技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据独立
权利要求的前序部分的用于在涂覆、特别是
喷涂工件例如
车身或车身部件过程中进行过程诊断的方法和一种相应的旋转式雾化器装置。雾化器装置可特别包括静电旋转式雾化器、或雾化器和喷涂
机器人的前臂，旋转式雾化器经由常用的腕关节设置在所述前臂上。
背景技术
[0002] 静电旋转式雾化器是众所周知的。在直接使涂覆材料带电而操作的雾化器中，雾化器的导电部分通常放置在高
电压下，从而涂覆材料可通过
电极装置而带电，所述电极装置包括与所述材料
接触的所有导电部件，例如钟罩板、涂料管、
螺纹固定件等。然而，还公知，可利用外部电极从外部使涂覆材料带电。
[0003] 传统的旋转式雾化器包括用于形成喷射元件的钟罩板的
气动驱动
涡轮，所述喷射元件的转速可例如通过光学感测旋转标记和经由光
波导传递感测的脉冲被测量，且借助于控制
电路通过控制驱动空气被保持恒定(DE4306800C2和EP1388372B1)，尽管在此存在以下问题：在涂覆工序开始时，当传统地设置的主针型
阀控制涂覆材料从雾化器的流出时，由于控制系统的惯性，转速初始下降得相当厉害，这导致涂覆
缺陷且仅可通过复杂的另外的措施来修正。
[0004] 在主针型阀的情况下，为了利用控制技术补偿切换差错例如由构件磨损引起的时间延迟或延期，特别是这在喷涂机器人快速运动时会产生涂覆缺陷，因此需要监视切换时间。为此，公知的是，利用光电
传感器和光波
导管(EP1245291B1)探测和评估
开关设定。然而，波导管由于干扰或被中断的
接口以及由于在喷涂机器人中的持续的弯曲运动而不能始终可靠地传输传感器
信号，且仅具有非常有限的寿命，而且由于它们在机器人中的布置，还必须相当费
力才能更换。在一些情况下，信号评估对于最佳的差错补偿也可能太慢。
[0005] 而且，存在的常见的问题是，在喷涂操作过程中由于缺少合适的传感器根本不能探测到不同的过程差错或其他差错情况。典型的差错例如是不适当的钟罩板的安装或完全缺失钟罩板、钟罩板与工具或其他周围物体之间的接触、钟罩板中的
不平衡、
轴承磨损或在通常为旋转式雾化器的钟罩板轴设置的
空气轴承中的不适当或甚至完全缺少轴承空气以及涂覆材料的不适当的体积流率或涂覆材料的粘性或其他性能的变化。
[0006] 本身公知的是，为旋转式雾化器的空气安装型的钟罩板轴提供驱动
电机来代替目前常用的空气涡轮(WO2005/110613)。然而，通过使用现有的旋转式雾化器没有解决上述问题。而且，现有的旋转式雾化器存在上述问题：在静电涂覆的情况下，必须使整个旋转式雾化器处于100kV量级的高电压下。
驱动电机及其控制系统在使涂覆材料直接带电的静电旋转式雾化器中如果没有进一步的措施就不能使用。
[0007] 静电旋转式雾化器的钟罩板的电机驱动和
信号传输所需的电压分离措施描述于日期为2007年1月31日的德国
专利申请102007004819.1中，该申请的整个内容包括在本发明的公开中。
发明内容
[0008] 特别地，基于具有传统空气涡轮的现有旋转式雾化器，本发明的目的是提供一种用于过程诊断和/或用于涂覆过程或电机的参数的高度动态控制的方法，借此，上述差错情况中的一个或多个可尽可能快速和可靠地识别，使得可及时地执行所需的应对措施。
[0009] 上述目的通过权利要求中公开的措施实现。
[0010] 本发明基于以下认识：在为旋转式雾化器的优选由
驱动轴驱动的钟罩板使用驱动电机时，在工件的涂覆过程中，电机差错情况可由电机特征值非常快速地和可靠地探测，使得这种差错情况可被修正。电机特征值的评估可合适地利用电机本身的
电子控制系统或者利用另一评估系统进行。在此所述的方法也可适用于各种过程参数和电机的参数的高度动态控制。在许多情况下，差错情况的确定可在电机及其控制系统的外部没有使用传感器的情况下进行。在其他情况下，电机特征值的评估可利用外部传感器进行，或从而可被支持。例如，不容许的机器人运动可利用
加速度计探测并通过改变过程参数被修正或补偿。
[0011] 在涂覆或喷涂工序中、特别是在正常喷涂或涂覆操作中、或在任何情况下喷射元件以其在喷射涂覆材料的操作过程中转动的速度转动的过程中，所感兴趣的相应参数可利用在此所述的方法以及相应的雾化器装置被确定和分析。用于粉末状涂料的旋转式雾化器通常以近似3000/min-12000/min的速度操作，但特别地，本发明也适合于转速通常可位于5000/min和80000/min之间的高速旋转式雾化器。
[0012] 本发明还特别适合于连接到100kV量级的高电压的静电旋转式雾化器，以直接使喷射的涂料或其他涂覆材料带电或从外部使其带电。
[0013] 根据本发明的待确定和分析的参数通常可以是变量，在正常的涂覆操作中，该变量可偏离目标值或正常情况，而其他差错(例如旋转喷射元件与待涂覆的表面的碰撞)可通过其他措施探测或防止。
[0014] 特别是在喷射工序或钟罩板驱动系统的持续变化的参数的情况下，任何探测到的差错的修正可根据是否超过刚可接受的极限值进行。通常，当探测到差错时，产生警告信号和/或自动干预被监测的过程，以执行相应的所需措施。
[0015] 驱动电机的典型特征值是
电流的大小和/或变化过程(Verlauf)、电功率消耗、转矩或负载力矩、正或负加速度和/或转速，而可被分析的过程或驱动参数特别是由钟罩板、供给到钟罩板上的涂覆材料、旋转元件中的不平衡和/或驱动轴的安装件作用在驱动系统上的负载。
[0016] 可例如利用以下事实：在错误的即较轻或较重的钟罩板的情况下或在失去钟罩板的情况下，会作用不同的电机转矩，且与使用适当的钟罩板时有着不同的转矩需求。由于不同的转矩需求和不同的加速特性，钟罩板的不同的惯性矩可自动地被推出，其中，所述钟罩板可由不同的材料例如
铝、
钢、
钛或塑料等制成。特征在于它们的特定几何尺寸和特征的不同的钟罩板类型也可被推导。基于该评估，合适的钟罩板此时可被选择和安装。
[0017] 驱动轴的轴承的磨损的增大还可导致具有较大的转矩或功率需求或转速的下降，这样，不仅要考虑空气轴承，而且还要考虑滚柱轴承和其他任何轴承设计。如果探测到由于不可接受的高的轴承磨损引起的相关的特征值的变化，则在发生更大的损坏之前可更换或修理雾化器的安装件和可能的其他构件。
[0018] 对于空气轴承来说，轴承空气的监测也可特别有用。为此，例如，存在以下可能性：在静态时确定电机转矩，然后优选使电子缓慢启动，以根据电机转速和通过评估电机特征值确定空气体积流率。在这种情况下特别重要的是，在不需进一步的传感器的情况下可确定在启动电机时到底是否有任何轴承空气流动。将探测到由于轴承中的摩擦引起的所需的电机转矩的巨大上升而缺少轴承空气，使得电机可被关断以防止对电机造成不可避免的损坏。监测轴承空气在电机运行操作过程中也是有用的。
[0019] 实际上重要的另一可能性在于，通过评估电机特征值测量钟罩板中的任何不平衡或驱动轴中的其他偏心，以便在探测到不容许的值时可采取合适的应对措施，从而防止损坏安装件，或者在轴承被阻挡时以便防止转动钟罩板从驱动轴松脱和飞脱。
[0020] 另一重要的可能性是，检查涂覆材料。通过评估驱动电机的加速和/或
制动性能，涂覆材料的体积流率可被监测，特别是借助于加速或制动力的线性上升(加速和制动斜坡)进行。通过探测功率或转矩或通过对转速的影响，可确定要施加的涂料或其他涂覆材料的性能例如
粘度、
密度、粘合力、
附着力等及它们的变化。
[0021] 也可以是有用地，不是在正常操作中或仅仅不是在正常操作中而是在没有喷射涂覆材料的情况下评估电机的转矩性能，从而以电方式产生的人为反向转矩通过钟罩板模拟电机的负载，例如通过使用
涡流原理或通过其他措施。
[0022] 通常，本发明可例如用于车身的内部和外部喷涂，以明显改善涂覆的
质量和
精度。其中一个原因是，与利用传统的空气涡轮的光电和气动操作转速控制电路相比，利用电机的电子控制系统可明显更快地测量和修正转速变化，使得例如当打开主针型阀时，转速的明显下降和相应的喷涂缺陷不再发生。
[0023] 对主针型阀的切换时间的变化的补偿可通过本发明得到明显改善，这是因为对转速变化过程或其他电机特征值的评估比采用光电主针探询的上述现有方法更动态和精确。根据另一方面，根据本发明的切换时间分析能够监测由一种或多种组分混合的涂覆材料，例如双组分(2k)涂料，其组分，包括基底涂料和硬化剂，被给送到在雾化器之前或雾化器中的混合装置。重要地，两个计量装置分别在相应的合适时间启动。根据本发明，通过例如评估电机转矩的变化，由两种组分中的每种组分作用在电机上的负载可在时间上确定，使得可修正由于计量装置的
控制信号的时间延期引起的差错。这样，可由电机特征值探知两种组分中的一种组分的完全缺失或两种组分中的任一组分的不适当的粘度或其他材料性能。也可探测到同质性的缺乏或不足的混合，这是因为与正确混合相比，电机此时比所受的负载不同(例如，在混合器堵塞时)。
[0024] 电机特征值的评估可合适地通过电子处理器进行，所述电处理器例如为属于电机控制系统的
微处理器，可能通过将由评估电路确定的特征值变化过程与例如储存在外部控制系统中的成目标曲线、参考曲线或校准曲线的形式的边界条件相比，在差错情况下产生合适的偏差信号。因此，可准确地确定电机特征值的何种变化是由于喷射工序或钟罩板驱动的那些原因或参数引起的。例如，与在打开主针型阀时由涂覆材料引起的陡然加载相比，涂覆材料的粘度变化对电机性能具有明显不同的作用，使得特征值变化的相应原因可简单地区别开。
[0025] 多种类型的适合于本发明的电机可从市场上获得，所述电机可以以至少3000/min、通常10000/min-80000/min的所需速度驱动高速旋转式雾化器的钟罩板。适合于这些电机的高度动态驱动控制系统也可从市场上获得，特别是可从德国的73547Lorch的Aradex AG获得，所述控制系统特别是用于评估特征值，且借助于所述控制系统可执行根据本发明的特征值评估，所述系统之前已经主要用于工件的切割加工和其他机床，特别是用于高度动态伺服驱动技术。
附图说明
[0026] 下面，将通过参看静电旋转式雾化器装置的优选示例更详细地描述本发明，所述雾化器装置包括
变压器装置，所述变压器装置具有用于电位分离的高压绝缘装置，且在高电压下的雾化器区域与
低电压或接地电压下的区域之间电气分离地传输信号，如上述专利申请DE102007004819.1中所述。附图包括：
[0027] 图1示出了根据本发明的雾化器装置；
[0028] 图2示出了可根据本发明评估的电机功率测量曲线；以及
[0029] 图3示意性地示出了电机转矩随时间的变化和依赖于材料流动的转速。
具体实施方式
[0030] 静电旋转式雾化器装置的构件处于图1的区域1中，它们处于高电压下，具体地讲，实际雾化器的那些构件或装置的构成雾化器的那些构件、腕关节以及在所述情况下涂覆机器人的前臂的一些元件也处于高电压下。前臂本身可像通常那样由绝缘材料制成。除了下面描述的变压器装置的初级电路之外，区域1中所涉及的所有构件可处于高电压下。
[0031] 为了对区域1实现供电，使用了两极或多极外部供电线装置2，根据图示，所述两极或多极外部供电线装置2向三个变压器T1、T2和T3的相互并联的初级线圈供电，所述变压器被构造成具有高压绝缘间隙(用于高于100kV或甚至高于150kV)的隔离变压器。
[0032] 供电线装置2的交流电压经由转换器3向第一变压器T1的初级线圈供给电压脉冲，在次级侧，所述电压脉冲向
驱动器4供给，所述驱动器操作时对同步或其他电机M的
频率进行调节，所述电机代替空气涡轮设置，所述空气涡轮在旋转式雾化器中更常用来驱动雾化器钟罩。电机M可以是适合于所述的驱动目的的现有类型的。为了向电机M供电和控制电机M，可使用来自上述Aradex AG的合适调整的控制和评估系统(驱动器4)。电源也可与例如数字式转速控制系统分离。如所公知的，分离变压器的传输频率可以比电机M供给的频率高。旋转式雾化器的转速、从而电机M的转速可达到100000/min或更高。
[0033] 相比，第二变压器T2的次级线圈用于向雾化器的构件，包括处于高电压下的位于区域1中的
致动器6、传感器7和电子元件，供电。如图所示，由变压器T2产生的交流电压可通过转换器5转化为直流供给电流。以附图标记6和7仅示意性地示出的构件的典型示例是致动器，例如，用于阀和流率的控制和驱动电路、转速和其他控制电路、以及用于阀的切换、转速和涂覆材料的流量、
温度、压力等的传感器。在此所提及的致动器例如可包括进一步的电机或其他
马达，例如计量
泵驱动器。
[0034] 在其他示例中，为了向传感器和致动器供给电流，也可使用电机驱动器4中产生的直流。
[0035] 第三变压器T3的次级绕组向转换器9供电，所述转换器9从输入交流电压供给使涂覆材料带静电所需的高电压或向雾化器的高电压发生器(未示出)供给。高电压施加到静电雾化器常用的内部或外部电极装置(未示出)，以使涂覆材料直接带电或从外部带电。
[0036] 除了雾化器的传感器和致动器以外，涂覆设备的其他构件，包括那些位于雾化器的外部的构件，也可由根据本发明的变压器装置供电，即也是位于涂覆机器上的其他
位置处且可在那里处于高电压或低电压或接地电压下的涂覆设备的致动器和传感器。根据系统，还包括诸如
颜色变化器的构件，其可处于高电压下或接地电压下。变压器装置可向可能位于机器人上的所有涂覆构件供给它们各自所需的
电能。
[0037] 如果相对较重的变压器装置的标准设计作为独立构件安装在雾化器中或例如喷涂机器人的机器人臂中，它们可能会损害所述机器人的运动动力学特性。为此，可合适地将变压器或变压器绕组集成在机器人臂的本体中，使得所述变压器或变压器绕组充当机器人臂的
支撑元件和给予所需的
刚度或至少有助于此。这样，包括机器人臂的雾化器装置的总重量没有因变压器而明显增加。
[0038] 控制和传感器信号向着和从位于高电压区域1中的致动器和传感器的传输以及向着和从电机控制系统的传输需要电气分离地进行，以消除高电压的任何影响。为此，特别地，在上述DE102007004819.1中描述的光传输或无线电传输的可能性可以考虑。
[0039] 图2作为根据本发明的电机特征值的评估的典型示例示出了电机M的电功率的可能的变化过程(未按比例)，这在涂料涂覆工序中原则上是可以发生的。例如，当主针型阀打开时即在涂覆材料加载时，可出现L1处的相对较大的功率突升。这允许快速和精确地确定切换时间，且基于时间变化过程和功率突升的绝对值可分析其他过程参数。然而，在L2处可见的幅度例如为0.01％量级的相对较小的功率
波动通常是由于钟罩板和/或其驱动轴的偏心引起的。其上
叠加的稍微较强的功率波动(近似0.05％)可能由于机械轴振荡引起的。根据本发明，功率变化过程的确定可通过电机控制系统本身进行，所述电机控制系统可在最短的时间内(小于1ms)。产生相应的评估信号
[0040] 图3是在材料流动开始时和在由电机M的控制系统(图1)保持恒定的转速下的电机M(图1)的转矩的变化过程的示意性图示。材料流动在由于在时间点t1处产生的主针型阀的控制信号而在时间点t2打开雾化器的主针型阀时开始，并使电机负载，因此，电机的转矩不得不增大，以阻止转速的下降。实际中，显然，转矩和转速曲线不具有所示的直线形式，通常，转速或多或少会稍微下降，如n处所示。控制信号的时间t1和根据转矩的上升设定的时间t2之间的延迟是要被确定的主针型阀的切换时间，所述切换时间然后根据与给定的目标值的偏差可被修正或补偿。
[0041] 由于转矩的变化的绝对值的自动评估，即在所述的示例中，在时刻t2时的增大，因此，优选通过电机控制系统本身，可考虑进一步的过程参数，例如，在打开主针型阀时的涂覆材料的适当的压力或不适当的压力。不适当的压力可例如由于损坏的颜料压力
控制器或
计量泵引起的，且可产生喷涂缺陷。
[0042] 与打开主针型阀时的仅一次变化相比，电机转矩可多次地变化。如果例如在2k喷涂过程中，电机被一种组分比被另一组分更早地加载，转矩可在时刻t2初始增大，然后在t3再次增大，如M’和n’处所示。然后，相应的差错可被修正或补偿。在这种情况下，此外，进一步的过程参数可通过使用变化的绝对值分析，例如在这种情况下，特别地，该过程参数为涂料组分的性能。
[0043] 以与电机的转矩变化过程类似的方式，其电功率也可被评估。
[0044] 进一步的评估可能性包括：评估
[0045] -相应的变化值例如转矩、转速、功率等的上升(负和正)；
[0046] -例如转矩、转速、功率等的值变化的绝对大小；以及
[0047] -例如转矩、转速、功率等的值变化的相对大小。
