JPH02500961A - 流体材料吐出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ′　２口　壮　び　法 Ｊ園１ 本発明は流体吐出システムに係わり、特に潤滑材やシール材や接着剤のような粘 性流体材料を被加工物に吐出する際に、吐出機と被加工物との相対速度の変化を 補償するように流体材料の流量を制御することのできる吐出装置及び方法に関す る。

皿丞坐宣景 成る種の潤滑材や接着剤やシール材などの粘性流体を吐出する場合、被加工物の 表面に材料をビード状に塗布するに際して、このビードの単位長さ当りの材料の 量を所望値に定めることが必要となることが多い、高生産工程の場合又は材料ビ ードを高精度に位置決めする必要がある場合には、ロボット腕によって吐出ノズ ルを被加工物表面上をプログラムされたパターンに従って迅速に案内して、材料 を塗布することが多い、吐出流体は、用途に応じて、ノズルから高速度で成る距 離だけ放出されるか、それとも被加工物に接近配置されたノズルから低速度で押 出される。いずれの場合にも、と−ドにおける単位置線距離当りの塗布材料量は 、吐出ノズルから放出された材料の流量と、被加工物に対するノズルの速度との 両方に従って変化する。

例えば、自動車工業では、自動車のドアの内面の周囲にシール材の均一ビードを 塗布する必要があり、この塗布は内パネルをドアに接合する前に行われる。ロボ ットは、パターンの長い直線部分についてはノズルを迅速に移動させることがで きるが、しがしなからビードパターンが例えば、ドアパネルのコーナー付近など で急激に方向を変える場合には、ロボット腕はビードの所望の位置精度を維持す る為に速度を減速しなければならない、もし吐出流体材料の流量が一定値である 場合には、塗布ビードの材料量は、方向変化の為のロボット腕減速時には増加し 、ロボット腕の加速時には減少することになる。

この問題を解決する従来の試みの一つとして、ロボットコントローラーからの工 具速度信号を電圧制御式直流モータ駆動系に印加して、流体の充満したショット ポンプ（Ｓｈｏｔ　ｐｕｍｐ）のプランジャ駆動用のボールネジ機構の速度を制 御することが知られている。

このショットポンプは、ロボ・７ト腕に取付けられた吐出ノズルに可撓性ホース によって接続されている。直流駆動系に印加される工具速度信号は被加工物に対 するノズルの相対速度に応じて変化する。ショットポンププランジャの走行速度 が変化すれば、ノズルからの流量も同様に変化する。従って、ノズルの速度に応 じた流体の吐出流量の制御は、開ループ制御である。

ところが、このようなシステムは、種々の問題が存在する。即ち、その第１の問 題は応答性が本質的に遅いことであり、この為、ビードの大きさ制御は制限され てしまう、プランジャ駆動用の直ｆＬ駆動系と機械システムの応答性の遅延に加 えて、シッフ）ポンプとロボット腕に保持されたノズルとの間に接続された可撓 性ホースもシステムの応答性をかなり低下させる。ホースの長さがたった１０フ イートの場合でも、吐出される流体の特性と供給圧力とに応じて、ノズルの流量 がショットポンプの圧力変化に応じて変化するのに一秒以上かかることがある。

こうして、特にロボット腕速度が急激に変化する場合には、ビードの大きさを高 精度に制御することは、困難である。上述のシステムは、これらの性能上の制限 に加えて、別の実際上の不都合が存在する。Ｂち、ショットポンプは少なくとも 被加工物全体を塗布するのに必要な量の塗布材料を収容できなければならない、 この為に、ポンプやその関連機械駆動系は非常に大形化かつ高重量化してしまい 、吐出ノズルと一緒にロボット腕に取付けることが不可能になる。即ち、機械部 品や直流駆動制御器は重量が合計で数百ボンドにも達することもある。更にこの ようなシステムは保守に費用がかかり、かつまた生産ラインの床面積も多く必要 である。

公知の別のシステムは、もっと小型の吐出機を使用するもので、この吐出機はモ ータ駆動式の計量弁を具備し、この計量弁には可撓性ホースを介して材料が連続 的に供給される。吐出機はロボット腕に取付けられると共にサーボモータ又はス テンピングモータを具備し、このサーボモータ又はステンピングモータは、計量 弁を制御してロボットからの工具速度信号の示す吐出ノズル速度に従って流量を 調整する。吐出ノズルから離れたシステムの成る地点において流量の閉ループ制 御が材料流れを表すフィードバック信号によって行われる。このフィードバック 信号は、供給ポンプのクロスヘッドに接続されたポテンショメータ又はＬＶＤＴ を使用して供給ポンプの行程容積（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を検知すること によって、作られるか又は、吐出機供給用の可撓性ホースに直列に接続された容 積式流量計を使用することによって作られる。このようなシステムは、欧州特許 出＠千２５−１０４．１２７．７．号に開示されたように上述の主制御ループに 加えて、吐出機のノズルの所に圧力センサを設置することによって特定条件下で 動作停止を行うことができる。この文献には以下のことが開示されている０ＭＪ ち、吐出ノズルの壁に一個以上の圧力センサを配置して一対の信号、即ち泡の存 在を示す信号と液体の流れを示す信号とを夫々作り出す、この後者の信号は、例 えば一対の接点とこれに接続された圧力伝達弾性素子とから作られる。即ち、こ の圧力伝達弾性素子は、ノズルでの圧力が成る値を越えている時に上記接点を閉 成させる。流通チャンネルに詰りか生じた場合には、流れ信号によって、このシ ステムの停止又はその旨の表示を行うことができる。ノズルに泡が生じたことを 検出した場合にも、同様のことが行われる。

しかしながら、この種のシステムにも性能的にいくつかの制限が存在する。吐出 材料が、上述のショットポンプシステムの如き遠く離れた計量装置によってでは なく、ロボット腕に取付けられた吐出機によって計量される場合でもこのシステ ムは応答時間が依然として遅い。この結果、このシステムはビードの大きさ制御 が不充分であり、このような不充分な制御は特に吐出機ノズルと被加工物との相 対速度が急激に変化するときに起こる。

又里皇！ｎ 本発明の目的は、吐出すべき粘性流体材料の流れを迅速にかつ正確に制御できる ように応答速度を改善した粘性流体材料吐出システムを提供することである。

本発明の別の目的は、所望のパターン状に材料ビードを被加工物に塗布するよう にプログラムされたロボットと共に使用するのに通する小型・軽量化された上述 の吐出システムを提供することである。

本発明の別の目的は、ロボットと被加工物との相対速度が急激に変化した場合に もビードパターンの単位置線距離当りの被加工物への塗布材料量を正確に制御す ることができる吐出システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、吐出時の流体の動的流れ特性を考慮してシステムの流 れ応答性を線形化することのできる流体吐出システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、吐出流体の固有粘度の変化を周期的に補正して、−ロ フト内の各被加工物に所望量の材料を吐出することのできる流体吐出システムを 提供することである。

本発明の更に別の目的は、吐出機を任意に移動させても流体材料供給ホースがそ の移動の妨げとならないようにこのホースの取付角度位置を選定することができ る流体吐出装置を提供することである。

これらの目的を達成する為に、本発明の好適実施例は、サーボアクチュエータを 有する粘性流体用吐出機を具備し、このサーボ　アクチュエータは複動式ピスト ンアクチュエータを作動する電気・空気式サーボ弁を有している。このサーボ　 アクチュエータは可変式流体計量弁を駆動する。吐出機は、流体計量弁の下流側 であってその掻く近傍に設置された吐出ノズルを具備する。ノズルにはニードル 弁の下流側に圧力センサが配置され、この圧力センサは吐出流体の時々刻々の流 量に関連した圧力信号を発生する。

所望の流れを表す駆動信号と圧力信号との差に応じた制御電流が電気空気式サー ボ弁を駆動するような閉ループ制御系に吐出機を組込むことにより、流れを連続 的かつ高精度に制御することができる。ロボット使用の場合には、駆動信号は、 吐出機を保持するロボットからの工具速度信号に関連していることが好ましく、 これによって、上記制御電流は、吐出機と材料が塗布される被加工物との相対速 度の比較的急激な変化の際にもビードを一様に維持できるように、変化する。

このようなシステムは、「圧力オーバーレンジ」信号を発生する手段を具備する ことが望ましい、この「圧力オーバーレンジ」信号は、例えば、ノズルが詰まっ てしまった時のようにノズル内圧力が所定値を越えた時に、発生する。また、弁 が充分に開弁されそれ以上開くことができなくなった時に「弁才−バーレンジ」 信号を発生する手段を設けることが望ましい、このような信号は吐出されている 材料の量が不充分かどうかを決定するのに使用することができる。

本発明の別の好適実施例は、情報処理機能付コントローラを含み、このコントロ ーラは吐出された材料の量をモニターしてこの量を所望の目標値と比較する。も し両者に差があることが検出されたときには目標値信号の大きさをこの差が零に なるように周期的に再調整し、これによって、流体の固有粘度の変化を補償する 。

尚、本明細書で使用する用語「固有」は、せん断効果以外の現象によって起こる 粘度変化を意味している０例えば、固有粘度変化は、温度変化に起因する変動を 含んでいる。情報処理機能付コントローラはロボットからの工具速度信号に対し て吐出機の流れ応答性を線形化するように、プログラムされていることが好まし く、これによって、吐出流体の非ニユートン粘性（ｎｏｎ−ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　）特性に起因する圧力と流れとの非線形性を補償する。

好適な吐出機アッセンブリはロボット工具取付面に固着可能なフレームを具備す る。このフレームの一側部にはサーボアクチュエータが支持され、他方の側部に は圧力センサを有する計量弁アッセンブリが支持されている０本発明によると、 この計量弁アッセンブリは回転調整可能にフレームに固着され、この回転調整に より材料供給用ホースが、吐出機の動きを何ら妨げないようにすることができる 。

上述の利点及びそれ以外の利点は、以下に述べる本発明の好適実施例の詳細な説 明及び添附図面から更に明らかになるであろう。

尚、図面において、１１位の参照数字は類似の部材を示している。

皿皿立囚監星に皿 第１図は、本発明に基づき構成された吐出装置の好適実施例を示した概略断面図 である。

第２図は、本発明による流体材料吐出システムの好適実施例を示したブロック図 である。

第３図は、本発明による流体材料吐出システムの第２の好適実施例の一部を示し たブロック図である。

第４図は、第３図の実施例の動作を示したフローチャート図である。

ｌ朋！」０１ηｌ肌 第１図は本発明による吐出ガン１０の好適実施例を示したもので、ガン１０はＣ 字形状フレーム１１を有し、このフレーム１１は取付板１２を具備する。この取 付板１２は一個以上の押さえねじ１４と位置決めピン１５とによってロボット腕 の工具取付面１３に固着されている。フレーム１１は、アルミニウム合金のよう な剛性の高い軽量材料から作ることが好ましく、更に、取付板１２から外方に夫 々延在した上部分１６と、これに対向した下部分１７とを有している。フレーム １１の上部分１６はサーボ・アクチュエータ２０を保持してい蚤、このサーボ・ アクチュエータ２０は、種々のタイプの、応答性の良好な小型軽量リニアアクチ ュエータのうちの任意のものを使用することができるが、しかし好ましくは、ピ ストンロッド２３を有する複動式空気シリンダ２２から構成するとよい、このピ ストンロッド２３の移動量は、空気シリンダ２２の上に配置された電気作動式空 気サーボ弁２４によって制御される。フレーム１１の下部分１７は計量弁アッセ ンブリ２６を保持し、この計量弁アッセンブリ２６は、流体入口２８と吐出ノズ ル２９との間にニードル弁２７を有する。吐出弁ノズル２９はノズル端３０を有 し、このノズル端３０には出口３１が形成されている。制御を良好にする為には 、ニードル弁２７は、実際上ノズル２９に接近配置され、端部３３がほぼ円錐形 となった弁棒３２と弁座３４とから構成されている。弁棒３２は、ピストンロッ ド２３に接続されているので、弁座３４に対する円錐形端部３３の位置、従って ノズル２９から放出される流体の流量は電気・空気式サーボ弁２４の電気入力に 応じて制御される。ニードル弁２７の直ぐ下流に配置された変換器３６は、ノズ ル２９から放出された流体の流量に関連した電気信号３７を発生する。後に詳述 するように、この信号３７をフィードバック信号として使用して、所望の駆動信 号に応じてノズル２９から吐出された流体の流量を制御することが好ましい、ロ ボット使用の場合には、駆動信号は、ノズル２９と被加工物３９との間の相対速 度に従って変化し、被加工物３９の表面に塗布されるビード内の単位長さ当りの 流量を正確に制御することができる ′リニア・アクチュエータ２０は、任意の高応答性の電気作動式サーボ弁、例え ばジェット−パイプ型、ノズル・フランパ型又はスプール型等を組込むことがで きる。アクチュエータ２０の詳細構造は当業者にとって公知であり、請求の範囲 に記載された発明を構成するものではない、第１図に示した好適実施例では、ア クチュエータ２０はジェット−パイプ電気空気式サーボ弁２４から構成され、こ のサーボ弁２４は複動式空気シリンダ２２を作動する。サーボ弁２４はハウジン グ４２を有し、このハウジング４２は、ネジ４４によみでハウジング４２に固着 されたネジ付き電気コネクタ４３を支持している。このコネクタ４３には導線４ ５によって直列接続の一対のコイル４６が接続され、これらのコイル４６は、ア ーマチャ５０の両端４９を取囲んでいる。このアーマている。中空の逆Ｕ字形ジ ェットパイプ５２は一方の脚部が空気シリンダ２２内のネジ付人口５３とろ過器 ５４とを介して約１００ＰＳＩの公称圧力の調圧空気供給源に接続可能である。

ジェットパイプ５２の反対側脚部は、その中央付近でアーマチャ５０に固着され ているので、アーマチャ５０がコイル４６の成る極性での励磁によって時計方向 に回動すると、ジェットパイプ５２からの流れは第１ポート６０の方に向きを変 える。同様に、コイル４６が逆極性に励磁されると、アーマチャ５０は反時計方 向に回動しジェットパイプ５２からの流れを空気シリンダ２２の第２ポート６１ の方へ向ける。いずれの極性の場合にも、ジェットパイプ５２の振れの程度、即 ちポー）６０及び６１での圧力は、コイル４６に流れる電流の大きさに比例する 。アーマチャ５０はバネ力により中央に位置しかつ磁気的に付勢されるように構 成されているので、コイル４６が消磁状態になるとジェットパイプ５２は図示の ように中央に位置し°中立状態になり、これによってボート６０及び６１の圧力 は等しくなる。磁気付勢は一組の永久磁石６３によって与えられ、各永久磁石６ ３は空気間隙６５を横切る磁束によってアーマチャ磁界と関係している。この磁 束は、図示のように配置された４個の透磁性部材６６を介して間隙６５に伝導さ れる。

複動式空気シリンダ２２はアルミ合金製シリンダ本体７０を有し、このシリンダ 本体７０の端部はフレーム１１の上部分１６の孔７１内に入込んでいる。空気シ リンダ２２の本体７０は、そのフランジ７２においてフレーム１１の上部分１６ に押えねじ７３によって固着されている。シリンダ本体７０には、シリンダ孔７ ５のほかに第１および第２ポート６０．６１と、ネジ付空気供給入口５３と、ろ 過器５４とを具備している。この孔７５内にはピストン７６が収容され、このピ ストン７６には、孔から軸方向に延在したピストンロフト２３のほかに一対のシ ール７８が形成されている。孔７５は、ピストン７６よりも上方に位置する部分 が第１ボート６０に連通し、ピストン７６より下の部分が第２ボート６１に接続 されている。ピストン７６がニードル弁２７を駆動する駆動力は、ボート６０と ６１の間の差圧に依存し、この差圧は上述のようにコイル４６に流れる電流に起 因するジェットパイプ５０の振れによって決定される。ピストンは蓋８０によっ てシリンダ孔７５内に保持され、ピストンロフト２３は蓋８０を貫通している。

空気の漏洩を防止する為に、蓋８０は、ピストンロフト２３の領域にシール８１ を、また蓋８０の外周とシリンダ孔７５０表面との間に外側Ｏ−リングシール８ ２を夫々具備している。

蓋８０自体はスナップリング８３によってシリンダ孔７５の端部に保持されてい る。

計量弁アッセンブリ２６は、第１図に示したような構造の高剛性の非可撓性弁本 体８°５を有し、この弁本体８５は金属製とすることが好ましい、弁本体８５の 下端には通路８４が形成され、この通路８４の下端はネジが刻設され、放出出口 ３１を有する所望形状の流れ制限ノズル２９が螺合されている０通路８４には、 −個以上の半径方向ネジ付孔が交差しており、その一つの孔には変換器３６が収 容され、他の孔は栓９０によって封止されている。弁本体８５には、通路８４の 直ぐ上流位置であってそれに実際上隣接した位置にニードル弁２７が収容されて いる。弁棒３２も弁座３４も共に長寿命化を図る為には、焼結タングステンカー バイドのような硬質材料で作ることが好ましい、流体供給入口２８はニードル弁 ２７の上流側において弁本体８５に穿孔されている。またこの入口２８は、ホー スが取付けられるようにネジが刻設されており、吐出される加圧状態の流体材料 がこのホースから供給される。

弁本体８５は、ボンネット９７の下端部に螺合し、このボンネット９７に対して ０リングシール９８によってシールされている。

ボンネット９７は内部パツキン押え９９を有し、このパツキン押え９９は複数の 環状ＰＴＦＥパツキンシール１００を保持している。これらのシール１００は任 意の調整可能パツキン押えナフト１０１によって弁棒３２のまわりに、互いに結 合することなくシールの為に圧縮状態で保持されている。計量弁アッセンブリ２ ６のフレーム１１への取付けは、ボンネット９７をフレーム１１の下部分１７に 蜂合押通し、これを止めナンド１０２によって所望の角度位置に固定することに よって行われる。計量弁アンセンブリ２６は継手１０５によってアクチュエータ ２０に連結される。

この継手１０５は、弁棒３２の上端に固着されると共に、ピストンロフト２３の 下端に螺合されて第２の化ナフト１０６によって所定位置に保持される。

変換器３６は、ノ女ル３０から吐出される流体の流量を表す信号３７を発生可能 な変換器ならば任意のものを適宜使用することができるが、歪ゲージ型の圧力変 換器が好ましい。この歪ゲージ型の圧力変換器は、ニードル弁２７の直ぐ下流の 通路８４の内側位置における瞬時の流体圧力を検出できるように配置される。こ の目的に適つた圧力変換器としては、オハイオ（０ｈｉｏ　）　州のコロンバス （Ｃｏ１ｕ＋ａｂｕｓ　）のセンソ−チック（５ｅｎｓｏｔｅｃ　）社製のモデ ルＡ２０５が存在する。低レイノルズ数の粘性ニュートン流体の流れは、流通路 に配置されたノズル又は管状絞りでの圧力降下にほぼ線形に比例する。従って上 述のように配置された圧力変換器３６はノズル２９での圧力降下を検出すること ができる。なぜならば、ノズル２９の出口３１は大気圧でありかつ通路８４での 圧力降下はノズル３０での圧力降下に比べて非常に小さいから、である、こうし て、変換器３６は出口３１から流出する時々刻々の流量を表す圧力信号３７を発 生する。前述したように、ニードル弁２７の近傍であるため、上記流れはニード ル弁２７を流れる流れに非常に関連している。流量はノズル２９の掻く近傍にあ る圧力変換器３６よって検出され、かつ同時にノズル２９の掻く近傍にあるニー ドル弁２７によって制御される。従って、ガンｌＯによって被加工物３９に塗布 される単位長さ当りの流体量は、高応答性の閉ループサーボ制御システムを構成 するように吐出ガン１０を接続することによって正確に制御される。尚、この閉 ループサーボ制御システムは第２図を特に参照して説明される。

吐出ガン１０はロボットの工具取付面１３に支持され、このロボットのコントロ ーラ（不図示）は、被加工物の表面上をノズル２９を案内して被加工物表面に流 体のビードを所望のパターンに吐出するようにプログラムされている。ガン１０ の計量弁アンセンブリ２６の流体量′０２８は、加圧流体を連続的に供給する供 給部に連通している。変換器３６は、ノズル２９での圧力降下を連続的に検知し て、ノズル＃、３０の出口３１から吐出される流体の流量に関連した圧力信号３ ７を発生する。信号３７は前置増幅器１１０に送られそこで増幅される。この前 置増幅器１１０の出力信号１１１は、加算接続部１１３のマイナス人力１１２と 比較器１１５の第１人力１１４とに夫々送られる。この比較器１１５の第２人力 １１６には選定可能な一定の参照電圧ＶＲＥＦ　１が入力され、比較器１１５の 出力１１７は「圧力オーバーレンジ（限界超過）」デジタル信号１１８を発生し これをロボットのコントローラに送出する。出力信号１１１の大きさがＶＲＥＦ 　１を越えた場合には、「圧力オーバーレンジ」デジタル信号は論理値１とな場 合に生ずることがある。このような場合には、ロボットコントローラは、過誤表 示を行うか、システムを停止させるか、又はその他の適当動作を行うように、プ ログラムを組むことができる。

加算接続部１１３は駆動信号１１２が入力されるプラス人力１１９を有する。第 ２図の実施例では、駆動信号１２２はロボットからの工具速度信号１２８に従い 増幅器１２７によって発生される。

この工具速度信号１２８はロボットコントローラから発生されるアナログ電圧信 号であり、これは被加工物３９に対するガン１０の走行速度に応じて変化する。

ロボットコントローラにおいて、信号１２８のゲインは、流量が走行速度の関数 となるように選定された工具速度乗算器によって調整することができる。増幅器 １２７は演算増幅器であり、この増幅器のゲインは、駆動電圧１２２が他の回路 と適応する範囲内に入るように、工具速度信号１２８を適当に按分する。増幅器 １２７は高精度リミッタ−として使用されることが好ましく、これにより増幅器 １２７への入力が零ポルトと調整可能なスレッシュホールド電圧との間の電圧で あるとき、駆動信号の電圧がニードル弁２７を閉弁する方向のステップを実行す る。典型的には、スレッシュホールド電圧は、工具速度信号１２８が約５０−ｖ 以下である時にニードル弁２７が閉弁駆動されるように、調整される。このよう な調整によって、サーボ弁２４に負のバイアス電流を与えることによりニードル 弁２７の漏洩が防止され、これは工具速度信号１２８が存在しない又は非常に小 さい時にニードル弁２７を閉弁駆動するのに有効である。加算接続部１１３はア ナログの誤差信号１３０を発生する。

この誤差信号１３０は、大きさと極性が前置増幅器１１０の出力信号１１１と駆 動信号１２２との間の代数差に等しく、増幅器１３１に送られる。この増幅器１ ３１のゲインはシステムのスティフネスを最適化する為に調整されている。増幅 器１３１の出力信号１３２は進み／遅れ（ｌｅａｄ／ｌａｇ）補正回路網１３４ に送られる。この補正回路網１３４は、行き過ぎ量をできるだけ小さくした状態 で応答速度を最大にし、かつ閉ループシステムの応答性を安定化するように、通 常の制御手法に従って構成かつ調整されている。第２の加算接続部１３５は進み ／遅れ回路網１３４の出力信号１３８にディザ−発生器１３７からのディザ−信 号１３６を加算する。ディザ−信号１３６は好ましくは信号１３Ｂのフルスケー ル値の？ｔ％の大きさを有する交流信号であり、静摩擦の影響を除くことによっ てシステムの分解能を改善する。この目的の為に、ディザ−信号１３６は、この 分野で通常行われているようるものである。加算接続部１３５は、信号１３８と ディザ−信号１３６との代数和によって決まる大きさと極性とを持つアナログ電 圧信号１３９を発生する。この信号１３９は電流駆動器１４０と比較器１４２の 第１人力１４１とに送られる。この比較器１４２は・第２人力１４３に選定可能 な一定の参照電圧ＶＲＥＦ２が入力され、出力１４４にはデジタルの「弁才−バ ーレンジ信号」１４５を発生する。信号１３９の大きさがＶＲＥＦ２を越えた場 合には、デジタルの「弁才−バーレンジ」信号は論理ｌとなる。

このような状態は、例えば吐出ガン１０への流体供給が遮断された場合、又は供 給圧力が駆動信号１２２の要求を充足していない場合に起り得る。類似の「圧力 オーバーレンジ」信号１１８、「弁才−バーレンジ」信号１４５はロボットコン トローラに送うれ、このロボットコントローラは、このとき故障表示を行うか、 システムを停止するか又は矯正動作を開始させるようにプログラムすることがで きる。

電流駆動器１４０はアナログ制御電流信号１４６を発生し、この信号１４６はサ ーボ弁２４のコイル４６に印加される。これによりジェットバイブ５２は、制御 電流信号１４６の大きさと方向に応じて、第１ポート６０又は第２ポート６１の 方へ向きを変えられ、この結果空気シリンダ２２のピストン７６は下方又は上方 のいずれかに移動される。このピストン７６の下降移動は計量弁アッセンブリ２ ６のニードル弁２７を閉弁方向に駆動しこれにより流体流を減少させる。他方、 ピストン７６の上昇移動はニードル弁２７を開弁方向に駆動し、これにより流体 流が増大する。

次に作用を説明する。本システムは、圧力変換器３６によって検出されるノズル ２９での圧力降下に応答する閉ループ・サーボシステムとして機能している。最 初ニードル弁２７が閉止している状態では、流れは無（、ノズル２９での圧力降 下は零である。

工具速度信号１２８が増幅器１２７のスレッシュホールド電圧より小さい場合に は、増幅器１２７は、ジェットバイブ５２を第１ポート６０に向ける°ような制 御電流１４６を発生させるのに充分な大きさと適性極性の駆動信号１２２を発生 する。これにより、ピストン７６は下降状態のままであり、ニードル弁２７は強 制的に閉弁状態に保持され、漏洩が防止される。このような状態は、工具速度信 号１２８が流れの開始を支持する増幅器１２７のスレンシュホールド電圧よりも 大きくなるまで、維持される。これが起こると、駆動信号の極性が反転する。初 期状態では流れは無かったので、圧力信号３７の値は零である。従って、誤差信 号１３０は、その大きさが圧力信号３７と駆動信号１２２との差によって決定さ れるので、制御ＢＴＩ流１４６はジェットバイブ５２の方向を第２ボート６１の 方へ向ける極性でもってコイル４６に印加される。これに応じてピストン７６は 上昇移動してニードル弁２７の弁棒３２の円錐端を弁座３４から持上げて、ニー ドル弁２７を開弁する。圧力変換器３６０発生する圧力信号３７が増大するにつ れて、誤差信号１３０と制御電流１４６の両方が減少しジェットバイブ５２が零 位置の方へ移動される。ノズル２９での圧力降下が所望の流量に対応する値に近 づくにつれて、ジェットバイブ５２によってニードル弁２７は、ノズル２９での 圧力降下を上記値に保ち得る開度に維持される。

使用分野によっては、吐出ガン１０に供給される流体の流れ特性が時間とともに 変化することがある。例えば、流体が円筒容器からガン１０に供給される場合、 この円筒容器は冷温の倉庫から温かい工場内に移動されるので、流体の粘度はこ の温度変化に伴い変化することがある。また、円筒容器を変えると粘度が変わる ことがあるし又は円筒容器の上部゛と底部とでも粘度が変化することがある。こ のような粘度変化を補償する手段を設けないと、被加工物３９に吐出される材料 の量が変動してしまい問題となる。

また、非ニユートン流体を吐出する場合には、流体全体の時々刻々の粘度がずり （せん断）速度と伴に非線形に変化する。こうして、補償の不実施又はノズル２ ９の幾何学形状によるせん断の為に、圧力信号３７に対する流量の流れ特性が非 線形となってしまう、これにより、工具速度信号１２８に対する流量の応答性が 非線形になる。これらの問題は、本発明によると第３図及び第４図を参照して以 下に説明する方法によって駆動信号１２２を作り出すことによって解決される。

第３図は、本発明の第２の好適実施例を示したもので、この実施例は駆動信号１ ２２０発生方法を除くと前述の実施例と類領している。第３図に示したように、 容積式流量計１５０が吐出ガン１０の入口２８に接続された流体供給ラインに付 設されている点で第２図のシステムと異なっている。流量計１５０は、ガン１゜ にできるだけ接近して配置することが望ましいが、ガン１ｏと共にロボット腕に 取付ける必要はない、流量計１５０はインクリメンタル型エンコーダ１５２を含 み、このエンコーダ１５２は一連のパルス１５５から成る電気的出力信号１５３ を発生する。各パルス１５５は所定量の流体量を表している。信号１５３はパル スカウンタ１５６に送られ、このカウンタ１５６はパルス１５５を計数すると共 にリセット信号１５８によって零にリセット可能である。尚、このリセット信号 １５８は、マイクロプロセッサを主構成、！：するコントローラ１６０から発生 される。このコントローラ１６０は、ロボットコントローラ（不図示）の一部と することもできるが、しかしながら、システム周波数応答性を最大にする為には 、コントローラ１６０は高蓮で作動すべきであり、かつ主に以下の作用を実行す るように専用構成とすることが好ましい、コントローラ１６０は、マイクロプロ セッサと関連のハードウェアの他に、必要な全プログラムとデータメモリとアナ ログ・デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）１６３とを含む、このコンバータ１６３に はロボットコントローラから工具速度信号１２８が入力される。

パルスカウンタ１５６はパルス計数値１６５をコントローラ１６０に出力する。

またコントローラ１６０にはロボットコントローラ（不図示）からデジタル・サ イクル・状態信号１６８とデジタル仕事状態信号１７０とが入力される。このサ イクル状態信号は、吐出ガン１０の運転中は、必ず論理値１である。仕事状態信 号１７０は生産作業が終了した時に論理値１となる。コントローラ１６０はイン ターフェース１７２を介してキーボード端末装置の如き入力／出力装置１７５１ ０接続されている。この人力／出力装置１７５から制御コマンドと目標値データ が入力される。コントローラ１６０はアナログ信号１７８を発生するデジタルア ナログＤ／Ａコンバータ１７７にも出力１７６を介して接続されている。

この信号１７８は、第２図を参照して説明した増幅器１２７に送出される。増幅 器１２７は駆動信号１２２を発生し、この駆動信号１２２は前述のように加算接 続部１１３のプラス人力１１９に印加され、この加算接続部１１３は誤差信号１ ３０を発生する。

駆動信号１２２０発生方法は、必要なデータをＤ／Ａコンバータ１７７に出力す るコントローラ１６０に格納されたソフトウェアプログラムを示している第４図 を参照することによって一層明らかになるであろう。

このプログラムは、すべてのデータメモリをクリアし、かつ単一の被加工物３９ に塗布すべき流体の所望の全量を表す目標値を含むすべての変数を初期化するこ とによって開始される。また、この時に、予めプログラムされた流れ線形化の諸 因子（ＦＬＦｓ）も初期化される。これらのＦＬＦ　’ｓは、システム流応答性 を線形化する為に工具速度信号１２８に乗算すべき因子を表す定数であり、この 線形化によって、工具速度信号１２８についてそのフルスケール値の任意の割合 分が加算接続部１１３に印加されたときに、計量弁アッセンブリ２６のニードル 弁２７の位置は、流体についてそのフルスケール量の同−割合分がノズル出口３ １がら放出されるように制御される。ＦＬＦ’ｓは、加算接続部１１３の入力１ １９に印加される電圧に対するノズル３０の出口３１からの実際の流れの測定曲 線から経験的に決定される。実際の流れ曲線は、吐出される流体の種類による流 れ特性や供給圧力のほかに、ノズル端３０を含むノズル２９とニードル弁２７の 幾何学形状によっても変化することがあるので、プログラムはこれらの条件を表 すＦＬＦ’ｓをロードする。

プログラムは、また流れ補償因子（Ｆ　ＣＦ）を任意に選定した初期値にセット する。ＦＣＦは、前述した温度やその他の因子の変化に起因する固有粘度の変化 のような、時間と共に変わる流れ特性変化を補償する変数である。ＦＣＦは各仕 事サイクル毎に一度、即ち一個の被加工物３９についての吐出作業毎に一度の割 合いで、再計算、即ち計算をし直される。ＦＣＦは、線形化された工具速度信号 に乗算される因子であり、これにより被加工物３９に塗布される流体の全量が選 定された目標値に実質的に等しくなる。最初の仕事サイクルの開始時には、目標 値からのずれ量は、比較すべき基礎が存在しないので決定することができない。

従って、ＦＣＦは単位値１に初期化することが好ましい、このＦＣＦの再計算方 法を以下に説明する。

初期化の間に、プログラムは、コントローラ１６０からの適宜のリセット信号１ ５８をパルスカウンタ１５６に出力することによってこのカウンタ１５６を零に リセットする。次に、コントローラ１６０はプログラムに基づき全計数（！！１ ６５を読み込む、この計数値１６５は前回の仕事サイクル間に吐出された全流体 量を表している。もし、このパルス計数値が最初の仕事サイクルの前以外の場合 のように零でない場合には、プログラムは、この全パルス計数値１６５を除数と し目標値を被除数とする商として流れ補償因子ＦＣＦを再計算する。ＦＣＦの再 計算後に、カウンタ１５６は上述と同様に再びリセットされる。もし最初の仕事 サイクルの開始時に起こる場合のようにパルス計数値１６５が零に等しい場合に は、ＦＣＦはその初期値のままに保持される。

次いで、プログラムは、仕事サイクルが進行中であることを示すロボットコント ローラ信号を待つループに入る。この待機ループにおいて、プログラムは連続的 にサイクル状態信号１６８を読み込み、それが論理値１であるかどうかを調べる 。もし論理（ｌ！１でない場合にはプログラムは待機ループに留まる。ロボット コントローラは、状態信号１６８を論理値零から論理値１に変えることによって 吐出が開始されるべきことを示す、この時点でコントローラ１６０は、プログラ ムに従い、工具速度信号１２８の大きさを表すデジタル値１８０をＡ／Ｄコンバ ータ１６３の出力から読み込む、プログラムは、上記デジタル値の大きさに基づ きルックアップテーブルから、初期化中にロードされた一組のＦＬＦ値のうちの 対応する流れ線形化因子ＦＬＦを選択する。その後に、選択したＦＬＦ値をデジ タル値１８０に乗算して線形化された工具速度値１８１を作る０次に、仕事サイ クルの間に吐出される実際の流体量が粘度変化のような流体の流れ特性の変化に もかかわらず目標値に一致するように駆動信号１２２を調整する為に、プログラ ムは、線形化済工具速度値１８１に流れ補償因子ＦＣＦを乗算して補正済デジタ ル値１８２を作る。この補正済デジタル値１８２はＤ／Ａコンバータ１７７に出 力され、このＤ／Ａコンバータ１７７の出力１７８は増幅器１２７に送出され駆 動信号１２２を発生する。

次いで、プログラムは再度サイクル状態信号１６８を読み込んで、吐出を続行す べきかどうかを決定する。もし続行すべきでない場合には、仕事状態信号１６８ は論理値１にはならず、これはこのサイクルが終了したことを示す、この場合、 コントローラ１６０はプログラムに従い、ロボットコントローラからの仕事状態 信号１７０を読み込む、仕事状態信号１７０が論理値１でない場合には、これは 成る生産ロフトの最後の被加工物３９についての作業が終了したことを表してい るのでプログラムはストフプす１のままであるので、プログラムはパルス計数値 １６５を読み込むステップに戻る。上述のプログラムは仕事サイクル毎に１回流 れ補償因子を再計算したが、このような周期的な調整の頻度は、吐出流体の流れ 特性に生ずる変化の早さに応じて、もっと多くしてもよいし、もっと少なくして もよい。

本発明の利点は多数あるが、最大の利点は、本吐出システムが流体の流量を迅速 かつ正確に制御できることである。このようなシステムは、３ｄＢ周波数応答性 の遮断点が１０Ｈｚを越えることが分っている。

吐出ガン１０は、手動を含む任意の手段によって向きを変えることができるが、 本発明は、ロボットと共に使用するのに特に通するものである。吐出ガン１０は 軽量かつ小型で保守が容易である。更に、本発明の吐出システムは、ロボット腕 に取付けられた吐出ガン１０と被加工物との間の相対速度に応じて流量を自動的 に調整することができる。

こうして、本発明は、吐出流体のビードの単位長さ当りの流体量を厳密に制御す ることができ、この制御は、ロボット腕が移動方向を変化する時に通常起こる急 速な加減速の際にも行われる。

また、本発明は、吐出流体の流れ特性の変動を周期的に補償する手段を提供し、 この手段によって、吐出流体の量は常に所望の目標値に正確に適合する。

上述の説明は本発明の装置及び方法の好適実施例に関するものであるが、本発明 は上記好適実施例に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の上記開示 から種々の代替実施例を推考できるであろう、従って、以下に記載した請求の範 囲に特に指摘され、かつ明確に権利請求された本発明の全法的範囲から逸脱する ことなく、上述の実施例に種々の変化を加えることは可能である。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体材料吐出装置において、 （ａ）液体を吐出するノズルと； （ｂ）上記ノズルの上流側においてこのノズルに近接配置され、上記流体の上記 ノズルヘの送出を制御する計量弁手段と；（ｃ）上記ノズルと上記弁手段との間 に配置れ、上記ノズルから放出される流体の流量に関連するパラメータを検知し て対応した流量信号を発生する検知手段と； （ｄ）上記弁に接続され、上記流量信号に応答して上記ノズルから放出される流 体の流量を制御するアクチュエータ手段と；を具備することを特徴とする装置。 ２．上記検知手段は圧力センサを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の装置。 ３．上記圧力センサは上記ノズルでの差圧を検知するように配置されていること を特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。 ４．上記アクチュエータ手段は電気空気式サーボ弁によって駆動される複動式シ リンダを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．上記サーボ弁は、ジェットパイプ型サーボ弁とスプール型サーボ弁とノズル ・フラッパ型サーボ弁とから成る群から選択されたものであることを特徴とする 請求の範囲第４項に記載の装置。 ６．流体材料吐出装置において、 （ａ）被加工物に対して相対移動可能な法体放出用ノズルと；（ｂ）上記ノズル の上流側においてこのノズルに近接配置され、上記ノズルヘの流体の送出を制御 する弁手段と；（ｃ）上記ノズルと上記弁手段との間に配置され、上記ノズルか ら放出される流体の流量に関連するパラメータを検知して対応した流量信号を発 生する検知手段と；（ｄ）上記弁手段に接続され、上記被加工物と上記ノズルと の相対移動速度に関連した工具速度信号と上記流量信号とに応答して上記被加工 物に吐出される流体の量を制御するアクチュエータ手段と； を具備することを特徴とする装置。 ７．上記検知手段は圧力センサを含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記載 の装置。 ８．上記圧力センサは上記ノズルでの差圧を検知するように配置されていること を特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．上記アクチュエータ手段は電気空気式サーボ弁によって駆動される複動式シ リンダを含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。 １０．上記サーボ弁は、ジェットパイプ型サーボ弁とスプール型サーボ弁とノズ ル・フラッパ型サーボ弁とから成る群から選択されたものであることを特徴とす る請求の範囲第９項に記載の装置。 １１．（ａ）上記弁手段に接続され、所定期間内に上記弁手段に送出される液体 の容積に関連する容積信号を発生す流量手段と；（ｂ）上記容積信号を所定の目 標値と比較すると共に、上記容積信号と所定の目標値との間の差を補正するよう に上記アクチュエータ手段の励起を調整して、流体の流れ特性の変化を補償する コントローラ手段と； を更に具備することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 １２．上記期間は少なくとも一仕事サイクルを含むことを特徴とする請求の範囲 第１１項に記載の装置。 １３．上記流量計手段は容積式流量計を含むことを特徴とする請求の範囲第１１ 項に記載の装置。 １４．法体材料吐出装置において、 （ａ）支持面に固定可能なフレーム手段と；（ｂ）上記フレーム手段に取付けら れたアクチュエータ手段と；（ｃ）上記作動手段に接続された弁手段と；を具備 し、上記弁手段は、この弁手段に接続されたホースを上記吐出装置の移動の障害 とならない方向に定め得るように、上記フレーム手段に対して所望の回転位置に 固定可能であることを特徴とする装置。 １５．流体材料吐出方法において、 （ａ）出口を有するノズルに法体を送出する工程と；（ｂ）上記ノズルに近接し た位置において上記流体の流量を計量する工程と； （ｃ）上記ノズルに近接した位置において、上記出口から放出される流体の流量 に関連したパラメータを検知し、対応した流量信号を発生する工程と； （ｄ）上記流量に従って流体の計量を制御し、上記流体が上記ノズルから放出さ れる割合いを制御する工程と；を具備することを特徴とする方法。 １６．流体材料吐出方法において、 （３）出口を有するノズルに流体を送出する工程と；（ｂ）上記ノズルに近接し た位置において上記流体の流量を計量する工程と； （ｃ）上記ノズルに近接しかつ上記ノズルと上記計量位置との中間位置において 、上記出口から放出される流体の流量に関連したパラメータを検知し、対応した 流量信号を発生する工程と；（ｄ）上記流量に従って流体の計量を制御し、上記 流体が上記ノズルから放出される割合いを制御する工程と；を具備することを特 徴とする方法。 １７．上記パラメータは上記流体の圧力であることを特徴とする請求の範囲第１ ６項に記載の方法。 １８．被加工物に流体材料を吐出する方法に於いて；（ａ）出口を有し上記被加 工物に対して相対移動可能なノズルに法体を送出する工程と； （ｂ）上記ノズルに近接した位置において上記流体の流量を計量する工程と； （ｃ）上記ノズルに近接した位置において、上記出口から放出される流体の流量 に関連したパラメータを検知し、対応した流量信号を発生する工程と； （ｄ）上記被加工物と上記ノズルとの間の移動速度に関連した信号と上記流量信 号とに従って上記法体の計量を制御し、上記被加工物に吐出される流体量を制御 する工程と；を具備することを特徴とする方法。 １９．上記パラメータは上記流体の圧力であることを特徴とする請求の範囲第１ ８項に記載の方法。 ２０．上記圧力が所定限界を越えた場合に圧力オーバーレンジ信号を発生する工 程を更に具備することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２１．計量弁の制御下においてノズルから吐出される流体の法れ特性の変化を補 償して、所定期間に吐出される法体の量を所望の日標値に維持する方法であって ； （ａ）上記期間に上記計量弁に送出される上記流体の容積を計量する工程と； （ｂ）上記計量された容積と上記目標値との差に関連した流れ補償因子を計算す る工程と； （ｃ）上記目標値に上記流れ補償因子を乗算して補償済みの目標値を作る工程と ； を具備することを特徴とする方法。 ２２．上記補償済みの目標値に関連する上記信号を、上記計量弁を制御する閉ル ープフィードバツクシステムに印加する工程を更に具備することを特徴とする請 求の範囲第２１項に記載の方法。 ２３．上記流れ補償因子は、上記目標値を被除数とし上記計量された流体容積を 除数とする商を含むことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２４．上記被加工物と上記ノズルとの間の相対移動速度に関連する上記信号に対 して上記法体の流れを線形化する工程を更に具備することを特徴とする請求の範 囲第１８項に記載の方法。