JP4022711B2 - 船の表面のフェアリング及び塗装のためのコンピュータで制御された方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、概ね、自動化された船のフェアリング及び塗装に係り、本発明は、特に、表面の欠陥部分を解析し、フェアリングを行い、噴霧可能なフェアリング用コンパウンドを適用し、塗装するためのコンピュータで制御されたロボット装置を用いることに係る。
【０００２】
【従来の技術】
受注生産の船は、今日、時間証明技術及び方法を用いて構築されている。このプロセスの一部は、フェアリングとして知られている。フェアリングは、平滑でない表面が充填され、研磨され、塗装の準備のために下塗りされるプロセスである。造船産業に於いて適用されている如きフェアリングは、ほとんど、ヨットの外部に対してなされており、専門的にフェアリングされた船殻若しくは甲板上構造物に於ける塗装の大幅に向上された美的な品質は、塗装仕上げに対して均一な鏡のような品質を与える。このようなプロセスの純粋に美的な特性と共にそれに係る費用及び時間の関係で、商業的若しくは軍事的船舶は殆どフェアリングされない。
【０００３】
フェアリングは、船体外部表面を欠陥部分について解析し、船殻若しくは甲板上構造物から欠陥部分を除去するためのある技術を用いることによりなされる。伝統的には、手にて操作される空気式工具と、手にて操作される電気式工具と、単純な手工具若しくはそれらの任意の組み合わせを用いる熟練工のクルーがこのプロセスを実行している。第一の過程は、真直ぐに縁取りされた細長い板若しくはバッテンを用いて船体表面に於ける欠陥部分のマッピング若しくは印を付けることにより、船殻若しくは甲板上構造物の表面に於ける欠陥部分を解析することである。次の過程は、下塗り（通常、噴霧により適用される）を適用することを含む。マッピングと下塗りの過程の後には、約１／８インチ（０．３２ｃｍ）の深さを越える欠陥部分は、手ごて及び長い金属製延展器具を用いて適用されることにより塗ることのできるフェアリング用コンパウンドで手動的に充填される。塗られたフィラー又は充填材が硬化すると、サンドペーパーが取付けられた手持ちブロック及び「長板」を用いて、及び手動的に作動されるパワーサンダーを用いて手動的に研磨される。フェアリングされる表面が比較的スムースであり成形されると、噴霧可能なフェアリング用コンパウンドの最終的な追加的な適用が手動的に作動される噴霧装置を用いて適用されてよい。フェアリング用コンパウンドの全てが適用され手動的に研磨されると、フェアリングされた船殻若しくは甲板上構造物の下塗り及び塗装が行われ、フェアリング及び塗装プロセスが完了する。
【０００４】
現在の方法を用いて、５０００平方フィート（４６４．５ｍ²）のフェアリング可能な領域の表面は、フェアリングされていない表面から高品質、即ち「ヨット品質」の塗装仕上げまでフェアリングするのに４平方フィート（０．３７ｍ²）当り約２．２人−時間若しくは全部で１１０００人−時間かかる。関連する産業、例えば自動車製造業は、製造の或る局面を自動化することにより、手で実行される多大な労力に対応する非効率性を解決することを試みている。例えばベシエロ（Veciello）への米国特許第４，５３２，１４８号は、ロボットアームへ取付けられた回転ベル型噴霧装置を有するロボットにより主として実行される自動車のための自動化された塗装システムを記載している。この発明は、大量生産の自動車を塗装するために適当であるが、塗装だけ行うものである。
【０００５】
キバ等（Kiba）への米国特許第４，４９８，４１４号は、自動車用塗装ロボットを記載している。このロボットは、塗装するためのアクセスをし易くするように、車のドアを開けることのできる追加的な構造を有する組立てラインに於いて、自動車を塗装するよう構成されている。
【０００６】
上記の特許は、自動化された塗装ロボット及びロボットによる塗装のためのシステムに関するものであるが、アンドエン（Andoe）への米国特許第５，５７１，３１２号は、ロボットにより船へ適用され得る被覆材料を記載している。
【０００７】
上記の文献（それらの各々は、参照することにより本明細書に組み込まれる）は、何れも、船のフェアリングをするための方法を記載していない。更に、造船産業は、船殻及び甲板上構造物をフェアリングするのに費やされる時間及び費用を節約する自動化された方法を開発していない。
【０００８】
結果として、時間及び費用を節約し正確なフェアリングを確実にするための船の自動化されたフェアリングの方法がこの分野に求められている。
【０００９】
更に、相互交換可能な作動ヘッドを有する多機能ロボットを採用して自動化されたフェアリングの方法がこの分野に於いて求められている。
【００１０】
【発明の概要】
本発明は、材料コスト及び労力を節約しコンピュータ制御された正確なフェアリングを提供するために、船の船殻及び甲板上構造物を解析し、フェアリングし、塗装するための自動化技術を提供することにより、この分野に於ける必要を満足する。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様は、船の船殻若しくは甲板上構造物をフェアリングするためのコンピュータで実行される方法であって、移動可能な手段上に配置され種々の制御軸線周りに移動可能な種々のアタッチメントが設けられたアームを有する多数のロボットを含むロボットシステムを用い、船殻及び甲板上構造物へロボットがアクセスできるよう船体を配置する過程と、欠陥部分について船殻及び甲板上構造物を解析する過程と、欠陥部分へフェアリング用コンパウンドを適用する過程と、船殻若しくは甲板上構造物に整合するようフェアリング用コンパウンドを研磨する過程と、研磨過程により生成されたコンパウンドの埃を除去する過程と、船殻若しくは甲板上構造物を下塗りし塗装する過程とを含む方法である。
【００１２】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、ロボットが、移動のための滑動トラック若しくは構台上に配置される。
【００１３】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、ロボットは、種々のアタッチメントを取付けて用いるよう適合可能なアームが設けられている。
【００１４】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、解析過程が、更に、ロボットへ取付けられたレーザーを用いて表面マッピングシステムを用いることを含む。
【００１５】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、解析過程が、更に、ロボットに取付けられたレーダーを用いて表面マッピングシステムを用いることを含む。
【００１６】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、フェアリング用コンパウンドの適用過程が、更に、ロボットのアームの端部へ取付けられた噴霧装置を用いることを含む。
【００１７】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、フェアリング過程が、更に、ロボットのアームの端部へ取付けられた互いに関連したミリング装置及びバキューム装置を用いることを含む。
【００１８】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、塗装過程が、更に、ロボットアームの端部へ取付けられた第二の噴霧装置を用いることを含む。
【００１９】
もう一つの好ましい実施態様に於いては、過程が、更に、ロボットに使用されるための相互交換可能なアタッチメントを用いることを含む。
【００２０】
従って、本発明の一つの目的は、ロボットを使って、表面マッピング用レーザー若しくはレーダーを用いることにより船舶の船殻若しくは甲板上構造物に於ける欠陥部分を解析することである。
【００２１】
本発明のもう一つの目的は、ロボットを使って、フェアリング用コンパウンドを適用するための噴霧装置を用いることによって船の船殻若しくは甲板上構造物に於ける検出された欠陥部分を修正するのに必要な任意の噴霧可能なフェアリング用コンパウンドを適用することである。
【００２２】
本発明のもう一つの目的は、ロボットを使って、ミリング若しくは研磨ヘッドを用いて平滑な表面を得るために船体へ適用されたフェアリング用コンパウンドを研磨することである。
【００２３】
本発明の更にもう一つの目的は、作業領域から研磨プロセスにより生成されたフェアリング用コンパウンドの埃をバキュームチューブ若しくはその他の類似の清掃手段により除去することである。
【００２４】
本発明の更にもう一つの目的は、ロボットを使って、塗装を適用するための噴霧装置を用いることにより、船の表面へ、最終塗装被覆を適用することである。
【００２５】
更にもう一つの目的は、船の船殻及び甲板上構造物の表面へロボットが完全にアクセスできるようにする目的でロボットのための移動可能な手段を提供することである。
【００２６】
本発明のもう一つの目的は、欠陥部分について船殻を解析することと、フェアリング用コンパウンドを適用することと、船殻を研磨することと、塗装することとの仕事を達成するための相互交換可能なヘッドを有するロボットを提供することである。
【００２７】
本発明の上記の目的及び利点は、本発明の幾つかの好ましい実施態様の例により示されている添付の図面に関連して以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２８】
【好ましい実施態様の説明】
図面、特に図１を参照して、自動化されたフェアリングシステム１０が示されており、システムは、ロボット１４の動きのためのコントローラ１２を含む。コントローラは、予めプログラムされた作動シーケンスに従ってロボット１４の作動を開始するための種々の電気的入力信号を受信することができる。ロボット１４は、船体１８の長手方向軸線に沿って移動するよう平行トラック１６上に配置されている。船体１８は、トラック１６の間のロボット１４の作動領域内に配置され、ロボットは、船体１８の長さ方向に沿って完全にアクセス可能となっている。
【００２９】
図２は、システム１０のもう一つの実施態様の斜視図を示し、そこに於いてトラック１６上のロボット１４が構台２０及び構台に装着されたロボット２２と関連して船体１８上にて機能することが判る。構台２０と構台に装着されたロボット２２は、また、コントローラ１２によって制御される。このもう一つの実施態様によれば、構台２０は船体１８の長手方向軸線に沿った上下の直線運動２４を行うことができ、構台２０上のロボット２２は、側部から側部へ動くことができ、作業表面に対して上昇若しくは下降する入子式手段３５を有することとなろう。図１の説明に於いて述べた如く、本発明は、構台２０なしに、ロボット１４を含む装置を作動させることができる。更に、構台２０が用いられる際、例えば、図２に示されている如き「脚部」又は上から構台に懸垂する「脚部」など、種々の別の構造が本発明の範囲内で作動する。
【００３０】
図３に於いて示されている如く、ロボット１４及び２２は、液圧式に作動されるユニットであり、ベース３０と主アーム３２と第二アーム３４とサポートヘッド３８に於いて終了するリスト３６を含み、ヘッド３８は、相互交換可能な工具５０、６０、７０及び８０の何れか一つを固定する。コントローラ１２及びベース３０、主アーム３２、第二アーム３４、リスト３６、サポートヘッド３８及び相互交換可能な工具５０、６０、７０及び８０は、所望の態様にて相互交換可能な工具５０、６０、７０及び８０の目的とする動きを達成するべく作動的に接続される。
【００３１】
図４Ａ−４Ｄは、自動化されたフェアリングシステム１０に用いられる如き種々の相互交換可能な工具５０、６０、７０及び８０を例示している。図４Ａに於ける任意的なアナライザー工具５０は、表面マッピングレーザー若しくはレーダー５３を用いることにより船体の表面１９の解析をするために用いられる。この工具は、リスト３６に固定される接続手段５１を用いて固定される。解析プロセスは、第二アーム３４の端部ではなくロボット１４及び２２のベース３０へ取付けられた解析手段により達成され得る。
【００３２】
図４Ｂに於けるフェアリング用コンパウンド適用工具６０は、ホース６５及び６７を介して、各々圧縮空気６４及びフェアリング用コンパウンド６６が供給されるスプレーノズル６２を採用する。この工具は、リスト３６に接続される接続手段６１を用いて固定される。
【００３３】
図４Ｃは、フェアリング用コンパウンド６６で処理された領域を研磨するために用いることのできる相互交換可能な研磨工具７０を示している。この工具は、フェアリング用コンパウンド６６を平滑化することから生ずる毒性のある埃の除去のためにバキュームホース７４と関連して研磨するための手段７２を用いる。フード７６が研磨手段７２とバキュームホース７４を囲繞する。バキュームホースは、工具７０を通って研磨手段７２に近接してフード７６内に突出する。研磨手段７２は、図４Ｃに於いて明瞭にする目的で示されていないが、前記の記載より理解されるべきである。フード７６は、埃が飛散することを防ぐために用いられ、又、バキューム７４の吸引能力を増大するために用いられる。研磨工具７０は、接続手段７１によりリスト３６へ相互交換可能に固定される。また、解析されフェアリング用コンパウンド６６にて処理された表面を清掃するために用いられる種々の別の手段があり、例えば、水噴射手段は、かかる工具のうちの一つに於いて用いられるが、この手段は、水を取り扱うための十分な接続を必要とし、水の噴射若しくは粉体の洗い流しの後に用いられる乾燥手段を潜在的に必要とする。水噴射手段が清掃のために用いられる際、圧力は、船体の寸法に応じて調節される（ヨットについては弱く、大きな船舶についてはそれ以上）。更に、特に大きな船舶について、本発明の方法は、船体を位置決めする過程と、水噴射により清掃する過程と、修理又は塗装の前に欠陥部分若しくは輪郭を解析する過程のみ含むようになっていて良い。
【００３４】
相互交換可能な塗装工具８０が図４Ｄの斜視図に示されている。塗料８６が、圧縮空気８４と塗料８６について各々のホース８５及び８７により供給されるスプレーノズル８２を介して適用される。塗装工具８０は、接続手段８１によりリスト３６へ相互交換可能に固定される。
【００３５】
本発明の好ましい実施態様は、例のために開示されており、特許請求の範囲及び概念から逸脱することなく当業者がその他の変更及び修正をすることは可能であるということは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動化されたフェアリングシステムの作動領域内に配置された船体と該システムの概ねのレイアウトを示す平面図。
【図２】好ましい実施態様による構台に装着されたロボットを含む自動化されたフェアリングシステムの斜視図。
【図３】本発明による自動化されたフェアリングシステム及び方法に於いて用いられる如きトラックに装着されたフェアリング用ロボット及び構台に装着されたロボットを例示する側面図。
【図４Ａ】本発明によるロボットに用いられるアナライザー工具の斜視図。
【図４Ｂ】本発明によるロボットに用いられるフェアリングコンパウンド適用工具の斜視図。
【図４Ｃ】本発明によるロボットに用いられる研磨工具の斜視図。
【図４Ｄ】本発明によるロボットに用いられる塗装工具の斜視図。
【符号の説明】
１０…フェアリングシステム
１２…コントローラ
１４…ロボット
１６…平行トラック
１８…船体
１９…船体の表面
２０…構台
２２…ロボット
３０…ベース
３２…主アーム
３４…第二アーム
３６…リスト
３８…サポートヘッド
５０…アナライザー工具
５３…表面マッピングレーザー若しくはレーダー
６０…フェアリング用コンパウンド適用工具
６２…スプレーノズル
６５、６７…ホース
７０…研磨工具
７２…研磨手段
７４…バキュームホース
７６…フード
８０…塗装工具
８２…スプレーノズル
８５、８７…ホース

Claims (9)

1. 船の船殻又は甲板上構造物をフェアリングし塗装するためのコンピュータで実行される方法であって、移動可能な手段上に配置され種々の制御軸線周りに移動可能な種々のアタッチメントが設けられたアームを有する多数のロボットを含むロボットシステムを用い、
   Ａ．前記船殻及び甲板上構造物へ前記ロボットがアクセスできるよう前記船の船体を配置する過程と、
   Ｂ．前記船殻及び甲板上構造物の欠陥部分を解析する過程であって、表面マッピングシステムの前記ロボットのアームに取り付けられたアナライザー工具に備えられているレーザーを用いて解析を行うステップを含む解析過程と、
   Ｃ．当該解析の結果に基づいて、前記欠陥部分へ前記ロボットのアームに取り付けられたフェアリング用コンパウンド適用工具からフェアリング用コンパウンドを塗布する過程と、
   Ｄ．前記船殻若しくは甲板上構造物に整合するよう前記フェアリング用コンパウンドを研磨する過程と、
   Ｅ．前記研磨過程により生成されたコンパウンドの埃を除去する過程と、
   Ｆ．前記船殻若しくは甲板上構造物を塗装する過程と
   を含む方法。
2. 船の船殻又は甲板上構造物をフェアリングし塗装するためのコンピュータで実行される方法であって、移動可能な手段上に配置され種々の制御軸線周りに移動可能な種々のアタッチメントが設けられたアームを有する多数のロボットを含むロボットシステムを用い、
   Ａ．前記船殻及び甲板上構造物へ前記ロボットがアクセスできるよう前記船の船体を配置する過程と、
   Ｂ．前記船殻及び甲板上構造物の欠陥部分を解析する過程であって、表面マッピングシステムの前記ロボットのアームに取り付けられたアナライザー工具に備えられている固定されたレーダーを用いることを含む過程と、
   Ｃ．当該解析の結果に基づいて、前記欠陥部分へ前記ロボットのアームに取り付けられたフェアリング用コンパウンド適用工具からフェアリング用コンパウンドを適用する過程と、
   Ｄ．前記船殻若しくは甲板上構造物に整合するよう前記フェアリング用コンパウンドを研磨する過程と、
   Ｅ．前記研磨過程により生成されたコンパウンドの埃を除去する過程と、
   Ｆ．前記船殻若しくは甲板上構造物を塗装する過程と、
   を含む方法。
3. 船の少なくとも船殻を仕上げるためのコンピュータで制御された方法であり、複数のロボットの運動のためのコンピュータを用い、前記複数のロボットが構台、トラック若しくは構台とトラックの組合せの如き移動可能な手段上に配置され、前記複数のロボットの各々がベースと主アームと第二アームと支持ヘッドにて終了するリストと、前記リスト若しくは前記ベースへ取付け可能な種々の工具とを有している方法であって、
   （ａ）前記複数のロボットが前記船により郭定される表面へ作動的にアクセス可能となるよう前記複数のロボットに対して前記船を配置する過程と、
   （ｂ）前記船の表面を解析し輪郭及び欠陥部分を検出するための前記複数のロボットの各々に、アナライザー工具を取付け使用する過程であって、前記ロボットのアナライザー工具に備えられたレーザーを用いることにより表面マップを生成することを含む過程と、
   （ｃ）前記船の表面を塗装する準備のために、前記複数のロボットの各々に、表面感知工具を取付け使用する過程と、
   （ｄ）前記表面を塗装するために前記複数のロボットの各々に塗装工具を取付け使用する過程と、
   を含む方法。
4. 船の少なくとも船殻を仕上げるためのコンピュータで制御された方法であり、複数のロボットの運動のためのコンピュータを用い、前記複数のロボットが構台、トラック若しくは構台とトラックの組合せの如き移動可能な手段上に配置され、前記複数のロボットの各々がベースと主アームと第二アームと支持ヘッドにて終了するリストと、前記リスト若しくは前記ベースへ取付け可能な種々の工具とを有している方法であって、
   （ａ）前記複数のロボットが前記船により郭定される表面へ作動的にアクセス可能となるよう前記複数のロボットに対して前記船を配置する過程と、
   （ｂ）前記船の表面を解析し輪郭及び欠陥部分を検出するための前記複数のロボットの各々に、アナライザー工具を取付け使用する過程であって、前記ロボットのアナライザー工具に備えられたレーダーを用いることにより表面マップを生成することを含む過程と、
   （ｃ）前記船の表面を塗装する準備のために、前記複数のロボットの各々に、表面感知工具を取付け使用する過程と、
   （ｄ）前記表面を塗装するために前記複数のロボットの各々に塗装工具を取付け使用する過程と、
   を含む方法。
5. 複数のロボット（１４、２２）を含んだロボットシステムを利用して船体（１８）の船殻及び甲板上構造物の解析と、フェアリングと、塗装とを行うためのコンピュータで制御された装置であって、
   船体（１８）の長手方向軸線に沿って前記複数のロボット（１４、２２）に完全なアクセスを提供するように配置される、船体の両側に配置されたトラック（１６）を含む、前記複数のロボット（１４、２２）を据え付ける移動可能な手段（１６、２０）と、
   プログラムされた作動シーケンスに従って前記ロボット（１４、２２）を操作するための種々の入力信号を受信するように設定されており、前記ロボット（１４、２２）の移動を指示するコントローラ（１２）と、
   を含んで構成されており、前記各ロボット（１４、２２）はサポートヘッド（３８）まで延びるアーム（３２）を有しており、前記サポートヘッド（３８）は、アナライザー工具（５０）と、フェアリング用コンパウンド適用工具（６０）と、塗装工具（８０）とを含む交換可能な工具の接続が可能となるように設計されており、
   前記アナライザー工具（５０）は船舶の表面（１９）を分析するように設計されたレーザーまたはレーダー（５３）を備えており、前記コントローラ（１２）に提供された表面マッピングシステムに従って欠陥部分を検出することを特徴とする装置。
6. 移動可能な手段が、船体（１８）の甲板上構造物の上方にロボット（２２）を配置するための構台（２０）を、更に含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 交換可能な工具が、研磨手段（７２）と、フェアリング用コンパウンドを平滑化する際に発生する埃を除去するためのバキュームホース（７４）とを備えた研磨工具（７０）を、更に含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
8. 交換可能な工具が、アーム（３２）の先端に固定されるミリング装置とバキューム装置を、更に含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
9. 交換可能な工具は、船体の表面（１９）の洗浄のための水噴射工具をさらに含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。

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