用于刮削桶内部的设备和方法

专利名称：用于刮削桶内部的设备和方法
技术领域：
本发明涉及桶修复，并且特别涉及一种用于可控地刮削桶内表面的设备和方法。 本发明可特别应用于酒桶，但不仅限于这样的用途。
背景技术：
本申请人拥有两件共同审理中的澳大利亚专利申请，也就是，涉及桶板产品 的专利申请2006202071，以及涉及一种用于酒桶烘烤的改进的设备和方法的专利申请 2006202074。这些共同审理中的专利申请的内容引用于此与本专利申请合并。酒传统上是在橡木桶中陈化。橡木主要用于陈化以及赋予酒以特定的口味。酒通 过在木桶中发酵及陈化从木头中提取口味成分，并留下沉淀原料的残渣，例如酒石酸盐、澄 清剂或酵母。酒处理过程中经常在桶中留下有害的细菌感染，而当前并没有针对的补救措 施。酒渗入固体桶板中大约0. 5-0. 8厘米。随着时间的过去(典型地经过两到三次的 使用)，所有能够从橡木中提取的成分都被提取出来，而木头中剩余的残渣会开始变酸或者 阻塞木头的膜交换性能。随之该木桶认定为耗尽的，并且或者由于污染而被看作碍事的东 西，或者被用作附加葡萄酒的中性存储体。当前，修复包括从葡萄园运送用过的桶至制桶工厂，在那里刮削桶内表面，然后烘 烤以再利用。刮削方法从包含底部切削刳刨工具和旋转钢丝刷的较简单的技术，变化为包 含电机传动切削设备的较复杂的方法。尽管并不充分，无论如何，由于这些服务能够以很有 限的费用除去少量的桶内表面，这些服务仍然得到利用。现有的切削装置受到如下缺点的 困扰·现有的技术，特别是手工刮削方式，经常导致粗糙的表面，并且刮削后的表面并 不反映刮削之前的表面。·这些技术还具有不确定性，因为它们不能保证桶的所有区域刮削至暴露出的木 头未受以前的酒的污染的厚度。·表面的质量经常受传统的刮削技术连累。有时，刮削过的表面需要砂纸打磨，由 于其磨碎用尽的木头进入新暴露木头的微孔中，这会导致桶表面更大的恶化。当再次烘烤 该桶时，非常有害的“偏离” 口味被烘烤进新的表面。·考虑到彻底刮削桶内部通常是手工完成，所花费的时间很显著。如果无需手工 劳动而能够快速高效地将桶修复至有用状态，熟知本领域的技术人员可以认识到其中的效益。本发明的目的在于克服这个问题，或者至少向公众提供一种有用的选择。

发明内容
在本发明的一种形式中提出了一种用于刮削桶内表面的设备，所述设备包括一扫描装置，其适合扫描桶的内部尺寸；
一切削装置，其适合相对于所扫描的内部尺寸刮削桶内表面至一预定厚度。优选地，所述扫描装置适合垂直经过桶内表面，从而随着每步操作扫描桶内表面 的一部分。优选地，所述切削装置适合垂直经过桶内表面，从而随着每步操作刮削桶内表面 的一部分。优选地，所述扫描和切削装置相对于桶内表面的运动使用一控制装置来控制。优选地，所述设备包括一计算装置，至少一用于该扫描装置的运动参数输入该计 算装置，并随后经处理形成一第一组运动数据以传递至该控制装置。优选地，所述扫描装置进一步可绕一垂直轴旋转，由此所述至少一运动参数包括 一扫描装置开始角度。优选地，所述至少一运动参数包括一用于该扫描装置的停止角度。优选地，所述扫描装置可绕一水平轴枢转，由此所述至少一运动参数包括所述扫 描装置的倾斜度。优选地，至少一用于该切削装置的运动参数也可以输入至所述计算装置并随后被 处理，从而与来自扫描装置的尺寸数据一起形成一第二组运动数据以传递至该控制装置。优选地，所述切削装置进一步可绕一垂直轴旋转，由此所述至少一运动参数包括 一切削装置开始角度。优选地，所述至少一运动参数包括一用于该切削装置的停止角度。优选地，所述切削装置可绕一水平轴枢转，由此所述至少一运动参数包括所述切 削装置的倾斜度。优选地，所述至少一运动参数包括用于该切削装置的每步垂直操作的一切削厚度。优选地，所述运动参数包括用于该切削装置的一第一步操作的一切削厚度，以及 用于该切削装置的一第二步操作的一切削厚度。优选地，所述切削装置的形式为一电力驱动的刳刨工具，其安装至能够在桶内作 一系列受控运动的一机械臂的末端。优选地，所述扫描装置的形式为一激光扫描器，其悬吊在所述电力驱动的刳刨工 具之下并可随之移动。优选地，所述机械臂为气动操作。优选地，所述机械臂安装于一支承台之上，该支承台包括与之相关联的一可调节 的桶安装装置。优选地，所述可调节的桶安装装置的形式为一副架，所述桶可附加至该副架，所述 副架可垂直移动地位于一第一位置和一第二位置之间，该副架在第一位置时所述附加的桶 放在地上，该副架在第二位置时所述附加的桶准备好经受所述机械臂的刮削。优选地，所述副架可被一气压缸移动。在本发明的进一步形式中提出了一种刮削桶内部的方法，包括步骤使用一扫描装置扫描桶的内部尺寸；以及使用一切削装置相对于所扫描的内部尺寸刮削桶内表面至一预定厚度。优选地，在工作中，所述扫描装置和切削装置适合垂直经过桶的内部，从而在每一步或多步的垂直操作后，在开始一进一步的一步或多步的垂直操作之前，该扫描装置和切 削装置旋转一预定角度，并如此继续下去。优选地，使用一控制装置控制该扫描装置和切削装置在桶内部的运动。优选地，传递至该控制装置的该扫描装置的运动数据为至少部分基于输入至一关 联的计算装置的参数。优选地，所述参数包括该扫描装置的停止角度、开始角度和倾斜度。优选地，传递至该控制装置的该切削装置的运动数据为至少部分基于输入至一关 联的计算装置的参数以及来自该扫描装置的桶的尺寸数据。优选地，所述参数包括该切削装置的停止角度、开始角度、倾斜度和每步垂直操作 的切削厚度。


下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案 及其有益效果显而易见。附图中，图1所示为按照本发明用于刮削桶内部的设备的透视图；图2所示为图1中的设备的侧视图，其中该桶处于升高的位置；图3a所示为刳刨工具总成的放大透视图，该刳刨工具总成为图1中设备的组成部 分，其激光器遮光板为关闭状态；图3b所示为刳刨工具总成的放大透视图，该刳刨工具总成为图1中设备的组成部 分，其激光器遮光板为打开状态；图4所示为图1中的设备执行桶内表面的扫描的侧视图；以及图5所示为图1中的设备刮削桶内表面的侧视图。
具体实施例方式下面结合附图来对本发明进行详细说明。尽管下面的说明中包括了代表性的实施 例，但是并不排除其它实施例的存在，并且所描述的实施例可以作出不脱离本发明的精神 和范围的改变。在整个附图和下面的说明中，如果可能，相同的标号将用来指示相同或相近 的部分。本发明涉及一种用于刮削桶的内表面11的设备10和方法，特别是用于刮削需要 修复以再利用的用过的酒桶12。首先参见图1和图2，设备10包括一基架14，其具有与 之相关联的高度可调节的桶安装装置16 ；—机械臂18，其安装于该基架14上方；以及一刳 刨工具总成20，其位于该机械臂18的自由端，该刳刨工具总成20包括一悬吊自该刳刨工 具总成20的激光器22。该机械臂18能够作一系列受控运动。简言之，该刳刨工具总成20 和激光器22受控地沿桶12的内表面11移动，以1)使用激光器22扫描桶的内部尺寸；以及2)使用刳刨工具总成20刮削内表面至一预定厚度。基架14的形式为一大体上地矩形台，其具有支承于四个垂直腿26上的一上表面 24，该垂直腿26之间以及基架14的底部延伸有水平加强梁28。基架14的结构并不关键， 只要其足够结实来支承机械臂的重量，即使机械臂处于完全伸展离开基架14的状态。上表
6面24以及位于机械臂18的左侧和右侧的最底下的加强梁28自该基架14向与机械臂18 相同的方向向前延伸，从而促进其支撑。高度可调节的桶安装装置16的形式为一容纳于基架14内的副架30，通过驱使一 气压缸32，副架30能够相对于基架14垂直移动。如图所示，通过使用导辊34来辅助向上 和向下的移动，导辊34可滑动地衔接垂直腿26的内表面。副架30的一部分也自该基架14 向与机械臂18相同的方向向前延伸，该副架30附加有一对用于环绕并衔接桶12的间隔分 离的皮带36。皮带36可以通过任意适合的方式附加至副架30，并且可以包括用于绷紧皮 带36的一张力调整装置。可以理解，很可能使用了复数皮带，或其它替代的支承桶12的方式。例如，可以使 用一自该副架30向外延伸的桶底支撑(图未示)。附图中所呈现的结构的益处在于，如果 需要的话，刳刨工具总成20能够垂直移动越过桶12的底端，因为在下面没有基座结构阻碍 这样的移动。进一步来说，底板结构需要进一步的材料，将增加设备的重量，并有可能需要 更强的气压缸。如上所述，通过驱使一气压缸32，副架30能够垂直移动。该气压缸32放置于基 架14内中央处，其包括一柱塞40，该柱塞40适合衔接副架30的一部分，这样当该柱塞40 处于气缸42内的缩回位置时，附加的桶12如图2中虚线所示放于地面位置上，而当该柱塞 40向上延伸时，桶12处于适合其按照本发明经受扫描和切削的高度。机械臂18包括一底座44，一连接肩46，枢接至该肩46的一第一臂部件48，枢接至 该第一臂部件48的相反端的一肘50，以及旋转连接至该肘50的一第二臂部件52。刳刨工 具总成20枢接至该第二臂部件52的自由端。因此，凭借各枢轴相对于机械臂18向前的方 向横向延伸，机械臂18能够分三部分绕枢轴旋转。本发明不打算限定于这一特定的机械臂 结构，例如，如果需要的话，该机械臂也可以制成分为四或五部分绕枢轴旋转，或者沿不同 的轴旋转。图3a和图3b更为清楚地显示了刳刨工具总成20。刳刨工具总成20包括一电动 马达54，由该马达54驱动的一驱动轴56，以及可拆装地连接至该驱动轴56末端的双刳刨 刀58。前述的激光器22安装于马达外壳60下方，并且其所指的方向与双刳刨刀58相同。 激光器22包括一遮光板62，其可以从图3a所示的打开位置枢转至图3b所示的关闭位置。 遮光板62的运动是可控的，以使其在扫描桶12的内表面11时打开，而在其它所有时间关 闭。马达外壳54从一枢转连接至上述第二臂部件52的托架64悬吊下来。图1和图2中所示的机械臂18处于当机械臂未使用时的静止位置，也就是说，当 第一臂部件48相对于基架14充分地向上和向外伸展，而第二臂部件52向下和向外延伸 时。图4和图5显示了使用中的机械臂18。可看出，在使用位置时，第一臂部件48由于向 下枢转而更加伸展，而此时第二臂部件52稍微向内延伸以确保刳刨工具总成20定位于桶 内中央，并且双刳刨刀58和激光器22调整成大体上水平。显然，剖刨工具总成20和激光 器22由于桶的倾斜度而被枢转，而仅当它们移动经过桶12的中间截面时被调整成水平。机械臂18的运行方式将不会详细描述，因为对本领域技术人员来说这是公知的。 在一较佳实施例中，关节为气动控制。一控制箱23位于机械臂18的底座44，其连接至一外 部计算装置(图未示)。该计算装置包括软件，操作者可以将不同的扫描和切削参数输入进 软件，这样的数据传输至控制箱23以相应运转气动关节。控制箱23、计算装置(图未示)和关联的软件还用于控制气压缸32和遮光板62的运动。按照本发明，桶的内表面将被扫描，因而内部尺寸会记录下来，然后材料相对于扫 描的尺寸移除至一厚度。熟知本领域的技术人员可以认识到，如果不对表面预先扫描，刳刨 工具总成的移动将基于对内部尺寸的预测，这样会导致不精确的切削。通过首先扫描表面， 整个桶一直可以刮削至统一的厚度。该步骤确保沿着桶表面在每一点移去等量的木头，导 致相对于原始的桶，准备用来重凿桶槽、重烘烤和重新使用的桶具有大体上相同的内部相 对尺寸。如图4所示，夸Ij刨工具总成20移动至桶的中央。然后，使用上升和下降行程，激光 器22能够绘制内表面11的尺寸的地图。一旦刳刨工具总成20完成了一次下降行程，将其 旋转一近似与内表面上的激光束宽度一致的预定距离，然后开始一上升行程。连续这样进 行，直至刳刨工具总成旋转了 360度并且整个内表面11被扫描。记录这个数据并传输至计 算装置，然后与操作者所输入的数据一起处理，从而产生切削数据并随后传输至控制箱23。 切削数据规定了机械臂刮削桶12内表面11所需的运动。图5显示了处于使用状态的刳刨工具总成。与扫描步骤一样，刮削步骤包含沿内 表面11的垂直行程，直至刳刨工具总成旋转了 360度来完成切削。可以理解，操作者可以 建立任意合适的顺序。例如，扫描和切削可以通过使用任意数量而不仅仅是一次的垂直操 作来实现。实际上，很明显，刮削优选为发生于两次操作中，例如，一半的材料在一下降行程 中移除，而剩余厚度的材料在一上升行程中移除。本发明不限于任何特定的开始角度、停止 角度、倾斜度或切削厚度，这些参数都是可变的并且可调整以适合不同的桶。操作者可以输入的扫描参数如下·开始角度(0-359度)_这是初始的角度，其代表性地首先设置为0，但其可以设 为任意需要的角度。例如，如果一桶刮削步骤开始和停止于一特定角度，则以后其可以在那 一开始角度重新开始。·停止角度(0-359度)_这是第二臂部件52、刳刨工具总成20的激光器22在每 次垂直扫描中所旋转的角度。例如，如果开始角度设为0度而停止角度设为12度，激光器 22将执行一第一垂直扫描，随后在开始一第二垂直扫描前绕其轴旋转12度，并如此继续下 去。在这一设置下，刳刨工具总成将执行30次垂直扫描每桶。·倾斜度(1-36度)_这一参数起因于内表面的弯曲，对于一标准酒桶来说倾斜度 典型地设为10度，当刳刨工具总成处于桶的顶部时，其倾斜度呈向上10度，当刳刨工具总 成降低至桶的中部时，其水平对齐呈0度，而当刳刨工具总成降低至桶的底部时，其倾斜度 呈向下10度。通过托架64相对于第二臂部件52的可控制的枢转，实现倾斜度的改变。类似地，可变的切削参数如下·开始角度(0-359度)_其依据于扫描开始角度，其代表性地首先设置为0度。·停止角度(0-359度)_这一角度根据由双刳刨刀和表面之间的接触所造成的刮 削宽度来确定。在所示的实施例中，角度10度被输入软件。·倾斜度(1-36度)_对于一标准酒桶，大约5度的倾斜角度在此代表性地使用。 切削厚度操作1(毫米)_如上所述，夸Ij刨工具总成在切削步骤中可以在内表面上 执行一或多次操作。因此，为了从表面刮削8毫米，操作1的切削厚度将被设为_4毫米。 切削厚度操作2 (毫米)_如果打算刮削8毫米，而在首先的操作中已经刮削了 4
8毫米，那么在此应当输入_8毫米。熟知本领域技术的人员现在应当认识到了本发明的有益效果。设备10提供了一 种通过刮削内表面至一预定厚度来部分修复一用过的酒桶的方式，以备重凿桶槽、重烘烤 和重新使用。现有的刮削方法典型地包括手工刳刨内表面，但是这种技术由于是很慢的过 程因此是有问题的，木头的质量经常受到不利影响，并且没有方法保证整个表面都刮削至 相同的厚度。因此，结果所得到的桶的内部尺寸不能相对地反映原始的桶表面。通过首先扫描内部尺寸，然后根据所扫描的尺寸对内表面实施可控制的刮削，可 以执行非常精确的切削。本发明的机械臂可以以大约1米/秒速度移动，这意味着桶的内 表面可以在15-30分钟时间范围内刮削完成。对设备的操作可以修改以适应特定的桶，如 扫描/切削开始和停止角度、倾斜度及切削厚度等参数是可变的，并且其可以输入进系统。可以理解，用于刮削桶的设备不需要限制于在此作为具体表现的双刀片刳刨工具 总成20。任何合适的刮削装置都可以使用。进一步可以理解，刮削和扫描设备可以保持不 动，而桶自身能够相对它们被移动，从而扫描和刮削内表面。例如，相对于扫描器和刳刨工 具，一支撑桶于其上的平台可以为可旋转的及可垂直移动的。还可以使用一更复杂的激光传感器，特别是，能够360度扫描桶表面而不是仅能 扫描径向部分的激光传感器。通过使用这样的激光器，激光器仅需要一个垂直运动就可以 扫描整个横截面内部尺寸。计算装置(图未示)还能够用来保存数据，数据涉及例如自桶上移除的材料的总 量，特定的桶被刮削的日期和时间，以及，若有的话，包括桶还有多少次可以被修复在内的 桶的物理状态。所有这些数据都能够存储并潜在用于将来参考。本申请人当前使用一种改进的桶板连接设备来制造桶，其包括能够捕捉和存储许 多不同桶板和桶性质的硬件和软件。假设有关一特定的制成的桶的数据被存储，当该桶使 用后并返回制桶工厂修复时，数据可再次访问。在这样的情况下，对内部尺寸的预扫描甚至 不是必需的。在不偏离本发明的范围的情况下，可以使本发明具有进一步的优点和改进。尽管 本发明已经通过被认为是最实用和优选的实施例来显示和描述，但其并不是限制本发明为 所揭露的细节，而是为了与权利要求的全部范围一致，从而包括任一和所有的等同装置和 设备，可以理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作出各种改变。在下面的权利要求中以及在本发明的发明内容中，除非上下文要求，否则由于明 确的语言或必要的暗示，词语“包括”表示包括但不仅限于，也就是本发明各种实施例中所 详细说明的特征可以与进一步的特征相联系。
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权利要求
一种用于刮削桶内表面的设备，其特征在于，所述设备包括一扫描装置，其适合扫描桶的内部尺寸；一切削装置，其适合相对于所扫描的内部尺寸刮削桶内表面至一预定厚度。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述扫描装置适合垂直经过桶内表面，从而 随着每步操作扫描桶内表面的一部分。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述切削装置适合垂直经过桶内表面， 从而随着每步操作刮削桶内表面的一部分。
4.如权利要求1-3任一所述的设备，其特征在于，所述扫描和切削装置相对于桶内表 面的运动使用一控制装置来控制。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备包括一计算装置，至少一用于该扫 描装置的运动参数输入该计算装置，并随后经处理形成一第一组运动数据以传递至该控制直ο
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述扫描装置进一步可绕一垂直轴旋转，由 此所述至少一运动参数包括一扫描装置开始角度。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述至少一运动参数包括一用于该扫描装 置的停止角度。
8.如权利要求5-7中任一所述的设备，其特征在于，所述扫描装置可绕一水平轴枢转， 由此所述至少一运动参数包括所述扫描装置的倾斜度。
9.如权利要求5-8中任一所述的设备，其特征在于，至少一用于该切削装置的运动参 数也可以输入至所述计算装置并随后被处理，从而与来自扫描装置的尺寸数据一起形成一 第二组运动数据以传递至该控制装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述切削装置进一步可绕一垂直轴旋转， 由此所述至少一运动参数包括一切削装置开始角度。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一运动参数包括一用于该切削 装置的停止角度。
12.如权利要求9-11中任一所述的设备，其特征在于，所述切削装置可绕一水平轴枢 转，由此所述至少一运动参数包括所述切削装置的倾斜度。
13.如权利要求9-12中任一所述的设备，其特征在于，所述至少一运动参数包括用于 该切削装置的每步垂直操作的一切削厚度。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述运动参数包括用于该切削装置的一 第一步操作的一切削厚度，以及用于该切削装置的一第二步操作的一切削厚度。
15.如权利要求1-14中任一所述的设备，其特征在于，所述切削装置的形式为一电力 驱动的刳刨工具，其安装至能够在桶内作一系列受控运动的一机械臂的末端。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述扫描装置的形式为一激光扫描器，其 悬吊在所述电力驱动的刳刨工具之下并可随之移动。
17.如权利要求15或16所述的设备，其特征在于，所述机械臂为气动操作。
18.如权利要求15-17中任一所述的设备，其特征在于，所述机械臂安装于一支承台之 上，该支承台包括与之相关联的一可调节的桶安装装置。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述可调节的桶安装装置的形式为一副架，所述桶可附加至该副架，所述副架可垂直移动地位于一第一位置和一第二位置之间，该 副架在第一位置时所述附加的桶放在地上，该副架在第二位置时所述附加的桶准备好经受 所述机械臂的刮削。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述副架可被一气压缸移动。
21.一种刮削桶内部的方法，其特征在于，包括步骤使用一扫描装置扫描桶的内部尺寸；以及使用一切削装置相对于所扫描的内部尺寸刮削桶内表面至一预定厚度。
22.如权利要求22所述的方法，其特征在于，在工作中，所述扫描装置和切削装置适合 垂直经过桶的内部，从而在每一步或多步的垂直操作后，在开始一进一步的一步或多步的 垂直操作之前，该扫描装置和切削装置旋转一预定角度，并如此继续下去。
23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，使用一控制装置控制该扫描装置和 切削装置在桶内部的运动。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，传递至该控制装置的该扫描装置的运动 数据为至少部分基于输入至一关联的计算装置的参数。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述参数包括该扫描装置的停止角度、开 始角度和倾斜度。
26.如权利要求23-25中任一所述的方法，其特征在于，传递至该控制装置的该切削装 置的运动数据为至少部分基于输入至一关联的计算装置的参数以及来自该扫描装置的桶 的尺寸数据。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述参数包括该切削装置的停止角度、开 始角度、倾斜度和每步垂直操作的切削厚度。
全文摘要
本发明涉及一种用于刮削桶内部的设备和方法。特别地，本发明涉及通过刮削内表面至一预定厚度来修复用过的酒桶，以备重凿桶槽、重烘烤和重新使用。现有的刮削方法典型地包括手工刳刨内表面，但是这种技术由于是很慢的过程因此是有问题的，木头的质量经常受到不利影响，并且没有方法保证整个表面都刮削至相同的厚度。因此，结果所得到的桶的内部尺寸不能相对地反映原始的桶表面。本发明的设备包括一扫描装置，其适合扫描桶的内部尺寸；以及一切削装置，其适合相对于所扫描的内部尺寸刮削桶内表面至一预定厚度。
文档编号B27H5/00GK101970190SQ200880122678
公开日2011年2月9日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月15日
发明者布瑞克·沃特曼 申请人:南十字星制桶有限公司