CN102510776B - 用于旋转喷雾器的功能控制的方法及相应的涂覆设备 - Google Patents

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Abstract

为了对用于工件的批量涂覆的旋转喷雾器(10)进行功能控制，测量在旋转喷雾器(10)的转向空气流(12)的内部和/或外部出现的压力参量并将压力参量与预给定的、针对无缺陷的喷雾器功能的参考值比较。

Description

用于旋转喷雾器的功能控制的方法及相应的涂覆设备
本发明涉及一种用于尤其静电批量涂覆工件(尤其如车辆车身)的、例如安装在漆装机器人上的旋转喷雾器的功能控制的方法以及一种相应的涂覆设备。
所考察类型的高速旋转喷雾器主要包括旋转的钟形圆盘座作为喷淋体以及包括钟形圆盘座的驱动装置。作为驱动装置大多使用具有空气轴承的空气透平。根据漆材料和流量不同，喷雾器以5000到100000/分钟的转数运行。从钟形圆盘座棱边切向甩出并雾化的漆通过转向空气流以及通过静电场力转向到要涂覆的接地的物体上并成形为喷淋束，该转向空气流与喷雾器轴线同心地从环形地布置在钟形圆盘座后面的孔或环缝隙喷出(EP 1331 037 B1，WO 2008/061584 AI等)。此外，随着转向空气在钟形圆盘座边缘上发生附加的二次漆雾化。转向空气量根据给定值调控。
在用这种喷雾器实施工业涂漆时，通常最重要的质量标准是涂覆的漆层的层厚度和均匀性。质量要求还随着无质量损失地不断提高生产率和提高面积效率的愿望以及随着可使用更好的漆材料而提高。所要求的层均匀性迄今这样达到：漆以多个叠加的层来施加。在未来工艺费用低的情况下或者在通过提高涂漆速度而提高生产率的情况下，相应产生对涂层质量的更高要求。
产生的层厚度在高转速喷雾的情况下主要取决于基于喷淋束宽度的油漆面积分布。由于漆涂覆面积在漆量恒定的情况下以平方关系随着喷淋束宽度的减小而下降，层厚度成反比增加，使得层厚度的变化可能大于100％并且部分地被利用。对涂层形成有决定性的喷淋束宽度本身通过已提到的转向空气流的方向和速度来控制。当空气流有误时产生与期望的涂层的不希望的偏差。当在喷淋束强烈束紧地喷到过小的面上的情况下产生过厚的涂层时，得到与在喷淋束较宽时相反的情况。此外由于不希望的转向空气流使涂覆的层的横截面形状扭曲。
在实际常见的大量旋转喷雾器中，漆颗粒在工件上的撞击点不是位于延长的钟形圆盘座旋转轴线上，即该轴线同心的空气喷嘴中轴线。此外喷淋束宽度可以不依赖于空气喷嘴轴线的位置和钟形圆盘座形状而改变，因为从多个单个喷嘴高速喷出的转向空气在其外壳面和内壳面上相对于静止的环境空气产生显著的摩擦，并且因此使部分环境空气向平行于转向空气的方向运动。由此产生的空气减少在外壳面上可以通过环境空气的加入容易地得到补偿，而在转向空气锥的内部则形成负压，该负压导致转向空气锥变形，即收缩。该变形则决定喷淋束宽度。
喷淋束宽度在涂层过程期间通过调节后的转向空气流相应于在工件几何结构方面的预给定条件和工艺条件来调整。喷淋束宽度的希望的可控制性主要取决于，在流体锥内部可达到什么样的负压。为此所需的较高流动速度还引起漆颗粒流在钟形圆盘座棱边上的更好的转向。因此，转向空气内压对于漆颗粒流的输送和局部沉积是很大程度上决定功能的判据。正常情况下该内压代表转向空气量，流动速度和流体几何特征。
此外转向空气内压和转向空气/内压特性曲线，即转向空气流的内压的与单位时间测量的转向空气量相关的变化曲线，也是喷雾器的转向空气喷嘴装置的无缺陷状态的识别判据，尤其是开口横截面、几何均匀性和孔或转向空气环缝隙的正确装配的无缺陷状态的判据，它们除了受制造误差、损坏或错装(例如两个不同的转向空气回路混淆)或喷雾器中的密封缺少或缺陷的影响外还受到污染的影响。对转向空气内压(该内压由于所有这类缺陷而降低)的影响主要基于存在补偿外压与内压之间的高压差的可能性。从各个转向空气喷嘴出来的不均匀的流出速度和空气量意味着不同的动能。因此转向空气通过起作用的压力不同地偏转，即在转向空气锥中产生薄弱部位，它们是潜在的用于补偿压力的通道。喷嘴孔的本身小的几何不均匀性随着与孔的距离的增大也导致转向空气锥中的薄弱部位。此外流体中的几何不均匀性会根据流体的运动方向和速度导致空气穿过并导致相应的压力补偿，影响到喷淋束宽度。
压差部分地也通过来自工件表面前方的过压区的空气加入而得到补偿，这会使射束锥扩宽。过压以及提到的空气加入随着工件表面的流动阻力的减小而减少，使得相应降低的内压导致喷淋束“合拢”并由此导致射束直径明显减小。个别情况下射束直径减半并且可观察到局部漆沉积增加多倍。该效应尽管在一定情况下是可利用的，但如果它不可估算地开始则在任何情况下是不希望的。
上述效应在涂覆设备投入运行和生产过程中会导致不希望的可再现性误差和品质缺陷。迄今为避免这类缺陷而存在的所有诊断方案(如借助面积-流量测量系统)是极费事的和/或要求干预喷雾器系统，例如拆开空气供给装置以装入流量计，或者只能通过控制单个部件和单个功能来实施。此外不能排除由于以后在生产运行中、尤其在维护和清洁工作中的错误造成的对喷雾器功能的决定性改变，例如由于转向空气孔污染，构件安装错误等。如果构件的磨损或损坏由于缺少明确诊断而不能识别，则带着品质损失继续进行涂覆运行。安装完毕的喷雾器在涂覆设备通过涂漆试验投入运行时的控制在时间上和技术上也是费事的，并且受到一系列框架条件的束缚(通常对于对应的漆材料缺少参考喷射图，板必须在干燥器中烘烤并且尽可能机械式测量等)。此外涂漆的喷射图例如刷轮廓作为用于质量控制的检验方法不仅与纯的喷雾器功能相关，而且还与多种可变因素例如漆材料的特性和温度以及其他边缘条件相关。此外，由污染、泄露、错误的或有缺陷的构件等引起的变化太晚并且经常由于涂层质量缺陷才被识别。
本发明的目的是，提供一种方法及涂覆设备，通过它们以简单客观并且可靠的方式以小的费用能够实现对旋转喷雾器在涂覆运行前以及涂覆运行中(在线)的几乎全面的功能控制。
该任务通过权利要求的特征解决。
本发明基于这种认识：转向空气流内部的和外部的压力区之间的高的并且稳定的压差是旋转喷雾器的整个系统无缺陷的明确标志。对于陡的、长的转向空气/内压特性曲线，也是这种情况。仅测量转向空气流的内压或在转向空气流外部邻接转向空气流的负压区中的压力，即相对于喷雾器的周围环境中的已知空气压力的压差，也可以是足够的。
开头部分已经提到，转向空气流在这里是指以已知方式由喷雾器通过喷雾器的转向空气开口或喷嘴的布置而产生的气体流，其中，理论上也可以使用其它气体取代空气。即涉及喷雾器外部在喷雾器端侧的(典型情况下或多或少呈锥形的)流动，被喷雾器的旋转的钟形圆盘座喷出的涂覆材料被加载以该流动。
对应的压力可在有些情况下借助仅一个、但任何情况下借助少量的压力测量装置和相应低的费用来测量，优选用压力传感器，它们固定安装在喷雾器的内部和/或外部，或者在喷雾器的外部可运动。如果是外部传感器则旋转喷雾器或压力传感器可被带到预给定的设定测量位置，其中，旋转喷雾器例如由漆装机器人定位，旋转喷雾器安装在该漆装机器人上，而可运动的传感器可以例如手动地或者也由一尤其可自动控制的机械手或辅助机器人来定位。
为了测量，产生一转向空气流，具有设定的单位时间空气量，或者，在同时产生多个不同的转向空气的情况下具有设定的空气量组合。在此在外部和/或内部负压区中产生的压力值被与对应的、存储的针对无缺陷状态的给定值比较并相应评估。附加地，除了监控外还可调节多个不同的空气量。
根据本发明的负压测量的一个特别的优点在于，可标识主要的喷雾器功能如转向空气量，转向空气喷嘴几何特征和实际故障状况，即使不同时喷漆，即不受到涂覆材料特性的影响并且没有相应的缺陷如污染、清洁、清理等。此外重要的是，该测量可以手动地或者优选全自动地、不干预喷雾器及其供给管路系统地进行。可以始终无延时地提供测量信息，使得在故障情况下立即采取合适的措施，因此能够例如为了在涂覆设备投入使用时以及尤其还在生产过程进行中(在线)进行加工控制避免由功能故障制成的涂层工件质量缺陷以及相应成本。即预防性地支持生产质量，具体说比在迄今的实践中明显更客观，尤其与主观因素如专业人员的资质和可支配性无关。测量值也不依赖于特殊的检验结构和检验地点，因此可以客观地相互比较。
此外得到其它优点，例如通过变化的检验条件快速将故障对应，例如建立特性曲线，转换两个已存在的转向空气等。此外可以立即识别并更换喷雾器的有缺陷的构件。
借助在附图中示出的实施例详细解释本发明。附图示出：
附图1旋转喷雾器的端侧上的流场；
附图2用于将压力传感器定位在旋转喷雾器内以及在喷雾器外在其转向空气流的负压区域内的可能的位置；
附图3将压力传感器定位在旋转喷雾器外的例子。
在附图1中示意性描述了旋转喷雾器10的面对要涂覆的工件的端侧部分，主要包括钟形圆盘座11和一未详细描述的转向空气环，该转向空气环的与旋转轴线同心地布置的转向空气喷嘴以本身已知的方式产生转向空气流12。从钟形圆盘座11沿切向喷出的漆颗粒、即喷淋束的轨迹的形状与所示的转向空气锥相应。旋转喷雾器10可以是任意已知的、尤其对于车身漆装常见的类型(例如参见已提到过的WO 2008/061584 A1)，因此不需进一步说明。
如已解释的那样，在产生转向空气流12时，由于快速流动的转向空气与先前静止的环境空气之间的摩擦在转向空气流12的外表面上形成一外部空气摩擦区13并且在其内表面上形成一内部空气摩擦区14，由此在转向空气流外部在其附近形成一外部负压区17并且在转向空气流内部形成为使流体希望地(收缩)束紧所需的内部负压区18。通过在“15”处示出的外部补偿流和一内部补偿流16进行部分压力补偿。
为了根据本发明测量负压区17和/或18中的压力值原则上可以使用任意的测量装置。在附图2中示出用于定位压力传感器的适当地点的一些实施例。据此可以符合目的的是，在旋转喷雾器10中固定地装入一压力传感器21用于测量转向空气流12的外部负压和/或装入一压力传感器22用于测量内部负压。在此，传感器与负压区17或18通过相应的压力测量通道21′或22′连接，在这些通道中，通道21′按照图示可在钟形圆盘座附近通入喷雾器壳体的圆周面中，而通道22′例如在中心通入钟形圆盘座的朝向工件的端面中，并且在那里尤其可以与漆流出路径相一致，在测量压力时漆最好不流过该漆流出路径。除压力传感器21和22之外附加地或者取代这些压力传感器，可以在旋转喷雾器10外直接在负压区17和18内布置外部压力传感器23和24，用于测量那里对应的压力。
由传感器21-24测得的压力值能够以合适的信号的形式输送给示意性描述的测量系统26，对其进行分析求值并与预给定的针对无缺陷的喷雾器功能的参考值相比较。为了无问题地从静电旋转喷雾器10的高压区域传出，压力传感器21和22的测量值尤其可以作为气动信号传送给测量系统26。
用于将外部压力传感器23或24(附图2)布置在所述负压区中的不同方案例如在附图3中示出。作为第一例，图示3A示出压力传感器24a，它尤其为了测量外部负压而可以符合目的地通过隔离垫25a固定安装在喷淋室的壁30上或者安装在这里考察的涂覆设备的固定的并且位置已设定的其它组成部分上。为了测量压力值，旋转喷雾器可以由其喷漆机器人自动带入到相对于压力传感器24a的设定位置的正确测量位置中。
图示3B示出外部压力传感器24b，它也尤其为了测量外部负压而可固定地并且符合目的地通过隔离垫25b安装在漆装机器人自身的一个部分31上，尤其安装在可被机器人的小臂和手腕达到的、具有设定位置的部分上。
相反，图示3C示出可手动运动并且优选可运输的压力探头24c，它可以例如为了测量转向空气流的内部负压区中的压力而进入到转向空气流中。如已提到的那样，为此也可以使用一优选自动控制的机械手。
符合目的的是，保护压力探头避免直接受到转向空气的高流动速度造成的速滞压力作用。对此，一种符合目的的方案例如是，压力传感器用由金属或塑料制成的可透空气、但使流动折断的烧结体包罩。此外可以使用已知并且常用的压力探头。
本发明的一个典型应用例是生产过程中的定期污染监控。被干固的漆雾污染会使转向空气喷嘴的开口横截面改变，以致出现空气出口的削弱或方向改变。希望的转向空气流的削弱引起转向空气流内部的负压减小，由此减弱漆流在朝向工件的方向上的成束并从而使喷淋束宽度减小。因此，工件上的漆沉积的分布扩宽并且层厚度相应减小。在工件的边缘区域出现较高的漆材料边缘损失，因为部分滴流未到达表面。为了诊断这种功能故障，可以将喷雾器以规律的时间间隔例如通过漆装机器人引导到固定安置的压力传感器(如附图2中的23)上，使得可测量转向空气流中的内压。如果事先测量并存储了针对无缺陷的喷雾器功能的给定值，则可以在以后与要检查的当前状态比较，从而能够识别故障采取适当措施以消除故障，在该例中清洁转向空气喷嘴。

Claims (10)

1.用于对用于工件的批量涂覆的旋转喷雾器(10)进行功能控制的方法，该旋转喷雾器具有在涂覆运行中被马达驱动的、旋转的喷淋体(11)并产生一转向空气流(12)，该转向空气流在涂覆运行中使喷出的涂覆材料成形为喷淋束并朝向要涂覆的工件的方向转向，
其中，测量一个或多个压力参量，所述压力参量在产生所述转向空气流(12)期间由于该转向空气流的产生而在转向空气流内部的一个区(18)中和/或在转向空气流外部的一个位于该转向空气流附近的区(17)中出现，
其特征在于，所出现的压力参量
-用安装在所述旋转喷雾器(10)内部的一个或多个压力测量装置(21，22)测量；
-和/或用在所述旋转喷雾器(10)的外部，安装在携带并驱动所述旋转喷雾器(10)的漆装机器人的一个部分(31)上的或安装在携带并驱动所述旋转喷雾器(10)的涂覆机器人上的或安装在携带并驱动所述旋转喷雾器(10)的另外的自动涂覆机上的至少一个压力测量装置(24b)测量，
并且，将测得的压力参量与预给定的、针对无缺陷的喷雾器功能的参考值比较。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定转向空气流(12)内部的压力与转向空气流外部的所述区(17)中的压力之间的压差。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，对所述压力或该压力的与转向空气流(12)的速度和/或每单位时间测得的空气量相关的变化进行分析求值。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，测量所述压力参量，此时不从喷淋体喷出涂覆材料。
5.用于对工件批量涂覆的涂覆设备，具有至少一个旋转喷雾器(10)，该旋转喷雾器具有可被马达置于旋转的喷淋体(11)并具有用于产生转向空气流(12)的转向空气开口的环形布置，该转向空气流在涂覆运行中使喷出的涂覆材料成形为喷淋束并朝向要涂覆的工件的方向转向，
其特征在于，
-在旋转喷雾器(10)的内部
-和/或在旋转喷雾器(10)的外部，在携带并驱动所述旋转喷雾器(10)的漆装机器人的一个部分(31)上或在携带并驱动所述旋转喷雾器(10)的涂覆机器人上或在携带并驱动所述旋转喷雾器的另外的自动涂覆机上
安装一个或多个用于测量一个或多个压力参量的压力测量装置(21-24、24b)，它们在产生所述转向空气流(12)期间由于该转向空气流的产生而在转向空气流(12)内部的一个区(18)中和/或在转向空气流外部的一个位于该转向空气流附近的区(17)中出现。
6.根据权利要求5的涂覆设备，其特征在于，在旋转喷雾器(10)的外部在喷淋室的壁(30)上或者在喷淋室内的另一固定位置上固定有至少一个用于压力测量的压力测量装置(24a)，在该喷淋室内对工件进行涂覆。
7.根据权利要求5或6的涂覆设备，其特征在于，在旋转喷雾器(10)的外部设置一可动的用于压力测量的传感器(24c)，该用于压力测量的传感器可被带到一相对于所述旋转喷雾器(10)设定的位置上。
8.根据权利要求7的涂覆设备，其特征在于，设置有这样的用于压力测量的传感器(24c)，该用于压力测量的传感器手动地或者由尤其可自动控制的机械手来运动。
9.涂覆设备的旋转喷雾器，所述涂覆设备用于对工件批量涂覆，所述旋转喷雾器具有可被马达置于旋转的喷淋体(11)并具有用于产生转向空气流(12)的转向空气开口的环形布置，该转向空气流在涂覆运行中使喷出的涂覆材料成形为喷淋束并朝向要涂覆的工件的方向转向，并且所述旋转喷雾器具有一个或多个安装在所述喷雾器内部的压力测量装置(21，22)，借助该压力测量装置或这些压力测量装置可测量转向空气流(12)内部的一个区(18)中的一个或多个压力参量和/或可测量所述转向空气流(12)外部的一个位于所述转向空气流附近的区(17)中的一个或多个压力参量。
10.根据权利要求9的旋转喷雾器，其中，所述一个或多个压力测量装置(21，22)与这些区(17，18)通过相应的压力测量通道(21'，22')连接。
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