(57)【要約】本発明は、製造構成要素の形状と一致するディジタル化したマップまたはテンプレートを生成し、データベースに記憶するための方法および装置と組み合わせて、超高圧ウォータジェット技術を使用することにより、製造構成要素から塗料／表面被覆を剥離するコンピュータ化した装置および方法を提供する。記憶された形状は、必要に応じて検索され、所望の表面から塗布した仕上げまたは表面被覆を除去するために構築され、配置された精密超高圧ウォータジェット・ノズルを駆動するために使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造構成要素の内表面および／または外表面から塗料／表面被覆を除去するためにコンピュータ上で実行する方法であって、
製造構成要素の表面の記憶されたディジタル化形状を含む構造化データベースを有するコンピュータを設けることと、
超高圧ウォータジェットで１つまたは複数の層の塗料／表面被覆を選択的に除去する装置を設けることとを含み、前記装置は前記コンピュータによって制御され、さらに、
前記製造構成要素の表面の周囲に前記装置を配向するために前記記憶されたディジタル化形状の１つを選択することと、
塗料／表面被覆の１つまたは複数の層を除去するために、１平方インチ当たり２５，０００から６０，０００ポンドの間で前記超高圧を選択することとを含み、
それにより超高圧水による塗料／表面被覆の除去が行われる方法。
【請求項２】
製造構成要素の前記表面を走査することによって、前記製造構成要素の表面のディジタル化画像を獲得することと、
前記ディジタル化画像を前記コンピュータにダウンロードすることとをさらに含み、
前記コンピュータが、前記ダウンロードした画像を前記記憶された画像と比較して、前記記憶された画像から前記製造構成要素と一致する画像を選択し、さらに、
前記製造構成要素の周囲に前記装置を配向することを含む、請求項１に記載の製造構成要素の内表面および／または外表面から塗料／表面被覆を除去するためにコンピュータ上で実行する方法。
【請求項３】
前記装置の前記超高圧ウォータジェットを回転することをさらに含む、請求項１に記載の製造構成要素の内表面および／または外表面から塗料／表面被覆を除去するためにコンピュータ上で実行する方法。
【請求項４】
損傷した表面を有する製造構成要素を走査し、前記損傷した表面のディジタル化画像を前記コンピュータに生成することと、
前記製造構成要素の前記損傷した表面の周囲に前記装置を配向することと、
前記損傷表面の前記ディジタル化画像を前記コンピュータにダウンロードすることと、
前記製造構成要素の前記損傷表面の周囲に前記装置を配向することとをさらに含む、請求項１に記載の製造構成要素の内表面および／または外表面から塗料／表面被覆を除去するためにコンピュータ上で実行する方法。
【請求項５】
前記損傷表面の前記ダウンロードしたディジタル化画像を前記記憶された画像と比較することと、
前記ダウンロードしたディジタル化画像の前記損傷表面を選択することと、
前記損傷表面の周囲に前記装置を配向することとをさらに含む、請求項４に記載の製造構成要素の内表面および／または外表面から塗料／表面被覆を除去するためにコンピュータ上で実行する方法。
【請求項６】
製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置であって、
ロボットの関節式アームを備え、前記ロボット・アームが、複数の軸の周囲にてコンピュータ制御で操作されるように構築されて配置され、さらに、
前記ロボットの関節式アームと機械的に係合した少なくとも１つの超高圧ウォータジェットを有するノズルと、
製造構成要素の３次元ディジタル化画像を獲得するように構築され、配置された画像形成装置と、
前記３次元ディジタル化画像を記憶するコンピュータとを備え、前記コンピュータが、前記３次元画像によって決定された路に沿って前記ロボットの関節式アームを操作するように構築されて配置され、
前記ロボットの関節式アームが、前記製造構成要素の内表面および／または外表面から制御されたノズル距離で前記ノズルを正確に操作しながら、前記製造構成要素の前記内表面および／または外表面から塗料／表面被覆の１つまたは複数の層を選択的に除去するために、超高圧液体を配向する装置。
【請求項７】
前記液体圧力が、１平方インチ当たり２５，０００から６０，０００ポンドまで変化することができる、請求項６に記載の製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置。
【請求項８】
前記液体を閉ループ内で濾過して、リサイクルし、前記超高圧ウォータジェットに戻す手段をさらに備える、請求項７に記載の製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置。
【請求項９】
前記液体を閉ループ内で除さいして、リサイクルし、前記超高圧ウォータジェットに戻す手段をさらに備える、請求項８に記載の製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置。
【請求項１０】
前記ロボットの関節式アームが５つの関節軸をさらに備える、請求項６に記載の製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置。
【請求項１１】
複数の前記ロボットの関節式アームが、前記製造構成要素の内表面および／または外表面から制御されたノズル距離で前記ノズルを正確に操作しながら、前記製造構成要素の前記内表面および／または外表面から塗料／表面被覆の１つまたは複数の層を選択的に除去するために、超高圧液体を配向するように使用される、請求項６に記載の製造構成要素で使用するコンピュータ制御ロボットの塗料／表面被覆除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立、仕上げ作業または再表面仕上げのために、コンピュータで制御し、ロボットで操作する超高圧ウォータジェットを介して製造構成要素から塗料／表面被覆を除去するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造に使用する多くの原料は、製造プロセスを補助するために表面被覆を必要とする。消費者に届く完成した製品は往々にして塗料、ワニス、セラック、または他の多数の保護被覆で被覆した表面を有する。時にはこのような製品の寿命中に、少なくともその構成要素のいくつかは、異なる表面被覆を塗布するために表面被覆を除去する必要がある可能性が非常に高い。
製造所から、金属は輸送および保存中に材料を保護するために腐食または酸化防止剤を被覆することが多い。多くの製造プロセスは、異なる被覆を塗布するために、原料上の保護被覆を除去する必要がある。金型の潤滑剤、切削用流体、ワックス、レイアウト染料および他の被覆は、製造プロセスの種々の段階で材料に塗布されることが多い。これらの表面被覆は、組み立てるか、最終製品への塗料などの表面被覆を塗布する前に、製造構成要素から除去しなければならない。製造後、多くの製品または構成要素は、老化、酸化、個人の好み、通常の摩耗、または本来または既存の表面被覆の欠陥により、再表面仕上げが必要である。一般的に、このような製品／構成要素を適当に再表面仕上げするために、本来または既存の被覆を下地から剥離することが必要である。
しかし、製造で現在使用されている無数の下地材料から、使用可能な多種多様な表面被覆を剥離することは、製造業者にも消費者にも重大な難問を与えている。現在、下地を損傷せずに表面被覆を十分に除去するために、有害化学物質の組み合わせ、吹き付け加工、および手作業での傷取りまたはサンダ仕上げが使用されてきた。
溶剤は、表面被覆を剥離するために使用する技術の１つのタイプである。溶剤系の化学物質での剥離は、通常、金属で製造構成要素からアルキド樹脂下塗り剤、アルキド樹脂仕上げ塗り、アクリルニトロセルロース仕上げ塗り、グリース、油、機械加工用流体およびワックスなどの被覆の除去を実行している。
しかし、化学剥離剤の使用に関連する環境および作業者の健康の問題は、流行の規模がある。化学剥離剤は、通常、塩化メチレン、塩化溶剤、腐食薬、過酸化物または同様の化学物質を主要成分として含み、これらの材料の使用は現在ＯＳＨＡ／ＥＰＡによって毒物またはオゾン破壊材料として制限または禁止されている。
その結果、主要な自動車製造業者は全て、販売代理店に対して、化学剥離剤の使用を禁止し、その自動車から塗料／表面被覆を剥離するために承認されている唯一の方法は、１枚刃の安全カミソリの刃を使用することであるのを概略説明している特許権の一部放棄通知を発行している。
化学剥離剤は、例えばゴム、プラスチック、炭素繊維およびガラス繊維並びに他の非金属有機基質複合材料から保護被覆を除去するのに不適当でもある。化学洗浄剤または剥離剤は、通常、このような複合材料から表面被覆を除去するには使用することができない。剥離剤が材料の有機成分を化学的に攻撃する危険性が高いからである。
化学的剥離を使用する代わりとなる方法の一つは、吹き付け加工技術を使用することである。吹き付け加工の剥離プロセスには、破砕したトウモロコシの穂軸、ガラス・ビーズ、プラスチック・ビーズ、クルミ殻、合成ダイアモンド粉末、ガーネット粒子、およびドライアイスの二酸化炭素ペレットなどの研磨媒質を使用することを含む技術が用いられている。
しかし、研磨材の腐食性の性質が、剥離する表面を汚染または損傷することがあるので、吹き付け加工プロセスを使用するのは望ましくないことが多い。研磨材は、適当な処分を必要とする余分な有害廃棄物も生成する。
化学的剥離に対する別の代替方法は、高圧ウォータジェットである。高圧ウォータジェットは、多様な表面被覆の洗浄、さらに除去に使用され、成功している。しかし、現在の技術は労働集約的であり、自動化の試みは、長い設定時間を必要とし、その成功は限られていた。
したがって、下にある下地を傷つけることなく、製造構成要素の内外表面から塗料／表面被覆を安全かつ効果的に除去するために、超高圧ウォータジェットをロボットで操作するのに３次元マッピングを使用する、費用効果が高くて汎用性のある装置があれば、当技術分野で長い間感じていた要求を満足することになる。
【０００３】
（従来技術）
米国特許第６，４１３，３２２号は、グリース、油および機械加工流体を除去するために、大気が入らない容器で、容器内の酸素をパージする不活性ガス、および可燃性化学脱脂流体を気化させる熱源を使用する機械を開示している。
米国特許第６，４０２，８５７号は、不燃性かつ耐食性で危険でない化学溶剤混合物と、その化学溶剤混合物を使用して蒸気脱脂剤で物品を洗浄する方法を開示している。化学混合物を使用して、油、グリース、ロジンおよび融剤を容易に除去することができる。
米国特許第５，９５４，８９０号は、ポリマー被覆を除去するために、特に航空機の非多孔質表面に適した複合材料および方法を開示している。この方法は、２つの原液、すなわち過酸化／酸性溶液とアルカリ溶液を混合することを含む。次に、混合物を即座に、被覆を剥離する表面に塗布する。塗布した混合物によって、被覆が軟化する。さらに、水、空気、コーンスターチ、またはプラスチック媒質での洗浄または吹き出しで、軟化した被覆を除去する。
米国特許第４，１８２，０００号は、特に自動車用エンジンの構成部品からガスケットの破片を除去するのに適している手持ち式スクレーパを教示する米国特許第４，４６６，８５１号のように、手持ち式スクレーパ・サンダを教示している。
米国特許第５，４６８，１７８号は、表面から塗料を迅速、効率的に除去するために手持ち式回転研削機に取り付けるような構成である塗料除去装置を開示している。この装置は、ディスクの周囲のリングに配置された研磨小板を有するディスクを含み、中心区域は研磨小板がないままである。ディスクを高速で回転すると、ディスクに囲まれた区域全体から塗料が除去される。
米国特許第４，４４３，２７１号は、高圧ウォータジェットを使用して床の鉄格子の洗浄に使用する装置および方法に関する。
米国特許第４，８５８，２６４号は、特に塗料または同様の被覆を航空機から除去するために、超音波で補助した保護被覆除去システムを指向している。
米国特許第５，９８６，２３４号は、表面被覆を除去するためにレーザに基づく被覆除去システムを教示している。
米国特許第６，０１３，３０８号は、車両本体から被覆欠陥を除去するための方法を開示している。表面欠陥は、オペレータがマークを付け、オペレータは次にマークした表面位置を目指し、さらに作業面を指定しなければならない。この特許は、表面被覆の除去を正確に制御するために車両本体または自動車の構成要素に関する３次元情報を含むコンピュータを使用することについては、開示も示唆もしていない。
本発明者に対する米国特許第６，２８７，３８９号は、ロボットで制御した動作システムを使用する超高圧ウォータジェットを専ら使用して、自動車の表面から塗料を除去することについて開示している。
先行技術の特許には、製造構成要素の内外表面から表面被覆および汚染物質を精密に除去するために、超高圧ウォータジェットをロボットで操作するために、３次元マッピングを使用することの問題に対応しているものはない。
【特許文献１】米国特許第６，４１３，３２２号
【特許文献２】米国特許第６，４０２，８５７号
【特許文献３】米国特許第５，９５４，８９０号
【特許文献４】米国特許第４，１８２，０００号
【特許文献５】米国特許第５，４６８，１７８号
【特許文献６】米国特許第４，４４３，２７１号
【特許文献７】米国特許第４，８５８，２６４号
【特許文献８】米国特許第５，９８６，２３４号
【特許文献９】米国特許第６，０１３，３０８号
【特許文献１０】米国特許第６，２８７，３８９号
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、製造構成要素の内外表面から表面被覆および汚染物質を洗浄または剥離するのに有用なコンピュータ化した方法を提供する。この装置は、製造構成要素または製品の形状と一致する３次元ディジタル化マップまたはテンプレートを生成し、データベース内に記憶するために、超高圧ウォータジェット技術を方法および装置と組み合わせて使用する。次に、記憶した形状を必要に応じて検索し、使用して、望ましくない被覆および汚染物質を構成要素の内外表面から精密に除去するように構築され、配置された超高圧ウォータジェット・ノズルを操作するロボットを駆動する。装置は、下地材料を損傷することなく、広範囲のアレイ状の製造構成要素から表面被覆および汚染物質を選択的に除去することができる。例えば、装置は、鉄および非鉄金属、ゴム、プラスチック、ガラス、ガラス繊維、炭素繊維、コンクリート、石、木材およびその組み合わせなどの下地材料から塗料／表面被覆を剥離することができるが、それに制限されない。
剥離ブースの外側でコンピュータ操作卓に位置する１人のオペレータは、１タイプの製造構成要素から塗料／表面被覆の層を容易に剥離し、次に異なる塗料／表面被覆および下地を有する別のタイプの製造構成要素へと、最短の設定時間で切り換えることができる。オペレータは、３次元画像を記憶し、呼び戻すことができるコンピュータから形状を選択、走査またはダウンロードするだけである。その後、下地の材料および剥離する表面被覆に基づいて２５，０００〜６０，０００ｐｓｉの圧力を選択する。次にコンピュータは、信号をロボットに送信して、指定されたプログラムを開始し、構成要素の輪郭を辿る。ロボットのアームは、製造構成要素の内外表面の輪郭に沿って、そこから所定の距離にて移動可能である。各ロボットに、プログラムで制御され、シャワーヘッドに類似した回転ノズルを担持する手首を有するアームを設ける。回転ノズルは、１つまたは複数の超高圧ウォータジェットを含み、最大５つの制御軸で動作可能である。回転ノズルは、超高圧の水を、塗料、ワニス、セラック、グリース、油、ワックス、切削用流体、汚れまたは他の有機／無機汚染物質などの表面被覆の１つまたは複数の層を、製造構成要素の所望の表面から選択的に除去するために、構成要素に向ける。圧力およびノズル高さを調節することにより、本発明は、製造構成要素から、または製造構成要素の選択した区域から、下にある下部構造を損傷することなく種々の層の塗料／表面被覆を選択的に剥離することができる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、超高圧水に補助された塗料／表面被覆除去方法および装置を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、下にある下部構造を損傷せずに１つまたは複数の層の塗料／表面被覆を選択的に除去するのに十分な程度の精度で動作する塗料／表面被覆除去装置を提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、塗料／表面被覆を除去するための装置および方法を提供することである。上記装置および方法は、１つまたは複数の層を精密かつ選択的に除去するために、構造化データベースで自動車構成要素の３次元形状を記憶するためのコンピュータと、コンピュータ駆動の被覆除去装置とを使用する。
本発明の別の目的は、最大５つの操作軸を有することができる汎用塗料／表面被覆除去装置を提供することである。
本発明の別の目的は、必要な設定時間を最短にするために、製造構成要素の形状を迅速かつ容易に呼び戻し、切り換えることができる汎用塗料／表面被覆除去装置を提供することである。
本発明の別の目的は、可燃性または他の危険な環境で使用するのに適している塗料／表面被覆除去装置を提供することである。
本発明の別の目的は、環境に対して、および人間オペレータに対して安全に使用される塗料／表面被覆除去装置を提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、塗料／表面被覆を除去するための装置および方法を提供することである。上記方法は、データベースに新規に製造構成要素の形状を漸進的に追加するステップを含み、アーカイブした製造構成要素形状のディジタル化したファイルをダウンロードするか、あるいは代替的に製造構成要素を撮影し、ダウンロードのために写真を走査して画像をディジタル化するステップと、超高圧液体での塗料／表面塗料の除去を指図するためにディジタル化した形状を使用するステップとを含む。
本発明の他の目的および利点は、例証および例示によって本発明のいくつかの実施形態が示されている添付の図面と組み合わせて、以下の説明を読めば明らかになるだろう。図面は本明細書の一部を構成し、本発明の例示としての実施形態を含み、その種々の目的および特徴を示す。
【０００６】
（図面の簡単な説明）
図１は、ロボットで制御された関節式アームの塗料／表面被覆除去システムを示す。
図２は、超高圧水ノズルの塗料／表面被覆除去システムを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を好ましい特定の実施形態に関して説明するが、本発明の精神から逸脱することなく、種々の変形、再構成および置換が可能であることは当業者には容易に理解することができるだろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってだけ定義される。
吹き付け加工から、および製造構成要素の材料から塗料／表面被覆を除去する化学剥離剤の不適切性により表面が損傷される傾向を緩和するために、本発明は、図１で示したような、ロボットで制御する関節式アームの塗料／表面被覆除去システム１００を使用する。
図１によると、１人のオペレータ１０２が剥離ブース１０４の外側でコンピュータ操作卓１０６に位置する。１つの実施形態では、製造構成要素１０８をブース内に配置するか、搬送する。オペレータ１０２は最初に、構成要素の表面の３次元ディジタル画像を獲得するように構築され、配置されたアレイ状の画像形成機器１１０で、製造構成要素を走査する。画像形成機器１１０は、製造構成要素の区域を非常に高い正確さでマッピングすることができる。プログラム制御はプログラム制御ユニット（図示せず）により達成され、これは剥離ブースの外側に配置され、５つの制御軸の周囲で超高圧水ノズル２００の規定された動作を達成するために、ベース１１２、１次アーム１１４、２次アーム１１６、および手首１１８に動作可能な状態で関連する駆動手段（図示せず）を選択的に起動する内蔵マイクロコンピュータを含む。これに関して、ベース１１２は、第１の軸１２０を中心に回転路１２２で制御された回転をするために支持され、１次アーム１１４は、第２の軸１２４および湾曲路１２６の動作を提供する旋回接続点の周囲で動作可能である。２次アーム１１６は、１次アーム１１４の上端で旋回自在に支持され、湾曲路１３０での動作を可能にする第３の軸１２８を提供する旋回接続部の周囲で動作可能である。手首１１８は、２次アーム１１６の自由端で支持されて、支持ヘッド１３２を担持し、これは湾曲路１３６での動作を可能にする第４の軸１３４の周囲で２次アーム１１６に対して動作可能であり、２次アーム１１６の長手方向軸線１３８の周囲で回転路１４０にて回転可能でもある。ロボット１５０の制御は、コンピュータ・ベースの制御装置１０６によって提供され、これは種々の電気入力信号を受信し、所望の動作シーケンスに従ってロボットの動作を開始するための出力信号を生成することができる。上記複数の軸線の周囲でプログラム制御の動作を提供するロボットは市販され、当業者にとって周知のものである。
【０００８】
図２によると、ロボット１５０（図１）と機械的に係合し、シャワーヘッド回転に類似する複数のウォータジェット２０２を有する回転ノズル２００は、製造構成要素の表面から制御された距離に維持される。ウォータジェットを通して配向され、構成要素の表面に当たる超高圧液体２０４の作用は、他では下にある下地２１０を傷つけることなく、塗料／表面被覆２０６の１つまたは複数の層を選択的に除去するように作用する。剥離した塗料／表面被覆および液体は、剥離ブース１０４内の鉄格子付き床２１２に落下し、塗料の破片を捕捉するフィルタ２１４の列へ、および必要に応じて油を除去して清浄な液体を閉ループ内でリサイクルし、高圧ポンプ２１６へと戻すスキマ（図示せず）へと配向される。
液体の圧力は、液体の体積および使用する圧力および剥離される製造構成要素からのノズル距離に応じて、２５，０００から６０，０００ｐｓｉまで変化してよい。圧力が増加すると、ノズル距離をさらに大きくすることができる。好ましい実施形態は、３０，０００〜６０，０００ｐｓｉで１分当たり１〜３ガロンの最少液体流量を有する。
本発明を実行する際に、製造構成要素１０８は剥離ブース１０４に配置される。オペレータは、関連する適当な製造構成要素を選択する。次に制御装置が、製造構成要素１０８の所望の部分から表面被覆を剥離するために、少なくとも１つのロボット１５０に特定のプログラムを開始するように命令する。ロボット１５０、あるいは複数のロボットが、次に各ロボットの５つの制御軸の周囲で水ノズル２００の動作を提供する。
本発明の特定の形態を例示してきたが、本明細書で述べ、図示した部品の特定の形態または配置構成に制限されないことを理解されたい。本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であり、本発明は、本明細書および図面で図示し、述べてきたものに制限するものであると見なすべきでないことは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロボットで制御された関節式アームの塗料／表面被覆除去システムを示す。
【図２】超高圧水ノズルの塗料／表面被覆除去システムを示す。
【符号の説明】
【００１０】
１０２  オペレータ  １０４  剥離ブース
１０６  コンピュータ操作卓  １０８  製造構成要素
１１０  画像形成機器  １１２  ベース
１１４  １次アーム  １１６  ２次アーム
１１８  手首        １２０  第１の軸
１２２  回転路      １２４  第２の軸
１２６  湾曲路      １２８  第３の軸
１３２  支持ヘッド  １３４  第４の軸
１３６  湾曲路      １３８  長手方向軸線
１４０  回転路      １５０  ロボット
２００  回転ノズル  ２０２  ウォータジェット
２０４超高圧液体  ２０６  塗料／表面被覆
２１０  下地    ２１２  鉄格子付き床
２１４  フィルタ  ２１６  高圧ポンプ
【図１】
2006516470.tif 000003
【図２】
2006516470.tif 000004