利用光电距离测量来根据作为可跟踪光学特征15的至少一个参考标记的光学测绘在六个自由度中确定所述施加装置1相对于所述目标表面3的全局位置和取向。3根据权利要求2所述的系统,该。
6、系统的特征在于所述外部参照装置2是激光跟踪器,并且所述施加装置1包括回射器作为所述可跟踪特征15。4根据权利要求2所述的系统,该系统的特征在于所述外部参照装置2是电动的视距仪,并且所述施加装置1包括ATR回射器作为可跟踪特征15。5根据权利要求1至4中的任一项所述的系统,该系统的特征在于权利要求书CN104129173A2/3页3用于在所述施加装置1与所述外部参照装置2之间建立通信链路32,以便交换所述全局参照和/或局部参照的空间参照信息的装置。6根据权利要求1至5中的任一项所述的系统,该系统的特征在于所述施加装置1的所述施加范围13比所述目标表面3的尺寸小,尤其是所述目标表面3的尺寸的至少1。
7、/2或更小。7根据权利要求1至6中的任一项所述的系统,该系统的特征在于所述施加装置1包括用户引导单元,该用户引导单元被构建为根据所述全局参照来引导所述施加装置1的重新定位,尤其是利用光指示器或屏幕的光学用户引导来引导所述施加装置1的重新定位。8一种用于通过具有施加装置1和外部参照装置2的施加系统1,2应用图形施加的方法,其中,将期望的图案5施加到目标表面3上,尤其是将涂料施加到自由形式的大面积目标表面3是通过以下步骤完成的通过驱动单元12在至少两个维度中将用于将材料喷出到所述目标表面3上的至少一个喷嘴17相对于所述施加装置1的基础结构11进行定位,所述定位在施加范围13内调节所述喷嘴17到所述。
8、目标表面3上的喷出瞄准,所述施加范围13被限定为所述驱动单元12能够对所述喷嘴17进行定位的区域,通过由朝向所述目标表面3的局部相机14对所述目标表面3进行成像来为所述喷嘴17相对于视觉特征提供局部参照,尤其其中,所述喷嘴17的定位还对所述局部相机14进行定位,并且/或者所述局部参照是通过在来自所述局部相机14的图像中对所述视觉特征进行图像识别来完成的,其中,所述视觉特征能够优选地为所述期望的图案5的先前施加的区段8,并且通过作为远离所述图形施加装置1设置的测绘仪器的外部参照装置2,在至少三个自由度,尤其是至少五个自由度中根据所述施加装置1的所述可跟踪光学特征15来完成所述图形施加装置1的所述。
9、基础结构11相对于所述目标表面3的全局参照,其中,所述施加是通过以下步骤完成的将所述期望的图案5分成多个拼块8,9,使得所述拼块在所述施加范围13内,并且通过将所述图形施加装置1相对于所述目标表面3逐步重新定位来依次施加所述拼块8,9,并且其中,对所述驱动单元12的定位和所述喷嘴17的喷出的控制是由控制器4根据所述喷嘴17的实际位置和所述期望的图案5来完成的,使得在通过所述全局参照确定的所述施加范围13相对于所述目标表面3的基本对准,并且根据所述局部参照通过所述喷嘴17在所述施加范围13内定位而实现的实际拼块9与先前施加的拼块8的精细对准的情况下,实现所述期望的图案5在所述目标表面3上的施加。。
10、9根据权利要求8所述的方法,该方法的特征在于对所述喷嘴17的定位和喷出的控制是由所述局部参照、所述全局参照以及要施加在所述目标表面3的期望位置处的所述期望的图案5的组合来确定的,尤其其中,根据所述全局参照来控制所述施加装置1的所述施加范围13的布置,并且根据相对于所述期望的图案5的先前施加的拼块8的所述局部参照来控制所述喷嘴17的喷出和定位。权利要求书CN104129173A3/3页410根据权利要求8至9中的任一项所述的方法,该方法的特征在于根据所述全局参照和所述局部参照来使所述实际拼块9缩放和/或变形,以便实现所述实际拼块9的轮廓与先前施加的拼块8的匹配,尤其其中,所述缩放和/或变形包括所。
11、述期望的图案5的定位、旋转、剪切和/或缩放。11根据权利要求8至10中的任一项所述的方法,该方法的特征在于将作为期望的图案5的要施加的平面2D图像变换为所述目标表面3的自由形式的3D形状。12根据权利要求8至11中的任一项所述的方法,该方法的特征在于用于使所述喷嘴17相对于所述期望的图案5的已经施加的拼块9对准的所述局部参照是通过对所述局部相机14所拍摄的图像进行数字图像处理来完成的。13根据权利要求8至12中的任一项所述的方法,该方法的特征在于所述期望的图案5包括3D形貌,该3D形貌由所述施加装置1利用所述喷嘴17施加到所述目标表面3上,并且被结构化为改进所述目标表面3的空气动力学或流体阻力。
12、,尤其其中,所述3D形貌是高度变化小于1CM的微结构。14根据权利要求13所述的方法,该方法的特征在于所述目标表面3上的所述3D形貌是根据所述局部参照通过所述目标表面3上的多个拼块8,9的无缝缝合来施加的,并且使所述形貌的取向适应于所述全局参照和/或所述目标表面3的形状,其中,对施加进行控制,使得所施加的表面结构是平滑的并且符合空气动力学,并且避免从一个拼块到另一拼块的非最优过渡。15一种计算机程序产品,该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码或者被具体实现为电磁波的计算机数据信号,以用于计算根据权利要求8至14中的任一项所述的方法,其中,所述程序进行控制,以基于所述喷嘴17的局部参。
13、照以及通过外部全局参照装置2的所述施加装置1的全局参照来利用具有可定位的喷嘴17和相机14的施加装置1将期望的图案5的多个拼块8,9施加到目标表面3上,尤其是在根据权利要求1至7中的任一项所述的图形施加系统1,2中执行所述程序。权利要求书CN104129173A1/17页5图形施加系统技术领域0001本发明总体上涉及根据权利要求1所述的图形施加APPLICATION系统、根据权利要求8所述的图形施加方法以及计算机程序产品。背景技术0002在许多不同的技术领域中期望将材料层施加到目标表面上。将材料施加到表面有各种原因,最常见的原因是期望满足美观要求,例如期望将特定的通常为多色的图形图案施加到表面。
14、上或表面的特定区域上,或者保护表面免受环境影响。例如,根据本发明的施加期望的图案的方法还可以用在现有技术中使用贴花DECAL来利用期望的图案装饰或美化表面或者将期望的标记施加在表面上的领域中。0003例如,需要诸如涂漆、溅射、上墨、染色或涂布的技术领域包括建筑工程、广告、娱乐、运动场上的标记、道路标记、伪装、汽车制造、机械建筑、室内和室外墙面覆盖层、在大型卡车、半拖车、公共汽车、飞行器、船只上施加广告等。另外,常常需要修复已经至少部分地涂漆或装饰的表面,这些表面已经被磨损、被损坏、被蓄意破坏、被部分替换等。在这种修复或替换工作中,期望实现颜色和图案的高度匹配,以便于从旧施加到新施加的平滑且目测。
15、均匀的过渡。0004作为照片、CAD文件等以数字方式提供并且应该被施加到表面的诸如徽标或图像的预定义的图案的漆绘工作非常费力。使用刷子或喷枪需要熟练的工人,他需要工具的指导和可靠操作方面的经验和知识以及了解涂料粘度、干燥条件以及劳动过程中的各种其它参数。工业上常常使用的另一种方案是通过胶带和/或胶箔ADHESIVEFOIL将目标表面的非期望区域掩蔽,所述胶带和/或胶箔在施加完成之后被去除。另一种方法是将装饰胶箔或贴花直接施加到目标,作为已经携带或成形为期望的图案的基板。在任何情况下,可需要附加的一层透明保护涂层以保护作品和/或实现更光滑的表面。0005将材料施加到表面上所使用的普遍原理是将材料。
16、例如,涂料从喷嘴装置喷出或弹出到目标表面上。所谓的喷墨技术最早公开于开尔文爵士LORDKELVIN的英国专利NR2,147中,从那以后陆续演进至目前的连续喷墨CIJ和按需喷墨DOD技术,如例如现代喷墨打印机中所使用的,其中DOD技术常常通过热DOD或压电DOD来具体实现。以明确限定的方式从喷嘴喷出溅射材料的小滴的新的喷墨技术与上述现代喷墨打印机家用或办公用中所使用的系统相当是可用的,其即使从10CM的距离也可喷涂出小于一厘米的窄点大小。这种低发散喷出技术允许在不掩蔽期望的目标区域的情况下施加期望的图案以及实时颜色混合或颜色改变、从一种颜色到另一种颜色的颜色渐变等。喷墨材料沉积也是一种新兴的制造。
17、技术,其中使用喷墨技术将材料沉积在基板上以便构建3D对象。0006作为表面施加的示例,文献FR2850322公开了一种在大的表面上印刷图像的装置,其可用手来持握并移动。能够确定在表面上的位置和方向的装置通过了解其当前位置来确定需要将哪种颜色施加到表面上。这种确定通过将所确定的坐标与存储在装置的存储器中的图像进行匹配来实现。然后可将所存储的图像叠加到待涂漆的表面。说明书CN104129173A2/17页60007JP2006320825示出了一种用于飞行器的均匀涂漆的自调节涂漆车。其包括臂控制装置以控制具有致动器头的臂的操作和移动。基于存储在存储器装置中的涂布区域的信息以及所述臂的姿态和位置信息。
18、来执行相对于待均匀涂布表面的涂漆处理。利用GPS确定涂漆车和致动器头的位置,测距仪测量致动器头与飞行器表面之间的距离。0008WO03066239公开了通过可移动施加器根据数字图像在建筑上施加涂料的方法。施加器具有固定到其主体的用于喷漆的喷嘴阵列,这些喷嘴尤其是通过手来在表面上方移动。仅当施加器的实时确定的位置在可接受阈值内时才施加涂料。US2006/221,403示出用于手持施加期望的图案的类似装置。0009US2009/0022879涉及一种利用以位置相关方式控制的可替换涂漆装置对大的表面施加涂料或清漆的方法。所述装置包括使用固定在表面上的已知位置处的参考标记的实时位置测量系统的可替换部分。
19、。0010US2008/152,807、US2011/199,431、US7,350,890和US7,922,272提及在大的成型表面例如,飞行器的机身上施加精确定位的图形图像的方法和装置。其中所使用的设备包括导轨引导系统,该导轨引导系统将安装在将要施加图形图像的表面的一部分上。图形图像施加系统由操作定位系统和图形图像施加系统的软件来控制。在EP1987889和US2006/044376中,涂漆机在笛卡尔坐标框架结构内自动移动。0011安装这些导轨会非常有挑战性。它们的位置和/或取向会影响施加的结果例如,其在目标表面上的位置和/或取向,并且还影响多个拼块TILE相对于彼此的对准。另外,安装导轨。
20、非常耗时,并且由于目标对象没有给这些导轨提供参照的固定装置,所以必须在目标周围使用吸盘、捆扎带或皮带以附接导轨,这难以在高位置精度下施加。0012在US6,096,132中,使用距离传感器来控制三维可移动喷嘴以实现恒定的施加距离。US6,360,656确定目标表面的倾斜并相应地调节喷出。在US2010/304,009中,施加器处的传感器确定目标表面的三维形状并由此控制和调节施加器的3D移动和喷出,以在目标上生成期望的画面主题。0013EP2433716涉及一种手持的表面溅射装置,其具有喷嘴和喷嘴控制机构以控制喷嘴的喷出特性。空间参照单元为溅射装置相对于目标表面提供参照,计算装置根据空间参照控制。
21、喷出以实现期望的溅射。0014由于将大的期望图案一次施加到目标不可行,所以在单个施加步骤中,不得不将期望的图案分成区段或拼块,依次施加这些区段或拼块。这里,尤其是因为人观察者对未对准非常敏感,所以这些依次施加中的各个拼块的边界的对准必须精确对准。然而,如果仅基于拼块针对其紧邻的拼块直接对准来施加,则整个大的图案往往会在目标表面上变形或未对准。拼块及其位置和/或取向的微小不准确也将累积起来,最终不仅导致大图案整体的位置和取向不准确,而且导致拼块的几何冲突,类似间隙、交叠等。发明内容0015因此,本发明的一个目的在于提供一种用于将期望的图案施加到目标表面上的改进的图形施加系统或表面装饰系统。001。
22、6本发明的另一目的在于提供一种改进的图形施加系统,其可根据期望的图案按照多个依次施加的拼块将涂料施加到目标表面上的期望的位置处,并且使得目标表面上的拼说明书CN104129173A3/17页7块无缝过渡。0017本发明的另一目的在于提供一种图形施加系统,其避免在实际施加处理可执行之前目标和/或其周围的耗时的准备工作。0018本发明的另一目的在于帮助用户完成施加任务并实现期望的施加结果,尤其是在比所使用的施加装置的施加范围大的大目标区域上。0019本发明的另一目的在于提供一种通过施加来优化目标表面和/或能够对现场工作中总是出现的目标表面、期望的图案和/或施加的不精确进行自动补偿的方法和系统。00。
23、20本发明的特殊目的是不仅根据美观要求,而且鉴于技术要求或这二者的组合通过施加来改进目标表面,尤其是不仅施加可见的平面2D期望图案,而且通过施加来利用包括有利的微结构或纳米结构的形貌或拓扑将目标表面三维结构化。0021这些目的通过实现独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述以另选的或有利的方式进一步发展本发明的特征。0022为了实现那些目的,根据本发明的用于将期望的图案施加到目标表面上,尤其是利用涂料将期望的图案施加到可任意形成的自由形式的大面积目标表面上的图形施加系统包括图形施加装置和外部参照装置。0023所述系统的图形施加装置包括基座或框架结构、基座处的至少一个可跟踪光学特征、用于将。
24、材料例如,涂料喷出到目标表面上的至少一个喷嘴以及用于在至少两维上将喷嘴相对于基座定位以便调节喷嘴在目标表面上的喷出瞄准的驱动单元。对于所述施加装置,施加范围被限定为驱动单元可将喷嘴定位在其内的区域。0024所述施加装置还包括局部相机,其朝向目标,以用于通过对目标表面部分地成像来为喷嘴相对于视觉特征提供局部参照。尤其是,所述局部相机可随喷嘴移动。例如,所述视觉特征可以是期望的图案的先前施加的区段,其通过图像识别在局部相机的图像中被空间参照。0025具体地讲,通过局部相机的局部参照可以按照MM或亚MM范围内的位置精度或分辨率进行,优选地,局部参照的空间分辨率在施加装置可实现的分辨率的范围内或更高例。
25、如,空间分辨率优于具有施加喷嘴和驱动单元的喷墨型印刷头可实现的每英寸点数,更具体地讲,低于一毫米。局部参照可相对于目标表面处的视觉特征,而非相对于目标表面坐标系统全局绝对参照。0026控制器根据喷嘴的实际位置和期望的图案来控制驱动单元和喷嘴的喷出,以将期望的图案施加在目标表面上例如,利用喷嘴所喷出的涂料。0027所述系统的外部参照装置是远离图形施加装置设置的测绘仪器,用于根据施加装置的可跟踪光学特征为图形施加装置的基座相对于目标表面提供全局参照。所述参照在至少三个自由度,尤其是至少五个自由度上进行。例如,所述可跟踪光学特征可附接到基座或由基座实现。0028具体地讲,通过外部参照装置的全局参照可。
26、以按照毫米、厘米或更高范围内的位置精度或分辨率来进行,优选地,全局参照可实现的空间分辨率低于局部参照可实现的分辨率,更具体地讲,是局部参照分辨率的至少十倍或更高,但是相对于目标表面坐标系统全局绝对参照。0029当期望的图案大于施加范围时,将期望的图案分成多个拼块,所述拼块在施加范说明书CN104129173A4/17页8围内,并且所述拼块将利用图形施加装置相对于目标表面的逐步重新定位来依次施加。0030所述施加装置被构建为在通过全局参照确定的施加范围施加范围内待施加的各个实际拼块相对于目标对象的基本对准,并且通过局部参照确定的通过喷嘴在施加范围内定位而实现的实际拼块与先前施加的拼块的精细对准的。
27、情况下,施加期望的图案。0031换言之,系统控制器可被构建为通过基本对准和精细对准的组合将施加装置逐步重新定位,使得基于来自全局参照的信息使施加范围相对于目标对象对准尤其是相对于施加范围的先前位置重新定位,并基于来自局部参照的信息通过驱动单元将喷嘴定位以使施加范围内的实际拼块与目标表面处的视觉特征尤其是一个或更多个先前施加的拼块精细对准,来施加期望的图案。0032所述外部参照装置可以是大地测量仪,其测量施加装置的极坐标,尤其是根据作为施加装置处的至少一个参考标记的可跟踪光学特征的光学测绘在六个自由度上确定施加装置相对于目标表面的全局位置和取向。该大地测量仪可包括光电距离测量和自动光学跟踪和/或。
28、可跟踪光学特征的识别和测绘。0033例如,外部参照装置可以是激光跟踪器,施加装置可包括回射器作为可跟踪光学特征。在另一示例中,外部参照装置可以是电动视距仪或全站仪,施加装置可包括自动目标识别ATR回射器作为可跟踪光学特征。0034可建立施加装置与外部参照装置之间的通信链路,以便交换全局和/或局部参照的空间参照信息,尤其是实时通信链路。0035根据本发明,施加装置的施加范围通常比目标表面的尺寸小,尤其为所述尺寸的至少1/2或优选地更小。0036施加装置可包括用户引导单元,该用户引导单元被构建为在从一个拼块位置到另一拼块位置重新定位施加装置的同时根据全局参照引导施加装置的重新定位。0037本发明还。
29、涉及一种用于通过具有施加装置和外部参照装置的施加系统施加期望的图形的方法。将期望的图案施加到目标表面,尤其是利用涂料施加到自由形式的大面积目标表面是通过由驱动单元在至少两个维度中将用于将涂料喷出到目标表面上的至少一个喷嘴相对于施加装置的基座进行定位来完成的。通过所述定位,在施加范围内调节喷嘴到目标表面上的喷出瞄准,所述施加范围被限定为驱动单元可对喷嘴进行定位的区域。在图形施加装置的基座或框架结构处包括至少一个可跟踪光学特征。0038在图形施加装置处,由朝向目标表面的局部相机通过对目标表面进行成像来进行喷嘴相对于视觉特征的局部参照,尤其其中,对喷嘴的定位还定位局部相机。所述局部参照可通过在来自局。
30、部相机的图像中对视觉特征进行图像识别来完成,其中,所述视觉特征可优选地为期望的图案的先前施加的区段。0039对驱动单元的定位和喷嘴的喷出的控制由控制器根据喷嘴的实际位置和期望的图案来完成,以实现期望的图案在目标表面上的施加例如,利用类似喷嘴所喷出的涂料或印刷油墨的材料。0040通过作为远离图形施加装置设置的测绘仪器的外部参照装置完成施加装置的基座相对于目标表面的全局参照。所述全局参照是根据施加装置的可跟踪光学特征在至少三个自由度,尤其是至少五个自由度上进行的。0041当期望的图案大于装置的施加范围时,将期望的图案分成多个拼块,使得所述拼说明书CN104129173A5/17页9块在施加范围内。。
31、通过图形施加装置相对于目标表面逐步重新定位来依次施加所述拼块。0042根据所述方法,通过待施加的实际拼块的施加范围相对于目标对象的基本对准其基于全局参照进行以及通过喷嘴在施加范围内的定位实现的实际拼块与先前施加的拼块的精细对准其基于局部参照进行的组合来完成期望的图案的施加。0043对喷嘴的定位和喷出的控制通过局部参照、全局参照以及要施加在目标表面的期望位置处的期望的图案的组合来进行。所述控制调节喷嘴装置的移动和喷出,以便在目标表面上的期望的全局坐标处通过根据局部参照使拼块精确对准来在目标表面上实现期望的图案。0044在实施方式的示例中,根据全局参照来控制施加装置相对于目标表面的布置以便于施加各。
32、个拼块,并且根据全局参照并考虑局部参照,尤其是考虑根据局部参照测绘的一个或更多个先前施加的拼块来控制喷嘴在施加装置的施加范围内的施加和移动。0045这里,可通过根据全局参照使实际拼块缩放和/或变形以便实现所述实际拼块的轮廓与通过局部参照确定的一个或更多个先前施加的拼块的边界的匹配来进行施加。另外,可将作为期望的图案的要施加的平面2D图像变换为目标表面的自由形式的3D形状,使得期望的图案在非平面、自由形式的目标表面上看起来不变形。0046局部参照可通过对局部相机所拍摄的图像的数字图像处理来完成,其中,根据局部相机的图像中的结构特征,尤其是根据其轮廓、对比面、颜色分离、高通或低通滤波、特征提取等来。
33、确定先前施加的至少一个拼块。根据由此确定的局部参照,可修改实际待施加的多个拼块中的一个以满足全局参照和局部参照的要求例如,通过在施加装置的当前施加范围内对拼块进行定位、移位、旋转和/或缩放。0047期望的图案的施加还可通过将3D形貌施加到目标表面上来完成如下面详细描述的,其中,期望的图案被形貌结构化以改进目标表面的空气动力学或流体阻力,尤其其中,所述形貌或拓扑是在目标表面上具体实现鲨鱼皮效应、荷花效应或类似效应的纳米结构或微结构优选地,其高度变化小于5CM,优选地小于1CM或更低。0048这里,目标表面的3D形状以及目标表面上已经存在的3D形貌通过局部参照确定,并且对施加进行控制,以使得施加的。
34、表面结构平滑且无缝,使得在空气动力学上避免非最优过渡,并且所得表面结构是准无穷的。0049本发明还涉及一种计算机程序产品,该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码,以用于将期望的图案施加到目标表面上,其中,所述施加通过将期望的图案分成多个拼块来进行。所述程序根据施加装置相对于目标表面的外部全局参照与待施加拼块相对于先前施加的拼块的局部参照的组合来控制施加尤其是当所述程序在根据本发明的图形施加装置上执行时。0050根据本发明,鉴于全局坐标根据局部坐标来控制喷嘴的喷出和/或定位。例如,作为来自局部参照以及来自全局参照的空间参照数据的坐标被组合以控制喷嘴装置的喷出,其中,局部参照确保拼块彼。
35、此的精确匹配,全局参照确保拼块在目标对象上的期望定位,使得远大于施加装置的施加范围尤其是五倍以上的目标表面和/或期望的图案可被无缝地施加在目标上的期望位置处。0051具体地讲,通过掩模或通过箔施加的图案的交叠和/或边缘导致表面上的微台阶。鉴于空气动力学,如飞机的表面上的这种不平、不光滑的特征不可取,尤其是如果所述说明书CN104129173A6/17页10特征并非出于空气动力学目的而专门设计的话。0052通过根据本发明的施加装置的喷嘴的3D施加可用于补偿,例如填充、平滑或均衡表面形貌中的微小的不精确。那些不精确可以是微小的凹痕、钻孔、螺钉或铆钉头等。在现有技术中如果有的话必须用底漆材料填充那些。
36、不精确并在附加步骤中用砂纸打磨。根据本发明现在提出的特殊方面,这可在相同的步骤中通过相同的装置根据期望的图案施加保护性或装饰性表面涂层来完成。在3D施加中,可通过在需要更大施加高度的位置处喷出更多材料或者增加喷出时间来实现或补偿高度差。3D施加的另一种选择是通过目标表面上的多层材料来构建3D形貌。0053近来在为改进空气动力学或者流体中的流体阻力而特殊设计的表面结构所谓的鲨鱼皮效应的方向上的研究实现了有希望的结果,并且载体表面的这种微结构化在降低燃料消耗进而实现更高的速度或保护表面免受环境影响例如,灰尘、水、冰等方面会是重要因素。在飞行器上的实际测试已经对此进行了证明。0054在运输载体的涂漆。
37、和装饰方面这尤其具有挑战性,因为表面的涂漆处理生成载体的大部分外层,该外层还负责这些微结构化效果。因此,在本发明的先进实施方式中,目的不仅在于根据期望的图案实现载体的精确装饰,而且在于由此实现限定的表面结构优选地在载体的整个外壳上无缝,以实现类似最优空气动力学的期望效果。因此,不仅在表面上进行平面喷涂或喷墨施加,该处理更类似于在高度上进行微结构的3D打印,从而不仅实现期望的颜色表面保护,而且在载体表皮上实现改进的形貌结构。例如,这些可取的表皮结构的示例可见于US5,848,769、EP1578600、WO2011/124318或近来与鲨鱼皮效应有关的研究论文例如,来自德国弗劳恩霍夫协会的IFA。
38、M中。0055根据本发明的这一方面,可由施加装置的喷嘴通过将纳米结构或微结构直接喷出到目标表面上来应用类似于鲨鱼皮效应的机翼肋骨效应RIBLETEFFECT,尤其其中,即使按照多个拼块逐步施加形貌,也可使用局部参照来实现自由形式的大面积表面的无缝覆盖。除了鲨鱼皮形貌之外,所谓的荷花效应涂层或者其它超疏水表面形貌也是已知的,并且也可根据本发明的这一方面来进行应用。0056这里,垂直于表面的第三维度与目标表面维度相比是平整的例如,几毫米或者甚至低于一毫米,但是仍包括期望的形貌图案。这里,不仅必须使装饰性方面相对于表面的先前施加的区段精确对准,而且形貌必须匹配以实现无缝过渡,这是以最优方式实现期望的。
39、效果所需的。对于载体外壳上常见的非平面、自由形式的表面而言尤其如此。全局参照单独通常不足以实现这种效果,因为其位置精度太低不足以实现无缝形貌图案。因此,此实施方式中的局部参照不仅利用平面图像处理来使图形图案相对于图案的先前施加的部分对准以避免间隙或交叠,而且考虑表面的3D结构来使先前施加的3D结构与实际施加对准。例如,这可通过具有结构光照明的相机系统或者基于在限定的不同目标照明情况下实现的阴影效果通过表面形貌确定来实现。另外,为此可在喷出系统旁边局部使用多相机方法、RIM相机、3DFLASHLIDAR、激光扫描等。对于如上所述仅平面图形施加的局部参照,简单的一维或二维相机就足够了。0057在此。
40、表面结构化技术中,目的不是实现具有纹理的平坦光滑的表面覆盖,而是将3D结构施加到表面上以实现期望的形貌。这通过在不同位置处将不同量的溅射材料喷出到表面上以实现期望的3D结构来完成。可存在构建形貌的专用施加材料,其在相同的处理中说明书CN104129173A107/17页11通过一层期望的颜色覆盖。在另一实施方式中,可通过为表面上色的相同材料来建立3D结构,但是也可通过透明形貌层来施加形貌。0058上述鲨鱼皮施加也可独立于施加装置的参照被视作独立的发明,并且可在没有全局参照方面的情况下实现,但是后者如上所述可有助于施加。例如,通过用于改进载体的外表面的空气动力学、流体阻力和/或拒污性的装置和方法。
41、,施加装置包括用于喷出材料的喷嘴所述喷嘴可相对于施加装置定位以及用于为实际施加相对于先前施加提供参照的局部参照系统,其中所述装置被构建为按照多个依次施加的拼块将期望的3D形貌施加到载体外表面上,其具有微结构,尤其是鲨鱼皮或荷花拓扑,其中,通过根据局部参照将拼块的3D结构缝合在一起,所述微结构在多个拼块上具有无缝形貌。可选地,还可通过远程测绘仪器为施加装置相对于载体的位置和取向提供全局参照。附图说明0059下面仅以示例的方式参照图中示意性示出的工作示例更详细地描述或说明根据本发明的方法以及根据本发明的装置和设置。具体地讲,0060图1示出根据本发明的图形施加系统的可能实施方式的示例,该图形施加系。
42、统包括具有局部参照相机和远程参照装置的施加装置;0061图2以简化框图示出根据本发明的图形施加系统的可能实施方式的示例;0062图3以示意图示出根据本发明的图形施加系统的另一实施方式的另一示例;0063图4示出根据本发明的图形施加系统的可能用途的示例;0064图5示出根据本发明的系统的实施方式的抽象图;0065图6示出根据本发明的将期望的图案施加到飞机上的图形施加系统的示例;0066图7示出根据本发明的将期望的图案施加到船只上的图形施加系统的示例;0067图8示出根据本发明的在飞机库中的图形施加系统的第一示例性实施方式的侧视和正视图;0068图9示出根据本发明的在飞机库中的图形施加系统的第二示。
43、例性实施方式的侧视和正视图;0069图10示出根据本发明的在飞机库中的图形施加系统的第三示例性实施方式的侧视和正视图;0070图11示出利用根据本发明的图形施加系统将期望的形貌施加到目标表面的示例,其将鲨鱼皮施加到船身。0071附图不应被认为是按比例绘制。贯穿附图,相同或功能等同的特征使用相同的标号。具体实施方式0072图1示出根据本发明的图形施加系统的实施方式的抽象图,该图形施加系统包括施加器或图形施加装置1以及位于施加装置1外部的参照装置2。在图示设置的示例中,施加装置1用于将期望的图案5施加到载体10上,或者更具体地讲,施加到作为必须施加期望的图案5的大面积自由形态的目标表面3的飞机尾翼。
44、上。0073图形施加装置1包括喷嘴17,其用于将溅射材料例如,涂料喷出到目标表面3说明书CN104129173A118/17页12上。印刷头中可包括该喷嘴17或者一组这种喷嘴17,其可被设置在施加装置1的基础结构11内,使得可在施加装置1的施加范围内调节印刷头17喷嘴相对于目标表面3的喷出瞄准,由此限定施加范围。0074存在喷嘴17相对于目标3的局部参照,这通过视场朝向目标表面3的局部相机14来实现。对于相机14,可参照目标表面3中用于相机的视觉特征15,尤其是其中视觉特征15可以是期望的图案5的先前施加的部分或区段。0075为了将期望的图案5施加在目标表面3上,存在控制器4例如,计算单元、微。
45、处理器等,其控制驱动单元12的定位以及喷嘴17的喷出以使得期望的图案5将被施加到目标表面3。控制器4可被实现于施加装置1处、外部参照装置2处,作为单独的控制器装置或者作为分布式控制器系统。0076除了施加装置1之外,还存在外部参照装置2作为远离施加装置1设置的测绘仪器,它是根据施加装置1的至少一个光学特征15为施加装置1相对于目标表面3提供全局参照的测绘装置。光学特征15可由施加装置1实现或者附接到施加装置1。施加装置1还可具有不止一个这种光学特征15以用于全局参照。通过光学装置以至少三个自由度优选地,五个或六个自由度无接触地实现全局参照。0077在许多情况下,将涂料、印刷油墨或粉末施加到作为。
46、目标表面3的大的对象例如,墙壁、工业结构、类似车身的制成品、大的机器零件、飞行器、船只、公共汽车等无法在一个施加步骤中完成。因此,通过将期望的图案5例如,图像和/或文本分成多个区段或拼块8、9来依次施加期望的图形图案5,这些区段或拼块镶嵌或贴合也称作缝合在一起以得到总图案5。拼块8、9的尺寸可取决于许多因素,最重要的一个因素是在不对装置基座11重新定位的情况下,通过喷嘴17相对于装置基座11的移动可覆盖的施加装置的施加范围13。另外,目标表面3的形状、工作台的位置和尺寸、图案5的已经施加的区段的干燥条件、期望的图案5的总尺寸等可影响期望的图案5所分成的拼块8、9的尺寸、分割和施加顺序。另外,期。
47、望的图案5内的有利区段或结构类似单个字母、词、图形项或者将施加相同颜色的区域等可影响期望的图案5的分段和拼块尺寸的选择。因此,拼块8、9也可具有不同的形状,它们不必具有矩形形状,而是也可具有多边形轮廓。也无需所有拼块8、9使用施加装置1的整个施加范围13,这意味着拼块8、9中的至少一些也可小于施加范围13。0078为了根据包括期望的图案5的信息的数据将材料施加到目标3上,必须建立施加装置1相对于目标表面3的空间参照。特别是在规模较大的目标10的情况下,需要实现施加在目标的整个范围上的空间参照。非平面3D目标表面3以及目标表面3上的突然中断是另一挑战,例如待涂漆表面包括电缆或管道,或者载体10的。
48、主体类似飞机机身包括窗户或者必须排除在涂漆之外的功能和活动设备,因为涂料可能导致故障。0079在现有技术中,对目标表面3进行掩蔽以使得仅期望的区域保留不被覆盖以便于后续施加处理是很重要且耗时的准备工作。在半自动化设置中,类似US7,922,272中,按照准确的空间参照将施加器相对于目标固定是主要的准备工作。由此固定的现有技术的导轨被设计成为施加装置相对于目标表面提供定义的参照,以便于提供施加器相对于目标的预定义的机械固定且已知的位置、取向和距离。这里,施加精度由目标与施加装置的刚性机械链接为施加器提供引导预定义。用于施加器的引导件在目标表面上的不准确的安装会导致施加在目标表面上的图案的位置或取。
49、向不精确尤其是相对于目标表面本身或者相说明书CN104129173A129/17页13对于期望的图案的先前施加的部分。0080控制器4可作为计算装置构建,其可计算实际或预测的施加点,作为目标表面3上的实际或预测的施加区域,喷嘴17的喷出物将撞击在其上。可改变喷嘴17的喷出特性以使得目标表面3将根据期望的图案5而被溅射,由此调节施加点。因此,施加点主要取决于施加装置1的全局空间参照、喷嘴17相对于目标表面3的局部参照和/或先前的施加以及喷嘴17的一组喷出特性。例如,喷嘴17的这些材料喷出特性可以是喷出方向、发散性、压力、速度、材料率等,其中一些可以是固定的,也可由喷嘴控制机构可变地控制。0081在简单的实施方式中,使用开/关控制,但是已知有许多高级方法来影响喷出,尤其是在喷墨印刷或喷枪的技术领域中。为了提供将由喷嘴17弹出的施加材料,施加装置1可包括材料供应装置,其可链接到一个或更多个内部或外部材料罐。施加装置1还可配备有附加的用于喷砂的专用喷嘴17,以便于在施加期望的图案5之前通过单个装置1对目标表面3进行准备。0082施加装置1、其控制器4或相关的计算装置可包括数据存储装置,期望的图案5的已经施加的部分的进度历史优选在施加过程中在线地存储在其中。存储装置还可包括期望的溅射数据5,其可被存储作为将施加到目标表面3的空间相关的期望图案。将施加到目标表面3的。