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KR101521168B1 - 표면 스패터링 장치 - Google Patents

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KR101521168B1
KR101521168B1 KR1020137010095A KR20137010095A KR101521168B1 KR 101521168 B1 KR101521168 B1 KR 101521168B1 KR 1020137010095 A KR1020137010095 A KR 1020137010095A KR 20137010095 A KR20137010095 A KR 20137010095A KR 101521168 B1 KR101521168 B1 KR 101521168B1
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KR
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ejection
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클라우스 슈나이더
베네딕트 체바우저
크누트 지에르크스
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헥사곤 테크놀로지 센터 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스패터링 재료를 타겟 표면(3) 위로 분출하기 위한 적어도 하나의 노즐 수단(1) 및 노즐 수단의 분출 특징들을 제어하기 위한 노즐 제어 기구(4)를 포함하는, 핸드헬드형의, 동적으로 이동 가능한 표면 스패터링 장치(9)에 관한 것이다. 또한, 그것은 스패터링 재료 공급장치(5), 스토리지 상에 기억된 CAD-모델 또는 디지털 이미지로 미리 규정되고 포함된 원하는 스패터링데이터(6)를 갖는 스토리지, 타겟 표면에 대해 스패터링 장치를 참조하기 위한 공간 참조 유닛(7) 및 공간 참조 유닛에 의해 얻어진 정보에 따라 그리고 타겟 표면이 원하는 스패터링데이터에 따라 스패터링되는 방식으로 노즐 수단의 분출 특징들을 변경하여 평가되고 조정되는 원하는 스패터링데이터에 따라 노즐 제어 기구에 의해 분출을 자동으로 제어하기 위한 계산 수단(8)을 포함한다.

Description

표면 스패터링 장치{Surface spattering device}
본 발명은 일반적으로 청구항 제1항에 따른 소형의, 동적으로 이동 가능한 표면 스패터링 장치, 청구항 제14항에 따른 표면들을 스패터링하는 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
타겟 표면 위로 스패터링 재료의 층을 적용하기 위한 요구가 많은 상이한 기술 분야들에 걸쳐 확산되어 있다. 표면들에 스패터링 재료들을 적용하기 위한 다양한 이유들이 있고, 가장 일반적인 것은 환경 영향으로부터 표면을 보호하고 또는 미적 요구들 예컨대 매끄럽고, 균일하게 채색된 표면들을 충족시키기 위한 요구 또는 표면 위에 또는 표면의 특정 영역들 위에 특정의, 종종 색깔이 다채로운 그래픽 패턴들을 적용하기 위한 바람이다. 공정으로서의 스패터링은 페인팅, 코팅, 도금(plating), 잉킹(inking), 클래딩(cladding), 바니싱(varnishing), 스프레잉(spraying), 살수(sprinkling), 텍스쳐링(texturing), 오버코팅, 컬러링, 틴팅(tinting) 또는 노즐 수단으로부터 타겟 표면에 적용될 분출 재료에 의한 스테이닝(staining)일 수 있고 또는 이들을 포함할 수 있다.
이와 같은 페인팅, 스패터링, 잉킹, 염색(dyeing) 또는 코팅이 요망되는 기술 분야들은 그 범위가 예를 들어 건설 공사(construction work), 광고, 오락(amusement), 기계 건물(machinery building), 도로 표시, 운동장 마킹들, 실내 및 실외 벽 클래딩들, 자동차 제조, 가구 제조 등에 걸쳐 있다. 또, 닳아 버리고, 손상되고, 파괴되고, 부분적으로 대체된, 이미 - 적어도 부분적으로 - 스패터링된 표면들이 종종 필요로 되고, 여기서 특별한 케어(care)가 고도의 컬러 매칭 및 또한 오래된 스패터링으로부터 새로운 스패터링으로의 매끈하고 광학적으로 균일한 전이들(transitions)을 달성하기 위해 취해져야 한다.
가장 일반적인 유형의 스패터링들은 에어브러쉬들 또는 페인팅 건들(painting guns)에 의한 페인트-스프레잉들 및 파우더 코팅들이지만, 예를 들어 보트 건조(boat construction), 스프레이된 광물면, 스프레이된 또는 발사된(gunned) 콘크리트, 스프레이된 석면들, 자동차들로부터 알려진 하체 코팅 또는 다른 스패터작업으로부터 알려진 스프레이 플라스터(sprayed plaster)와 같은 많은 다른 상이한 유형들의 스패터링들이 있다. 또, 샌드블라스팅(sandblasting)은 스패터링 재료에 의해 표면을 덮는 대신에, 표면이 스패터링에 사용되는 것과 거의 유사한 원리들로 부식성 재료(erosive material)의 분출된 젯(expelled jet)에 의해 부식된다.
예를 들어 자동차 산업에서, 페인트 시트 금속 또는 본체 부분들에 대한 페인팅 로봇들의 사용은 일반적인 기술 분야이다. 이와 같은 업무들을 충족시키기 위한 로봇들이 숙련된 장인(skilled craftsmen)에 의해 그 목적을 위해 프로그램되고 또는 교육(taught)된다.
문헌 FR 2 850 322는 수동으로 유지되고 이동될 수 있고 표면 위에서 위치 및 방향을 결정할 수 있는 큰 표면 위에 이미지를 인쇄하기 위한 장치를 개시한다. 상기 장치는 어느 컬러가 표면 위에 적용될 필요가 있는지를 결정하기 위해 그것의 현 위치의 이러한 지식을 이용한다. 이러한 결정은 장치의 메모리에 저장된 이미지 및 결정된 좌표들을 매칭시켜 달성된다. 저장된 이미지는 이후 페인팅된 표면에 부가될(superimposed) 수 있다.
US 6,299,934에서, GPS 제어 페인트 스프레이 시스템은 페인트 분무기 구동기 프로그램 및 GPS 페인트 분무기(sprayer)를 포함한다. GPS 페인트 분무기는 GPS 수신기, 사용자가 드로잉 패턴(drawing pattern)을 지리적 위치들로 변환할 수 있게 하는 지리적 컨버터(geographical converter), 드로잉 패턴의 지리적 위치들과 현재의 GPS-기반 위치 사이의 위치 매치를 검출하기 위한 위치 비교기, 및 매칭된 위치들에 페인트를 분무하기 위한 스프레이 노즐을 구비한다. 상기 지리적 드로잉 패턴(geographical drawing pattern)은 필드(field), 벽, 또는 주차장 위에 마킹될 수 있다.
US 2009/0022879는 위치-종속 방식(position-dependent manner)으로 제어되는 변위 가능한, 페인트 적용 장치에 의해 큰 표면들에 페인트들 또는 니스들을 적용하기 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 기준 마크들을 이용하는 실시간 위치 측정 시스템의 변위 가능한 부분을 포함한다.
KR 102006009588은 페인팅 재료를 정확히 물체에 주입하기 위해 리모트 컨트롤에 의해 관절식 로봇의 아암 위치들을 자동으로 작동시키기 위해 페인팅 관절식 로봇의 인젝션 위치를 제어하기 위한 방법을 제공한다.
JP 10-264060에서는, 작업자의 숙련도와 무관하게, 로봇 아암에 대한 운동들의 가르침을 수행하기 위해 - 불특정인에 의해, 쉽고 그리고 짧은 시간에 - 올바른 위치 및 자세에서 페인팅 기계를 유지하여 페인팅을 수행하기 위한 시스템이 제공된다. 페인팅 기계의 전진 경로는 이미지 프로세서에 의해 계산되고, 페인팅 기계의 위치 및 자세는 로봇 아암의 각 팁에 장착되는 이미지 센서 및 거리 센서들의 출력 신호들에 기초하여, 거리/자세 계산기에 의해 계산된다. 콘트롤러에서는, 로봇 아암의 각 축의 제어 파라미터가 구동 장치에 출력되고, 구동 장치에 의해 이동되는 로봇 아암의 각 축의 제어 파라미터가 이러한 시퀀스로 저장 장치에 저장되는 한편, 피드백 제어가 소정 값으로 페인팅 기계 및 페인팅 표면의 거리를 유지하고, 페인팅 기계를 페인팅 표면에 직면하게 하고, 전진 경로를 따라 페인팅 기계를 이동시키도록 수행된다.
JP 2006-320825는 페인팅을 위한 자동 코팅 차량(예컨대 비행기)를 기술하는데, 여기서, 페인트칠(paintwork)의 두께는 - 한편으로는 표면의 충분한 보호를 달성하기 위해 다른 한편으로는 적용된 페인트의 중량을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 - 상당히 정확해야 한다. 그것은 액츄에이터 헤드를 갖는 아암의 동작 및 운동을 제어하고, 메모리 수단에 저장된 코팅 영역 또는 범위 정보 및 상기 아암의 자세 및 위치 정보에 기초하여 코팅될 표면에 대해 페인팅 프로세스를 수행하기 위한 제어 수단을 포함한다. 차량 및 헤드의 위치는 GPS, 및 헤드와 물체 사이의 거리를 측정하기 위한 거리계(range finder)를 이용하여 결정된다.
문헌 DE 10 2008 015 258은 페인팅 로봇에 의해 안내되는, 스패터링 표면을 위한 애토마이저(atomizer)(네뷸라이저(nebulizer)로서도 알려짐)에 의해 페인팅 모터 차체들을 위한 페인팅 로봇에 관한 것이다. 다색 페인트를 적용하는 것은 페인트 체인저(paint changer)를 이용하여 실현된다.
FR 2 785 230은 그라운드 위에 재생되는 드로잉의 그래픽 재생을 위한 그라운드 로고 각인 기술(ground log imprinting technique)에 관한 것이다. 이 기술은 컴퓨터 구동 광학 시스템으로부터 그라운드 상의 컨투어들(contoures)을 추적한다. 추적된 컨투어는 이후 젯 페인트 미분쇄(jet paint pulverization)로 충전된다. 그라운드 로고 각인 기술은 미리 규정된 광고 로고 또는 드로잉의 그라운드 프린트를 생성한다. 컴퓨터 통합 광학 시스템에 의해 형성되는 스텐실(stencil)은 그라운드 위로 투사되고 젯 페인트 미분쇄는 그라운드 표면에 적용된다.
KR 100812725에서는, 페인팅 로봇의 위치 및 각도를 제어하기 위한 방법이 적절한 회전 각속도, 접근 속도, 및 분리 속도로 스프레이 건을 제어함으로써 동일한 분무 거리 및 직교 페인팅 영역 내에서 분무 타겟 지점의 전진 속도로 페인팅 작업들을 실행하기 위해 제공된다. 그 목적은 표면 위에 균일한 분무를 발생하는 것이다.
US 5,935, 657은 스프레이 노즐들의 2개의 별개의 뱅크들(banks)을 갖는 다수의 노즐 페인트 분무 시스템을 개시한다. 양 뱅크들은 에어리스 가압 소스(airless pressurized source)로부터 페인트에 의해 공급되고, 각각의 개별 뱅크는 상기 각각의 뱅크로의 가압 페인트의 흐름을 정지시키기 위해 차단 밸브(shut-off valve)를 가진다. 전체 조립체는 측방향 밖으로(laterally outward) 연장하는 한 쌍의 아암들을 갖는 롤러 스탠드 위에 장착된다. 사용 중, 페인트공은 간단히 페인트 스프레이를 작동시키고 벽을 따라 장치를 민다. 측면 아암들은 벽으로부터 고정된 거리에 스프레이 노즐들을 유지하고, 페인트의 코트는 균일하고 신속하게 벽에 적용될 수 있다.
이들 표면 스패터링 응용들에 이용된 기본 원리는 노즐 수단으로부터 타겟 표면으로 스패터링 재료 예컨대 페인트를 분출(expel) 또는 배출(eject)하는 것이다. 이와 같은 것을 달성하기 위해, 스패터링 재료가 노즐 밖으로 나가게 하는, 노즐 내에 또는 노즐 앞에서 커지는 압력이 있고, 또는 스패터링 재료는 노즐을 통해 또는 노즐 옆으로 배출되는 가스 또는 액체의 젯(jet)에 의해 운반된다. 그렇게 하기 위한 가장 일반적인 예들은 페인팅 건들 또는 에어브러쉬들로부터 알려진 것들 및 잉크-젯 인쇄로부터 알려진 것들이 있다.
새로운 잉크-젯 프린터와 같은 기술은 1 센터미터 이하에서 심지어 10cm 거리의 좁은 스팟 크기들을 갖는 페인트에 이용 가능하다. 이와 같은 발산 분출 기술들은 또한 마스킹 없는 스프레잉, 실시간 컬러 믹싱 또는 페인팅되는 영역에 걸친 컬러 변경 또는 하나의 컬러로부터 다른 컬러로의 컬러 페이딩(colour fading)을 허용한다.
문제는 특히 비로봇(non-robotic), 즉 완전히 수동으로 작동되는 경우들 또는 또는 페인팅 툴(painting tool)이 소형(hanheld)이고 단지 가이드 레일 또는 예를 들어 중량 보상 아암 등에 의해 부분적으로 지지되는 경우들에, 위에 기재한 스패터링 응용들을 위해 이와 같은 시스템들을 제어하는 것이다.
페인트 또는 파우더를 타겟 표면들로서의 물체들 예컨대 벽들, 산업 구조물들, 차체들, 대형 기계 부품들 등과 같은 제조 제품들에 수동으로 적용하는 것은, 손상된 부분들을 수리 또는 교환하거나 또는 특정 영역들만을 오버페인팅한 후, 단지 표면들의 부분들이 도색되어야 하는 경우들에서는 특히 곤란하다. 게다가, 표면에 적용되어야 하는, 미리 규정된 패턴 예컨대 로고 또는 픽쳐 또는 CAD 파일로서 이용 가능한 이미지를 페인팅하는 것은 상당히 힘들 것일 수 있고 사용시, 에어브러쉬는 스패터링, 페인팅 또는 파우더링 툴(powdering tool)의 안내 및 신뢰 가능한 위치 및 자세의 취급시 경험 및 지식, 및 노동 중 페인트 점성, 건조 조건들 및 여러 다른 파라미터들의 지식을 요구하는 숙련된 장인을 필요로 한다.
건물 내부 또는 외부에서 발생할 수 있는, 핸드헬드 또는 단지 부분적으로 안내되는 스패터링 장치들을 사용할 때, 극복되어야 하는 주된 문제는 페인팅될 표면 위에서 장치를 수동으로 구동하는 동력(dynamics) 또는 사용자 거동이다. 이들 동력은 페인팅될 타겟 표면에 대해 어떤 방향에서도 페인팅 또는 파우더링 툴의 거리, 각도 및 속도의 빠른 변경들을 포함할 수 있다.
이미 페인팅된 표면들에 페인트를 수리하거나 또는 추가하는 경우에, 그것은 또한 노동에 앞서 이미 존재하는 컬러 유형 및 종류 및 두께를 발견하고 또 특히 작업장에서, 매칭 컬러를 구매하거나 또는 자가-혼합(self-mix)하는 것을 관리하는데 상당히 시간 소모적일 수 있다.
비평탄(non-flat) 표면들은 또 다른 도전(3D)이자, 스패터링될 필요가 있는 타겟 표면의 갑작스런 장애물들(sudden interruptions)에 해당하며, 예로써 페인팅될 표면 위에 장착되는 파이프들 또는 케이블들을 포함하는 벽들을 들 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 사용자에 의한 불안정(unsteady)하거나 또는 최적인 아닌 취급에 기인하는 스패터링 시의 부정적인 영향들을 감소시키는 개선된 핸드헬드형 표면 스패터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용자에 의한 최적인 아닌 취급의 영향들을 적극적으로 보상하는 개선된 핸드헬드형 표면 스패터링 장치를 제공하는 것이다.
다른 목적은 일반적인 스패터링 작업들을 수행할 때 사용자를 도와주는 표면 스패터링 장치를 제공하고 원하는 스패터링 결과들 및 특징들을 달성하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 핸드헬드 스패터링 장치에 의해 타겟 표면 위에 미리 규정된 스패터링 패턴을 정확하게 적용함에 있어서 사용자를 돕는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 타겟 표면의 특징들, 예컨대 타겟-형상, 현재의 스패터링 컬러, 현재의 스패터링 두께, 현재의 스패터링 및 스패터링되지 않은 영역들, 온도 등에 따라 장치의 분출 특징들을 자동 조정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 원하는 컬러 또는 재료 특징들로의 스패터링 재료들의 사전 혼합의 필요성을 회피하고, 또 그것과 관련된 교환 및 세척 공정 노력을 생략 또는 감소시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특별한 목적은 장치의 현재의 스패터링 태스크 및 공간 위치 및 운동에 따라, 장치의 분출 특징들을 자동으로 조정하는 것이다.
이들 목적들은 독립 청구항들의 특징들을 실현하여 달성된다. 대안 또는 유리한 방식으로 본 발명을 더 발전시킨 특징들은 종속 특허 청구항들에 기재된다.
본 발명에 따르면, 위에서 언급한 문제점들은, 타겟 표면 위로 스패터링 재료를 분출하기 위한 적어도 하나의 노즐 수단을 포함하는, 핸드헬드형의, 동적으로 이동 가능한 표면 스패터링 장치를 제공하여 극복될 수 있다. 분출은 스패터링 재료의 중단되지 않은(uninterrupted) 스트림을 초래하는 연속적일 수 있고, 또는 재료의 방울들(drops) 또는 작은 분리된 부분들을 배출에 의해 펄싱될(pulsed) 수 있고, 그것에 의해 높은 펄스-반복 주파수(high pulses-repetition frequency)의 경우에, 펄스형-배출(pulsed-ejection)은 스패터링 재료의 의사-연속 스트림(quasi-continuous stream)으로서 중단될 수도 있다.
스패터링 장치는 또한 노즐 수단의 분출 특징들, 분출-방향, 속도, -발산, -확산, -형상 및/또는 -재료 비율, 펄스 타이밍, 펄스 지속시간 및 펄스 반복을 제어하기 위한 노즐 제어 기구를 포함한다. 배출될 스패터링 재료를 제공하기 위해, 스패터링 장치는 내부 또는 외부 재료 탱크에 연결될 수 있는 스패터링 재료 공급장치를 포함한다. 스패터링 장치는, 고정 설치된 메모리 수단, 메모리 카드, USB-스틱 등 및 유선 또는 무선 네트워크 스토리지를 수용하는 슬롯으로서 구현될 수 있는, 원하는 스패터링데이터를 갖는 스토리지를 더 포함한다. 원하는 스패터링데이터는 미리 규정되고 스토리지 상에 기억된 디지털 이미지 또는 CAD-모델에 포함된다.
공간 참조 유닛은, 타겟 표면에 대해 스패터링 장치를 참조하기 위해, 특히 위치, 각도 및/또는 관성 결정 수단 예컨대 관성 측정 유닛(IMU), 전자 거리 미터(EDM), 측지 기구, 입체 카메라, 3D-스캐너, 및/또는 스패터링 장치의 외부에 배치된 공간 참조 유닛을 위한 참조 마크들에 의해 적어도 5개의 자유도로 구성된다.
계산 수단은 공간 참조 유닛에 의해 얻어진 정보에 따라 그리고 원하는 스패터링데이터에 따라 노즐 제어 기구에 의해 분출을 자동으로 제어한다.
계산 수단은, 타겟 표면 상의 실제 또는 예측된 스패터링된 영역 - 스패터링 스팟은 스패터링 장치의 실제 또는 예측 공간 참조에 종속하는 -, 노즐 수단의 분출 특징들의 실제 또는 타겟 표면에 대한 노즐 수단의 예측 세트, 실제, 측정, 계산 또는 예측된 거리 및 경사로서의 실제 또는 예상 스패터링 스팟이 타겟 표면이 원하는 스패터링데이터에 따라 스패터링되는 방식으로 노즐 수단의 분출 특징들을 변경함으로써 평가되고 조정되는 방식으로 구성된다.
노출 수단의 분출 특징들은, 원하는 스패터링데이터에 따라 타겟 표면의 스패터링을 달성하는 방식으로, 스패터링 장치의 공간 참조, 노즐 수단의 분출 방향 및 노즐 수단으로부터 타겟 표면까지의 측정된 거리에 종속하는, 타겟 표면 위의 결정된 현재 스패터링 가능한 영역에 따라 제어된다.
계산 수단은 손으로 안내되는 장치(hand guided device)에 의해 원하는 스패터링데이터에 따라 타겟 표면에의 스패터링 재료의 마스킹되지 않은 적용을 위해 노즐 수단을 제어하는 방식으로 구성된다.
스패터링 재료를 노즐 수단 밖으로 보내기 위해 사용되는 압력에 의한 스패터링 재료의 분출 외에, 특히 매우 높은 빈도로, 스패터링 재료의 방울들을 "스로잉(throwing)"하는 다른 시스템들이 있다..
다른 분출 시스템들은 부압을 형성하고 스패터링 재료를 이동시키는 공기 또는 가스의 바이패싱 젯(bypassing jet)에 의해 노즐 수단 밖으로 스패터링 재료를 "흡입(sucking)"하고 있다.
특히, 현재 스패터링 가능한 영역은 분출 특징들의 예들로서 스트림의 현재 분출 방향 및 현재 발산 방향에서 노즐 수단으로부터 타겟 표면을 향해 방울, 방울들의 스트림 또는 재료의 연속 스트림 형태의 분출된 스패터링 재료에 의해 타격될 수 있는 타겟 표면의 부분으로서 규정될 수 있다.
분출된 스패터링 재료 젯의 발산이 0(zero)과 같지 않은 경우에, 타겟 표면 상의 현재 스패터링 가능한 영역의 크기는 이러한 발산, 및 고려된 노즐 수단과 타겟 표면 사이의 거리에 종속한다. 타겟 표면 상의 현재 스패터링 가능한 영역의 형상은 타겟 표면에 대해 분출 방향의 경사에 또한 종속할 수 있다.
가장 단순한 실시예들 중 하나에 있어서, 이것은 스패터링 재료에 의해 타겟 표면의 균일 코팅을 달성하기 위해 타겟 표면에 대한 거리 및/또는 경사에 따라 노즐(들)의 분출 특징들을 자동으로 조정하는 핸드헬드 페인팅 건일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 스패터링 프로세스는 예를 들어 또한 예를 들어 타겟 표면 상의 원하는 영역의 전 범위(full coverage)를 모니터링함으로써 진행 및 원하는 결과를 확인하기 위해 카메라에 의해 관측될 수 있고, 필요하다면, 분출 특징은 원하는 스패터링 결과들을 달성하는 방식으로 조정될 수 있다.
더 진보된 작업은 벽, 그라운드, 천장, 시트 금속 또는 다른 타겟 물체 위에 페인팅 장치를 수동으로 작동시킴으로써 타겟 표면 위의 페인트 패턴, 예컨대 회사의 로고, 광고 그래픽들 또는 다른 문자 또는 그래픽 아이템들의 스프레잉(spraying)이다. 본 발명에 따르면, 이것은 원격지들에서도 용이한 취급 및 이동을 허용하는, 특히 안내되지 않은(unguided), 핸드헬드 장치에 의해 실외뿐만 아니라 실내에서 행해질 수 있다. 재충전 가능한 배터리들 및/또는 공기 탱크들의 경우에, 그것은 또한 액세스하기 어려운 경우에도 또는 심지어 전원이 이용 가능하지 않은 멀리 떨어져 있는 영역들에서도 이와 같은 장치를 사용하는 것이 가능하다.
기본 버전에서, 장치는 공간 참조 예컨대 현재의 좌표들, 자세, 및/또는 타겟 물체까지의 거리를 결정하고, 이러한 공간 참조에 기초하여 스패터링 재료, 특히 페인트를 분출 또는 분무할지의 여부를 결정한다. 페인트를 분무할지 안할지의 여부를 결정함에 있어서, 장치는 또한 현재 영역이 이미 도색되었거나 또는 도색되지 않은 채로 있어야 하는지의 여부와 같은 추가 정보를 포함할 수 있다.
이러한 추가 지식을 얻기 위해, 스패터링 장치는 이미 스패터링된 영역들의 위치들의 히스토리가 스패터링 동안 온라인으로 저장되는데이터 스토리지를 포함할 수 있다. 스토리지는 또한 공간적으로 종속하는 타겟에 적용될 원하는 패턴으로서 저장될 수 있는 원하는 스패터링데이터를 포함할 수 있다. 그래서 원하는 스패터링데이터는, 단일 채색 차체들의 고전 페인트 건 분무에서와 같은, 단일 스패터링 재료에 의한 타겟 표면의 평면, 매끄러운, 균일한 커버링에 관한 정보를 의미하지 않고, 컬러화 모델 메이킹(colourizing model making), 광고판(billboard) 페인팅, 텍스트 또는 표면들에의 레터링(lettering) 응용들 등에서와 같이 패턴들을 적용하기 위한 에어브러쉬 페인팅 기술과 더 비교 가능한 스패터링을 의미한다.
노즐로서 본원에서 불리는 수단에 의해 행해지는, 스패터링 재료의 분출에 종속하는 스패터링 프로세스의 제어는 분출 방향, 발산, 압력, 속도, 재료 비율 등과 같은 어떤 특징들을 가지는데, 이들 중 몇몇은 노즐 제어 기구에 의해 고정될 수 있고 가변 제어될 수 있다. 단순한 경우에, 이것은 온/오프 제어이지만, 특히 에어브러쉬들, 페인팅 건들 또는 잉크-젯 프린팅의 기술 분야에서, 분출에 영향을 주는 알려진 많은 진보된 방법들이 있다.
스패터링 프로세스의 제어는 또한 현재 사용되는 스패터링 재료에 관한 정보에 종속할 수 있고, 여기서 정보는 컬러, 유형, 점성 등을 포함할 수 있다. 이러한 정보는 수동으로 입력될 수 있고 또는 자동으로 결정될 수 있다.
타겟에 적용될 원하는 패턴은 패턴의 디자인과 같은 디지털 CAD에 기초할 수 있다. 필요하다면, 예를 들어 만곡된 타겟 표면들 또는 주위의 모든 사물(surrounding) 또는 물체들의 경우에, 스패터링을 시작할 장소를 규정하는 것, 정지할 장소를 규정하는 것이 또한 2차원 또는 3차원 모델로 표현될 수 있는, 디지털 디자인 또는 모델에 포함될 수 있다.
공간 참조는, 예를 들어 또한 디스플레이 위에 또는 타겟 위에 투영되는 원래의 CAD데이터의 오버레이에 의해, 이미 적용된 또는 적용되지 않아야 할, 장치가 실시간 방식으로 이미 페인팅된 영역들을 저장할 수 있는 영역들에 대한 페인팅 컬러를 회피하는 것을 허용한다.
스패터링 장치는 도 3에 도시된 것과 같이, 예컨대 행들(rows) 또는 분무 바아들(spraying bars)로 정렬된 단일 또는 다수의 노즐 수단을 포함할 수 있다.
노즐 제어 메카니즘은 짧은 반응 시간에 각각의 단일 노즐을 조정하는 것을 허용한다. 여전히 남은 반응 시간의 영향을 감소시키기 위해, 노즐들을 위한 제어-알고리즘은 반응 시간의 예측을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 노즐 특징들은 또한 단일 액츄에이터에 의해 다수의 노즐들에 대해 조정될 수 있다.
핸드 안내의 높은 동력 및 불확실성들은 페인팅 압력, 실시간의 젯 폭 및 방향과 같은 분출 특징들의 보정에 의해 극복될 수 있고 또는 적어도 감소된다. 방향은 노즐 분출 방향의 각도 조정들에 의해, 특히 몇몇 기계적 마이크로 드라이브들에 의해 또는 노즐 형상의 조정 또는 측면들로부터의 공기의 주입에 의해 조정될 수 있다. 또, 재료의 배출된 스트림의 형상은 노즐 제어 기구에 의해, 예를 들어 스패터링 재료의 젯을 원하는 프로파일로 또는 방향으로 성형하기 위해 상이한 측면들로부터 공기를 주입하는 것과 같은 유체역학 수단에 의해 또는 세이핑(shaping) 및/또는 이동 노즐과 같은 기계적 수단에 의해 영향을 받을 수 있다.
공간 위치 참조, 즉 로컬 ID(거리), 2D 또는 3D 공간 참조 또는 경사의 결정이 없는 위성영상의 지리좌표화(geo-referencing)에 더하여, 또한 속도 및/또는 가속도들이 제어 프로세스에서 평가되고 포함될 수 있다. 타겟 거리 만의 공간 종속성의 단순 형태 이외에, 일반적인 핸드 헬드 장치들은 5개 또는 6개의 자유도(DOF)로 공간 참조를 이용하고, 여기서 하나의 방향 또는 배향에서의 고정된 안내가 또한 참조 자유도(referenced degree of freedom)로 고려될 수 있다.
원하는 스패터링 결과들을 달성하기 위해, 스패터링 재료의 유형, 종류, 컬러 및/또는 점성 및 환경에 대한 지식 및 환경, 스패터링 재료의 건조 또는 경화에 영향을 주는 파라미터들이 이하에 상세히 설명되는 노즐의 특징들의 자동 제어에 포함될 수 있다.
핸드헬드 공구의 수동 구동의 동력을 제어하는 것은, 특히 도색될 표면에 대한 페인팅/파우더링 공구의 거리, 각도 및 속도의 변경들은 노즐의 분무 파워, 압력, 젯 폭 및 방향을 적응시키는 것으로 이어진다(만약 이들 특징들이 이러한 특수 공구에서 가변적이면).
다수의 노즐의 경우에, 노즐들 각각의 타겟 표면에 대한 좌표, 방향 및/또는 거리는 각각의 노즐 특징을 개별적으로 조정하기 위해 결정될 수 있다. 이것은 또한 바 유형인 위치 및 배향을 위한 센서에 의해 행해질 수 있다.
단일 노즐에 있어서, 그것은 단지 하나의 좌표, 방향 및/또는 거리를 결정하는 것으로 충분할 수 있다.
확대된 잉크젯 프린터들과 같이 작용하는 다수의 노즐 또는 인젝션 시스템들은 흑색 및 백색과 같은 몇몇 특수 컬러들 또는 금, 은, 투명 코팅들 등과 같은 스팟 컬러에 의해 확장될 수 있는, RGB, CMYK, HSV 등과 같은 원색들의 세트를 적용함으로써 컬러들을 적용하는 것을 허용한다. 특정 작업을 위해 사용될 컬러들은 원하는 범위 및 원하는 출력 컬러들의 가변성(variability)에 따라 규정될 수 있다.
요즘에는, 10센티미터 이상의 타겟까지의 거리로부터 1센티미터이하의 타겟 상의 스팟 직경 또는 크기를 갖는 분출 방향에서 스패터링 재료의 스팟을 분무하는 것을 가능하게 하는, 시장에서 이용 가능한 스패터링 재료 배출 시스템들이 있다. 스팟들의 실제 크기들은 타겟 거리를 변화시키고, 스패터링 재료를 방출하는 노즐의 분출-특징들을 조정함으로써 조정될 수 있다. 이것은 예를 들어 분출 압력, 분출된 재료의 양, 분출 속도, 노즐의 기하학적 형상을 변경하고, 타겟 상의 스팟의 형상 및 발산에 영향을 주는, 공기-젯 등을 지원함으로써 행해질 수 있다.
그래서, 이하에 더 기술되는 것과 같이 계산되거나 또는 측정될 수 있는, 가변 거리들의 경우에서조차, 타겟 표면 상에서 원하는 스팟 크기를 달성하는 것이 가능하다. 이들 스팟들은 초당 수백의 스팟들의 높은 반복 속도들 또는 그 이상으로 배출될 수 있다.
이들 새로운 분출 시스템들은 또한 에어건들로부터 알려진 미스트-전개(mist-development) 및 얻어지는 건강 문제들 및 스패터링되지 않아야 하는 환경 오염에 관한 이점들을 가질 수 있다. 또, 커버리지에 의한 스패터링 재료의 원치않는 벗어남(escape)으로부터 환경을 보호할 필요성이 감소 또는 생략될 수 있다. 다른 관점은 감소된 비용들, 환경 오염 및 건강 문제들을 초래하는 스패터링 재료의 증가된 이용이다.
상이한 컬러들은 예컨대 종이-인쇄의 기술에서 알려진 것과 같이, 거리로부터 관측할 때 원하는 컬러 인상을 얻기 위해 타겟 표면 위에 컬러 스팟들을 오버레이하여 컬러-재료의 실제 혼합을 달성하거나 또는 서로의 옆에 상이한 크기들, 분포들 또는 밀도로 상이한 컬러들의 작은 스팟들을 정렬하여 원하는 컬러를 달성하기 위해, 예컨대 벽, 그라운드, 물체 등일 수 있는 타겟 표면 위로 스팟 클러스터 또는 서로 인접한 도트-매트릭스로 적용될 수 있다.
이와 같은 시스템들은 또한 마스킹 없는 스프레잉을 가능하게 한다. 미리 규정된(예컨대 CAD-드로잉에 의한) 특정 패턴들에 대해, 컬러들이 미리 혼합되고 이후 스패터링 재료를 저장하는 페인트 탱크 내에 적재될(loaded) 수 있다. 다수의 노즐들 또는 인젝션 시스템은 하나 이상의 노즐들을 가질 수 있고, 예를 들어 2중 컬러에 대해서는 2개, 다수의 컬러들에 대해서는 3개 이상을 가질 수 있다. 현재의 설계에 필요로 되는 각각의 컬러에 대해 노즐열(nozzle row)을 사용하는 것이 가능하지만 종종 필요하지 않을 수 있는데, 그 이유는 3가지 또는 4가지 컬러들(예컨대 CMYK - 시안, 마젠타, 옐로 플러스 블랙; 또는 RGB - 적, 녹, 청 플러스 블랙; 잉크젯 프린팅으로부터 알려진 것과 같은 백색 그라운드에 적용되면)의 혼합이 넓은 범위의 컬러들을 혼합하는데 충분하기 때문이다.
균질로 타겟 표면을 덮어야 하는 사전 혼합 컬러들을 사용할 때, 동일한 컬러를 모두 분출하는 노즐열들의 대응하는 수가 작은 스팟뿐만 아니라 하나의 행정(stroke)으로 타겟 위의 넓은 범위를 커버하기 위해 사용될 수 있다. 노즐들은 개별적으로 제어될 수 있기 때문에, 전체 분출 특징들은 예컨대 특정 노즐들을 비활성시키고 또는 이들의 배출 폭(width)/발산(divergence)을 조정함으로써 타겟 형상 및 원하는 분무 패턴에 따라 조정될 수 있다.
스패터링 재료의 원하는 점성을 달성하기 위한 용제의 추가 혼합이 또한 행해질 수 있다. 게다가, 순수 용제의 배출은 타겟 표면 또는 스패터링 장치 또는 이들 모두의 세정 목적들을 위해 이용될 수 있다. 이것은 예를 들어 스패터링 재료 및/또는 용제 사이에서의 선택을 허용하는 하나 이상의 밸브들에 의해 행해질 수 있다.
만약 자외선 조사 또는 열과 같은 특정 환경 영향들에 의해 경화 가능한 스패터링 재료가 이용되면, 스패터링 장치에는 이를 위한 소스, 예를 들어 UV-램프 또는 적외선 방출기(infrared radiator)가 장비될 수 있고, 이것은 또한 현재 스패터링되거나 또는 바로 최근에 스패터링된 스팟만을 - 적어도 대략 - 덮는 레이저 소스에 의해 구현될 수 있다.
다른 종류의 스패터링 재료는 경화시키기 위한 2개 이상의 성분들의 혼합을 필요로 할 수 있다. 이들 성분들의 혼합은 스패터링 장치의 내부, 특히 노즐의 내부에서, 또는 성분들 각각을 위한 노즐들 중 하나의 정면 외부에서 또는 타겟 표면 바로 위에서 일어날 수 있다. 예를 들어, GRP 또는 파이버글라스와 같은 파이버-보강-플라스틱들로 타겟을 스패터링하기 위해 파이버 재료 및 폴리에스터와 같은 2개-성분-에폭시 재료의 2개의 성분들을 평행하게 분무하는 것이 가능하다. 선택적으로, 이들 3성분들의 혼합은 또한 이미 혼합된 스패터링 재료를 분출하는 하나의 노즐 내에서 일어날 수 있다.
다른 스패터링 재료들은 예컨대 열가소성 수지 또는 왁스를 액화하기 위해 예열할 필요가 있을 수 있고, 그것에 의해 노즐 및 스패터링 재료 공급장치는 가열될 필요가 있고, 몇몇 경우들에는 또한 스패터링 타겟이 예컨대 적외선, 레이들(rays)에 의해 특히 배출되는 스패터링 재료와 유사한 방향으로 레이저-비임에 의해 가열될 필요가 있다.
페인팅 응용들에서 상당히 일반적인 다층 스패터링의 경우에 있어서, 장치 이동을 위한 동력뿐만 아니라 취급되어야 하는 표면에 대한 페인트 또는 파우더 응용 사이의 시간차가 있다. 이것은 스패터링 재료 건조 또는 경화를 위해 환경 조건 파라미터들, 예컨대 공기 및/또는 타겟 표면의 온도(예컨대 적외선 센서에 의해 측정된), 풍속 및/또는 습도의 결정과 함께 행해질 수 있다.
다른 센서들은 예컨대 스패터링 재료의 점성, 농도, 및/또는 유량을 측정하는 것에 포함될 수 있다. 그 목적을 위해, 대응하는 측정 센서들은 장치에 포함될 수 있고 또는 공구 제어로 측정된 파라미터들을 전달하는 스패터링 공구 및 타겟 표면의 환경에 배치될 수 있다.
위에서 언급한 것과 같이, 피드백 제어는 위치 및 경사의 보정 및 예측을 위해 사용될 수 있는, 현재 위치, 자세 및 사용자 동력과 같은 파라미터들 및 환경 파라미터 및 경로-계획(path-planning)에 기초한 상황에 기초할 수 있다. 경로-계획은 타겟에 대한 페인트 또는 파우더의 원하는 패턴에 대한 정보를 포함하는 원하는 스패터링데이터에 기초할 수 있다. 스패터링 시스템은 원하는 스패터링데이터에 기초하여, 표면 위에 패턴을 발생하기 위해 조작자를 안내하는데 이용될 수 있는, 본 스패터링 작업을 위한 최적화된 경로 및 절차를 결정할 수 있다. 이 계획은 또한 나중에 페인트의 다수의 층들을 적용하는 것을 도울 수 있다. 그렇게 함으로써, 표면 조건 또는 페인트 유형 예컨대 컬러, 점성, 종류, 건조/경화 시간 등에 관한 파라미터들 및 관점들이 또한 최적화 프로세스에 포함될 수 있다.
계획 툴(planning tool)은 절차를 준비하고 시뮬레이팅함에 있어 조작자를 지원할 수 있다. 계획은 원격 컴퓨터 상에서 실행될 수 있고 또는 만약 스패터링 장치가 사용자-대화를 위한 부합하는 입력 및 출력 수단을 포함하면 스패터링 장치 자체에 포함될 수 있다.
계획은 이미 이용 가능한 디지털데이터에 기초한 작업에 앞서 또는 타겟의 제 1 스캐닝에 의해, 그래픽 시뮬레이션 및 스패터링 태스크의 제 3 실행을 포함하는 제 2 계획에 의해 행해질 수 있다. 계획은 또한 특히 자동으로 반응하거나 또는 사용자에게 가능한 문제들을 알리기 위해, 예견하지 못한 장애물들 또는 타겟 표면의 불확실성들에 대한 반응하는 것을 허용하는 실제 스패터링 프로세스 동안 온라인으로 및 대화식으로 행해질 수 있다.
계획은 또한 예컨대 CCD 카메라, RIM 카메라, 레이저 스캐너 또는 스테레오 픽쳐 방법들(stereo picture methods)을 이용하여 결정될 수 있는 표면 상의 갑작스런 또는 예상하지 못한 장애물들에 관한 정보를 포함할 수 있다.
원하는 및/또는 최적화된 경로를 조작자에게 안내하기 위해, 장치에는 조작자에게 원하는 운동 방향을 표시하기 위한 몇개의 단순한 심볼 램프들이 장비될 수 있다. 원하는 운동은 또한 디스플레이 상의 심볼들에 의해 표시될 수 있다. 조작자를 안내하기 위해, 예를 들어 또한 원하는 경로로부터의 현재의 편차가 원하는 스패터링 영역의 범위 내에서 스패터링 장치를 유지하는 것을 용이하게 하기 위해 표시될 수 있고, 장치는 본 발명에 따라 편차들을 자동으로 보정 또는 보상할 수 있다.
실물과 픽쳐 또는 원하는 CAD-데이터를 오버레이하는 것이 또한 가능하다. 이것은 조작자에 대한 원하는데이터 및/또는 명령들과 카메라에 의해 캡쳐된 현실 세계의 이미지를 오버레이함으로써 디스플레이 상에서 행해질 수 있다.
또한, CAD데이터 또는 이미지의 부분들 또는 심볼들을 적어도 현재의 작업 영역 주위에서, 도색될 표면 위에 직접 투영하는 것이 가능하다.
또한, 비프들(beeps) 또는 음성 명령들과 같은 음향 신호들 및 촉각 수단(haptic means)에 의해 원하는 운동을 표시하는 것이 가능하다.
표면에 대한 스패터링 장치 또는 더 정확하게는 스패터링 장치의 노즐(들)의 거리, 위치, 자세 및/또는 방향을 결정하기 위한 센서들은 2 또는 3차원으로 실외를 위치결정하기 위한 GPS일 수 있고, 또는 2개의 안테나들을 사용할 때는 방향일 수 있고 또는 심지어 3+ 안테나들을 사용할 때는 자세(attitude)일 수 있다. 본 발명의 스패터링 작업을 위해, DGPS 또는 RTK-스테이션들과 같은 몇가지 알려진 GPS-정밀도 향상들의 이용은 스패터링 장치의 성능 및 정밀도를 더 증가시킬 수 있다.
글로벌 위치결정 시스템들(GPS) 외에, 또한 유사한 원리들에 기초하는 로컬 위치결정 시스템들(LPS)이 이용될 수 있지만, "위성들(satellites)"은 그라운드 또는 위치 결정하기 위해 전자기파들을 송신 및/또는 수신하는, 벽, 천장, 탑, 지붕, 트리포드(tripod) 등과 같은 다른 물체에 부착되는 국부적으로 고정된(기초-) 기지국들로 구현한다. 이와 같은 LPS 시스템들은 예를 들어 또한 건물의 내부에서 또는 충분한 궤도 위성들이 보이는 곳에 있지 않은 상황들에서 이용될 수 있다. 게다가, 위치 정밀도는 GPS에 비해 LPS에서 증가될 수 있다.
또, 레이저 추적기들(laser trackers), 예컨대 라이카 T-MAC이 사용될 수 있고, 그래서 스패터링 장치에는 그것의 위치 및 자세의 결정을 위한 타겟 수단이 장비될 것이다. 이와 같은 시스템은 실내에서뿐만 아니라 실외에서 이용될 수 있다.
타겟 표면 또는 다른 참조 물체들, 참조 점들 또는 참조 마크들에 대해 장치를 직접적으로 또는 간접적으로 기하학적으로 참조하기 위해 스태터링 장치에 포함될 수 있는 하나 이상의 레이저 스캐너들 또는 다른 3D-스캐너들이 이용될 수 있다. 레이저 스캐너(들)은 또한 스패터링 장치 및/또는 타겟 표면의 위치/배향을 측정하기 위해 스패터링 장치 외부의 참조 지점에 배치될 수 있다. 후자의 경우에, 측정 정보는 유선 또는 무선 수단에 의해 스패터링 장치에 전달될 수 있다. 이와 같은 접근방법을 이용할 때, 장치로부터 타겟 표면까지의 거리를 결정하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 예를 들어 특별히 이들의 형상에 따라 회피 또는 취급될 수 있는, 타겟 표면 상의 장애물들 또는 방해물들을 검출하는 것이 가능하다.
스패터링 장치는 또한 적어도 3D-공간에서 위치, 속도, 가속도 및 자세의 서브셋을 결정할 수 있는 관성 측정 유닛(IMU)을 포함할 수 있다.
또 다른 해결방법은 타겟 표면의 특성들을 결정하기 위해 하나 이상의 카메라들의 사용이다. 단일 카메라는 예컨대 타겟 상의 방해물들을 결정할 수 있고, 이미 페인팅된 영역들을 결정하고 또는 페인팅된 결과들을 확인할 수 있다. 또, 거리 및/또는 자세 측정들에 기초한 간단한 삼각측량이 특히 타겟 표면 위로의 몇몇 패턴의 프로젝션과 조합하여, 카메라 이미지에 기초하여 실행될 수 있고, 그것의 형상 및/또는 스케일은 거리 또는 자세에 따라 왜곡될 것이다. 다수의 카메라들의 사용에 의해, 또한 표면 또는 또 다른 참조 물체에 대해 위치 및/또는 자세를 결정하기 위한 입체 방법들(stereographic methods)을 사용하는 것이 가능하다.
거리 영상 측정(range imaging measurement; RIM) 센서들이 표면을 스패터링하기 전에 또는 스패터링하는 동안 타겟 표면의 3D 모델을 결정하기 위해 사용될 수 있고, 위치 및 자세를 포함하는 공간 참조 외에, 이러한 센서는 또한 장애물들의 검출을 허용하고, 스패터링 진행 이미징이 확립될 수 있다.
또한, 기계적 수단에 의해, 예를 들어 관절식 아암 등에 스패터링 장치를 부착하여 타겟 표면에 대해 스패터링 장치의 위치 및/또는 자세를 결정하는 것이 가능하다.
좌표들은 독립적으로 규정된 전세계(global), 지역(region) 또는 국부(local) 좌표계를 가리킬 수 있고, 또는 정확하게 알려진 기하학적 형상의 물체, 예컨대 차체와 같은 제조된 제품, 또는 벽들이 도색되어야 하는 새로운 건물을 위한, 타겟 표면과 관련된 것을 가리킬 수 있다.
또, 전자 거리 측정(EDM) 장치 또는 레이저 거리계는 본 발명에 따른 분출 특징들을 적응시키기 위해 타겟 표면까지의 거리를 결정할 수 있다. 다수의 EDM의 사용에 의해 또는 그것의 측정 비임을 편향시킴으로써, 거리를 결정하는 것이 가능할 뿐만 아니라 타겟 표면에 대한 경사를 결정하는 것도 가능하다.
위에서 언급한 레이저-장치들은 또한 라이트와는 다른 파장들을 갖는 신호들, 예컨대 레이더, 초음파, 적외선, 무선-신호들 등에 기초한 장치들에 의해 대체될 수 있다는 것이 숙련된 사람에게는 명백하다.
게다가, 위에서 언급한 공간 참조 방법들 및 장치들의 복수의 상이한 조합들, 예컨대 실외 응용들을 위한 GPS 플러스 IMU 플러스 나침반 플러스 경사계, 또는 글로벌 참조 등을 달성하기 위해 RTK-보정 GPS 위치와 조합하여 타겟까지의 거리를 결정하기 위한 초음파 기반 전자 거리 측정 유닛이 이용될 수 있다.
또 다른 예는 타겟 거리 결정을 위한 EDM과 타겟 표면에 대한 공간 참조를 위한 LPS의 조합일 수 있고, 이것은 또한 예를 들어 운동의 동력을 취급하는 IMU에 의해 확대될 수 있다.
공통 작업은 또한 페인팅된 표면들의 수리이다. 수리는 벽, 그라운드, 천장 또는 이전에 스패터링되었지만, 그것의 페인트가 바래고, 희미해지고, 또는 몇몇 사고 또는 수리 작업에 의해 파괴된 물체 위로 동일한 종류의 페인트를 분무하는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 페인트의 종류 또는 컬러는 작업 중인 타겟에 대해 실시간으로 결정될 수 있다. 이것은 적어도 컬러, 만약 가능하다면 또한 타겟 상의 페인트의 종류 또는 심지어 두께를 결정하는 센서들을 필요로 한다. 예를 들어, 이것은 컬러를 교정 CCD/CMOS 카메라에 의해 또는 시트 금속 페인트 두께 결정을 위한 페인트미터들(paintmeters)에 의해 행해질 수 있고, 이들은 이 기술분야에서 알려져 있다.
컬러를 결정하기 위해, 심지어 카메라 또는 자동 컬러 결정이 사용되지 않을 때조차, 조작자의 작업을 감시하는 것이 그에게 유리한, 넓은 스펙트럼 범위를 포함하는 광원에 의해 타겟을 조명하는 것이 유리할 수 있다. 손상된 또는 상이한 페인트의 경우에, 예컨대 스크래치들 또는 낙서를 수선하기 위해, 이들 장애들(disorders)이 검출될 수 있고 또한 이전 컬러가 결정(또는 조작자, CAD-시스템 또는데이터베이스에 의해 특정)될 수 있다.
결정된 컬러는 이후 스패터링 장치에 의해 혼합되고 로딩되고 또는 온라인으로 혼합된다. 정확한 컬러는 이후 오버페인팅되거나 또는 수리될 영역에 적용될 것이고, 이 영역은 예컨대 또한 광학 카메라와 같은 센서에 의해 결정될 수 있다. 수리될 필요가 있는 영역을 결정하기 위해, 또한 새로운 또는 추가의 스패터링 재료가 표면에 적용되어야 하는지의 여부를 결정하기 위해 현재의 스패터링 두께를 결정하는 것이 가능하다.
스패터링 장치에 샌드블라스팅을 위한 전용 노즐이 장비될 경우, 스크래치된 영역은 예컨대 준비되고, 세척되고, 하나의 단일 스패터링 장치에 의해, 스크래치된 영역으로의 새로운 스패터링을 적용하기 전에 "사포로 닦아내어(sandpapered)"진다.
단일 노즐 시스템들 예컨대 페인트 로봇들 또는 수동 스패터링 워크스테이션들에 대해 알려져 있는 것과 같이, 다수의 노즐 장치 또는 특히 잉크젯형 장치는 로봇 아암 또는 안내-레일 기반 선형(1D, 2D 또는 3D) 이동 로봇과 같은 몇몇 종류의 기계적 지지 유닛을 이용하여 타겟 영역 또는 표면 위에서 이동될 수 있다. 또한, 기계적 지지만을 위한 것이지만, 또한 관절로 연결되어 스패터링 장치의 위치의 결정을 허용할 수 있는 알려진 아암들 또는 스트링 가이드들(string guides)이 있다. 이와 같은 지지체들은 예컨대 또한 스패터링 장치의 중력의 보상을 포함하여, 조작자로부터 거의 영(zero)의 힘을 요구하는 수동 표면 스패터링을 허용할 수 있고, 그럼으로써 시간 소모적인 스패터링 작업들에 대해, 작업자를 피곤하게 하는 일이 감소될 수 있다.
이와 같은 기계적 지지체들을 사용할 경우, 만약 지지체가 스패터링 장치의 충분히 정확한 포지셔닝(positioning) 또는 위치 결정(position determination)을 허용한다면, 위치 및 자세는 스패터링 장치에 포함된 센서들에 의해 및/또는 지지 유닛에 의해, 또는 존재한다면, 동력 시스템에 의해서도 부분적으로 또는 완전히 결정될 수 있다.
자세(posture)가 모든 방향들에서 결정될 수 있다면, 기계적 지지체는 예컨대 타겟 영역 또는 표면 위에서 동일한 경사 각도로 또는 평행하게 장치를 작동시킬 필요가 없다.
표면에 대한 손상을 피하기 위해, 종래 기술의 롤러들이 타겟 표면을 향하는 근접 센서들에 의해 대체될 수 있다. 이들 근접 센서들의 출력은 이후 조작자의 손을 안내하기 위해 또는 노즐의 분출 특징들을 조정하기 위해 또는 이들 모두를 행하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치들 및 구성(setup)이 도면들에 개략적으로 나타낸 작업 예들을 참조하여, 단지 예로서, 이하에 더 상세히 기재되거나 설명된다.
도 1은 단일 스패터링 재료를 분출하기 위한 단일 노즐 수단을 포함하는 본 발명에 따른 스패터링 장치의 가능한 실시예의 예를 나타낸다.
도 2는 다수의 스패터링 재료들 또는 이들 스패터링 재료들의 혼합물을 배출하는 단일 노즐 수단을 포함하는 본 발명에 따른 스패터링 장치의 가능한 실시예의 예를 나타낸다.
도 3은 특정 스패터링 재료를 각각 배출하는 다수의 노즐 수단을 포함하는 본 발명에 따른 스패터링 장치의 다른 실시예의 추가의 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 노즐들의 열을 포함하는 일 실시예의 개요도(abstracted view)를 나타낸다.
도 5는 벽화 응용(wall-painting application)에서의 본 발명에 따른 핸드헬드 스패터링 장치의 가능한 이용예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 스패터링 장치 내의 추가의 센서들을 위한 예를 나타낸다.
도 7은 핸드헬드 3D 인쇄 응용에서의 본 발명에 따른 표면 스패터링 장치의 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 8은 종래 기술의 카테시안(Cartesian) 3D 인쇄 장치 및 그것의 응용을 나타낸다.
도 9는 3차원 물체를 스패터링하고 있는 본 발명에 따른 표면 스패터링 장치의 예시적인 실시예를 나타낸다.
도면들의 그림들은 실제 축적으로 그려진 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1은 다음과 같은 부품들을 포함하는 본 발명에 따른 핸드헬드형 표면 스패터링 장치(9)의 일 실시예의 개요도를 나타낸다:
타겟 표면(3) 위로 스패터링 재료(2)를 분출(expel), 배출(eject) 또는 분무(spray)하도록 설계되는 노즐 수단(1). 노즐 수단(1)은 노즐 수단(1)의 분출 특징들(또는 배출의 특징들)을 제어하기 위한 노즐 제어 기구(4)를 포함한다.
분출 특징들(expelling characteristics)은 예를 들어 방향, 젯-형상, 젯-발산, 압력, 속도, 재료 비율, 이머징 속도(emerging speed), 응집 상태(aggregate state) 및/또는 분출된 스패터링 재료의 조성 등과 같은 파라미터들에 의해 규정될 수 있는 스패터링 재료(2)의 분출된 젯의 형상 및/또는 방향에 영향을 미친다.
스패터링 재료(2)(참조 부호는 분출된 스패터링 재료의 젯을 표시함)는 상이한 속성, 예컨대 액체, 고체, 기체 또는 이들 상태의 혼합물일 수 있다. 스패터링 재료들의 일반적인 예들은 페인트, 마감 칠(finish), 라커(lacquer), 잉크 및 파우더이지만, 콘크리트, 왁스, 플라스틱들, 석면들, 모래 등이 본 발명에 따라 분출될 수 있다. 스패터링 재료(2)는 스패터링 장치(9)에 위치되는 스토리지(12), 예컨대 탱크 또는 컨테이너로서 또는 외부 스패터링 재료 스토리지(12)의 파이프라인으로서 구현될 수 있는, 스패터링 재료 공급장치(5)에 의해 노즐 수단(1)에 공급된다.
타겟 표면(3)은 또한 시트 금속들, 벽들, 바닥들, 그라운드들, 천장들, 도로들, 기계류, 자동차 또는 비행기 몸체들(airplane bodies), 보트 선체들(boat hulls), 의류들 등과 같은 상이한 물체들에 의해 구현될 수 있다. 타겟 표면(3)은 또한 언급한 물체들의 특정 영역들로 제한될 수 있다. 타겟 표면은 임의의 형상으로 될 수 있고 또한 에지들, 코너들, 오목부들(concavities), 장애물들(obstacles) 등으로 될 수 있다.
타겟 표면(3)을 향하는 스패터링 재료(2)의 분출된 젯은 타겟 표면(3) 위의 스패터링 재료(2)의 스팟(spot)들을 초래한다. 스팟은 노즐 수단(1)과 타겟 표면(3) 사이의 거리(11) 및 분출의 특징들 및 타겟 표면(3)에 대한 분출 방향의 경사에 종속하는 타겟 표면(3) 상의 스팟의 형상 및 스팟 사이즈(10)에 의해 특징지워질 수 있다.
상이한 분출 특징들을 초래하는 노즐 수단(1)의 배출의 분출 특징들을 제어하기 위한 노즐 제어 기구(4)는 예를 들어 모터들 및/또는 밸브들, 특히 마이크로-모터들 및/또는 마이크로-밸브들에 의해 조정될 수 있는 기계적 및/또는 공기역학적 수단(aerodynamical means)에 의해 분출의 단순 온/오프 스위칭으로부터 다수의 언급된 분출 특징의 제어로 변할 수 있다. 분출은 또한 압전 작용(piezoelectric effect), 열적 작용 또는 다른 작용들에 의해 개시될 수 있기 때문에, 이들은 또한 노즐 제어 수단, 및 예를 들어 스패터링 재료 공급장치(5)의 압력 또는 유량에 의해 영향받을 수 있다.
계산 수단(8)은 노즐 제어 기구(4)를 제어하거나 조절한다. 그것은 마이크로컨트롤러, 임베디드(embedded) 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 또는 실제 핸드 헬드 스패터링 장치가 단지 예를 들어 핸드헬드 장치, 예컨대 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 또는 워크스테이션 내의 것보다 더 많은 용량 및 성능을 가질 수 있는 다른 계산 수단에 대한 통신 링크를 확립할 수 있는 기본 계산 유닛을 포함하는 분산형 시스템(distributed system) 형태로 구현될 수 있다. 통신 링크는 유선 또는 무선 수단에 의해 확립될 수 있다.
계산 수단(8)은 고정 또는 착탈 가능하거나 또는 양자의 조합일 수 있는, RAM, ROM, 하드 디스크, 메모리-카드, USB-스틱 등으로서 구현될 수 있는 적어도 하나의 스토리지를 포함하거나 또는 접속된다.
스토리지는 CAD 드로잉(CAD 드로잉), 벡터 그래픽스(vector graphics), 비트맵 픽쳐(bitmap picture)(압축 또는 압축해제)일 수 있고 또는 심지어 3차원 정보를 포함할 수 있는 원하는 스패터링데이터(6)를 기억시키는 방식으로 구성된다. 스패터링될 필요가 있는 왜곡된, 만곡된 또는 불균일 타겟 표면(3)의 경우에, 스패터링데이터는 - 2차원 아트워크 정보 외에 - 또한 표면 위로의 아트워크(artwork)의 3차원 피팅(fitting)에 대한 추가의 정보를 포함할 수 있다.
3D로 원하는 스패터링데이터를 포함하는 다른 실시예는 특히 스패터링 재료(2)의 다수의 층들에 의해 3차원 스패터링을 구성할 수 있고, 여기서 이전의 스패터링은 현재의 스패터링에 대한 새로운 타겟 표면(3)으로서 보여질 수 있고, 특히 여기서 스패터링은 스패터링 재료(2)의 다수의 층들에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 핸드헬드 스패터링 장치(9)는 3개의 직교축들에 기초하는 스테레오 리소그라피 장치들(stereo lithography devices) 또는 알려진 3D-프린터들보다 이점을 가져올 수 있는 3차원 이상으로 이동될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 층들은 통상의 3D 프린팅에서와 같이 평행 및 등거리 슬라이스들(slices)로 제한되지 않고, 층들은 여러 방향들로부터 적용될 수 있다. 그 점에서, 각각의 스패터링 프로세스의 실제 타겟 표면은 이전의 것으로 경사질 수 있다. 이것은 예를 들어 표면 스패터링 장치에 의해 구성된 3D 물체의 기계적 강도를 개선할 수 있는데, 그 이유는 층들이 사용 중 물체에 적용될 기계적 스트레스의 방향에서 형성될 수 있고, 또는 환언하면 스패터링 재료 층들의 배향이 스패터링된 물체가 사용 중일 경우의 예상 부하 분포의 관점에서 최대 강도를 달성하는 방식으로 임의로 성형되거나 만곡될 수 있기 때문이다. 말하자면, 본 발명에 따른 스패터링된 층들은 최신 카테시안(Cartesian) 3D 인쇄의 경우가 아닌, 인장 라인(tension line)들을 추종할 수 있다.
예를 들어, 스패터링 장치(9)의 공간에서의 자유 운동은 상이한 각도들로부터 또는 심지어 하부로부터 또는 3축 3D 시스템에 의해 액세스 가능하지 않은 전체를 통해 스패터링 재료(2)를 적용하는 것을 허용할 수 있고, 여기서, 복합 구조들은 향후 최종 3D 제품을 낳기 위해 제거되어야 하는 웹들 또는 브리지들(bridges)을 지원할 필요성이 적게 구성될 수 있다. 원하는 스패터링데이터로서의 3차원 구조들의 적용은 특히 스패터링 재료(2)를 경화시키기 위한 언급한 방법들을 사용할 수 있다.
사용자는 물체의 거의 어떠한 측면 및 각도로부터 매우 복잡한 구조들의 핸드헬드 3D 스패터링을 허용하기 위해 위에서 논의된 것과 같은 장치를 이동시키는데 방향이 있게(directionally) 안내될 수 있다. 예를 들어, 직립 구조는 대략 상부로부터 스패터링에 의해 구성될 수 있고, 한편 사이드웨이 연장(sideways extension)은 대략 각각의 측면으로부터 스패터링에 의해 적용될 수 있다. 명백하게, 스패터링의 방향은 스패터링에 의해 적용될 구조 부분(structural part)의 방향에 반드시 수직일 필요는 없지만, 또한 특정 범위까지 경사질 수 있다. 제한 요소들(limiting factors)은 스패터링될 타겟 표면의 쉐도우잉(shadowing), 또는 스패터링 재료가 표면에 고착하지 않게 되는 그러한 플랫 스패터링 각도(flat spattering angle)이고, 양자는 명백하게 회피되어야 한다. 스패터링 장치의 핸드헬드 운동으로 인해, 위에서 언급한 조건들이 특히 조작자의 손이 실행해야 하는 바람직한 운동 스트로크들 - 적어도 대략적인 운동들 - 에 대해 조작자에게 힌트를 주는 자동화된 사용자 안내에 의해 용이하게 달성 가능한데, 그 이유는 노즐 제어가 분출의 가능한 미세 조정들을 처리할 수 있기 때문이다. 또, 조작자의 관점으로부터의 원하는 물체의 디스플레이 또는 증강 현실 디스플레이(augmented reality display)가 안내 보조기구(guidance aid)로서 이용될 수 있다.
이 실시예에서의 용어 타겟 표면은 추가의 구축(building up)이 필요로 되는 원하는 3D 물체의 이미 생성된 부분, 서브-파트(sub-part) 또는 단면의 표면일 수 있다. 이와 같은 표면의 배향(orientation)은 일반적인 고속 프로토타이핑 시스템들(common rapid prototyping systems)에서와 같이 평행한 평면 슬라이스들(parallel planar slices)로 한정되지 않고, 특정 방향으로부터, 특히 표면에 대략 직각인 방향에서 스패터링 장치를 지향(pointing)시킴으로서 스패터링 프로세스 동안 변할 수 있다. 본 발명에 따르면, 3차원의 원하는 스패터링데이터는 또한 상이한 스패터링 재료들 정보, 예를 들어 하나의 재료로만 구성되는 몸체(body) 및 제 2 재료로만 구성되는 표면-마감 칠을 포함할 수 있고, 양자는 동일 스패터링 장치에 의해 적용된다.
종래 기술에 있어서 핸드헬드 스패터링 장치들은 단지 타겟 표면의 평탄하고, 매끄럽고, 균일한 코팅을 가장 잘 제공할 수 있는 플랫 2D 코팅을 적용할 수 있었다. 본 스패터링 장치는 이것을 넘어, 플랫 이미지들과 같은 원하는 2차원 재료 분포들의 핸드헬드 적용뿐만 아니라, 릴리프들(reliefs) 또는 3차원 물체들 형태의 실제의 3차원의 원하는 스패터링 패턴들도 가능하게 한다.
여기서, 공간에서의 스패터링 장치의 위치 및 배향이 적용될 원하는 3D 스패터링데이터의 부분들을 계산하기 위한 기초로서 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 스패터링데이터의 이미 적용된 부분들 및 타겟 물체가 원하는데이터의 적용될 부분 및 적용이 실행될 수 있는 장치의 위치 및 배향의 바람직한 범위를 결정하기 위해 발견, 스캔 또는 측정될 수 있다. 그렇게 함으로써, 사용자는 이러한 공간 좌표들 및 3D 패턴의 특정 부분을 적용하기 위한 배향의 바람직한 범위에서 스패터링 장치를 쥐도록 안내될 수 있다. 본 발명의 이러한 관점에 따른 핸드헬드 접근방법에 의해, 본원에 주어진 경량의 핸드헬드 장치에 의해 달성 가능한 것과 같은 위치 및 배향 유연성의 범위를 가능하게 하기 위해 복잡한 로봇 팔 안내의 비용들을 피하면서, 알려진, 강성의, 포탈-기반 3D-프린터들에 의한 것보다 훨씬 더 많은 유연성이 있다. 핸드헬드 개념은 또한 종종 유리할 수 있지만 3D 인쇄 작업들을 위한 대형의, 유연하지 않은 강성의 종래의 기계류로는 가능하지 않은 3D 부분들의 수리 또는 관측 구성(sight construction)의 문제를 해결한다.
예를 들어, 선체들(ship-hulls), 차체들(vehicle bodies), 케이싱들(casings) 또는 이들의 부분들은, 포지티브 또는 네거티브 몰드를 가질 필요 없이, 스패터링 재료, 예컨대 파이버-복합물들, 열가소성 수지들, 열경화성 수지, 소결 분말(sintering powder), 또는 위에서 언급한 다른 스패터링 재료들로 또는 단지 손으로 몇몇 스토리지 수단으로부터 장치에 공급되는 원하는 물체의 디지털 3차원 스패터링 패턴으로 스패터링될 수 있다. 스패터링 재료의 기재된 경화 유닛은 스패터링 재료의 적용 후 스패터링 재료의 즉시 경화에 의해 이전의 것 위로의 재료의 다음 층의 신속 적용을 가능하게 할 수 있다.
또, 3D 구조들의 수리들은 이러한 방식으로 손으로, 특히 타겟 물체의 현재의 3D 형상을 스캐닝하고, 그것을 원하는 3D 형상과 매칭시키고, 스패터링 재료에 의해 보상되고 또는 평평하게 되어야 하는 구멍들, 범프들(bumps) 등과 같은 형상 결함들을 식별할 수 있는 스패터링 장치에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 2 또는 3차원 카메라 또는 스캐너가 타겟의 현재의 조건을 수집하기 위해 사용될 수 있다. 또, 타겟 표면 상에 스패터링될 영역들의 마킹이 프로젝션 유닛 예컨대 스캐닝 레이저 프로젝터 또는 LDC-, DLP- 또는 레이저-프로젝션 유닛과 같은 이미지 프로젝터에 의해 달성될 수 있고, 이들은 특히 LED들 또는 레이저 다이오드들과 같은 반도체 조명 수단을 포함할 때 오늘날 소형으로 이용 가능하다.
이러한 관점에 따른 장치는 또한 핸드헬드 3D 인쇄 유닛으로 불릴 수 있고, 이 유닛은 분출 재료를 위한 피제어 노즐 수단(controlled nozzle means), 공간 참조 유닛(spatial referencing unit), 및 공간 참조와 원하는 스패터링데이터에 따라 노즐 수단을 제어하기 위해, 원하는 3D 스패터링데이터를 위한 스토리지를 갖는 계산 유닛(computation unit)을 포함한다. 이 장치는 장치를 쥐고 있는 사람의 손의 가상 공간 안내를 위한 사용자 안내 수단(user guidance means)을 더 포함할 수 있다.
계산 수단(8)은 또한 디스플레이, 스크린, 프로젝터, 터치 스크린, 멀티-터치 스크린, 램프(lamp), 라이트(light), 버튼 손잡이(button knob), 다이얼, 조이스틱, 스피커, 마이크로폰 등과 같은 하나 이상의 사람 인터페이스(26), 및 추가의 기술 장비와의 통신을 위한 기계 인터페이스들을 포함할 수 있고 또는 접속될 수 있다.
스패터링 장치(9)를 위한 전력은 케이블에 의해 또는 에너지 스토리지들 예컨대 배터리들에 의해 공급될 수 있다. 이 장치에는 장치에 저장되거나 원격 수단에 의해 공급될 수 있는 압축 공기 및/또는 스패터링 재료가 더 공급될 수 있다.
계산 수단(8)은 공간 참조 유닛(7)으로부터 공간 정보를 액세스할 수 있다. 공간 참조(spatial referencing)는 상이한 수의 자유도(degrees of freedom; DOF), 예를 들어 5 또는 6 DOF를 갖는 3D 공간에서 일어날 수 있다. 상기 참조는 실외 응용들(global referencing)을 위한 전체 참조에 의해 국부 좌표계에서 또는 상위(superordinate) 또는 전체 좌표계에서 일어날 수 있다. 본 스패터링 태스크에 따라, 그것은 또한 특히 만약 스패터링 장치(9)가 페인팅될 타겟 표면(3)에 평행하거나 또는 표면(3) 상에서 안내되면 또는 타겟 거리(11)가 지지체에 의해 또는 추가의 거리 측정 유닛에 의해 결정되면, 2D 공간에서만 참조하기에 충분할 수 있다.
공간 참조 유닛(7)의 필요 해상도 및 달성 가능한 범위는 실제 스패터링 장치가 설계되는 응용에 종속한다. 이러한 원하는 범위는 수 미터의 확장을 갖는 실내, 국부(local), 소영역 위치결정으로부터 경기장들 또는 도로 표시들과 같은 대형 페인트 프로젝트들(bigger paint projects)을 위해 수십 또는 수백 미터의 확장을 갖는 실외, 지역(regional) 또는 전영역들로 변할 수 있다.
위치 및 또는 포즈(pose)를 결정하기 위한 공간 참조 유닛(7)은 실내 및/또는 실외 사용을 위해 단일 또는 다수의 센서들을 포함할 수 있다.
실외 응용들을 위한 하나의 가능한 선택사항은 IMU, 디지털 컴퍼스(digital compass) 및/또는 경사계에 의해 선택적으로 도움을 받을 수 있는 GPS 시스템이다.
다른 선택사항은 또한 디지털 컴퍼스 및 경사계에 의해 선택적으로 도움을 받을 수 있는 IMU뿐이다.
예컨대 라이카(Leica) T-MAC의 염가의 변형들과 같은 레이저 추적 장비 또는 타겟 물체를 추적하기 위한 다른 수단은 스패터링 장치에 부착될 수 있고 또는 스패터링 장치로부터 떨어져 위치될 수 있고, 참조를 위한 이용될 수도 있고 또는 다른 참조 수단과 조합하여 이용될 수 있다.
공간 참조는 또한 포즈 및 또는 위치 결정을 위한 하나 이상의 카메라(들)에 의해 달성되거나 지지될 수 있다. 이와 같은 시스템들은 또한 예컨대 단일 카메라 시스템 또는 입체 시스템들을 이용하는 비전 기반 추적 시스템들(vision based tracking systems)로 불린다.
게다가, 하나 이상의 레인지-이미징(range-imaging; RIM) 센서(들)는 스패터링 장치(9) 상의 상대 포즈 및 또는 위치를 또는 원격 위치로부터 결정할 수 있다. "원격(remote)"의 경우에, 원격 공간 참조 유닛(7)로부터 노즐 제어 기구(4)를 취급하는 계산 수단(8)으로의 충분한 실시간 통신이 보장되어, 핸드 안내(hand guidance)의 상당히 높은 동력(dynamics)을 취급하는 것을 허용한다. 선택적으로, 딜레이들(delays)은 또한 예측 또는 예견(lookahead)에 의해 -적어도 부분적으로 - 보상될 수 있고, 이 경우에 예컨대 IMU로부터 수집된 정보는 또한 도움이 될 수 있다.
스패터링 장치(9)에 포함되거나 떨어져 배치되고 장면(scene)에 면해 있는 레이저 스캐닝 유닛 및 스패터링 장치(9)는 위에 기재한 RIM과 유사하게 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 스패터링 장치(9)는 또한 타겟 표면까지의 거리를 결정하는데 사용될 수 있는 레이더, 초음파, 라이트, 레이저 또는 무선 전파들(radio waves)에 기초한 거리계(rangefinder)(들) 또는 거리 측정기(들)를 포함할 수 있고, 또는 사용시 다수의 거리계들은 또한 타겟 표면에 대한 상대 경사(relative tilt)를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 거리-대-표면 센서들은 적절히 배열된다면 2D 및/또는 3D 모두를 위해 사용될 수 있다.
시스템은 또한 2D 및/또는 3D를 위한 배향 센서들(포즈)에 의해 지원될 수 있다.
만약 스패터링 장치(9)가 하나 이상의 관절식 아암(들)에 부착되면, 아암(들) 공간 좌표들의 공간 측정치들이 또한 본 발명에 따른 스패터링 장치를 참조하기 위해 사용될 수 있다.
공간 참조 유닛(7)의 실시예는 표면 스패터링 장치(9)가 부착될 수 있는, 수동(passive) - 무동력을 의미하는 - 관절식 아암일 수 있다. 타겟 표면(3)에 대한 표면 스패터링 장치(9)의 위치결정을 달성하기 위해, 관절식 아암 및/또는 표면 스패터링 장치(9)에는 타겟 표면의 공간 구조를 측정하여 노즐 수단(1)과 타겟 표면(3) 사이의 상대 공간 정보의 산출(calculation)을 허용하기 위해 택타일 프로브(tactile probe) 또는 EDM과 같은 광학 거리 센서가 장비될 수 있고, 정보는 노즐 수단(1)의 분출의 특징들을 제어하는데 포함될 수 있다. 만약 표면의 디지털 3D 모델이 존재하면, 예를 들어 또한 실제 구체물(real world ebodiment)의 특징점들을 공간적으로 측정하고 이들을 대응하는 3D 모델에 매칭시키고 그렇게 함으로써 스패터링 장치(9)에 대해 하나 이상의 타겟 표면들(3)을 참조하여(referencing) 타겟 표면(3)을 규정하는 것이 가능하다.
도 1의 실시예는 스패터링 재료 스토리지(12)로부터 원하는 컬러, 점성 등의 사전 혼합 스패터링 재료(2)로서 공급되는 단일 스패터링 재료(2) 또는 단색 페인트를 분출하기 위한 스패터링 장치(9)를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 실시예의 다른 개요도를 나타낸다. 이 도면에서의 노즐 수단(1)은 스패터링 장치(9) 내부에 다수의 스패터링 재료들(2)의 혼합을 포함한다. 도시된 예에는, 대응하는 스토리지들(12r, 12g, 12b)로부터 공급되는 적, 녹 및 청색 페인트-재료들을 표현하는 3개의 스패터링 재료 공급장치들(5r, 5g, 5b)이 있다. 이후 상이한 스패터링 재료들은 예를 들어 노즐 수단에 의해 분출될, 원하는 컬러을 달성하기 위해, 노즐 제어 기구(4)에 의해 제어되는, 원하는 조성으로 노즐 수단(1) 내부에서 혼합될 수 있다.
공급된 컬러들 각각의 용량(dosage)은 예를 들어 밸브들, 가변 방출량을 갖는 펌프들 또는 다른 알려진 수단에 의해 달성될 수 있다. 필요하다면, 몇몇 추가의 교반이 균질 혼합물을 달성하기 위해 행해질 수 있다. 공급장치들(12r, 12g, 12b)로부터 상이한 스패터링 재료들을 혼합함으로써, 스패터링 장치(9)는 컬러들의 범위 및 컬러 천이들(colour transitions)을 자동으로 분출할 수 있다.
이러한 응용에서 용어 컬러를 말할 때, 또한 예컨대 경화제, 용제 또는 다른 첨가제들과의 혼합과 같은, 컬러의 변화를 반드시 초래하지 않는 다른 스패터링 재료들의 혼합물을 의미하는 것일 수 있다.
또한, 예를 들어 페인트의 점성을 조정하기 위해 혼합될 수 있는 용제를 포함할 수 있는 공급장치(5x)(점선으로 도시됨)를 갖는 추가의 스토리지(12x)가 있다. 다른 예에 있어서, 금속 효과들, 해머 마무리(hammered finish) 등을 달성하기 위해, 공급장치(5x)는 투명 바니쉬(clear varnish), 혼합에 의해 달성할 수 없는 특수 컬러(흑, 백, 금, 은 등과 같은) 또는 다른 첨가제들을 스패터링 재료에 공급할 수 있다. 다른 실시예들에 있서, 공급장치(5x)는 스패터링 재료(2)의 다른 특징들 및 경화에 영향을 줄 수 있는 물질들을 포함할 수 있다.
이 도면에서의 타겟 표면(3)은, 본 발명에 따라, 이하의 단계에 의해 도입되는 거리 및 경사의 변경과 무관하게 타겟 표면 상에 원하는 스팟 직경을 달성하기 위해 노즐 수단(1)의 분출 특징들을 조정할 수 있는 노즐 제어 기구(4)에 의해 자동으로 다루어질 수 있는 스텝 구성(step configuration)을 포함한다. 분출 특징들의 완전 자동 조정 외에, 조작자는 또한 후자를 달성하는 방식으로 장치를 취급하도록 안내되거나 도움을 받을 수 있다.
도 3에 도시된 스패터링 장치(9)의 실시예는 또한 스패터링 재료들(2r, 2g, 2b)의 상이한 혼합물로 타겟 표면(3)을 스패터링할 수 있다. 이전 도면과의 주된 차이는 이 실시예에서는 각각의 스패터링 재료 공급장치(5r, 5g, 5b)(5x)에 대해 별개의 노즐 수단(1)이 있다는 것이다. 스패터링 재료들(2r, 2b, 2g)의 실제 혼합은 재료(2b, 2g, 2r)의 젯트들 내부에서 타겟까지의 도중에 또는 타겟 표면 위의 각각의 노즐의 스팟들의 중첩에 의해 타겟 표면 자체에 대해 노즐 수단의 외부에서 일어난다.
원하는 컬러 효과는 또한 서로 가까운 상이한 스패터링 재료의 별개의 스팟들을 정렬함으로서, 스패터링 재료의 실제 혼합 없이 달성될 수 있고, 그래서 이들은 거리를 두고 보았을 때 원하는 컬러 효과를 가져온다. 이러한 컬러 발생 방법은 또한 잉크젯 인쇄의 기술에서 디더링(dithering)으로서 불린다. 상이한 스패터링 재료 공급장치들(5) 및 그러므로 노즐들(1)의 수는 특정 수로 제한되지 않지만, 넓은 컬러 범위를 달성하기 위해 컬러들 적, 녹, 청, 흑 및 백을 예를 들어 포함할 수 있는, 달성되어야 하는 스패터링 재료들(2)의 원하는 혼합에 종속한다. 또, 예컨대 RAL-컬러 카드들의 컬러 범위의 혼합으로부터 알려진 컬러들의 다른 기초 세트들 또는 이들의 서브셋들이 이용될 수 있다.
다수의 스패터링 재료들의 직접 혼합 외에, 예컨대 동일한 장치에 의해 후속 방식으로 자동으로 폴리에스터 및 파이버들의 다수의 층들에 교대로 적용하기 위해, 상이한 노즐들(1) 또는 하나의 단일 노즐(1)이 또한 이어서 상이한 스패터링 재료들(2)에 의해 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치로, 또한 타겟 표면(3) 상의 이미 적용된 스패터링 두께를 평가하는 것이 가능하다.
이 예에서, 타겟 표면(3)은 본 발명에 따라 공간 참조 유닛(7)에 의해 검출될 수 있는 스패터링 장치(9)에 대해 경사지고, 그 결과, 노즐 제어 수단(4)은 경사 및/또는 거리와 관계 없이, 타겟(3)의 원하는 스패터링을 달성하고, 및/또는 원하는 결과가 실제로 달성 가능할 때, 단지 스패터링 재료(2)를 분출하기 위해 노즐 수단(1)의 분출 특징들을 자동으로 조정할 수 있다. 그러므로, 장치(9)는 또한 타겟 표면(3) 상의 이미 스패터링된 및/또는 스틸-스패터링(still-spattering)하기 위한 영역들의 정보를 저장할 수 있다.
공간 참조 유닛(7) 또는 원하는 스패터링데이터(6)는 또한 타겟 표면에 있는 구멍(14)에 관한 정보를 포함하거나 또는 획득할 수 있다. 이것은 예를 들어 스패터링 재료(2)의 낭비 및 또한 구멍(14) 뒤의 환경의 소일링(soiling)을 피하는 것을 도울 수 있다. 명백히, 이러한 원리는 또한 구멍들 외의 타겟 표면 상의 장애물들, 요철들 또는 특이성들(singularities)에 적용할 수 있다.
도 4에는, 도 3에서와 같은 본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 유사한 실시예가 있다. 이 실시예는 타겟 표면(3), 예컨대 건물벽 또는 주차장(parking lot) 위의 회사 로고 위로 원하는 스패터링데이터(6)에 의해 규정되는 다색 패턴(16)을 적용할 수 있는 본 발명에 따른 4색 CMYK(시안, 마젠타, 옐로, 블랙) 컬러링 시스템을 포함한다. 본 발명에 따르면, 이것은 타겟 표면 위의 원치않는 스패터링의 어떠한 마스킹도 없이 달성될 수 있고, 그것에 의해 스패터링 프로세스의 생산성이 개선될 수 있는데, 그 이유는 마스킹 프로세스가 매우 시간 소모적일 수 있고 그것의 품질이 전체 스패터작업 결과에 큰 영향을 줄 수 있기 때문이다.
공간 참조 유닛(7)에 따라, 계산 수단(8)은 원하는 스패터링데이터(6)에 의해 규정된 패턴을 타겟 표면(3) 위에 적용하기 위해, 타겟 표면(3)에 대한 스패터링 장치(9)의 공간 배향, 특히 타겟 표면(3) 상의 타겟 스팟에 대한 각각의 노즐 수단(1)의 상대 공간 배향에 따라 분출 특징들을 조정하여 노즐 제어 기구(4)를 제어한다.
이 실시예에 있어서, 노즐 제어 기구(4)는 또한 예컨대 노즐(1)을 경사지게 하고 또는 재료(2)의 분출된 젯에 영향을 줌으로써 노즐(1)로부터의 분출 또는 배출 방향을 미세 조정할 수 있다. 타겟 표면(3) 위의 이미 스패터링된 그리고 스틸-스패터 영역들(still-to-spatter areas)에 대한 지식 및 공간 배향에 따라, 계산 수단(8)은 표면(3) 상의 현재 목표로 하는 스팟에 대해 스패터링 재료(2)를 방출할 것인지 아닌지를 자동으로 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 노즐(1)의 분출 방향에서의 현재 목표로 하는 스팟은 또한 현재의 분출 방향을 편향시키는 수단에 의해 미세 조정될 수 있다. 편향은 또한 핸드 가이딩(hand guiding)의 불확실성들 및 떨림을 보상할 수 있다. 게다가, 노즐 제어 기구(4)는 또한 분출 발산 및/또는 시간 당 분출 재료(2)의 양을 조정할 수 있다.
이전에 언급된 컬러-믹싱-방법들 중 하나와의 조합으로, 본 발명에 따른 핸드헬드 스패터링 장치(9)는 예컨대 메모리 카드 위에 저장되는 이미지 또는 디지털 아트워크로서 제공되는, 원하는 스패터링데이터(6)에 의해 규정될 수 있는 타겟 표면(3) 위로 다색 스패터링을 적용할 수 있다. 이와 같은 이미지는 적용될 스패터링 재료의 스팟들을 규정하는 미리 규정된 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 소위 비트맵의 형태로 저장될 수 있고, 또 재료의 원하는 종류 또는 컬러에 관한 정보를 포함할 수 있다. 대안으로, 이미지는 계산 수단에 의해 타겟 표면 상의 스패터링 재료 스팟들의 원하는 분포로 변환될 수 있는 압축 형태로 또는 벡터 정보(예컨대 CAD-파일), 텍스트 정보 형태 등으로 저장될 수 있다. 원하는 스패터링데이터는 상이한 속성들, 특히 상이한 컬러, 스패터링 재료, 두께, 표면 조건 등으로 스패터링되어야 하는 타겟 표면의 다수의 영역들 또는 섹션들 또는 서브섹션들에 대한 정보를 포함하는 타겟 표면 위로 스패터링될 원하는 패턴의 디지털 표현(digital representation)으로서 기재될 수 있다.
도 5는 다수의 노즐 수단(1)의 행(row) 또는 라인(line)을 포함하는 본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도면은 도 2에 대해 기술된 것과 같이 혼합하는 스패터링 재료(2)를 위한 노즐들(1)을 나타내지만, 다른 기술된 혼합 방법들이 유사한 방식으로 행-배열로 적용 가능하다.
다수의 노즐들(1)을 행(row) 또는 바(bar) 또는 다른 배열로 정렬시킴으로써, 분출 발산 및 타겟-스팟-크기를 작게 유지하면서, 한번에 타겟 표면 위의 넓은 영역을 덮는 것이 가능하다. 타겟 표면(3)은 차체(일정한 비율로 도시되지 않음)에 의해 표현된다. 바 배열은 또한 다른 노즐들(1)을 비활성화하면서 원하는 스패터링데이터(6)에 따라 스패터링되어야 하는 표면(3)의 일부를 실제로 타겟팅하는 이들 노즐들(1)로부터만 분출에 의해 취급 부정확성들을 보상하는 데 사용될 수 있다.
스패터링 또는 페인팅은 자동차의 제조 중 또는 또한 자체의 부분들의 수리 또는 교환의 경우에 일어날 수 있다. 예를 들어, 수리의 경우에, 스패터링 장치(9)에 또는 외부에 있는 컬러 검출 시스템은 수리될 차량의 현재 및 그러므로 원하는 컬러를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 정보는 이때 원하는 컬러를 달성하기 위해 적절히 스패터링 장치(9)의 컬러 혼합 시스템을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
게다가, 스패터링 장치(9)는 원하는 스패터링데이터의 정의를 위해 공간 참조 측정들에 의해 표현되는, 스패터링될 원하는 영역을 수동으로, 자동으로 또는 반자동으로 검출할 수 있다. 원하는 영역은 또한 CAD데이터 모델에 또는 스패터링될 원하는 영역의 경계선들, 에지들 또는 코너들을 시사함으로서, 예컨대 레이저 스팟에 의해, 원하는 영역을 둘러싸는 다각형의 에지들 또는 윤곽들(contours)을 표시함으로써 제공될 수 있다.
만약 장치에 3D 검출 수단, 예컨대 RIM-카메라, 레이저 스캐너 등이 장비되면, 타겟 표면은 또한, 원하는 스패터링 영역 또는데이터(6)가 장치 자체에서 또는 리모트 컴퓨터 장치 상에서, 실제 스패터링 프로세스에 앞서 선택되고 조정될 수 있는 스크린 상에 이미지 또는 3d-모델로서 스캔되고 제공될 수 있다. 또, 로그들 등과 같은 특수 패턴들은 유사한 수단에 의해 타겟 표면(3)의 모델 또는 이미지 위에 가상으로 배치될 수 있다.
원하는 스패터링데이터를 결정하는 다른 예들은 실제 스패터링 두께의 온라인 또는 오프라인 측정 또는 예컨대 색상차 등을 발견하기 위한 이미징 수단에 의한 타겟 표면(3)의 검사이다. 언급된 페인트-두께-센서들은 예컨대 스패터링 두께를 결정하기 위해 자동차 또는 시트 금속 영역에 알려져 있고 사용된다.
스패터링 장치는 또한 이미 오래 전에 적용되었고 또는 표면에 바로 적용된 페인트의 컬러, 시각적 특징들, 유형 또는 상태를 결정할 수 있는 페인트 인식 센서들을 포함하거나 또는 이들과 상호작용할 수 있다. 이와 같은 페인트 인식 센서들의 일반적인 예들은 결국 대응하는 조명 시스템과 조합되는, 예컨대 디지털 카메라들, 적외선 또는 자외선 카메라들 또는 센서들이다.
다른 선택사항은 스크린 위에 원하는 스패터링데이터 또는 픽쳐 또는 레이저-라인 프로젝터에 의해 타겟 표면 위에 투영될 원하는 스패터링데이터의 중첩을 허용하는 전자 디스플레이 또는 프로젝션 수단을 상기 장치에 장비시키는 것이다.
도 5는 추가의 센서 수단이 장비된, 타겟 표면(3)을 포함하는 물체를 스패터링하기 위한 본 발명에 따른 핸드헬드 패팅 장치(9)의 실시예를 나타낸다.
도면은 상당히 긴 시간 동안 또는 이전의 작업 세션으로부터 표면 위에 이미 제공된 이전의 스패터링(21)을 나타낸다. 이러한 구 스패터링(21)에 더하여, 현재의 스패터링(22)은 예를 들어 이전의 스패터링의 표면 특징들 및 컬러를 매칭시키기를 원할 수 있고 또는 예를 들어 이전의 스패터링(21) 위에 놓일 그래픽 아이템일 수 있는 타겟 표면에 적용될 필요가 있다. 이전의 스패터링(21)의 특징들을 결정하기 위해, 페인트 인식 센서(6A)는 장치(9)에 포함되거나 부착될 수 있다.
장치(9)와 상호작용하는 것, 예컨대 원하는 스패터링데이터(6)를 선택, 배열, 수정, 조정, 생성 또는 규정하는 것은 표면의 평면(flat) 스프레이 코팅에 필요로 되는 스패터링 두께, 컬러, 타겟 표면 에지들 등과 같은 단순 스패터링 파라미터들의 선택을 포함할 뿐만 아니라 상당히 복잡한 그래픽 디자인들을 포함한다. 스패터링 장치는 예를 들어 버튼들, 손잡이들(knobs), 조이스틱들, 다이얼들, 디스플레이들, 터치 스크린들 등을 포함하는 인간-기계 인터페이스(26)(HMI)를 포함한다. 장치(9)에서 국부적으로 원하는 스패터링데이터(6)를 조정하는 것 외에, 이러한 작업은 또한 리모트 컴퓨터 상에서 행해질 수 있고 그 후 예컨대 메모리 카드에 의해 또는 유선 또는 무선데이터 링크에 의해 장치로 전달될 수 있고, 그것에 의해 스패터링 장치의 HMI에서의 필요 조종이 감소될 수 있다. HMI(26)는 또한 논의된 것과 같이 사용자 안내를 위한 방향 표시(20)로서 이용될 수 있다.
공간 참조 유닛(7)은 필요한 범위 및 정확도에 따라, 위에서 이미 설명한 많은 상이한 방법들로 구현될 수 있고, 이들의 몇몇 예시적인 예들은 다음에 나열된다.
예를 들어, 타겟 거리를 정확하게 결정하기 위한 적어도 하나의 전자 거리계와 결합되는 GPS-기반 위치결정 시스템이 실외 응용들에서 사용될 수 있다.
다른 실시예는 지지 휠들에 의해 참조 타겟 거리를 달성하고, 단지 GPS를 필요로 하고 바람직하게는 향상된 정밀도를 갖는 것 예컨대 RTK-보정 GPS 또는 DGPS를 필요로 한다.
또 다른 실시예는 적어도 하나의 외부 기지국의 설정 또는 예를 들어 또한 실내들에서 사용될 수 있는 참조 마크를 필요로 하는 공간 참조 유닛을 가질 수 있다. 이와 같은 기지국의 예들은 레이저 스캐너, RIM-카메라, 세오돌라이트(Theodolite), 토탈스테이션(Totalstation), 태키미터(Tachymeter), 레이저-레벨러(Leveller), 레이저 트랙커(Tracker) 등 일 수 있다.
또, 위에서 언급한 공간 참조 유닛들(7)의 다른 실시예들 및 또한 이들의 다양한 조합들이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 특히, IMU는 핸드 헬드 장치의 운동의 동력을 결정하는데 사용될 수 있고, 정보는 상당히 더 정적인 공간 위치 및 배향 측정과 조합될 수 있다.
노즐들(1) 및 노즐 제어 수단(4)은 또 도시된 스패터링 장치(9)에 포함되고, 특히 이 실시예는 행-배열에서 복수의 노즐들(1)을 포함한다.
도시된 실시예는 또한 하나 이상의 스패터링 재료 공급장치(들)(5) 및 스패터링 재료 탱크(들)(12)를 포함한다. 에너지 스토리지 예컨대 배터리 및/또는 압축 가스 탱크와 조합하여, 이것은 무선 스패터링 장치(9)가 어떠한 케이블들 및/또는 공급 라인들도 없이 손으로 자유롭게 이동될 수 있게 허용한다.
다른 실시예는 파워-서플라이 및 케이블들 및 사용자 손 위의 부담을 낮추기 위한 파이프들에 의해 경량 핸드헬드 노즐-장치에 연결되는 스패터링 재료 탱크를 포함하는 무거운 부분들을 포함하는 일종의 백팩(backpack)으로 분할될 수 있다. 이와 같은 배열은 또한 그라운드에 또는 사용자들의 손으로부터 다른 영역들로 장치의 부하를 분산시키는 조작자의 신체에 부착된 추가의 지지 프레임을 포함할 수 있다. 이와 같은 지지체들의 실시예들은 예를 들어 부드럽게 안내하는 벌키 전문가 필름(smoothly guiding bulky professional film) 또는 비디오 카메라들 분야에 알려져 있다.
스패터링 장치(9)는 원하는 경로를 추종하고 여전히 스패터링될 필요가 있는 영역들로 그의 손을 안내함에 있어 사용자를 돕는 사용자 안내를 위한 표시 수단을 포함할 수 있다. 이와 같은 안내는 광학, 음향 또는 촉각 수단에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 원하는 방향은 LED들에 의해 그리고 원하는 방향을 가리키는 스크린 상의 심볼들에 의해 표시된다. 전자 디스플레이 상에 더 진보된, 예컨대 3D 안내 정보를 표시하고 스패터링될 타겟 표면 위에 직접 안내 라인들, 형상들, 심볼들 또는 표시들을 투영하는 것이 또한 가능하다. 또, 음성 명령들 또는 비프들(beeps)에 의한 음향 표시가 이용될 수 있다. 다른 선택사항은 예컨대 만약 노즐(들)과 타겟 표면 사이의 거리가 허용 가능한 또는 자동으로 보정 가능한 범위 내에 있으면 장치 손잡이의 진동을 포함할 수 있다. 이들 표시 수단은 위에서 언급한 HMI(26)에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 실시예는 또한 국부 환경 조건들, 예컨대 온도, 풍속, 습도, 시간, 및 스패터링 재료의 건조 조건들에 영향을 미치는 다른 요인들을 결정하기 위한 추가의 환경 센서들(6A)을 포함할 수 있고 또는 거기에 연결될 수 있다. 이들 센서들(6A)에 의해 수집된 환경 정보는 예컨대 다층 페인팅에 노즐 제어 기구에 명령하기 위한 계산 수단에 의해 이용될 수 있다. 게다가, 그것의 점성, 유량, 공급 스탁(supply stock) 등을 결정하는 것과 같이, 스패터링 재료를 분석하기 위한 센서들(6A)이 있을 수 있다. 또, 중력의 방향이 원하는 분출 특징들의 결정에 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 실시예는 손으로 간단히 수동으로 이동될 수 있고 또는 수단들 예컨대 안내 레일들, 트롤리 대들(trolley stands), 바퀴부착 카트들(wheeled carts), 중량 저감 또는 보상 및/또는 공간 참조(여전히 손에 의해 안내되고 - 완전 자동 동력 로봇 솔루션이 없음)를 위한 연결-아암들(joint-arms)에 의해 적어도 부분적으로 지지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스패터링 장치를 포함하는, 초크-라인들(chalk-lines)로 경기장들(sports-fields)을 마킹하기 위한 핸드 카트는 표시 수단(26)에 의해 원하는 마킹들의 원하는 경로를 따라 그것을 핸드-드래그하기 위해 사용자를 안내하고, 노즐 제어 수단에 의해 사소한 편차를 자동으로 보정하고, 특히 핸드 헬드 장치(9)에 의해 그라운드들 또는 벽들 위로 스포츠 클럽 로고들을 정확하게 적용하기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 본 발명에 따른 스패터링 장치(9)에 원하는 컬러를 로딩하고, 이러한 컬러를 필요로 하는 로고의 부분들을 적용하고 나서 다음 컬러를 로딩하여 다색으로, 이어서 각각의 컬러에 대해 행해질 수 있다. 다른 선택사항은 자동 컬러 혼합을 포함하고 타겟 표면(3) 위에 다색 스패터링을 적용할 수 있는 본 발명에 따른 스패터링 장치(9)의 이용이다.
본 발명에 따른 표면 스패터링 장치(9)의 실시예는 특히 위치, 각도에 의한, 적어도 5의 자유도로 표면 스패터링 장치(9)를 참조하는 방식으로 구성되는 공간 참조 유닛(4) 및/또는 스패터링 장치(9)에 단독으로 또는 조합하여 포함될 수 있는 관성 결정 수단 예컨대 관성 측정 유닛(IMU), 전자 거리 미터(EDM), 글로벌 위치결정 시스템(GPS), 로컬 위치결정 시스템(LPS), 측지 기구, 패시브 관절식 아암, 입체 카메라, 3D-스캐너 및/또는 RIM-카메라를 포함할 수 있다. 공간 참조 유닛(4) 또는 그것의 부분들은 또한 스패터링 장치(9)의 외부에 배치될 수 있고, 대응하는 참조 마크들은 스패터링 장치(9)에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 표면 스패터링 장치(9)의 실시예는 또한 타겟 표면(3) 특성들, 특히 스패터링된 그리고 스패터링되지 않은 영역들, 현재의 스패터링 두께, 현재의 표면 컬러 및/또는 중력의 방향을 결정하기 위한 추가의 센서 수단(6A)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표면 스패터링 장치(9)의 실시예는 타겟 표면(3)이 하나 이상의 컬러 또는 재료(2)에 의해 스패터링되는 방식으로 구성될 수 있고, 여기서, 컬러 또는 재료(2)는:
- 스패터링 재료 공급장치(5)로부터 상이한 컬러들 또는 재료들(2)의 기초 세트의 스패터링 재료의 스팟들의 도트-매트릭스를 디더링 또는 스패터링하여 혼합되고,
- 노즐 수단(1)과 온라인, 노즐 수단(1)의 내부에서 또는 정면에서 또는 상이한 스패터링 재료들(2)의 기초 세트 중에서, 상이한 스패터링 재료(2)의 스팟들을 타겟 표면(3) 위에 덮어씌워 혼합되고 또는
- 스패터링 재료 공급장치(5)로부터 공급되는 사전 혼합 컬러 또는 재료(2)와 오프라인으로 혼합될 수 있다.
도 7에 도시된 표면 스패터링 장치(9)의 실시예는 3차원 물체 정보 형태, 예를 들어 스패터링 재료(2)에 의해 구성될 고체 물체(30)의 CAD 모델의 원하는 스패터링데이터(6)를 공급받는다. 화살표(36)는 핸드헬드 장치가 6의 자유도로 사용자에 의해 자유롭게 이동 가능한 좌표계를 도시한다. 화살표들(36)은 또한 5 또는 6의 자유도로 행해지는 장치(9)의 공간 참조의 도해를 나타낸다. 이 도해에서의 타겟 표면은 스패터링 태스크 동안 진행되고 있는, 물체의 이미 스패터링된 부분 - 말하자면 스패터링될 물체의 교차부 - 이다. 도면의 실시예는 또한 적어도 5의 자유도로 스패터링 장치의 위치 및 배향을 결정하고 있는 트랙커 시스템(7b)에 의한 위에서 언급한 공간 참조를 설명한다.
그것과 대조적으로, 도 8은 카테시안 프레임 구조(X, Y, Z)에 의해 구성되는 종래 기술의 3D 프린터의 예를 나타낸다. 3D 인쇄의 프로세스는 등거리 재료층들에 의해 물체(30)를 구성하기 위해 분출 재료에 의해 실행된다. 몇몇 대안의 실시예들에 있어서, 이미 제공된 재료는 물체(30)의 층진 구성(layered build-up)을 위해 서로 위에 적층된 등거리 층들로 경화된다. 몇몇 경우들에 있어서, 예컨대 캔틸레버들을 구성(build)하기 위해, 추가의 지지 구조들이 물체를 인쇄할 수 있도록 구성되고 나중에 제거되어야 한다. 또, 물체 크기는 기계 프레임 구조에 의해 한정된다.
도 9에 도시된 것과 같이, 위에서 언급한 문제점들은 제시된 핸드헬드형 표면 스패터링 장치(9)를 갖는 본 발명에 따라 극복될 수 있다. 물체들은 도면에 위치들로 나타낸 임의의 공간 위치 및 방향으로부터 인간 조작자(39)에 의해 스패터링될 수 있다. 명백하게, 또 다수 사용자들(39) 및 스패터링 장치들(9)은 생산성을 증가시키는 동시에 동일한 물체(30)에 대해 작용할 수 있다. 물체(30)는 임의의 방향으로부터 적용된 스패터링 재료의 층들(32)에 의해 구축될 수 있고, 그래서 임시 지지 구조들은 일반적으로 요구되지 않는다. 또한, 층들은 종래 기술에서와 같이 평평(plain)하고 등거리일 필요는 없고, 자유롭게 성형(shaped)될 수 있다.
층들의 형상들은 원하는 스패터링데이터로 미리 결정될 수 있고, 또는 스패터링은 사용자들(39)의 움직임들 및 장치(9)의 겨냥(aiming)에 따라 자유롭게 행해질 수 있다. 도 8과 대조적으로, 인쇄 영역이 제한되지 않으므로, 이것은 또한 제한되지 않는 물체 크기를 허용한다. 따라서, 위에서 기술한 사용자 안내가 실행될 것이다. 스패터링 프로세스의 상세들은 이미 위에서 논의되었다.

Claims (15)

  1. 핸드헬드형의, 동적으로 이동 가능한 표면 스패터링 장치(9)에 있어서,
    타겟 표면(3) 위로의 스패터링 재료(spattering material; 2)의 분출(expelling)을 위한 적어도 하나의 노즐 수단(1),
    상기 노즐 수단(1)의 상기 분출의 특징들을 제어하기 위한 노즐 제어 기구(4)를 포함하는, 상기 노즐 제어 기구(4),
    스패터링 재료 공급장치(5),
    스토리지 상에 기억되는 CAD-모델 또는 디지털 이미지로 미리 규정되고 포함되는 원하는 스패터링데이터(6)를 갖는 스토리지, 공간에서 상기 표면 스패터링 장치(9)를 참조하는 공간 참조 유닛(spatial referencing unit; 7), 및
    상기 공간 참조 유닛(7)에 의해 얻어진 정보에 따라 그리고 상기 원하는 스패터링데이터(6)에 따라 상기 노즐 제어 기구(4)에 의해 상기 분출을 자동으로 제어하기 위한 계산 수단(computation means; 8)을 포함하며,
    상기 계산 수단(8)은, 상기 타겟 표면(3) 상의 스패터링 가능한 영역으로서의 스패터링 스팟이, 상기 타겟 표면(3)이 상기 원하는 스패터링데이터(6)에 따라 스패터링되는 방식으로 상기 노즐 수단(4)의 분출의 상기 특징들을 변경하여 평가되고 조정되는 방식으로 구성되고,
    상기 스팟은,
    상기 표면 스패터링 장치(9)의 공간 참조( spatial reference),
    상기 노즐 수단(1)의 상기 분출의 특징들의 세트, 및
    상기 타겟 표면(3)에 대한 상기 노즐 수단(1)의 측정 및 계산된 거리 및 경사에 따라 변하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 참조 유닛(7)은,
    적어도 5개의 자유도로 상기 표면 스패터링 장치(9)를 참조하거나,
    상기 표면 스패터링 장치(9)의 외부에 배치되는 상기 공간 참조 유닛(7)과 상기 표면 스패터링 장치(9)에 포함되는, 참조 마크들로 참조하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 스패터링 장치(9)는 타겟 표면(3) 특성들, 현재의 스패터링 두께, 현재의 표면 컬러 또는 중력의 방향을 결정하기 위한 추가의 센서 수단(6A)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 수단(1)의 분출 방향은, 상기 표면 스패터링 장치(9)의 상기 공간 참조 및 동적 운동(dynamic movement)에 따라, 분출 특징들로서 타겟팅 방향을 미세 조정하기 위해 자동으로 변위 가능한 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 표면(3)은 복수의 컬러들(colours) 또는 재료들(2)에 의해 스패터링되고, 상기 컬러들 또는 재료들(2)은:
    - 상기 스패터링 재료 공급장치(5)로부터 상이한 컬러들 또는 재료들(2)의 세트로부터 스패터링 재료의 도트-매트릭스(dot-matrix)의 스팟들을 디더링(dithering) 또는 스패터링하여 혼합되거나,
    - 상기 노즐 수단(1)의 온라인(online), 내부 또는 정면에서 또는 상이한 스패터링 재료들(2)의 기초 세트 중에서, 상기 타겟 표면(3) 상에 상이한 스패터링 재료(2)의 스팟들을 중첩하여 혼합되는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 스패터링 장치(9)는
    - 표시등(indication light),
    - 그래픽 디스플레이(graphical display),
    - 상기 타겟 표면 위로의 원하는 운동 방향의 프로젝션(projection),
    - 증강 현실 디스플레이 또는 프로젝션,
    - 음향 안내 신호 또는
    - 촉각 안내 신호들(haptic guidance signals)
    에 의해 사용자에게 요구되는 운동을 표시하기 위한 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스패터링 재료(2)의 건조 조건이 상기 분출 특징들의 제어를 통해 결정되고 통합되는 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 센서 수단(6A)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 스패터링 장치(9)는,
    - 사용자에게 요구되는 운동들을 안내하고 원활(smooth)하게 하거나,
    - 장치-중량(device-weight)을 상쇄하는 방식으로 구성되는 지지 유닛(support unit)에 부착되는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계산 수단(8)은, 상기 원하는 스패터링데이터(6)에 따라, 상기 타겟 표면(3)을 스패터링하기 위해 상기 분출의 상기 제어가 상기 타겟 표면(3) 위의 이전에 스패터링된 영역들의 정보 히스토리를 포함하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 노즐 수단(1)이 하나 이상의 행 또는 라인 배열들(arrangements)로 배열되는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 스패터링데이터(6)는 타겟 표면(3)으로서 이전에 적용된 스패터링 재료(2)를 이용하여 스패터링 재료(2)의 다수의 층들의 후속 분출에 의해 스패터링 재료(2)로 빌트 업(built up)될 3차원 구조들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  12. 제 11 항에 있어서,
    스패터링 재료(2)의 상기 3차원 구조들은 상이한 방향들에서 배향되어 적용되는 스패터링 재료(2)의 층들에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 타겟 표면 및 상기 3차원 구조에 대해 상기 스패터링 장치를 참조하는 공간에 대한 3차원 구조의 이미 구성된 부분을 트래킹하기 위한 3차원 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 스패터링 장치(9).
  14. 핸드헬드형 표면 스패터링 장치(9)에 의해 표면을 스패터링하는 방법에 있어서,
    상기 스패터링 장치(9)의 위치 및 각도를 결정하여 적어도 5의 자유도로, 상기 표면 스패터링 장치(9)를 공간적으로 참조하는 단계,
    타겟 표면(3)에 적용될 원하는 패턴으로서 디지털 이미지 또는 CAD-모델을 포함하는 스토리지를 판독하여 스패터링데이터(6)의 세트를 획득하는 단계,
    적어도 하나의 노즐 수단(1)에 의해 상기 타겟 표면(3) 위로 스패터링 재료(2)를 분출시키는 단계,
    노즐 제어 기구(4)에 의해 상기 노즐 수단(1)의 상기 분출 특징들을 제어하는 단계, 및
    상기 공간적으로 참조하는 단계 및 상기 스패터링데이터(6)를 획득하는 단계에 의해 획득되는 정보에 따라 상기 노즐 제어 기구(4)에 대해 원하는 분출 특징들을 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 원하는 분출 특징들을 계산하는 단계는 상기 타겟 표면(3) 위의 실제 스패터링 영역에 기초하며, 실제 스패터링 영역은 상기 스패터링 장치(9)의 상기 실제 공간 참조(7), 상기 노즐 수단(1)의 상기 분출의 상기 실제 특징들 및 상기 실제 공간 레퍼런싱에 의해 결정된 상기 타겟 표면(3)에 대한 상기 노즐 수단(1)의 실제 또는 예측 거리 및 경사에 의존하고, 상기 타겟 표면(3)은 상기 스패터링데이터(6)에 따라 스패터링되는 것을 특징으로 하는, 핸드헬드형 표면 스패터링 장치(9)에 의해 표면을 스패터링하는 방법.
  15. 타겟 표면(3)에 대해 노즐 수단(1)의 공간 레퍼렌싱데이터에 기초하는 프로그램 코드를 포함하는 기계 판독 가능 매체로서, 상기 프로그램 코드는 상기 노즐 노즐 수단(1)의 분출 특징들을 조정할 수 있는 노즐 제어 기구(4)에 명령하여 원하는 스패터링데이터(6)에 따라 상기 타겟 표면(3)의 스패터링을 초래하는, 적어도 하나 이상의 스패터링 재료들(2)의 층 위에 의해 타겟 표면(3)을 스패터링하는데 필요한 적어도 하나의 노즐 수단(1)의 원하는 분출 특징들을 계산하기 위한, 기계-판독 가능 매체.
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