DE60034646T2 - Rechnergesteuertes Verfahren und Vorrichtung zum Glätten und Lackieren der Aussenflächen von Schiffen - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen das automatisierte Glätten beziehungsweise Straken und Lackieren von Wasserfahrzeugen, und die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von computergesteuerten Robotergeräten zum Analysieren von Oberflächenunvollkommenheiten, Aufbringen eines Ausgleichs- beziehungsweise Strak-Gemisches und zum Lackieren.
- Kundenspezifische Wasserfahrzeuge werden derzeit unter Verwendung zeitaufwendiger Techniken und Verfahren gebaut. Ein Teil dieses Prozesses ist als Straken bekannt. Straken ist ein Prozess, in welchem eine nicht ganz glatte Oberfläche gefüllt, geschliffen, und zur Vorbereitung der Lackierung grundiert wird. Straken, wie es derzeit in der Marineindustrie angewendet wird, erfolgt nahezu ausschließlich auf den Außenseiten von Jachten, bei denen die erheblich verbesserte ästhetische Qualität der Lackierung auf einem professionell gestrakten Rumpf oder Aufbau der Lackfläche eine gleichmäßige spiegelartige Qualität verleiht. Derzeit werden kommerzielle oder militärische Wasserfahrzeuge nahezu niemals wegen der Kosten und Zeit sowie der rein ästhetischen Natur eines derartigen Prozesses gestrakt.
- Straken wird erreicht, indem die Außenoberfläche des Wasserfahrzeugs auf Unvollkommenheiten untersucht wird, und dann bestimmte Techniken zum Entfernen der Unvollkommenheiten von dem Rumpf oder dem Aufbau angewendet werden. Üblicherweise hat eine Mannschaft von ausgebildeten Handwerkern unter Verwendung von handbetätigten Luftwerkzeugen, handbetätigten Elektrowerkzeugen, einfachen Handwerkzeugen oder einer beliebigen Kombination davon diesen Prozess ausgeführt. Der erste Schritt besteht in der Analyse der Unvollkommenheit in der Rumpf- oder Aufbauoberfläche unter Verwendung eines geradlinigen langen Brettes oder einer Latte, um Unvollkommenheiten in der Fahrzeugoberfläche zu "kartieren" oder markieren. Der nächste Schritt beinhaltet die Aufbringung einer Grundierung, üblicherweise einer durch Sprühen aufgebrachten Grundierung. Nach den "Kartierungs"- und Grundierungsschritten werden alle Unvollkommenheiten größer als etwa 1 mm von Hand mittels eines spachtelbaren Strak-Gemisches gefüllt, das mittels Handspachteln und langen Metallverteilern aufgebracht wird. Wenn das gespachtelte Füllmaterial ausgehärtet ist, wird es von Hand unter Verwendung von mit Sandpapier bespannten Handklötzen und "Langbrettern" und mit manuell betätigten Schleifmaschinen geschliffen. Wenn die gestrakte Oberfläche relativ glatt und strak ist, kann eine letzte optionale Aufbringung eines sprühbaren Strak-Gemisches unter Verwendung von handbetätigtem Spraygerät aufgebracht werden. Sobald das gesamte Strak-Gemisch aufgebracht und manuell geschliffen worden ist, schließt dann das Grundieren und Lackieren des getrakten Rumpfes oder Aufbaus den Strak- und Lackierprozess ab.
- Bei Anwendung derzeitiger Verfahren erfordert eine Oberfläche mit 465 m2 (5000 square feet) einer strakbaren Fläche angenähert 2,2 Mannstunden pro 0,092 m2 (1 square feet) oder 11000 Gesamtmannstunden um von einer ungestrakten Oberfläche auf eine hohe Qualität, das heißt, eine Lackierfläche in "Jachtqualität" zu kommen. Verwandte Industrien, wie zum Beispiel die Automobilherstellungsindustrie haben versucht, die großen von Hand durchgeführten Arbeitsgängen entsprechende Ineffizienz durch Automatisierung bestimmter Aspekte der Produktion zu lösen. Beispielsweise beschreibt das
US Patent Nr. 4 532 148 für Veciello ein automatisiertes Lackiersystem für Automobile, das hauptsächlich von Robotern mit rotierenden glockenartigen Zerstäubungsvorrichtungen durchgeführt wird, die an dem Roboterarm angebracht sind. Obwohl diese Erfindung zur Lackierung von Massenproduktionsautomobilen geeignet ist, dient es nur der Lackierung. - Das
US Patent Nr. 4 498 414 für Kiba et al. beschreibt einen Automobillackierroboter. Dieser Roboter war dafür ausgelegt, Automobile auf einer Fertigungslinie mit dem zusätzlichen Merkmal zu lackieren, dass er in der Lage war, die Fahrzeugtüre für einen größeren Zugang für die Lackierung zu öffnen. - Während die vorstehenden Patente automatisierte Lackierroboter und ein System zum Lackieren mit Robotern betreffen beschreibt das
US Patent Nr. 5 571 312 für Andoe ein Beschichtungsmaterial, das von den Robotern auf ein Wasserfahrzeug aufgebracht werden könnte. - Keiner von den vorstehenden Querverweisen beschreibt ein Verfahren zum Straken eines Wasserfahrzeugs. Zusätzlich hat die Wasserfahrzeugindustrie kein automatisiertes Verfahren zum Einsparen von Zeit und Aufwand erdacht, die beim Straken eines Fahrzeugrumpfes und des Aufbaus aufgewendet werden. Demzufolge besteht in dem Fachgebiet ein Bedarf nach einem Verfahren zum automatisierten Straken von Wasserfahrzeugen, um Zeit und Aufwand einzusparen und um ein Präzisionsstraken sicher zu stellen.
- Die nachstehenden Dokumente des Stands der Technik werden anerkannt: a)
EP 0165 911 , welches ein Verfahren und eine Roboterplattform zum Waschen, Sandstrahlen und Lackieren in einem Schiffsbautrockendock betrifft und b)DE 32 11 992A , welches ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Programmieren eines schienengesteuerten Roboters betrifft, dessen Bewegungsprozesse, welche von Steuermotoren ausgeführt werden, durch elektrische Ausgangssignale eines programmierbaren Speichers gesteuert werden, wobei wenigstens ein Griff mit Sensoren an dem Roboter während des Programmierungsprozesses angebracht wird, wobei die Sensoren, wenn sie einer Druckspannung ausgesetzt werden, elektrische Signale ausgeben, welche einerseits an die Robotersteuermotoren als Steuersignale und andererseits in dem Roboterspeicher als Programmierungssignale übertragen werden. - Es besteht ein weiterer Bedarf im Fachgebiet nach einem Verfahren zum automatisierten Straken, das verbesserte Multifunktionsroboter mit austauschbaren Betriebsköpfen verwendet.
- Die vorliegende Erfindung erfüllt den Bedarf im Fachgebiet durch die Bereitstellung einer Automatisierungstechnolgie zum Analysieren, Straken und Lackieren der Rümpfe und Aufbauten von Wasserfahrzeugen, um Materialkosten und Arbeit zu sparen und um ein computergesteuertes Präzisionsstraken bereit zu stellen.
- In ihrem breitesten unabhängigen Aspekt stellt die Erfindung ein computergesteuertes Verfahren zum Vorbereiten und Lackieren des Rumpfes und/oder des Aufbaus eines Wasserfahrzeugs unter Verwendung eines Robotersystems bereit, welches mehrere von einem Computer gesteuerte Roboter zum Vorbereiten und Lackieren des Wasserfahrzeugs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:
- – Analysieren des Schiffsrumpfes und/oder des Aufbaus auf Unvollkommenheiten
- – Aufbringen eines Ausgleichs- bzw. Strak-Gemisches auf die Unvollkommenheit;
- – Glätten der Unvollkommenheiten in Ausrichtung zu dem Rumpf und/oder dem Aufbau; und
- – Lackieren des Rumpfes und/oder des Aufbaus.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Roboter die Roboter auf Gleitschienen und/oder einem Portal zur Bewegung angeordnet.
- In einer weiteren Ausführungsform sind die Roboter mit Armen ausgestattet, die zum Befestigen und Verwenden verschiedener Zusatzgeräte anpassbar sind.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Analyseschritt die Verwendung eines Oberflächenkartierungssystems unter Verwendung von Lasern auf, das an dem Roboter befestigt ist.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Analyseschritt die Verwendung eines Oberflächenkartierungssystems unter Verwendung von Radar auf, das an dem Roboter befestigt ist.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Strak-Gemisch-Aufbringungsschritt ferner die Verwendung eines an dem Ende des Roboterarms befestigten Sprühgerätes auf.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Strak-Schritt die Verwendung einer Fräsvorrichtung und einer Saugvorrichtung in Verbindung miteinander, befestigt an dem Ende des Roboterarms auf
- In einer weitern bevorzugten Ausführungsform weisen die Schritte ferner die Verwendung austauschbarer Zusatzgeräte zur Verwendung durch die Roboter auf.
- Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, Roboter zu verwenden, um die Unvollkommenheiten in dem Rumpf oder Aufbau in einem Wasserfahrzeug unter Verwendung eines Oberflächenkartierungs-Lasers oder -Radars zu Analysieren.
- Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Roboter zum Aufbringen jedes sprühbaren Strak-Gemisches zu verwenden, wie es zum Korrigieren der detektierten Unvollkommenheiten im Rumpf oder Aufbau eines Wasserfahrzeugs erforderlich ist, indem Sprühgeräte zum Aufbringen des Gemisches verwendet werden.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung von Robotern zum Sandstrahlen des Strak-Gemisches sobald dieses auf das Fahrzeug aufgebracht wurde, um eine glatte Oberfläche durch Verwendung eines Fräs- oder Sandstrahlkopfes zu erhalten.
- Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Entfernung des durch den Sandstrahlprozess erzeugten Strak-Gemischstaub aus dem Arbeitsbereich mittels eines Saugrohres oder einer anderen ähnlichen Reinigungseinrichtung.
- Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung von Robotern, um die Endlackierungsschicht auf die Fahrzeugoberfläche unter Verwendung von Sprühgeräten zum Aufbringen der Lackierung aufzubringen.
- Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer beweglichen Einrichtung für die Roboter für den Zweck, den Robotern einen vollständigen Zugang zu den Rumpf- und Aufbauflächen des Fahrzeugs zu ermöglichen.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Ausstattung der Roboter mit austauschbaren Köpfen, um die Aufgaben der Analyse des Rumpfes auf Unvollständigkeiten, der Aufbringung des Strak-Gemisches, des Sandstrahlens des Rumpfes und des Lackierens zu lösen.
- Die vorstehenden Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche im Rahmen eines Beispiels einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
-
1 ist eine Draufsicht auf ein in dem Arbeitsbereich des automatisierten Strak-Systems angeordneten Fahrzeugs und der angenäherten Anordnung des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine perspektivische Ansicht des automatisierten Strak-Systems welches einen an einem Portal montierten Roboter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält; -
3 ist eine Seitenaufrissansicht, die einen auf Schienen montierten Strak-Roboter und einen an einem Portal montierten Roboter darstellt, die in dem automatisierten Strak-System und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und -
4A bis4D sind perspektivische Ansichten der in Verbindung mit den Robotern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Köpfe. - In den Zeichnungen und insbesondere in
1 davon ist ein automatisiertes Strak-System10 dargestellt, welches eine Steuerung12 zum Anweisen der Bewegung der Roboter14 enthält. Die Steuerung ist in der Lage, unterschiedliche elektrische Eingangssignale zum Initiieren des Betriebs der Roboter14 in Übereinstimmung mit einer vorprogrammierten Betriebssequenz aufzunehmen. Die Roboter14 sind auf parallelen Schienen16 zur Bewegung entlang der Längsachse des Wasserfahrzeugs18 montiert. Das Fahrzeug18 befindet sich in dem Betriebsbereich der Roboter14 zwischen den Schienen16 , was den Robotern einen vollständigen Zugang entlang des Verlaufs des Fahrzeugs18 ermöglicht. -
2 stellt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Systems dar, in welchem die Roboter14 auf den Schienen16 bei der Arbeit an dem Fahrzeug18 in Verbindung mit einem Portal20 und einem an dem Portal montierten Roboter22 zu sehen sind, wobei das Portal20 und der an dem Portal montierte Roboter22 ebenfalls von der Steuerung12 gesteuert werden. Gemäß der alternativen Ausführungsform hätte das Portal20 die Fähigkeit zu einer geradlinigen Aufwärts- und Abwärtsbewegung24 entlang der Längsachse des Fahrzeugs18 , und der Roboter22 auf dem Portal20 hätte eine Bewegungsmöglichkeit von einer Seite zur anderen Seite und eine Teleskopeinrichtung35 , um sich zur Arbeitsfläche hin anzuheben oder abzusenken. - Wie in der Beschreibung von
1 festgestellt, arbeitet diese Erfindung mit, und deren Vorrichtung enthält, Roboter(n)14 (1 ) ohne ein Portal20 . Zusätzlich arbeiten, wenn das Portal20 verwendet wird, verschiedene alternative Strukturen innerhalb der Grenzen dieser Erfindung, wie zum Beispiel die "Schenkel" gemäß Darstellung in2 , oder mit "Schenkeln" gemäß Darstellung, aber ohne das Portal von oben. - Wie man in
3 sehen kann, sind die Roboter14 und22 hydraulisch betätigte Einheiten, welche eine Basis30 , einen Primärarm32 , einen Sekundärarm34 und ein Handgelenk36 aufweisen, das in einem Lagerungskopf38 endet, welcher mit irgendeinem der austauschbaren Werkzeuge50 ,60 ,70 und80 in Eingriff steht. Die Steuerung12 und die Basis30 , der erste Arm32 , der zweite Arm34 , das Handgelenk36 , der Trägerkopf38 und die austauschbaren Werkzeuge50 ,60 ,70 und80 sind funktionell verbunden, um das Endergebnis einer Bewegung der austauschbaren Werkzeuge50 ,60 ,70 und80 in einer gewünschten Weise zu erzielen. -
4A bis4D stellen die verschiedenen austauschbaren Werkzeuge50 ,60 ,70 und80 dar, wie sie in dem automatisier ten Strak-System10 verwendet werden. Das optionale Analysewerkzeug50 in4A wird zum Analysieren der Fahrzeugoberfläche19 unter der Verwendung eines Oberflächenkartierungslasers oder -radars53 verwendet. Dieses Werkzeug ist an einer Verbindungseinrichtung51 befestigt, welche mit dem Handgelenk36 verriegelt ist. Der Analyseprozess kann auch mit an der Basis30 der Roboter14 und22 statt an dem Ende des zweiten Arms34 befestigter Analyseeinrichtung erreicht werden. - Das Aufbringungswerkzeug für das Strak-Gemisch
60 in2 verwendet eine Sprühdüse62 die mit Druckluft64 und einem Strak-Gemisch66 über Schläuche65 beziehungsweise67 versorgt wird. Das Werkzeug wird mittels einer Verbindungseinrichtung61 , die mit dem Handgelenk36 verriegelt, befestigt. -
4C stellt ein auswechselbares Sandstrahlwerkzeug70 dar, das zum Sandstrahlen der mit dem Strak-Gemisch behandelten Flächen verwendbar ist. Das Werkzeug verwendet eine Einrichtung zum Sandstrahlen72 in Verbindung mit einem Absaugschlauch74 für die Entfernung des durch die Glättung des Strak-Gemisches66 erzeugten giftigen Staubs. Eine Haube76 umfasst die Sandstrahleinrichtung72 und den Saugschlauch74 , wobei der Saugschlauch durch das Werkzeug70 hindurch und in die Haube74 unmittelbar an die Sandstrahleinrichtung72 ragt, welche in der Zeichnung von4C aus Gründen der Deutlichkeit nicht dargestellt ist, aber selbstverständlich in dieser Weise vorhanden ist, wie es vorstehend hierin beschrieben wurde. Die Haube76 wird dazu genutzt, um das Entweichen des Staubes zu verhindern und wird auch zur Verbesserung der Saugfähigkeit des Saugers74 verwendet. Das Sandstrahlwerkzeug70 ist austauschbar an dem Handgelenk36 durch eine Verbindungseinrichtung71 befestigt. Ferner sind zum Reinigen der analysierten und mit Strak-Gemisch66 behandel ten Oberfläche verschiedene alternative Einrichtungen verwendbar; beispielsweise wird eine Wasserstrahleinrichtung in einem von den Werkzeugen verwendet, wobei dieses jedoch ausreichende Verbindungen für die Handhabung des Wassers erfordert, und dieses möglicherweise eine Trocknungseinrichtung zur Verwendung nach dem Wasserstrahlen oder Leistungswaschen erfordert. Wenn Wasserstrahlen zum Reinigen verwendet wird, wird der Druck an die Größe des Fahrzeugs (weniger für eine Jacht als für ein großes Schiff) angepasst. Ferner beinhaltet insbesondere bei großen Schiffen das vorliegende Erfindungsverfahren nur die Schritte der Positionierung des Fahrzeugs, der Reinigung mittels Wasserstrahlen und der Analyse auf Unvollkommenheiten oder Konturen vor einer Reparatur und/oder Lackierung. - Ein auswechselbares Lackierwerkzeug
80 ist in4D , einer perspektivischen Ansicht, dargestellt. Die Lackierung86 wird über eine Sprühdüse82 aufgebracht, die durch Schläuche85 und87 mit Druckluft84 beziehungsweise Lack86 versorgt wird. Das Lackierwerkzeug80 ist auswechselbar an dem Handgelenk36 über eine Verbindungseinrichtung81 befestigt.
Claims (15)
- Computergesteuertes Verfahren zum Vorbereiten und Lackieren des Rumpfes und/oder des Aufbaus eines Wasserfahrzeugs (
18 ) unter Verwendung eines Robotersystems (10 ), welches mehrere von einem Computer (12 ) gesteuerte Roboter (14 ,22 ) zum Vorbereiten und Lackieren des Wasserfahrzeugs (18 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: – Analysieren (50 ) des Schiffsrumpfes und/oder des Aufbaus auf Unvollkommenheiten – Aufbringen (60 ) einer Ausgleichs- bzw. Strak-Verbindung (66 ) auf die Unvollkommenheit; – Glätten (70 ) der Unvollkommenheiten in Ausrichtung zu dem Rumpf und/oder dem Aufbau; und – Lackieren (80 ) des Rumpfes und/oder des Aufbaus. - Computergesteuertes Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt der Entfernung des durch den Glättungsschritt erzeugten Verbindungsstaubes.
- Computergesteuertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Roboter (
14 .22 ) auf beweglichen Einrichtungen (16 ,20 ) positioniert sind und Arme (32 ,34 ) aufweisen, die mit um verschiedene Steuerachsen beweglichen verschiedenen Zusatzgeräten (50 ,60 ,70 ,80 ) versehen sind. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Roboter (
14 ,22 ) auf Gleitschienen (16 ) und/oder einer Brücke (20 ) zur Bewegung angeordnet sind. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Analyseschritt die Verwendung von an den Robotern (
14 ,22 ) angebrachten Lasern in einem Oberflächen-Abbildungssystem umfasst. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Analyseschritt die Verwendung von an den Robotern (
14 ,22 ) angebrachten Radargeräten (53 ) in einem Oberflächen-Abbildungssystem umfasst. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aufbringungsschritt des Strak-Gemisches die Verwendung einer an dem Ende des Arms (
32 ,34 ) angebrachten Sprühvorrichtung umfasst. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Strakens die Verwendung einer Schleif-, Fräs- oder Sandstrahlvorrichtung (
70 ) und einer Saugvorrichtung (74 ) umfasst, welche in Verbindung miteinander arbeiten, und welche an dem Ende des Arms (32 ,34 ) angebracht sind. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lackierungsschritt die Verwendung einer zweiten Sprühvorrichtung (
80 ) umfasst, die an dem Ende des Arms (32 ,34 ) angebracht ist. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder von den Robotern (
14 ,22 ) eine Basis (30 ), einen Primärarm (32 ), einen Sekundärarm (34 ) und ein in einem Lagerungskopf (38 ) endendes Handgelenk (36 ) und verschiedene Werkzeuge (50 ,60 ,70 ,80 ), die an den Handgelenken (36 ) oder den Basen (30 ) angebracht werden können. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Analyse (
50 ) des Schiffsrumpfes oder des Aufbaus die Anbringung und Verwendung eines Analysewerkzeugs (50 ) an jedem der Roboter (14 ,22 ) zur Analyse der Oberflächen (19 ) des Wasserfahrzeugs (18 ) umfasst, um Konturen und Unvollkommenheiten zu detektieren. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Glättungsschritt ein Sandstrahlschritt (
70 ) und das Anbringen und Verwenden eines Oberflächen-Sandstrahlwerkzeuges (70 ) auf jeden der Roboter (14 ,22 ) umfasst, um die Oberflächen (19 ) zur Lackierung vorzubereiten. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Lackierung (
80 ) die Anbringung und Verwendung eines Lackierwerkzeugs (80 ) an jedem der Roboter (14 ,22 ) zum Lackieren der Oberflächen (19 ) umfasst, um eine Oberfläche hoher Qualität zu erzeugen. - Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt einer Anbringung eines Wasserstrahlwerkzeugs an jedem der Roboter (
14 ,22 ) umfasst, um die Oberflächen (19 ) zu reinigen. - Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Analyseschritt das Befestigen eines Strak-Gemisch-Aufbringungswerkzeuges (
6 ) an jedem der Roboter (14 ,22 ) umfasst, um ein Strak-Gemisch (66 ) auf die Unvollkommenheiten aufzubringen.
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