流体施加装置的制作方法

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的流体施加装置、流体施加方法、电耦合部位改装方法以及具有电感耦合元件的耦合部位的用途。

流体施加装置可以包括转动部件，该转动部件通常通过滑动触点被供电和控制。滑动触点在此容许带有液体喷涂用喷嘴的喷头的可转动性。头部的可转动性此时允许根据应用具体情况定位所述喷嘴。

这样的装置例如由ep1521642公开了。该装置具有转动的喷嘴头，喷嘴头通过滑动触点被供电并与保持部相连。穿过转动轴承且在转动头部中延伸的通道容许将流体从保持部供应至转动的喷嘴头。

但这样的装置有以下缺点，因为滑动触点的结构特性，许多传输信道受到限制，且传感器信号和控制信号的传输易出错。此外，滑动触点易于脏污、快速磨损且具有高昂的维护成本。

因此，本发明的任务是克服现有技术的缺点。本发明的任务尤其是提供一种流体施加装置，其中电能和电信号能以简单手段而没有占地大地通过耦合部位被精确传输。此外，应提供一种低成本的、尽可能不易出故障的、少维护的且使用寿命长的装置。

该任务通过如独立权利要求所限定的装置和方法完成。由从属权利要求得到其它的实施方式。

本发明涉及一种用于施加流体并作为工具安装到机器人臂的装置。该装置包括固定部件、转动部件和耦合部位。该耦合部位将所述固定部件和转动部件可转动地相互连接。该耦合部位不仅在固定部件侧、也在转动部件侧具备电感耦合元件。所述耦合元件如此布置，即，可实现经所述耦合部位的电感能量传输和/或信号传输。

流体是指以下物质，其具有流动性能例如像液体、气体、蜡以及某些塑料化合物。流体优选是在20-250巴的压力和20-100℃的温度下可泵送的流体，例如像用于汽车制造的涂覆材料或粘合剂。

可行的是，该装置的固定部件通过其一个端面被拧紧到机器人臂上。可以想到该固定部件的电感耦合元件和该转动部件的电感耦合元件可以分别绕一个共同轴线彼此相对地转动。该转动部件可以相对于该固定部件转动超过360°。也可行的是，所述固定部件和转动部件具备供能元件例如通电线圈。能量此时可以从该固定部件经共同的耦合部位传输至该转动部件。

该耦合部位的电感耦合元件容许快速而无故障地传输能量和信号。可以实现任意多的信号的传输。省掉了限制该转动部件的转动可能性的缆线的使用。这样的电感耦合单元的使用寿命相比于常见的滑动触点被显著延长并且维护强度不高，因此成本被降低。

所述电感耦合元件最好包括尤其带有铁氧体芯的扁平线圈。该耦合部位例如可包括六个这样的扁平线圈，在这里，各自有三个扁平线圈可设置在该转动部件内和该固定部件内。带有铁氧体芯的扁平线圈作为信号电感传输机构是本领域技术人员已知的。所述固定部件和转动部件优选各有一个扁平线圈彼此间隔很近地、非导电接触且非物理接触地对置。这样的间隔一般等于几毫米如2毫米。所述扁平线圈可被加入各自部件的耦合部位位于其上的端面中。

带有铁氧体芯的扁平线圈的特点是其占地小且功率高。它们是低成本的且可容易被集成到构件中。构件的已有的电耦合部位例如滑动触点也可以容易用这种扁平线圈代替。

该固定部件可以包括用于将数字信号转换为模拟信号和/或将模拟信号转换为数字信号的信号和/或数据处理电子装置。该转动部件可以包括用于将数字信号转换为模拟信号和/或将模拟信号转换为数字信号的信号和/或数据处理电子装置。

例如，该转动部件的和/或该固定部件的信号和/或数据处理电子装置可以包括安置在电路板上的微处理器。也可以想到该信号和/或数据处理电子装置包括处理器、解调器和/或调制器。

通过集成的信号和/或数据处理电子装置，可以实现信号和/或数据的快速准确传输。数据流被减小。

在所述固定部件和转动部件中的信号和/或数据处理电子装置可以如此形成且相互协调，即，可以实现信号和/或数据的串行传输。也可以想到的是，在所述固定部件和转动部件之间可以实现并行数据传输。

数据串行传输是抗干扰传输并将信号和数据传输所需要的导线减至最少。

在所述固定部件与转动部件之间的信号传输最好可以双向地实现，尤其是通过在所述固定部件和转动部件内的各自只用于一个传输方向的分别相互对应的耦合元件。

双向是指信号和数据不仅从固定部件传输至转动部件、也从转动部件传输至固定部件。可以想到的是，相应组成一对的耦合元件允许从所述固定部件至转动部件的能量传输。相应组成另一对的耦合元件将信号和/或数据从所述固定部件传输至转动部件，又一对的耦合元件在另一个传输方向上传输信号和/或数据。因此，最好可以在该耦合部位设置相应三对耦合元件。

双向数据传输的优点在于，已经在该装置内允许信号的直接分析以及处理，从而缩短反应时间。由此导致更高的装置效率。

至少一个电感耦合元件可与微处理器一起被包封入同一个封罩中。封罩例如可由塑料制成。该微处理器例如可被埋封在印刷电路板上且被集成到该封罩中。该电感耦合元件也可以是模块式标准部件的组成部分。封罩可以被装入或集成入所述转动部件和固定部件的在耦合部位处对置的平面端面中。

将电感耦合元件封入封罩有以下优点，该电耦合部位被保护起来以免脏污和腐蚀。由此获得生产安全性的显著提高并且维护成本被减至最低。

在所述固定部件内可以设置用于将直流电压转变为交流电压的逆变器，该交流电压可被传导至电感耦合元件。在该转动部件内可以设置用于将由电感耦合元件送来的交流电压转换为直流电压的整流器。

这样的布置一方面有以下优点，作为所述转动部件的供电地快速提供该直流电压，另一方面，可以实现信号经电感耦合部位的快速传导。

该固定部件的至少一个、最好两个电感耦合元件最好配属有调制器或解调器。该固定部件的一个电感耦合元件尤其优选配属有调制器，该固定部件的另一个电感耦合元件配属有解调器。该转动部件的至少一个、最好两个电感耦合元件优选配属有调制器或解调器。尤其优选的是该转动部件的一个电感耦合元件配属有调制器，该转动部件的另一个电感耦合元件配属有解调器。

通过该固定部件的调制器例如可以准备好一个信号，从而该信号可以通过该电感耦合元件被传输至该转动部件。例如能实现从数字到模拟的信号转换。在该转动部件的解调器中，该信号于是又被转换回成数字信号。通过该调制器，数字信号被转换为交流电压信号，其能从该转动部件的耦合元件传输至该固定部件的耦合元件。该固定部件的耦合元件的解调器可以将该交流电压信号又转换回成数字信号。所述信号随后例如可以在该固定部件的处理器内被准备好并且以串行数据流形式在上级过程控制装置如存储编程控制单元(sps)的总线协议中可供使用。

这样的经总线协议传输有以下优点，所有控制信号和相应的应答信号和测量数据可以通过具有小横截面的唯一缆线被传导。这提高了施加工具的活动余地和易维护性。这样的布置还有以下优点，信号可以被尽量无干扰地传输。此外，可同时将信号从固定部件传输至转动部件以及反向传输。

所述固定部件或转动部件的至少两个、最好全部的电感耦合元件可以同心布置。

通过同心布置的耦合元件，在转动部件回转运动时也未限制信号传输。

该转动部件可以具备至少一个包括阀针的排出阀。该排出阀最好可通过电磁阀来控制。

也可以想到该装置具备两个以上的排出阀。电磁阀此时可以例如控制压缩空气，该压缩空气驱动用于控制针阀的气动筒。可以例如在该固定部件内的电子装置中产生相应的控制信号。该控制信号可以借助调制器被转换为模拟信号并通过电感耦合元件被传输至该转动部件。该转动部件内的解调器又将模拟信号转换回用于排出阀的数字控制信号。

该转动部件优选具备至少一个传感器，该传感器测量阀针位置。该传感器可以如此布置，所述位置可被传输给该转动部件的信号和/或数据处理电子装置。

也可以想到，所述传感器具备集成电子装置，其已担负起传感器信号的分析任务。

例如，传感器可以是距离传感器。一般，为此考虑霍尔传感器或者电感传感器。在此，它可以是模拟式距离传感器或数字式距离传感器。实际的阀针位置例如可以通过测量阀针位置距阀针驱动装置的被集成在该装置中的气动筒的后壁的距离来进行。该信号于是可以被传输给尤其被集成在该转动部件中的处理器。通过该处理器，可以通过控制脉冲和测定阀针位置的组合来自适应校准距离传感器的测量范围。该系统于是可以自动发现测定位置是预期的阀针最终位置，即开启或关闭。

也可能的是，该传感器不仅确定最终位置，也确定各自针的一个或多个中间位置并且将其传输给该转动部件的信号和/或数据处理电子装置，或者在传感器的集成式电子装置中进行所述处理。

因此，各自的针位置可以被直接查询。

通过检测阀针位置，可以测量阀针的切换延迟并且相应提前设定接通时刻。因此可能的是，由处理过程决定的延迟借助所述控制装置被自动补偿。施加精度得以提高。

该固定部件能与过程控制装置相连或与之相连。

所述过程控制装置可以是基于个人电脑的控制装置或者可存储编程的控制单元(sps)。也可以想到，所述控制装置是机器人控制装置。与固定部件的连接例如可以通过总线接口或以太网连接进行。无线lan连接也是可以想到的。通过该过程控制装置，也可以提供用于驱动装置的能量并且能量通过本领域技术人员已知的可能连接技术被提供给该固定部件以便处理。

该转动部件的信号和/或数据处理电子装置可以如此设计，阀针位置可被转换为数字信号和/或数字信号可以被转换为模拟交流电压信号。该模拟交流电压信号可以被传送给电感耦合元件和/或由电感耦合元件获得。

这有以下优点，可以进行借助电感耦合元件的快速信号传输。

最好在该装置的转动部件内设置存储介质，在存储介质上可以存储用于阀针启闭的切换间隔。

存储介质例如可以是半导体存储器，但也可以想到并非半导体存储器的数据载体。

所述固定部件的和/或所述转动部件的信号和数据处理电子装置可以如此设计，其自动校准用于查询阀针位置的距离传感器，即该电子装置可以发现哪个传感器信号对应于阀针位置的期望最终位置(启/闭)。该信号和数据处理电子装置也可能适用于监测和测量该装置的施加工具的内部反应时间。例如测量值此时已经可以在施加工具中准备好并且随后被提供给上级过程控制装置。因此，例如相连的机器人臂或运动机器可以自动修正通断时刻以允许流体在该表面上的极其准确的定位。

施加工具是指由所述转动部件和固定部件构成的单元。

所述转动部件和/或固定部件可以包括测压传感器、测温传感器、加热器件及其组合。

通过压力传感器，将流体送至排出阀的分配机构可以被调整。温度传感器例如可以控制施加工具的温度和/或被送至施加工具的流体的温度。加热器件可以用于加热施加工具和还有该装置的其它部件。也可以想到的是加热器件加热流体管线和/或排出阀。

可通过温度传感器和加热器件调节流体黏度，从而保证流体更好地被送至排出阀。通过压力传感器，可以进一步优化所述输送。此外，也可以通过可控的流体压力/流动来获得很好的涂覆结果。

根据本发明的装置允许施加在20-250巴之间、优选在100-250巴之间的高压的流体。尽管如此还是保证了流体施加时的高精度。而当例如在汽车业中施加涂料时，用在2-3巴之间的低许多的压力来工作。

所述转动部件和固定部件优选包括至少一个管线、最好是多个管线用于传导压缩空气和/或流体。

所述管线可以如此设计，设有用于将流体供给该转动部件内的带有至少一个喷嘴的喷嘴头的输入通道和用于使流体自喷嘴头送回的回输通道。流体排出通过气压控制的阀针被控制。

该输入通道和回输通道可以如此设计，可以实现流体循环。也可以想到在管线中设置附加循环阀，其控制所述循环。该转动部件的可转动性未受所述管线限制。所述管线最好以环形通道形式构成。这些同心的耦合元件可以布置在该环形通道附近。

这种设计的优点是该转动部件具有不受限制的可自由转动性。

通过根据本发明的装置，在高压下也保证了精确且高度正确的流体施加。此时材料损耗被减至最低程度。

本发明的另一方面涉及一种用于在流体施加装置尤其是如上所述的装置内传输能量和信号的方法。该方法包括以下步骤：

-将用于电流供应的能量从该装置的固定部件传输至转动部件；以及

-将信号从该固定部件传输至该转动部件和/或从该转动部件传输至该固定部件，其中所述电流和信号传输通过该装置的耦合部位的最好同心布置的电感耦合元件进行。

为了传输能量，例如可以在该固定部件中安装用于将直流电压转换为交流电压的逆变器，该交流电压在该转动部件的整流器中又在经电感耦合元件传输之后被转换为直流电压。

通过该固定部件的调制器，例如可以准备好一个信号，从而该信号可通过该电感耦合元件被传输给该转动部件。例如可以进行从数字到模拟的信号转换。在转动部件的解调器中，该信号于是可以又被转换为数字信号。通过该调制器，数字信号可以被转换回交流电压信号，其从该转动部件的耦合元件被传输给该固定部件的耦合元件。该固定部件的耦合元件的解调器可以将交流电压信号又转换回为数字信号。这些信号于是例如可以在该固定部件的电子装置中被准备好并以串行数据流形式在上级过程控制装置如可存储编程的控制单元(sps)的总线协议中可供使用。

通过同心布置的电感耦合元件，在转动部件转动运动时也实现不受干扰的精确信号和/或数据传输。

本发明的另一个方面涉及一种用于在流体施加装置尤其是如上所述的装置中切换至少一个阀针的方法。该方法包括以下步骤：

-校准该阀针的最终位置；

-求出该装置收到切换指令与阀针到达对应于该切换指令的最终位置之间的反应时间；

-可选地，存储用于尤其针对维护间隔的阀针的开启和/或关闭的值；

-可选地，确定作为误差窗的数值范围或者各自最终位置的极限值以便监测磨损；

-提供过程控制装置的反应时间以便切换指令的时间协调。

在校准时，例如可以给某个传感器信号配属阀针的某个最终位置例如启或闭。为此，可以实现阀针位置的直接确定。为此最好多次操作每个阀针并且存储各自值。该值对维修间隔保持有效。尤其是阀的磨损造成所述值的变化且因而可以被自动发现。

该装置收到切换指令与阀针到达对应于该切换指令的最终位置之间的反应时间的确定可以在该过程控制装置中进行。或者，该反应时间可以在该装置的处理器中被确定。切换指令通常由上级过程控制装置提供。在该装置初次投入运行时，针对每个阀针确定该装置收到切换指令与阀针到达对应于该切换指令的最终位置之间的反应时间。用于每个阀针的启/闭的数值可以作为维修间隔被存储起来。但是，真实值在运行期间内可能因磨损而变化。通过确定作为误差窗的数值范围或各自最终位置的极限值，可以监测所述磨损。因此，例如最大偏差了10％的数值可以仍在误差窗内。而偏差超过10％的数值可能在所述窗之外并且输出规定的故障警报。另外，该反应时间可以在过程控制装置和/或处理器中以数值形式可供使用，从而该数值可以被用于修正切换指令。可能的是旧的值可以被新的值覆写。但也可想到的是存储旧的反应时间。因此在每次切换周期中测量在离开一个最终位置与到达另一个最终位置之间的时间。如果该时间高出预定时间(如50毫秒)，则发出故障信号。

这样的方法允许该装置的一种自我故障诊断，这允许该装置的面向需要的维护。由此显著降低维护成本。

本发明的另一个方面涉及一种在流体施加装置内尤其是如上所述的装置内的电耦合部位的改装方法。该方法包括以下步骤：用电感耦合元件换掉滑动触点。

这有以下优点，在现有装置中，用维护成本低且使用寿命长的非接触式耦合部位低成本地换掉易出故障的滑动触点，而没有带来显著的结构改变。

本发明也涉及将具有电感耦合元件的耦合部位用于在流体施加装置内的阀的阀针位置的信号传输的用途。

通过使用这样的耦合部位，可以快速准确地测定阀的阀针位置。通过与切换信号相结合地测定阀针位置，可以测量、分析阀针的切换延迟并且相应提前地设定通断时刻。因此可以在这样的控制装置自动补偿由工作过程决定的延迟。施加精度得以提高。

以下将结合仅表示实施例的附图来详述本发明，其中：

图1是根据本发明的装置的示意图，

图2示出了根据图1的装置的线路图，

图3示出了在根据图2的装置内的流体路线。

图1所示的装置1适用于施加流体。装置1基本由转动部件2和固定部件3组成。装置1适用于安装到机器人臂上，在这里可以通过固定部件3的一个端面12进行连接，例如通过螺钉连接。固定部件3通过耦合部位8安置到转动部件2上。耦合部位8不仅在转动部件2中、也在固定部件3中具备电感耦合元件11。电感耦合元件11是具有铁氧体芯的扁平线圈。扁平线圈可以如此安置在该部件中，即，至多需要84毫米直径和22毫米结构高度以便加入三个扁平线圈。一般，电感耦合元件以2毫米非接触地间隔对置。

通过接线9，固定部件3被供电。固定部件3通过现场总线连接10可以与上级过程控制装置(未示出)相连。可通过电感耦合元件11进行转动部件2的供电。转动部件2具备三个针阀4，它们由电磁阀7控制。传感器6记录下针阀的阀针位置。传感器6例如可以是这样的传感器，其可以由用于产生四个二进制信号的两个霍尔元件构成，或者也可以是这样的电感传感器，即，借此确定准确的阀针位置以便在数据处理电子装置中进一步处理。

图2示出了图1所示的装置和转动部件2和固定部件3的若干元件的线路布置。上级过程控制装置13与固定部件3的通电线圈14相连，因此给固定部件3通电。用于供电的直流电压信号在固定部件3的通电线圈14处经过逆变器15被转换为交流电压且被传输给固定部件3的电感耦合元件11。通过耦合部位8，用于功率供应的交流电压信号被传输至转动部件2的相应电感耦合元件11′。现在，转动部件2的通电线圈17可以通过整流器16将交流电压信号又转换回直流电压信号。

上级过程控制装置13也提供用于控制电磁阀7和加热器27的相关的数据组。所述数据被传输给总线接口18。通过固定部件3的处理器19，该信号被提供给调制器20。调制器20将数字控制信号转换为模拟信号。模拟信号通过固定部件3的另一个电感耦合元件11经耦合部位8被传输至转动部件2的相应的电感耦合元件11′。该信号在转动部件2的解调器21′内被转换并且例如通过处理器22/23被传导至电磁阀7。电磁阀7又控制用于气动筒(未示出)的压缩空气供应，气动筒又控制阀针24的位置。阀针24的位置通过传感器(图1和图6)来确定，且该信号随后可以通过处理器22/23被传导至转动部件2的调制器20′。在转动部件2的调制器20′内，该信号被准备好，从而信号通过转动部件2的电感耦合元件11′可被传输给该固定部件3的电感耦合元件11。于是，该信号在固定部件的解调器21内又被转换回。该信号在处理器19内被处理且通过总线接口18被传导至上级过程控制装置13。通过附加的温度传感器26，工作温度可以被调节和控制。压力传感器27通过过程控制装置调整分配机构，流体经过该分配机构被输送至排出阀。此外，可以在固定部件3内设置用于加热例如施加器(未示出)或用于加热流体管线的附加加热件28。相应的信号可以通过模拟适配接头25被处理并且一方面被传输给固定部件3的处理器19且另一方面由处理器19获得调整用信号。

图3示出了在所述装置内的流体变化过程。为了概览起见而省掉了图2未示出的零部件。

通过输入通道29实现流体供应至带有三个喷嘴的喷嘴头，所述喷嘴具有可控的阀针24。通过回输通道30实现流体从喷嘴头回送。为此可以实现流体的循环。流体排出31通过气压控制的阀针24来调整。电磁阀7又控制用于气动筒(未示出)的压缩空气供应，该气动筒又控制阀针24的位置。