CN201603651U - 带传感器的换色阀组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供工业自动化喷漆或喷涂系统,其具有用于将可选用液体的多条管线(3)与喷涂器相连通的换色装置(1),每条所述管线设有可控阀(4),用于将该管线连通至喷涂器,并且所述装置包括控制单元(7),用于产生驱动可控阀的控制信号(10)。可控阀配有检测机构(5),用于检测可控阀的状态并适于将阀状态传送到控制单元,该控制单元被配置成能基于检测到的状态和用于驱动可控阀所产生的控制信号的比较来检查可控阀的异常状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业自动化喷漆或喷涂系统的换色装置和系统。
背景技术
在用于工业产品如汽车生产的很多喷涂系统中,在总装线上常采用自动喷涂设备进行产品喷漆。这种喷涂设备包括换色装置,其允许设备喷涂多种颜色的油漆并允许在不同颜色的喷涂之间快速切换。
在本实用新型中,换色装置是指油漆切换阀装置,用于接通众多油漆管线,以便用喷涂器喷涂不同的可选用油漆涂料。
换色装置或油漆切换阀或油漆/颜色转换机构可从一种油漆颜色快速切换到另一种油漆颜色。颜色转换机构包括多个可控的油漆阀,这些阀沿运输所有油漆的油漆管线分布。
换色装置在许多可选用油漆之间切换。换色装置被设计成包括可成行排列的多个独立模块(连接块、连接带、控制头)的单元结构,从而能获得用于油漆管线的、数目可变且随后可增减的连接点。除油漆阀之外,通常还设有用于冲洗介质如稀释剂流体和脉动空气的其它类似结构的阀。
这种换色装置在现有技术中是已知的,例如美国专利US20030118392描述了一种变型方案。颜料流通过气动阀来控制,而驱动气动阀的压缩空气通过换色装置上的导阀来控制。
电动喷漆控制系统将信号发送到导阀来启/闭,即导阀将来自喷漆控制系统的电信号转换成气动信号。气动信号用来启/闭具体的喷漆阀。
在现有技术中已知的换色装置中,喷漆阀的启闭为开环路,即没有将有关喷漆阀的实际状态反馈给控制系统。在无目视检查的情况下,无法得知喷漆阀操作是否出现故障。喷漆阀可能无法启闭,这被定义为阀的异常状态,即阀不能切换到控制系统所需要的状态。
如果喷漆阀不能打开,正被喷漆的工件将不能被喷漆,希望能在工件离开喷漆间时发现这种情况。
如果喷漆阀不能关闭而另一个喷漆阀被打开,则油漆将会发生混合,被喷涂的工件将会被喷上混合颜色,已喷涂的工件将可能不得不被丢弃,结果使制造商损失惨重。两个阀同时开启所造成的其它后果就是存在这样的危险,即多种油漆中的一种将会被压入其它的油漆供应容器中,因而污染该整个油漆供应容器。通常,该油漆供应容器的体积为1000升,因此污染将会导致终端用户承担高额成本。
用导阀控制换色装置上的气动驱动阀的确解决了气动信号控制中存在的许多问题,但它仍然存在一些问题。
美国专利US20030118392所给出的方案通过用电磁先导阀代替直动式针阀来降低操作阀所需的功率。但是,操作电磁先导阀所需的功率仍处于几瓦范围内。如果是要在有爆炸危险的环境中操作换色装置,则在电磁先导阀中的这个功率可能会造成危险。有多种方法可使电磁阀防爆,但是将优选设置这样的阀,其仅需要用那些能量的一小部分,这使阀固有地具有防爆性能。
发明内容
本实用新型的一个优选实施例是要与工业自动喷漆或喷涂设备连用的换色装置。这些换色阀的实际状态(启闭)通过传感器(每个阀使用一个传感器)来检测,并且阀状态被传送给换色控制系统。阀状态的变换速度也可以被检测并被传送给换色控制系统。换色控制系统可以与用于喷漆机器人的上级控制系统通信,例如因为阀的启闭故障而指示需要紧急停机,或者因为某些参数已超标而需要安排维护。
本实用新型的优选实施例是工业自动化喷漆系统,其具有用于将可选用液体的多条管线与喷涂器相连通的换色装置,这些管线中的每一条均设有可控阀,用于将管线连通到喷涂器,并且换色装置包括用于产生驱动可控阀的控制信号的控制单元。可控阀配有检测机构,用于检测这些可控阀的状态,并且适于将阀状态传送到控制单元,该控制单元被配置成能基于检测到的可控阀状态与用来驱动可控阀的控制信号的比较来监控这些控制阀的操作(例如启闭)。
在本实用新型的这个实施例中,换色装置在为每个换色阀配置一个传感器的情况下检测换色阀的实际状态(启闭),并将阀状态传送到换色控制系统。阀状态转换速度也可以被检测并被传送到换色控制系统。
本实用新型的另一个实施例是,可控阀由来自穿过换色装置地到达各可控阀的共用压缩气体管线的压缩气体来驱动。
本实用新型的另一个实施例是,换色装置设有多个导阀单元,它们控制被用来驱动可控阀的压缩气流。
本实用新型的另一个实施例是,控制被用来驱动可控阀的压缩气流的导阀单元为压电机械阀。
压电机械阀也被称为电磁阀,它是一种使用压电效果例如来驱动阀构件的阀。
本实用新型的另一个实施例是,控制被用来驱动可控阀的压缩气流的导阀单元是微机电系统(MEMS)阀。
微机电系统(MEMS)是将机械元件、传感器、驱动器件和电子器件通过微加工技术集成在同一硅基片上的系统。在使用集成电路(IC)加工工艺(例如CMOS、双极或BICMOS工艺)生产电子器件时,微机械元件采用相兼容的“微机械加工”工艺来生产,这些“微机械加工”工艺选择性地蚀刻掉硅晶圆的某些部分,或者添加新的结构层来形成机械和机电装置。
本实用新型的另一个实施例是,导阀单元由来自控制单元的电信号直接驱动。
本实用新型的另一个实施例是,检测机构被布置成通过磁、电、光学和机械方法中的任一种来确定阀状态。
本实用新型的另一个实施例是,如果用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差超过预定时间(Tw),则控制单元指示阀报警状态。
本实用新型的另一个实施例是,如果用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差超过预定时间(Te),则控制单元指示阀异常状态。
本实用新型的另一实施例是,控制单元被布置成,如果检测到阀异常状态,则停止喷漆作业。
本实用新型的另一个实施例是,控制单元被布置成确定一个或多个阀是否已经达到阀报警状态的预定次数(Nw),并且指示是否到了对换色阀进行维护的时间。
本实用新型的另一个实施例是,控制单元被布置成,如果用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差随时间增大,则指示到了维护时间。
T0是可控阀的标准反应时间,其大约为25至40毫秒,但这个时间取决于阀的配置和类型。对于慢的可控阀(但仍然可接受),反应时间大约为100毫秒,这个时间对带有10m软管的阀来说是正常反应时间,对带有0.5m软管的阀来说,反应时间有点慢。具有长过300毫秒的反应时间的阀很可能导致产品是不可接受的。该系统具有不同的预设时间或用户限定时间(Tw,Te),如果用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差超过这些时间,则它们能够触发报警。Tw和Te的值可以由操作人员设定并且取决于阀的配置和类型。
Tw为报警时间,即,如果阀转换所花费的时间比这个时间长,则在控制单元中产生阀报警状态。报警状态被存储,并且当它们的次数超过系统或用户限定的极限值(Nw)时,换色装置的控制单元可向机器人控制系统指示需要安排维护或更换换色阀。
Te是异常时间,即,如果阀转换所花费的时间比该时间长,则在控制单元中产生阀异常状态,并且这种状态可以被预先编程来停止喷漆机器人的操作。
各时间之间的关系是T0<Tw<Te。
本实用新型的另一个实施例是,控制单元被布置成,如果控制单元所检测到的错误状态是可控阀不能打开或关闭,则停止喷漆作业。
本实用新型的另一个实施例是,控制单元被布置成,如果控制单元所检测到的错误状态是在控制信号和检测到的可控阀的阀状态转换之间的反应时间随时间而增大或超过临界值,则指示到了需要维护的时间。
本实用新型的另一个实施例是,控制单元配备有诊断程序,该诊断程序在维护期间驱动每个可控阀并确定控制信号和检测到的阀状态转换之间的反应时间,该诊断程序可以确定换色装置的操作是否是允许的。
本实用新型的另一个实施例是,换色装置被模块化。
本实用新型的另一个实施例是,油漆切换阀装置被模块化。
通过气动换色阀来控制颜料流,并且驱动气动阀的压缩空气由压电阀或MEMS阀来控制,它们均由换色控制系统进行控制。
利用本实用新型,控制系统可监测所有的阀,并且如果一个以上的阀被同时打开,则停止生产。
可以在工作过程中监控换色阀的响应/切换时间,并在响应/切换时间延长的情况下报警并且指示是否需要在不久的将来或立即更换换色阀,或指示是否需要更换导阀。
可以在维护过程中运行诊断程序,该诊断程序顺次驱动各阀并自动检查各阀是否正确工作。
用来检测可控阀的位置和状态的检测机构可以通过多种不同的技术进行操作。
传感器可以利用磁场变化,例如检测在可控换色阀上的磁体位置。传感器可以利用电流变化,例如使用可控阀的位置/状态来断开或接通电路。传感器可以是机电式的,例如可控换色阀的位置使检测机构移动,该检测机构随后向控制系统发出信号。传感器可以是光学式的,例如可控阀(打开或关闭)的位置挡住或没挡住光路。
使用压电阀或MEMS导阀对控制气动换色阀的压缩空气流进行控制的主要优点是这些阀的能耗低。压电阀或MEMS阀的能耗仅是电磁先导阀的能耗的一小部分。操作压电阀或MEMS阀所需的功率大约为几毫瓦(mW),其比操作电磁先导阀的功率小几个数量级。
压电阀或MEMS阀的低能耗使得根据防爆安全规范设计换色系统变得非常容易。确保工业自动喷漆或喷涂设备具有防爆设计是重要的,因为该设备是在其周围充斥着油漆液滴、溶剂蒸汽和/或粉末的环境中工作。
使用压电阀或MEMS阀的另一个优点是,与电磁导阀相比,这些阀具有更快的响应时间和更高的精度。
压电阀或MEMS阀的又一个优点是,这些阀可以由数据信号直接驱动,不需要放大器或继电器。这将会进一步简化设计并降低换色系统所需的零部件数量并且提高防爆安全性。
使用压电阀或MEMS阀的另一个优点是,与电磁先导阀相比,它们具有较少的移动构件。而且,还知道压电阀或MEMS阀比电磁先导阀更可靠。
附图说明
将参考在附图中部分示出的实施例对本实用新型进行阐述,其中:
图1示意性表示如何控制用于控制来自一条油漆管线的流体的切换阀装置;
图2示出了切换阀装置;
图3示出了切换阀装置的剖视图;
图4示出了切换阀装置的另一剖视图。
具体实施方式
图1示意性表示用油漆切换阀装置或换色组件1控制的油漆流。油漆管线2由换色阀4来控制。换色阀4通过使用压缩空气6被启闭。压缩空气的接通和断开由导阀8来控制。导阀8由来自外部电子控制系统7的信号10进行控制。传感器5检测换色阀4的状态并将换色阀4的状态传送11到外部电子控制系统7。
图2示出了油漆切换阀装置或换色组件1。所选定的油漆从换色组件1通过共用的油漆管道2被传输到喷涂器。不同的油漆管线或清洗介质管线3被连接到换色组件1。对于选定的油漆,气动操作阀或可控阀4被打开并且其它油漆管线阀被关闭。在转换颜色时,打开的油漆阀4被关闭并且可能一系列的阀被打开和关闭,以便用溶剂和/或空气来清洗在共用油漆管道2中之前留下的颜色。传感器5被布置在油漆切换阀装置上,用于监控可控阀4的位置或状态。控制系统7控制导阀8,该导阀用来控制来自共用管路的空气流,以供应压缩气体6。压缩空气操控气动操作阀4。颜色转换器由多个模块组成,这些模块被电连接9。构成转换阀装置的这些模块也被气动连接9。每个颜色转换模块配有I/O单元10,其电连接到传感器5和导阀8并借助总线系统由控制系统7控制。
图3示出了切换阀装置或换色组件1的剖视图。编号的说明和图2中的相同。在该图中可以看到共用油漆管道2、油漆管线或清洗介质管线3、气动操作阀或可控阀4和传感器5的配置。
图4示出了切换阀装置或换色组件1的另一个剖视图。在该图中可以看到共用油漆管道2、油漆管线或清洗介质管线3、气动操作阀或可控阀4和传感器5的配置。可以看到用于压缩气体供应6的共用管道,用于驱动可控阀4。导阀8可以是压电阀或MEMS阀,其控制到可控阀4的压缩气流。颜色切换模块1配有I/O单元10,其电连接(未示出)到传感器5和导阀8并可通过总线系统由控制系统7进行控制。
虽然已经结合实施例对本实用新型进行了描述,但不打算将本实用新型的范围限制到所给出的特定形式,相反,想要涵盖可能由如后续的权利要求书所限定的本实用新型精神和范围所包含的替代、修改和等同。
Claims (14)
1.一种工业自动化喷漆或喷涂系统,具有用于将用于可选用液体的多条管线(3)连通至喷涂器的换色装置(1),其中每条所述管线设有可控阀(4),用于将所述管线连通至喷涂器,该换色装置包括用于产生控制信号(10)以驱动所述可控阀的控制单元(7),其特征是,所述可控阀配设有检测机构(5),用于检测所述可控阀的状态并且适于将阀状态传送至该控制单元,所述控制单元配置成能基于检测到的可控阀状态和用于驱动所述可控阀的控制信号的比较来监控所述可控阀的操作。
2.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述可控阀由压缩气体驱动,压缩气体来自穿过该换色装置(1)而到达每个可控阀的共用压缩气体管线(6)。
3.根据权利要求2所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述换色装置设有导阀单元(8),其控制用来驱动该可控阀(4)的压缩气流。
4.根据权利要求3所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,控制被用来驱动该可控阀的压缩气流的所述导阀单元(8)为压电机械阀。
5.根据权利要求3所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,控制被用来驱动该可控阀的压缩气流的所述导阀单元(8)为MEMS阀。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述导阀单元(8)由来自所述控制单元的电信号直接驱动。
7.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述检测机构(5)被设置成能通过磁、电、光学、机械方法中的任何一种来确定阀状态。
8.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,当用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差超过预定时间(Tw)时,该控制单元指示阀报警状态。
9.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,当用于驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差超过预定时间(Te)时,该控制单元指示阀异常状态。
10.根据权利要求9所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述控制单元(7)被设置成,如果检查到阀异常状态,则停止喷漆作业。
11.根据权利要求8所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述控制单元(7)被设置成能确定一个或多个阀是否已达到阀报警状态预定的次数(Nw)并指示是否对所述换色装置进行维护的时机。
12.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述控制单元(7)被设置成,如果驱动可控阀的控制信号的变化和该可控阀的状态变化之间的时间差随时间而增加,则指示是否到了进行维护的时机。
13.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述控制单元设有诊断程序,该诊断程序在维护期间驱动每个可控阀并确定控制信号和检测到的阀状态变化之间的反应时间,所述诊断程序可确定换色装置的操作是否是可接受的。
14.根据权利要求1所述的工业自动化喷漆或喷涂系统,其特征是,所述换色装置是模块化的。
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