涂覆介质的施加方法、被涂覆物体、控制系统和涂覆系统 |
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| 申请号 | CN202180102193.X | 申请日 | 2021-09-16 | 公开(公告)号 | CN117916095A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | ABB瑞士股份有限公司; | 发明人 | 英格维·芬尼斯塔德; 多和田孝达; | ||||
| 摘要 | 一种将涂覆介质(26)施加到物体(12)的表面(24)的方法，该方法包括将涂覆介质施加到表面的内部区域(58)，使得内部区域上的涂覆介质具有内部厚度(66)；以及将涂覆介质施加到表面的邻近内部区域的外部区域(60)，以在外部区域的与内部区域相对的一侧处形成涂覆介质的边缘(62)，并且使得外部区域上的涂覆介质具有外部厚度(68)，其中外部厚度的最小值是内部厚度的30％至80％，并且其中外部厚度的最大值等于或小于内部厚度。还提供了一种用于控制涂覆介质的施加的控制系统(16)和一种用于施加涂覆介质的涂覆系统(10)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种将涂覆介质(26)施加到物体(12)的表面(24)的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 涂覆介质的施加方法、被涂覆物体、控制系统和涂覆系统技术领域[0001] 本公开总体上涉及物体的涂覆。特别地，提供了一种将涂覆介质施加到物体的表面的方法、一种具有借助于该方法被施加有涂覆介质的表面的物体、一种用于控制涂覆介质到物体的表面的施加的控制系统、以及一种用于涂覆介质到物体的表面的施加的涂覆系统。 背景技术[0002] 汽车零件和很多其他物体可以使用雾化器进行喷漆。雾化器生成一团油漆颗粒，使得油漆均匀地分布在物体的大面积之上。喷墨涂装是用于汽车涂装的一种新方法。不是使用雾化器将颜料云分散到物体上，而是使用喷嘴阵列在受控过程中施加颜料。 [0003] EP 3628501 A1公开了一种用于在表面上打印图像的方法，该方法包括：使用安装到机器人的手臂的打印头在表面上打印新图像切片，同时沿着光栅路径在表面之上移动打印头；当打印新图像切片时，在表面上打印参考线；在打印新图像切片的同时，使用参考线传感器感测现有图像切片的参考线；以及以将新图像切片的侧边缘与现有图像切片的侧边缘对准的方式，基于感测到的参考线的位置来调节新图像切片的横向位置。发明内容 [0004] 喷墨涂装的一个挑战是如何处理打印图案的边缘。现有技术的喷墨打印方法在被涂装区域与未涂装区域之间产生尖锐的线分隔。然而，当边缘处存在从100％涂装到0％涂装的突然改变时，重力可能会导致涂装在涂装被干燥之前下垂到预期打印图案的边界之外。从而使打印图案的锐度劣化。这种类型的下垂非常明显，因此会影响打印质量。 [0005] 本公开的一个目的是提供一种将涂覆介质施加到物体的表面的改进的方法。 [0006] 本公开的另一目的是提供一种将涂覆介质施加到物体的表面的方法，该方法能够改善涂覆介质的边缘。 [0007] 本公开的另一目的是提供一种将涂覆介质施加到物体的表面的方法，该方法避免了涂覆介质在边缘外部的下垂。 [0008] 本公开的又一目的是提供一种用于控制涂覆介质到物体的表面的施加的控制系统，该控制系统解决了上述目的中的一个、若干或全部。 [0009] 本公开的又一目的是提供一种用于涂覆介质到物体的表面的施加的涂覆系统，该涂覆系统解决了上述目的中的一个、多个或全部。 [0010] 根据第一方面，提供了一种将涂覆介质施加到物体的表面的方法，该方法包括将涂覆介质施加到表面的内部区域，使得内部区域上的涂覆介质具有内部厚度；以及将涂覆介质施加到表面的邻近内部区域的外部区域，以在外部区域的与内部区域相对的一侧处形成涂覆介质的边缘，并且使得外部区域上的涂覆介质具有外部厚度，其中外部厚度的最小值是内部厚度的30％至80％，并且其中外部厚度的最大值等于或小于内部厚度。 [0011] 由于与内部厚度相比外部厚度减小，相对少量的涂覆介质将被放置在外部区域处。以这种方式，可以消除涂覆介质流到边缘外部的风险。在涂覆介质下垂的情况下，下垂将从内部区域到外部区域而发生。以这种方式，即使涂覆介质在涂覆之后下垂，边缘也将保持尖锐。边缘可以提供涂覆图案的外部轮廓。 [0012] 因此，在边缘处的外部区域中的涂覆介质的外部厚度是内部厚度的30％至100％。由于外部厚度的最小值是内部厚度的至少30％，所以可以保持尖锐的边缘。即使在施加之后边缘可以不那么显著，在涂覆介质的干燥之后边缘也将是光滑和尖锐的。当边缘处的外部厚度小于大约20％时，边缘将不那么尖锐并且可能出现锯齿状。 [0013] 该方法可以在外部区域外部在最终物体中留下未涂覆的外部未涂覆区域。边缘可以沿着涂覆图案的所有轮廓提供，其中在最终物体中涂覆介质与未涂覆区域之间将存在过渡。该方法还可以包括在将涂覆介质施加到未涂覆区域之前将涂覆介质干燥至至少80％。 [0014] 涂覆介质可以是液体。在整个本公开中，涂覆介质可以包括涂料。 [0015] 外部区域的宽度可以是至少2mm和/或20mm或更小，诸如10mm。外部区域的宽可以是基本恒定的，或者是恒定的。内部区域的宽度可以是至少20mm。外部区域可以直接过渡到内部区域。因此，内部区域与外部区域之间可以提供有过渡。边缘可以基本上平行于或平行于过渡线。 [0016] 涂覆介质的施加可以借助于根据本公开的打印头来进行。该方法还可以包括在施加涂覆介质的同时借助于操纵器来移动打印头。 [0018] 外部厚度的最小值可以是内部厚度的至少40％，诸如至少50％。也就是说，外部厚度的最小值可以是内部厚度的40％至80％，诸如50％至80％。 [0019] 内部厚度可以是基本恒定的，或者是恒定的。内部厚度可以例如为至少1μm，诸如至少2μm，诸如3μm。备选地或附加地，内部厚度可以例如小于150μm，诸如小于50μm，诸如小于35μm。备选地或附加地，内部厚度可以例如为1μm至150μm，诸如2μm至50μm，诸如3μm至35μm。 [0020] 外部厚度可以从内部区域朝向边缘减小。外部厚度可以包括朝向边缘的梯度。该梯度可以基于涂覆介质的粘度来确定。对于相对较高的粘度，可以设置相对较陡的梯度，反之亦然。备选地或附加地，外部区域的宽度可以基于涂覆介质的粘度来确定。对于相对较低的粘度，可以设置相对较大的宽度，反之亦然。外部区域的宽度可以是从过渡线到边缘的宽度。 [0021] 该方法还可以包括将涂覆介质施加到外部区域，使得突出壁在边缘处被形成。以这种方式，可以使边缘更加尖锐，同时仍然避免边缘外部的下垂。突出壁的厚度可以小于内部厚度的50％，诸如小于20％，诸如小于10％，诸如小于5％。突出壁可以沿着涂覆图案的外部轮廓延伸。突出壁可以在厚度方向上突出，例如垂直于表面。 [0022] 涂覆介质可以通过使用噪声图案被施加到外部区域。噪声图案可以包括应当被施加有涂覆介质的涂覆像素和不应当被施加有涂覆介质的非涂覆像素的分布。该分布可以是随机分布。所得到的厚度将是涂覆像素与未涂覆像素之间的比率的函数。 [0023] 如果涂覆介质以相等的量被施加到噪声图案中的每个像素，则所施加的涂覆介质的厚度可以说是100％。对应地，如果涂覆介质以噪声图案的像素的50％的量被施加，则所施加的涂覆介质的厚度可以说是50％。 [0024] 噪声图案可以包括蓝色噪声。与在例如二元白噪声中相比，在蓝色噪声中，涂覆像素更均匀地分布。因此，在蓝色噪声中，不存在大的可见涂覆像素组。从而可以避免具有固有随机性的问题。计算机图形学中经常使用蓝色噪声来模拟灰色。 [0025] 噪声图案可以具有从内部区域朝向边缘逐渐减小的密度。 [0026] 涂覆介质可以通过喷墨打印机来施加。喷墨打印机是根据本公开的打印头的一个示例。喷墨打印机可以包括喷嘴阵列。每个喷嘴可以被配置为喷射涂覆介质的单个液滴。每个液滴中涂覆介质的量可以基本相等或者相等。以这种方式，涂覆介质的厚度可以通过液滴间距来控制。在涂覆介质的施加期间，喷嘴可以与表面相距1mm至10mm。 [0027] 喷嘴可以是二元的。也就是说，在每个应用实例中，每个喷嘴要么施加给定体积的涂覆介质，要么不施加涂覆介质。包括二元喷嘴的喷墨打印机可以称为数字喷墨打印机。备选地，每个喷嘴可以被控制以喷射可变量的涂覆介质。然而，二元喷嘴简化了像素图案中涂覆介质的施加。 [0028] 涂覆介质可以使用打印头的单个行程被施加到内部区域和外部区域。例如，喷嘴所跨越的喷嘴宽度可以大于外部区域的宽度。 [0029] 根据第二方面，提供了一种物体，该物体具有借助于根据第一方面的方法被施加有涂覆介质的表面。该物体例如可以是车身。 [0030] 根据第三方面，提供了一种用于控制涂覆介质到物体的表面的施加的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理设备和至少一个存储器，该至少一个存储器上存储有至少一个计算机程序，该至少一个计算机程序包括程序代码，该程序代码在由至少一个数据处理设备执行时引起至少一个数据处理设备执行以下步骤：命令将涂覆介质施加到表面的内部区域，使得内部区域上的涂覆介质具有内部厚度；以及命令将涂覆介质施加到表面的邻近内部区域的外部区域，以在外部区域的与内部区域相对的一侧处形成涂覆介质的边缘，并且使得外部区域上的涂覆介质具有外部厚度，其中外部厚度的最小值是内部厚度的30％至80％，并且其中外部厚度的最大值等于或小于内部厚度。 [0031] 至少一个计算机程序还可以包括程序代码，该程序代码在由至少一个数据处理设备执行时引起至少一个数据处理设备执行根据本公开的任何步骤，或者命令其执行。至少一个计算机程序还可以包括程序代码，该程序代码在由至少一个数据处理设备执行时引起至少一个数据处理设备控制根据本公开的打印头和/或操纵器。 [0032] 根据第四方面，提供了一种用于涂覆介质到物体的表面的施加的涂覆系统，该涂覆系统包括根据第三方面的控制系统、和打印头，其中该控制系统被配置为控制打印头。 [0033] 打印头可以包括喷墨打印机。喷墨打印机可以是如本文中描述的任何类型。 [0034] 涂覆系统还可以包括承载打印头的操纵器。操纵器可以是可编程的以在至少一个轴线上移动，诸如在六个或七个轴线上。涂覆系统还可以包括工业机器人。工业机器人可以包括基座和相对于基座可移动的操纵器。涂覆系统还可以包括用于向打印头供应涂覆介质的供应单元。附图说明 [0035] 通过结合附图进行的以下描述，本公开的另外的细节、优点和方面将变得很清楚，在附图中： [0036] 图1：示意性地表示涂覆系统和物体； [0037] 图2：示意性地表示喷嘴头的横截面侧视图； [0038] 图3a：示意性地表示根据现有技术而施加的涂覆图案的俯视图； [0039] 图3b：示意性地表示图3a的横截面侧视图； [0040] 图3c：示意性地表示图2a和图2b中的涂覆图案的下垂的俯视图； [0041] 图3d：示意性地表示图3c的横截面侧视图； [0042] 图4a：示意性地表示具有减薄的外部区域的涂覆介质的施加的俯视图； [0043] 图4b：示意性地表示图4a的横截面侧视图， [0044] 图4c：示意性地表示图4b的局部横截面侧视图； [0045] 图4d：示意性地表示当施加涂覆介质时使用的噪声图案；以及 [0046] 图5：示意性地表示具有减薄的外部区域的涂覆介质的施加的另一示例的局部横截面侧视图。 具体实施方式[0047] 在下文中，将描述一种将涂覆介质施加到物体的表面的方法、一种具有借助于该方法被施加有涂覆介质的表面的物体、一种用于控制涂覆介质到物体的表面的施加的控制系统、以及一种用于涂覆介质到物体的表面的施加的涂覆系统。相同或相似的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。 [0048] 图1示意性地表示涂覆系统10和物体12。涂覆系统10包括工业机器人14、控制系统16和喷墨打印机18。喷墨打印机18是根据本公开的打印头的一个示例。 [0049] 该示例的工业机器人14包括基座20和相对于基座20例如在六个或七个轴线上可移动的操纵器22。喷墨打印机18由操纵器22承载，这里是在操纵器22的远端处。 [0050] 物体12被例示为汽车。物体12包括表面24，这里被示例为汽车的车顶表面。然而，根据本公开的物体不限于汽车，并且根据本公开的表面24不限于车身的表面。 [0051] 喷墨打印机18被配置为将涂覆介质26施加到表面24。喷墨打印机18包括多个喷嘴28。在该示例中，喷嘴28被布置成包括行和列的矩阵。涂覆系统10还包括供应单元30。供应单元30被配置为将涂覆介质26供应到喷墨打印机18。 [0052] 涂覆介质26在这里被例示为涂料。涂料可以是溶剂型涂料或水性涂料。 [0053] 控制系统16包括数据处理设备32和存储器34。存储器34上存储有计算机程序。该计算机程序包括程序代码，该程序代码在由数据处理设备32执行时引起数据处理设备32执行本文中描述的各种步骤，或者命令其执行。在该示例中，控制系统16控制工业机器人14、供应单元30和喷墨打印机18。 [0054] 图2示意性地表示喷墨打印机18的喷嘴头36的一个特定示例的横截面侧视图。该示例的喷墨打印机18包括如图2所示的用于每个喷嘴28的喷嘴头36。喷嘴头36包括加压室38。加压室38可以经由供应路径40从供应单元30被提供有涂覆介质26。图2进一步示出了喷头36的喷嘴28设置在喷墨打印机18的排出侧42。 [0055] 喷嘴头36包括压电基板44。该示例的压电基板44包括两个压电陶瓷层46a和46b、公共电极48和个体电极50。公共电极48在这里被定位在压电陶瓷层46a和46b之间。第二压电陶瓷层46b在这里被定位在个体电极50与公共电极48之间。压电陶瓷层46a和46b可以通过从喷嘴头36的外部施加电压而膨胀和收缩。电压的施加由控制系统16控制。公共电极48电连接到喷墨打印机18的其他喷嘴头36的对应公共电极48。 [0056] 压电陶瓷层46a和46b在厚度方向上被极化。当电压被施加到个体电极50时，压电陶瓷层46a和46b由于压电效应而失真。因此，当驱动信号被施加到个体电极50时，压电陶瓷层46a和46b变得凸起，使得供应路径40打开，从而涂覆介质26被排出。以这种方式，喷嘴28可以以二元方式工作以施加均匀体积的涂覆介质26的单个液滴。 [0057] 图3a示意性地表示根据现有技术的施加到表面24的涂覆图案52的俯视图，图3b示意性地表示图3a的横截面侧视图。共同参考图3a和图3b，通过从喷墨打印机18施加涂覆介质26，涂覆图案52被提供到表面24上。从而在涂覆图案52与表面24上的未涂覆区域56之间提供边缘54。如图3b所示，涂覆介质26以恒定厚度被施加在整个涂覆图案52之上。该厚度表示为100％，而在没有涂覆介质26被施加的未涂覆区域56处，厚度为0％。涂覆图案52的边缘54是非梯度边缘。 [0058] 图3c示意性地表示图2a和图2b中的涂覆图案52的另一俯视图，并且图3d示意性地表示图3c的横截面侧视图。如图3c和图3d所示，在涂覆介质26被干燥之前，靠近边缘54而施加的大量涂覆介质26导致涂覆介质26下垂或掉落到边缘54外部。涂覆图案52的锐度因此劣化，并且涂覆图案52的预期形状不能通过根据现有技术的这种涂覆方法来满足。 [0059] 图4a示意性地表示借助于根据本公开的方法将涂覆介质26施加到表面24的俯视图，图4b示意性地表示图4a的横截面侧视图，图4c示意性地表示图4b的放大局部横截面侧视图。共同参考图4a至图4c，涂覆图案52划分为内部区域58和外部区域60。因此，涂覆介质26被施加到内部区域58和外部区域60两者。图4a至图4c所示的表面24是平坦的，但是备选地，也可以是弯曲的。 [0060] 在外部区域60的外部边界处的涂覆介质26形成涂覆图案52的边缘62。因此，边缘62形成在外部区域60的与内部区域58相对的一侧处。图4a至图4c进一步示出了内部区域58与外部区域60之间的过渡线64。因此，外部区域60与内部区域58直接相邻。 [0061] 在涂覆图案52是圆形的该特定示例中，外部区域60在径向上位于内部区域58外部。然而，涂覆图案52不需要是圆形的。很多备选类型的涂覆图案中的一些包括线条、文本和标识。在很多类型的涂覆图案中，不仅涂覆图案的外部边缘需要是尖锐的，而且内部边缘也需要是尖锐的，诸如在涂装字母“A”的情况下。 [0062] 如图4b和图4c所示，内部区域58上的涂覆介质26具有内部厚度66，并且外部区域60上的涂覆介质26具有外部厚度68。在该示例中，内部厚度66是恒定的并且表示为100％。 内部厚度66可以例如为3μm至35μm。 [0063] 该示例的外部厚度68从过渡线64处的100％线性地减小到边缘62处的50％。外部厚度68由此包括从过渡线64到边缘62的梯度。因此，在该特定示例中，外部厚度68的最小值和最大值分别是内部厚度66的50％和100％。外部厚度68的最小值可以是内部厚度66的30％至80％，诸如40％至80％，诸如50％至80％。外部厚度68的最大值可以等于或小于内部厚度66。由于施加到外部区域60的涂覆介质26的量的减少，外部区域60处的涂覆介质26变薄。 [0064] 外部区域60的宽度例如可以是10mm。在该示例中，外部区域60在内部区域58周围的宽度是恒定的。过渡线64由此平行于边缘62。 [0065] 在操纵器22的移动期间，涂覆介质26通过喷墨打印机18被施加。如图4a所示，在喷墨打印机18的单个行程70中，涂覆介质26被施加在外部区域60的整个宽度之上和内部区域58的一部分之上。因此，喷嘴28所跨越的宽度大于外部区域60的宽度。 [0066] 由于与图3a至图3d中的现有技术方法相比，减少的量的涂覆介质26被施加到外部区域60，因此避免了涂覆介质26流到未涂覆区域56。从而避免了涂覆图案52的劣化，并且涂覆图案52具有比现有技术高的质量(图3a至图3d)。此外，通过将外部厚度68保持在内部厚度66的至少30％，边缘62在涂覆介质26的干燥之后仍然是尖锐的。即使由于外部厚度68的减小而导致锐度可能略微降低，但是与在边缘62外部发生下垂的情况相比，这种轻微的劣化是可以忽略的。减小的外部厚度68因此提供外部区域60与未涂覆区域56之间的改进的过渡。该特定示例的外部区域60具有最小外部厚度68，该最小外部厚度是内部厚度66的50％。然而，内部区域58与外部区域60之间的这种厚度差对于人类来说是不可见的。 [0067] 减小的外部厚度68使得边缘62能够根据需要被精确地定位，同时涂覆介质26的结构完整性可以被更好地保持直到其被干燥。减小的外部厚度68还降低了在涂覆介质26中形成凸起或凹坑的风险。 [0068] 涂覆介质26在外部区域60上的特定梯度可以基于涂覆图案52和/或涂覆介质26的特性(诸如涂覆介质26的粘度)来确定。对应地，外部区域60的宽度可以基于涂覆图案52和/或涂覆介质26的特性来确定。 [0069] 在内部区域58和外部区域60上的涂覆介质26被干燥之后，另外的涂覆介质26可以可选地被施加到涂覆图案52旁边的未涂覆区域56。备选地，清漆可以被添加在涂覆介质26和未涂覆区域56上面。备选地，没有另外的涂层被设置到涂覆图案52上，并且未涂覆区域56对于最终物体12保持未涂覆。 [0070] 图4d示意性地表示在施加涂覆介质26时使用的噪声图案72。噪声图案72包括涂覆像素74和非涂覆像素76。该示例的噪声图案72包括50％的蓝色噪声。如图4d所示，不存在大的涂覆像素集群74。由此，蓝色噪声使得能够更平滑和均匀地混合涂覆介质26。所得到的厚度66和68是涂覆像素74与未涂覆像素76之间的比率的函数。涂覆介质26可以通过使用噪声图案72被施加到外部区域60，其中密度逐渐减小，以便提供朝向边缘62的梯度。 [0071] 涂覆图案52可以来源于图像。在这种情况下，涂覆介质26的一个或多个边缘62在表面24上的位置可以借助于图像处理来确定。可以基于图像来执行的图像处理操作的示例包括掩蔽图像、轮廓分析、轮廓线膨胀、高斯(Gaussian)模糊、分割、内核操作、灰度到蓝噪声的转换、以及后处理。 [0072] 高斯模糊是图像处理中用于减少图像中的噪声和细节的一种常用方法。当对图像进行模糊时，细节会被平滑掉。从技术上讲，高斯模糊是使用包括高斯内核和西格玛值的高斯函数对图像矩阵进行卷积的结果。通过在图像上使用具有高斯内核的滤波器操作，可以容易地基于涂覆介质26的特性来修改高斯内核。高斯内核可以被修改以调节外部区域60的宽度。梯度的斜率可以通过西格玛值来确定。通过调节高斯内核和西格玛值，可以根据需要容易地产生涂覆介质26的朝向边缘62的梯度。 [0073] 涂覆图案52可以是施加到表面24的经处理的图像的表示，其中涂覆介质26被施加到与经处理的图像中的黑色区域相对应的表面24的区域，并且其中没有涂覆介质26被施加到与经处理的图像中的白色区域相对应的表面24的区域。 [0074] 图5示意性地表示具有减薄的外部区域60的涂覆介质26的施加的另一示例的局部横截面侧视图。同样在该示例中，外部厚度68朝向边缘62减小。然而，在图5中，涂覆介质26被施加到外部区域60，使得突出壁78被形成在边缘62处。如图所示，突出壁78在厚度方向上在外部区域60中的相邻涂覆介质26上方延伸。突出壁78沿着涂覆图案52的外部轮廓延伸。在该特定示例中，突出壁78处的外部厚度68与内部厚度66相同。借助于突出壁78和施加到外部区域60的涂覆介质26的减少的量，可以使边缘62更加尖锐，同时仍然避免涂覆介质26下垂到未涂覆区域56。 |
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