专利名称：机器人喷涂装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种机器人喷涂系统，尤其是涉及一种机器人装置，能够将导电涂料施加到机动车身的外表面上。
背景技术：
现有技术中的喷柜已众所周知。用以在连续运输和停站系统中都能喷涂车身外表面的常用喷柜包括容纳着多个喷涂器的外壳。在一种结构中，上述喷涂器安装在倒U形的支承结构上，该结构包括两个垂直支承件，一个在车身运动路径的一侧，在这二者的顶部由水平支承件相连。该支承结构用来喷涂车身的顶面，上述水平梁可被固定到或者具有额外的自由度沿着待喷车身的顶部移动。另一种喷涂装置用在相同的喷涂区域，来喷涂车身的侧面，且通常不会沿着车身横向移动。这种喷涂装置的缺点就是缺乏灵活性从而不能优化车身表面和喷涂器之间的远射距离，还有就是对规定喷涂循环时间的浪费。如果是顶面喷涂机械，则喷涂器被安装在共用梁上因而每一喷涂器和待喷表面之间的距离因车身轮廓的不同而不同。如果是侧喷机械，则喷涂器不能在车身运动路径的横向上移动。它们只能喷涂上述喷涂器前面的部分车身，从而大部分喷涂循环时间都浪费掉了。
近来，另一种支承结构具有安装在地板上的机器人，这些机器人沿着喷柜的侧面设置。上述机器人安装有喷枪或旋转喷涂器(双臂机械，bellmachines)，用以向车身喷涂涂料。
尽管旋转喷涂器比喷枪更具有优势，但是仍存在着一些缺点。现有技术中的地板安装机器人(floor mounted robots)，尤其是双臂机械，本身成本很高且使操作者对喷柜观察也有限制。由于方向限制，所以上述双臂机械需要更多组双臂来达到相同生产量。由于在换色期间每组双臂对涂料的浪费，这些附加的臂会在每个车身上使用更多的涂料。当安装到现有喷柜内时，现有的地板安装机器人也需要喷柜进行比较大的调整，从而需要增加安装时间和成本，而且还需要加大喷柜的长度和宽度。地板安装机器人的架轨轴线需要门设置在喷柜的两端。这种地板安装机器人的腕部轴线要求在喷柜的两端设有额外的安全地带，且地板安装机器人的导轨箱要伸入到通道空间内。地板安装机器人还需要经常清洁，这是由于涂料的下向过度喷涂，使涂料积聚在机器人手臂和基座上，从而需要更高的维护和清洁费用。
现有的双臂区域机械还缺乏灵活性。现有机械基本上达不到车身一个侧面的所有可喷涂表面，这就限制了用于不起作用的喷涂机械的备份喷涂能力，因而需要额外的更加灵活的机器人区域。也可以使用其他的机器人区域向现有喷涂机械提供备份喷涂能力以克服灵活性的缺陷。
因此，提供一种喷涂装置和喷涂系统是必要的，这种系统以高效和低成本有效的方式利用机器人，将涂料浪费降为最低，在喷柜内占用很小空间(长度和宽度)，且能够安装到现有喷柜中，而并不需要进行明显改动。而且提供有一种喷涂装置也是必要的，其中一个喷涂机器人基本上能够到达物体一个侧面的所有可喷涂表面，从而为无效机器人提供了一种备份能力。
由于水基涂料的传导性，有必要使接地的散装涂料供应系统与带电的当地分配罐和喷涂系统相电绝缘。在现有技术中，如美国专利US5,293,911和US5,367,944所示，双臂喷涂器，罐，罐驱动器，静电级联装置和停靠界面均被整合到一个安装在机器人腕部的单元内。但这种喷涂器的缺点如下1)该喷涂器笨重，昂贵且易因和喷柜内的物体碰撞而损坏。
2)喷涂器必须要停靠在一个处于喷柜内固定位置的停靠面上，因而这就限制了整个过程的灵活性。
3)当机器人移动到或从上述停靠面开始移动时，这种停靠过程需要花费循环时间。罐直到喷涂器到达喷涂位置才可能开始填充。
4)这种停靠硬件很昂贵且只能用于水基涂料系统。
另一种将散装涂料供给系统与带电涂料分配罐相隔离的方法就是清洁并干燥上述供给系统和分配罐之间的涂料传输管线。而在自动喷涂系统内(连续运输系统上的快速换色)，散装供给系统和涂料分配罐之间传输管线的清洁干燥却不会得以成功实施。这种系统在过去未被使用的原因有几个，这些原因包括1)清洁干燥上述管线以及提供高电压隔离的时间超过了两个待喷车身之间的容许停留时间。
2)高电压并不易于保持，因而上述隔离系统会打折扣(产生电弧和针孔)。静电烧蚀会在上述传输线、分配系统、到喷涂器的供给管线或者废料收集管线上烧出窟窿。而这种喷涂过程并不会容忍这种停工时间。
3)相比较其他隔离方式，留在涂料传输线中的废料量过多。
4)相比其他电压隔离方式，可接受的限压并不能提供高喷涂传输的效率。
发明内容
本发明涉及一种用以在喷柜或类似围栏内喷涂物体的装置，方法和系统。
上述改进旨在克服已有缺陷，提供一种成本有效的解决方案来有效利用当今水基涂料的环境优势。
本发明涉及一种喷涂装置，包括和喷涂机器人一起使用的臂，该臂具有由非传导性材料形成的壳体；安装在上述壳体一个侧面的外表面上的换色器，该换色器和涂料供给装置相连；安装在上述壳体内的涂料罐；以及将换色器连接到上述涂料罐内部并将涂料从换色器传输到涂料罐内部的传输线。上述涂料传输线由电绝缘材料形成，例如FEP材料。上述装置具有一个和臂相连的腕部，该腕部具有由电绝缘材料形成的腕壳体，该腕部用以安装喷涂器。在上述壳体的内部还安装着一个活塞杆，该活塞杆和上述涂料罐相连，用以控制进出涂料罐的涂料量。上述活塞杆包括一个可释放地由杆锁紧键固定到杆体上的活塞。上述装置包括一个用以可释放地将涂料罐固定活塞杆上的罐速拆机构，其中该罐速拆机构包括设置在活塞杆上的中凸锁紧机构，该锁紧机构可释放地和涂料罐上的内凹锁紧机构相配合。上述活塞杆包括滚珠丝杠和相应的滚珠丝杠螺母，以及和该滚珠丝杠相连来驱动活塞杆的驱动电机。
根据本发明的喷涂装置还包括和喷涂机器人一起使用的臂，安装在上述臂内部的涂料罐；安装在上述臂内部的活塞杆，具有一个在上述涂料罐内可移动的活塞；以及将涂料罐可释放地固定到活塞杆上的罐速拆机构。驱动电机和活塞杆相连，用以在上述涂料罐内移动上述活塞，其中驱动电机产生的扭矩能够代表在涂料罐内的涂料施加到活塞上的压力。
本发明进一步涉及一种操作机器人喷涂装置的方法，包括下列步骤a)设置可连接到涂料供给线的换色器；b)设置连接到喷涂器的涂料罐；c)连接换色器和涂料罐内部之间的电绝缘涂料传输线；d)将一定量的涂料从换色器中传输到涂料罐的内部；e)清洁并干燥上述涂料传输线的内部；f)将高电压施加在上述涂料量上，使之带电；g)将涂料从涂料罐分配到喷涂器上。上述方法包括在执行步骤e)之前，将留在涂料传输线内的涂料传输到涂料罐，从而执行步骤d)。上述方法还包括在完成步骤e)之前开始步骤f)。上述方法进一步包括在步骤d)中，当上述量涂料被传输时，感应产生的压力，并利用该压力感应来优化涂料传输过程以及防止系统过度加压而产生设备故障。传输到涂料罐或喷涂器中的涂料数量和速率均由驱动电机的位置或驱动电机的流速所控制。
参考附图并结合优选实施例的详细叙述，本发明的上述以及其他优点将对本领域技术人员更加显而易见，其中图1是本发明中模块化高架轨装置的透视图；图2是本发明中安装在喷柜内的另一高架轨装置实施例的简要透视图；图3是图1中安装在喷柜内的高架轨装置在第一结构的简要截面图；
图4是类似于图3的简要截面图，示出了安装在喷柜内的高架轨装置处于第二结构；图5是图1中所示喷涂机器人之一的透视图；图6是图1中安装在喷柜内、用以喷涂车身的高架轨装置的前视图；图7是图5中所示外臂从换色器一侧的放大视图；图8是图5中所示外臂从涂料罐一侧的放大简要透视图；图9是图8所示的上述罐和驱动装置的透视图；图10是图9所示的上述罐速拆机构的放大分解透视图；图11是图9所示的速拆活塞杆的放大分解透视图。
具体实施例方式
图1中示出了根据本发明的、用以喷涂物品或物体的模块化高架轨装置10。如下所述，该高架轨装置10适于设置在喷柜内。该装置10包括一对水平延伸的架轨11，它们在轴线12的相对侧，从而相隔一段预定的距离，限定一段待喷涂物体的运动路径。每一架轨11的每一端均支承在多个支脚13之一的上端，这些支脚接触到喷柜的地板上。架轨11的相应端可由十字支撑件14进行连接，该支撑件将架轨11和支脚13结合成装置10的模块化刚性支承架结构。如果需要支承，也可以将额外的支脚13和支撑件14固定到架轨11的端部之间。
每一架轨11均至少具有一个固定在其上的安装座15。在每个导轨11上，如图所示，有三个这样的座15。每个安装座15均用以保持喷涂装置16。优选的喷涂装置16是四轴机器人关节臂，其自由端处为喷涂器17。上述臂包括肩轴，肘轴，腕转轴和腕倾斜轴。尽管示出的是旋转双臂喷雾器作为喷涂器17，但也可以使用任何已知的装置例如喷枪。喷涂装置16和安装座15一同平行于纵向轴线12移动，从而产生第五运动轴线。经由喷涂装置和架轨11之间的柔性带18，喷涂装置16被供以电能，涂料、压缩空气和溶剂等流体。优选的，喷涂装置16被成对对置安装，以便于车身等物体(未示出)沿轴线12移动通过上述装置10时能够同时喷涂其相对的表面。如果轴线12的所示位置表示喷涂物体的顶表面，则架轨11、支承件14和安装座15在包含轴线12的水平面上均可有利地间隔预定的垂直距离19。
当新的喷柜建成或者翻新已有喷柜而并不进行重大更改时，上述高架轨装置10就能够容易地进行安装。架轨11、支脚13和支承件14可拿进喷柜并组装成刚性框架结构。尽管上述高架轨装置10用于喷涂加工，但喷涂器17可以是任何在沿路径移动的物体上执行操作的合适工具。
图2示出了本发明中另一安装在喷柜21内的高架轨装置20实施例。喷柜21包括后壁或出口壁22，下壁或地板23，前壁或入口壁24，一对侧壁25和顶壁或顶盖26。右侧壁25，前壁24和顶壁26均被切掉，以便于能够看见喷柜21的内部。这些壁22-26均连在一起，从而形成一个封闭空间，能够用来容纳图1中的高架轨装置10。但是另一个实施例的高架轨装置20设置在喷柜21上部的侧壁25上。该装置20包括沿着左侧壁25的内表面延伸的架轨11。该架轨11可通过任何合适的机构固定到侧壁25上。另一个架轨11(未示出)设置在右侧壁25的相对内表面上，以使得喷柜和架轨11连成刚性框架结构。安装座15、喷涂装置16和喷涂器17都可移动地固定到架轨11上。
图3示出了在喷柜侧壁上的部分上述装置10。侧壁分成在架轨11上的上部25a和在架轨之下的下部25b。上部25a和架轨11的上表面11a邻接，并靠近外侧面11b。下部25b邻接架轨11的下表面11c，并靠近固定着十字支承件14的内侧面11b。因此架轨11形成侧壁的一部分，用以将喷柜的内部空间27和喷柜之外的通道28隔开。架轨11由管状材料制成，并最好为矩形截面，具有中空内部11e。另外，架轨11也可以由任何形状的管状原料形成，可以是但不局限于圆形材料。连接管29固定到表面11b上，用以将电液管线从通道28导引到架轨11的内部11e内。十字支承件14还可以为管状，用来导引电液管线。在喷柜环境内，架轨11和十字支承件14均被密封、净化以及加压处理。
图4中示出了喷柜侧壁25上的部分上述装置10，其中整个装置10设置在喷柜的内部27内。连接管30固定到表面11b上，用以将电液管线导引到架轨11的内部11e内。上述连接管30经由侧壁25延伸进入上述通道28。
将架轨11升高到待喷涂物体上表面路径之上可为连接对置架轨之间的十字支承件14提供简单的结构，为供给线路提供通路。因此电能和流体源可以设置在例如靠近左侧壁25外部的通道28内，从而将喷涂装置16设置到喷柜的两侧上。而且，与现有技术中对喷柜添加支承钢以支承现有地板安装机器人架轨的悬臂载荷的情况相比较，上述简单的结构还是成本很低的。
另外，将架轨11升高可以将多个常用维护部件例如线性轴向驱动元件、电缆和管护套(未示出)等不放在涂料超范围喷涂积聚在设备上的区域内，而这些地方通常在现有技术中处于喷柜的下向通风处。这些元件不需要象传统地板安装轨那样来回地运动，以防被喷涂上涂料。这样在降低机器人16使用寿命维修成本的同时，还能够有利地降低护套和密封件(未示出)的成本。将架轨11升高还不会妨碍经由设置在侧壁25上的视窗31(参考图2)观察喷柜21，这对系统操作者很有利。当该高架轨装置10、20通常设置在喷柜21的后壁22和前壁24上时，它们还可以设置有入门(未示出)，放置在侧壁25内。这就再次减小了喷柜21的整个长度。
而且，相比传统的5-7轴机器人，将架轨11升高到待喷的车身等物体之上，可以使喷柜21制造得更窄，而且也不需要在通道28内安装零件，而这在传统技术中却是必需的。由于上述机器人基座并没有限定在侧壁25和车身之间，所以上述高架轨11和机器人16还可以使每一机器人的手臂能够达到自身之下，喷涂车身的侧面，在下面将详细叙述。
如图1和2所示，多个关节臂机器人16固定到高架轨11的不同安装座15上，沿着导轨移动，使在车身穿过喷柜21时喷涂器17随动于车身(未示出)等待喷的物体。喷涂器17最好是圆形喷射模式的双臂喷涂器。将多个关节臂机器人16安装在共用架轨11上，车身可以被每个喷涂器17喷涂很长时间，相比较于地板安装系统，仅需几个机器人16和相应的喷涂器17。
由于机器人16结构简单，高架轨装置10、20(架轨11、支脚13和十字支承件14)的结构性元件设计能够装在标准双臂区域的喷柜21的狭窄宽度空间内。而且，利用高架轨装置10和高柔性多轴机械手相结合，可以获得更高的效率，因此可以减小传统双臂区域喷柜21的整个长度，在下面将详细叙述。
如图5所示，优选的喷涂装置16为四轴机器人关节臂，其自由端处为喷涂器17，该喷涂器是旋转双臂喷涂器。该机器人16包括第一或内臂部32，在第一端安装到机器人基座33上，用以绕肩轴线34旋转。第二或外臂部35在第一端安装到内臂部32的第二端上，可绕肘轴线36旋转。腕部37将喷涂器17固定到外臂部35的第二端上，并具有旋转轴线38和倾斜轴线39。该腕部37绕上述轴线38旋转喷涂器17，该轴线通常平行于外臂部35的纵向轴线，腕部绕轴线39旋转喷涂器17，从而将该喷涂器相对于轴线38倾斜。因此，机器人16相对基座33可提供四轴运动，使臂部32、35，腕部37、喷涂器17在垂直面上动作。第五运动轴为导轨轴线40，机器人基座33被固定到安装座15(图1)上，能够使机器人16沿着相应架轨11(图1)的水平纵向轴线往复运动。
优选的，外臂部35和腕部37的结构性元件均由非传导材料形成，该材料具有合适的结构强度，不受用在喷涂环境中的溶剂的腐蚀特性所影响，例如Lauramid A材料。“Lauramid”是Albert Handtmann ELTEKAVerwaltungs-GmbH(德国，Biberach)的注册商标。Lauramid A材料是一种可铸造聚酰胺尼龙12G材料，其能够提供静电隔离，洁净度好，高清洁能力和重量轻等优点。由于已被很好的绝缘，所以在喷柜21内不必使用腕部37内的接地内置传动装置和其他传导元件。这些不接地的元件有利地减小了引发过度喷涂的可能性，从而减小了清洁机器人16的保养，且使涂料传递到车身的效率也提高，所有这些都减小了操作成本。这些传导元件还可以在较低或相同电势下充电，用作喷涂器。
沿着内臂部32的侧边，布置着多个喷涂线41，这些线和安装在外臂35上的换色器42相连。外臂35容纳着涂料罐(未示出)，该涂料罐用来接纳经由选定的一条线41供给的涂料并将该涂料供给到喷涂器17。外臂35内还容纳着一个高电压级联装置(未示出)，使涂料带上静电，用以待喷的物体。
图6示出了安装在喷柜21内部27的、用于喷涂车身43的高架轨装置10。每一机器人16的基座33和肩轴线34均在车身43上表面44的运动轴线12的水平面之上，这就使机器人的活动范围加大。如果在降级模式中需要，举例来说，如果其中一个专用于喷涂侧面机器人16不能工作，由于平移轴34、36可提供伸展能力，专用于喷涂车身43顶部44的一个机器人16可有利地喷涂车身的侧面45处，。另外在喷柜21内，在机器人基座33之下，高架轨11和十字支承件14上可放置过程控制器外壳46(图5、6)，其为易接触式X净化处理外壳，包括气压阀和双臂控制装置(未示出)。
固定到高架轨11上可移动的安装座15上的机器人16可使喷涂器17在车身43穿过喷柜21时，能够随动于车身43。利用对置架轨11上的多个相对机器人16，通过线路跟踪运动能力，每个喷涂器17可以在可循环时间内喷涂车身43很长时间。例如，靠近出口壁22(图2)的机器人16可喷涂一个车身的一部分，而靠近入口壁24的机器人16却可以喷涂另一个车身的一部分。
在垂直于轴线12所在平面的方向上，机器人主轴34、36有利地操作机器人臂部32、35。对置机器人16对称喷涂车身43等物体。最好是，控制线路(未示出)依次经由十字支承件14，以便单控制器(未示出)控制着一对对置的机器人16，来喷涂车身43的对置侧面。
机器人16和安装座15的轮廓可使一个喷涂机器人在操作降级模式中基本上能够达到车身43一侧45的顶部44上的所有可喷涂表面。高架轨装置10或20可有利地将多重机器人16用在同一架轨11上，从而在喷柜21内能够喷涂不同尺寸的车身43。机器人16的结构及其高架安装位置还可避免因将传统机器人靠近手动喷涂区域而产生的人身安全问题。由于上述机器人16相对架轨11的纵向轴线是平面装置，且不像传统的地板安装喷涂机器人那样具有腕部轴线，所以这些机器人16不会使喷涂器17移动超过喷涂区域的端部。而且，机器人16的结构及其高架安装位置还可使机器人在架轨11的下面移动到一个保护罩(未示出)内，以便在喷柜21内的机器人16连续喷涂时，这些机器人可以得到保养。上述保护罩要使用动力限制装置，以保证操作者的安全。
于2002年11月04日申请、名为“用于水基涂料的机器人装置”的美国临时专利申请序列第60/423,636号的上述内容作为参考结合在这里。
图5中的机器人喷涂装置16的外臂35从图7中换色器42的侧面示出，以及从图8的内置涂料罐的侧面示出。根据本发明的外臂35结合有传统水基涂料喷涂器上的一些特征，并将它们集成到一个机器人喷涂应用装置中，其中上述臂和腕部元件由非传导材料构成。机器人外臂35的壳体35a和腕部37的壳体37a均由合适的非传导材料构成，例如Lauramid A Nylon 12G。换色器42具有多个导电接地的颜色阀42a，并如图7所示，换色器42被安装在壳体35a的外侧面上。在外臂35的相对侧面上，在壳体35a的侧壁内，安装有一个带电涂料罐47，从而和另一侧的接地颜色阀42a相隔开。这种结构可以和用在溶剂涂料系统中的一样，使用同一颜色阀42a和同一喷涂器17，从而达到低成本且共享硬件平台的目的。除了节约成本以外，上述硬件设施还可以减小安装在机器人腕部37上的硬件重量，从而能够利用低成本的机械手来执行喷涂功能。将水基涂料硬件集成到机器人臂35内部上的另一个好处就是可以避免上述硬件在安装到机器人腕部时经常发生的硬件“受损”和可能碰撞。
本发明的一个主要方面就是通过什么方式来隔开涂料罐47。通常在现有技术中，在涂料罐和涂料供应源之间会设置有一个物理断开处(或者气隙)。由静电导致放电，喷涂器和其停靠处进行物理连接，以接收合适的颜色和涂料量。而在根据本发明的喷涂装置16中，不需要停靠处，在罐47充填之后且在带上静电之前，仅由一小段长度的FEP(氟化乙烯-丙稀)线来隔开静电，该线洁净、干燥且经过压制。如图7所示，由FEP材料制成的涂料传输及隔离线48被连在换色器42的出口和罐集成块49之间，罐集成块49和罐47的内部相流体联通。
图9示出了罐47及其相应的驱动系统。速拆活塞杆50被保持在安装于壳体35a(图8)的驱动架51内。驱动电机52为减速器53提供旋转动力，减速器53经由连接件54和活塞杆50相接。活塞杆50是一种滚珠丝杠式驱动器，在车身喷涂操作过程中将涂料供以喷涂器17。上述机构50定义了一种连接到活塞(未示出)上的杆，该活塞可在上述罐47内形成的气缸(未示出)中移动，从而使活塞自始至终地向气缸的底部驱动，因此能够减小涂料的浪费和罐的清洁费用。这种结构使上述罐驱动电机52和减速器53处于肘部55内，且将外臂部35连接到内臂部32上，从而使电机52相距静电(未示出)以及罐47还有相当长的距离。在喷涂操作之后，静电消失，利用上述形成外臂壳体35a的材料(Lauramid A)的绝缘特性，在换色器42处，上述分配罐47和接地涂料供给线相隔开。该分配罐47安装在相对换色器42的外臂部35相反侧上，并完全由上述壳体35a的绝缘材料所环绕和包围。
当需要清洗上述罐47内部时，上述相连的活塞/杆50从气缸底部后退，以便高效清洁活塞面和罐底部之间的区域。在使用溶剂和空气混合物时，上述相连的杆可以使活塞来回循环(进进出出)。利用溶剂和空气混合物清洁上述罐47的同时，从上述罐到喷涂器(未示出)的涂料线被逆向冲洗出启动的泵送管线。以相反的循环顺序使上述溶剂和空气入口阀循环或者通过溶剂和空气混合阀的使用生成上述溶剂和空气混合物，因而上述溶剂和空气阀在同时产生动作，还可以使用体积流量控制装置，使溶剂和空气具有合适的比例，以便有效清洗。在罐清洗之后，上述系统就准备充填新颜色的涂料。这种系统的好处就是在机械手(机器人)准备清洁或者在“原始”位置时，清洁过程就可以开始。
为了减少维修时间，上述启动的罐47必须要容易拆卸下来，以便日常维护和保养。根据本发明的喷涂装置16结合有只用四个简单步骤就能从罐47和罐集成块49上拆除的特征。上述罐47通过速拆机构56固定到驱动架51上。首先，拆掉多个紧固件57(参考图8和图9)，将上述罐集成块49从臂壳体35a上拆卸下来。其次，旋转上述罐速拆机构56，直到其松动。这就会使该速拆机构56朝向罐集成块49滑动。第三，转动杆锁定键(在下叙述)到打开位置。第四，将罐集成块49和罐47从形成在臂壳体35a内的视窗58(图8)中拆掉。
在图10中详细示出了上述罐速拆机构56。驱动架51具有减径端59和多个在其环形面上的间隔位置上形成的中凸锁紧机构60。在端部59的相对面和罐凸缘挡圈62之间还固定着弹簧垫圈61，上述挡圈被连接到罐47(未示出)的一端上。速拆挡圈63可滑动地容纳在上述罐47上，并由罐凸缘挡圈62所保持。在挡圈63的内表面上形成着多个内凹的锁紧机构64，用于和对应个中凸锁紧机构60相配合。为了安装，移动上述罐47的凸缘挡圈62，通过其间的弹簧垫圈61和驱动架51的端部59相配合。挡圈63朝向驱动架51移动，而内凹的锁紧机构64位于上述中凸的锁紧机构之间的空间内。其后，逆时针旋转挡圈63，使相应个内凹锁紧机构64和中凸锁紧机构60配合。如果要将罐47从驱动架51上释放出来，逆向进行安装过程即可。
图11中详细示出了速拆活塞杆50。在一端，连接件54包括滚珠丝杠65和相应的滚珠丝杠螺母66。当驱动电机52(图9)经由减速器53(图9)旋转滚珠丝杠65时，滚珠丝杠螺母66沿着纵轴线移动，从而将固定在活塞杆50另一端的活塞67伸出或者缩回。该活塞67收容在罐47(未示出)内形成的气缸(未示出)中。活塞67通过杆锁紧键68可释放地固定在活塞杆50上。该键68通常为C形，尺寸设计为可径向地滑动到邻近杆体70一端形成的半圆槽69内。该槽69向从杆体70的上述端面延伸的中心孔71打开。活塞67具有纵向延伸的杆72，该杆可收容到上述孔71内。上述杆72具有在其中形成的环槽73，用以容纳上述键68，从而使活塞67可释放地固定到杆体70上。上述键68可扣入到槽73内或者使用任何已知的棘爪机构来啮合到槽69内。
参考图5，7-11来叙述喷涂装置16操作的不同模式。
A.由限定器和扭矩感应器进行填充将活塞67轻轻从气缸底部拉出，打开喷涂器触发阀，涂料从选定的颜色阀42a中经由隔离线48流出并流到罐47内。当罐内的初始体积由上述触发通道所充满时，其中的空气就会被挤出上述系统，直到涂料达到上述触发填充通道中的限制为止。此时，系统内的压力陡然上升，这是由涂料和由涂料所替换的空气之间的粘度差造成的。这种压力上升将导致驱动电机52施加到滚珠丝杠65上的扭矩增加，这种增加可被感应并用于自动调节触发填充时间，或者作为一种诊断，以便用户调节一个定时值。上述罐47和罐集成块49目前处于“充填”(经由限定器和触发通道填充)状态，上述系统准备“快速填充”模式操作。
B.由相连活塞和杆进行的快速填充相连的活塞和杆组件50可使系统通过几种方式来减小上述罐的充填时间。第一种方式就是匹配涂料的填充速率。如果进入上述罐47的涂料填充速率已知或可以自动测量，则可以调节上述罐活塞机构50收回时的速度，从而将进入涂料的压降最小化，减少充填时间。测量伺服误差(正或负)或者施加在上述罐活塞机构上的电机扭矩，从而检测充填速度。第二种方式就是将填充速度设定在容许范围之下。上述活塞杆机构50可在一个已知的速度下缩回，该速度稍微低于系统的充填速率。第三种方式就是在真空下“注射”涂料。以高于散装供给系统充填速度的速度将相连活塞杆50拉回，就可以降低充填时间。例如，相连活塞杆50可以被快速拉回到充填目标位置，并保持到涂料充填开始时为止。这在上述罐47内部就会产生真空，从而进一步提高涂料的充填速度。
C.在充填目标处的扭转感应当达到充填目标时，上述罐47内的流体压力开始增加。这种压力的增加可由测量驱动电机52施加到滚珠丝杠65上的扭矩而得知。当检测到扭矩增加，上述罐入口阀就关闭。如上所述，这种特性可用作调节充填时间的诊断工具或调节如上所述充填顺序的自动方法。而且，上述活塞运动方向也可以反向，朝向分配方向运动，而不是朝向充填方向，从而确保系统进行正确填充，没有窜入的空气。上述入口阀和出口阀均关闭，这时，当活塞在分配方向向前移动，窜入的空气被压缩，因此流体充填系统内没有空气而迅速升压。这种压力可由分配罐的驱动系统来感知。
D.利用空气或溶剂，以将涂料浪费降为最低由于涂料产品的高额成本，所以将颜色更换时涂料浪费降为最低是至为重要的。因此，提供一种能够利用颜色阀42a和隔离线48内涂料量的能力。从颜色阀42a经由隔离线48到上述罐47的涂料量作为“V2”。如果我们假定上述“快速充填操作”中的涂料量为“V1”，则总填充目标＝V1+V2。在快速填充到“V1”时，活塞67停止，涂料供给阀关闭，空气或溶剂供给阀打开，随后活塞67在一定速率下缩回，从而使管线48内的大部分涂料被推进或被拉进上述分配罐47内。当达到上述总充填目标时，上述罐入口阀关闭，而空气供给阀也被切断。可通过检测电机扭矩是否增加来确定上述罐内压力是否增加，这通常用来确定系统是否完全充填。这样，充填过程就完成了。除了利用上述机械硬件来获得空气推动以外，还需要软件控制器(位于图6中的过程控制外壳46内)来完成上述空气推动操作。
E.利用喷涂工具(paint pig)将涂料浪费降为最低上述系统还能够利用非连接的活塞(喷涂工具，未示出)，该活塞在换色器的开端(在上述传输线上远离隔离/分配罐47的最远端)被注塑到传输线48内，且可用于完全将涂料排到上述隔离罐中。在上述喷涂工具之后，清洁并干燥上述传输线，以便提供隔离方式。随后在重复喷涂循环和上述过程之后将上述喷涂工具推回。
F.清洁隔离和泵送管线在充填罐47和空气推动操作之后，隔离线48和泵送管线内的剩余涂料都必须清洁，随后进行干燥，去除溶剂和空气或溶剂和空气混合物。在隔离线和泵送管线清洗之后，可向涂料供给高压充电。当接通高压电时，气流就被保持在隔离线48内，或隔离线由干燥空气进行加压。上述操作泵送管线终止于上述应用区域附近的某一点，该管线的下游端和接地电势静电隔离。因此，实质上就不接地。
G.具有限流功能的高电压当进行上述管线干燥过程时，能够应用高电压。通过最大电流设置可以限定电压，该最大电流设置可编程写入高电压控制单元。当干燥传输线48时，电压增加到喷涂所需的设定。当喷涂装置(机器人)16移动到喷涂的起始位置时就可以完成该过程，从而减小整个循环时间。
如上所述，根据本发明的隔离系统既可以用于旋转喷雾器，也可以用于自动喷枪。
根据专利法的规定，本发明已经在优选实施例中得以叙述。但是应该注意的是，除了特定实例，在不偏离本发明的精神或范围内，也可以实践本发明。
权利要求
1.一种喷涂装置，包括和喷涂机器人一起使用的臂，该臂具有由非传导性材料形成的壳体；安装在上述壳体外面的换色器，该换色器和涂料供给装置相连；安装在上述壳体内的涂料罐；和将换色器连接到上述涂料罐内部并将涂料从换色器传输到涂料罐内部的涂料传输线。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述壳体由Lauramid材料形成。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述涂料传输线由电绝缘材料形成。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述涂料传输线由FEP材料形成。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述涂料罐设置在靠近上述壳体的相对一侧的另一侧。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括连接在上述涂料罐和涂料传输线之间的罐集成块。
7.如权利要求1所述的装置，进一步包括和上述臂相连的腕部，该腕部具有由电绝缘材料形成的腕壳体，该腕部用以安装喷涂器。
8.如权利要求1所述的装置，进一步包括安装在上述壳体内的活塞杆，该活塞杆和上述涂料罐相连，用以控制进出涂料罐的涂料量。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，上述活塞杆包括可释放地由杆锁紧键固定到杆体上的活塞。
10.如权利要求8所述的装置，进一步包括一个可释放地将涂料罐固定活塞杆上的罐速拆机构。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，上述罐速拆机构包括设置在活塞杆上的中凸锁紧机构，该锁紧机构可释放地和涂料罐上的内凹锁紧机构相配合。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，上述活塞杆包括滚珠丝杠和相应的滚珠丝杠螺母，以及和该滚珠丝杠相连来驱动活塞杆的驱动电机。
13.一种喷涂装置包括和喷涂机器人一起使用的臂；安装在上述臂内部的涂料罐；安装在上述臂内部的活塞杆，具有在上述涂料罐内可移动的活塞；将涂料罐可释放地固定到活塞杆上的罐速拆机构。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，上述活塞杆包括一个杆体，上述活塞可释放地由杆锁紧键固定到杆体上。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，上述罐速拆机构包括设置在活塞杆上的中凸锁紧机构，该锁紧机构可释放地和涂料罐上的内凹锁紧机构相配合。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，上述活塞杆包括滚珠丝杠和相应的滚珠丝杠螺母，以及和该滚珠丝杠相连来驱动活塞杆的驱动电机。
17.如权利要求13所述的装置，进一步包括和活塞杆相连的驱动电机，用以在上述涂料罐内移动上述活塞，其中驱动电机产生的扭矩能够代表涂料罐内的涂料施加在活塞上的压力。
18.一种操作机器人喷涂装置的方法，包括下列步骤a)设置可连接到涂料供给线的换色器；b)设置连接到喷涂器的涂料罐；c)连接换色器和涂料罐内部之间的电绝缘涂料传输线；d)将一定量的涂料从换色器中传输到涂料罐的内部；e)清洁并干燥上述涂料传输线的内部；f)将高电压施加在上述涂料量上，使之带电；以及g)将涂料从涂料罐分配到喷涂器上。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在执行步骤e)之前，将留在涂料传输线内的涂料传输到涂料罐，从而执行步骤d)。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在完成步骤e)之前开始步骤f)。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，当上述量涂料被传输时，检测产生的压力，并根据检测的该压力来改变传输的速率。
全文摘要
一个喷涂机器人的外臂(35)包括非传导性的壳体(35a)，该壳体在外侧安装着换色器(42)，在内侧安装着涂料罐(47)，换色器和涂料罐由涂料隔离传输线(48)相连。该涂料罐(47)通过速拆连接件(56)可释放地固定到活塞杆(50)和驱动电机(52)上。通过清洁并干燥上述传输线(48)，将涂料供给线(41)和所施加的高电压相隔离。涂料罐(47)的充填速率可根据驱动电机(52)在涂料罐内移动活塞所产生的检测扭矩来控制。
文档编号B05B13/04GK1726092SQ200380105785
公开日2006年1月25日 申请日期2003年10月23日 优先权日2002年10月23日
发明者斯科特·J·克利福德, 波尔·D·科皮奥利, 密歇尔·G·比姆, 罗伯特·C·福蒂, 斯坦·H·麦克洛斯基, 马修·泽蒙罗, 布拉德·O·尼德奎尔, 丹尼尔·W·曼茨 申请人:美国发那科机器人有限公司