DE3423094A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen eines durchflussmengen-steuerventils einer farbspritzpistole - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum einstellen eines durchflussmengen-steuerventils einer farbspritzpistoleInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines Durchflußmengen-Steuerventils
einer Farbspritzpistole.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen der Färb-Durchflußmenge eines motorgetriebenen
Durchfluß-Steuerventils einer Farbspritzpistole, insbesondere einer automatischen Farbspritzpistole mit häufigem
Durchflußmengen- und Farbwechsel, vorzugsweise für das fließbandmäßige Spritzen von Automobilkarosserien.
Bei den heutigen Farbspritzgeräten und -Anlagen
werden zur Einstellung der Durchflußmenge mechanische oder elektrische
Durchfluß-Stellglieder verwendet, die von Hand eingestellt werden müssen. Der jeweilige Ist-Wert des Durchflusses
wird dabei von einer selbständigen Meßeinrichtung angezeigt und die Bedienungsperson nimmt dann auf der Grundlage des abgelesenen
Wertes eine Korrektur vor. Bei komplizierteren Lackiervorgängen, etwa beim Lackieren von Automobilkarosserien, sind
jedoch diese bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zürn Einstellen
der Durchflußmenge unbefriedigend. So weist beispielsweise eine Automobilkarosserie mehrere Spritzzonen auf, also
Zonen mit unterschiedlicher Stärke des Farbauftrags. Geht man
nun beispielsweise davon aus, daß die Karosserie mit einer Bandgeschwindigkeit
von fünf Meter pro Minute durch die Lackierstation hindurchgeführt wird, dann legt das Werkstück in einer
Sekunde schon einen Wert von 8 cm zurück. Dabei liegen die Längen er erwähnten Spritzzonen zwischen etwa 30 cm und 100 cm. Damit
nun eine Änderung der Durchflußmenge für die eingesetzte Farbspritzpistole
für die einzelnen Spritzzonen voll wirksam wird, muß die Durchflußmengen-Einstellung sehr schnell erfolgen, d.h.,
• si"·
der übergang von der maximalen zur minimalen Durchflußmenge
sollte innerhalb einer Sekunde möglich sein. Dies ist aber mit den erwähnten bekannten Einrichtungen nicht möglich, weil
sowohl die eigentlichen Einstellzeiten als auch die Zeiten für
das Messen und Ablesen der Ist-Werte in der Größenordnung von mehreren Sekunden liegen. Soll zwischen zwei Werkstücken ein
Farbwechsel erfolgen, dann muß ein Spülvorgang durchgeführt werden, der ein voll geöffnetes Durchlaßventil erfordert. Anschließend
ist das Ventil dann auf die Durchflußmenge der ersten Spritzzone des nächsten Werkstücks einzustellen. Hierdurch
ergeben sich gerade beim Farbwechsel beträchtliche Zeitverzögerungen. Zu Berücksichtigen ist ferner, daß die Durchlußmenge
von der Viskosität der jeweiligen Farbe und damit auch von der Umgebungstemperatur abhängt, mit der Folge, daß sich die Einstellwerte
während eines Produktionstages ändern. Die erwähnten Probleme führen jedenfalls dazu, daß das Einstellen der erforderlichen
Durchflußmengen nicht nur mühsam und zeitraubend ist, sondern zwangsläufig Abweichungen von 20 Prozent und weit darüber
in Kauf genommen werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren
Hilfe es gelingt, eine selbsttätige Einstellung der Durchflußmenge in kürzester Zeit und mit hoher Genauigkeit vorzunehmen.
Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1, die vorrichtungsmäßige Lösung im Patentanspruch
3 gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird also zunächst eine Steuerung und dann eine Regelung vorgenommen. Die Steuerung dient dazu,
das Durchflußventil möglichst schnell auf den ungefähren Soll-Wert einzustellen, und zwar unabhängig davon, ob ein Farbfluß
vorhanden ist oder nicht. Diese ungefähre Einstellung des Soll-Werts kann also bereits vor Freigabe des Farbflusses durchgeführt
werden. Anschließend an dieses ungefähre Ansteuern des Soll-Werts
erfolgt dann - bei Farbfluß - eine Einregelung auf den exakten
Soll-Wert im geschlossenen Regelkreis. Damit wird es möglich, selbst dann, wenn die einzelnen Spritzvorgänge sehr kurz sind,
beispielsweise zwischen 0,5 und 1 Sekunde liegen, exakte
Durchflußmengen zu erhalten. Darüberhinaus wird die Erfindung auch besonderen Fällen, wie etwa Farbwechsel, Farbunterbrechung u.dgl., in besonderem Maße gerecht, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung noch im einzelnen ergeben wird.
Durchflußmengen zu erhalten. Darüberhinaus wird die Erfindung auch besonderen Fällen, wie etwa Farbwechsel, Farbunterbrechung u.dgl., in besonderem Maße gerecht, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung noch im einzelnen ergeben wird.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise dargestellt. Es
zeigen:
zeigen:
Fig. 1 eine Blockschaltskizze der Gesamtvorrichtung, und
Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung des Steuer-
und Regelvorgangs.
In Figur 1 ist mit 10 eine Farbspritzpistole bezeichnet, die von einer Färbzuführleitung 11 gespeist wird. Die
Leitung 11 ihrerseits wird von einer Farbwechseleinheit 12 mit
Farbe versorgt, die eine Reihe von Farbanschlüssen 12.. bis
121f. für verschiedene Farben, eine in ihr integrierte Spülgruppe
12 a mit Anschlüssen 12a., 12a2 und 12a3 für Spülluft, Lösemittel
und Schiebeluft und schließlich ein mit der Leitung 11 verbundenes Auslaßventil 12b aufweist. In der Leitung 11 befinden
sich - in Richtung von der Farbwechseleinheit 12 zur Pistole 10 - ein Durchflußmeßgeber 13, ein Durchfluß-Steuerventil
14 und ein Freigabeventil 15. Der Durchflußmeßgeber 13 gibt seine Meßsignale über eine Leitung 13a an einen Mikrocomputer
16 weiter. Das Durchfluß-Steuerventil 14 wird über ein Getriebe 17 von einem Schrittschaltmotor 18 betätigt, der über
eine Ansteuerung 19 an einer Spannungsversorgung 20 liegt, die auch zur Energieversorgung des Mikroprozessors 16 dient. Das Getriebe
17 ist über eine Meldeleitung 17a und die Ansteuerung 19 über eine Steuerleitung 19a mit dem Mikroprozessor 16 verbunden.
Das Freigabeventil 16, vorzugsweise ein Magnetventil, kann manuell, etwa über einen Reed-Kontakt des Pistolenabzugs, über *
über die Verbindungsleitung 15a vom Mikrocomputer 16 aus betätigt werden. Mit 21 ist eine übliche Rückführleitung mit Ventil
21a bezeichnet.
Der Mikrocomputer 16 ist ferner mit einer Eingabe-Anzeige-Einrichtung
22 verbunden, und zwar über eine Sollwertleitung 22., eine Farhwechselleitung 222 und eine Freigabeleitung
223> Schließlich ist der Mikroprozessor 16 über eine
Leitung 12c mit der Farbwechseleinheit 12 verbunden.
Mit 23 ist eine übergeordnete Steuerung bezeichnet, beispielsweise ein Großrechner, an welche der Mikrocomputer
16 über die Leitung 23a angeschlossen ist.
* ein übergeordnetes Steuersystem, oder - 7 -
— π —
Für den Betrieb der Anlage gibt die Bedienungsperson über die Eingabe-Anzeige-Einrichtung 22 die gewünschte
Farbart und einen Soll-Wert für den Durchfluß in den Mikrocomputer 16 ein, mit der Folge, daß dieser die Farbwechseleinheit
12 entsprechend einstellt und über die Ansteuereinheit 19 und/
oder das Getriebe 17 das Durchflußventil 14 auf diesen Soll-Wert einsteuert, öffnet nun die Bedienungsperson das Freigabeventil 15, etwa durch Betätigen des Pistolenabzugs oder durch
Druck auf eine entsprechende Taste der Eingabe-Anzeige-Einheit 22, dann ergibt sich in der Leitung 11 eine Farbströmung, wobei der Durchflußmeßgeber 13 dem Mikrocomputer 16 die Ist-Werte des Durchflusses in der Leitung 11 übermittelt. Aufgrund dieser
Ist-Werte regelt der Mikrocomputer 16 das Durchflußventil
14 auf den exakten Soll-Wert ein und sorgt dafür, daß dieser Soll-Wert exakt beibehalten wird. Wesentlich dabei ist, daß zunächst
eine schnelle Steuerung des Durchlaßventils 14 auf den ,
- ungefähren - Soll-Wert erfolgt, wobei dies' sowohl bei offenem
als auch bei geschlossenem Freigabeventil 15 erfolgen kann, und daß dann auf der Grundlage der Messung der tatsächlichen ■
Durchflußwerte, also der Ist-Werte, ein Regelvorgang zur Erzielung und Erhaltung des exakten Soll-Werts durchgeführt wird.
Vor der ersten Inbetriebnahme, beispielsweise am Morgen vor Produktionsbegitin, wird eine Durchflußmengen-Tabelle
erstellt. Das bedeutet, daß man für jede Farbe für verschiedene Durchflußwerte die Positionen des Schrittmotors
18 bzw. des Getriebes 1(, welche bestimmten öffnungsweiten
des Durchfluß-Steuerventils 14 entsprechen, festlegt.*Liegt
eine lineare Abhängigkeit vor, dann genügen für jede Farbe zwei Daten, ist die Abhängigkeit nicht linear, dann sind mehrere
Tabellenwerte zu erstellen, wobei deren Anzahl von der geforderten
Anfangsgenauigkeit abhängt. In der Praxis hat sich: gezeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erreicht werdenrwenn
der Tabellenfehler unter zehn Prozent liegt, die Abweichung des Tabellen-Soll-Wer'tes vom tatsächlichen Soll-Wert
* Das Erstellen der Tabelle kann aber auch selbsttätig durch den Mikroprozessor
erfolgen, wozu jedoch ein Farbfluß (Test-Sprühen) erforderlich ist.
also zehn Prozent nicht überschreitet. Die erstellten Tabellenwerte
werden dann im Mikrocomputer 16 abgespeichert. Wird nun die Produktion begonnen, dann gibt die Bedienungsperson *
- wie erwähnt - in den Mikrocomputer den gewünschten Durchflußmengen-Soll-Wert**ein.
Der Mikrocomputer betätigt dann auf der Grundlage der abgespeicherten Tabelle den Schrittmotor 18
und/oder das Getriebe 17 und stellt damit das Durchfluß-Steuerventil 14 auf einen Apriori-Wert ein, der einer Durchflußmenge
nahe dem Durchflußmengen-Soll-Wert, beispielsweise mit einer Abweichung von maximal - 10 %, entspricht. Wird durch öffnen
des Freigabeventils 15 die Strömung in der Leitung 11 in Gang
gesetzt, dann übermittelt der Durchflußmengengeber 13 dem Mikrocomputer 16 fortlaufend die tatsächlichen Ist-Werte der
Durchflußmenge und der Mikrocomputer 16 regelt auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen Ist-Wert und Soll-Wert das Ventil
14 nach, bis Ist-Wert und Soll-Wert übereinstimmen, was in der Praxis als gegeben angesehen werden kann, wenn die Abweichung
unter drei Prozent liegt. Wird ein neuer Soll-Wert eingegeben, dann errechnet der Mikrocomputer 16 auf der Grundlage der abgespeicherten
Tabelle die neue Position des Schrittmotors und stellt das Ventil 14 auf den neuen Apriori-Wert ein, wozu Zeiten
bis maximal etwa 1 Sekunde erforderlich sind. Anschließend erfolgt dann wiederum der erwähnte Regelvorgang bis zur Erreichung
der Übereinstimmung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert. Wie erwähnt kann dabei die Einstellung des Apriori-Wertes sowohl
im Ruhezustand (keine Parbströmung) als auch im Betriebszustand (Farbströmung) erfolgen; der Regelvorgang dagegen erfordert
verständlicherweise das Vorliegen einer Farbströmung.
Bezüglich der abgespeicherten Tabelle ist zu
berücksichtigen, daß bei gegebener öffnungsweite des Ventils
die Durchlaßmenge von der Viskosität der hindurchströmenden Farbe abhängig ist, wobei die Viskosität ihrerseits eine Funktion
* oder das übergeordnete Steuerungssystem - 9 -
** und die gewünschte Farbe
der Temperatur ist. Temperaturänderungen während des Tages
führen also dazu, daß die beispielsweise am Morgen abgespeicherte Tabelle ungenauer wird. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig,
den Mikrocomputer mit einem Tabellen-Korrekturprogramm zu versehen, das in Abhängigkeit von einem Temperaturgeber
oder von den während des Betriebs vom Durchflußgeber 13 gemessenen Abweichungen der Apriori-Werte von den Ist-Werten selbsttätig
eine Korrektur der Tabelle vornimmt.
Beim Farbwechsel wird das Durchfluß-Steuerventil 14 ganz geöffnet, um so die Farbwechselzeit möglichst kurz
zu halten. Während des Farbwechsels erfolgt nämlich eine Spülung der Leitung mit Lösungsmittel und Spülluft. Dabei wäre es
nicht sinnvoll, Durchflußmessungen und/oder Regelungen vorzunehmen,
weil lediglich von Bedeutung ist, daß der Spülvorgang schnell durchgeführt werden kann. Nach dem Spülgang wird das
Ventil 14 auf den neu angewählten Soll-Wert eingestellt bzw. kehrt zu dem Soll-Wert vor Farbwechsel zurück.
Figur 2 zeigt ein typisches Beispiel für den
Steuerungs- und Regelvorgang nach der Erfindung. Dabei ist auf der Ordinate die Durchflußmenge, auf der Abszisse der.Zeitablauf
angegeben. Der Vorgang beginnt also mit einem Farbwechsel (voller Durchlaß für das Spülmittel) und endet mit einem Farbwechsel,
wobei zwischen diesen beiden Farbwechseln drei verschiedene Soll-Werte 1, 2 und 3 vorgesehen sind. Bei jeder Söll-Wert-Änderung
wird zunächst das Ventil 14 auf den Apriori-Wert (Tabellenwert) eingestellt, worauf dann die Regelung auf der.
Grundlage der gemessenen Ist-Werte erfolgt. Im gezeichneten Beispiel ist dabei angenommen worden, daß die Apriori-Einstellung
auf den ersten Soll-Wert ohne Farbfluß (Freigabeventil· 15 geschlossen), bei den beiden anderen Soll-Werten dagegen bei
strömender Farbe (Freigabeventil 15 geöffnet) erfolgt. Der
- 10 -
- ίο -
Vorgang entspricht in der Praxis dem Spritzen einer Automobilkarosserie,
die am Fließband an der Spritzstation vorbeigeführt wird und drei Zonen unterschiedlicher Farbauftragsstärke aufweist.
Sowohl die Vorrichtung als auch das Verfahren können Abwandlungen erfahren, ohne den Bereich der Erfindung
zu verlassen. Eine sehr kostengünstige Ventilkonfiguration
mit Antrieb besteht beispielsweise aus einem Nadelventil und einem Schrittmotor. Das Nadelventil besitzt einen Spindelantrieb.
Diese Spindel ist direkt über eine Kupplung mit der Antriebswelle des Schrittmotors verbindbar. Es entfällt damit
das Getriebe und man erhält außerdem eine sehr hohe Auflösung von beispielsweise 1 : 5000. Im Falle einer Störung im Steuerungssystem
oder in der elektrischen Versorgung besitzt dann diese Ventilanordnung aus spindelgetriebenem Nadelventil und Schrittmotor
gute Notlaufeigenschaften, da zum einen der Schrittmotor
und damit das Ventil in seiner Position verharren und zum anderen mit der Hand über ein Handrad, welches auf der Schrittmotorachse
befestigt ist, mechanisch eingestellt werden kann. Die möglichen Modifikationen des Verfahrens betreffen insbesondere
den Anschluß des Mikrocomputers an eine übergeordnete Anlage, etwa einen Großrechner. Damit wird es beispielsweise
möglich, einen Datenaustausch zwischen der Werkstück-Fördereinrichtung und der Spritzanlage herbeizuführen, derart, daß
alle Gegebenheiten der Werstückszuführung auf die Spritzanlage übertragen werden und diese damit vollautomatisch arbeitet.
Die Erfindung ist bei Farbspritzgeräten aller Art anwendbar, also sowohl bei RotationsZerstäubern als auch bei Hochdruckzerstäubern
als auch bei Druckluftzerstäubern, wobei im letzteren Fall auch eine entsprechende Druckströmungssteuerung der Druckluft
denkbar ist.
-44-
- Leerseite -
Claims (6)
1. Verfahren zum Einstellen der Farb-Durchflußmenge
eines motorgetriebenen Durchfluß-Steuerventils einer Farbspritzpistole,
insbesondere einer automatischen Farbspritzpistole mit häufigem Durchflußmengen-und Farbwechsel, vorzugsweise für
das Fließband-Spritzen von Automobilkarosserien, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst eine Folge von Zuordnungen zwischen Durchflußmengenwerten und elektrischen Ventilmotor-Betätigungssignalen
erstellt und als Näherungstabelle in einen Mikgrcomputer
eingegeben wird, daß dann durch Anwählen des gewünschten Durchflußmengenwertes der Mikrocomputer veranlaßt wird, das
tabellarisch zugehörige Betätigungssignal als Steuersignal dem
Ventilmotor zuzuführen und so das Durchfluß-Steuerventil auf
diesen Soll-Wert annäherungsweise einzustellen, und daß anschliessend während des Farbdurchflusses durch das Durchfluß-Steuerventil die Durchflußmenge fortlaufend gemessen und die Meßwerte
als Ist-Werte dem Mikrocomputer zugeführt werden, der dann auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Soll-Wert und den
Ist-Werten dem Ventilmotor Regelsignale zuführt und so das Durchfluß-Steuerventil fortlaufend auf den Soll-Wert nachregelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abweichungen der Ist-Werte vom Soll-Wert während der Ansteuerungsphase auf etwa zehn Prozent, während der Regelphase
auf etwa drei Prozent begrenzt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Farbspritzpistole, einer die Farbspritzpistole
mit der Farbwechseleinheit verbindenden Farbzuführleitung einem in die Färbzuführleitung eingesetzten Freigabeventil
und einem in die Farbzuführleitung eingesetzten, durch einen Motor betätigten Durchfluß-Steuerventil, gekennzeichnet
durch einen ebenfalls in die Farbzuführleitung (11)
— 2 —
eingesetzten Durchfluß-Meßgeber (13) und durch einen Mikrocomputer
(16), wobei der Mikrocomputer (16) über Signalleitungen mit dem Motor (18) für das Durchfluß-Steuerventil (14),
dem Durchfluß-Meßgeber (13) , dem Farbwechsler (12) und einer Eingabe-Anzeige-Einrichtung (22) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (18) für das Durchfluß-Steuerventil
(14) eine Ansteuereinheit (19) und ein
Getriebe (17) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (18) für das Durchfluß-Steuerventil
(14) ein Schrittschaltmotor und der Durchfluß-Meßgeber (13) ein Zahnradmeßgeber ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (16) an einen
externen Datengeber (23) angeschlossen ist.
7-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß bei betriebsbedingter Unterbrechung das
Ventil (14) in seiner Stellung verharrt und/oder beim Wiedereinschalten besonderen Einschaltroutinen, die den Staudruck und
den Fließdruck berücksichtigen, unterworfen ist.
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