CN1096302C - 静电粉末喷涂设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用来控制粉末喷涂设备操作的方法，该方法包括随着喷涂设备接近工件自动减小静电充电装置的放电电流和放电电压。

Description

静电粉末喷涂设备及其控制方法

本发明涉及用于静电粉末喷涂设备的控制系统。

静电喷涂设备，特别是用于喷漆工件时，一般包括一根用来输送气载粉末的导管、和用来静电给粉末充电的装置，由此粘附到工件上。典型地一根电晕放电针形电极用来给粉末充电。

喷涂粉末的电晕充电不是没有其缺点，尽管它是一种用于大多数粉末敷涂机的最佳喷涂方法。已经有许多文件证明与法拉第笼、后电离桔皮(back ionsation orange peel)(凹坑)和过充电有关的问题，但一致性、良好的电荷转移和快速粉末沉积的优点大大地胜过上述缺点。

通过喷嘴设计或通过在喷嘴后面添加接地消耗电极(earthrobbing electrodes)，以及通过认真地设置喷涂设备位置和操作参数，可以减小这些缺点的影响。

通过控制放电电流而不是已经证明其价值25年多的放电电压也能实现显著改进，但令人惊奇的是，这种方法仍是例外的事。就这种系统而论，最大放电电流(微安)限制到由操作者确定的一个值，并且允许放电电压(千伏)浮动。结果是随着喷涂设备接近工件和达到设置放电电流并且稳定，从而输出电压自动减小到较低的电平，因而当设备接近工件时限制电荷。这在保持电荷一致性、透入法拉第笼和减小后电离与桔皮现象方面具有很大好处。

就其中放电电压由操作者设置的常规电压控制而论，随着喷涂设备接近具有使用电流控制的相反影响且也能导致粉末和周围空气严重“过充电”的产品，电流按指数增大，并且能产生潜在危险的火花，尽管通常采用安全切断电路。

尽管电流控制电晕充电有多个优点，但它仍不完善，因为允许输出电压浮动，当喷涂设备远离工件时，电流能降低到其“恒值”或控制设置值以下，并且电压能升高到可从发电机得到的最大值，通常为80+千伏。在某些情况下，这可能太高并且产生很强的场力线，使生成法拉第笼变得困难。随着喷枪接近产品，喷枪与产品之间的气隙明显减小，并且因此将从电晕针接收用自由离子表示的逐渐减少电荷。正是自由离子对空气分子充电，且然后把电荷转移到粉末。喷涂设备离工件越近，则相对于在周围空气中的耗散或由喷涂槽的金属壁的中和，附着到工件表面上的自由离子比例越大。粉末表面上的这种高电荷是桔皮效应的主要原因。

本发明第一方面的目的在于提供一种控制粉末喷涂设备操作的改进方法，由此可以克服先有技术方法的上述缺点，或至少减小其影响。

在常规静电喷涂设备中，粉末从一个容器向用来静电给粉末充电的装置的流动通过压缩空气控制。随着喷涂设备接近工件，喷涂的表面积减小，并因而需要的粉末涂料体积也减小。在实际中，随着喷涂设备接近工件，操作者通过，例如，降低压缩空气的压力，手动减小流到静电充电装置的粉末体积。然而，由于手动控制喷涂的粉末体积，所以可能导致不可重现的涂敷结果。

本发明第二方面的目的在于提供一种克服上述问题的静电喷涂设备。

根据本发明的第一方面，这里提供一种用来控制粉末喷涂设备操作以便改进涂敷的方法，该方法包括随着喷涂设备接近工件当放电电流达到一个预定阈值时通过逐渐减小放电电流和放电电压，控制给粉末充电的输出功率，以在喷涂设备工作期间提供实质上可再现的涂敷结果。

最好，粉末喷涂设备包括随着喷涂设备接近工件用来自动减小放电电流和放电电压的装置。在本发明的一个最佳实施例中，随着喷涂设备远离工件，放电电流和放电电压的减小是可逆的。最好随着喷涂设备远离工件，用来自动减小放电电流和放电电压的所述装置还自动地增大放电电流和放电电压。

最好能设置放电电流，而不超越一般为50微安但能选择为如30微安的上限。最好在使用中，当放电电流达到所述预置上限即阈值放电电流时，用来减小放电电流并因此减小输出功率的所述装置工作。类似地，当所述放电电流达到其预置上限时，在喷涂设备远离工件时用来增大放电电流的所述装置可以停止其工作。

最好，最大放电电压可以由设备操作者设置，这同样又控制放电电流的正常操作电平。

按照本发明的另一个实施例，粉末喷涂设备进一步包括随着喷涂设备接近工件用来减小由喷涂设备分配的粉末体积的装置。所述涂料体积的减小可以响应输出功率的减小。

根据本发明的第二方面，这里提供一种静电粉末喷涂设备，该设备包括一个用于为喷涂粉末充电的静电充电装置、随着喷涂设备接近工件当放电电流达到一个预定阈值时通过逐渐减小放电电流和放电电压控制用于静电充电装置的输出功率的装置、和响应静电充电装置的放电电流或放电电压的变化用来控制喷涂的涂料体积的装置。

如以上讨论的那样，就其中控制放电电流的常规静电喷涂设备而论，随着喷涂接近工件，放电电压降低。在控制放电电压的地方也能观察到这种效果。所以，本发明提供一种系统，由此随着喷涂设备接近工件，喷涂的涂料体积自动减小，并因此能得到可重现的涂敷结果。类似地，随着喷涂设备远离工件，放电电压增大，并因此喷涂的涂料体积也相应增大。

最好所述控制装置响应放电电压的减小而减小喷涂的涂料体积，相反，响应放电电压的增大而增大该体积。控制装置最好依赖于放电电压的实际值。因此，在放电电压的预定最小和最大值处，控制装置可以分别允许喷涂涂料的最小和最大体积。最好，流到静电充电装置的涂料体积这样控制，从而使它与放电电压成比例。

利用压缩空气把粉末输送到静电充电装置，并因此涂料的流量依赖于空气的压力及其流量。所以，输送到静电充电装置的涂料体积也依赖于这两个因素。控制装置可以控制空气压力，由此控制涂料的流量，结果，控制流到静电充电装置的涂料体积。另外，通过改变经其通过空气的孔口的尺寸，可以控制压缩空气的流量。

通过改变粉末可以经其流动的孔口的尺寸，也可以控制流到静电充电装置的涂料体积。控制装置可以控制所述孔口的尺寸。

所述控制装置可以包括一个调节器，该调节器控制空气压力的压力，从而使所述压力与放电电压成比例。控制装置可以包括一个比例控制阀。

在另外一个实施例中，粉末从一个容器到压缩空气装置的输送由所述控制装置控制，由此控制输送到静电放电装置的粉末体积。

有多种已知的把粉末输送到所述压缩空气装置的方法，例如通过使用振动漏斗给料器或螺旋给料器装置。在振动漏斗给料器的情况下，可以控制振动频率，以便改变输送的粉末体积。如果使用螺旋给料器装置，那么可以控制螺旋的转动速度，以便响应放电电压的变化而改变输送到压缩空气装置的粉末体积。

所述粉末输送可以想象通过运输带进行，并且控制运输带的速率，以便改变输送的粉末体积。

现在参照附图仅通过例子进一步描述本发明，在附图中：

图1至3分别是表明根据本发明的单独电压控制、单独电流控制和组合电压与电流控制的曲线；

图4是用来提供用于本发明的粉末喷涂枪的组合电压与电流控制的电路图；

图5和6是图4中所示电路的不同方面的简化电路图；

图7是根据第二方面的本发明的一个实施例的方块图；

图8是根据本发明另外一个实施例的一种内部充电枪的示意图。

参照附图的图1，曲线表示当在粉末喷涂枪的操作中仅控制放电电压时电压对距离和电流对距离的关系。由于电压调节器的特性，随着喷枪靠近工件，电压电平减小。不幸的是对电流没有控制，随着喷枪靠近工件，电流按指数增大。这能导致粉末和周围空气的过充电，并且产生危险的火花。

图2表明控制放电电流的先有技术选择例。这具有由曲线表示的两个问题，该曲线再次画出电压对距离和电流对距离的关系，但对于三个不同的电流值即50、30和10微安。第一个问题是，随着喷枪远离工件和电流下降到其控制设置以下，放电电压升高到可从高压发电机得到的最大值。这可能是太高的电压，导致很强的场力线且产生法拉第笼困难。

第二个问题是随着喷枪接近工件，之间的气隙变小，从而产生的较多自由空气被吸向工件，并且在工件表面上导致“桔皮”效应。

根据本发明控制放电电压和放电电流的系统表明在图3中。如看到的那样，放电电流具有最大值设置，例如50微安或30微安，但随着喷枪接近工件，电流降低以避免过多空气离子在工件上导致“桔皮”效应的问题。同时，降低放电电压，这有助于克服法拉第笼问题。

当喷枪远离工件时，放电电流增大到其阈值，然后下降，而电压可以由操作者控制，以便保持在从高压发电机得到的最大值以下。

附图的图4表示用来实现图3中表明的电流和电压控制。

参照图4、5和6，该电路一般由标号10指示，并且包括一个24伏直流电源12、一个基准电压IC1、一个包括第一和第二Op-amp(运算放大器)IC2a和IC2b的双运算放大器、一个第一晶体管TR1、一个第二晶体管TR2、一个功率电阻IR0、诸电位计VR1、VR2和VR3、一个振荡器14、H.T.变压器16、及一个E.H.T.乘法器18。

跨过振荡器14的电压Vosc取决于晶体管TR2的导电状态，由于下文使其明白的原因，晶体管TR2本身取决于跨过电位计VR3的电压。

至Op-amp IC2a的非反相终端3的输入设置为由电压基准IC1和电位计VR1产生的基准电压Vref。至Op-amp的反相终端2的输入由电位计VR3设置。

Op-amp IC2b的非反相终端5保持在由电位计VR2和基准电压IC1设置的电压下。至反相终端6的输入取决于跨过电阻器IRO的电压。

假定24伏供给电压是适当的常数并且电路的直流-直流转换效率也近似为常数，那么EHT乘法器18的输出功率Pout与由跨过振荡器的电压和流经其的电流确定的输入功率成比例。通过电阻器IRO的电流是通过振荡器14的电流，并因此跨过电阻器IRO的电压VIRO也与Pout成比例。当跨过二极管D2的电压Vf加上晶体管TR1的电压Vbe大于IC2b的输出电压时，只有二极管D1导通。

现在就喷涂设备初始离开工件比如100厘米而论，描述电路的操作。如果电压Vosc增大，那么在IC2a的终端2处的电压也增大。结果，Op-amp IC2a的输出电压减小，并且TR1的基极电流减小，由此减小流经TR1的电流。这具有减小晶体管TR2的基极-发射极电压VBE2的效果，这增大晶体管的电压VEC2，并因此减小电压Vosc，即电压Vosc下降以补偿初始升高。如果电压Vosc下降，那么与以上相反的变化出现，并因此TR2的电压VEC减小，所以电压Vosc升高。因此，当喷涂设备在离开工件的给定距离处时，以上述方式，图5中所示的电路保持振荡器电压Vosc为恒定值，即输出功率保持恒定。

由以上将会看到，在Op-amp IC2a的终端2和3处的电压支配着电压Vosc的值，并因此支配着EHT乘法器的输出功率Pout。因此，电位计VR1和VR3控制最大输出功率Pout。

随着喷涂设备接近工件，EHT乘法器的输出功率Pout增大。如上所述，跨过电阻器IRO的电压VIRO与输出功率成比例，并因此这个电压也随着Pout增大。在Op-amp IC2b的终端6处的电压增大导致Op-amp的输出电压减小。

因此，随着喷涂设备继续接近工件，Op-amp IC2b的输出电压减小，并且达到一个该电压小于Vf+Vbel，即二极管D1开始导通时的点。IC2b的输出电压当然取决于终端5和6上的两个输入。最初，电位计VR2这样变化，从而当达到预定输出功率或放电功率时，Op-amp IC2b的输出电压值小于Vf+Vbel。因此，在Op-amp IC2b的输出电压小于所述电压Vf+Vbel处的放电电流即阈值电流，能设置为任意给定值，例如可以设置为30微安或50微安。以这种方式，能预置电路开始减小放电功率Pout处的放电电流。

当D1导通时，流入TR1基极的一部分电流开始流经D1，并因此TR1导电较少。所以，TR2的VEC增大，并因此Vosc减小。Vosc的减小导致在终端5处的电压降低，引起Op-amp IC2b的输出电压进一步减小。

这具有吸引更多的电流通过D1的效果，这减小了流入TR1基极的电流，并因此进一步减小电压Vosc，并因而减小Pout，即正反馈发生。以这种方式，Vosc减小并且Pout相应下降。

尽管图5的电路试图通过增大IC2a的输出来抵销Vosc值的变化，但由于D1正在导电，所以电流的增大不是都指向TR1的基极，而净效果是基极电流减小。

由于输出功率Pout减小，所以电压VIRO也减小，并且电路稳定在输出功率的较低值处。

该电路提供了一种系统，由此随着喷涂设备靠近工件，放电功率减小，并因此避免了现有的喷涂设备所遭受的问题。

如果喷涂设备远离工件，则Pout增大，并且发生上述变化的相反变化。所以，随着喷涂设备接近或远离工件，喷涂设备的放电电流和电压特性是相同的，即放电电流和电压特性是可逆的。

在本发明的另一个实施例(未表示)中，电路10包括一个比例控制阀，另外称作电子气动调节器或E-P转换器，该比例控制阀响应放电电压的减小或增大控制由喷枪喷射的粉末体积。通过压缩空气使粉末流向喷涂设备的放电喷嘴，并且所述比例控制阀可以控制压缩空气的压力。所以，随着喷枪接近工件，比例控制阀自动地减小充电的粉末体积。由于Vosc与放电电压成比例，并因此与放电功率成比例，所以比例控制阀方便地对Vosc的变化起作用。

参照图7，现在将描述本发明的另一个实施例。静电粉末喷涂设备包括：一个包含粉末涂料的漏斗20；一个容量式螺旋给料器装置22；一根压缩空气文氏管24；一个喷枪与控制电路26，例如参照图4在上面描述的电路；及控制装置28。

压缩空气文氏管有能力从螺旋给料器装置22经管30吸入粉末，并且经软管32把粉末吹到喷枪。输送到文氏管24的粉末体积取决于由控制装置28控制的螺旋的旋转速度。控制装置28监视喷枪的放电电压，并因而控制螺旋的速度。

现在将借助于喷枪在其离开工件的通常距离处的最初操作，描述设备的操作。参照图1至3，将明白，随着喷枪接近工件，放电电压减小。放电电压的下降由起减小螺旋旋转速度作用的控制装置检测，由此减小输送到文氏管的粉末体积，并因此减小喷涂的粉末体积。随着喷枪继续接近工件，放电电压将继续下降，并因此相应减小输送到文氏管的粉末体积。当喷枪远离工件时，出现相反的动作，即放电电压增大，并且输送的粉末体积也增大。

上述实施例简单地描述了一种控制粉末向静电充电装置流动的方法，但在实际中，流动能以多种方式控制。例如，能控制压缩空气的压力和流量，以便当放电电压变化时自动地改变粉末流向静电充电装置的体积。

现在参照图8，将描述本发明的另一个实施例。一个形成一种静电粉末喷涂设备的部分的内部充电喷枪一般由标号40表示。内部充电喷枪包括：一根导管42，其中布置有一根电晕放电针形电极44；一个接地环形电极46，围绕着电晕针形电极的末端；及控制电路48，在图4、5和6中表明并且在以上描述。

在使用中，气载粉末通过导管42，并且通过电晕针形电极的操作以预定电荷静电充电。在喷枪的操作期间，通常情况是变化的。这种情况的一个典型例子是流经导管的粉末密度增大。在这样的情况下，接地环形电极与电晕针形电极之间的电阻将增大，并且以上述方式，放电电流和放电电压将增大补偿，由此保持最佳的放电能量。将会理解，接地环形电极与电晕针形电极之间的电阻增大，通过电路48导致与在上述实施例中当喷枪远离工件时相同的响应。

Claims (20)

1.一种用来控制粉末喷涂设备操作以便改进涂敷的方法，该方法包括随着喷涂设备接近工件当放电电流达到一个预定阈值时通过逐渐减小放电电流和放电电压，控制给粉末充电的输出功率，以在喷涂设备工作期间提供实质上可再现的涂敷结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其中随着喷涂设备远离工件，放电电流和放电电压的减小是可逆的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中粉末喷涂设备包括随着喷涂设备接近工件用来自动减小所述放电电流和放电电压的装置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中随着喷涂设备远离工件，用来自动减小放电电流和放电电压的所述装置还自动地增大放电电流和放电电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其中把放电电流设置成不超越上限。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述上限是50微安。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述上限是30微安。

8.根据权利要求5所述的方法，其中当放电电流达到所述预置上限时，用来减小放电电流和放电电压的所述装置工作。

9.根据权利要求5至8任一项所述的方法，其中当所述放电电压达到其预置上限时，在喷涂设备远离工件时用来增大放电电流和放电电压的所述装置可以停止其工作。

10.根据权利要求1所述的方法，其中粉末喷涂设备进一步包括随着喷涂设备接近工件用来减小由喷涂设备分配的粉末体积的装置。

11.根据权利要求10所述的方法，其中涂料体积的减小对应于输出功率的减小。

12.一种静电粉末喷涂设备，该设备包括一个用于为喷涂粉末充电的静电充电装置、随着喷涂设备接近工件当放电电流达到一个预定阈值时通过逐渐减小放电电流和放电电压控制用于静电充电装置的输出功率的装置、和响应静电充电装置的放电电流或放电电压的变化用来控制喷涂的涂料体积的装置。

13.根据权利要求12所述的静电粉末喷涂设备，其中所述控制装置响应放电电压的减小而减小喷涂的涂料体积，而相反，响应放电电压的增大而增大该体积。

14.根据权利要求12或13所述的静电粉末喷涂设备，其中喷涂的涂料体积与放电电压的值成比例。

15.根据权利要求12所述的静电粉末喷涂设备，其中利用压缩空气把粉末输送到静电充电装置，并且控制装置控制涂料的流量，并由此控制流到静电充电装置的涂料体积。

16.根据权利要求15所述的静电粉末喷涂设备，其中控制装置通过控制空气的压力控制所述涂料的流量。

17.根据权利要求15所述的静电粉末喷涂设备，其中控制装置通过改变经其通过空气的孔口的尺寸控制流量。

18.根据权利要求15所述的静电粉末喷涂设备，其中控制装置通过改变粉末经其流动的孔口的尺寸，控制流到静电充电装置的涂料体积。

19.根据权利要求14所述的静电粉末喷涂设备，其中所述控制装置包括一个调节器，该调节器控制空气压力的压力，从而使所述压力与放电电压成比例。

20.根据权利要求19所述的静电粉末喷涂设备，其中控制装置包括一个比例控制阀。

Images