JP7852866B2 - Unmanned aerial vehicle (UAV) for spray coating resin materials - Google Patents
Unmanned aerial vehicle (UAV) for spray coating resin materialsInfo
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Description
本発明は、無人航空機によって構造物表面に樹脂剤、ポリマーセメントなどを吹付け塗装する装置に関するものである。 This invention relates to an apparatus for spray-coating the surface of structures with resins, polymer cements, etc., using an unmanned aerial vehicle.
風力発電装置のブレードやタワー等の構造物の表面は、風雨に晒され続けることによる経年劣化、鳥類などの衝突や落雷などによる損傷が不可避的に生じる。また、高架橋の桁や橋脚、多種多様なコンクリート構造物等も中性化、塩害、凍害、疲労、風化等によりひび割れ、浮き・剥落、鉄筋の腐食等が発生する。このため定期的に構造物表面の検査が行われる。検査によって構造物表面の保護膜の剥がれや金属部分の錆などが見つかれば、保護膜の剥離部分や錆の発生部分が除去された後、樹脂剤の塗布やひび割れ部への注入等がなされ、さらに表面に保護膜を形成する補修が行われる。 The surfaces of wind turbine blades, towers, and other structures inevitably deteriorate over time due to continuous exposure to wind and rain, and are damaged by collisions with birds and lightning strikes. Similarly, elevated bridge girders, piers, and various other concrete structures also experience cracking, delamination, spalling, and rebar corrosion due to carbonation, salt damage, freeze-thaw damage, fatigue, and weathering. Therefore, regular inspections of structural surfaces are conducted. If inspections reveal peeling of the protective coating or rust on metal parts, the peeled or rusted areas are removed, followed by the application of resin, injection into cracks, and further repairs to form a protective coating on the surface.
樹脂剤の塗布による補修は、通常、作業員によって行われるため、高所の場合は特に危険で作業性も悪かった。加えて、足場の組み立てあるいは吊り下げゴンドラの設置などの準備作業も含めた作業期間が長期間となりまた高費用となっていた。 Repair work using resin coatings is typically performed by workers, making it particularly dangerous and inefficient at high altitudes. Furthermore, the work period, including preparatory work such as scaffolding assembly or the installation of suspension gondolas, was long and costly.
そこで、例えば、特許文献1には、吊り下げ体(無人航空機)によって、吐出部が設けられた支持本体部を吊り下げ、ホースを介して地上から送られてくる塗装剤を吐出部から構造物の壁面に吹付け塗装する装置が提案されている。 Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a device in which a support body equipped with a discharge unit is suspended by a suspension unit (unmanned aerial vehicle), and a coating agent sent from the ground via a hose is sprayed onto the wall surface of a structure from the discharge unit.
特許文献1に提案の技術では、塗装剤はホースを介して地上から送られてくるため、作業範囲はホースの長さに制約される。また、融点が常温以上の塗装剤を用いる場合には、塗装剤が固化しないようにホースを加熱保温する必要があるので、ホースを長くすることは実使用上難しい。 In the technology proposed in Patent Document 1, the paint is delivered from the ground via a hose, thus limiting the working range to the length of the hose. Furthermore, when using a paint with a melting point above room temperature, the hose needs to be heated and maintained to prevent the paint from solidifying, making it practically difficult to extend the hose length.
そこで本発明の目的は、原材料として融点が常温以上のものを用いるポリウレタン樹脂又はポリウレア樹脂の構造物表面への吹付け塗装を、短い準備作業期間で、広い作業範囲で、安全且つ確実に行える装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide an apparatus that can safely and reliably perform spray coating of polyurethane resin or polyurea resin, which uses raw materials with a melting point above room temperature, onto the surface of structures, within a short preparation period and over a wide work area.
前記目的を達成する本発明に係る構造物表面の吹付け塗装装置の一態様は、無人航空機を用いて構造物表面にポリウレタン樹脂又はポリウレア樹脂を吹付け塗装する装置であって、無人航空機と、前記無人航空機に搭載された、ポリイソシアネート化合物からなる第1液と、ポリオール化合物又はポリアミン化合物からなる第2液とを各々貯蔵した交換可能な2本以上の容器と、前記容器を保温する保温部材と、前記容器に貯留された第1液および第2液を混合器に供給するアクチュエーターと、前記混合器で混合された混合液を前記構造物表面に噴霧するノズルとを備えたことを特徴とする。 One embodiment of the spray coating apparatus for structural surfaces according to the present invention, which achieves the above objective, is an apparatus for spray coating a polyurethane resin or polyurea resin onto a structural surface using an unmanned aerial vehicle, characterized by comprising: an unmanned aerial vehicle; two or more replaceable containers mounted on the unmanned aerial vehicle, each storing a first liquid consisting of a polyisocyanate compound and a second liquid consisting of a polyol compound or polyamine compound; a heat-insulating member for keeping the containers warm; an actuator for supplying the first and second liquids stored in the containers to a mixer; and a nozzle for spraying the mixed liquid from the mixer onto the structural surface.
前記構成の吹付け塗装装置において、前記アクチュエーターが、圧縮気体が充填された蓄圧器と、前記蓄圧器から圧縮気体が供給されるシリンダーと、前記シリンダー内に軸方向に摺動可能に設けられたピストンとを有し、圧縮気体が前記シリンダーに供給されることで、前記ピストンが前記シリンダー内を軸方向に摺動して前記ピストンのロッドが前記シリンダーから外方に突出して前記容器内の第1液および第2液を前記混合器へ押し出し供給するものであるのが好ましい。 In the spray painting apparatus with the above configuration, it is preferable that the actuator comprises an accumulator filled with compressed gas, a cylinder to which compressed gas is supplied from the accumulator, and a piston slidably mounted axially within the cylinder. When compressed gas is supplied to the cylinder, the piston slides axially within the cylinder, causing the piston rod to protrude outward from the cylinder and push out and supply the first and second liquids in the container to the mixer.
また前記構成の吹付け塗装装置において、前記無人航空機にカメラがさらに搭載されるのが好ましい。 Furthermore, in the spray painting apparatus with the above configuration, it is preferable that a camera is further mounted on the unmanned aerial vehicle.
また前記構成の吹付け塗装装置において、前記混合器がスタティックミキサーであるのが好ましい。 Furthermore, in the spray painting apparatus with the above configuration, it is preferable that the mixer is a static mixer.
本発明に係る吹付け塗装装置によれば、原材料として融点が常温以上のものを用いるポリウレタン樹脂又はポリウレア樹脂の構造物表面への吹付け塗装が、短い準備作業期間で、広い作業範囲で、安全且つ確実に行える。 According to the spray coating apparatus of the present invention, spray coating of polyurethane resin or polyurea resin, which uses raw materials with a melting point above room temperature, onto the surface of structures can be performed safely and reliably with a short preparation period and over a wide work area.
以下、本発明の吹付け塗装装置に係る実施形態例を図に基づきさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。 The following describes in more detail, with reference to the figures, examples of embodiments relating to the spray coating apparatus of the present invention. However, the present invention is not limited in any way to these embodiments.
図1及び図2に、本発明に係る吹付け塗装装置の一実施形態を示す側面図および上面図を示す。これらの図に示す吹付け塗装装置Dは、無人航空機1と、無人航空機1に搭載された保温部材3で覆われた2本の容器2a,2b(図3に図示)と、容器2a,2b内に各々貯留された第1液L1と第2液L2(図3に図示)とを混合するスタティックミキサー(混合器)4と、第1液L1と第2液L2とを容器2a,2bからスタティックミキサー4に押出し供給するエア式アクチュエーター5と、スタティックミキサー4の端部に取り付けられたノズル6と、ノズル6に取り付けられたカバー部材7とを備える。以下、吹付け塗装装置Dの各構成部材について説明する。 Figures 1 and 2 show a side view and a top view illustrating one embodiment of a spray painting apparatus according to the present invention. The spray painting apparatus D shown in these figures comprises an unmanned aerial vehicle 1, two containers 2a and 2b (shown in Figure 3) covered with a heat-insulating member 3 mounted on the unmanned aerial vehicle 1, a static mixer (mixer) 4 for mixing a first liquid L1 and a second liquid L2 (shown in Figure 3) stored in the containers 2a and 2b respectively, an air-operated actuator 5 for pushing and supplying the first liquid L1 and the second liquid L2 from the containers 2a and 2b to the static mixer 4, a nozzle 6 attached to the end of the static mixer 4, and a cover member 7 attached to the nozzle 6. The individual components of the spray painting apparatus D will be described below.
(無人航空機)
本発明の大きな特徴の一つは、構造物の補修部位への吹付け塗装を行う移動手段として無人航空機1を用いることにある。これにより、足場の組み立てや吊り下げゴンドラの設置などといった準備作業が不要となり、従来に比べて作業時間が格段に短くできる。本発明で使用できる無人航空機1としては、後述の容器2a,2b(図3に図示)とアクチュエーター5とを搭載可能であれば特に限定はなく市販のものが使用可能である。図1に示す無人航空機1は、本体部10と、平面視において本体部10の外周部から略等角度間隔で外方に延出した棒状の4つの支持部12a~12dと、4つの支持部12a~12dの各々の先端部に、回転軸が鉛直方向となるように設けられた4つの回転モータ13a~13d(以下、「回転モータ13」と総称することがある。)と、4つの回転モータ13の各々の回転軸に取り付けられた4つの回転翼14a~14d(以下、「回転翼14」と総称することがある。)と、4つの回転モータ13の回転等を制御する制御部15(図4に図示)と、通信部16(図4に図示)と、電源17(図4に図示)とを備える。なお、本体部10は、制御部15と通信部16と電源17とを収納している。また、本実施形態では、無人航空機1がいわゆるクワッドコプターとされているが、これに限定されることなく、回転翼14が1つ、3つ、6つ、8つとなるヘリコプターや別のマルチコプターであってもよい。無人航空機の回転翼動力の必要電力を蓄電池で十分満たせない場合は、無人航空機が電源ケーブルを吊り下げ、地上から電源供給を受けることも出来る。回転翼の動力がエンジンから得る場合は、無人航空機に発電機を搭載させて発電機から電力の供給を受けてもよい。
(Unmanned aerial vehicle)
One of the major features of this invention is the use of an unmanned aerial vehicle (UAV) 1 as a means of transport for spray painting repair areas of structures. This eliminates the need for preparatory work such as assembling scaffolding or setting up suspended gondolas, and significantly reduces working time compared to conventional methods. There are no particular limitations on the UAV 1 that can be used in this invention as long as it can carry the containers 2a and 2b (shown in Figure 3) and actuator 5 described later, and commercially available models can be used. The unmanned aerial vehicle 1 shown in Figure 1 comprises a main body 10, four rod-shaped support parts 12a to 12d extending outward from the outer circumference of the main body 10 at approximately equal angular intervals in a plan view, four rotary motors 13a to 13d (hereinafter sometimes collectively referred to as "rotary motors 13") provided at the tip of each of the four support parts 12a to 12d with their rotation axes oriented vertically, four rotor blades 14a to 14d (hereinafter sometimes collectively referred to as "rotary blades 14") attached to the rotation axes of each of the four rotary motors 13, a control unit 15 (shown in Figure 4) for controlling the rotation of the four rotary motors 13, a communication unit 16 (shown in Figure 4), and a power supply 17 (shown in Figure 4). The main body 10 houses the control unit 15, the communication unit 16, and the power supply 17. Furthermore, although the unmanned aerial vehicle 1 is a so-called quadcopter in this embodiment, it is not limited to this, and may be a helicopter or another multicopter with one, three, six, or eight rotors 14. If the battery cannot sufficiently supply the power required for the rotors of the unmanned aerial vehicle, the unmanned aerial vehicle can be suspended from a power cable and receive power from the ground. If the rotor power is obtained from an engine, the unmanned aerial vehicle may be equipped with a generator and receive power from the generator.
回転翼14が回転することで無人航空機1の浮力が発生する。各回転翼14の回転速度は、制御部15からの制御信号により、各回転モータ13で個別に制御される。これにより、無人航空機1の前後左右動作や上下動作や旋回動作やホバリング動作などが可能となる。 The rotation of the rotor blades 14 generates lift for the unmanned aerial vehicle 1. The rotation speed of each rotor blade 14 is individually controlled by each rotary motor 13 via a control signal from the control unit 15. This enables the unmanned aerial vehicle 1 to perform forward, backward, left, right, up, down, turning, and hovering maneuvers.
無人航空機1は、操縦者による遠隔指示操作のもと、通信部16が指示信号を受信して制御部15によって複数の回転モータ13の駆動が制御され飛行する。あるいは、無人航空機1は、GPS(Global Positioning System)からの信号、更には、地上局からの信号によって現在位置を把握し飛行するようにしてもよい。また無人航空機1は、安定した飛行を実現するために、不図示の加速度センサや角速度センサ、気圧センサ、高度センサ、風向風速センサ、ジャイロセンサなどのセンサを備えていてもよい。更に、位置制御の安定性と精度向上を行う為に回転翼のピッチ制御を備えてもよい。 The unmanned aerial vehicle (UAV) 1 flies under remote control by a pilot, with the communication unit 16 receiving instruction signals and the control unit 15 controlling the drive of multiple rotary motors 13. Alternatively, the UAV 1 may determine its current position and fly using signals from GPS (Global Positioning System) and/or from a ground station. Furthermore, to achieve stable flight, the UAV 1 may be equipped with sensors such as acceleration sensors, angular velocity sensors, barometric pressure sensors, altitude sensors, wind direction and speed sensors, and gyroscope sensors (not shown). In addition, to improve the stability and accuracy of position control, it may be equipped with rotor pitch control.
図1に示すように、本体部10の下面にはカメラ8が回動可能に設けられている。また本体部10には下方に向かって棒状の4本の脚部9a~9dが取り付けられている。そして、4本の脚部9a~9dの上下方向途中部には台座90が固定されている。台座90の上面には、後述する容器2a,2bを内包した保温部材3とアクチュエーター5が取り付けられている。 As shown in Figure 1, a camera 8 is rotatably mounted on the lower surface of the main body 10. Four rod-shaped legs 9a to 9d are attached to the main body 10, extending downwards. A base 90 is fixed to the vertical portion of the four legs 9a to 9d. A heat-insulating member 3 containing the containers 2a and 2b (described later) and an actuator 5 are attached to the upper surface of the base 90.
カメラ8は、制御部15からの指令に基づき撮影方向が制御され、構造物表面の吹付け塗装前および/または吹付け塗装後の状態を撮影する。カメラ8で撮影された構造物表面の吹付け塗装前および/または吹付け塗装後の状態から、吹付け塗装条件を最適化することもできる。 Camera 8's shooting direction is controlled based on commands from the control unit 15, and it captures images of the structure's surface before and/or after spray painting. The spray painting conditions can also be optimized based on the images of the structure's surface before and/or after spray painting captured by camera 8.
(容器,保温部材)
図3に示すように、無人航空機1に搭載される2つの容器2a,2bには、容器2aに第1液L1としてのポリイソシアネート化合物が充填され、容器2bに第2液L2としてのポリオール化合物またはポリアミン化合物が充填されている。2つの容器2a,2bは同一の円筒形状で、並んだ状態で部分的に接合され一体として取り扱われる。2つの容器2a,2bの軸方向先端側は共通の供給口22に繋がっている。2つの容器2a,2bの軸方向後端の後壁21a,21bは、液密性を有した状態で軸方向に移動可能とされている。後述するように、アクチュエーター5のロッド54a,54bが突出することによって容器2a,2bの後壁21a,21bが軸方向先端側に移動して第1液L1および第2液L2が容器2a,2bからスタティックミキサー4に押出し供給される。容器2a,2bは交換可能で、容器2a,2b内の第1液L1および第2液L2が使用によって無くなれば新しいものに交換される。なお、2つの容器2a,2bは接合されず個別であってもよい。
(Containers, heat-insulating materials)
As shown in Figure 3, two containers 2a and 2b mounted on the unmanned aerial vehicle 1 are filled with a polyisocyanate compound as the first liquid L1 in container 2a and a polyol compound or polyamine compound as the second liquid L2 in container 2b . The two containers 2a and 2b are identical cylindrical in shape and are partially joined together when placed side by side, and are handled as a single unit. The axial ends of the two containers 2a and 2b are connected to a common supply port 22. The rear walls 21a and 21b at the axial rear ends of the two containers 2a and 2b are made movable in the axial direction while maintaining liquid-tightness. As will be described later, when the rods 54a and 54b of the actuator 5 protrude, the rear walls 21a and 21b of the containers 2a and 2b move toward the axial end, and the first liquid L1 and the second liquid L2 are pushed out from the containers 2a and 2b to the static mixer 4. Containers 2a and 2b are interchangeable, and when the first liquid L1 and second liquid L2 in containers 2a and 2b are used up, they are replaced with new ones. Note that the two containers 2a and 2b do not need to be joined together and may be separate.
第1液L1および第2液L2が充填された容器2a,2bは、地上において無人航空機1に搭載される前までは加熱器(不図示)によって加熱され、設定温度(例えば75℃)に達すれば保温され、飛行直前に無人航空機1に搭載される。容器2a,2b内温度は外気温の影響を受けるので、容器2a,2bの外周は保温部材3で覆われる。容器2a,2bは、保温部材3で覆われた状態で無人航空機1に搭載されてもよいし、無人航空機1の容器2a,2bの取り付け部に保温部材3が設けられていてもよい。作業時間を考慮し、保温部材3に加えてヒーターH(図4に図示)などの加熱部材を容器2a,2bの周囲に取り付けるようにしてもよい。 Containers 2a and 2b, filled with the first liquid L1 and the second liquid L2 , are heated by a heater (not shown) on the ground before being mounted on the unmanned aerial vehicle 1. Once they reach a set temperature (e.g., 75°C), they are kept warm and mounted on the unmanned aerial vehicle 1 immediately before flight. Since the internal temperature of containers 2a and 2b is affected by the ambient temperature, the outer periphery of containers 2a and 2b is covered with an insulating member 3. Containers 2a and 2b may be mounted on the unmanned aerial vehicle 1 while covered with the insulating member 3, or the insulating member 3 may be provided at the mounting points for containers 2a and 2b on the unmanned aerial vehicle 1. Considering the working time, heating elements such as heaters H (shown in Figure 4) may be attached around containers 2a and 2b in addition to the insulating member 3.
第2液L2としてポリオール化合物を用いた場合には、第1液L1のポリイソシアネート化合物と反応してポリウレタン樹脂となって構造物表面に吹付け塗装される。第2液L2としてポリアミン化合物を用いた場合には、第1液L1のポリイソシアネート化合物と反応してポリウレア樹脂となって構造物表面に吹付け塗装される。 When a polyol compound is used as the second liquid L2 , it reacts with the polyisocyanate compound of the first liquid L1 to form a polyurethane resin, which is then spray-painted onto the surface of the structure. When a polyamine compound is used as the second liquid L2 , it reacts with the polyisocyanate compound of the first liquid L1 to form a polyurea resin, which is then spray-painted onto the surface of the structure.
ポリイソシアネート化合物は、イソシアネート基を1分子中に2個以上有するものであり、例えば、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート(液状MDI)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(粗製MDI)、2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート、3-イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(IPDI)等の低分子量イソシアネート化合物が使用できる。 Polyisocyanate compounds are those having two or more isocyanate groups in a single molecule. Examples of low molecular weight isocyanate compounds that can be used include diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI), carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (liquid MDI), polymethylene polyphenyl isocyanate (crude MDI), 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI), xylylene diisocyanate (XDI), hexamethylene diisocyanate, and 3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate (IPDI).
ポリオール化合物は、アルコール性水酸基を1分子中に2個以上有するものであり、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリテトラメチレングリコール等が使用できる。 Polyol compounds have two or more alcoholic hydroxyl groups in one molecule; for example, polyether polyols, polyester polyols, and polytetramethylene glycols can be used.
ポリアミン化合物は、アミノ基を有するものであり、例えば、トリエチレンテトラミンのような脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミンのような芳香族ポリアミン、イソホロンジアミンのような脂環式ポリアミン等が使用できる。 Polyamine compounds are those containing an amino group, and examples include aliphatic polyamines such as triethylenetetramine, aromatic polyamines such as metaphenylenediamine, and alicyclic polyamines such as isophoronediamine.
(スタティックミキサー(混合器))
スタティックミキサー4は、円筒部材41と、円筒部材41の中に挿入された湾曲板等のエレメント42とを有する。第1液L1と第2液L2がスタティックミキサー4内を通過する際に、分割・合流、局部的な剪断、引き伸ばしや折り畳み等の作用が働いて、第1液L1と第2液L2とは混合される。なお、本発明で使用する混合器はスタティックミキサー4に限定されるものではなく、従来公知の混合器を用いることができるが、構造が簡単で動力を必要としない点でスタティックミキサー4の使用が望ましい。スタティックミキサー4は交換可能なものが望ましく、1回の吹付け塗装作業が終了すると新しいものに交換するのが好ましい。すなわち、容器2a,2bの交換と同じタイミングでスタティックミキサー4も交換するのが好ましい。
(Static mixer)
The static mixer 4 has a cylindrical member 41 and an element 42, such as a curved plate, inserted into the cylindrical member 41. As the first liquid L1 and the second liquid L2 pass through the static mixer 4, actions such as division and merging, local shearing, stretching and folding occur, and the first liquid L1 and the second liquid L2 are mixed. Note that the mixer used in the present invention is not limited to the static mixer 4, and conventionally known mixers can be used, but the use of the static mixer 4 is preferable because of its simple structure and the fact that it does not require power. It is preferable that the static mixer 4 be replaceable, and it is preferable to replace it with a new one after each spray painting operation is completed. That is, it is preferable to replace the static mixer 4 at the same time as replacing the containers 2a and 2b.
(ノズル)
ノズル6は、スタティックミキサー4で混合された混合液を構造物表面に吹付け塗装する。具体的には、ノズル6は、スタティックミキサー4から排出される混合液と蓄圧器51から送られるエアとを混合して吹付け塗装する。本実施形態では混合液の噴射形状は円錐形状であるが、これに限定されるものではなく、四角錐形状や螺旋形状、線状などであっても構わない。ノズル6はスタティックミキサー4の軸方向先端に着脱可能に取り付けられる。前述のように、スタティックミキサー4は使用済みの容器2a,2bと共に交換されるが、ノズル6も同様に交換するのが好ましい。
(nozzle)
The nozzle 6 sprays the mixed liquid, prepared in the static mixer 4, onto the surface of the structure. Specifically, the nozzle 6 mixes the mixed liquid discharged from the static mixer 4 with air supplied from the accumulator 51 and sprays the mixture. In this embodiment, the spray shape of the mixed liquid is conical, but it is not limited to this and may be a square pyramidal shape, spiral shape, linear shape, etc. The nozzle 6 is detachably attached to the axial end of the static mixer 4. As mentioned above, the static mixer 4 is replaced along with the used containers 2a and 2b, and it is preferable to replace the nozzle 6 in the same manner.
(アクチュエーター)
図3にアクチュエーター5の概説図を示す。図3に示すアクチュエーター5は、容器2a,2b内に貯留された第1液L1および第2液L2をスタティックミキサー4に押し出し供給するものである。アクチュエーター5は、圧縮エアが充填された蓄圧器51と、蓄圧器51から圧縮気体が供給されるシリンダー52と、シリンダー52内に軸方向に摺動可能に設けられたピストン53とを有する。蓄圧器51とシリンダー52との間には、開閉弁55と減圧器56、流量調節弁57とが設けられている。また減圧器56と流量調節弁57との間に分岐管が設けられ、所定圧のエアがノズル6にも送られる。
(Actuator)
Figure 3 shows a schematic diagram of the actuator 5. The actuator 5 shown in Figure 3 pushes and supplies the first liquid L1 and the second liquid L2 stored in containers 2a and 2b to the static mixer 4. The actuator 5 has an accumulator 51 filled with compressed air, a cylinder 52 to which compressed gas is supplied from the accumulator 51, and a piston 53 that is axially slidable within the cylinder 52. An on-off valve 55, a pressure reducer 56, and a flow control valve 57 are provided between the accumulator 51 and the cylinder 52. A branch pipe is also provided between the pressure reducer 56 and the flow control valve 57, and air at a predetermined pressure is also sent to the nozzle 6.
蓄圧器51に充填されるエアの圧力は、ノズル6から噴霧される混合液の噴霧時間などから適宜決定されるが、通常、1MPa~5MPaの範囲である。また減圧器56による調整後の圧力は、噴霧速度や噴霧量などから適宜決定されるが、通常、0.1MPa~1MPaの範囲である。 The pressure of the air filling the accumulator 51 is determined appropriately based on factors such as the spraying time of the mixed liquid sprayed from the nozzle 6, but is usually in the range of 1 MPa to 5 MPa. The pressure after adjustment by the pressure reducer 56 is determined appropriately based on factors such as the spraying speed and spray volume, but is usually in the range of 0.1 MPa to 1 MPa.
蓄圧器51からシリンダー52に減圧器56によって所定圧力に調整されたエアが供給されると、ピストン53がシリンダー52内を軸方向前方に摺動して、ピストン53のロッド54a,54bがシリンダー52から軸方向前方に突出し、容器2a,2bの後壁21a,21bを軸方向前方に移動させる。これによって容器2a,2b内の第1液L1および第2液L2はスタティックミキサー4へ押し出し供給される。 When air adjusted to a predetermined pressure by the pressure reducer 56 is supplied from the accumulator 51 to the cylinder 52, the piston 53 slides axially forward within the cylinder 52, causing the rods 54a and 54b of the piston 53 to protrude axially forward from the cylinder 52, moving the rear walls 21a and 21b of the containers 2a and 2b axially forward. As a result, the first liquid L1 and the second liquid L2 in the containers 2a and 2b are pushed out and supplied to the static mixer 4.
(カバー部材)
カバー部材7は、ノズル6から噴出された混合液が、無人航空機1の回転翼14による空気流で乱されないようにするためのものである。カバー部材7はノズル6に着脱可能に取り付けられる。カバー部材7の形状は、混合液の噴出形状に合わせて適宜決定すればよい。例えば、図1および図2に示すように混合液の噴出形状が円錐形状であれば、カバー部材7の形状も円錐形状とする。カバー部材7は構造物表面に接触してもよい。すなわち、カバー部材7は、混合液がノズル6から噴出し構造物表面に至るまで飛翔路の全体を覆うようにしてもよい。カバー部材7の材質としては可撓性を有するものが好ましい。
(Cover component)
The cover member 7 is intended to prevent the mixed liquid ejected from the nozzle 6 from being disturbed by the airflow from the rotor blades 14 of the unmanned aerial vehicle 1. The cover member 7 is detachably attached to the nozzle 6. The shape of the cover member 7 can be appropriately determined according to the ejection shape of the mixed liquid. For example, if the ejection shape of the mixed liquid is conical, as shown in Figures 1 and 2, the shape of the cover member 7 should also be conical. The cover member 7 may be in contact with the surface of a structure. That is, the cover member 7 may be designed to cover the entire flight path from where the mixed liquid is ejected from the nozzle 6 to the surface of a structure. A flexible material is preferred for the cover member 7.
図4に、本発明の一実施形態に係る吹付け塗装装置Dのブロック図を示す。吹付け塗装装置Dは、無人航空機1の操縦者による遠隔指示を受信するとともに、カメラ8による画像等を遠隔操縦機(不図示)に送信する通信部16と、受信した操縦者からの指示情報に基づいて回転モータ13の駆動および圧縮エアの供給の開閉弁55の開閉を制御する制御部15とを有する。 Figure 4 shows a block diagram of a spray painting apparatus D according to one embodiment of the present invention. The spray painting apparatus D includes a communication unit 16 that receives remote instructions from the pilot of the unmanned aerial vehicle 1 and transmits images from the camera 8 to a remote control device (not shown), and a control unit 15 that controls the operation of the rotary motor 13 and the opening and closing of the on-off valve 55 for the supply of compressed air based on the instruction information received from the pilot.
(吹付け塗装動作)
図5に、本発明に係る吹付け塗装装置Dの制御例を示すフローチャートを示す。無人航空機1は、操縦者による遠隔指示によって、地上基地から構造物表面の吹付け塗装が必要な補修部分まで飛行する(ステップS101)。具体的には、操縦者が、無人航空機1に搭載されたカメラ8から送られてくる映像を見ながら構造物表面の塗膜の剥がれや金属部分の錆、また、コンクリート表面の割れや剥離などがないか検査を行う。あるいは、事前の検査で補修部分が特定され位置情報が入力されている場合には、GPSシステム等を利用して無人航空機1は特定された場所まで飛行する。
(Spray painting operation)
Figure 5 shows a flowchart illustrating an example of the control of the spray painting apparatus D according to the present invention. The unmanned aerial vehicle 1 flies from a ground base to the repair area of a structure surface that requires spray painting, based on remote instructions from the pilot (step S101). Specifically, the pilot inspects the structure surface for peeling paint, rust on metal parts, cracks or peeling on concrete surfaces, etc., while viewing images transmitted from the camera 8 mounted on the unmanned aerial vehicle 1. Alternatively, if the repair area has been identified and its location information has been entered in a prior inspection, the unmanned aerial vehicle 1 flies to the identified location using a GPS system or the like.
無人航空機1が構造物表面の補修部分に至ると、無人航空機1はノズル6からの混合液が補修部分に吹付け塗装されるようにホバリング動作を行う(ステップS102)。そして、開閉弁55が開かれて蓄圧器51から供給されたエアは、減圧器56で所定圧まで減圧される。そして、減圧されたエアは、アクチュエーター5のシリンダー52およびノズル6に供給される。エアがシリンダー52に供給されると、シリンダー52内のピストン53が前方に移動し、ピストン53に接続している2本のロッド54a,54bも前方に移動する。そして2本のロッド54a,54bが2つの容器2a,2bの後壁21a,21bを前方に移動させて、2つの容器2a,2b内の第1液L1と第2液L2とがスタティックミキサー4に押し出される。 When the unmanned aerial vehicle 1 reaches the repair area on the surface of the structure, the unmanned aerial vehicle 1 performs a hovering operation so that the mixed liquid from the nozzle 6 is sprayed onto the repair area (step S102). Then, the on-off valve 55 is opened and the air supplied from the accumulator 51 is reduced to a predetermined pressure by the pressure reducer 56. The reduced pressure air is then supplied to the cylinder 52 and nozzle 6 of the actuator 5. When air is supplied to the cylinder 52, the piston 53 inside the cylinder 52 moves forward, and the two rods 54a and 54b connected to the piston 53 also move forward. The two rods 54a and 54b then move the rear walls 21a and 21b of the two containers 2a and 2b forward, pushing the first liquid L1 and the second liquid L2 inside the two containers 2a and 2b into the static mixer 4.
第1液L1と第2液L2とはスタティックミキサー4を通過する間に混合されてノズル6に供給される。そして、混合液は、ノズル6において蓄圧器51から供給されたエアと共にノズル6の先端部から外方に噴射される(ステップS103)。 The first liquid L1 and the second liquid L2 are mixed as they pass through the static mixer 4 and supplied to the nozzle 6. The mixed liquid is then sprayed outward from the tip of the nozzle 6 along with air supplied from the accumulator 51 (step S103).
混合液がノズル6から噴射されている間、補修部分における吹付塗装膜が所望の膜厚となるように、無人航空機1は自動又は遠隔操作で制御される。補修部分における吹付塗装膜の膜厚は、混合液の吹付塗装量V(mm3/s)と吹付面積A(mm2/s)との商V/A(mm)から算出される。混合液の吹付塗装量V(mm3/s)はシリンダーへのエアーの単位時間当たりの供給量によって定まる。シリンダーへのエアーの単位時間当たりの供給量は予め調整可能である。混合液の吹付面積A(mm2/s)は、ノズルからの噴射形状(拡がり角度を含む)と、ノズルと補修部分との距離、無人航空機1の移動速度によって定まる。したがって、無人航空機1は、補修部分における吹付塗装膜が所望の膜厚となるように、ノズルが補修部分から所定距離離れた位置で、所定の移動速度で飛行するよう制御される。 While the mixed liquid is being sprayed from the nozzle 6, the unmanned aerial vehicle 1 is controlled automatically or remotely so that the sprayed coating film on the repair area reaches the desired thickness. The thickness of the sprayed coating film on the repair area is calculated from the quotient V/A (mm) between the sprayed coating amount V ( mm³ /s) of the mixed liquid and the sprayed area A ( mm² /s). The sprayed coating amount V ( mm³ /s) of the mixed liquid is determined by the amount of air supplied to the cylinder per unit time. The amount of air supplied to the cylinder per unit time can be adjusted in advance. The sprayed area A ( mm² /s) of the mixed liquid is determined by the spray shape from the nozzle (including the spread angle), the distance between the nozzle and the repair area, and the speed of the unmanned aerial vehicle 1. Therefore, the unmanned aerial vehicle 1 is controlled to fly at a predetermined speed at a predetermined distance from the repair area so that the sprayed coating film on the repair area reaches the desired thickness.
次に、第1液L1又は第2液L2が消耗したかどうかが判定される(ステップS104)。補修部分への混合液の吹付け塗装が終了する前に、第1液L1又は第2液L2が消耗したと判定されると(ステップS104の「Y」)、吹付け塗装作業は一旦終了する。無人航空機1は地上基地に戻り、空となった容器を新しい容器と交換する。このときスタティックミキサーとノズルも新しいものと交換される。その後、補修部分まで再度飛行し吹付け塗装を再開する(ステップS101~S103)。 Next, it is determined whether the first liquid L1 or the second liquid L2 has been consumed (step S104). If it is determined that the first liquid L1 or the second liquid L2 has been consumed before the spray painting of the mixed liquid to the repair area is completed ("Y" in step S104), the spray painting operation is temporarily terminated. The unmanned aerial vehicle 1 returns to the ground base and replaces the empty container with a new one. At this time, the static mixer and nozzle are also replaced with new ones. After that, it flies back to the repair area and resumes spray painting (steps S101 to S103).
一方、第1液L1又は第2液L2が消耗していないと判定されると(ステップS104の「N」)、次いで、補修部分への吹付塗装が終了したかどうかカメラからの映像によって判定される(ステップS105)。補修部分への混合液の吹付け塗装が終了していなければ(ステップS105の「N」)、補修部分の吹付け塗装が終了するまで混合液の吹付が継続される。 On the other hand, if it is determined that the first liquid L1 or the second liquid L2 has not been consumed ("N" in step S104), then it is determined by the image from the camera whether the spray painting of the repair area has been completed (step S105). If the spray painting of the mixed liquid on the repair area has not been completed ("N" in step S105), the spraying of the mixed liquid continues until the spray painting of the repair area is completed.
なお、本実施形態例では、容器内に第1液L1及び第2液L2が残っている場合でも、補充部分の吹付け塗装がすれば一旦地上基地に戻り、新しい容器と交換した後、次の補修部分へ飛行する。第1液L1と第2液L2とが混合すると直ちに反応して固化するため、次の補修部分への移動中に容器の供給口やスタティックミキサー、ノズルが閉塞するからである。 In this embodiment, even if the first liquid L1 and second liquid L2 remain in the container, the aircraft will return to the ground base after spray painting the replenished section, exchange the container for a new one, and then fly to the next repair section. This is because the first liquid L1 and second liquid L2 react and solidify immediately upon mixing, causing the container's supply port, static mixer, and nozzle to become blocked during transit to the next repair section.
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組合せてもよい。 Furthermore, without departing from the spirit of the present invention, the components in the embodiments described above can be replaced with well-known components as appropriate, and the various modifications described above can be combined as appropriate.
本発明に係る吹付け塗装装置によれば、短い準備作業期間で構造物表面の吹付け塗装を安全且つ確実に行える。 According to the spray painting apparatus of the present invention, spray painting of structural surfaces can be performed safely and reliably with a short preparation period.
1 無人航空機
2a,2b 容器
3 保温部材
4 スタティックミキサー(混合器)
5 アクチュエーター
6 ノズル
7 カバー
8 カメラ
51 蓄圧器
52 シリンダー
53 ピストン
54a,54b ロッド
D 吹付け塗装装置
H ヒーター
L1 第1液
L2 第2液
1. Unmanned aerial vehicle 2a, 2b. Container 3. Heat-insulating material 4. Static mixer (mixer)
5 Actuator 6 Nozzle 7 Cover 8 Camera 51 Accumulator 52 Cylinder 53 Piston 54a, 54b Rod D Spray painting apparatus H Heater L 1 First liquid L 2 Second liquid
Claims (5)
無人航空機と、
前記無人航空機に搭載された、ポリイソシアネート化合物からなる第1液と、ポリオール化合物又はポリアミン化合物からなる第2液とを各々貯蔵した交換可能な2本以上の容器と、
前記容器を保温する保温部材と、
前記容器に貯留された第1液および第2液を混合器に供給するアクチュエーターと、
前記混合器で混合された混合液を前記構造物表面に噴霧するノズルと、
を備えたことを特徴とする吹付け塗装装置。 An apparatus for spray-painting polyurethane resin or polyurea resin onto the surface of a structure using an unmanned aerial vehicle,
Unmanned aerial vehicles and
Two or more replaceable containers, each storing a first liquid consisting of a polyisocyanate compound and a second liquid consisting of a polyol compound or a polyamine compound, are mounted on the aforementioned unmanned aerial vehicle.
A heat-insulating member for keeping the aforementioned container warm,
An actuator supplies the first liquid and the second liquid stored in the container to a mixer,
A nozzle for spraying the mixed liquid, which has been mixed in the aforementioned mixer, onto the surface of the structure,
A spray painting apparatus characterized by being equipped with [a specific feature].
圧縮気体が充填された蓄圧器と、
前記蓄圧器から圧縮気体が供給されるシリンダーと、
前記シリンダー内に軸方向に摺動可能に設けられたピストンとを有し、
圧縮気体が前記シリンダーに供給されることで、前記ピストンが前記シリンダー内を軸方向に摺動して前記ピストンのロッドが前記シリンダーから外方に突出して前記容器内の第1液および第2液を前記混合器へ押し出し供給するものである請求項1記載の吹付け塗装装置。 The actuator,
An accumulator filled with compressed gas,
A cylinder supplied with compressed gas from the aforementioned accumulator,
The cylinder has a piston that is slidably mounted in the axial direction,
The spray painting apparatus according to claim 1, wherein compressed gas is supplied to the cylinder, causing the piston to slide axially within the cylinder, and the rod of the piston protrudes outward from the cylinder, pushing out and supplying the first liquid and the second liquid in the container to the mixer.
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