专利名称：自动喷涂装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动喷涂装置，它能通过三维驱动多个气压喷射型彩墨喷枪头把一所需的彩色图象喷涂在一待喷涂的表面上，尤其涉及一种改进，即使待喷涂的表面是一种复杂的弯曲形状，例如汽车车身，也能使清晰的喷涂具有准确的色调。
近来，油墨喷射型印刷机用作计算机印刷装置。这种油墨喷射式印刷机通过喷射四种颜色的油墨，即来自每一个喷嘴的红、蓝和黄的三原色和黑色，并响应储存在一计算机存储器中的各种象素的色调把这些油墨叠加在一印刷品上，来复制每一种象素的色调。随后沿左右方向驱动喷嘴，在垂直方向驱动印刷材料，就可把图象资料喷涂在印刷纸片上。
在一印刷机内，被喷涂的材料限于纸类材料。如果可通过一油墨喷枪头系统把图象资料直接喷涂在例如汽车等等的车身上，那么即使复杂的结构，也能大批量地进行工业化复制。
图12至14示出了一现有技术的自动喷涂装置的一个例子。
在图12中，标号1是处理图象数据的中央处理器(简称CPU)，标号2是控制喷枪头和彩墨喷射量的传动的机构，标号3是控制该机构的中央处理器，标号4是一存储器，标号5是手动操作该机构的键盘，标号6是借助键盘来显示操作的液晶显示器的显示装置，标号7、8、9和10分别是NTSC输入终端、图象扫描仪输入终端、鼠标输入终端和一第软盘输入终端。
还有，标号11是一A/D转换器，12是一存储器，13和14是输入/输出部分，15是帧存储器，16是一D/A转换器，17是一监视器输出终端，以及18是第二软盘输出终端。
此外，机构2包括沿X和Y轴相对于一壁表面驱动喷枪头的一X轴和一Y轴驱动机构20和21和控制离开该壁表面的距离、以便使它保持在一预定值的Z轴驱动机构22，以及用以喷枪头的彩墨喷射量控制机构23等等。
这种油墨喷射印刷机构造成来自一放像机(Video deck)VD、电视摄像机VM、图象扫描器IM、一串行鼠标SM和一第一软盘FD1的输出信号分别输入到输入终端7至10，而这些输出信号，即图象数据，输入到中央处理器1，由此中央处理器1进行图象处理，诸如图象数据的编辑，使喷涂所必须的信号给于另一个中央处理器3，以通过输入/输出部分14控制该机构。
此外，进行图象处理的中央处理器1，把通过编辑从不同的输入终端接受到的图象数据而获得的喷涂信号通过输出终端18储存在一第二软盘FD2，以便在必要时采用它们。喷涂信号通过帧存储器15和D/A转换器输到输出终端17，这样可通过一颜色监视器CM来监视它们。
驱动喷枪头的不同机构设置在一框架30上，如图15所示。
框架30由如图16所示的通过螺钉装配在一起的上、下、左和右框架构件31至34以及左和右支腿件35和36所组成，框架30在一工作位置平行地固定于一壁表面37，且有一预定的间距，如图17所示。
X轴和Y轴驱动机构20和21对着框架30设置，如图18所示。
X轴驱动机构29包括例如一安装在框架30上的固定部40和一沿固定部40移动的驱动部41，如图19所示。固定部40包括一导轨42和齿条43，另一方面，驱动部41设置有一线性导辊件44、一小齿轮(pignon gear)45、一减速齿轮46、一电动机47、一旋转编码器48和一Z轴驱动机构支承件49。线性导辊件44沿导轨42可滑动地与之接合，小齿轮45与齿条43啮合。
响应来自中央处理器3的一X轴控制信号，电动机7通过减速齿轮46驱动小齿轮45，这样，它能使Z轴驱动机构支承件49在X轴方向沿导轨42一次移动一预定距离。
如图18所示，Y轴驱动机构21包括Y轴驱动部件21a和21b，每一个部件的结构与X轴驱动机构的结构大致相同。这些部件设置在框架30的左和右框架构件33和34上，以支承X轴驱动机构20的两个末端。这样，它响应来自中央处理器3的一Y轴控制信号，使X轴驱动机构20沿Y轴方向(向上和向下)移动。
如图23所示，Z轴驱动机构22由例如设置在X轴驱动机构20的支承件49上的一可动控制器221、一光电传感器222、一四喷枪头部件223、一喷枪头支承板224等等所组成。可动控制器221包括在Z轴方向的位置控制的一滚轮225和一线性脉冲电动机226，它响应来自安装在支承板224最下部上的光电传感器222的信号，根据中央处理器3的指令脉冲来控制喷枪头部件223，使得喷枪头223a至223d离开壁表面227的距离L保持不变。
在一自动喷涂装置中，当与要被印刷的一原始图象相对应的图象信号输入到输入终端7至10中的任何一个时，它们被送到中央处理器1以进行处理，由此，使得一印刷品所必须的信号给予中央处理器3，以控制该机构。中央处理器3响应这些信号，把驱动控制信号送到不同的机构20、21、22和23，以在X轴和Y轴方向驱动喷枪头部部件223，同时保持喷枪头223离开壁表面的距离不变，并为了印刷一放大的彩色图象，从图象的每一象素的喷枪头喷射油墨，使不同的机构连续移动到后面的象素。
有关在Z轴方向的移动，离开待喷涂的壁表面的距离是由光电传感器222来探测的。藉助这样探测的信号，线性脉冲电动机被驱动，以移动支承件49，控制喷枪头223a至223d，使喷枪头离开壁表面的距离保持不变。通过采用这种自动喷涂装置，由于它可通过在X轴方向和Y轴方向驱动喷枪头部件223把图象数据以放大的比例喷涂到待喷涂壁表面上，并通过在Z轴方向驱动支承件49使喷枪头离开壁表面的距离保持不变，所以，即使待喷涂的壁表面是弯曲形状的，也可获得一清晰的印刷品。
藉助上述的自动喷涂装置，通过把由四喷枪头223a至223d喷射的油墨叠加在一点上，就能印刷一具有预定色调的象素。但是，在待喷涂的壁表面具有复杂的不平坦的弯曲形状的情况下，由四喷枪头喷射的油墨的位置彼此具有微小的偏移。因此，就担心在一点上的色调不同于其它点上的色调，或它是不清晰的。
例如，在安装四个喷枪头223a至223d的位置是如图20所示在左右方向彼此略微偏移的情况下，如果一待喷涂的壁表面600具有一包括一倾斜部601的形状，则喷枪头223a至223d离开待喷涂壁表面的距离是彼此不同的。即，如图21和22所示，在位于最左的喷枪头223a喷涂一点P的情况下，待喷涂的壁表面600与光电传感器222之间的距离是L。但是，当后继的喷枪头223b喷涂点P时，喷枪头部件223沿X轴方向偏移，以便喷枪头223b的喷嘴孔位于一与点P相对的位置。结果，光电传感器22与一倾斜部601相对，因此待喷涂的壁表面600与光电传感器222之间的距离是L’，它大于L。因此，为了使光电传感器222所测的值等于喷枪头223a所获得的值，支承件49被驱动而前进。结果，喷枪头223b与待喷涂壁表面600之间的距离变小了，这样改变了喷涂面积，导致了该色调不同于周围部分的色调和清晰度下降的麻烦。
为了消除上述烦恼，就必须使每一个喷枪头223a至223d可动地保持在Z轴方向上，还必须在驱动不同的喷枪头时进行喷涂，使得待喷涂壁表面与喷枪头之间在Z轴方向上的距离(间隔)保持不变。为此，想到采用一种方法，其中一探测Z轴方向偏移距离的传感器设置在喷枪头部件上，用该传感器的探测信号来控制该部件的驱动。
但事实上，这种方法在实践中不能采用。这是因为在待喷涂壁表面具有弯曲的形状如汽车车身的情况下，喷枪头部件在X轴和Y轴方向以一恒定的速度被驱动，如果在Z轴方向的随动控制是通过使用该传感器的探测信号来进行的，由于该控制的响应速度有一个极限，Z轴方向偏移的随动控制不能正确地进行。此外，对于Z轴方向的偏移程度是不同的等等情况，会担心喷枪头被破坏。
为了解决这样一个问题，本发明的一个目的是提供一种能自动地把一所需的彩色图象直接喷涂在一具有弯曲形状例如汽车车身的待喷涂表面的装置，它通过跟踪待喷涂表面的变化，而不是使用任何在Z轴方向上的位移距离传感器，就可控制喷枪头在Z轴方向上的位移。
为了实现上述目的，本发明的一个自动喷涂装置包括保持多个气压喷射型彩墨喷枪头可在X轴、Y轴和Z轴方向上移动的保持装置；在X轴和Y轴方向上驱动保持装置的X轴和Y轴方向驱动装置；在Z轴方向上彼此单独地驱动诸喷枪头的Z轴方向驱动装置；根据一原图象的每一象素的位置和色调，来控制诸喷枪头的驱动和各种彩墨的喷射量的控制装置，其特点在于，它还包括测量在Z轴方向上从诸喷枪头到在一待喷涂表面上的所需区域中多个坐标点(Xi，Yi)的位移距离的测量装置，以输出测量数据；设定所需喷涂速度和在Z轴方向上距离待喷涂表面的所需喷涂距离的设定装置，以输出设定数据；以及输入装置，该输入装置将来自测量装置的测量数据与Z轴方向驱动容量数据进行比较，当判断诸喷枪头可以被驱动时，把测量数据与设定数据一起输送到控制装置，以便控制装置根据这些数据控制诸喷枪头的驱动。
在本发明中，测量装置可包括一被喷涂体测量仪，它测量从诸喷枪头到一坐标点在Z轴方向上的位移距离，测量方法是使一标识器与该坐标点接触；和一形状类似于喷枪头的测量板，可以安装在该标识器末端。
此外，在本发明中，测量装置根据喷涂速度和诸喷枪头在Z轴向对应于坐标点可移动的距离设定坐标点在X轴方向上之间的一间隔，以便为了获得所述坐标点上的数据而进行测量。
本发明的一个自动喷涂装置包括多个例如四个众所周知的四色气压式喷射型彩墨喷枪头；一个保持这些喷枪头可在X轴、Y轴和Z轴方向上移动的部件；驱动该部件的X轴和Y轴方向驱动装置；在Z轴方向上彼此单独地驱动诸喷枪头的Z轴方向驱动装置；控制装置，它包括根据一原图象的每一象素的位置和色调，来控制诸喷枪头的驱动和各种彩墨的喷射量的一计算机等。
众所周知的装置可适用于X轴、Y轴和Z轴方向驱动装置，以便通过齿条与小齿轮的啮合来驱动，通过一圆柱体装置来驱动，通过使用一步进电动机来驱动，等等。
本发明的装置的特征在于，测量在待喷涂表面上的所需区域中的多个坐标点的数据(Xi，Yi，Zi)不是用任何Z轴方向位移距离传感器，同时，设定所需喷涂速度(印刷速度)和在Z轴方向上距离待喷涂表面的所需喷涂距离(印刷表面距离)。如果所使用的被测数据是即如果输入超过Z轴方向驱动容量的被测数据(较大程度的差异等)，以此驱动喷枪头部件，喷枪头就会损坏，所以被测量的数据预先与驱动容量数据进行比较，如果判断出可以根据这些数据驱动喷枪头部件时才使用这些数据。此时，控制装置根据这些测量数据(被喷涂体的数据)和设定数据来控制喷枪头的驱动。
例如，坐标点的数据由在X轴和Y轴方向设定垂直坐标点而获得的数据(Xi，Yi)和测量距离这些坐标点的Z轴向距离获得的数据(Zi)所组成。将这些数据预先给予作为控制装置的一计算机。
这样，由于喷枪头部件可以移动的Z轴向距离有差异，所以当喷枪头部件横向位移(X轴向位移距离)时，在设定坐标点时，最好根据设定的喷涂速度和喷枪头部件可以移动的Z轴向距离设定坐标点之间在X轴向的间隔，以便对坐标点的数据进行测量。
当如上所述测量的被喷涂体数据(Z轴向位移距离Zi)以及设定的喷涂速度和离待喷涂表面的距离输给计算机时，首先根据原图象的数据(Xi，Yi)将进行喷涂所必需的X和Y轴向的控制信号传递到X、Y轴向驱动装置，喷枪头部件移动到一预定位置，使得其中一个喷枪头置于与待喷涂表面上的一点相对的位置。然后，由于将到待喷涂点的Z轴向位移距离作为测量数据，所以Z轴向驱动装置被驱动，使喷枪头位于那个距离处，此后，从喷枪头喷射预定量的彩墨，并达到根据图象数据所得出的浓度，来喷涂图象。对于所有的喷枪头都进行这控制过程，从不同的喷枪头喷出的彩墨在待喷涂的点上彼此叠加，从而以一预定的色调来喷涂该点。依次移动对应于原图象的每一象素的待喷涂表面上的点，对于所有的待喷涂的点实行相同的控制过程，从而完成喷涂。
如上所述，使用自动喷涂装置，由测量数据预先给出待喷涂表面与不同的喷枪头之间的Z轴向位移距离，然后根据位移距离彼此单独地驱动诸喷枪头。因此，即使待喷涂的表面具有诸如汽车车身的弯曲形状，也能使每个喷枪头与待喷涂表面之间的距离易于保持不变。由于图象质量得到了显著的提高，此外，Z轴向位移距离是用预先测量的被喷涂体数据来校正控制的，而不是用任何传感器给出的，所以能完全避免损坏喷枪头。
图1是一示意图，用来说明诸喷枪头与被喷涂体表面之间的关系；图2是一示意图，用来说明测量被喷涂体数据的一种方法；图3是一立体图，它示出了被喷涂体数据的测量仪；图4是另一示意图，用来说明测量被喷涂体数据的一种方法；图5是一示意图，它示出了汽车车身的待喷涂区域的一个例子；图6是一示意图，用来说明确定测量点的一种方法；图7是一示意图，它示出了Z轴向的一高度差与待测量点之间的一间隔之间的关系；图8是一示意图，它示出了离待喷涂表面的距离；图9是一方块图，它示出了本发明的一个实施例；图10是一方块图，它示出了该实施例的原理部分；
图11是一立体图，它示出了用于本发明装置的一喷枪头部件；图12是一方块图，它示出了一现有技术的自动喷涂装置的一个例子；图13是一立体图，它示出了用于图12所示装置的中央处理器；图14是一方块图，它示出了图12所示装置的原理部分；图15是一立体图，它示出了用于图12所示装置的框架；图16是框架的分解立体图；图17是框架的侧视图；图18是框架的剖视图；图19是一立体图，它示出了安装在框架上的X和Y轴向驱动机构；图20是一示意图，它示出了喷枪头部件的轮廓；图21是一示意图，它示出了喷枪头部件与待喷涂表面之间在X轴向的关系；图22是一示意图，它示出了喷枪头部件与待喷涂表面之间在X轴向的另一种关系；以及图23是一现有技术自动喷涂装置的侧视图、以下，将用一实施例来较具体地说明本发明。本发明不同于现有技术的自动喷涂装置的几个不同点除喷枪头部件之外还包括与前述的Z轴方向驱动机构23相对应的一Z轴方向驱动控制部分的结构，以及使用测量一Z轴偏移距离的工具。诸如X轴和Y轴方向驱动机构等等的其它主要部分的结构几乎与现有技术的自动喷涂装置中所使用的那些相同。
在例如汽车车身501被具有四种颜色的(四个)喷枪头喷涂的情况下，如图1所示，已经描述了必须沿X轴和Y轴方向移动一喷枪头部件500，同时保持在Z方向离开车身弯曲表面的距离始终不变，以便印制。诸喷枪头的X轴和Y轴方向驱动信号是通过处理原始图象数据而方便地获得，另一方面，Z轴方向驱动信号是通过从测量数据和设定数据开始的计算而获得的。
图2至4显示了本发明测量Z轴方向位移距离(车身数据)的方法的一个例子。在图2中，502是一支承喷枪头部件500的X、Y、Z轴方向位移机构的框架件，503是测量Z轴方向位移距离的车身测量工具，它安装在喷枪头部件500的右侧表面上。
车身测量工具503有一杆状标识器503b，如图3所示，通过旋转一旋钮503a，使标识器503b沿Z轴方向移动。一测量板503c安装在其末端。测量板503c的形状类似于喷枪头部件500的形状。
当旋转捏手503a移动标识器503b时，使测量板503c随即接触，如图4所示，测量Z轴方向的位移距离Z，在一显示部分503d显示其测量值。同时，该值传输到下面要描述的一Z轴方向驱动控制部分。这个过程对于例如汽车车身501的待喷涂的一表面上的多个坐标点(Xi，Yi)连续重复进行。
如上所述，用测量板503c测量Z轴方向位移距离时，在测量Zi的同时，可预先判断喷枪头在Z轴方向相对于测量点位移的可能范围。
如图5所示，根据待喷涂505区域中车身的形状，来确定要被测量的坐标点(测量点)。确定测量点的原则如下例如，如图6所示，(i)待喷涂区域505的X轴方向上的两个极端506和507是强制测量点；以及(ii)在X轴和Y轴方向上变化较大的位置508和509是强制测量点。
此外，尤其是如图7所示，当在一要喷涂表面上有一凸起D，而且Z方向的差异即高度差较大时，选择测量点P1和P2，该两点彼此相距较远，使得在Z轴方向可以有偏移。
此外，在Z轴方向离待喷涂表面的一所需距离Zo与所需喷涂速度一起设定。这是在Z轴方向上喷枪头部件的末端与待喷涂表面之间的距离。通过设定应进行喷涂时离待喷涂表面的距离，可以进行Z轴向的Zi-Zo移动。
在本实施例中所使用的控制装置包括一与X、Y轴方向驱动机构相对应的喷涂控制部分510和对Z轴方向驱动机构相对应的Z轴方向驱动控制部分511，如图9所示。喷涂控制部分510根据待喷涂表面的形状数据和喷枪头504的安装位置数据来驱动不同的驱动机构和驱动它们的电动机。这样，喷枪头部件500在X轴和Y轴方向被驱动，使得喷枪头504中的一个位于与待喷涂的某一点相对的一位置。通过彼此单独地驱动四个喷枪头504，并喷射油墨来进行喷涂。此外Z轴方向驱动控制部分511接受来自输入装置(车身测量仪)503的测量数据和设定数据，并根据离开待喷涂表面的距离来控制驱动不同喷枪头的步进电动机，以确定不同喷枪头504在Z轴方向上的位置。
图10示出了Z轴方向驱动控制部分511的结构。首先确定喷枪头504的一个在X轴和Y轴方向上的位置。这种确定可以人工进行，或因此可使用预先储存在存储器中的数据。然后根据这些位置数据，驱动驱动机构和驱动这些驱动机构的电动机，以确定各个喷枪头504在X轴和Y轴方向上的位置。当从输入装置503输入Z轴方向偏移距离的设定值Zo和测量值Zi时，一判断部分65把Zi与Z轴方向驱动容量数据进行比较，当被判断可以驱动喷枪头部件时，Zi可与Zo一起储存在一数据存储器61中。为了防止喷枪头在其位移过程中损坏，确定Z轴方向驱动容量数据，并根据待喷涂表面的形状等等预先设定。一中央处理器60对X轴和Y轴方向的寻址值(位置数据)与储存在一数据存储器61中的数据进行比较，并通过一I/O口62控制X轴、Y轴和Z轴方向传动的步进电动机的驱动器63，使得来自输入装置的设定值和测量值接近等于储存在数据存储器61中的数据，诸喷枪头504在Z轴方向上的移动，以确定其位置。在该位置，彩墨从一个喷枪头504中喷出，使得该点被喷涂三种原色中的一种或黑色。通过对其他三个喷枪头504重复这种控制，就能以一种预定的色调来喷涂待喷涂表面的该点。
在使用CAD数据、训练数据等等的情况下，有必要的话可通过预先输入这些数据到一程序存储器64中来采用这些数据。如上所述，通过使用本实施例的自动喷涂设备，由于不同喷枪头504在Z轴方向上的位移彼此是单独控制的，所有就可控制诸喷枪头504，使待喷涂表面与喷枪头之间的距离保持不变，即使待喷涂表面有一个复杂的弯曲表面也是如此，并因此能清楚地以一预定的色调进行喷涂。
图11示出一用在本发明装置中的喷枪头部件的构造的例子，其中标号101至104是喷枪头，通过驱动电动机106至109、小齿轮111至114、齿条115至118和滑动导轨120至123，这些喷枪头在Z轴方向可动地支承在一基板105上。如上所述，该部件本身还在X轴和Y轴方向上可滑动地安装在框架件502上。
124至127是Y、M、C和K的不同彩墨的喷嘴。这些喷嘴可与喷枪头分开地设置，并通过柔性送油墨管送料。128至131是通过柔性软管输入气压的入口。
还有132至135是不同喷枪头的柔性信号电缆。
空气软管、信号电缆等等最好设置容纳在例如一软性电缆履带(caterpillar)中。
如上所述，使用本发明的自动喷涂装置，就可把一预定的色调清楚地喷涂在一具有复杂弯曲形状诸如汽车的车身、挡板等等的待喷涂表面上。
权利要求
1.一种自动喷涂装置包括保持可在X轴、Y轴和Z轴方向上移动的多个气压喷射型彩墨喷枪头的保持装置；在X轴和Y轴方向上驱动所述保持装置的X轴和Y轴方向驱动装置；在Z轴方向上彼此单独地驱动诸喷枪头的Z轴方向驱动装置；根据一原图象的每一象素的位置和色调，来控制所述诸喷枪头的驱动和各种彩墨喷射量的控制装置测量在Z轴方向上从诸喷枪头到一待喷涂表面上的所需区域中多个坐标点(Xi，Yi)的位移距离的测量装置，以输出测量数据；设定所需喷涂速度和在Z轴方向上离所述待喷涂表面的所需喷涂距离的设定装置，以输出设定数据；以及输入装置，该输入装置将来自所述测量装置的测量数据与Z轴方向驱动容量数据进行比较，当判断诸喷枪头可以被驱动时，把这些数据与所述设定数据一起输送到所述控制装置，以便所述控制装置根据所述数据控制所述诸喷枪头的驱动。
2.如权利要求1所述的自动喷涂装置，其特征在于，所述测量装置包括一被喷涂体测量仪，它测量从诸喷枪头到一坐标点在Z轴方向上的位移距离，测量方法是通过使一标识器与所述坐标点接触，和在所述标识器末端安装一形状类似于所述诸喷枪头的测量板。
3.如权利要求1所述的自动喷涂装置，其特征在于，所述测量装置根据所述喷涂速度和所述诸喷枪头在Z轴向对应于所述坐标点可移动的距离设定坐标点在X轴方向上之间的间隔，以便为了获得所述坐标点的数据而进行测量。
全文摘要
一种对弯曲形状的待喷涂表面进行喷涂,同时保持多个喷枪头与待喷涂表面之间的间隔不变的自动喷涂装置,它包括:保持多个喷枪头的喷枪头部件;在水平X轴方向驱动喷枪头部件的X轴方向驱动装置,在Y轴方向上驱动喷枪头部件的Y轴方向驱动装置,其中多个喷枪头喷射出不同的彩墨;根据一相关喷枪头与待喷涂物体之间的距离的测量数据和设定数据在Z轴方向上彼此单独地驱动诸喷枪头的Z轴方向驱动装置。这样能显著改进图象的喷涂质量。
文档编号B05B13/04GK1242262SQ98116339
公开日2000年1月26日 申请日期1998年7月17日 优先权日1998年7月6日
发明者买场佶, 村井秀世 申请人:爱而爱喜股份有限公司