喷涂装置、特别是涂装机器人

技术领域

本发明涉及一种以喷涂剂(例如涂料)喷涂部件(例如机动车车身部件)的喷涂装置。

背景技术

在用于涂装机动车车身部件的现代涂装系统中，通常使用多轴涂装机器人来引导旋转式雾化器作为施加装置。为了实现较高的施加效率并最大限度地减少过喷，通常采用静电喷涂。这意味着，在待涂装的车身接地的情况下，施加的涂料被静电充电至高电压电位。因此，喷出的涂料会被静电吸引到接地的车身上，从而提高施加效率并相应减少过喷。然而，涂装机器人的电接地部分与高电压部分之间的电位隔离存在问题。例如，这种电位隔离可能发生在喷涂机器人的一个机械臂上。

此类涂装机器人或由涂装机器人引导的旋转式雾化器通常具有多个传感器、例如压力传感器或转速传感器。这些传感器有时也安装在涂装机器人的处于高电压电位的部分。因此，从涂装机器人高电压部分的传感器到涂装机器人电接地部分的测量值的数据传输必须包括电位隔离。为此，在现有技术中使用了光波导管。

这种带有静电喷涂剂充电系统和多个传感器的涂装机器人的一个问题是如何向位于涂装机器人高电压部分中的电动传感器供电。在现有技术中，每个传感器都配有电池，但这样做有各种缺点。例如，电池必须经常更换，这就涉及到更换电池的成本和资源消耗。

另一个问题是，每个传感器都需要光电转换器来通过光波导管传输数据，这就需要相应数量的光电转换器，因此成本相对较高。

此外，单个传感器通常各需要一个光波导管，成本也很高。

发明内容

因此，本发明的任务是制造一种相应改进的喷涂装置。

根据主权利要求的喷涂装置解决了这一任务。

本发明包括这样的技术教导，即在喷涂装置的高电压区布置个收集装置，该收集装置与各个传感器相连，收集并传输传感器的测量值。这样做的好处是可以通过收集装置对传感器进行集中供电，并通过收集装置对传感器的测量值进行捆绑式数据传输。

首先，根据开头所述的现有技术，本发明的喷涂装置包括保护区，该保护区在操作期间处于高电压下，例如在静电喷涂剂充电时。例如，保护区的电位可高于1kV、5kV、10kV、20kV或50kV。

不过，本发明中使用的保护区的概念并不一定要求保护区在操作期间处于高电压下。替代地，保护区也可以是防爆区。机器部件或机器区域的防爆保护在现有技术中是已知的，并在例如IEC/EN 60079-11-Part 11、IEC/EN 60079-25-Part 25和IEC/EN 60079-14-Part 14等技术标准中进行了规定。

不过，在本发明中使用的保护区一词也可以指喷涂装置中那些在操作期间处于高电压下的区域，这些区域附加地还具有防爆功能。

此外，根据开头所述的现有技术，本发明的喷涂装置还包括非保护区，该非保护区在操作期间不防爆或处于地电位。因此，非保护区一词在本发明中也有不同的含义。例如，非保护区可以是喷涂装置在操作期间处于地电位的区域，在这种情况下，防爆保护无关紧要。然而，在本发明中使用的术语“非保护区”也可能是指喷涂装置在操作时没有防爆保护的区域，在这种情况下，非保护区是与电位无关的。此外，在本发明的上下文中，非保护区一词也有可能是指喷涂装置在操作期间处于地电位且不防爆的区域。

此外，根据开头所述的现有技术，本发明的喷涂装置包括用于测量喷涂装置的工艺变量的多个传感器，其中，传感器布置在保护区内。例如，传感器可以是压力传感器或速度传感器，这一点将详细说明。

此外，根据本发明，喷涂装置还包括数据接口(I/O转变器)，以实现喷涂装置的外部数据通信，例如与机器人控制器的通信。数据接口位于非保护区中。

此外，根据上述现有技术，本发明的喷涂装置还包括传输系统，其用于在保护区的传感器与非保护区的数据接口之间传输数据。例如，这种传输系统可以使用光波导管，这在现有技术的开头已经解释过。这种光波导管的优点是可以在保护区与非保护区之间实现电位隔离。

如上文所述，本发明喷涂装置的特点是在保护区内布置有中央的收集装置。一方面，该收集装置与传感器相连，从传感器接收工艺变量的测量值。另一方面，收集装置与传输系统相连，将传感器的测量值传输到数据接口。因此，收集装置从传感器收集测量值，并将其传输到非保护区中的数据接口。

一方面，这种中央的收集装置的优势在于，它意味着各个传感器不需要自己的输入/输出接口(例如光电转换器)。相反，如果中央的收集装置包括I/O接口，其中包含电光转换器并与光波导管相连，就足够了。

另一方面，中央的收集装置的优势还在于，它可以通过中央的收集装置向各个单独的传感器供应操作所需的电能来简化传感器的供电。与开头所述的现有技术不同的是，单个传感器不再需要包含电池，而电池必须经常更换。

上文已经简要提到，保护区中的各个传感器优选地使用电能进行操作，而操作所需的电能可由收集装置提供。收集装置反过来又可以从传输系统获得操作所需的电能，因此传输系统具有两种功能。一方面，传输系统用于在非保护区的数据接口与保护区的收集装置之间传输数据。另一方面，传输系统还用于将电力从非保护区传输到保护区的收集装置，以便收集装置为各个传感器供应操作所需的电力。

与此相反，在本发明的另一个实施例中，操作传感器所需的电能不从传输系统传输到收集装置。取而代之的是，可以在保护区中布置电源(例如电池)，为收集装置提供操作传感器所需的电能，然后收集装置再将电能传输到各个传感器。保护区中的电源优选地是固有安全型的，以确保防爆，特别是符合技术标准IEC/EN 60079-11-Part 11、IEC/EN60079-25-Part 25和IEC/EN 60079-14-Part 14。

上文已经简要提到，在保护区的收集装置与非保护区的数据接口之间进行数据传输的传输系统可以采用光波导管。使用光波导管还可以实现电位隔离。

替代地，传输系统也可以完全以无线方式操作，以便在位于高电压下的保护区与接地的非保护区之间实现必要的电位隔离。例如，传输系统可以使用电感耦合、谐振电感耦合或电容耦合等。

传输系统可包括以下部分：

-用于电感耦合的发射线圈；

-用交流电压信号驱动发射线圈的振荡器；

-与发射线圈耦合的发射端谐振电路；

-用于与发射线圈电感耦合的接收线圈；

-与接收线圈耦合的接收端谐振电路；和/或

-用于整流耦合到接收线圈的信号的整流器。

因此，传输系统可以同时提供无线电力传输和无线信息传输。不过，传输系统也可以只用于无线电力传输，而传感器的测量数据则通过线路传输。此外，传输系统也可以只无线传输传感器数据，而传感器工作所需的能量则通过线路传输。

在本发明的优选实施例中，喷涂装置包括喷涂机器人(例如涂装机器人)，它通常包括串联机器人运动系统，该系统具有近端机械臂(“臂1”)和远端机械臂(“臂2”)。

在此需要指出的是，本发明的喷涂剂不仅限于涂料，还包括其它类型的喷涂剂、例如粘合剂、绝缘剂、密封剂等。

此外，应该指出的是，本发明在待喷涂的部件方面并不局限于机动车车身部件。相反，本发明还可以对其它类型的部件进行喷涂。

在上述喷涂机器人中，绝缘区段可以在远端机械臂上设置在保护区与非保护区之间。例如，绝缘区段可以形成为由塑料制成的隔板。

此外，需要指出的是，传输系统可以全部或部分布置在远端机械臂上。例如，上述部件(发射线圈、振荡器、发射端谐振电路、接收端谐振电路、接收线圈、整流器)可以全部或部分地布置在远端机械臂中。

此外，需要指出的是，用于静电喷涂剂充电的喷涂装置可包括高电压级联装置，该高电压级联装置优选地布置在喷涂机器人的近端机械臂上。

此外，在本发明的范围内，还可以在喷涂装置的非保护区布置至少一个传感器、例如振动传感器。

关于传感器，在本发明范围内存在多种可能性。上文已经简要提到，传感器可以是压力传感器或速度传感器。不过，传感器也可以是流量传感器、力传感器、加速度传感器、振动传感器、温度传感器等。

此外，上文已经提到，喷涂装置在非保护区中包含数据接口，其用于外部数据连接。例如，该数据接口可提供以下接口类型中的至少一种：

-互联网接口；

-蓝牙接口；

-USB接口；

-IO-Link；

-光波导管接口；

-模拟接口，特别是用于传输测量的温度值；

-数字接口；

-基于以太网的现场总线系统，例如EtherCAT、SercosIII、Profinet。

此外，还需要提及的是，收集装置可以与各个单独传感器进行数字通信。

此外，在本发明的范围内，数据接口的电源也可以布置在喷涂装置的非保护区内，如上文参照各种防爆技术标准所解释的那样，该电源的设计可以更有针对性以确保防爆。

此外，应该注意的是，喷涂装置可以具有计量泵，它可以计量喷涂剂并在操作时具有特定的入口压力和特定的出口压力。在这种情况下，可将计量泵安装在保护区内，以传感器测量计量泵的入口压力和/或出口压力。此外，还可以优选地在计量泵上或计量泵中设置温度传感器，以测量喷涂剂的温度。

本发明的进一步有利的其它实施例在分项权利要求中指出，或在下文中结合本发明优选实施例的描述参照附图进行更详细的解释。

附图说明

图1是本发明涂装机器人的透视图；

图2是图1中涂装机器人的示意图，机械臂上具有各种部件；

图3是图2的改型；

图4示出了图2的其它变型，其中具有无线传输系统；

图5是图4的无线传输系统的变型示意图；

图6A是具有压力测量模块的计量泵的透视图；

图6B是图6A中计量泵的压力测量模块的透视图。

具体实施方式

下面，首先描述根据本发明的涂装机器人1的实施例，如图1和图2所示。

涂装机器人1大致采用传统结构，包括串行机器人运动系统，其中，该机器人运动系统具有机器人底座2、可枢转的机器人构件3、近端机械臂4(“臂1”)、远端机械臂5(“臂2”)和多轴机器人手轴6，其中，在机器人手轴6上安装具有静电喷涂剂充电的旋转式雾化器7。

由于静电喷涂剂充电，涂装机器人1的一区域在操作期间处于高电压电位。图2示出了这样的保护区8，该保护区在操作期间处于高电压电位，其主要延伸过远端机械臂5、机器人手轴6和旋转式雾化器7。

此外，涂装机器人1还具有在操作期间处于地电位的区域，因此不带电。图2示出了这样的非保护区9，该非保护区处于地电位，主要包括近端机械臂4、可枢转的机器人构件3和机机器人底座2。

在保护区8中存在多个传感器10、11、12、13，例如转速传感器、压力传感器、流量传感器或温度传感器等。这里需要指出的是，传感器10-13是电动操作的，并从中央的收集装置14接收操作所需的电能，该收集装置布置在保护区8中。

此外，在保护区8中还设置有固有安全型的电源15，该电源可以包括电池。固有安全型的电源15向中央的收集装置14供电，该收集装置14再向传感器10-13供应操作所需的电力。这样做的好处是，各个传感器10-13不需要它们自身的电池来供电，而这些电池是需要经常更换的。

在涂装机器人1的非保护区9中存在数据接口16(I/O转变器)，该数据接口通过光波导管17与收集装置14相连。因此，收集装置14和数据接口16都包含光电转换器，以能够通过光波导管17传输数据。

操作时，收集装置14收集来自传感器10-13的传感器数据，并通过光波导管17将数据集中传输到数据接口16。

数据接口16可通过所示接口类型进行外部数据连接以传输温度数据，例如通过模拟和/或数字接口(例如以太网总线、蓝牙、IO-Link、模拟接口AI-T、AI、AI/AO、数字接口DI)。

此外，接口16还可包括振动传感器18和固有安全型的电源19。

图3示出了根据图2所示的实施例的改型，为了避免重复，可参考上述说明，其中，相应的细节使用了相同的附图标记。

本实施例的特点是，图2中所示的固有安全型电源15在保护区8中不见了。相反，非保护区9中的固有安全型电源19通过供电线路20连接到收集装置14。因此，收集装置14通过供电线路20从固有安全型电源19接收操作传感器10-13所需的电能。

图4示出了根据图2和图3所示实施例的其它变化，为避免重复，再次参考上述说明，相应的细节使用相同的附图标记。

本实施例的特点是，数据接口16通过具有电感耦合的传输系统21与收集装置14相连。传输系统21包括电感耦合的发射线圈22和接收线圈23。

一方面，传输系统21能够将电力从数据接口16传输到收集装置14，使得收集装置14能够向传感器10-13供应操作所需的电力。

另一方面，传输系统21还可以通过将数据信号调制到高频信号上，在数据接口16与收集装置14之间实现双向数据传输。这样，收集装置14就能将传感器数据传输到数据接口16。

关于图1-4，需要指出的是，也可以进行不带静电喷涂剂充电的改型。在这种情况下，保护区8是防爆区，而非保护区9则不是防爆区。

此外，保护区8也有可能处于高电压和防爆状态，而非保护区9则处于地电位，没有防爆保护。

图5示出了图4中发射系统21的改型，为避免重复，参考了上述说明，相应的细节使用了相同的附图标记。

这里的特点是，发射线圈22与发射端谐振电路24电感耦合，而接收线圈23与接收端谐振电路25电感耦合。

此外，如图所示，发射线圈22由振荡器26驱动，而接收线圈23则与整流器27相连。

因此，在本实施例中，传输系统21以谐振电感耦合方式进行操作。

图6A和6B示出了计量泵28的透视图，计量泵28安装在保护区8中并用于计量待施加的涂料。

压力测量模块29附接到计量泵28上，该压力测量模块包含用于测量计量泵28入口压力和出口压力的压力传感器。

本发明并不局限于上述优选实施例。相反，本发明还可能有大量的变型和变体，这些变型和变体也利用了本发明的构思，因此属于本发明的保护范围。特别是，本发明还要求保护从属权利要求的主题和特征，这些主题和特征独立于每种情况下提及的权利要求，特别是也独立于主权利要求的特征。因此，本发明包括本发明的不同方面，这些方面相互独立地享有保护。

附图标记列表

1涂装机器人

2机器人底座

3可枢转的机器人构件

4近端机械臂(“臂1”)

5远端机械臂(“臂2”)

6机器人手轴

7旋转式雾化器

8“臂2”中的保护区

9“臂1”中的非保护区

10-13传感器

14收集装置

15保护区(“臂2”)中的固有安全型电源

16数据接口

17收集装置与数据接口之间的光波导管

18非保护区中的振动传感器

19非保护区(“臂1”)中的固有安全型电源

20从非保护区中的固有安全型电源到保护区中的收集装置的供电线路

21从非保护区向保护区中的收集装置供电的传输系统

22发射线圈

23接收线圈

24发射端谐振电路

25接收端谐振电路

26振荡器

27整流器

28计量泵

29压力测量模块，具有位于计量泵的入口和出口处的压力传感器