DE3714000A1 - Steuersystem fuer eine programmgesteuerte spruehvorrichtung - Google Patents
Steuersystem fuer eine programmgesteuerte spruehvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beispielsweise beim selbsttätigen serienweisen
Beschichten von Kraftfahrzeugkarossen unter Verwendung
einer programmgesteuerten Sprühvorrichtung wie insbe
sondere eines Lackierroboters ist es wichtig, die Farbe
an genau definierten Positionen ein- und ausschalten zu
können. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit des
Roboters kann z. B. 1500 mm/s betragen. Auf einer
Bahngeraden, die mit dieser Geschwindigkeit überfahren
wird, soll der Farbstrahl mit einer Genauigkeit von
±5 mm geschaltet werden können. In der Übertragungs
strecke dürfen also keine Zeitverzögerungen auftreten,
die größer sind als 3 ms. In der Praxis wird diese
Toleranz jedoch überschritten. Die Robotersteuerung
gibt die Stellsignale für das Farbnadelventil deshalb
um eine bestimmte Vorhaltezeit früher aus, die abhängig
von der jeweiligen Geschwindigkeit des Roboters fest
vorgegeben wird.
Die Farbversorgung des Farbnadelventils erfolgt gewöhn
lich über Leitungen, die eine Zahnradpumpe od. dgl. mit
einem von ihrem Ausgang zum Eingang führenden Rück
führungskreis enthält, der dafür sorgen soll, daß am
Ausgang der Pumpe auch bei geschlossenem Farbnadelventil
stets der richtige Betriebsdruck herrschen soll, der
folglich beim Öffnen des Farbnadelventils nicht erst
aufgebaut werden muß. Der Rückführungskreis enthielt
bisher ein Ventil, das selbsttätig durch den beim
Schließen des Farbnadelventils entstehenden Farbleitungs
druck geöffnet wurde und sich dementsprechend beim
Öffnen des Farbnadelventils selbsttätig wieder schließen
mußte. Hierbei konnten unerwünschte Druckschwankungen
entstehen, die auch die Auftreffgenauigkeit des Farb
strahls auf der zu beschichtenden Karosse beeinträchti
gen können. Außerdem sprechen die durch den Farbdruck
gesteuerten Ventile in Abhängigkeit von den jeweiligen
rheologischen Eigenschaften (also dem Fließverhalten)
des verwendeten Lackmaterials unterschiedlich an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer
system zu schaffen, das eine genauere Farbstrahl
steuerung der Sprühvorrichtung ermöglicht als bisher
und insbesondere auch unerwünschte Druckspitzen in dem
Farbzufuhrsystem vermeidet.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Farbzufuhrsystem des Farbnadelventils einer
Sprühvorichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Zeitsteuer
einheit;
Fig. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Schaltzeiten
der Zeitsteuereinheit; und
Fig. 4 Zeitdiagramme entsprechend Fig. 3 für einen
anderen Betriebsfall.
Gemäß Fig. 1 sind für das Farbnadelventil FNV zwei
parallele, durch eine Farbumschalteinheit UE wählbare
Leitungen für unterschiedliche Farben vorgesehen, die
jeweils eine Zahnradpumpe Z 1 bzw. Z 2 enthalten. Beide
Zahnradpumpen sind auch bei geschlossenem Farbnadelventil
FNV ständig in Betrieb und arbeiten mit vorbestimmbarer
Geschwindigkeit. Wenn die Farbnadel geschlossen ist,
wird die Farbe über je einen Rückführungskreis umge
leitet, der durch ein Drosselventil DV 1 bzw. DV 2
geöffnet und geschlossen werden kann. Bei geöffnetem
Farbnadelventil ist je nach Stellung der Farbumschalt
einheit UE das Drosselventil DV 1 oder das Drosselventil
DV 2 umschlossen. Das Farbnadelventil FNV und die beiden
Drosselventile werden durch pneumatische Ventile PVFN,
PV 1 bzw. PV 2 angesteuert, die ihrerseits durch elektri
sche Signale gesteuert werden können.
In dem dargestellten System treten verschiedene unver
meidbare Verzögerungen auf:
- 1) Zeit zwischen dem elektrischen Einschaltsignal für das Farbnadelventil FNV und dem Zeitpunkt, zu dem das Farbnadelventil seine Öffnungsstellung erreicht, die von einem im Farbnadelventil eingebauten Sensor durch ein elektrisches Rückmeldesignal (FRN) ange zeigt werden kann; also die Zeit zwischen Einschalt- und Rückmeldesignal.
- 2) Zeit zwischen dem elektrischen Ausschaltsignal des Farbnadelventils und dem Zeitpunkt, zu dem das Farbnadelventil tatsächlich geschlossen ist. Hierfür ist bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel keine elektrische Rückmeldung vorgesehen; es wird vielmehr angenommen, daß diese Verzögerungszeit gleich der Einschaltverzögerung des Farbnadelventils ist oder in fester Relation zu ihr steht.
- 3) Zeit zwischen dem elektrischen Einschaltsignal des Drosselventils DV 1 und dem Zeitpunkt, zu dem dieses Ventil wirklich geöffnet ist.
- 4) Zeit zwischen dem elektrischen Ausschaltsignal für das Drosselventil DV 1 und dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil geschlossen ist.
- 5) Zeit zwischen dsem elektrischen Einschaltsignal des Drosselventils DV 2 und dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil geöffnet ist.
- 6) Zeit zwischen dem elektrischen Ausschaltsignal des Drosselventils DV 2 und dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil geschlossen ist.
Diese Verzögerungen werden mit der in Fig. 2 schematisch
dargestellten, beispielsweise einen Mikroprozessor
enthaltenden Roboterprogrammsteuerung binäre Ein-
und Ausschaltbefehle FN für das Farbnadelventil empfängt.
Aufgrund des Einschaltbefehls FN erzeugt die Zeitsteuer
einheit ZST zu einstellbaren späteren Zeitpunkten
elektrische Schaltsignale FN', D 1 und D 2 zum Ein- und
Ausschalten des Farbnadelventils FNV und der Drossel
ventile DV 1 und DV 2. Diese Schaltsignale steuern die
in Fig. 1 gezeigten pneumatischen Ventile PVFN, PV 1
bzw. PV 2. Der Zeitsteuereinheit wird ferner das Rück
meldesignal FNR zugeführt, das von dem Farbnadelventil
bei Erreichen seiner Offen-Stellung erzeugt wird.
Die Zeitlagen der erwähnten Signale sind in Fig. 3
dargestellt. Die Zeitsteuereinheit ZST empfängt zum
Zeitpunkt t 0 von der Roboterprogrammsteuerung den
Einschaltbefehl FN und erzeugt daraufhin nach der
eingestellten Wartezeit bis zum Zeitpunkt T 1 das
Einschaltsignal FN′ für das Farbnadelventil. Nach der
gemessenen Farbnadelzeit T 8, d. h. der vom Farbnadel
ventil bis zum Öffnen benötigten Dauer, wird vom Farb
nadelventil zum Zeitpunkt t 2 das Rückmeldesignal FNR
erzeugt. Nach der Farbflugzeit T 6 trifft die Farbe
zum Zeitpunkt t 3 auf der zu beschichtenden Karosse auf.
Die Gesamtzeit zwischen t 0 und t 3 ist die im Roboter
programm als Prozeßparameter vorgesehene Einschaltzeit
(Vorahltezeit) T 0 des Farbnadelventils.
Ähnlich ist die ebenfalls als Prozeßparameter benötigte
Ausschaltzeit T 1 des Farbnadelventils erkennbar. Sie
setzt sich zusammen aus der Zeit zwischen Verschwinden
des übergeordneten Einschaltbefehls FN zum Zeitpunkt t 4
und des von der Zeitsteuereinheit ZST erzeugten Schalt
signals FN′ zum Zeitpunkt t 5, der Abschaltverzögerungs
zeit des Farbnadelventils, die hier als gleich der ge
messenen Einschalt-Farbnadelzeit T 8 angenommen wird,
sowie wieder der Farbflugzeit T 6. Zum Zeitpunkt t 6
endet also die Beschichtung der Karosse.
In Fig. 2 sind ferner die Ein- und Ausschaltzeiten T 2
bzw. T 3 des Drosselventils DV 1 sowie die Ein- u nd
Ausschaltzeiten T 4 bzw. T 5 des zweiten Drosselventils
DV 2 eingetragen, die erkennen lassen, zu welchen Zeit
punkten die Schaltsignale D 1 bzw. D 2 der Drosselventile
erzeugt werden und enden. Diese Zeitpunkte werden in
der Zeitsteuereinheit ZST so eingestellt, daß sich in
der Praxis optimale Druckverhältnisse in den Farbzufuhr
schläuchen zwischen den Zahnradpumpen Z 1, Z 2 (Fig. 1)
und dem Farbnadelventil FNV ergeben, und können bei
spielsweise durch entsprechenden Versuchsbetrieb
ermittelt werden.
Die Drosselschaltzeiten liegen bei dem in Fig. 3 darge
stellten Beispiel vor den Farbnadelschaltzeiten. In
anderen Fällen kann es sich aber z. B. aufgrund anderer
Ventilkonstruktionen oder Leitungsverhältnisse als
notwendig erweisen, die Drosselventile zeitlich nach dem
Farbnadelventil zu schalten. Dieser Fall ist in Fig. 4
dargestellt, die im übrigen Fig. 3 entspricht und somit
keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Ein besonderes Problem kann sich durch selbsttätige,
beispielsweise auf Reibungsänderungen oder Verschleiß
beruhenden Änderungen der tatsächlichen Farbnadelzeit
T 8 im Laufe der Zeit ergeben. Wenn die Farbnadelzeit
T 8 kürzer oder länger ist als der beim Programmieren
des Roboters und bei den Einstellungen der Zeitsteuer
einheit ZST zugrundegelegte Wert, ergeben sich nicht
nur mehr oder weniger große Beschichtungsfehler an
der Karosse, sondern es können auch Druckfehler im
Leitungssystem auftreten, weil die Schaltzeiten der
Drosselventile nicht mehr auf die tatsächlichen
Öffnungs- und Schließzeiten des Farbnadelventils
abgestimmt sind.
Zur Lösung dieses Problems ist in dem hier beschriebe
nen System eine theoretisch errechnete maximal zulässige
Farbnadelzeit T 7 zugrundegelegt, deren Dauer von der
gemessenen Zeit T 8 nicht überschritten werden darf. Im
Normalbetrieb ist die Dauer von T 8 kürzer als T 7, und
damit das Farbnadelventil genau zum richtigen Zeitpunkt
t 2 (Fig. 3) geöffnet wird, schaltet die Zeitsteuer
einheit das Farbnadelventil um eine der Differenz
entsprechende Zeitspanne dt später ein, als es bei
Zugrundelegung der theoretischen Farbnadelzeit T 7 der
Fall wäre.
Wenn nun durch Messung der tatsächlichen Farbnadelzeit
T 8 in der obenerwähnten Weise eine Änderung ihrer
früher gemessenen Dauer festgestellt wird, kann diese
Änderung in der Farbsteuereinheit durch vorzugsweise
selbsttätiges Anpassen der Zeitspanne dt kompensiert
werden.
Wenn sich die gemessene Farbnadelzeit T 8 im Laufe der
Zeit so vergrößert, daß sie nicht mehr durch Verringe
rung von dt kompensiert werden kann, d. h. die Zeitspanne
dt gegen Null gehen oder negativ werden und die Farb
nadelzeit T 8 gleich oder größer als T 7 würde, dann
wird von der Zeitsteuereinheit ZST ein Alarmsignal AL
erzeugt und unter gleichzeitiger Öffnung der Drossel
ventile das Farbnadelventil gesperrt. Bevor dies
geschieht, besteht die Möglichkeit, zunächst ein Warn
signal W zu erzeugen, sobald sich der gemessene Wert
der Farbnadelzeit T 8 einer kritischen Grenze nähert.
Es kann zweckmäßig sein, in der Steuereinheit die
laufend gemessene Farbnadelzeit T 8 nicht direkt mit
dem gespeicherten Normalwert entsprechend der Zeit T 7
zu vergleichen, sondern aus einer Mehrzahl jeweils
letzterer Messungen zunächst einen Mittelwert zu bilden.
Erst wenn dieser Mittelwert die betreffende Grenze
überschreitet, werden die Warn- bzw. Alarmsignale
erzeugt.
Die im Rahmen der Kompensation durch die Zeitspanne
dt möglichen Einschaltzeitpunkte t 1 sollen bei dem in
Fig. 3 gezeigten Beispiel früherer Drosselschaltzeiten
nicht vor Ablauf einer Zeitspanne max (T 2, T 4) nach dem
Zeitpunkt t 0 liegen, die der maximal möglichen Einschalt
zeit T 2 bzw. T 4 der Drosselventile DV 1 und DV 2
entspricht. Beim AbschAlten wird die maximal mögliche
Zeitspanne max(T 3, T 5) der Abschaltzeiten der Drossel
ventile bei der Wahl der Zeitpunkte t 4 und t 5 berück
sichtigt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall der Drosselventil
betätigung nach der Farbventilbetätigung kann sich die
Kompensationszeitspanne dt dagegen unmittelbar an den
Zeitpunkt der Erzeugung des Schaltbefehls FN durch die
Programmsteuerung anschließen, und zwar sowohl beim
Einschalten als auch beim Ausschalten.
Die sich ggf. ändernde Farbnadelzeit T 8 und die von
der Zeitsteuereinheit zur Kompensation entsprechend
nachgeführte Zeitspanne dt können vom Bedienungspersonal
laufend mit Hilfe eines Bildschirms überwacht werden,
der über eine Schnittstelle SCHN an die in Fig. 2
dargestellte Steuereinheit ZST angeschlossen sein kann.
Über diese Schnittstelle können auch die erforderlichen
Zeiten eingestellt und geändert werden.
Die Druckverhältnisse zwischen den Zahnradpumpen Z 1
und Z 2 und dem Farbnadelventil FNV hängen nicht nur von
den richtigen Schaltzeitpunkten des Farbnadelventils
und der Ventile in den Rückführungskreisen der Zahnrad
pumpen ab, sondern auch von den rheologischen Eigen
schaften des der Sprühvorrichtung zugeführten Fluids.
Damit dieser Einfluß berücksichtigt werden kann, handelt
es sich bei den Ventilen in den Rückführungskreisen
vorzugsweise um Drosselventile, die nicht nur ein-
und ausschaltbar sind, sondern durch äußere Steuer
signale (in nicht dargestellter Weise) auf den jeweils
günstigsten Druck am Ausgang der Förderpumpe eingestellt
werden können. Bei Messung der rheologischen Eigenschaf
ten des geförderten Fluids ist auch eine Nachregelung
der Drosselventile in einem geschlossenen Regelkreis
möglich.
Claims (6)
1. Steuersystem für eine programmgesteuerte Sprüh
vorrichtung,
mit einem zu vorbestimmten Zeiten selbsttätig ein- und
ausschaltbaren Hauptventil (FNV) der Sprühvorrichtung
für ein Fluid, das von mindenstens einer eine Förderpumpe
(Z 1, Z 2) enthaltenden Leitung zugeführt wird,
und mit einem vom Ausgang der Förderpumpe (Z 1, Z 2) zu
deren Eingang führenden Rückführungskreis, der ein
Ventil (DV 1, DV 2) enthält, das beim Öffnen des Haupt
ventils (FNV) geschlossen und beim Schließen des Haupt
ventils geöffnet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (DV 1, DV 2) im Rückführungskreis der
Förderpumpe (Z 1, Z 2) durch von einer äußeren Steuereinheit
(ZST) angelegte Steuersignale (D 1, D 2) zu vorbestimmten
Zeiten betätigt wird, die auf die Ein- und Ausschaltzei
ten des Hauptventils (FNV) abgestimmt und einstellbar
sind.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ventil (DV 1, DV 2) im Rückführungskreis
ein Drosselventil ist, mit dem der Druck am Ausgang
der Förderpumpe (Z 1, Z 2) einstellbar ist, und daß das
Drosselventil (DV 1, DV 2) von der äußeren Steuereinheit
(ZST) in Abhängigkeit von der rheologischen Eigen
schaften des der Sprühvorrichtung zugeführten Fluids
gesteuert wird.
3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Schaltzeiten des
Hauptventils (FNV) und/oder des Drosselventils (DV 1, DV 2)
in Abhängigkeit von beim Betrieb der Sprühvorrichtung
gemessenen Ansprechverzögerungszeiten von der Steuer
einheit (ZST) selbsttätig geändert werden.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Hauptventil (FNV) eine Meßeinrichtung
zum Messen der Zeitdauer enthält, die zwischen dem
Anlegen eines Schaltsignals (FN′) zum Öffnen des
Hauptventils (FNV) und dem Zeitpunkt (t 2) benötigt
wird, bei dem das Ventil tatsächlich geöffnet ist.
5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ventil (FNV) ein Rückmeldesignal
(FNR) für die Steuereinheit (ZST) erzeugt, wenn es
seine vollgeöffnete Stellung erreicht.
6. Steuersystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile
(DV 1, DV 2, FNV) von pneumatischen Steuerleitungen ge
steuert werden, die elektrisch gesteuerte Schaltventile
(PV 1, PV 2) enthalten.
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