表面溅射装置

摘要

本发明涉及一种手持的、能动态移动的表面溅射装置（9），其包括至少一个喷嘴装置（1），该喷嘴装置用于在目标表面（3）上喷射溅射材料；和喷嘴控制机构（4），该喷嘴控制机构用于控制所述喷嘴装置的喷射特征。此外，它包括：溅射材料供应部（5）；具有期望的溅射数据（6）的存储器，所述期望的溅射数据被预先确定和包括在存储于所述存储器上的数字图像或CAD模型中；空间测定单元（7），该空间测定单元用于相对于所述目标表面测定所述溅射装置；以及计算装置（8），该计算装置根据由所述空间测定单元获得的信息并且根据期望的溅射数据由所述喷嘴控制机构自动控制喷射，所述期望的溅射数据通过改变所述喷嘴装置的喷射特征来评价和调节，以使得所述目标表面根据所述期望的溅射数据被溅射。

权利要求

1.一种手持的、能动力学移动的表面溅射装置(9)，该表面溅射装置包括：至少一个喷嘴装置(1)，所述喷嘴装置用于将溅射材料(2)喷射在目标表面(3)上；

喷嘴控制机构(4)，该喷嘴控制机构用于控制所述喷嘴装置(1)的喷射特征；

溅射材料供应部(5)；

具有期望的溅射数据(6)的存储器，所述期望的溅射数据被预定义并且包括在存储于所述存储器上的数字图像或CAD模型中，其中所述期望的溅射数据(6)是待溅射在所述目标表面(3)上的期望图案的数字表示，所述溅射数据包括关于待被溅射的所述目标表面(3)的具有不同特性的多个部分的信息；

空间测定单元(7)，该空间测定单元用于在空间中测定所述表面溅射装置(9)；以及计算装置(8)，该计算装置用于根据由所述空间测定单元(7)获得的信息并且根据所述期望的溅射数据(6)借助所述喷嘴控制机构(4)来自动地控制喷射，所述表面溅射装置的特征在于，

所述计算装置(8)被构造成使得通过改变所述喷嘴装置(1)的所述喷射特征来评价和调节作为所述目标表面(3)上的实际可溅射区域的实际溅射斑点，使得所述目标表面(3)根据所述期望的溅射数据(6)被溅射，所述斑点取决于：所述表面溅射装置(9)的实际空间测定；

所述喷嘴装置(1)的实际一组喷射特征；以及

所述喷嘴装置(1)相对于所述目标表面(3)的实际测量或计算的距离和倾角。

2.根据权利要求1所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述喷射特征包括喷射方向、喷射速度、喷射散度、喷射散布、喷射形状和/或喷射材料比率。

3.根据权利要求1所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述空间测定单元(7)以至少五个自由度来测定所述表面溅射装置(9)。

4.根据权利要求3所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述空间测定单元(7)通过位置、角度和/或惯性确定装置以至少五个自由度来测定所述表面溅射装置(9)。

5.根据权利要求4所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述位置、角度和/或惯性确定装置包括被包括在所述表面溅射装置(9)中的惯性测量单元(IMU)；

电子测距仪(EDM)；

全球定位系统(GPS)；

本地定位系统(LPS)；

大地测量仪器；

被动关节臂；

立体照相机；

3D扫描器；和/或

范围成像测量照相机。

6.根据权利要求1所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)包括附加的传感器装置(6A)，该传感器装置(6A)用于确定所述目标表面(3)的特性。

7.根据权利要求6所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)包括附加的传感器装置(6A)，该传感器装置(6A)用于确定溅射和非溅射区域、当前溅射厚度、当前表面颜色和/或重力方向。

8.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述喷嘴装置(1)的喷射方向能基于手持的所述表面溅射装置(9)的动态运动和空间测定自动地移位来微调作为喷射特征的瞄准方向。

9.根据权利要求8所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述喷嘴装置(1)的喷射方向能基于手持的所述表面溅射装置(9)的动态运动和空间测定自动地移位来微调作为喷射特征的瞄准方向，以抵消保持所述表面溅射装置(9)的手的引导的振动或不确定性。

10.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述目标表面(3)由多种颜色或材料(2)溅射，其中所述颜色或材料(2)是：通过抖动或溅射来自所述溅射材料供应部(5)的一组基础的不同颜色或材料(2)的溅射材料的斑点的点阵来混合的，或者用一组基础的不同溅射材料(2)进行的在线混合，该在线混合在所述喷嘴装置(1)的内部或前面进行或通过在所述目标表面(3)上重叠不同溅射材料(2)的斑点进行。

11.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)通过以下手段向使用者提供指示期望的运动：指示光，

图形显示，

投射到所述目标表面上的期望的运动方向的投影，增强的真实显示或投影，

声引导信号，和/或

触觉引导信号。

12.根据权利要求8所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)通过手段向使用者提供指示期望的运动以保障使用者跟随最优路径以在所述目标表面上施加期望的溅射。

13.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)包括传感器装置，该传感器装置感测至少一个环境条件，所述至少一个环境条件影响所述溅射材料(2)的干燥条件，并且被结合在所述喷射特征的控制中。

14.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：手持的所述表面溅射装置(9)被附接至支撑单元，该支撑单元被构造成引导运动并使运动顺畅，和/或抵消装置重量。

15.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述计算装置(8)被构造成使得喷射控制包含所述目标表面(3)上的先前溅射的区域的信息历史，以根据所述期望的溅射数据(6)溅射所述目标表面(3)。

16.根据权利要求15所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述计算装置(8)被构造成使得喷射控制包含在多个溅射期间所述目标表面(3)上的先前溅射的区域的信息历史，以根据所述期望的溅射数据(6)溅射所述目标表面(3)。

17.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：多个所述喷嘴装置(1)以一排或多排布置的方式布置。

18.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述期望的溅射数据(6)包括三维结构的数据，所述三维结构待通过将先前施加的溅射材料(2)用作目标表面(3)随后喷射多层溅射材料(2)而由溅射材料(2)构建。

19.根据权利要求18所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述表面溅射装置(9)包括用于快速地固化所喷射的溅射材料(2)的装置。

20.根据权利要求18所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：由所述溅射材料(2)形成的所述三维结构由沿不同方向取向并且从不同空间方向施加的溅射材料(2)的层构建而成。

21.根据权利要求20所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述溅射装置被构造并且控制成使得获得对所述三维结构的手持式3D印刷。

22.根据权利要求1、3或6中的任一项所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述空间测定单元(7)包括：用于跟踪所述目标表面和三维结构的已经建成的部分的三维扫描器。

23.根据权利要求3所述的表面溅射装置(9)，其特征在于：所述空间测定单元(7)被放置在所述表面溅射装置(9)外部并且对应的参考标记被包括在所述表面溅射装置(9)中。

24.一种用于借助手持的表面溅射装置(9)溅射表面的方法，该方法具有以下步骤：通过确定所述表面溅射装置(9)的位置和角度而以至少五个自由度空间测定所述表面溅射装置(9)；

通过读取存储器获得一组期望的溅射数据(6)，所述存储器包括作为待施加到目标表面(3)的期望图案的数字图像或CAD模型；

借助至少一个喷嘴装置(1)将溅射材料(2)喷射到所述目标表面(3)上；

通过喷嘴控制机构(4)控制所述喷嘴装置(1)的喷射特征；

根据获得的期望的溅射数据(6)和由空间测定所获得的信息，来计算用于所述喷嘴控制机构(4)的期望的喷射特征，所述方法的特征在于：

计算期望的喷射特征的步骤基于所述目标表面(3)上的实际溅射区域来进行，所述实际溅射区域取决于所述表面溅射装置(9)的实际空间测定、所述喷嘴装置(1)的实际喷射特征、以及由所述实际空间测定确定的所述喷嘴装置(1)相对于所述目标表面(3)的实际或预测的距离和倾角，并且根据所述期望的溅射数据(6)溅射所述目标表面(3)。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：通过相对于目标表面(3)确定所述表面溅射装置(9)的位置和角度而以至少五个自由度空间测定所述表面溅射装置(9)。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述信息包括取决于环境参数的干燥条件。

27.根据权利要求24至26中的任一项所述的方法，其特征在于：控制所述喷射特征的步骤包括通过在喷射所述溅射材料(2)之前、同时或之后混合多种溅射材料(2)或者通过随后对齐多种溅射材料(2)来适配所施加的溅射的颜色和/或稠度。

说明书

表面溅射装置

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种手持的、能动力学移动的表面溅射装置，涉及用于溅射表面的方法并且涉及计算机程序产品。

背景技术

[0002] 希望将一层溅射材料施加到目标表面上遍布于许多不同的技术领域。对于将溅射材料施加至表面存在各种原因，最普遍的是希望保护表面不受环境影响或者实现美学要求，诸如光滑、均匀着色表面，或者希望将某些常常多色的图形图案施加在表面上或表面的某些区域上。作为一个过程的溅射能包括或为通过从喷嘴装置喷射待施加到目标表面的材料来涂色、涂覆、喷镀、喷墨、包覆、上漆、喷射、喷洒、纹饰、覆膜、上色、染色或着色。

[0003] 希望这样的涂色、溅射、喷墨、染色或涂覆的技术领域范围例如为建筑工程、广告、娱乐、机械制造、路标、运动场上的标记、室内和室外墙面覆盖层、汽车制造、家具生产等。而且，常常需要修补已经至少部分溅射的表面，该溅射表面被磨损、损坏、破坏、部分更换等，其中必需特别注意达到高度配色以及还达到从旧到新溅射的平滑且光学均匀的过渡。

[0004] 最普遍类型的溅射是粉末涂覆和通过喷枪或喷涂枪的喷涂，但是存在许多其它不同类型的溅射，例如，如从船建造已知的喷射灰泥，如从汽车或其它溅射工作已知的喷射矿棉、喷射或枪射混凝土、喷射石棉、底部涂覆。而且喷砂是非常近似的技术领域，其中，取代通过溅射物质来覆盖表面，表面通过借助与用于溅射的几乎相同的原理的喷射侵蚀性物质的射流而被侵蚀。

[0005] 例如在汽车工业中，使用涂涂机器人来对金属板或车体部分进行喷涂是普通状态的技术。用于履行这样的任务的机器人为该目的而由熟练技工编程或教导。

[0006] 文献FR 2 850 322公开了一种用于在大型表面上印刷图像的装置，该装置可以被手动保持和移动并且能够确定表面上的位置和方向。该装置利用其当前位置的该知识来确定需要施加在表面上的颜色。该确定通过使确定坐标和存储在装置的存储器中的图像匹配来实现。所存储的图像然后被叠加到待着色的表面上。

[0007] 在US 6,299,934中，GPS控制的喷涂系统包括喷涂器驱动器程序和GPS喷涂器。GPS喷涂器包括：GPS接收器；用于使得使用者能够将绘图图案变换成地理位置的地理变换器；用于检测绘图图案的地理位置和当前基于GPS的位置之间的位置匹配的位置比较器；
以及用于在匹配的位置处喷涂的喷嘴。所述地理绘图图案能被标记在场地、墙壁或停车场上。

[0008] US2009/0022879涉及用于借助可移位的涂料施加装置将涂料或清漆施加到大型表面的方法，该涂料施加装置以位置依存方式被控制。所述装置包括利用参考标记的实时位置测量系统的可移位部。

[0009] KR102006009588提供了一种用于通过远程控制来控制喷涂多关节型机器人的喷射位置以自动操作多关节型机器人的臂位置以使得涂料精确地喷射到目标上的方法。

[0010] 在JP10-264060中，提供这样一种系统，该系统由任何人容易地且在短时间内执行对机器人臂教导运动，以与工人的熟练程度无关地通过将涂料机保持在正确位置和姿态来执行喷涂。涂料机的前进路线由图像处理器计算出，并且涂料机的位置和姿态由距离/姿态计算器基于图像传感器和距离传感器的输出信号来计算出，该图像传感器和距离传感器安装在机器人臂的末端处。在控制器中，机器人臂的每个轴线的控制参数被输出到驱动装置，并且由驱动装置移动的机器人臂的每个轴线的控制参数以时间顺序被存储在存储装置中，同时执行反馈控制以便将涂料机和喷涂表面的距离保持在规定值，使涂料机面向喷涂表面并且沿着前进路线移动该喷涂机。

[0011] JP2006-320825描述了一种用于对例如飞机喷涂的自动涂覆车辆，其中涂料作业的厚度必须非常精确，以一方面仅一次就实现表面的充分保护并且另一方面保持所施加的涂料的重量尽可能低。该车辆包括臂控制装置，该臂控制装置用于控制具有致动器头的臂的操作和运动，并且基于存储在存储装置中的涂覆范围或区域的信息以及所述臂的姿态和位置信息来相对于待涂覆的表面执行喷涂过程。车辆和头的位置利用GPS以及测距仪来确定，该测距仪用于测量头和目标之间的距离。

[0012] 文献DE 10 2008 015 258涉及一种用于借助溅射表面用的喷雾器(也称为雾化器)对机动车车体进行喷涂的喷涂机器人，该喷雾器由喷涂机器人来引导。施加多色涂料利用涂料变换器来实现。

[0013] FR 2 785 230涉及一种用于图形复制在地面上复制的绘图的地面标志压印技术。该技术由计算机驱动光学系统描绘地面上的轮廓。描绘出的轮廓然后通过喷射涂料喷雾被填满。地面标志压印技术产生预先确定的广告标志或绘图的地面印刷。由计算机集成光学系统形成的模板被投射在地面上并且喷射涂料喷雾被施加至地面。

[0014] 在KR 100812725中，提供用于控制喷涂机器人的位置和角度的方法，以通过用合适的旋转角速度、接近速度和分离速度控制喷涂枪而在正交喷涂区内以喷射目标点的相同的喷射距离和前进速度来执行喷涂工作。目标是在表面上产生均匀喷射。

[0015] US 5,935,657公开了一种具有分开的两排喷嘴的多喷嘴喷涂系统。两排喷嘴由来自无空气加压源的涂料供应，并且每个单独排的喷嘴均具有关闭阀以停止加压涂料向各自的排的流动。整个组件被安装在滚子架上，该滚子架具有一对横向向外延伸的臂。在使用期间，喷涂工仅仅致动喷涂器并且沿着壁推动该设备。横向臂将喷嘴保持在距壁的固定距离处，并且喷涂层能被均匀且快速地施加至壁。

[0016] 在那些表面溅射应用中所使用的基本原理是从喷嘴装置喷出或喷射诸如涂料之类的溅射材料到目标表面上。为了实现这样的原理，在喷嘴内或喷嘴前积累有压力，该压力从喷嘴压出溅射材料，或者溅射材料由通过或紧接于喷嘴喷射的气体或液体射流带走。用于这样做的最普遍的示例是从喷涂枪或喷枪已知的以及从喷墨印刷已知的示例。

[0017] 新的喷墨印刷机的类似技术可用于甚至从10cm的距离以小于1厘米的窄光斑尺寸喷涂。这样的低散度喷射技术还允许在被喷涂的区域上无掩蔽喷射，实时颜色混合或变色或从一种颜色褪色到另一种颜色。

[0018] 问题在于在非机器人的，即完全手动操作情况下或也在当喷涂工具被手持并且仅由导轨或例如重量抵消臂等部分支撑时的情况下控制用于上述溅射应用的这样的系统。

[0019] 将涂料或粉末手动施加至作为目标表面的物体(诸如墙壁，工业结构，像车体、大型机器零件等的工业制品)在例如仅修理或更换受损部分或复绘某一区域之后仅仅表面的部分应该得到喷涂的情况下尤其困难。此外，喷涂可用作图片或CAD文件的预确定的图案(诸如标志或图像)能是非常苛求的，该预确定的图案应施加于表面，并且当使用喷枪时需要熟练技工，该技工需要对溅射、喷涂或洒粉工具的引导和可靠位置以及姿态操纵的经验和知识以及劳动期间涂料粘度、干燥条件和各种其它参数的知识。

[0020] 当使用手持的或仅部分引导的溅射装置时(这可能在建筑内或建筑外发生)，必须克服的主要问题是在待喷涂的表面上手动地驱动装置的动力学或换言之使用者行为。那些动力学能包括相对于待喷涂的目标表面沿任一方向快速改变喷涂或洒粉工具的距离、角度和速度。

[0021] 在对已经喷涂的表面进行修补或加涂料的情况下，也非常费时的是，具体地在工地处，在劳动前找出已经存在的颜色类型和种类以及厚度，和设法购买或自混合配色。

[0022] 非平坦表面是另一个挑战(3D)以及需要被溅射的目标表面的突然中断，例如包括安装在待喷涂的表面上的线缆或管的壁。

发明内容

[0023] 因此本发明的目的在于提供一种改进的手持式表面溅射装置，该装置减少了对溅射的负面作用，该负面作用由因使用者的不稳定或非最优操纵而产生。

[0024] 本发明的另一目的在于提供一种改进的手持式表面溅射装置，该装置主动地抵消因使用者的非最优操纵而产生的影响。

[0025] 另一个目的在于提供一种表面溅射装置，该装置帮助使用者履行普通溅射任务并且获得期望的溅射结果和特征。

[0026] 本发明的特定目的在于帮助使用者借助手持式溅射装置将预确定的溅射图案精确地施加在目标表面上。

[0027] 本发明的另一目的在于提供这样的装置，该装置能够根据目标表面的特征自动调节其喷射特征，这些目标表面的特征诸如是目标形状、当前溅射颜色、当前溅射厚度、当前溅射和非溅射区域、温度等。

[0028] 本发明的具体目的在于提供这样的装置，该装置避免了将溅射材料预混合到期望颜色或材料特性的需要并且还省除或减少了由此涉及的交换和清洁过程的努力。

[0029] 本发明的另一个具体目的在于根据当前溅射任务以及装置的空间位置和运动来自动调节装置的喷射特征。

[0030] 这些目的通过实现独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式进一步改进本发明的特征在从属专利权利要求中描述。

[0031] 根据本发明，上述缺点能通过提供一种手持式、能动力学移动的表面溅射装置来克服，该装置包括至少一个用于将溅射材料喷射到目标表面上的喷嘴装置。喷射能是连续的，从而导致溅射材料的连续流，或通过喷射材料的小的单独部分或滴而产生脉冲，由此在高脉冲重复频率的情况下，脉冲喷射也能被解释为溅射材料的准连续流。

[0032] 所述溅射装置还包括喷嘴控制机构，该喷嘴控制机构用于控制所述喷嘴装置的喷射特征，这些喷射特征具体地为喷射方向、喷射速度、喷射散度、喷射散布、喷射形状和/或喷射材料率、脉冲定时、脉冲持续时间和脉冲重复。为了提供待喷射的溅射材料，所述溅射装置包括溅射材料供应部，该溅射材料供应部能联接至内部或外部材料罐。所述溅射装置还包括具有期望的溅射数据的存储器，该存储器能被具体化为固定安装的存储器装置、用于接收存储器卡的插槽、USB棒等以及有线或无线网络存储器。期望的溅射数据被预先确定且包括在存储于存储器上的数字图像或CAD模型中。

[0033] 所述溅射装置包括空间测定单元，该空间测定单元用于借助位置、角度和/或惯性确定装置和/或用于放置在所述溅射装置外部的空间测定单元的参考标记而具体地以至少五个自由度相对于所述目标表面测定所述溅射装置，所述确定装置诸如是惯性测量装置(IMU)、电子测距仪(EDM)、大地测量仪器、立体摄像机、3D扫描仪。

[0034] 计算装置，其根据由所述空间测定单元获得的信息并且根据期望的溅射数据借助所述喷嘴控制机构自动地控制喷射。

[0035] 所述计算装置被构造成使得，作为所述目标表面上的实际或预测的可溅射区域的实际或预测的溅射点通过改变所述喷嘴装置的喷射特征被评价或调节，使得所述目标表面根据期望的溅射数据被溅射，所述溅射点取决于所述溅射装置的实际或预测的空间测定、所述喷嘴装置的实际或预测的一组喷射特征、以及所述喷嘴装置相对于所述目标表面的实际测量、计算或预测的距离和倾角。

[0036] 所述喷嘴装置的喷射特征根据所述目标表面上的确定的目前可溅射的区域被控制以便根据期望的溅射数据实现所述目标表面的溅射，所述确定的目前可溅射区域取决于所述溅射装置的空间测定、所述喷嘴装置的喷射方向以及从所述喷嘴装置至所述目标表面的测量距离。

[0037] 所述计算装置被构造成使得借助手引导装置根据期望的溅射数据来控制用于将所述溅射材料无掩蔽地施加至所述目标表面的所述喷嘴装置。

[0038] 除借助用于将所述溅射材料压出所述喷嘴装置的压力喷射所述溅射材料之外，还存在其它系统，这些系统尤其是以非常高的频率“投射(throwing)”溅射材料的液滴。

[0039] 其它喷射系统通过积累负压并且运走所述溅射材料的空气或气体的旁路射流而将所述溅射材料“抽吸”出所述喷嘴装置。

[0040] 具体地，所述目前可溅射的区域能被定义为所述目标表面的这样的部分，该部分将由然后喷射的溅射材料沿当前的喷射方向以及作为喷射的特征的示例的流的当前散度从所述喷嘴装置朝向所述目标表面碰撞的部分，该喷射的溅射材料呈液滴、液滴流或连续材料流的形式。

[0041] 在喷射的溅射材料射流的散度不等于零的情况下，所述目标表面上的目前可溅射的区域的尺寸取决于该散度并且取决于所看的所述喷嘴装置和所述目标表面之间的距离。所述目标表面上的所述目前可溅射区域的形状还能取决于喷射方向相对于所述目标表面的倾角。

[0042] 在其中一个最简单的实施方式中，该装置能是手持式喷涂枪，该喷涂枪根据距目标表面的距离和/或倾角自动地调节喷嘴的喷射特征以借助溅射材料实现所述目标表面的均匀涂覆。

[0043] 在另一实施方式中，溅射过程能例如进一步借助照相机观察以例如通过监控目标表面上的期望区域的完全覆盖来检验进程和期望的结果，并且如果需要，喷射特征能被调节从而获得期望的溅射结果。

[0044] 更先进的任务是通过在墙壁、底面、天花板、金属板或另一目标物体上手动运行喷涂装置而将喷涂图案(诸如公司的标识、广告图形或其它文本或图形项目)喷射在目标表面上。根据本发明，这能具体地借助非引导的、手持式装置在户内以及户外进行，该手持式装置允许在远方容易地操纵和运动。在可充电电池和/或空气罐的情况下，即使在连电源也不能用到的难以接近的区域或遥远区域中也可以使用这样的装置。

[0045] 在基本型式中，该装置确定空间测定，诸如当前坐标、姿态和/或距目标物体的距离，并且决定是否基于该空间测定喷出或喷射溅射材料(具体地为涂料)。在决定是否喷射涂料中，该装置也能结合更多的信息，像当前区域是否已被喷涂或应该保持未喷涂。

[0046] 为了获得该进一步的知识，所述溅射装置能包括数据存储器，其中已经溅射的区域的位置的历史在溅射的同时被在线存储。所述存储器还能包括期望的溅射数据，该溅射数据能作为期望的图案被存储以待施加至目标，这是空间相关的。如此期望的溅射数据不意味着关于目标表面用单个溅射材料平坦、光滑、均匀覆盖的信息，如例如在喷射单色车体的传统喷涂枪中，而是更可和喷枪喷涂的现有技术相当的溅射用于在着色模型制备、广告喷涂、文本或刻字应用中向表面等施加图案。

[0047] 溅射过程的控制具有一些特征，像喷射方向、喷射散度、喷射压力、喷射速度、喷射材料比率等，该控制取决于溅射材料的喷射，该喷射借助本文称为喷嘴的装置来进行，这些特征中的一些能由喷嘴控制机构固定以及被可变地控制。在简单的情况下，该喷嘴控制机构是开关控制，但是存在许多影响喷射的已知改进方法，尤其是在喷枪、喷涂枪或喷墨印刷的技术领域。

[0048] 溅射过程的控制能进一步取决于关于目前使用的溅射材料的信息，该信息能包括颜色、类型、粘度等。该信息能被手动输入或自动确定。

[0049] 待被施加至目标的期望图案能基于该图案的数字CAD类设计。如果需要，例如在弯曲目标表面或围绕物体的情况下，其限定哪里开始溅射和哪里停止等也能被包括在数字设计或模型中，该数字设计或模型能以两维或三维模型表示。

[0050] 空间测定允许避免将颜色喷涂在已被施加或不应被施加的区域，因此所述装置能例如还通过覆盖投射在显示器或目标上的原始CAD数据而以实时方式存储已经喷涂的区域。

[0051] 所述溅射装置能包括单个或多个喷嘴装置，这些喷嘴装置例如成排或者喷射杆对齐，如图3所示。

[0052] 喷嘴控制机构允许在短反应时间内调节每个单个喷嘴。为了减小仍剩余的反应时间的影响，用于喷嘴的控制算法能包括预测反应时间。在其他实施方式中，也能借助单个致动器针对多个喷嘴调节喷嘴特征。

[0053] 手引导的高动力学和不确定性能通过实时校正喷射特征(如喷涂压力、射流宽度和方向)被克服或至少被降低。该方向能通过具体地借助一些机械微小驱动装置角度调节喷嘴喷射方向或者通过从侧面调节喷嘴形状或喷射空气而被调节。而且，喷射的材料流的形状能受喷嘴控制机构影响，例如受水力装置像从不同侧面注入空气以将溅射材料的射流成形为期望的轮廓或方向或通过机械装置像成形和/或移动喷嘴的影响。

[0054] 除空间位置测定(即本地1D(距离)、2D或3D空间测定或具有或不具有确定倾角的地理测定以外，速度和/或加速度也能在控制过程中被评价和结合。仅除目标距离的空间相关性的简单形式以外，一般手持式装置使用5或6个自由度(DOF)的空间测定，其中沿一个方向或取向的固定引导也能被认为是测定自由度。

[0055] 为了获得期望的溅射结果，关于溅射材料的类型、种类、颜色和/或粘度的知识以及影响溅射材料的干燥或固化的环境参数能被结合在喷嘴的特征的自动控制中，如下文详细地说明的。

[0056] 控制手持式工具的手动驱动的动力学，具体地是喷涂/洒粉工具相对于待喷涂的表面的距离、角度和速度的变化，导致适合喷嘴的喷射功率、压力、射流宽度或方向(如果那些特征在该特定工具中可用)。

[0057] 在多喷嘴装置的情况下，每个喷嘴的坐标、方向和/或至目标表面的距离能被确定以单独调节每个喷嘴特征。这也能通过为杆式的用于位置和取向的传感器来进行。

[0058] 对于单个喷嘴，它能足以仅确定一个坐标、方向和/或距离。

[0059] 像放大喷墨打印机一样工作的多喷嘴或喷射系统允许通过施加一组原色(像RGB、CMYK、HSV等)来施加颜色，这组颜色可以由一些特定颜色(像黑色和白色)或者专色(像金、银)、透明涂层等延伸(extended)。待用于某一任务的颜色能根据期望的输出颜色的期望范围和变异性来限定。

[0060] 现今，存在市场上有售的溅射材料喷射系统，该系统允许将溅射材料的斑点沿喷射方向以斑直径或尺寸从大于10厘米的距目标的距离喷射在小于1厘米的目标上。斑点的实际尺寸不但能通过改变目标距离而且能通过调节释放溅射材料的喷嘴的喷射特征来调节。这能例如通过改变喷射压力、所喷射材料的量、喷射速度、喷嘴的几何形状，通过支撑空气射流等来进行，这影响斑点在目标上的散度和形状。

[0061] 如此甚至在改变距离(该距离能如下进一步描述的被计算或测量)的情况下，可以获得目标表面上的期望的斑点尺寸。那些斑点能以每秒好几百斑点的高重复率或甚至更多被喷射。

[0062] 那些新的喷射系统还能具有关于从喷枪已知的薄雾形成和所形成的健康问题以及不应该被溅射的环境污染的优点。而且，通过覆盖保护环境不受溅射材料的不希望有的泄漏的影响的需要能被减少或省略。另一方面是溅射材料的增强的利用并且导致降低成本、环境污染和健康问题。

[0063] 不同的颜色能被以彼此紧接的点簇或点阵施加到目标表面(例如能为墙壁、底面、物体等)上，以通过在目标表面上重叠色斑实现颜色材料的实际混合，或者以通过对齐彼此紧接的不同尺寸、分布或密度的不同颜色的小斑点以在从远处观察时获得期望的颜色观感来实现期望的颜色，例如，如在纸印刷的现有技术中已知的。

[0064] 这样的系统也允许在没有掩蔽的情况下喷射。对于被预先确定(例如通过CAD绘图)的某些图案，颜色能被预先混合，然后被装入存储溅射材料的涂料罐中。多个喷嘴或喷射系统能具有一排以上喷嘴，例如用于双色的两排喷嘴，用于多色的三排或更多排喷嘴。但是常常不必要地，可以使用用于本设计中所需的每种颜色的喷嘴排，因为三或四种颜色的混合(例如，CMYK-青色、品红色、黄色加黑色；或RGB-红色、绿色、蓝色加黑色；如果施加至白色地面，如从喷墨印刷已知的)足以混合宽泛范围的颜色。

[0065] 当使用应该均匀覆盖目标表面的预混合颜色时，都喷射相同颜色的相应数量的喷嘴排在一个冲程中不仅能用来覆盖目标上的小斑点，而且能用来覆盖目标上的较宽范围。当喷嘴能被单独控制时，全部喷射特征能根据目标的形状和期望的喷射图案，例如通过使某些喷嘴不活动或调节它们的喷射宽度/散度来调节。

[0066] 还能进行溶剂的附加混合以获得溅射材料的期望的粘度。此外，纯的溶剂的喷射能用于清洁目标表面或溅射装置或两者的目的。这能例如通过一个或更多个阀来进行，这些阀允许溅射材料和/或溶剂之间的选择。

[0067] 如果使用溅射材料，则该溅射材料能通过某些环境影响(像紫外线辐射或热)固化，溅射装置能配置有用于例如UV灯或红外辐射器的源，该源也能由激光源体现，该激光源至少粗略地仅覆盖目前被溅射或刚最近被溅射的斑点。

[0068] 另一种溅射材料能要求两种或更多种组分的混合以固化。那些组分的混合能在溅射装置内(尤其是在喷嘴内)发生，或在用于每种组分的其中一个喷嘴前面的外部进行，或直接在目标表面上进行。例如，可以平行地喷射纤维材料以及两部分环氧树脂材料的两种组分(像聚酯)，用于借助纤维增强塑料(像GRP)或玻璃纤维溅射目标。可选地，那三个组分的混合也能在一个喷嘴内发生，该喷嘴然后喷射已经混合的溅射材料。

[0069] 其它溅射材料能需要预加热以溶解，例如热塑性塑料或蜡，由此喷嘴和溅射材料供应需要被加热，并且在一些情况下，溅射目标也需要例如通过红外线射线，尤其是沿与喷射的溅射材料相似的方向由激光束加热。

[0070] 在多层溅射的情况下，该多层溅射在喷涂应用中非常普遍，不仅存在装置的运动的动力学而且存在施加至必须被操纵的表面的涂料或粉末之间的时间差。这能与确定用于溅射材料干燥或固化的环境条件参数来进行，这些参数诸如为空气和/或目标表面的温度(例如由红外线传感器测量的)、风速和/或湿度。

[0071] 其它传感器能被包括以测量例如溅射材料的粘度、稠度和/或流量。为此目的，相应的测量传感器能被包括在装置中或放置在溅射工具和目标表面的周围中，该传感器然后将所测量的参数传送到工具控制装置。

[0072] 如上所述，反馈控制能基于背景的参数，诸如当前位置、姿态和使用者动力学，这些参数能用于校正和预测位置和偏角；并且基于环境参数以及路径规划。路径规划能基于期望的溅射数据，该溅射数据包括关于目标上涂料或粉末的期望图案的信息。溅射系统能基于期望的溅射数据确定用于当前溅射任务的最优路径和程序，该路径和程序能被用于引导操作员以在表面上产生图案。该路径规划也能有助于随后施加多层涂料。由此涉及表面状况或涂料类型(诸如颜色、粘度、种类、干燥/固化时间等)的方面和参数也能被包括在最优过程中。

[0073] 规划工具能支持操作员准备和模拟程序。规划能在远程计算机上执行，或如果溅射装置包括用于用户对话的相应输入和输出装置则规划被包括在溅射装置本身内。

[0074] 规划能在基于已可用的数字数据工作之前或通过目标的第一次扫描、可包括图形模拟的第二次规划以及溅射任务的第三次执行进行。规划也能在线进行并且在实际溅射过程期间交互进行，该溅射过程具体地允许对目标表面的无法预料的障碍或不确定性做出反应以能够自动反应或者通知使用者可能的问题。

[0075] 规划也能包括关于表面上的突然或意外中断的信息，该表面能利用例如CCD照相机、RIM照相机、激光扫描器或立体图片方法确定。

[0076] 为了在期望的和/或最优的路径上引导操作员，该装置能配置有一些简单的标志灯用于指示至操作员的期望的运动方向。期望的运动也能由显示器上的符号指示。为了引导操作员，例如也从期望的路径的当前偏离能被指示以容易地将溅射装置保持在期望的溅射区域的范围内，根据本发明该装置能够自动校正或抵消偏差。

[0077] 也可以用实体覆盖期望的CAD数据或图片。这能通过用期望数据和/或对操作员的指令来覆盖由照相机捕捉的真实世界的图像而在显示器上进行。

[0078] 也可以将CAD数据或图像的符号或部分直接投射在至少围绕当前工作区的待喷涂的表面上。

[0079] 也可以通过像蜂鸣声的声信号或声音指令以及通过触觉装置来表示期望的运动。

[0080] 用于确定溅射装置的或更精确地溅射装置的喷嘴相对于表面的距离、位置、姿态和/或方向的传感器能是GPS，该GPS用于沿二维或三维、或在使用两个天线时沿方向或者甚至在使用3个以上的天线时以姿态进行户外定位。为了本发明的溅射任务，使用一些已知的GPS-精确度提高装置(像DGPS或RTK站)能进一步提高溅射装置的性能和精确度。

[0081] 除全球定位系统(GPS)之外，也能使用本地定位系统(LPS)，该LPS基于简单的原理，但是其中“卫星”体现为附接至底面或另一物体(像墙壁、天花板、塔、屋顶、三脚架等)的本地固定(基部)站，这些站为了位置确定而发送和/或接收电磁波。这样的LPS系统能例如也用于建筑物内或用于没有足够轨道卫星看得见的情况下。此外，与GPS相比LPS中的位置精确度能够提高。

[0082] 而且，能使用激光追踪器，诸如莱卡(Leica)T-MAC，因此溅射装置将配置有用于确定其位置和姿势的目标装置。这样的系统能被用于户外以及户内。

[0083] 也能使用一个或更多个激光扫描器或其他3D扫描器，这些扫描器能被包括在溅射装置中以对照目标表面或其它参考物体、参考点或参考标记直接或间接地在几何学上测定所述装置。所述激光扫描器也能配置在所述溅射装置外部的参考点处，用于测量所述溅射装置和/或所述目标表面的位置/取向。在后一情况下，测量信息能通过有线或无线装置被传输至所述溅射装置。当使用这样的手段时，不但可以确定从所述装置到所述目标表面的距离，而且，例如还可以检测所述目标表面上的障碍或中断部，这些障碍或中断部于是能尤其是根据它们的形状被避免或操纵。

[0084] 所述溅射装置还能包括惯性测量单元(IMU)，该IMU能至少确定3D空间中的位置、速度、加速度和姿态的子集。

[0085] 另一个方案是使用一个或更多个照相机来确定目标表面的特性。单个照相机例如能够确定目标上的中断部，确定已经喷涂的区域或检查如喷涂的结果。而且，基于距离和/或姿态测量的简单的三角测量能基于照相机图像，尤其是结合所述目标表面上的一些图案的投影来执行，所述目标表面的形状和/或比例将基于距离或姿态而失真。通过使用多个照相机，也可以使用立体照相法来确定相对于表面或另一参考物体的位置和/或姿态。

[0086] 范围成像测量(RIM)传感器能用来在溅射目标表面前面或在溅射目标表面时确定该目标表面的3D模型，并且除包括位置和姿态的空间测定之外，该传感器还允许检测中断，并且能建立溅射过程的成像。

[0087] 也可以通过机械装置，例如通过将所述溅射装置附接至关节臂等确定该溅射装置相对于所述目标表面的位置和/或姿态。

[0088] 坐标能够指的是独立限定的全局、地区或本地坐标系或者指的是涉及所述目标表面的坐标系，例如用于精确已知几何形状的物体，诸如像车体的制造产品，或其墙壁必须被喷涂的新的建筑物的坐标系。

[0089] 而且，电子测距(EDM)装置或激光测距仪能确定至所述目标表面的距离以适应根据本发明的喷射特征。通过使用多个EDM或偏转其测量束，不仅可以确定相对于所述目标表面的距离而且可以确定倾角。

[0090] 对于本领域技术人员清楚的是，上述激光装置也能由基于具有不同于光的其它波长的信号的装置来代替，这些信号诸如是雷达、超声波、红外线、无线电信号等。

[0091] 此外，上述空间测定方法和装置的多个不同组合能被使用，诸如用于外面应用的GPS加IMU、指南针和倾斜计，或基于超声波的电子测距单元以确定至目标的距离与RTK校正GPS位置结合以实现全局测定等。

[0092] 另一个示例将是用于相对于目标表面的空间测定的LPS与用于目标距离确定的EDM的组合，箕舌线也能例如由IMU延长以用于操纵运动的动力学。

[0093] 普通任务也是修理喷涂表面。修理装置将相同类型的涂料喷射到墙壁、地面、天花板或物体上，这些目标先前已被溅射，但是其涂料已经褪色、消失或被一些事故或修理工作毁坏。

[0094] 根据本发明，涂料的类型或颜色能在工作期间在目标上被实时确定。这需要至少确定目标上涂料的颜色，如果可能的话也确定类型或甚至厚度的传感器。例如，这能通过用于颜色的已校准的CCD/CMOS或通过用于金属板涂料厚度确定的涂料计来进行，因为它们是现有技术中已知的。

[0095] 为了确定颜色，也有利的是借助光源照亮目标，该光源覆盖宽的光谱范围，这对于操作员监督其工作来说也是有利的，即使当没有使用照相机或自动颜色测定时。在受损的或不同涂料，例如修补划痕或涂鸦的情况下，那些混乱能被检测到并且先前的颜色也能被确定(或者由操作员、CAD系统或数据库指定)。

[0096] 所确定的颜色然后能由溅射装置混合和装载或在线混合。正确的颜色然后将被施加至被涂掉或修理的区域，该区域能例如也由像光学照相机的传感器确定。为了确定需要修理的区域，也可以确定当前溅射的厚度以决定新的或附加的溅射材料是否必须被施加至该表面。

[0097] 当溅射装置配置有用于喷砂的专用喷嘴时，被刮擦的区域能例如也在由一个单个溅射装置将新的溅射施加至刮擦区域前被准备、清洁和“打磨”。

[0098] 如已知的单个喷嘴系统，诸如喷涂机器人或手动溅射工作站，多喷嘴装置或尤其是喷墨类装置能通过使用某种机械支撑单元(像机器人臂或基于导轨的线性(1D、2D或3D)移动机器人)在目标区域或表面上被移动。也存在臂或引弦器(string guide)，已知臂或引弦器仅用于机械支撑，但是也可以是铰接的，从而允许确定溅射装置的位置。这样的支撑能例如还包括抵消溅射装置的重力，从而允许手动表面溅射，这需要来自操作员的几乎为零的力，由此对于费时溅射任务，能减少工人的厌烦。

[0099] 当使用这样的机械支撑时，位置和姿态能部分或全部由被包括在溅射装置中的传感器和/或由支撑单元确定，或者如果存在也由机械系统确定，如果该支撑允许足够精确地定位或位置确定溅射装置。

[0100] 因为姿态能沿各个方向被确定，因此不需要机械支撑例如与目标区域或表面平行或与其处于相同倾角地运行所述装置。

[0101] 为了避免对表面的损坏，现有技术的辊子能由指向目标表面的接近传感器代替。那些接近传感器的输出然后能用来引导操作员的手或调节喷嘴的喷射特征或两者。

附图说明

[0102] 根据本发明的方法以及根据本发明的装置和装备在下面参考在附图中示意地示出的作业示例仅仅通过示例来更详细地描述或说明。具体地，

[0103] 图1示出了根据本发明的溅射装置的可行实施方式的示例，该溅射装置包括用于喷射单种溅射材料的单个喷嘴装置；

[0104] 图2示出了根据本发明的溅射装置的可行实施方式的示例，该溅射装置包括用于喷射多种溅射材料或那些溅射材料的混合物的单个喷嘴装置；

[0105] 图3示出了根据本发明的溅射装置的另一实施方式的另一示例，该溅射装置包括多个喷嘴装置，每个喷嘴装置均用于喷射某一溅射材料；

[0106] 图4示出了根据本发明的包括一排喷嘴的实施方式的概要图；

[0107] 图5示出了在壁画应用中的根据本发明的手持式溅射装置的可行用途的示例；

[0108] 图6示出了用于根据本发明的溅射装置中的附加传感器的示例；

[0109] 图7示出了处于手持式3D印刷应用的根据本发明的表面溅射装置的示例性实施方式；

[0110] 图8示出了现有技术的、笛卡尔3D印刷装置和其应用；

[0111] 图9示出了根据本发明的表面溅射装置的示例性实施方式，该表面溅射装置正在溅射三维目标。

[0112] 图中的线图不应该被理解为按比例绘制。

具体实施方式

[0113] 图1示出了根据本发明的手持式表面溅射装置9的实施方式的概要图，该溅射装置包括下列部件：

[0114] 喷嘴装置1，该喷嘴装置被设计成将溅射材料2喷射、喷出或喷雾在目标表面3上。喷嘴装置1包括用于控制该喷嘴装置1的喷射特征(或喷出特征)的喷嘴控制机构4。

[0115] 喷射特征影响溅射材料2的喷射射流的形状和/或方向，该喷射特征例如能由像所喷射的溅射材料的方向、射流形状、射流散度、压力、速度材料比率、显露速度、聚集状态和/或组分之类的参数限定。

[0116] 溅射材料2(附图标记实际上表示喷射的溅射材料的射流)能具有不同的特性，例如是液体、固体、气体的或那些状态的混合物。溅射材料的普通示例是涂料、末道漆、漆、墨和粉末，但是也可以是混凝土、蜡、塑料、石棉、砂以及更多能根据本发明被喷射的材料。溅射材料2由溅射材料供应部5供应至喷嘴装置1，该溅射材料供应部能具体化为定位在溅射装置9处的存储器12，诸如罐或容器，或者具体化为来自外部溅射材料存储器12的管道。

[0117] 目标表面3也能由不同的物体体现，这些物体如为金属板、墙壁、地板、地面、天花板、道路、机器、汽车或飞机主体、船壳、衣料等。目标表面3也能被限于所提及的目标的某些区域。目标表面能具有任何形状并且还包括边缘、角部、凹度、障碍等。

[0118] 被引向目标表面3的所喷射的溅射材料2的喷射流导致溅射材料2在目标表面3上的斑点。该斑点能够表征为其在目标表面3上的形状和斑点尺寸10，这取决于喷嘴装置1和目标表面3之间的喷射特征和距离11，以及取决于喷射方向相对于目标表面3的倾角。

[0119] 用于控制喷嘴装置1的喷出物的喷射特征从而导致不同的喷射特征的喷嘴控制机构4能从喷射的简单的开关切换变化到借助机械和/或气动装置的对多个所提及的喷射特征的控制，该机械和/或气动装置能例如由马达和/或阀(尤其是微型电动机和/或微型阀)调节。当喷射也能由压电、热或其他效应起动时，这些效应也能受喷嘴控制装置以及例如溅射材料供应部5的压力或流量的影响。

[0120] 计算装置8控制或调节喷嘴控制机构4。该计算装置能具体化为微型控制器、嵌入系统、个人计算机或还呈分布式系统的形式，在该分布式系统中实际的手持式溅射装置仅包括基础计算单元，该基础计算单元能建立至另一计算装置的通信线路，该另一计算装置能例如具有比手持装置的内部的计算装置更多的容量和性能，该另一计算装置诸如是个人计算机、膝上型计算机或工作站。通信线路能由有线或无线装置建立。

[0121] 计算装置8包括或连接至至少一个存储器，该存储器能具体化为RAM、ROM、硬盘、存储器卡、USB-棒等，该存储器能被固定或可移除或两者的组合。

[0122] 存储器被构造成使得存储期望的溅射数据6，该溅射数据可以是CAD绘图、矢量图解、位图图片(压缩或未压缩的)并且还可以甚至包括三维信息。在需要溅射扭曲、弯曲或不均匀的目标表面3的情况下，溅射数据除二维原图(artwork)信息之外还包括关于原图在表面上的三维装配的其它信息。

[0123] 包括3D的期望的溅射数据的另一实施方式能具体地通过多层溅射材料2构造三维溅射，其中先前的溅射能被看作用于当前溅射的新的目标表面3，具体地其中溅射被施加在多层溅射材料2中。根据本发明的手持式溅射装置9能在三维以上中移动，这能带来超过基于三个正交轴线的已知的3D印刷机或立体平板印刷装置的优点。因此，根据本发明的层不限于如常规的3D印刷中的平行且等距的片(slice)，而是这些层能从各个方向被施加。其中每个溅射过程的实际目标表面能倾向于先前的目标表面。这能例如提高由表面溅射装置构建的3D物体的机械强度，这是因为层能沿在使用时将被施加至对象的机械应力的方向被成形，或者换言之，溅射材料层的取向能被任意成形和弯曲，从而鉴于在溅射对象将使用时所预期的负荷分配而获得最大强度。可以这么说，根据本发明的溅射层能跟随张力线，在现有技术笛卡尔3D印刷的状态下不是这样的情况。

[0124] 例如，在溅射装置9的空间中的自由运动能允许从不同角度或者甚至从下面或从整体施加溅射材料2，这是三轴线3D印刷系统不可达到的，在三轴线3D印刷系统中，在减少对支撑腹板或桥的需要的情况下能构建复杂结构，这些腹板或桥后来必须被移除以产生最终的3D产品。作为期望的溅射数据的三维结构的应用能尤其是利用所提及的用于固化溅射材料2的方法。

[0125] 使用者能如上所述在移动装置中定向引导以允许从物体的几乎任一侧和角度进行高度复杂结构的手持的3D溅射。例如，直立结构能通过大致从顶部溅射来构建，而侧面延伸能通过大致从相应侧溅射被施加。显然，溅射的方向不是必要地必须垂直于以通过溅射被施加的结构部分的方向，而是也能被倾斜到一定程度。限制因素是待溅射的目标表面的阴影或溅射材料将不会保持在表面上的这样的平坦溅射角，这两个限制因素显然必须避免。由于溅射装置的手持运动，因此上述条件能尤其是通过自动的用户引导容易达到，从而提示操作员他的手应该执行的优选的运动行程(至少近似运动)，这是因为喷嘴控制能进行喷射的可行的微调。而且，来自操作员的观点的期望的物体的显示或增强现实显示能被用作引导辅助。

[0126] 术语“目标表面”在该实施方式中能是需要进一步构建的期望的3D物体的已形成部分、子部分或横截面的表面。这样的表面的取向不限于平行的平坦片，如在普通快速成型系统中的那样，而是能在溅射过程期间通过从某一方向，具体地沿与表面近似成直角的方向指向溅射装置而改变。根据本发明，三维的所期望的溅射数据还可包括不同的溅射材料信息，例如，由一种材料构建的主体和由第二种材料构建的表面修整部，这两者由同一溅射装置施加。

[0127] 在现有技术中，手持式溅射装置仅能够施加平坦的2D涂层，以主要期望提供目标表面的平滑且光滑的均匀涂层。本溅射装置胜过此效果，从而不仅能够手持施加期望的二维材料分布这样的平面图像，而且能够手持施加呈浮雕(relief)或三维物体形式的三维期望的溅射图案。

[0128] 其中，不仅空间中溅射装置的位置和取向能被用作用于计算仍待被施加的期望的3D溅射数据的部分的基础，而且目标物体和期望的溅射数据的已施加部分能被观察、扫描或测量，以用于确定期望数据的待被施加的部分以及装置的位置和取向的优选范围，应用能从该范围被执行。由此使用者能被引导以在用于应用3D图案的某一部分的空间坐标和取向的该优选范围内保持溅射装置。通过根据本发明的该方面的手持方法，存在比由已知的、刚性的、基于入口的3D印刷机提供的多得多的灵活性，同时避免用于实现如由本文所提出的轻质手持式装置能获得的相同的位置和取向范围灵活性的复杂的机器人臂引导的成本。手持概念还解决了视觉构造或修理3D部件的问题，这在用于3D印刷任务的大型、不可挠曲的且刚性的现有技术机器的情况下常常是有利的但是不可能的。

[0129] 例如，船体、车体、它们的壳体或部件能由例如纤维化合物、热塑性塑料、热固塑料、烧结粉末或上述其它溅射材料溅射，而不要求具有阳模或阴模，而是仅仅用手借助从某些存储装置供应到装置的期望物体的数字三维溅射图案数据进行溅射。用于溅射材料的所述的固化单元使得能够通过在溅射材料施加之后立即固化溅射材料来将下一层材料快速施加到先前的一层材料上。

[0130] 而且3D结构的修理能具体地借助溅射装置用手以该方式执行，该溅射装置能够扫描目标物体的当前3D形状，使其与期望的3D形状匹配并且识别必须由溅射材料补偿或变平坦的形状缺陷，像孔、凸起等。例如，二维或三维照相机或扫描器能用于收集目标的当前情况。而且，标记目标表面上的待溅射区域能由投影单元实现，投影单元诸如是扫描激光投影仪或图像投影仪，像LDC投影单元、DLP投影单元或激光投影单元，这些单元现今能以小尺寸利用，尤其是当包括半导体照明装置像LED或激光二极管时。

[0131] 根据该方面的装置也能称为手持3D印刷单元，该手持3D印刷单元包括用于喷射材料的受控喷嘴装置、空间测定单元和计算单元，该装置具有用于期望的3D溅射数据的存储器，以用于根据空间测定和期望的溅射数据来控制喷嘴装置。该装置还能包括用户引导装置，该用户引导装置用于虚拟地空间引导使用者的保持装置的手。

[0132] 计算装置8还能包括或连接至一个或更多个人机接口26，像显示器、屏幕、投影仪、触摸屏、多点触摸屏、灯、光、按钮旋钮、刻度盘、操纵杆、扬声器、麦克风等；并且该计算装置还提供用于与另外的技术设备通信的机器接口。

[0133] 用于溅射装置9的电力能由电缆或由诸如电池之类的能量存储器供应。该装置还能被供应有压缩空气和/或溅射材料，该压缩空气和/或溅射材料能被存储在装置中或由远程装置供应。

[0134] 计算装置8能从空间测定单元7存取空间信息。空间测定能在不同数量的自由度(DOF)中(例如在具有5或6DOF的空间的3D中)发生。测定能例如通过用于户外应用的全局测定而发生在本地坐标系中或者高级或全局坐标系中。基于当前溅射任务，其仅在2D空间中也是足够测定的，尤其是如果溅射装置9平行于待喷涂的目标表面3或在该目标表面3上被引导或者如果目标距离11由支撑件或由附加的距离测量单元确定。

[0135] 空间测定单元7的可达到的范围和所要求的分辨率取决于实际溅射装置设计用于的应用。该期望范围能从具有几米扩展范围的户内、本地、小面积定位变化到具有几十或几百米扩展范围的用于较大喷涂项目(像运动场或道路标识)的户外、地区或全球区域。

[0136] 用于确定位置和/或姿势的空间测定单元7能包括用于户内和/或户外用途的单个或多个传感器。

[0137] 用于户外应用的一个可行选择是GPS系统，该GPS系统能可选地由IMU、数字式罗盘和/或倾斜计辅助。

[0138] 另一个选择是仅IMU，该IMU也能可选地由数字式罗盘和倾斜计辅助。

[0139] 例如作为莱卡T-MAC或其他以跟踪目标物体的装置的较便宜变形的激光跟踪设备能被附接至溅射装置或位于溅射装置的远处，并且还能用于测定或能与其它测定装置结合使用。

[0140] 空间测定也可以由用于姿势和/或位置确定的一个或更多个照相机获得或支撑。这样的系统也称为基于视觉的跟踪系统，例如使用单个照相机系统或立体视觉系统。

[0141] 此外，一个或更多个范围成像(RIM)传感器能确定溅射装置9上的相对姿势和/或位置或从远程位置确定。在“远程的”情况下，必须确保从远程空间测定单元7到操纵喷嘴控制机构4的计算装置8的充分的实时通信，这允许操纵手引导的十分高的动力学。可选地，延迟也可以由预报或预测抵消(或者至少部分地抵消)，在该情况下，例如从IMU收集的信息也可以是有帮助的。

[0142] 激光扫描单元能与如上所述的RIM类似地被使用，该激光扫描单元能被包括在溅射装置9中或远程放置并且面向现场和溅射装置9。

[0143] 根据本发明的溅射装置9还能包括基于雷达、超声波、光、激光或无线电波的测距仪或测距计，这些测距仪或测距计能用于测定至目标表面的距离或者当使用多个测距仪时还能用来确定相对于目标表面的相对倾角。表面距离传感器如果因此布置则能用于2D和/或3D。

[0144] 该系统也能由用于2D和/或3D的取向传感器(姿势)支撑。

[0145] 如果溅射装置9被附接至一个或更多个关节臂，则臂空间坐标的空间测量也能被用来测定根据本发明的溅射装置。

[0146] 空间测定单元7的实施方式能是被动的(意味着非机动的)关节臂，表面溅射装置9能被附接至该关节臂。为了实现表面溅射装置9相对于目标表面3的定位，关节臂和/或表面溅射装置9能配置有触觉探针或光学距离传感器(像EDM)，以测量目标表面的空间结构并且允许计算喷嘴装置1和目标表面3之间的相对空间信息，箕舌线信息能被包括在控制喷嘴装置1的喷射特征中。如果表面的数字3D模型存在，则例如也可以通过空间测量真实世界实施方式的特征点并且使这些特征点与相应的3D模型匹配并且由此相对于溅射装置9测定一个或更多个目标表面3来限定目标表面3。

[0147] 图1的实施方式示出了用于喷射单种溅射材料2或单色涂料的溅射装置9，该溅射材料或单色涂料作为期望颜色、粘度等的预混合溅射材料2从溅射材料存储器12被供应。

[0148] 图2示出了根据本发明的溅射装置9的实施方式的另一概要图。在该图中喷嘴装置1包括将溅射装置9内的多种溅射材料2混合。在所示示例中，存在从相应的存储器12r、12g、12b供应的、代表红色、绿色和蓝色颜料的三个溅射材料供应部5r、5g、5b。不同的溅射材料然后能在喷嘴装置1内混合成期望的组分，该混合由喷嘴控制机构4控制，例如以获得期望的颜色，该期望的组分然后将由喷嘴装置喷出。

[0149] 所供应的颜色中的每一种的剂量例如能借助阀、具有可变输送率的泵或其他已知装置获得。如需要，则可以进行一些附加的搅拌以获得均匀的混合物。通过混合来自供应部12r、12g、12b的不同的溅射材料，溅射装置9能够自动喷射一定范围的颜色以及颜色过渡。

[0150] 当在本申请中提及术语“颜色”时，也可以意味着溅射材料的其它混合物，其不必导致颜色的变化，像与固化剂、溶剂或其它添加剂的混合。

[0151] 也存在具有供应部5x的另一存储器12x(以虚线绘出)，该存储器例如能包括可被混合以调节涂料的粘度的溶剂。在另一示例中，供应部5x能将透明清漆、不能通过混合获得的特定颜色(像黑色、白色、金色、银色等)或其他添加剂供应到溅射材料，例如以获得金属效果、锤纹修整(hammered finish)等。在其他实施方式中，供应部5x能包括用来影响溅射材料2的固化或其它特性的物质。

[0152] 在该实例中目标表面3包括台阶构造，该台阶构造根据本发明能由喷嘴控制机构4自动处理，该喷嘴控制机构4能够调节喷嘴装置1的喷射特征以获得目标表面上的期望的斑直径而与由台阶引入的距离和倾角的变化无关。除了完全自动调节喷射特征之外，操作员也能被引导或帮助操纵该溅射装置以便实现调节喷射特征。

[0153] 图3所示的溅射装置9的实施方式也能够用溅射材料2r、2g、2b的不同混合物溅射目标表面3。相对于前面的图的主要区别在于，在该实施方式中，存在用于每个溅射材料供应部5r、5g、5b(5x)的单独的喷嘴装置1。溅射材料2r、2g、2b的实际混合发生在喷嘴装置的外部，即：通过在目标表面上重叠每个喷嘴的斑点而在材料2r、2g、2b的射流内在至目标的途中或在目标表面本身上发生。

[0154] 期望的颜色效果也可以在没有实际混合溅射材料的情况下通过使彼此靠近的不同溅射材料的单独斑点对齐来获得，因此它们导致当从远处观看时的期望的颜色观感。该颜色产生方法在喷墨印刷的现有技术中也称为抖动(dithering)。不同溅射材料供应部5和因此喷嘴1的数量不限于某一数量，而是取决于必须获得的溅射材料2的期望的混合物，该期望的混合物能例如包括红色、绿色、蓝色、黑色和白色的颜色以获得宽的颜色范围。而且，能使用其它基础色彩集，如例如从RAL色卡的颜色范围或其子集的混合已知的。

[0155] 除多种溅射材料的直接混合之外，不同喷嘴1或一个单一喷嘴1也能随后和不同的溅射材料2一起使用，例如以借助同一装置以连续方式自动地另选施加多层聚酯和纤维。通过根据本发明的装置，因此也可以评价目标表面3上已经施加的溅射厚度。

[0156] 在该示例中，目标表面3相对于溅射装置9是倾斜的，根据本发明该溅射装置能由空间测定单元7检测，并且因此，当实际上能获得期望的结果时，喷嘴控制装置4能自动调节喷嘴装置1的喷射特征以实现目标3的期望的溅射而与倾角和/或距离无关，和/或以仅喷射溅射材料2。因此，溅射装置9也能存储目标表面3上的已经溅射和/或仍待溅射区域的信息。

[0157] 空间测定单元7或期望的溅射数据6还能包括或获得关于目标表面中的孔14的信息。这能例如有助于避免溅射材料2的浪费并且还避免污染孔14后的环境。显然，该原理也可应用于目标表面上的除孔以外的障碍、不规则物或异常部。

[0158] 图4中，存在与图3相似的根据本发明的溅射装置9的实施方式。该实施方式包括根据本发明的四色CMYK(青色、品红色、黄色、黑色)着色系统，该系统能够将由期望的溅射数据6限定的多色图案16施加到目标表面3上，例如将公司的标识(logo)施加至建筑物的墙壁上或停车场上。根据本发明，这能在没有对目标表面上的非期望的溅射区域进行任何掩蔽的情况下实现，由此能提高溅射过程的生产率，这是因为掩蔽过程会非常费时并且其质量对整个喷印作业结果有很大的影响。

[0159] 根据空间测定单元7，计算装置8控制喷嘴控制机构4以通过根据溅射装置9相对于目标表面3的空间取向调节喷射特征来将由期望的溅射数据6限定的图案施加到目标表面3上，该空间取向尤其是每个喷嘴装置1相对于目标表面3上的目标斑点的空间取向。

[0160] 在该实施方式中，喷嘴控制机构4也能例如通过倾斜喷嘴1或通过影响所喷出的材料2的射流来微调从喷嘴1的喷出或喷射方向。基于关于目标表面3上的已经溅射和仍待溅射的区域的空间取向和知识，计算装置8能够自动地决定是否将溅射材料2释放到表面3上的目前瞄准的斑点。在该情况下，沿喷嘴1的喷射方向的目前瞄准的斑点也能借助用于使喷射的当前方向偏转的装置来微调。偏转也能抵消手引导的颤抖和不确定性。此外，喷嘴控制机构4也能够调节每次喷射的材料2的喷射散度和/或喷射量。

[0161] 与前述颜色混合方法中的一个方法结合，根据本发明的手持式溅射装置9能够将多色溅射施加到目标表面3上，该多色溅射由期望的溅射数据6限定，溅射数据例如作为存储在存储卡上的数字原图或图像提供。这种图像能以所谓的位图的形式存储，位图包括为待施加的溅射材料的限定斑点的预先确定像素的矩阵，并且这样的图像还可包括关于材料的期望的类型或颜色的信息。图像能另选地以压缩形式或以矢量信息(例如，如以CAD文件)的形式、文本信息形式等存储，这些形式能由计算装置转换成目标表面上溅射材料斑点的期望分布。期望的溅射数据能被描述为待溅射到目标表面上的期望图案的数字表示，溅射数据包括关于目标表面的多个区域、多个部分或多个子部分的信息，这多个区域、多个部分或多个子部分必须以不同的属性(具体地不同的颜色、溅射材料、厚度、表面状况等)被溅射。

[0162] 图5示出了根据本发明的溅射装置9的另一示例性实施方式，该溅射装置包括一排或一行多个喷嘴装置1。图示示出了如相对于图2描述的用于溅射材料2的混合的喷嘴1，而且其他所述的混合方法可以类似的方式应用于排布置。

[0163] 通过对齐一排、一条或另一布置中的多个喷嘴1，可以立即覆盖目标表面上的宽区域，同时保持低的喷射散度和目标斑点尺寸。目标表面3由车体(未按比例绘出)代表。条布置也能用来通过仅从那些喷嘴1喷射同时使其它喷嘴1不活动来抵消操纵不准确度，那些喷嘴实际上瞄准表面3的根据期望的溅射数据6必须被溅射的部分。

[0164] 溅射或喷涂能在汽车的生产期间或也在车体的部件的修理或更换的情况下进行。例如，在修理的情况下，位于溅射装置9处或位于该溅射装置9外部的颜色检测系统能用来确定待修理的车辆的当前和因此期望的颜色，该信息然后能被用来调节溅射装置9中的颜色混合系统以因此获得期望的颜色。

[0165] 此外，溅射装置9能手动、自动或半自动地检测待被溅射的期望区域，该期望区域由用于定义期望的溅射数据的空间测定测量代表。该期望的区域也能以CAD数据模型提供或者通过教导待被溅射的期望区域的边界线、边缘或角部来提供，例如通过借助例如激光点来指示包围期望的数据的多边形的轮廓或边缘来提供。

[0166] 如果装置配置有3D检测装置，诸如RIM-照相机、激光扫描仪等，则目标表面也能被扫描和呈现为屏幕上的图像或3D模型，在屏幕上期望的溅射区域或数据6能在实际溅射过程前在装置本身处或在远程计算机装置上被选择和调节。而且，特殊图案(像标志等)能由相似装置实际上放置在目标表面3的模型或图像上。

[0167] 确定期望的溅射数据的其它示例是通过成像装置在线或离线测量实际溅射厚度或检查目标表面3，例如以找到色差等。所提及的涂料厚度传感器例如是已知的并且用于汽车或金属板区域以用于确定溅射厚度。

[0168] 溅射装置还能包括涂料识别传感器或与该涂料识别传感器相互作用，涂料识别传感器能够确定很久以前已被施加或刚刚施加至表面的涂料的颜色、视觉特性、类型或状态。这种涂料识别传感器的普通示例是例如最终与相应的照明系统结合的数字照相机、红外或紫外照相机或传感器。

[0169] 另一个选择是使装置配置有电子显示器或投影装置，该电子显示器或投影装置允许通过图片或激光线投影仪重叠屏幕上的期望的溅射数据或待投射在目标表面上的期望的溅射数据。

[0170] 图5示出了用于溅射包括目标表面3的物体的根据本发明的手持式喷涂装置9的实施方式，该装置配置有附加的传感器装置。

[0171] 图示示出了在相当长的时间内或从先前的工作期间已存在于表面上的先前的溅射21。除该先前的溅射21外，当前溅射22需要被施加到目标表面上，该当前溅射例如能被期望匹配先前溅射的颜色和表面特性或者能例如是待重叠在先前的溅射21上的图形项目。为了确定先前溅射21的特性，涂料识别传感器6A能被包括在装置9内或附接至该装置9。

[0172] 为了与装置9相互作用，例如为了选择、布置、修改、操纵、形成或限定期望的溅射数据6，该溅射数据不仅包括选择简单的溅射参数(像溅射厚度、延伸、目标表面边缘等)，如为表面的平坦喷涂所需的参数，而且包括相当复杂的图解设计。该溅射装置包括人机接口26(HMI)，该人机接口例如能包括按钮、旋钮、操纵杆、刻度盘、显示器、触摸屏等。除操纵局部位于该装置9处的期望的溅射数据6外，该任务也能在远程计算机上进行，然后由例如存储卡或由有线或无线数据链路传送至该装置，由此能减少溅射装置的HMI处需要的操纵。HMI 26也能用作如所讨论的用户引导用方向指示20。

[0173] 空间测定单元7能以如已经在以上说明的许多不同的方式具体化，这取决于所需的范围和精确度，其一些示例性情况在下面列出。

[0174] 例如，基于GPS的定位系统能用于户外应用，该基于GPS的定位系统与至少一个用于精确地确定目标距离的电子测距仪结合。

[0175] 另一实施方式通过支撑轮获得测定的目标距离并且仅需要GPS，优选地为具有提高的精确度的GPS，诸如RTK校正的GPS或DGPS。

[0176] 又另一实施方式能具有空间测定单元，该空间测定单元需要建立例如也可以用于户内的至少一个外部基站或参考标记。这样的基站的示例能是激光扫描器、RIM-照相机、经纬仪、全站仪、准距仪、激光水平仪、激光跟踪器等。

[0177] 而且，根据本发明能使用在以上描述过并且也是那些的各种组合的空间测定单元7的其它实施方式。具体地，IMU能用来确定手持式装置的运动的动力学，该信息能与可比较的更静态的空间位置和取向测量结合。

[0178] 喷嘴1和喷嘴控制装置4也被包括在所示的溅射装置9中，具体地该实施方式包括成排布置的多个喷嘴1。

[0179] 所示的实施方式还包括一个或更多个溅射材料供应部5和溅射材料罐12。与能量存储器(诸如电池和/或压缩空气罐)结合，这允许无线溅射装置9能够用手自由地移动，而没有任何缆线和/或供应线。

[0180] 另一个实施方式能被分成一种背包(backpack)和溅射材料罐，该背包包括较重零件(像电源)，该溅射材料罐由缆线和管联接至轻质手持式喷嘴装置以用于降低使用者手上的负担。这样的布置还可包括附加支撑框架，该附加支撑框架附接至地面或附接至操作员的身体以用于将装置的负载从使用者的手分配到其它区域。这种支撑的实施方式例如在顺畅地引导庞大的专用胶片或摄影机的领域是已知的。

[0181] 溅射装置9能包括用于用户引导的指示装置，该指示装置帮助使用者跟踪期望的路径和/或将他的手引导到仍需要被溅射的区域。这样的引导能通过光学装置、声学装置或触觉装置来实现。例如，借助LED或借助屏幕上的符号的期望的方向指示指向期望的方向。也可以在电子显示器上显示更高级的，例如3D引导信息或者可以将引导线、形状、符号或指示直接投射在待溅射的目标表面上。而且，能够使用借助声音命令或蜂鸣声的声学指示。另一个选择可以包括装置的手柄的振动，例如如果喷嘴和目标表面之间的距离在可接受或可自动校正的范围之外。那些指示装置能被包括在上述HMI 26中。

[0182] 根据本发明的溅射装置9的实施方式也能包括或能联接至另外的环境传感器6A，该环境传感器6A用于确定本地环境条件(诸如温度、风速、湿度、时间和影响溅射材料的干燥条件的其它因素)。由那些传感器6A收集的环境信息能由计算装置使用以例如在多层喷涂中命令喷嘴控制机构。此外，能够存在用于分析溅射材料的传感器6A，像确定溅射材料的粘度、流量、供给原料等。而且，重力方向在确定期望的喷射特征中能被考虑。

[0183] 根据本发明的溅射装置9的实施方式能用手纯手动移动或由用于减轻或抵消重量和/或空间测定的装置(诸如导轨、受电扑座(trolley stand)、有轮推车、关节臂)至少部分地支撑(仍手引导-无完全自动机动的机器人方案)。例如，用于使用粉笔线标记运动场的手推车包括根据本发明的溅射装置，该手推车引导使用者沿着由指示装置26期望标记的期望的路径手拽该手推车，并且借助喷嘴控制装置自动校正最小偏差，并且具体地也能借助手持式装置9将运动俱乐部标识精确地施加到地面或墙壁上。这能通过将根据本发明的溅射装置9装载有期望的颜色并且施加标识的部分(需要该颜色并且然后装载下一个颜色)在随后用于每种颜色的多色中进行。另一选择是使用根据本发明的溅射装置9，该溅射装置包括自动混色并且能够将多色溅射施加到目标表面3上。

[0184] 根据本发明的表面溅射装置9的实施方式能包括空间测定单元4，该空间测定单元构造成使得具体地通过能单独包括或在溅射装置9中结合的位置、角度和/或惯性确定装置(诸如惯性测量单元(IMU)、电子测距仪(EDM)、全球定位系统(GPS)、本地定位系统(LPS)、大地测量仪器、被动关节臂、立体照相机、3D扫描器和/或RIM照相机)以至少五个自由度测定表面溅射装置9。空间测定单元4或其部分也能放置在溅射装置9外部并且对应的参考标记能被包括在溅射装置9中。

[0185] 根据本发明的表面溅射装置9的实施方式也能包括附加的传感器装置6A，其用于确定目标表面3特性，尤其是溅射和非溅射区域、当前溅射厚度、当前表面颜色和/或重力方向。

[0186] 根据本发明的表面溅射装置9的实施方式能被构造成使得目标表面3由一种或更多种颜色或材料2溅射，其中颜色或材料2能是：

[0187] -通过抖动或溅射来自溅射材料供应部5的一组基础的不同颜色或材料2的溅射材料的斑点的点阵来混合的；

[0188] -用一组基础的不同溅射材料2进行的在线混合，该在线混合在喷嘴装置1的内部或前面进行，或者通过在目标表面3上重叠不同溅射材料2的斑点进行；或者

[0189] -与从溅射材料供应部5供应的预混合颜色或材料2离线混合。

[0190] 图7所示的表面溅射装置9的实施方式由呈三维物体信息的形式的期望的溅射数据6供应，例如待由溅射材料2建立的实心物体30的CAD模型。箭头36示出了一种坐标系统，在该坐标系统中，手持式装置能由使用者以6个自由度自由地移动。箭头36也可以被看到示出装置9的空间测定，这在5或6个自由度内进行。该实例中的目标表面是物体的已溅射部分，可以说是待溅射的物体的交叉部，该已溅射部分在溅射任务期间推进。图中的实施方式还示出了借助跟踪器系统7b的上述空间测定，该空间测定以至少五个自由度确定溅射装置的位置和取向。

[0191] 与此相反，图8示出了现有技术3D印刷机的示例，该3D印刷机由笛卡尔框架结构X、Y、Z构建。3D印刷的过程通过喷射材料以由材料的等距层构建物体30来执行。在一些另选实施方式中，已经存在的材料在彼此上下堆叠的等距层中被固化用于分层构建物体30。在一些情况下，例如为了构建悬臂，附加的支撑结构必须被构建并且稍后被移除以能够印刷物体。而且，物体大小由机架结构限制。

[0192] 如图9所示，上述缺点能根据本发明借助当前手持表面溅射装置9来克服。物体能由操作员39从如由图中的位置所示的任一空间位置和方向溅射。显然，多个使用者39和溅射装置9也能同时在同一物体30上作业以提高生产率。物体30能由从任何方向施加的溅射材料的层32构建，因此一般不需要临时支撑结构。而且层不必如现有技术是平的和等距的，而是能自由地成形。

[0193] 层的形状能以期望的溅射数据预确定或者溅射能自由地进行，这取决于使用者39的运动和装置9的瞄准。与图8相反，这也允许不受限制的物体大小，这是因为印刷区域不受限制。上述用户引导将因此被执行。溅射过程的细节已在上讨论过。