CN102553761A - 用于以介质涂装物体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以介质涂装物体的装置(10)，具有排出口(24)，所述介质从所述排出口排出，所述介质然后被雾化成具有主运动方向和射束廓形的喷射射束。所述装置包括一对关于排出口(24)沿径向对置的、固定设置的射束成形单元(34)，所述射束成形单元通过至少一个成形流体口(40，42)使成形流体指向所述喷射射束，由此能使喷射射束的射束廓形成形。为了在保持对于自动化涂装必须的精度的情况下改变喷射射束绕其主运动方向的角定向，关于排出口(24)的轴线在另外的角位置中设有至少一对另外的、沿径向对置的射束成形单元(34)，所述至少一对另外的射束成形单元能与所述第一对射束成形单元无关地被驱控。

Description

用于以介质涂装物体的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于以介质涂装物体的装置，具有：

a)排出口，所述介质从所述排出口排出，所述介质然后被雾化成具有主运动方向和射束廓形的喷射射束，

b)一对关于所述排出口沿径向对置的、固定设置的射束成形单元，所述射束成形单元通过至少一个成形流体口使成形流体指向所述喷射射束，由此能使所述喷射射束的射束廓形成形

另外，本发明涉及一种用于涂装物体的方法，其中，使用上述类型的装置。

背景技术

射束廓形在此理解为喷射射束在与其主运动方向垂直的横截面中产生的廓形，其中，根据与排出口间隔开一定距离的射束廓形来进行设计，所述距离大致与所述装置到待涂装物体的工作距离相当。

这种装置尤其是在汽车工业中以喷枪的形式用于自动化地涂装车辆车身或车辆部件。喷枪为此安置在涂装自动设备或涂装机器人/机器手的臂上，所述臂按照规定的运动模式在待涂装物体的表面上引导喷枪。

所述类型的由市场公开的喷枪关于喷枪的排出口具有两个沿直径对置的射束成形单元，压力空气即所谓的成形空气可从所述射束成形单元的口排出，所述压力空气在两侧指向喷射射束。由此，可使喷射射束成形成具有基本上条状的射束廓形的面状的扁平射束。这种扁平射束允许将涂料呈幅面状地施加在较大的面、例如车辆车身的顶篷上，由此实现最佳的涂料分布。

为了最佳地涂装不同几何结构的物体，在所述公知的喷枪和涂装方法中，视涂装阶段而定，通过同时接通和关断沿径向对置的射束成形单元在旋转对称的喷射射束与面状的扁平射束之间变换。但因为与旋转对称的喷射射束不同，扁平射束的射束廓形具有优选方向，所以例如在幅面状地涂装时例如必须附加地关于幅面方向使喷枪的角定向绕喷射射束的主运动方向转动并进行匹配。尤其是通常在从一个工件侧变换到另一个工件侧时需要重新定向扁平射束。

射束廓形的这种重新定向原则上可通过机器人臂的前端部上的另外的铰接轴或旋转轴来实现，但这会导致涂装机器人总体上较大并且投入较高。因此，此前都是如下地使扁平射束的射束廓形到达另一个角定向：借助于涂装机器人的现在的铰接装置和旋转轴进行复杂且大范围的扭转运动。

这种措施的缺点在于，涂装机器人的用于重新定向射束廓形的复杂扭转需要时间，所述时间并非不明显地反应到车辆车身的总涂装时间上。此外，由于复杂的机器人运动，输送软管和电连接装置扭曲，由此，在每次扭转运动之后必须在任意时刻进行相反的扭转运动，以避免软管完全扭曲。并且软管由于扭转而承受较强负载，由此使磨损提高、进而使维修投入提高。

文献DE 69227907T2描述了一种手动操作的油墨喷枪/颜料喷枪，其中，两个沿径向对置的射束成形单元设置在空气罩上。通过使空气罩相对于设置在所述空气罩后面的阻塞板转动，可使射束成形单元绕排出口转动90°，从而使射束廓形相应地重新定向。在空气罩的中间位置中，对射束成形单元的输送被阻塞，由此产生旋转对称的射束廓形。

但这种过程在借助于涂装机器人自动化涂装时不太合适，因为影响射束成形的部件运动可能导致射束成形的不精确。但对于在程序控制的涂装过程期间最佳涂装而言决定性的是，输出的喷射射束始终具有精确确定的射束廓形。因此，为了自动化地涂装而使用具有以高精度制造的射束成形单元的喷枪，所述射束成形单元关于枪体和排出口固定地设置。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种所述类型的装置和方法，其中，能够在保持自动化涂装所需的精度的情况下改变射束廓形绕射束主运动方向的角定位。

根据本发明，涉及装置的所述目的通过如下的、所述类型的装置来实现：其中，关于排出口的轴线在另外的角位置中设有至少一对另外的、沿径向对置的射束成形单元，所述至少一对另外的射束成形单元能与第一对射束成形单元无关地被驱控。

根据本发明，尽管关于排出口或枪体固定地设置射束成形单元，但通过独立地驱控所述至少一对另外的、沿径向对置的射束成形单元能改变射束廓形的角定向。

如果使用四个射束成形单元，则优选交叉地、即错开90°地设置两个沿径向对置的单元对。由此，例如通过对两个对置的射束成形单元加载成形流体而使原来旋转对称的喷射射束在第一方向上成形成扁平射束。通过关断两个第一射束成形单元并且接通两个另外的射束成形单元，可以使旋转对称的喷射射束在与第一方向垂直的第二方向上成形成扁平射束。

作为涂装介质可使用润湿或覆盖表面的所有物质，如不同功能的不同涂料，例如保护涂料、彩色涂料、湿涂料或粉末涂料。但待施加的介质也可以是必须作为保护层或功能层施加在物体上的液化石蜡、塑料或胶等。

作为成形流体大多使用压力空气。但对于特殊的使用目的，也可以考虑其它流体如惰性气体、例如氮作为成形流体。

根据权利要求2的扩展构型提出，设有多对、尤其是至少四对射束成形单元。

多个射束成形单元允许对射束廓形进行小步长的定向改变。在此，大多选择偶数个射束成形单元，例如8、12、16或24个，其中，成对地、沿径向对置地设置射束成形单元。但也可以设置奇数个射束成形单元。或者可在不成对地设置的情况下存在几个射束成形单元。优选在与排出口同轴的圆形轨迹上绕排出口设置射束成形单元。另外，如果各个射束成形单元的成形流体口构造相同，则射束成形单元对称地作用在喷射射束上，这便简化了其驱控。

根据权利要求3的扩展构型提出，至少能以成组、尤其是成对的方式彼此无关地驱控射束成形单元。

通过成组地驱控，可在不同的射束廓形或射束廓形的角定向之间转换。尤其是可以使关于排出口沿径向对置的单元对得到与其它单元对无关的驱控，由此，通过在不同的单元对之间进行转换可以使扁平射束转动。但为了成形例如三角形的射束廓形，也可以以三角对称(3er-Symmetrie)的相应组将成形单元联合在一起。

根据权利要求4的扩展构型提出，全部射束成形单元都能被独立地驱控。

由此在选择射束廓形时实现了尽可能大的自由度。例如也可以成形半圆形的射束廓形。

根据权利要求5的扩展构型提出，为射束成形单元配设有用于成形流体的可控的截止阀。

通过可成组地、成对地或独立地中断成形流体到射束成形单元的输送的截止阀，可至少部分地独立地驱控射束成形单元，由此，可视截止阀的状态而改变射束廓形。

根据权利要求6的扩展构型提出，设有用于成形流体的具有分配通道的分配元件。

分配元件实现了，使多个射束成形单元为了成组或成对地被驱控而与各个截止阀相连接，由此，为用成形流体加载射束成形单元而需要的截止阀减少。不同的分配通道为此可在进入侧与不同的截止阀连接。优选分配元件设置在成形流体口附近，由此，尽可能在成形流体的公共输送路径的端部才向各个射束成形单元分支。

根据权利要求7的扩展构型提出，设有用于成形流体的、具有阀芯的可控的换向阀。

可控的换向阀具有阀芯，通过所述阀芯可选择出穿过阀的不同的路径。因此可分别使另外的射束成形单元或射束成形单元组可选择地与成形流体的一个或多个输送通道连接，由此，可在排出的成形流体的不同的配位/配置之间进行转换，而不必为射束成形单元的每个成形单元或单元组设置截止阀。这便允许现有成形流体输送系统在很大程度上保持不变并且借助于成形流体的换向阀来实现在不同射束成形单元之间的转换。

根据权利要求8的扩展构型提出，阀芯具有通到射束成形单元的分配通道，所述分配通道能以可选择的方式与不同设置的输入通道和/或输出通道连接。

通过阀芯上的这种分配通道可实现换向阀的多样的转换状态。阀芯也可具有多个分配通道，所述分配通道可同时或交替地与相应的固定设置的输入通道和/或输出通道连接。

根据权利要求9的扩展构型提出，阀芯是环形的并且可转动。

在根据本发明的装置中，具有可通过阀芯的转动可选择地与不同的射束成形单元以及成形流体输送通道相连接的分配通道的环形的阀芯是特别有利的。这实现了将换向阀集成到所述装置中，由此可实现紧凑且可靠的结构形式。

根据权利要求10的扩展构型提出，设有用于驱控分配阀的驱动装置。

这种驱动装置允许自动化地转换用成形流体加载的射束成形单元。当例如需要转动扁平射束时，可将例如可气动地、压电式地或通过电动机进行的驱动(过程)集成到涂装机器人的程序进程中并且进行相应的驱控。在环形的阀芯中可设有内齿部，电动机通过驱动小齿轮与所述内齿部啮合。

根据权利要求11的扩展构型提出，为至少一个可被独立驱控的射束成形单元设有比例阀。

通过比例阀可控制输出给射束成形单元的成形流体的量。因此，例如可以在沿径向对置的射束成形单元对情况下通过相应的节流来控制：射束廓形变形成扁平射束的强度(变形程度)。另外，可以借助不同的射束成形单元的比例阀以不同的强度为喷射射束加载成形流体。如果使用比例阀，则其可以附加于截止阀或取代截止阀。

根据权利要求12的扩展构型提出，每一个射束成形单元包括多个成形流体口。

一个射束成形单元上的多个可具有不同大小或关于喷射射束具有不同定位角的成形流体口实现了，精确地确定由射束成形单元产生并且沿喷射射束指向的总流量。属于一个射束成形单元的成形流体口总是一起被加载成形流体并且所述成形流体从基本上相同的方向指向喷射射束。

根据本发明，在方法方面通过使用根据上述权利要求之一的装置来实现所述目的。

根据权利要求14的扩展构型提出，所述装置固定在涂装机器人上，通过在不同的射束成形单元之间进行转换来改变射束廓形，尤其是改变所述射束廓形围绕所述主运动方向的角定向。

所述方法具有如下优点：涂装机器人只须进行很少的运动来使射束廓形转动。并且，车身确定区域、例如铰接区域、箱体凹部或空气入口的可达到性得到改善。尤其是三角形的射束廓形在特定凹部的情况下可能是有利的。从而可使射束廓形匹配于待涂装的表面区域，由此，过量喷涂/飞漆(Overspray)得到避免。

附图说明

下面借助实施例参照附图对本发明进行详细描述。附图中：

图1示出具有根据本发明的喷枪的涂装机器人臂的端部区段，所述喷枪具有空气罩，所述空气罩具有四个射束成形单元；

图2示出根据第一实施例的空气罩的立体视图；

图3示出图2的空气罩的轴向剖面；

图4示出根据第二实施例的空气罩的立体视图；

图5示出图4的空气罩的轴向剖面；

图6示出图4的空气罩的轴向剖面以及连接在所述空气罩上的分配元件；

图7示出根据图6的分配元件沿线VII-VII的剖面；

图8示出成形流体输送系统的线路图，通过所述成形流体输送系统可用成形流体加载射束成形单元；

图9示出第二实施例的喷枪的头部区段的轴向剖面，其中，取代简单的分配元件设有可控的换向阀；

图10a示出在第一位置中的图9的换向阀沿线X-X的剖面，所述换向阀具有环状的阀芯；

图10b示出在第二位置中的图9的换向阀沿线X-X的剖面，所述换向阀具有环状的阀芯。

具体实施方式

图1示出喷枪10，所述喷枪固定在局部示出的涂装机器人臂14的工具接收器12上。

喷枪10包括枪体16，在所述枪体上在排出侧设有可更换的空气罩18。

图2和图3中示出了根据第一实施例的这种空气罩18。

盘状的空气罩18的排出侧的前侧20在图2中向上指向并且所述空气罩的后侧22在图2中向下指向，所述空气罩在中央在端面20中具有通过截锥状的凹陷部围住的排出口24，用于涂装的介质可从所述排出口排出。排出口24在此与轴向的介质输送通道26(参见图3)连接，所述介质输送通道通到空气罩18的后侧22并且所述介质输送通道被加载介质，大多被加载涂料，用所述介质例如可涂装车辆车身或车辆车身的部件。

由图3的剖面可见，排出24由径向向外倾斜地上升的坡口28包围，在所述坡口中沿周向均匀分布地设有十个雾化流体口30。通过也通到空气罩18的后侧22的雾化流体通道32为雾化流体口30馈送雾化流体，大多是压力空气。由此，在喷枪10工作期间可从雾化流体口30排出压力空气，所述压力空气由于倾斜的坡口28而指向排出口24前面的区域并且使得从那里排出的介质雾化或至少是支持从那里排出的介质雾化。

径向更靠外地在空气罩18的前侧20上设有四个射束成形单元34，所述射束成形单元分别构造成在排出侧(在图2和图3中向上)伸出的喇叭状的突起36。射束成形单元34沿周向绕排出口24均匀分布，由此所述射束成形单元设置成交叉地彼此相对呈90°角，由此关于排出口24成对地沿径向对置。

每个突起36具有一沿径向向内朝向的倾斜面38，所述倾斜面沿径向向外倾斜地上升。

每个突起36的倾斜面38各自具有两个成形流体口40和42，所述成形流体口与相应的成形流体通道44和46连接。成形流体通道44、46也在空气罩18的后侧22上终止。由于倾斜面38的坡度，在喷枪10工作期间被馈送成形流体、大多是压力空气的成形流体口40、42朝在排出24上方形成的喷射射束的方向指向，由此使所述喷射射束成形。

图4和图5示出了根据第二实施例的空气罩118，所述空气罩与前述实施例的空气罩18的区别在于，射束成形单元134不是构造成突起。

取而代之，每个射束成形单元134的成形流体口140、142直接设置在空气罩118的平的前侧120上。为了使排出的成形流体仍指向排出口124前面的喷射射束，通到成形流体口140、142的成形流体通道144、146至少紧接在其在空气罩118的前侧120上通出之前关于喷射射束的主运动方向上从径向外后方向径向内前方延伸。

如图6中示例性地对于无突起136的空气罩118所示的那样，喷枪具有用于成形流体的盘状的分配元件150，所述分配元件具有前侧152和后侧154。分配元件150这样设置在空气罩118后面，使得所述分配元件的前侧152直接靠置在空气罩118的后侧122上。

分配元件150本身在中央具有轴向的穿通部156，所述穿通部与空气罩118的介质输送通道124对齐/对准并且用于输送介质。

另外，分配元件150在其前侧152上具有绕穿通部156同轴的、圆形的环形通道158，所述环形通道向空气罩118敞开。这样选择环形通道158的直径，使得空气罩118的雾化流体通道132与所述环形通道对齐，使得能够从环形通道158对雾化流体通道进行馈送。从分配元件150的后侧154起，输送孔160通到环形通道158。

为了将成形流体分配到各个射束成形单元134，分配元件150在其前侧152上具有四个凹陷部162，所述凹陷部与所述四个射束成形单元134相应地设置并且具有这样大的直径，使得所述凹陷部分别与两个通到成形流体口140、142的成形流体通道144和146连接。

配置给射束成形单元134的沿径向对置的单元对的两个凹陷部162分别通过连接通道164和166连接。为了获得简单的可制造性，连接通道164、166从前侧152敞开并且延伸成，使得所述连接通道被空气罩118的后侧122的闭合区域遮盖。

一个单元对各有一个凹陷部162通过输送孔168与分配元件150的后侧154连接。

如图8中对于图4至图7的实施例所示的，分配元件150的输送孔168连接在成形流体输送系统上，所述成形流体输送系统在图8中总体上用170标记。

成形流体输送系统170包括第一比例阀172和第二比例阀173，所述第一比例阀和第二比例阀的输入侧连接端连接在未示出的压力空气源上。

在输出侧，第一比例阀172与第一截止阀174连接，第二比例阀173与第二截止阀176连接。第一截止阀174在输出侧与射束成形单元134的第一单元对的输送孔168连接。而第二截止阀176与错开90°的第二单元对的输送孔168连接。

喷枪以如下方式工作：

通过介质通道126输送的介质在排出口124处借助于在雾化流体口130处排出的雾化流体雾化，并且在排出口124前形成喷射射束。

在两个截止阀174和176关闭期间，喷射射束可不受影响地旋转对称地形成并且被用于涂装。

如果在例如用于幅面状地涂装较大表面的专门的涂装阶段中期望具有条状射束廓形的扁平射束，则可以例如驱控第一截止阀174使之打开，由此，成形流体可在第一单元对的两个沿径向对置的射束成形单元134处从成形流体口140、142排出。从对置侧倾斜地作用到喷射射束上的成形流体压缩所述喷射射束，以形成扁平射束。借助于第一比例阀172在此可确定出整平(使之变得扁平)的程度。比例阀172打开程度越大，喷射射束廓形越扁平。

如果在涂装过程中需要扁平射束绕主运动方向具有另外的角定向，则将第一截止阀174关闭并且将与沿径向对置的射束成形单元134的第二单元对连接的第二截止阀176打开。因为这两个单元对彼此相对呈90°角，所以，扁平射束也“转动”90°。由此，扁平射束的取向例如可以从竖直变化到水平，而机器人臂14不必进行扭转运动。通过第二比例阀173也可以在所述取向上调节整平的程度，由此可通过控制比例阀172、173调节出多个射束廓形形状。

图9和图10a、图10b中示出了成形流体输送的有利的变型方案。

可以使用可控的换向阀278，来取代与被相应地打开或关闭的各个转换阀174和176相联系的不可转换的分配元件150。

换向阀278包括盘状的阀座280，所述阀座如分配元件150那样具有中央的穿通部256以及环形通道258，所述环形通道用于对排出口224或雾化流体口230进行馈送。

但与分配元件150不同，阀座280从其前侧252起具有环形环绕的沉降部282，具有互补的环形形状的阀芯284可转动地在所述沉降部中运动。

阀芯284具有与分配元件150的凹陷部168相应的穿通孔286，所述穿通孔又构造成可分别对一成形单元234的成形流体通道244和246进行供给。但阀芯284仅具有两个这样的穿通孔286，所述穿通孔沿径向对置并且通过仅一个连接通道288连接，所述连接通道呈弧形地沿着阀芯284延伸。

另外，阀芯284在其内边缘上具有内齿部290，电动机294的驱动小齿轮292与所述内齿部啮合。因此，通过驱控电动机可使阀芯284沿着环绕的沉降部282转动。

关于中间的穿通部256错开90°地在阀座280上设有第一输送孔296和第二输送孔298，所述第一输送孔和第二输送孔使沉降部282与阀座280的后侧254连接。在那里，输送孔296、298与成形流体输送系统的截止阀或比例阀连接。

在第一位置中，阀芯284的两个穿通孔286之一与第一输送孔296连接，由此能将所输送的成形流体引导到相应的沿径向对置的射束成形单元234上。

如果阀芯284转过90°，则两个穿通孔286之一与第二输送孔298连接并且为另外的射束成形单元对供给成形流体。

在一中间位置中，阀芯284可使成形流体输送完全中断，由此，所产生的喷枪喷射射束具有旋转对称的射束廓形。因此，如果要仅交替地使用射束成形单元234的两个单元对，则可取消单独的截止阀。

在一个特别优选的未示出的变型方案中，可设置多个射束成形单元，所述射束成形单元环绕排出口，并且可通过相应的截止阀、比例阀和/或换向阀向这多个射束成形单元至少成对地、彼此无关地加载成形流体。因此例如可小步长地改变射束廓形的角定向。通过使用比例阀，不同的射束成形单元可被加载不同的成形流体量，这允许多样地设计射束廓形。

在另一个变型方案中，也可以为介质设置环形环绕的雾化流体口，以取代多个绕排出口24的雾化流体口30。

Claims (14)

1.一种用于以介质涂装物体的装置(10)，包括：

a)排出口(24；124；224)，所述介质从所述排出口排出，所述介质然后被雾化成具有主运动方向和射束廓形的喷射射束，

b)一对关于所述排出口(24；124；224)沿径向对置的、固定设置的射束成形单元(34；134；234)，所述射束成形单元通过至少一个成形流体口(40，42；140，142；240，242)使成形流体指向所述喷射射束，由此能使所述喷射射束的射束廓形成形，

其特征在于：

c)关于所述排出口(24；124；224)的轴线在另外的角位置中设有至少一对另外的、沿径向对置的射束成形单元(34；134；234)，所述至少一对另外的射束成形单元(34；134；234)能与所述第一对射束成形单元(34；134；234)无关地被驱控。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：设有多对、尤其是至少四对射束成形单元(34；134；234)。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于：所述射束成形单元(34；134；234)能以至少是成组、尤其是成对的方式彼此无关地被驱控。

4.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：全部射束成形单元(34)都能被独立地控制。

5.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：为所述射束成形单元(134)配设有可控的截止阀(174，176)。

6.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：设有用于所述成形流体的、具有分配通道(164，166)的分配元件(150)。

7.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：设有用于所述成形流体的、具有阀芯(284)的可控的换向阀(278)。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述阀芯(284)具有通到所述射束成形单元(234)的分配通道(286，288)，所述分配通道能以可选择的方式与不同地设置的输入通道和/或输出通道(296，298，244，246)连接。

9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于：所述阀芯(284)是环形的并且能转动。

10.根据权利要求7至9中任一项的装置，其特征在于：设有用于驱控所述换向阀(278)的驱动装置(290，292，294)。

11.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：为至少一个能被独立驱控的射束成形单元(134)设有用于所述成形流体的比例阀(172，173)。

12.根据上述权利要求中任一项的装置，其特征在于：一个射束成形单元(34；134；234)包括多个成形流体口(40，42；140，142；240，242)。

13.一种用于涂装物体的方法，其中使用根据上述权利要求中任一项的装置(10)。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于：所述装置(10)固定在涂装机器人(14)上，通过在不同的射束成形单元(34)之间进行转换来改变射束廓形，尤其是改变所述射束廓形围绕所述主运动方向的角定向。

Images