专利名称：大尺寸部件的表面处理方法、用于该方法操作的部件夹持器、该夹持器与处理室的用途的制作方法
大尺寸部件的表面处理方法、用于该方法操作的部件夹持器、该夹持器与处理室的用途本发明涉及到大尺寸部件、尤其是汽车外壳件的表面处理方法以及用于该方法操作的部件夹持器。对汽车外壳部件的涂装，通常是向待喷部件进行局部液滴喷漆或固体颗粒喷漆，部件放置在移动支架上，支架在喷漆站前移动通过，并将部件的方向朝向适合于处理的不变方向。换言之，在喷漆操作中以及在从一个站移动到下一个站的行进过程中，这些部件是做平移运动的，同时机器人或者操作人员将局部喷漆嘴在部件前平移。这种方法经过了若干年的检验，被认为是最佳的，几乎在该行业中得到了一致的采纳。 然而，这种方法虽然可以得到高质量效果，但是它也会产生一些细小瑕疵。如今不觉得这种细小瑕疵碍事，但是在今后对更高质量的期待终究会产生更高的质量要求。在本说明书中，“表面处理”指部件表面整个处理的全部步骤。该整个处理方法可以是部件的涂装，这时表面处理方法可以是清洁(吹洗或者低温)、火焰、喷涂底漆、喷涂底色、喷涂清漆；或者是无漆精加工处理，比如仅喷涂清漆；或者是部件的质量控制，这时局部处理就是对部件的预定部位进行拍摄，得到的图像发送给图像分析仪；或者是在预定的划线上安装接缝条或者涂覆粘胶条。要进行上述的表面处理，会用到局部处理装置，比如一个照相机(如果涉及到质量控制方法的话)，或者一个喷漆嘴(如果涉及到部件的喷漆的话)。本发明旨在提出一种新的表面处理方法，以改善处理质量和/或所得部件质量，同时还具有工业上的其他优点。本发明的一个方面是一种对大尺寸部件的表面处理方法，该部件因具有一定柔性而在移动过程中几何不稳定，该方法借助于至少一个局部处理装置，在该方法中在该局部处理装置前移动具有待处理表面的部件并使该待处理表面朝向局部处理装置，该方法的特征在于，用机器人手臂的端部夹持住所述部件，保持该局部处理装置相对于该机器人固定，通过迫使所述部件处于变形状态而使其变形，在该变形状态中该部件的可变形部分使整个部件具有稳定的几何形状，机器人手臂相对于局部处理装置移动该部件，以使整个待处理表面在局部处理装置前通过，同时保持该部件处于变形状态。在一个具体的实施方式中，该局部处理装置是以下装置之一喷漆嘴或清漆喷嘴、火焰喷灯、清除灰尘所用到的压缩空气喷嘴(吹洗)、部件除尘和除油所用到的液态二氧化碳(CO2)喷头(低温清洗)、质量控制照相机。本发明将局部处理装置固定化，而在目前采用的技术中，该装置是移动的，本发明让部件在局部处理装置周围移动。乍一看，本发明可能显得荒谬，因为它让最笨重的物体移动，而让最不笨重的物体保持静止；如果不考虑到局部处理状况的改善的话，确实如此；而采用本发明方法进行处理，整个部件的局部处理状况会均匀得多。归纳地，发明人对这种改善进行解释，尤其是在部件涂装方面实际上，按当前采用的方法，喷嘴一直在运动，这样会妨碍漆料流达到有利于均匀喷涂的稳定流态。而且，按当前采用的方法，喷射的方向不停在变，但是漆料流位于朝向下方的竖直气流中(为了防止漆料洒在工作区域之外)，也位于重力的竖直场内(也是朝下的)。所以，喷射的力学条件也是不停在变化。当进行液滴或固体颗粒喷涂的局部处理时，本发明获得的效果是，当液滴或固体颗粒碰撞到待处理面上时，它们的形状、位置、密度更均匀，这样就获得了均匀层厚，达到最佳的光泽度。对于快速移动的情况和因工业限制而出现不平稳移动的情况，该方法尤其有效。而且，涂装的条件也得到了改善，漆料的转换率也得到了改善，这表现为漆料损失量的降低，也就节省了材料。在本发明的一个具体实施方式
中，沿竖直方向从上到下地喷射液滴或固体颗粒， 也就是说与重力方向和气流方向相同。这种实施方式的第一个优点在于液滴或固体颗粒保持了其最佳密度、形状、尺寸，可以获得良好的涂装质量。第二个优点就是，喷嘴是不动的，这样就不必采用轻的、灵活的、紧凑的装置，从而扩大了可以采用的装置的范围，然后就可以仅根据涂装的质量标准来选择设备。同样，不再需要漆料供应管网跟随喷射装置运动，因为喷射装置是固定的。得益于本发明，部件处理所需工业装置占地要小于传统的处理生产线。事实上，待清洗部件、待涂装部件、待检查部件、待粘合部件是由机器人操作的，不再需要用输送装置在相继的处理站前移动，而是放置在处理室内接受各种处理，比如清洗、火焰处理、喷涂底漆、喷涂底色、喷涂清漆、质量控制、敷涂粘胶等。而且，将部件置于支架上，满足了两次处理(比如干燥、溶解或烧熔)之间的停顿时间，但是在现有技术中，停顿时间则表现为输送装置的延长。在本发明的一种具体实施方式
中，夹持住部件最易变形的部位。在具有弯曲段的保险杠外壳的具体例子中(弯曲段是外壳的侧向转弯部分，与所述外壳的正面大致垂直地延伸)，就是夹持住保险杠外壳的弯曲段，像弓一样“拉紧”外壳以使其在几何形状上稳定。为此，本发明的另一方面是大尺寸部件的夹持器，该夹持器可有利地用于实施上述处理方法，但是并不仅限于此用途，该夹持器适用于各种因具有一定柔性而在移动时在几何形状上不稳定的大尺寸部件在给定操作中需要在几何形状上稳定的用途。这种夹持器的特点在于它包括-结构；-该结构上带有若干捕获器，捕获器活动地安装在该结构上，其布置方式使得其能够*处于第一位置时，夹持住静止的所述部件最易变形的部位；*处于第二位置时，保持所述部件处于变形状态，在该变形状态中所述部件的可变形部分使整个部件具有稳定的几何形状。采用这种夹持器来进行喷涂，本身就是一个令人意外的选择，因为大家理所当然地认为在变形的部件上进行喷涂，当部件恢复正常几何形状后会产生表面缺陷，尤其是表皮褶皱。其实不然。
在本发明的一种优选实施方式中，夹持器包括两到六个捕获器，优选为四个部件的一边有两个，另一边对称地有两个。在保险杠外壳的情况中，一个或两个捕获器夹持住一个弯曲部，而一个或两个另外的捕获器夹持住另一个弯曲部。在另一个与上述方式相兼容的实施方式中，该底座包括若干支座，当捕获器处于第二位置时，部件抵靠在该支座上。这些支座可以施加更为准确的变形位。本发明的另一个方面是部件的一种表面处理设施，其特征在于它包括-固定安装的局部处理装置；-配有操纵手臂的机器人，其被设置为可以相对于局部处理装置移动待处理的部件，以使其整个待处理表面从局部处理装置前通过；
-如上文所述的夹持器，其被安装在该手臂的端部，用于夹持部件。本发明的另一个方面是一种部件表面处理室，其特征在于它包括至少一个壳体和一个上文所述的表面处理设施，以及该壳体配有用于连接外部液体和/或电源的回路的连接装置。在一种具体实施方式
中，该壳体在局部处理装置的上方有一个供下降气流进入的进气格栅。在一种具体实施方式
中，该壳体在局部处理装置的下方有一个废弃物质回收器。当然，废弃材料可以回收。具体地说，从格栅处进入的下降气流将漆料的液滴或固体颗粒引入到回收器内，然后就可以将它们回收起来。在具体的一种实施方式中，该处理室由一组运输集装箱构成，每个集装箱形成一个壳体。更确切地说，在一种优选的实施方式中，壳体由一组共三个运输集装箱构成，即-包含所述机器人的第一集装箱；-包含局部处理装置的第二集装箱，该第二集装箱还可能包含进气格栅或者回收器，该第二集装箱被设置为与第一集装箱并置，以便机器人手臂伸入第二集装箱；-包含气流系统的第三集装箱，该第三集装箱被设置为叠放在第二集装箱上，以便与第二集装箱交换气体。在阅读下文介绍后，可更好地理解本发明，下文仅作举例之用，请与参考图纸结合起来阅读，图纸情况为图I是按本发明第一种实施方式的涂装间的透视图，其中包含了按本发明的设施；-图2是部件的剖面图，部件处于静止、即将被机器人夹持住之前；-图3到图5与图2类似，分别示出刚被夹持住时的部件、刚开始变形时的部件和达到几何稳定后的部件；-图6是变形后部件的透视图，对应于图5的情况；-图7是沿图6箭头VII方向的近景图；-图8为按本发明另一种实施方式中的喷涂间的透视图；-图9与图8类似，其中部件绘制成透明的，以便看到图8中无法看到的部分。图I所示为喷涂间，其中包含了竖直隔墙I、顶棚(未画出)和地面3，地面3有一格栅部分3a，就是进气口。更完整的喷涂间包含三个部分，将结合图8和图9加以描述。该喷涂间包含一个壳体，壳体有一个喷涂设施10。 地面3支撑一个操作机器人5，其具有一个活动手臂7，活动手臂有六个自由度。这种机器人在汽车行业中应用广泛，不再赘述。比如，FANUK公司的P250型机器人就可用于本发明。机器人夹持一个大尺寸部件，此处是保险杠外壳9。手臂7的末端有一个“万能”夹持器，由一个结构11、两个气压千斤顶13、两个构成捕获器的吸盘15和四个支座17组成。该夹持器被称为万能是因为它无需特别调整就可用于同一厂家生产的多个不同部件。于是，同时生产的两到三种不同的保险杠外壳都可以由这个机器人操纵，而无需在两 个部件之间调整该夹持器。只有在需要操纵其他厂家生产的其他部件时，才需要调整夹持器。这时就需要调节结构11的角开度、气压千斤顶13的冲程或者支座17的长度。结构11采用钢材制成(也可采用诸如铝或碳制成)，其包括杆19，杆的两端弯折部位21安装有铰接的气压千斤顶13，其铰接方式使其可以绕与杆19成直角的分支23进行旋转。在杆19的中间，把手20用来将夹持器固定在机器人手臂7的末端。在各个分支23上，固定支座17由焊接在分支23上的杆形成，支座的朝向使得其自由端与保险杠外壳9的内表面25相接触，参考图2到图5更容易理解。如图I所示，得益于该万能夹持器，活动手臂7可以将保险杠外壳9置于喷涂装置27前，喷涂装置距离喷涂间顶棚一定距离，由刚性管29供应漆料。喷涂装置27是固定的，其定位方式使得一个部件的待处理部位可以被定向和放置为与该喷涂装置相对。喷涂装置27喷射的漆料液滴流由装置27从上往下竖直喷射到保险杠外壳上。所以，液滴流的方向与从格栅3a进入的气流方向是一致的，与重力方向也是一致的。这样液滴流就拥有在保险杠外壳的整个待喷涂表面进行均匀喷涂的最优条件。待喷涂表面是保险杠外壳的外表面。外表面被覆盖一层均匀的涂层，这是因为手臂7将保险杠外壳9移动，使得每个待喷部分置于合适的距离，并且保持恰当的喷涂时间。保险杠外壳的这些移动过程会造成忽动忽止( -coups)，根据本发明要求，应当加以避免这种忽动忽止以防止最后喷涂层出现缺陷。为此，按图2到图5所示步骤稳定保险杠外壳的弯曲段。在图2中，保险杠外壳9处于静止状态。其弯曲段9a就是最容易变形的部位。将支架靠近外壳的内表面，直到支座17的自由端17a接触到外壳。接下来(图3)，开动气压千斤顶13，以将吸盘15压在弯曲段的内表面上，然后抽出各吸盘内的空气(这是众所周知的)，就可在部件的弯曲段将其夹持住。在图4所示步骤中，按反方向开动气压千斤顶，以便“拉紧”保险杠外壳，迫使其处于变形状态，从而保险杠外壳可以在整体上获得一定的刚度。气压千斤顶一旦收回后，保险杠外壳则达到图5所示的位置，并获得了足够的刚度以承受住忽动忽止而不变形。特别是，外壳可以承受在喷涂操作过程中由操纵手臂所施加的快速运动。这样，操纵手臂就可以将保险杠外壳伸向喷涂装置前，使其外表面被喷上均匀的涂层(非待喷面除外)。需要说明的是，虽然大家可能担心保险杠外壳朝向的频繁变动会很容易造流挂(coulure)的痕迹,然而采用这种方法喷涂的部件没有发现任何这种痕迹。
图8和图9显示了按本发明另外一种实施方式的喷涂间，用于对部件100进行喷涂处理。该喷涂间由三个壳体31、33、35构成，其尺寸与运输集装箱完全相同。该喷涂间也包含一个喷涂设施10。运输集装箱的标准尺寸为2. 44米宽，2. 59米高，长度可以为3米、6米或12米。图8和图9中的三个壳体长3米，不过各种类型的都可采用，只不过可能需要在不同集装箱内重新分布各种元件。喷涂间之间可以用螺栓或勾缝连接起来。为此，可以将集装箱加以改动，取下某些壁，或者将这些壁进行切割，然后放入下·述设施。第一壳体31内放置有机器人5。为此,该壳体安装有电气接头(未不出)，以便向机器人供电并向喷涂间提供照明电。大侧面之一 311的封闭壁上开有一个窗37，便于检查喷涂间操作是否正常，而与之相对的另一个大侧面则是完全镂空的。两个小侧面中，其中一个是被隔墙39半封闭的，该隔墙从镂空的大侧面一直延伸到距有窗大侧面311还有一半距离的位置，而另一个侧面则是完全镂空的。壳体31的下表面上有一块地板41,但在其上表面上没有顶棚。第二壳体33与第一壳体并置，它的其中一个大侧面331 (其上部的四分之三是镂空的)紧靠第一壳体31的镂空大侧面。如图所示，这个开口供机器人5的操纵手臂7伸入到第二壳体33内，以便移动待喷件100。第二壳体33的另一个大侧面332被一个带窗子43的壁所封闭，该窗子43与第一壳体31上的窗子37完全相同。该壳体的两个小侧面333和334被完整的壁所封闭。地板45封住第二壳体33的下表面,在该地板45上设有一个蓄留槽47,桶上方有两个倾斜的流水面49，其作用是众所周知的，即用来回收没有到达部件待喷面上的漆料液滴或固体颗粒。在地板45的高度安装有一个进气口 51，与一通风管53相通，通风管沿壳体的小侧面334向上延伸，直到壳体33的开口上表面。该壳体33同样安装有管接头(未示出)，可以与水网相连(供料和过滤)和照明电源相连。第三壳体35置于第二壳体之上。它包括两个大侧面351和352,其中一个在上方五分之四的面积上都是封闭的，另一个则是完全封闭的；它还包括两个小侧面353和354，都是完全封闭的。壳体的下表面是开口的，其上表面则包括一个顶棚356。第三壳体35有一个进气罩55，由以下各部件组成-一个连接排风网的接头57(或者一个风机入口)，穿过壳体的顶棚；-一个棱柱形室59，从接头57 —直延伸至侧壁351、352、353和354，直到大侧面351的壁脚；以及-一个空气格栅61,与下表面355平行,封住棱柱形室59。该空气格栅61位于第二壳体33之上，构成了喷涂区的顶棚。实际上，在该格栅61之下，第三壳体35容纳有喷涂装置，此处由管道63和喷涂器65构成。由管道(未示出)向该喷涂装置供料。
第三壳体还容纳有一个通风管67，通风管一直伸到顶棚356上，直至第二壳体33的通风管53。连接需过滤气网的接头69穿过上表面356的壁。这样组装后，三个壳体31、33、35就构成了一个完整的喷涂间，可以有效处理各种形状的待喷部件，达到良好的质量水平。作为可选项，还可以为这个整体补充第四壳体(未示出)，用来限定一个存放区(干燥、闪蒸等)，甚至还可补充第五壳体(未示出)，用来限定一个烘干区。当然，如此装配起来的房间是很容易拆卸和运输的，便于不同车间再利用，也/或 者进行“模块化”重新组装，经过改装后可用于新的待处理产品。当然，上述的各种实施方式绝不是全部，而是可以进行各种希望的改动，但依然没有超出本申请所附权利要求书的范围。
权利要求
1.一种大尺寸部件的喷涂方法，该部件因具有一定柔性而在移动时在几何形状上不稳定，该方法借助于至少一个喷涂装置(27)进行液滴或固体颗粒的喷涂，在该方法中，在该喷涂装置前移动具有待喷涂表面(25)的部件(9)，并使该待喷涂表面朝向该喷涂装置，该方法的特征在于， -用机器人(5)的手臂(7)的端部来夹持住所述部件(9)； -保持该喷涂装置(27)相对于该机器人(5)固定； -通过迫使所述部件(9)处于变形状态而使其变形，在该变形状态中该部件的可变形部分使整个部件具有稳定的几何形状； -相对于该喷涂装置移动所述部件(9)，以使整个所述待喷涂表面在该喷涂装置前通过，同时保持该部件处于变形状态。
2.如权利要求I所述的方法，其中沿竖直方向从上到下地喷射涂料。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中夹持住每个部件最易变形的部位(9a)。
4.如上述任一权利要求所述的方法，被应用于具有弯曲段(9a)的保险杠外壳(9)，所述弯曲段是所述外壳的侧向转弯部分，与所述外壳的正面大致垂直地延伸，其中夹持住所述保险杠外壳的弯曲段，该外壳像弓一样被“拉紧”以使其在几何形状上稳定。
5.一种用于大尺寸部件(9)的夹持器(11),该夹持器适用于各种因具有一定柔性而在移动时在几何形状上不稳定的大尺寸部件在给定操作中需要在几何形状上稳定的用途，其特征在于，其包括 -底座(19，21)； -该底座上带有若干捕获器(15)，所述捕获器活动地安装在该底座上，其布置方式使得其能够 *处于第一位置时，夹持住静止的所述部件最易变形的部位(9a)； *处于第二位置时，保持所述部件处于变形状态，在该变形状态中所述部件的可变形部分(9a)使整个部件具有稳定的几何形状。
6.如权利要求5所述的夹持器，其特征在于包括三到六个捕获器(15)，优选为四个，即所述部件的一边有两个，另一边对称地有两个。
7.如权利要求5或6所述的夹持器，其中所述底座包括若干支座(17)，当所述捕获器处于所述第二位置时，所述部件抵靠在所述支座上。
8.一种将如权利要求5到7之一所述的夹持器(11)应用于大尺寸部件(9)的喷涂的用途。
9.一种部件表面处理设施(10)，其特征在于，其包括 -固定安装的局部处理装置(63,65)； -配有操纵手臂(7)的机器人(5)，其被设置为可以相对于该局部处理装置(63，65)移动待处理的部件(100)，以使其整个待处理表面从该局部处理装置前通过； -如权利要求5到7之一所述的夹持器(11)，其被安装在该手臂(7)的端部，用于夹持该部件(100)。
10.一种部件表面处理室，其特征在于，其包括至少一个壳体(31，33，35)和一个如前一权利要求所述的表面处理设施(10)，以及，所述壳体配有用于连接外部液体和/或电源的回路的连接装置。
11.如权利要求10所述的室，其特征在于，其在所述局部处理装置(63，65)的上方有供下降气流进入的进气格栅(61)。
12.如权利要求10或11所述的室，其特征在于，其在所述局部处理装置(63，65)的下方有废弃物质的回收器(47)。
13.如权利要求10到12之一所述的室，其特征在于，其由一组运输集装箱(31，33，35)构成，每个集装箱形成一个壳体。
14.如权利要求13所述的室，其特征在于，其由一组共三个运输集装箱构成，即 -包含所述机器人(5)的第一集装箱(31)； -包含所述局部处理装置(63，65)的第二集装箱(33)，该第二集装箱还可能包含进气格栅(61)或者回收器(47)，该第二集装箱被设置为与第一集装箱(31)并置，以便所述机器人的手臂(7)伸入所述第二集装箱； -包含气流系统(55，67)的第三集装箱(35)，该第三集装箱被设置为叠放在第二集装箱(33)上，以便与所述第二集装箱交换气体。
全文摘要
本发明涉及一种大尺寸部件(9)的喷涂方法，该部件因具有一定柔性而在移动时在几何形状上不稳定。用机器人(5)的手臂(7)在喷涂装置(27)前移动具有待喷涂表面(25)的部件(9)，而保持该喷涂装置(27)相对于该机器人(5)固定，且部件(9)处于变形状态。本发明还涉及一种用于大尺寸部件(9)的夹持器(11)，该夹持器特别适用于该方法的操作，该夹持器(11)应用于处理部件(9)的用途，一种部件(9)表面处理设施(10)和一种部件(9)表面处理室。
文档编号B05B15/12GK102883820SQ201080064386
公开日2013年1月16日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月29日
发明者大卫·特雷斯 申请人:全耐塑料公司