SE514375C2

SE514375C2 - Liquid control for spray painting applications

Info

Publication number: SE514375C2
Application number: SE9503689A
Authority: SE
Inventors: Alf Sunde
Original assignee: Abb Flexible Automation As
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2001-02-19
Also published as: WO1997014505A1; CA2235338A1; EP0854756A1; AU6628896A; SE9503689L; SE9503689D0

Abstract

Robotic system comprising a fluid supply system for spray painting and coating applications comprising fluid supply means for supply of fluid to spraying equipment (7) and flow control means for control of the volume flow rate of fluid supplied to the spraying equipment where said flow control means comprises a container (2) in the supply line to the spraying equipment, a pressure gas supply means (12) for pressurizing said container, and pressure control means (9, 10, 11) for control of the volume flow by varying the gas pressure.

Description

30 35 tigheten individuellt för varje sprutningspuls pá grund av de stora volymerna av luft och vätska. 30 35 the speed individually for each spray pulse due to the large volumes of air and liquid.

Olika försök har gjorts för att lösa detta problem: En lösning är att strypa västketillförseln pà mekanisk väg med olika typer av regulatorer. Eftersom manga av vätskorna som behandlas i denna typ av utrustning ar nötande suspensioner, leder detta till kraftig förslitning av komponenter vilka sàlunda maste bytas kontinuerligt.Various attempts have been made to solve this problem: One solution is to throttle the fluid supply mechanically with various types of regulators. Since many of the fluids processed in this type of equipment are abrasive suspensions, this leads to severe wear of components which must therefore be replaced continuously.

En annan lösning baseras pá slangpumpar i kombination med kom- pensatorer och lànga rör avsedda för dämpning och upphävande av de av slangpumparna skapade tryckpulsationerna. Denna lösning har nackdelen att vara komplicerad och ha läng svarstid pa grund av vátskevägens längd genom utrustningen. Likasá slits slangen i slangpumpen genom nötande emulsioner.Another solution is based on peristaltic pumps in combination with compensators and long pipes intended to dampen and cancel the pressure pulsations created by the peristaltic pumps. This solution has the disadvantage of being complicated and having a long response time due to the length of the fluid path through the equipment. Similarly, the hose in the peristaltic pump is worn by abrasive emulsions.

Ett ytterligare problem med att spruta vätskor sàsom suspen- sioner av fasta material är övervakningen av deras densitet. ändras den fasta Genom separation, t ex genom tyngdkraften, halten och sàlunda vatskedensiteten, liksom den gör genom inneslutning av gasbubblor. I bada fallen blir màlningsresul- tatet otillfredsställande, tillförlitlig detektering av densitetsvariationer. Dynamiska förfaranden för densitetsmàtning av flödande vätska, t ex baserade pà corioliskraften, har lag noggrannhet och kräver och således behövs en snabb och kalibrering. Densitetsvariationer tillräckliga för att leda till undermålig malningskvalitet kan förbli odetekterade genom dessa förfaranden.A further problem with spraying liquids such as suspensions of solid materials is the monitoring of their density. The solid content and thus the liquid density are changed by separation, e.g. by gravity, as well as by entrapment of gas bubbles. In both cases the measurement result is unsatisfactory, and reliable detection of density variations is required. Dynamic methods for density measurement of flowing liquids, e.g. based on the Coriolis force, have low accuracy and thus require rapid and accurate calibration. Density variations sufficient to lead to substandard grinding quality may remain undetected by these methods.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen gör det möjligt att bade reglera volymflödeshastig- heten individuellt för varje sprutningspuls och att bestämma vàtskedensiteten noggrannt. 10 15 20 25 30 35 Grundidén i uppfinningen är att placera en liten behållare mellan den stora behållaren (eller annan typ av huvudvätske- tillförsel) och sprutningsutrustningen, varvid den mindre behållaren är tillräckligt liten för att möjliggöra snabba individuella tryckjusteringar för varje sprutningspuls. Denna mindre behållare är utrustad med en ingångsventil, en tryck- regulator, niväreglergivare och en viktgivare. Genom tryck- regulatorn ansluts den mindre behållaren till en trycksatt lufttillförsel.SUMMARY OF THE INVENTION The invention makes it possible to both control the volume flow rate individually for each spray pulse and to determine the liquid density accurately. 10 15 20 25 30 35 The basic idea of the invention is to place a small container between the large container (or other type of main liquid supply) and the spraying equipment, the smaller container being small enough to enable rapid individual pressure adjustments for each spray pulse. This smaller container is equipped with an inlet valve, a pressure regulator, a level control sensor and a weight sensor. Through the pressure regulator, the smaller container is connected to a pressurized air supply.

Doseringen av vätskan från den mindre behållaren till sprut- ningsutrustningen utförs genom att reglera lufttrycket vid den övre delen av behållaren. Volymflödeshastigheten är en monotont ökande funktion av detta tryck. Den verkliga volymflödeshastig- heten, under förutsättning av en känd och konstant vätskedensi- tet, beräknas såsom proportionell mot tidsderivatan hos vikt- ändringen hos behållaren, uppmätt av viktgivaren. I ett slutet reglersystem jämförs denna verkliga volymflödeshastighet med den önskade volymflödeshastigheten och justeras kontinuerligt genom att utföra de råtta tryckföràndringarna. Vid ifyllande av behållaren under samtidig sprutning, regleras flödeshastigheten enbart genom tryck utan återkoppling från viktmåtningen.The dosing of the liquid from the smaller container to the spraying equipment is carried out by regulating the air pressure at the top of the container. The volume flow rate is a monotonically increasing function of this pressure. The actual volume flow rate, assuming a known and constant liquid density, is calculated as proportional to the time derivative of the weight change of the container, measured by the weight sensor. In a closed control system, this actual volume flow rate is compared with the desired volume flow rate and is continuously adjusted by making the necessary pressure changes. When filling the container while spraying simultaneously, the flow rate is regulated solely by pressure without feedback from the weight measurement.

Vätskenivån i den mindre behållaren hålls mellan en topp- och en bottennivå.The liquid level in the smaller container is maintained between a top and a bottom level.

Förutom den beskrivna tryckjusteringen är det också nödvändigt att kompensera för andra bidrag till trycket. Lufttrycket vid den övre delen av den mindre behållaren korrigeras för bidraget från det varierande hydrostatiska trycket för olika höjder hos sprutningsutrustningen. Detta är av särskild betydelse för sprutning av vätskor av suspensionstyp med lågt tryck, där det hydrostatiska trycket kan vara en betydelsefull del av det totala trycket; utan korrigering leder detta till stora volym- flödesändringar och dålig målningskvalitet. Även kompressibi- liteten hos luft tas med i beräkningen och korrigeras. 10 15 20 25 30 35 Afärgsprutningsutrustningar, Separation mellan de fasta och vätskeformiga beständsdelarna hos vätske- eller luftinneslutningen i vätskan kan effektivt regleras genom uppfinningen. Genom att mäta vikten hos behälla- ren vid dess lägsta och dess högsta fyllnadsnivä kan vätskeden- siteten beräknas, dä volymskillnaden mellan den högsta och lägsta fyllnadsnivän är känd och konstant. Om en avvikelse frän det förväntade värdet uppträder pä grund av t ex separation eller luftinneslutning, kan alarm ges för att vidta lämplig ätgärd säsom att stoppa mälningsförloppet. Denna densitets- mätning genom att kontrollera vikten av en känd vätskevolym är mer noggrann och tillförlitlig än dynamiska mätningar baserade pä vätskehastighet och/eller -acceleration, säsom metoder baserade pä corioliskraften.In addition to the pressure adjustment described, it is also necessary to compensate for other contributions to the pressure. The air pressure at the top of the smaller container is corrected for the contribution of the varying hydrostatic pressure for different heights of the spraying equipment. This is of particular importance for spraying low pressure suspension type liquids, where the hydrostatic pressure can be a significant part of the total pressure; without correction this leads to large volume flow changes and poor painting quality. The compressibility of air is also taken into account and corrected. 10 15 20 25 30 35 Paint spraying equipment, Separation between the solid and liquid constituents of the liquid or air inclusion in the liquid can be effectively controlled by the invention. By measuring the weight of the container at its lowest and highest filling levels, the liquid density can be calculated, since the volume difference between the highest and lowest filling levels is known and constant. If a deviation from the expected value occurs due to, for example, separation or air entrapment, an alarm can be given to take appropriate action, such as stopping the grinding process. This density measurement by checking the weight of a known liquid volume is more accurate and reliable than dynamic measurements based on liquid velocity and/or acceleration, such as methods based on the Coriolis force.

Trycket i den mindre behällaren kan vara högre än vätsketill- förseltrycket. I detta fall fungerar uppfinningen ocksa som en tryckförstärkare, och av säkerhetsskäl installeras en backventil i tillförselledningen. Typiskt sett är tillförseltrycket 2 - 4 bar medan trycket i den mindre behällaren kan vara sä högt som maximitrycket hos den trycksatta luften, ofta 10 bar.The pressure in the smaller container may be higher than the liquid supply pressure. In this case the invention also functions as a pressure booster, and for safety reasons a check valve is installed in the supply line. Typically the supply pressure is 2 - 4 bar while the pressure in the smaller container may be as high as the maximum pressure of the pressurized air, often 10 bar.

För att utföra dessa regleruppgifter pä ett riktigt sätt behöver den mindre behällaren nägon reglervolym som leder till typiska storlekar pä en eller nägra liter.To perform these control tasks properly, the smaller container needs some control volume, leading to typical sizes of one or a few liters.

Uppfinningen löser uppgiften med snabb och tillförlitlig reglering av màlningsvätskan till av robotar hanterade speciellt för vätskor vilka som suspensioner är svära att dosera med konventionella regler- anordningar. Sälunda förbättras genom uppfinningen parametrar säsom hastighet, kvalitet och automatiseringsgrad hos mälnings- och beläggningsprocesser med användning av dessa vätskor.The invention solves the problem of fast and reliable regulation of the grinding liquid to be handled by robots especially for liquids which as suspensions are difficult to dose with conventional control devices. Thus, the invention improves parameters such as speed, quality and degree of automation of grinding and coating processes using these liquids.

FIGURBESKRIVNING Principerna för drift av uppfinningen beskrivs med hänvisning till fig 1. 10 15 20 25 30 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Våtskan, vanligen en vattenbaserad suspension eller ett flui- diserat pulver, matas från en vätskekålla l som kan vara en stor behållare trycksatt av luft eller något slag av pump ansluten till en vàtsketank eller vàtskeprepareringsenhet. Den går in i en mindre behållare 2 med en volym av normalt ett par liter genom ventilen 3. Våtskenivån i behållaren mäts av viktgivaren 4 som reglerar ventilen 3 som håller våtskenivån 5 mellan förin- ställda maximi- och minimivàrden, avkànda av toppnivågivaren 6a respektive bottennivågivaren 6b. Genom att subtrahera utsigna- lerna från viktgivaren 4 för behållaren fylld till toppnivån respektive bottennivån, kan våtskedensiteten beräknas. Volym- flödeshastigheten till fàrgsprutningsutrustningen 7 genom utloppet 8 vid nedre delen av behållaren bestäms av trycket i behållaren. Det uppmàts av tryckgivaren 9 som är ansluten till reglerenheten 10 vilken reglerar regulatorn ll på tryckluft- tillförseln 12. Reglerenheten beràkar den verkliga volymflödes- hastigheten från viktàndringshastigheten uppmätt av viktgivaren 4 och justerar kontinuerligt trycket för att åstadkomma den önskade volymflödeshastigheten, vilket kompenserar för det hydrostatiska trycket relaterat till sprutningsutrustningens 7 höjd. Reglerenheten utför också korrigeringar för kompressibili- teten hos tryckluften. Behållaren 2 ansluts genom en stödanord- ning 13 till en bärande struktur 14. Stödanordningen 13 tillåter den rörelse av behållaren 2 som behövs för viktgivarens 4 rätta funktion. Vid användning av uppfinningen som tryckförstärkare, placeras en backventil 15 på matningsledningen före ventilen 3.DESCRIPTION OF THE FIGURES The principles of operation of the invention are described with reference to Figure 1. 10 15 20 25 30 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The liquid, usually an aqueous suspension or a fluidized powder, is fed from a liquid source 1 which may be a large container pressurized by air or some type of pump connected to a liquid tank or liquid preparation unit. It enters a smaller container 2 with a volume of normally a couple of liters through the valve 3. The liquid level in the container is measured by the weight sensor 4 which controls the valve 3 which maintains the liquid level 5 between preset maximum and minimum values, sensed by the top level sensor 6a and the bottom level sensor 6b respectively. By subtracting the output signals from the weight sensor 4 for the container filled to the top level and the bottom level respectively, the liquid density can be calculated. The volume flow rate to the paint spraying equipment 7 through the outlet 8 at the lower part of the container is determined by the pressure in the container. It is measured by the pressure sensor 9 which is connected to the control unit 10 which controls the regulator 11 on the compressed air supply 12. The control unit calculates the actual volume flow rate from the weight change rate measured by the weight sensor 4 and continuously adjusts the pressure to achieve the desired volume flow rate, compensating for the hydrostatic pressure related to the height of the spraying equipment 7. The control unit also makes corrections for the compressibility of the compressed air. The container 2 is connected by a support device 13 to a supporting structure 14. The support device 13 allows the movement of the container 2 which is necessary for the correct function of the weight sensor 4. When using the invention as a pressure booster, a check valve 15 is placed on the supply line before valve 3.

Reglerenheten beräknar och tillför det tryck som behövs för den önskade volymflödeshastigheten i en sprutningspuls med kompensa- tion för det hydrostatiska trycket på grund av tyngdkraften och relaterat till sprutningsutrustningens höjd över golvet.The control unit calculates and supplies the pressure needed for the desired volume flow rate in a spray pulse with compensation for the hydrostatic pressure due to gravity and related to the height of the spray equipment above the floor.

Claims

10 15 20 25 30 35 o '> ^ fv ^^ PAT ENTKRAV

A liquid supply system for spray milling and coating applications which comprises a liquid supply device for supplying liquid to a spraying equipment (7) and a flow control device for controlling the volume flow rate of liquid supplied to the spraying equipment, characterized in that said flow control means to the spraying equipment, a pressurized gas supply device (12) container, of the volume flow by varying the gas pressure. for pressurizing the said and pressure regulating devices (9, 10, ll) for regulating

A liquid supply system according to claim 1, characterized in that said pressure control comprises a device for correcting the compressibility of the gas.

Liquid supply system according to claim 1 or 2, characterized in that said pressure control comprises a device for correcting changes in the hydrostatic pressure due to the position of the spraying equipment.

Liquid supply system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said container is provided with level control devices (6a, 6b).

Liquid supply system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said container is provided with a weight control device (4).

Liquid supply system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a non-return valve (15) enters the said container. installed upstream

Robotic system characterized in that it comprises a liquid supply system according to any one of claims 1 to 6.