專利名稱：大尺寸部件的表面處理方法、用于該方法操作的部件夾持器、該夾持器與處理室的用途的制作方法
大尺寸部件的表面處理方法、用于該方法操作的部件夾持器、該夾持器與處理室的用途本發明涉及到大尺寸部件、尤其是汽車外殼件的表面處理方法以及用于該方法操作的部件夾持器。對汽車外殼部件的涂裝，通常是向待噴部件進行局部液滴噴漆或固體顆粒噴漆，部件放置在移動支架上，支架在噴漆站前移動通過，并將部件的方向朝向適合于處理的不變方向。換言之，在噴漆操作中以及在從一個站移動到下一個站的行進過程中，這些部件是做平移運動的，同時機器人或者操作人員將局部噴漆嘴在部件前平移。這種方法經過了若干年的檢驗，被認為是最佳的，幾乎在該行業中得到了一致的采納。 然而，這種方法雖然可以得到高質量效果，但是它也會產生一些細小瑕疵。如今不覺得這種細小瑕疵礙事，但是在今后對更高質量的期待終究會產生更高的質量要求。在本說明書中，“表面處理”指部件表面整個處理的全部步驟。該整個處理方法可以是部件的涂裝，這時表面處理方法可以是清潔(吹洗或者低溫)、火焰、噴涂底漆、噴涂底色、噴涂清漆；或者是無漆精加工處理，比如僅噴涂清漆；或者是部件的質量控制，這時局部處理就是對部件的預定部位進行拍攝，得到的圖像發送給圖像分析儀；或者是在預定的劃線上安裝接縫條或者涂覆粘膠條。要進行上述的表面處理，會用到局部處理裝置，比如一個照相機(如果涉及到質量控制方法的話)，或者一個噴漆嘴(如果涉及到部件的噴漆的話)。本發明旨在提出一種新的表面處理方法，以改善處理質量和/或所得部件質量，同時還具有工業上的其他優點。本發明的一個方面是一種對大尺寸部件的表面處理方法，該部件因具有一定柔性而在移動過程中幾何不穩定，該方法借助于至少一個局部處理裝置，在該方法中在該局部處理裝置前移動具有待處理表面的部件并使該待處理表面朝向局部處理裝置，該方法的特征在于，用機器人手臂的端部夾持住所述部件，保持該局部處理裝置相對于該機器人固定，通過迫使所述部件處于變形狀態而使其變形，在該變形狀態中該部件的可變形部分使整個部件具有穩定的幾何形狀，機器人手臂相對于局部處理裝置移動該部件，以使整個待處理表面在局部處理裝置前通過，同時保持該部件處于變形狀態。在一個具體的實施方式中，該局部處理裝置是以下裝置之一噴漆嘴或清漆噴嘴、火焰噴燈、清除灰塵所用到的壓縮空氣噴嘴(吹洗)、部件除塵和除油所用到的液態二氧化碳(CO2)噴頭(低溫清洗)、質量控制照相機。本發明將局部處理裝置固定化，而在目前采用的技術中，該裝置是移動的，本發明讓部件在局部處理裝置周圍移動。乍一看，本發明可能顯得荒謬，因為它讓最笨重的物體移動，而讓最不笨重的物體保持靜止；如果不考慮到局部處理狀況的改善的話，確實如此；而采用本發明方法進行處理，整個部件的局部處理狀況會均勻得多。歸納地，發明人對這種改善進行解釋，尤其是在部件涂裝方面實際上，按當前采用的方法，噴嘴一直在運動，這樣會妨礙漆料流達到有利于均勻噴涂的穩定流態。而且，按當前采用的方法，噴射的方向不停在變，但是漆料流位于朝向下方的豎直氣流中(為了防止漆料灑在工作區域之外)，也位于重力的豎直場內(也是朝下的)。所以，噴射的力學條件也是不停在變化。當進行液滴或固體顆粒噴涂的局部處理時，本發明獲得的效果是，當液滴或固體顆粒碰撞到待處理面上時，它們的形狀、位置、密度更均勻，這樣就獲得了均勻層厚，達到最佳的光澤度。對于快速移動的情況和因工業限制而出現不平穩移動的情況，該方法尤其有效。而且，涂裝的條件也得到了改善，漆料的轉換率也得到了改善，這表現為漆料損失量的降低，也就節省了材料。在本發明的一個具體實施方式
中，沿豎直方向從上到下地噴射液滴或固體顆粒， 也就是說與重力方向和氣流方向相同。這種實施方式的第一個優點在于液滴或固體顆粒保持了其最佳密度、形狀、尺寸，可以獲得良好的涂裝質量。第二個優點就是，噴嘴是不動的，這樣就不必采用輕的、靈活的、緊湊的裝置，從而擴大了可以采用的裝置的范圍，然后就可以僅根據涂裝的質量標準來選擇設備。同樣，不再需要漆料供應管網跟隨噴射裝置運動，因為噴射裝置是固定的。得益于本發明，部件處理所需工業裝置占地要小于傳統的處理生產線。事實上，待清洗部件、待涂裝部件、待檢查部件、待粘合部件是由機器人操作的，不再需要用輸送裝置在相繼的處理站前移動，而是放置在處理室內接受各種處理，比如清洗、火焰處理、噴涂底漆、噴涂底色、噴涂清漆、質量控制、敷涂粘膠等。而且，將部件置于支架上，滿足了兩次處理(比如干燥、溶解或燒熔)之間的停頓時間，但是在現有技術中，停頓時間則表現為輸送裝置的延長。在本發明的一種具體實施方式
中，夾持住部件最易變形的部位。在具有彎曲段的保險杠外殼的具體例子中(彎曲段是外殼的側向轉彎部分，與所述外殼的正面大致垂直地延伸)，就是夾持住保險杠外殼的彎曲段，像弓一樣“拉緊”外殼以使其在幾何形狀上穩定。為此，本發明的另一方面是大尺寸部件的夾持器，該夾持器可有利地用于實施上述處理方法，但是并不僅限于此用途，該夾持器適用于各種因具有一定柔性而在移動時在幾何形狀上不穩定的大尺寸部件在給定操作中需要在幾何形狀上穩定的用途。這種夾持器的特點在于它包括-結構；-該結構上帶有若干捕獲器，捕獲器活動地安裝在該結構上，其布置方式使得其能夠*處于第一位置時，夾持住靜止的所述部件最易變形的部位；*處于第二位置時，保持所述部件處于變形狀態，在該變形狀態中所述部件的可變形部分使整個部件具有穩定的幾何形狀。采用這種夾持器來進行噴涂，本身就是一個令人意外的選擇，因為大家理所當然地認為在變形的部件上進行噴涂，當部件恢復正常幾何形狀后會產生表面缺陷，尤其是表皮褶皺。其實不然。
在本發明的一種優選實施方式中，夾持器包括兩到六個捕獲器，優選為四個部件的一邊有兩個，另一邊對稱地有兩個。在保險杠外殼的情況中，一個或兩個捕獲器夾持住一個彎曲部，而一個或兩個另外的捕獲器夾持住另一個彎曲部。在另一個與上述方式相兼容的實施方式中，該底座包括若干支座，當捕獲器處于第二位置時，部件抵靠在該支座上。這些支座可以施加更為準確的變形位。本發明的另一個方面是部件的一種表面處理設施，其特征在于它包括-固定安裝的局部處理裝置；-配有操縱手臂的機器人，其被設置為可以相對于局部處理裝置移動待處理的部件，以使其整個待處理表面從局部處理裝置前通過；
-如上文所述的夾持器，其被安裝在該手臂的端部，用于夾持部件。本發明的另一個方面是一種部件表面處理室，其特征在于它包括至少一個殼體和一個上文所述的表面處理設施，以及該殼體配有用于連接外部液體和/或電源的回路的連接裝置。在一種具體實施方式
中，該殼體在局部處理裝置的上方有一個供下降氣流進入的進氣格柵。在一種具體實施方式
中，該殼體在局部處理裝置的下方有一個廢棄物質回收器。當然，廢棄材料可以回收。具體地說，從格柵處進入的下降氣流將漆料的液滴或固體顆粒引入到回收器內，然后就可以將它們回收起來。在具體的一種實施方式中，該處理室由一組運輸集裝箱構成，每個集裝箱形成一個殼體。更確切地說，在一種優選的實施方式中，殼體由一組共三個運輸集裝箱構成，即-包含所述機器人的第一集裝箱；-包含局部處理裝置的第二集裝箱，該第二集裝箱還可能包含進氣格柵或者回收器，該第二集裝箱被設置為與第一集裝箱并置，以便機器人手臂伸入第二集裝箱；-包含氣流系統的第三集裝箱，該第三集裝箱被設置為疊放在第二集裝箱上，以便與第二集裝箱交換氣體。在閱讀下文介紹后，可更好地理解本發明，下文僅作舉例之用，請與參考圖紙結合起來閱讀，圖紙情況為圖I是按本發明第一種實施方式的涂裝間的透視圖，其中包含了按本發明的設施；-圖2是部件的剖面圖，部件處于靜止、即將被機器人夾持住之前；-圖3到圖5與圖2類似，分別示出剛被夾持住時的部件、剛開始變形時的部件和達到幾何穩定后的部件；-圖6是變形后部件的透視圖，對應于圖5的情況；-圖7是沿圖6箭頭VII方向的近景圖；-圖8為按本發明另一種實施方式中的噴涂間的透視圖；-圖9與圖8類似，其中部件繪制成透明的，以便看到圖8中無法看到的部分。圖I所示為噴涂間，其中包含了豎直隔墻I、頂棚(未畫出)和地面3，地面3有一格柵部分3a，就是進氣口。更完整的噴涂間包含三個部分，將結合圖8和圖9加以描述。該噴涂間包含一個殼體，殼體有一個噴涂設施10。 地面3支撐一個操作機器人5，其具有一個活動手臂7，活動手臂有六個自由度。這種機器人在汽車行業中應用廣泛，不再贅述。比如，FANUK公司的P250型機器人就可用于本發明。機器人夾持一個大尺寸部件，此處是保險杠外殼9。手臂7的末端有一個“萬能”夾持器，由一個結構11、兩個氣壓千斤頂13、兩個構成捕獲器的吸盤15和四個支座17組成。該夾持器被稱為萬能是因為它無需特別調整就可用于同一廠家生產的多個不同部件。于是，同時生產的兩到三種不同的保險杠外殼都可以由這個機器人操縱，而無需在兩 個部件之間調整該夾持器。只有在需要操縱其他廠家生產的其他部件時，才需要調整夾持器。這時就需要調節結構11的角開度、氣壓千斤頂13的沖程或者支座17的長度。結構11采用鋼材制成(也可采用諸如鋁或碳制成)，其包括桿19，桿的兩端彎折部位21安裝有鉸接的氣壓千斤頂13，其鉸接方式使其可以繞與桿19成直角的分支23進行旋轉。在桿19的中間，把手20用來將夾持器固定在機器人手臂7的末端。在各個分支23上，固定支座17由焊接在分支23上的桿形成，支座的朝向使得其自由端與保險杠外殼9的內表面25相接觸，參考圖2到圖5更容易理解。如圖I所示，得益于該萬能夾持器，活動手臂7可以將保險杠外殼9置于噴涂裝置27前，噴涂裝置距離噴涂間頂棚一定距離，由剛性管29供應漆料。噴涂裝置27是固定的，其定位方式使得一個部件的待處理部位可以被定向和放置為與該噴涂裝置相對。噴涂裝置27噴射的漆料液滴流由裝置27從上往下豎直噴射到保險杠外殼上。所以，液滴流的方向與從格柵3a進入的氣流方向是一致的，與重力方向也是一致的。這樣液滴流就擁有在保險杠外殼的整個待噴涂表面進行均勻噴涂的最優條件。待噴涂表面是保險杠外殼的外表面。外表面被覆蓋一層均勻的涂層，這是因為手臂7將保險杠外殼9移動，使得每個待噴部分置于合適的距離，并且保持恰當的噴涂時間。保險杠外殼的這些移動過程會造成忽動忽止( -coups)，根據本發明要求，應當加以避免這種忽動忽止以防止最后噴涂層出現缺陷。為此，按圖2到圖5所示步驟穩定保險杠外殼的彎曲段。在圖2中，保險杠外殼9處于靜止狀態。其彎曲段9a就是最容易變形的部位。將支架靠近外殼的內表面，直到支座17的自由端17a接觸到外殼。接下來(圖3)，開動氣壓千斤頂13，以將吸盤15壓在彎曲段的內表面上，然后抽出各吸盤內的空氣(這是眾所周知的)，就可在部件的彎曲段將其夾持住。在圖4所示步驟中，按反方向開動氣壓千斤頂，以便“拉緊”保險杠外殼，迫使其處于變形狀態，從而保險杠外殼可以在整體上獲得一定的剛度。氣壓千斤頂一旦收回后，保險杠外殼則達到圖5所示的位置，并獲得了足夠的剛度以承受住忽動忽止而不變形。特別是，外殼可以承受在噴涂操作過程中由操縱手臂所施加的快速運動。這樣，操縱手臂就可以將保險杠外殼伸向噴涂裝置前，使其外表面被噴上均勻的涂層(非待噴面除外)。需要說明的是，雖然大家可能擔心保險杠外殼朝向的頻繁變動會很容易造流掛(coulure)的痕跡,然而采用這種方法噴涂的部件沒有發現任何這種痕跡。
圖8和圖9顯示了按本發明另外一種實施方式的噴涂間，用于對部件100進行噴涂處理。該噴涂間由三個殼體31、33、35構成，其尺寸與運輸集裝箱完全相同。該噴涂間也包含一個噴涂設施10。運輸集裝箱的標準尺寸為2. 44米寬，2. 59米高，長度可以為3米、6米或12米。圖8和圖9中的三個殼體長3米，不過各種類型的都可采用，只不過可能需要在不同集裝箱內重新分布各種元件。噴涂間之間可以用螺栓或勾縫連接起來。為此，可以將集裝箱加以改動，取下某些壁，或者將這些壁進行切割，然后放入下·述設施。第一殼體31內放置有機器人5。為此,該殼體安裝有電氣接頭(未不出)，以便向機器人供電并向噴涂間提供照明電。大側面之一 311的封閉壁上開有一個窗37，便于檢查噴涂間操作是否正常，而與之相對的另一個大側面則是完全鏤空的。兩個小側面中，其中一個是被隔墻39半封閉的，該隔墻從鏤空的大側面一直延伸到距有窗大側面311還有一半距離的位置，而另一個側面則是完全鏤空的。殼體31的下表面上有一塊地板41,但在其上表面上沒有頂棚。第二殼體33與第一殼體并置，它的其中一個大側面331 (其上部的四分之三是鏤空的)緊靠第一殼體31的鏤空大側面。如圖所示，這個開口供機器人5的操縱手臂7伸入到第二殼體33內，以便移動待噴件100。第二殼體33的另一個大側面332被一個帶窗子43的壁所封閉，該窗子43與第一殼體31上的窗子37完全相同。該殼體的兩個小側面333和334被完整的壁所封閉。地板45封住第二殼體33的下表面,在該地板45上設有一個蓄留槽47,桶上方有兩個傾斜的流水面49，其作用是眾所周知的，即用來回收沒有到達部件待噴面上的漆料液滴或固體顆粒。在地板45的高度安裝有一個進氣口 51，與一通風管53相通，通風管沿殼體的小側面334向上延伸，直到殼體33的開口上表面。該殼體33同樣安裝有管接頭(未示出)，可以與水網相連(供料和過濾)和照明電源相連。第三殼體35置于第二殼體之上。它包括兩個大側面351和352,其中一個在上方五分之四的面積上都是封閉的，另一個則是完全封閉的；它還包括兩個小側面353和354，都是完全封閉的。殼體的下表面是開口的，其上表面則包括一個頂棚356。第三殼體35有一個進氣罩55，由以下各部件組成-一個連接排風網的接頭57(或者一個風機入口)，穿過殼體的頂棚；-一個棱柱形室59，從接頭57 —直延伸至側壁351、352、353和354，直到大側面351的壁腳；以及-一個空氣格柵61,與下表面355平行,封住棱柱形室59。該空氣格柵61位于第二殼體33之上，構成了噴涂區的頂棚。實際上，在該格柵61之下，第三殼體35容納有噴涂裝置，此處由管道63和噴涂器65構成。由管道(未示出)向該噴涂裝置供料。
第三殼體還容納有一個通風管67，通風管一直伸到頂棚356上，直至第二殼體33的通風管53。連接需過濾氣網的接頭69穿過上表面356的壁。這樣組裝后，三個殼體31、33、35就構成了一個完整的噴涂間，可以有效處理各種形狀的待噴部件，達到良好的質量水平。作為可選項，還可以為這個整體補充第四殼體(未示出)，用來限定一個存放區(干燥、閃蒸等)，甚至還可補充第五殼體(未示出)，用來限定一個烘干區。當然，如此裝配起來的房間是很容易拆卸和運輸的，便于不同車間再利用，也/或 者進行“模塊化”重新組裝，經過改裝后可用于新的待處理產品。當然，上述的各種實施方式絕不是全部，而是可以進行各種希望的改動，但依然沒有超出本申請所附權利要求書的范圍。
權利要求
1.一種大尺寸部件的噴涂方法，該部件因具有一定柔性而在移動時在幾何形狀上不穩定，該方法借助于至少一個噴涂裝置(27)進行液滴或固體顆粒的噴涂，在該方法中，在該噴涂裝置前移動具有待噴涂表面(25)的部件(9)，并使該待噴涂表面朝向該噴涂裝置，該方法的特征在于， -用機器人(5)的手臂(7)的端部來夾持住所述部件(9)； -保持該噴涂裝置(27)相對于該機器人(5)固定； -通過迫使所述部件(9)處于變形狀態而使其變形，在該變形狀態中該部件的可變形部分使整個部件具有穩定的幾何形狀； -相對于該噴涂裝置移動所述部件(9)，以使整個所述待噴涂表面在該噴涂裝置前通過，同時保持該部件處于變形狀態。
2.如權利要求I所述的方法，其中沿豎直方向從上到下地噴射涂料。
3.如權利要求I或2所述的方法，其中夾持住每個部件最易變形的部位(9a)。
4.如上述任一權利要求所述的方法，被應用于具有彎曲段(9a)的保險杠外殼(9)，所述彎曲段是所述外殼的側向轉彎部分，與所述外殼的正面大致垂直地延伸，其中夾持住所述保險杠外殼的彎曲段，該外殼像弓一樣被“拉緊”以使其在幾何形狀上穩定。
5.一種用于大尺寸部件(9)的夾持器(11),該夾持器適用于各種因具有一定柔性而在移動時在幾何形狀上不穩定的大尺寸部件在給定操作中需要在幾何形狀上穩定的用途，其特征在于，其包括 -底座(19，21)； -該底座上帶有若干捕獲器(15)，所述捕獲器活動地安裝在該底座上，其布置方式使得其能夠 *處于第一位置時，夾持住靜止的所述部件最易變形的部位(9a)； *處于第二位置時，保持所述部件處于變形狀態，在該變形狀態中所述部件的可變形部分(9a)使整個部件具有穩定的幾何形狀。
6.如權利要求5所述的夾持器，其特征在于包括三到六個捕獲器(15)，優選為四個，即所述部件的一邊有兩個，另一邊對稱地有兩個。
7.如權利要求5或6所述的夾持器，其中所述底座包括若干支座(17)，當所述捕獲器處于所述第二位置時，所述部件抵靠在所述支座上。
8.一種將如權利要求5到7之一所述的夾持器(11)應用于大尺寸部件(9)的噴涂的用途。
9.一種部件表面處理設施(10)，其特征在于，其包括 -固定安裝的局部處理裝置(63,65)； -配有操縱手臂(7)的機器人(5)，其被設置為可以相對于該局部處理裝置(63，65)移動待處理的部件(100)，以使其整個待處理表面從該局部處理裝置前通過； -如權利要求5到7之一所述的夾持器(11)，其被安裝在該手臂(7)的端部，用于夾持該部件(100)。
10.一種部件表面處理室，其特征在于，其包括至少一個殼體(31，33，35)和一個如前一權利要求所述的表面處理設施(10)，以及，所述殼體配有用于連接外部液體和/或電源的回路的連接裝置。
11.如權利要求10所述的室，其特征在于，其在所述局部處理裝置(63，65)的上方有供下降氣流進入的進氣格柵(61)。
12.如權利要求10或11所述的室，其特征在于，其在所述局部處理裝置(63，65)的下方有廢棄物質的回收器(47)。
13.如權利要求10到12之一所述的室，其特征在于，其由一組運輸集裝箱(31，33，35)構成，每個集裝箱形成一個殼體。
14.如權利要求13所述的室，其特征在于，其由一組共三個運輸集裝箱構成，即 -包含所述機器人(5)的第一集裝箱(31)； -包含所述局部處理裝置(63，65)的第二集裝箱(33)，該第二集裝箱還可能包含進氣格柵(61)或者回收器(47)，該第二集裝箱被設置為與第一集裝箱(31)并置，以便所述機器人的手臂(7)伸入所述第二集裝箱； -包含氣流系統(55，67)的第三集裝箱(35)，該第三集裝箱被設置為疊放在第二集裝箱(33)上，以便與所述第二集裝箱交換氣體。
全文摘要
本發明涉及一種大尺寸部件(9)的噴涂方法，該部件因具有一定柔性而在移動時在幾何形狀上不穩定。用機器人(5)的手臂(7)在噴涂裝置(27)前移動具有待噴涂表面(25)的部件(9)，而保持該噴涂裝置(27)相對于該機器人(5)固定，且部件(9)處于變形狀態。本發明還涉及一種用于大尺寸部件(9)的夾持器(11)，該夾持器特別適用于該方法的操作，該夾持器(11)應用于處理部件(9)的用途，一種部件(9)表面處理設施(10)和一種部件(9)表面處理室。
文檔編號B05B15/12GK102883820SQ201080064386
公開日2013年1月16日 申請日期2010年12月28日 優先權日2009年12月29日
發明者大衛·特雷斯 申請人:全耐塑料公司