粉末流檢測的製作方法

2023-07-12 16:07:51

粉末流檢測的製作方法
【專利摘要】一種用於沿著粉末流路徑檢測粉末流的設備，包括光源和光檢測器，光檢測器用於當粉末流通過所述粉末流路徑時檢測來自光源的被引導橫過粉末流路徑的光。電路接收來自光檢測器的輸出並且確定被光檢測器接收的信號的平均值或RMS。電路能夠確定是否存在粉末流動或無流動，或者是否存在粉末流量的變化。優選地，設備與密相粉末泵組合地使用，密相粉末泵使粉末從泵出口以脈動方式流入粉末流路徑內。更優選地，光源和光檢測器被包封在被連接在泵出口和粉末供料軟管之間的殼體內，粉末供料軟管將粉末供應到噴槍或料鬥。
【專利說明】粉末流檢測
【技術領域】
[0001 ] 本申請通常涉及檢測粉末塗料是否正在流動通過管道。更具體地，本申請涉及檢測粉末塗料流動的流動/無流動情形，並且可選地涉及檢測流量的變化。
【背景技術】
[0002]通常利用已知的噴塗技術將粉末塗料塗覆到物體或工件上。如眾所周知的，這些技術可以包括靜電的和非靜電的過程。而且，如現有技術中所公知的，一些粉末塗料塗覆系統將粉末塗料以稀相或者替代地以密相方式輸送到噴槍或其它塗覆裝置。

【發明內容】

[0003]根據本文公開的一個或多個發明的一個方面，粉末塗料流檢測概念利用光能來檢測管狀部件內存在或不存在粉末流。傳輸通過管狀部件的光的強度與是否存在粉末塗料相關。在一個具體的實施例中，電路接收與穿過管狀部件的光的強度相關的信號，並且確定是否存在粉末流。在一個更具體的實施例中，光檢測器產生響應於穿過管狀部件的光的強度的輸出，並且電路確定該輸出的平均值。該電路能夠隨後基於該平均信號來確定是否存在粉末流。
[0004]在本文公開的一個或多個本發明的另一個方面，該電路確定穿過管狀部件的光強的平均值，並且從該平均值中確定流經管狀部件的粉末的特徵。在一個實施例中，該特徵可以是對流動/無流動的確定。在一個替代的實施例中，該特徵可以是流量是否已改變。
[0005]在各種實施例中，平均值計算可以例如是RMS計算，或者是所需的其它計算。
[0006]在一個實施例中，光源和檢測器被包封在殼體內，該殼體被連接到在泵出口和粉末供料軟管之間的泵出口處，其中，粉末供料軟管將粉末供應至粉末料鬥或噴槍。
[0007]從下文中的以下詳細描述和附圖中將很容易理解和意識到一個或多個發明的這些和其它方面以及優勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為利用了本文公開的一個或多個發明的實施例的粉末塗料塗覆系統的方框示意圖；
[0009]圖2為圖1的感測功能的實施例的放大圖；
[0010]圖2A為圖2的感測功能的替代實施例，以剖視圖示出了圖2的側視圖；
[0011]圖3為圖1的響應功能的實施例；
[0012]圖4A-4E例示了對於不同的粉末流情形的來自光檢測器的示範性的輸出信號，為容易理解，以簡化的方式示出了單個波形；
[0013]圖5為本文公開的一個或多個發明的實施例的密相泵的正視圖；
[0014]圖6為沿著圖5的線6-6截取的圖5的縱向橫截面；以及
[0015]圖7為圖6旋轉90度的縱向橫截面。【具體實施方式】
[0016]儘管在本文中描述了示範性的實施例，並且在上下文中呈現了部件和零件以及功能的特定實例，但本領域技術人員將很容易意識到對於特定的應用，當需要時，可以使用許多不同類型的設計和替代配置。例如，可以使用許多不同的粉末泵設計，並且對於與粉末泵的出口流體連通並且包含粉末流的管狀部件的材料和形狀、安裝和功能，可以有許多不同的選擇。我們互換地使用術語「管狀部件」和「管道」，來指任何包含粉末流的導管或通道。儘管示範性的實施例提到普通的柔性圓柱形的管道系統，但這不是必需的，並且管道或管道系統可以採用任何適合的幾何結構和特徵，而且可以包括任何粉末流通過的通道(例如，可以使用具有粉末行進通過的內部通道的阻擋件或其它結構)。關注的一個特徵是管道或通道包括至少一個部分，該部分能夠容許電磁能量通過限定管道的感測部分的壁。我們利用術語「感測功能」指檢測粉末流的特徵的布置或結構。在示範性的實施例中，感測功能能夠以電磁能量的檢測器和光源的形式實現。本發明不局限於電磁能量的任何特定頻率或波長，僅關注的特徵為選取的電磁能量包括能夠穿過管道或通道壁並且被適當的光檢測裝置檢測的一個或多個波長。因此在本文中，也將電磁能量一般地稱為光能，而與選取的波長或多個波長無關。管道或通道壁對於選取的電磁能量不需要是完全透明的，而是優選足夠透明的，使得穿過管道或通道壁的光的光強能夠與粉末是否正在流動通過通道或管道相關，並且在一些實施例中與流量是否已改變相關。本發明不被限制到任何特定的噴塗技術，並且可以和電暈、摩擦靜電的和非靜電的噴塗技術一起使用。本發明也可以和許多不同類型的噴槍或其它粉末塗料塗敷裝置一起使用，包括手動噴槍和自動噴槍。可以為泵、噴槍和其它系統部件使用許多不同的控制系統。除非另外指明，各種公開的部件的尺寸、材料、布局和結構方面屬於設計選項。粉末塗料塗覆系統可以利用寬範圍的各種系統零件，包括用於供應粉末塗料的供料中心、嗔槍、用於嗔漆樹的電子控制系統、嗔槍、槍控制系統、槍車、往復機構、振蕩器等、高架傳送系統以及粉末過度噴塗恢復系統。
[0017]在示範性的實施例中，我們確定了由光檢測器產生的時間變量模擬信號波形的平均值，例如RMS (均方根)值。因此認為本文中的術語「平均值」包括但不局限於RMS計算。當需要時，可以替代地進行其它的數學計算，以表示波形的一個或多個特徵。例如，波形能夠在頻域中被數位化和分析。關注的特徵是分析光檢測器輸出波形，以便能夠識別被測光強中的變化，以確定粉末是否正在管狀部件的感測部分中流動，或者在另一個實施例中，識別被測光強的變化以確定流量是否已改變。因為在示範性的實施例中，光檢測器輸出是時間變量電壓信號，因此利用諸如RMS值的平均值是方便的，但這種識別光強中的變化的方法不是必需的。本發明也不局限於利用產生模擬電壓輸出的光檢測器，而是當需要時或者可方便利用時，可以使用其它檢測器，電路中的適當變化用於處理輸出信號。
[0018]本發明同樣不局限於使用任何特定類型的粉末塗料，並且因此我們在本文中一般提到粉末時，我們意圖包括任何乾燥的特定材料以及在特定的示範性實施例中包括粉末塗料。而且，粉末可以以稀相或密相方式使用，並且也可以以連續流動或脈動流動的方式輸送。
[0019]儘管在本文中可能將本發明的各種發明方面、概念和特徵描述並且解釋為在示範性的實施例中以組合具體體現，但在許多替代的實施例中可以單獨地或者以其各種組合和子組合的方式使用這些各種方面、概念和特徵。除非在本文中清楚地被排除，希望所有的這些組合和子組合處於本發明的範圍內。更進一步地，儘管在本文中可能描述了關於本發明的各種方面、概念和特徵一諸如替代的材料、結構、配置、方法、電路、裝置和部件以及關於形狀、安裝和功能等的替代物的各種替代一的實施例，但這些描述並非希望是不論當前已知的還是以後發展的可利用的替代實施例的全部的或窮舉的列表。本領域技術人員可以很容易將一個或多個發明方面、概念或特徵納入另外的實施例中，並且在本發明的範圍內加以利用，即使在本文中沒有清楚地公開這些實施例。另外，即使本發明的一些特徵、概念或方面在本文中可能被描述為一種優選的布置或方法，但這些描述不是希望暗示這種特徵是必需的或必要的，除非專門這樣指明。更進一步地，可以包括示範性的或代表性的值和範圍以有助於理解本發明，然而，這些值和範圍並非被解釋為限制，並且希望是臨界值或範圍，除非這樣特別指明。而且，儘管在本文中各種方面、特徵和概念可能被表述上識別為創造性的或發明的組成部分，但不希望這種識別是排外的，而是可以具有在本文中被充分地描述的、而未被特別識別為這樣的或者作為特定發明的部分的發明的方面、概念和特徵，相反，在附屬的權利要求書中闡明了本發明。對示範性的方法或過程的描述不局限於在所有的情況下均包括所有的步驟作為必需的步驟，也不局限於步驟被呈現的順序被解釋為必需的或者必要的，除非專門這樣指明。
[0020]在本文中公開的示範性實施例公開了本發明的兩個基本配置和流檢測概念。這兩個概念均基於採用利用光能的感測功能檢測沿著粉末流路徑的粉末流的特徵的方法和設備。「粉末流路徑」指用於使粉末的流通過容納結構的內部空間，使得粉末從一點到另一點流動。因此，粉末流路徑的一個實例為粉末流通過的部件的內部空間，或許是軟管或管道或任何導管、管狀部件，或者包含粉末流的通道。關注的粉末流路徑在示範性的實施例中為處於容納結構或管道的感測部分內的粉末流路徑的感測部分。例如，在本文中的示範性實施例中，感測部分可以是一部分粉末流路徑，光能穿過該部分以檢測粉末的流動特徵。流動特徵可以包括無流動情形。因此，光能可以通過容納結構的壁的所有部分或者感測部分或者通過由壁結構限定的內部空間的感測部分被傳輸進入粉末流路徑內。在本文的示範性實施例中，光能可以傳輸通過管狀部件的管道壁以進入粉末流路徑內。如在本文中使用的，管狀部件的「部分」指感測部分，除非另有說明(例如，本文中也參照了下面將被描述的張開的部分)。在第一種配置中，我們描述了用於通過感測光能，以檢測流動或無流動情形的方式來檢測粉末流的特徵的方法和設備。檢測到的情形，特別是無流動情形，可用於警告操作員或者以一些其它方式影響塗敷系統的操作，以減小或消除未被塗覆的或者被不適當地塗覆的工件的浪費。為了進行大多數的這種光學警告，儘管不是必需的，我們優選將感測功能定位在緊密接近粉末塗料泵的出口。
[0021]在第二種配置中，我們描述了用於利用光能檢測通過例如在管狀部件內的粉末流路徑的感測部分的粉末流量變化的方法和設備。流量變化情形可以包括檢測無流動情形，因此這兩個基本概念不必是彼此互斥的。第二種配置不必需要確定實際流量，而是我們尋找流量變化。因此，第二種配置可以任選地利用校準特徵，如本文中將進一步解釋的。對於第二種配置，我們同樣優選但不要求將感測功能定位在緊密接近粉末塗料泵的出口。
[0022]我們為兩種概念和配置提供了光學感測功能，藉助於該光學感測功能，我們利用光能檢測出粉末流通過管狀部件或通道的感測部分。在一個優選的儘管不是必需的實施例中，我們利用光能傳感器信號的平均值或RMS值檢測粉末流。該平均值或者RMS值允許我們為可能展示不同的諸如透射率或反射率的光學性能的不同的粉末材料進行調整或校準。平均值或RMS值的利用也允許我們為不同的材料補償或校準光學性能，該材料可能被用於製作管狀部件或管道的感測部分。
[0023]圖1例示了本發明中的一個或多個的概念的實施例。粉末塗料塗覆系統10可以包括如現有技術中公知的諸如箱子、容器、料鬥、供料中心或其它容器的粉末塗料(下文中稱為「粉末」)源12。泵14可用於從粉末源12拉入粉末並且推動粉末通過供料軟管16至末端應用18，例如噴槍，或者在大體積傳輸泵的情況下或為另外的容器。
[0024]在圖1的實例中，泵14可以以密相泵的形式實現，為利用負壓將粉末拉入泵室內並且在正壓下將粉末推出泵室的類型。泵室典型地由空氣能滲透但粉末介質不能滲透的材料製成。例如與文丘裡管泵(venturi pump)相比,這種泵在空氣粉末混合物中利用了較少的空氣，並且因此被稱為密相泵。在公布的美國專利申請2005/0158187A1中描述了密相泵的實例，該申請的全部內容通過參照完全地併入本文中。
[0025]我們未詳細描述泵14的結構和操作，這是由於其對於理解和實施本發明不是必要的。然而，泵14將典型地具有相關的泵控制功能或電路20，其操作以調整粉末流量控制22，該流量是由泵輸出的粉末的流量，典型地例如以磅每分鐘表述。然而，替代地，一些泵可以簡單地以開/關方式操作。流量控制22可以用於例如將從泵14輸出的粉末流量設定為泵14容量的最大流量的0%至100%的任何地方。
[0026]對於密相泵14，泵14可以具有入口 24和出口 26。入口 24接收通過與粉末源12流體連通的供料軟管28的粉末。泵14的出口 26與供料軟管16流體連通。泵控制電路20能夠通過一系列閥來控制泵14的操作，諸如控制粉末流入泵14的第一閥30和控制粉末流出泵14的第二閥32。這些閥30、32與向泵室(未示出)施加吸力和壓力的定時結合地操作。因此，密相泵14在出口 26處以脈動或粉末包的形式產生粉末流。另外的或者第二入口軟管34和出口軟管36可以分別被用於泵14設計，其可以包括到相對於彼此離相操作的泵室，意味著當泵室之一拉入粉末時，另一泵室推出粉末，並且反之亦然。多個泵室的使用能夠用於增加從泵輸出的粉末流量。諸如第二入口軟管34中的第三閥38和第二出口軟管36中的第四控制閥的另外的控制閥能夠被泵控制功能20用以控制泵整體定時，以在泵出口 26處實現預期的粉末流量。
[0027]迄今呈現的關於密相泵14的操作的信息是公知的，並且在併入的專利中被更加詳細地解釋，而且對於這種解釋可以參照該專利。儘管一個重要的注釋是密相泵將產生輸出粉末流，但其能夠被表徵為密相粉末的脈動或者不連續塊。
[0028]以對泵14的以上描述作為背景用於本文的發明概念，現在同樣參照圖2和3描述用於檢測粉末流的設備的一種示範性實施例。通過檢測粉末是否正在諸如例如與最終使用18連通的通道的通道中流動，我們能夠在流動被出乎意料地中斷時，或者替代地當流量變化時產生警告或者其它警報。這種通知或者警報能夠隨後被用於通知操作員塗覆過程可能是不正確的，允許操作員在必要時採取正確的措施以最小化浪費。
[0029]用於檢測粉末在諸如例如管道16的通道中的流動的設備50可以以基本形式包括感測功能52和響應功能54。實際上，感測功能52能夠單獨產生指示或者包含粉末是否正在流動的信息的輸出信號。該輸出信號能夠例如沒有任何信號處理地簡單地被顯示在顯示鏡(scope)上,並且操作員能夠在視覺上看到指示粉末流動或未流動的信號。或者替代地，輸出信號能夠直接驅動燈或者其它指示裝置，以向操作員指示關於輸出信號的狀態。在此情況下，顯示鏡或者指示裝置能夠充當響應功能54。然而，在許多情況下，來自感測功能的原始數據由於不存在用於對比的參照將不足以確定是否存在粉末流。但在我們的示範性的實施例中，我們可以利用響應功能54對感測功能52的輸出信號執行分析，以進一步改善其在指示是否存在流動或未流動情形或者替代地是否流量已改變方面的實用性。在示範性的實施例中，響應功能54可以以包括諸如微處理器的信號處理能力的電路(下面描述)的方式被實現，該微處理器接收來自光檢測器58的模擬輸出並且確定該信號隨時間的平均值或RMS 值。
[0030]在圖1-3的示範性實施例中，感測功能52利用電磁能量的光學性能，在本文中被稱為光能，來檢測在通道中的粉末流。因為泵出口 26被連接到為噴槍或其它最終使用供料的供料軟管16，我們發現感測在緊密接近泵出口 26的軟管16中的粉末流是期望的，儘管不是必需的。
[0031]感測功能52 (參見圖2)可以以光源56和光檢測器58的形式實現。光源56和光檢測器58可以被設置成在供料軟管16的相對側面上彼此徑向地(或正好)面對，以提供視線檢測。這確保了光能穿過供料軟管16的中心，能夠預期大多數粉末在那裡流動。因為本發明在許多不同應用中具有用途，從現在開始，我們將提到軟管16作為提供粉末流路徑60，諸如粉末通過其中流動的通道60，尤其是由管道或管狀部件62 (例如，供料軟管16)提供的通道60，記住，我們使用術語管道或管狀部件不局限於剛好為柔性的圓柱形部件，而是可以是提供用於粉末流的管道的任何結構，甚至是例如阻擋塊中的孔。
[0032]基本概念利用了以下想法:當管道60內無粉末時，則來自光源56的、經由管道62壁通過管道60行進的最大強度的光將到達光檢測器58。光檢測器58將產生與被檢測的光強有關的檢測器輸出64。到達光檢測器58的光的強度將依賴於由光源56產生的光的強度、管狀部件62的透明度以及光檢測器58將檢測的光的強度轉換為例如電壓或者電流的輸出信號的效率。管道壁的透明度特徵可以基於由光源56產生的光的波長來選擇。示範性的光源56為例如可購自Kingbright的零件號為WP7104SRC/D的紅色發光二極體，並且適當的光檢測器58為諸如可購自Texas Advanced Optoelectronic Solutions公司的TSL12S的光電轉換器。可以使用許多替代的光源和光檢測器。光源56和光檢測器58將被選擇成兼容並且也與管狀部件62的透明度一致。實例的光檢測器58以最大強度產生幾乎5伏特的DC輸出64。
[0033]當粉末存在於管狀部件62中時，粉末將反射、散射或吸收光能，或者否則減小穿過以到達光檢測器58的光的強度。相應地，來自光檢測器58的輸出信號64將改變，在此情況下，電壓將下降。如果所有的光被阻擋，則光檢測器輸出64將接近零伏特。
[0034]利用如所指出的密相泵14，從出口 26流動的粉末是脈動的。這將導致光檢測器58產生同樣脈動的輸出信號。典型地，當粉末在光源56和光檢測器58之間脈動通過時,我們不會看到檢測器輸出變成接近零，但這種情況能夠發生。
[0035]因為我們檢測通過管狀部件62粉末流，所以儘管在所有的情況下不是必需的，但我們優選的是管狀部件62通常被垂直地定向，使得重力能夠有助於粉末以清潔管道。
[0036]並非所有的提供粉末流通道60的供料軟管16或者其它管狀部件對光能均是足夠透明的。因此，我們考慮在一些情況下提供管道的一段或一部分66來提供對光能所需的透明度將是預期的。該部分66可以是與例如供料軟管16 —致地插入的一段管道，再次優選地，插在接近泵出口 26的位置內。該部分66如何被插入通道以提供通道60的一部分屬於設計選擇，並且我們在本文的圖5-7中呈現了一個實施例。例如，適當的透明部分可以被拼接到主軟管16內。在任何情況下，傳輸光能所通過的管狀部件62的部分66，不管是連續的管道還是添加的一段，充當管狀部件或通道60的感測部分66，用於檢測粉末在其中的流動。優選地，感測部分66的長寬比應當足夠大，使得如果在安裝感測部分66處存在任何邊界層，則該邊界層將不把粉末保留在用於使光能從光源56行進到光檢測器58的路徑中。
[0037]圖4A以簡化的方式示出了來自光檢測器58的輸出電壓與時間的關係。圖4A涉及無粉末流的情形，使得光檢測器輸出64為最大電壓，該電壓大約是從檢測器58可獲得的最大電壓輸出68。用於被測光能的實際最大輸出64將典型地稍微小於從光檢測器58可獲得的最大輸出，這是由於當光能穿過管狀部件62的壁材料時，光強中的一些的一些衰減、偏轉或衍射。最大電壓輸出64同樣取決於光源56輸出光強多好。信號64基本上是穩態的值，因為光保持不被中斷。對於圖4A-4E中的所有圖，為了清楚並容易理解，我們使用了來自光檢測器58的輸出信號的簡化表不。實際上，由於瞬時輸出信號將隨著粉末的透射率而波動，光檢測器58的模擬輸出將是更加參差不齊的軌跡。因此使波形平滑或者程式化以便更加清楚地闡明操作原理。
[0038]圖4B例示了對於在光源56和光檢測器58之間存在粉末塊或者簡單地管道62的感測部分66基本上充滿了粉末的情形，來自光檢測器58的輸出電壓。在此情形下，粉末基本上阻擋了大多數光能穿過管道的感測部分66，並且光檢測器輸出64接近零伏特。
[0039]現在，作為一種實際情況，在正常使用期間，粉末將不是簡單地位於感測部分66中並且阻擋所有光到達光檢測器58。而是對於密相泵，對於來自泵14的粉末的給定流量，粉末脈動將導致被測的光隨著時間的平均強度。因此，通過確定輸出信號64的平均值並且核實其落在圖4A和4B的兩個極值之間的某處，能夠利用光檢測器輸出信號64指示出流動或未流動情形。對於圖4C-4E的示範性實施例，我們利用RMS作為平均值計算。
[0040]例如圖4C例示了用於密相泵14的一個實例，該泵14被設定成泵14的最大輸出流量的大約40%的流量。每個粉末塊使得到達光檢測器58的光的強度減少，導致了光檢測器信號64的脈動輸出本質。每個粉末塊阻擋光能中的一些到達光檢測器58，並且因此檢測器輸出64的電壓下降,如70處。一系列重複的這些下降以對應於被推出泵14的出口 26的粉末脈動的間隔發生。因此，谷70代表當粉末塊通過光源56和光檢測器58之間時光強的最大下降。當每個粉末塊移出感測部分66時，隨後從光檢測器58輸出的電壓返回接近其最大值，如72處。因為粉末塊不典型地具有銳利的前沿和後沿，波形64不是完美的正方形或長方形。
[0041]由於由光檢測器輸出64產生的波形是模擬的，我們能夠很容易計算出該信號隨時間的RMS值(VI)，如由線74指示的。只要每塊中的粉末量保持基本恆定不變，這對於密相泵是典型的，則該值74將是基本穩定的。注意來自光檢測器58的輸出信號64的RMS值直接對應於到達光檢測器58的光能的強度的RMS值。當粉末被泵送並且流動通過管道62的感測部分66時，RMS值計算將指示出粉末正在流動，這是因為該值將落在圖4A和4B的極值之間。[0042]對於密相或稀相中的任一類型泵，如果輸出信號64轉到極值之一，則輸出信號64指示無流動情形(使得平均值將接近如圖4A中的最大電壓輸出，對應於無粉末穿過感測部分66);或者替代地指示出另外的問題，諸如軟管16被阻塞或者受到限制使得粉末被捕獲在感測部分66中(從而平均值將接近如圖4B中的零)。如果RMS值從初始值顯著地變化，即使未到極值之一，則這同樣指示泵或粉末流路徑具有潛在的問題。百分比偏置到什麼程度被用於指示出這種可能的狀況屬於設計選擇。
[0043]先前的描述解釋了用於確定或檢測流動/無流動情形的第一種配置的實例。如同我們先前在上文中指出的，第二種配置允許我們確定在使用泵14期間粉末流量是否已改變。在一個實例中，通過使響應功能54包括校準模式而完成該替代的實施例，據此我們首先對於關注的每種流量設定值，為來自光檢測器58的輸出信號64確定預期的平均值或RMS值。這些預期的或校準值可以隨後用於確定實際流量是否已從泵控制20和流量控制22(圖1)設定的期望的或者被編程的流量改變。圖4C和4D例示了這如何能夠進行的一個實例。
[0044]回想起圖4C例示了當泵被設定為最大流量的40%時用於密相泵14的RMS值74(VI)。該平均值74能夠隨後被儲存作為校準值。現在假設在塗敷操作期間，流量從40%改變至20%,如圖4D中所示。圖4D例示了在20%的流量下，由於較少的粉末流通過管道的感測部分66的事實，來自光檢測器58的RMS電壓輸出V2 (由時間基線76示出)增加。因此V2>V1。響應功能54可以被編程，以便通過計算何時由光檢測器58的RMS輸出電壓V2代表的實際流量已經從校準值VI改變(或高或地)預定量或百分比，來檢測何時RMS流量從預期流量改變大於例如偏置百分比。在發布警告或警報之前偏置多遠是允許的屬於設計偏好。
[0045]圖4E例示了在示範性的實施例中，當流量增加至最大流的60%時，來自光檢測器58的RMS值輸出電壓V3 (由線78示出)將下降，這是因為平均更多的粉末流動通過管道的感測部分66。因此V3〈V2並且V3〈V1並且V2>V1。以其它的方式陳述，對於分別為20%、40%和 60% 的流量，V2>V1>V3。
[0046]流量的改變例如可以用於檢測對於一個特定的塗敷過程，操作員是否已經從應當的值改變了泵的流量設定，或者用於檢測是否泵操作以某種方式已經改變了流量。
[0047]如何執行校準功能屬於設計選擇和方便性。對於泵的每種可選流量，可以儲存不同的校準值，或者替代地，可以通過簡單地在編程的流量下運行泵14並且儲存檢測的檢測器輸出64的平均值或RMS值來確定預期的或者校準值。然而，該方法可能使確定易受由光源56產生的光的強度隨時間的變化、光檢測器58的靈敏度或者管道的感測部分66的透明度的影響。因此，當已知系統部件是準確的時，優選地將執行校準模式。
[0048]可以與知道由泵14產生的實際流量獨立地運行校準模式。例如，假設我們想在40%流量處為泵14校準感測功能52。可以將流量設定在40%處，並且隨後將光檢測器輸出64的平均值或RMS值儲存為對應於來自泵14的實際粉末流量的無論任何值，它是否是精確的40%，我們將能夠檢測何時流量變化。因此，實際上，我們不測量實際的流量，而是分析流量是否已改變。
[0049]校準模式是同樣重要的，因為不同的粉末材料可以並且典型地將具有不同的光學性能，諸如吸收、反射率、半透明度等。再次參照圖4C，可以基於被泵送的材料類型實際地改變參考值VI。因此，為了確定在選定的流量下傳輸通過感測部分66的光的平均強度，運行校準模式可以是非常有用的。替代地，可以為各種材料和流量事先校準系統，並且將平均值儲存在存儲器中，以作為校準值被存取。利用校準特性的許多其它方式將是顯而易見的。校準模式因此對於流動/無流動配置或者流量配置均可以是有用的，這是因為即使對於流動/無流動配置，被測光強的平均值也可以基於粉末材料而改變。
[0050]本領域技術人員將很容易意識到流動/無流動或者第一種配置可以被用作第二種配置的特殊情況。例如，如果泵14被設定在40%處，並且我們將光檢測器58輸出64的校準RMS值作為VI，則如果注意到光檢測器輸出64的RMS值接近最大值68，則我們得到未流動或低流動情形。可以以不同的方式確認未流動情形，例如通過檢測平均值或RMS值何時增加了高於校準值Vl的預定百分比，或者平均值或RMS值是否處於最大值68的預定百分比範圍內。許多其它的選項是設計者可用的，以因此確定低流動和未流動情形。
[0051]圖3例示了響應功能54的實施例。在該實例中，響應功能54可以利用諸如例如數字處理器的控制電路80實現，數字處理器諸如例如微處理器80。適當的微處理器為可購自Microchip的型號PIC16F887。控制電路80接收光檢測器58輸出信號64作為輸入。控制電路80也必須知道何時監測光檢測器輸出信號64，以便當泵14不操作時不產生假警報。因此，控制電路80也可以從泵控制20接收觸發信號82作為輸入。期望的是控制電路80能夠容易地並且快速地計算出在時間採樣速率上的光檢測器58的輸出信號的平均值或RMS值。控制電路80可以使電源(PWR)燈84點亮，以指示出系統向控制電路80的供電是打開的，並且使觸發器燈86點亮，以指示出泵14被啟動，並且控制電路80正在監測光檢測器的輸出信號64。
[0052]在第一種配置中，如果控制電路80檢測無流動情形，則控制電路80可以使警告燈88點亮或者啟動例如聲音警告。如果無流動情形持續，則控制電路80可以使警報燈90點売。
[0053]在第二種配置中，如果流量改變預定量，則控制電路80可以使警告燈88點亮，並且如果流量改變甚至更多或者檢測到無流動情形，則隨後使警報燈90點亮。但是，關於響應於檢測到諸如無流動情形或者流量變化的異常該做什麼，存在可用的許多選項中的幾個實例。更進一步地，控制電路80可以致動繼電器92。繼電器92中狀態的改變可用於向另外的控制系統，諸如例如用於塗敷生產線的控制系統，指示出在粉末流中存在故障，使得塗敷系統能夠被停機或者至少被分析，以確定工件是否被不正確地塗覆。
[0054]儘管我們利用平均值或RMS值分析光檢測器輸出信號64，但這不是必需的。針對來自光檢測器58的實時模擬輸出信號，或者替代地針對其數字版本，可以使用許多其它的分析過程。如前面指出的，光檢測器58的輸出包含是否存在無流動情形或者替代地流量變化情形的信息。關於如何提取信息並且以哪種方式利用信息或者將信息呈現給操作員，可以作為設計偏好而選擇信號處理過程。
[0055]圖5-7例示了一個或多個發明的實施例，以示範性的方式使用了示範性的密相泵14。優選地，感測功能52被設置在接近或最接近泵14的出口 26。在該實施例中，泵14可以是可購自Nordson Corporation, Westlake, Ohio的HDLV慄。該慄14通過出口 26產生脈動或塊的粉末流。粉末塗料經由與粉末塗料源12流體連通的供料軟管28被拉入泵14。出口 26通常直接與供料軟管16連接，但在本發明的該實施例中，我們將感測功能52與供料軟管16 —致地安裝。因此在該示範性的形式中，用於檢測管道或通道中的粉末流的設備包括感測功能52和響應功能54。響應功能54可以以本文中關於圖3描述的形式實現，或者可以採取不同的實施例。感測功能52可以以本文中關於圖2描述的形式實現，或者可以採取不同的實施例。注意，圖1的控制閥30、32、38和40與流量控制22 —起被併入泵14中。
[0056]泵14可以包括主殼體100,該主殼體100包封一系列的空氣口控制、閥、泵室和包括泵14的流體通道。泵14可以根據在上文中指出的專利來操作，或者可以是不同的設計。
[0057]感測功能52能夠以任意方式機械地耦合到泵14。在本文的實施例中，基本上包括光源56和光檢測器58(圖7)的感測功能52被設置在電路板或襯底102上。電路板102可以是U型的，光源56位於U的一個支腿102a上，並且光檢測器58位於U的相對支腿102b上，並且光源和光檢測器彼此面對，如圖7所示。由U型形成的凹槽接收管狀部件104，使得光源56和光檢測器58優選被在管狀部件104的相對側上彼此相對地徑向對準。管狀部件104優選地至少在光能將穿過光源和光檢測器之間的管狀部件的區域內對要被光檢測器58檢測的、從光源56傳輸的光能的波長透明。因此，光能傳輸通過的部分104對應於在討論圖1和2中指出的感測部分66。電路板102被安裝在殼體106內。為了方便說明，殼體106被圖示為(參見圖5)透明的，但實際上不需要是透明的。根據需要，殼體106的一部分可以是透明的，而不使整個殼體為透明的。
[0058]第一和第二連接器108、110可以被用於將殼體106靠近泵14的出口 26安裝。上面的或第一連接器108包括殼體106的上部，並且可以採用卡環112耦合至與帶螺紋的出口部件116緊密配合的第一螺母114，該帶螺紋的出口部件116可以包括來自泵14的連接器管道件116a (注意在圖7中省略了出口部件116)。這允許整個感測功能52組件以便利的模塊化方式被安裝到泵14並且從泵14移除。因此，對於本領域已有的泵14，感測功能52可以是另外加上去的特性。當上面的連接器108被接合到泵14的出口 26時，出口 26與管狀部件104流體連通，並且粉末將通過管狀部件104流出至供料軟管16。注意管狀部件104優選被安裝成具有垂直定向，並且是足夠垂直的，使得重力可以有助於清潔通過管狀部件104的粉末。
[0059]下面的或第二連接器110包括殼體106的下部並且可以用於將供料軟管16接合到底部106，使得供料軟管16與管狀部件104流體連通。這可以例如採用與第二連接器110的螺紋端緊密配合的第二螺母118實現。
[0060]電連接器126可以用於將信號電纜128 (圖5)耦合至感測功能52，以便向光源56提供電源並且接收來自光檢測器58的輸出。信號電纜128在其第二末端被連接到響應功能54，以將光檢測器58輸出提供至控制電路80 (圖1)。
[0061]注意我們優選將管狀部件104在任一末端120a、120b處向外張開。第一和第二連接件122、124分別被用在管狀部件104的每個末端上，以在泵出口 26和管狀部件104之間並且從管狀部件104至供料軟管16形成流體連通。管狀部件104的張開的出入端有助於確保在光能被傳輸進入管狀部件內處不存在滯留區域，從而能夠保留可能干擾對來自光檢測器58的信號的解釋的粉末。
[0062]因此，包括感測部分66的管狀部件104可以形成從泵出口 26至最終使用18的粉末流路徑130的一部分(圖1 )，使得感測功能52能夠被用於檢測流動/無流動情形，或者替代地流量變化情形。管狀部件104因此提供了沿著將檢測的粉末流通過的粉末流路徑130的管道或通道的感測部分66。但是，本領域技術人員將意識到，如果供料軟管16在用於光源56和光檢測器58的波長範圍內是足夠透明的，則感測功能52能夠直接圍繞供料軟管16安裝，並且供料軟管本身呈現感測部分66。不管感測功能52被設置在哪裡，光源56和光檢測器58將利用被引入管道或管狀部件的感測部分的光能操作，穿過光檢測器58的光能的強度取決於粉末是否正在流動通過感測部分。
[0063]儘管本文中的示範性實施例利用了單一的光源和光檢測器作為感測功能52，但本領域技術人員將很容易意識到可以使用另外的成對傳感器。利用另外的成對傳感器可以提高感測功能的整體準確性。例如，粉末流路徑130的其它部分或供料軟管16內的密相粉末流模式可以形成或者以能夠盤繞的繩索狀模式流動。這能夠導致即使在正常的操作情形下，粉末流路徑的感測部分也未充滿粉末。圖2和2A例示了感測功能52利用了兩對傳感器的實施例，儘管當需要時可以使用甚至更多對。由於第二對傳感器150是可選的，圖2中以剖視圖例示了第二對傳感器150。在該實施例中，第二對傳感器156 (包括光源156和檢測器158)能夠旋轉地偏置第一對傳感器56、58。在該實例中，旋轉偏置可以是90度。如果替代地使用了另外的對，則如果需要的話，也可以圍繞粉末流路徑的感測部分旋轉地隔開。通過利用另外的光源/檢測器對，例如被定位成從第一對傳感器56、58旋轉90度的另外的檢測器對150，我們能夠增加檢測粉末流的機會。可以使用甚至更多的光源/檢測器對，例如，圍繞感測部分104以徑向方式均勻地(或者根據需要不均勻地)隔開。對於每對光源/檢測器的被測強度，是單獨地分析還是組合處理屬於設計選擇。此外，當需要時，可以沿著粉末流路徑130在別處設置一個或多個另外的感測功能52。例如，第二對傳感器150被例示為不但從第一對傳感器52旋轉地偏置，而且從該第一對軸向偏置或者隔開。然而，如果需要的話，這些對也可以被定位成感測流動通過粉末流路徑的同一感測部分的粉末。
[0064]除本文中呈現的用於檢測管道內的粉末塗料的流量的各種設備之外，我們的發明還包括利用該設備的相關方法以及用於檢測粉末流量的方法。在示範性的方法中，將光能引導進入用於粉末流的一部分管道或通道，檢測穿過管道的光能的強度，並且基於檢測的強度確定粉末是否正在管道內流動。在一個實施例中，該方法包括確定穿過管道的光能的強度的平均值或RMS值。在另一個實施例中，將光能的被測強度例如平均值或者RMS值與校準值進行對比，以確定粉末流量是否已改變。
[0065]因此，我們提供了用於檢測或核實空氣傳播的固體顆粒在管道或通道內存在或者輸送的方法和設備。我們以不在粉末流中引入擾動的方式或者換句話說採用非侵入的技術實現了這種檢測。例如，我們在不改變流體通道橫截面面積、不引入另外的空氣流、不產生壓力變化或者不在流動方向上產生中斷或變化的前提下完成檢測。因此，關於包括壓力、流量或方向、溫度等的操作方面，從泵出口到最終使用的粉末流路徑沒有改變。
[0066]期望本發明不局限於為實現本發明而公開的特定實施例，而是本發明將包括落入所附權利要求書的保護範圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種用於檢測管道內的粉末流的設備，包括: 光源； 光檢測器，用於當所述光源產生通過管道的一部分內的光時，檢測來自所述光源的光， 所述光檢測器響應於穿過所述管道的所述部分的光的強度而產生輸出； 電路，所述電路從所述光檢測器接收所述輸出，並且確定由所述光檢測器接收的所述光的強度的平均值， 所述電路基於所述平均值來確定粉末是否正在所述管道的所述部分中流動。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述光源和所述光檢測器被設置在所述管道的所述部分的徑向相對側上。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分是透光的。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分對由所述光源產生並且能夠被所述光檢測器檢測的光的波長是透明的。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分被定向成使得重力有助於粉末流動通過所述管道的所述部分。
6.根據權利要求5所 述的設備，其中，所述管道的所述部分被垂直地定向。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述光檢測器產生作為電壓信號的所述輸出，所述電路確定所述電壓信號的RMS值。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述電路確定包括當粉末沒有正流動通過所述管道的所述部分時的無流動RMS值的所述光檢測器的所述輸出的RMS值，當所述光檢測器的所述輸出的RMS值不同於所述無流動RMS值時，所述電路確定粉末正在流動通過所述管道的所述部分。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述電路基於當無粉末正在流動通過所述管道的所述部分時由所述光檢測器產生的最大信號來確定所述無流動RMS值，使得流動通過所述管道的所述部分的粉末降低由所述光檢測器接收的光的強度、並且降低所述輸出的RMS值，以指示出粉末正在流動通過所述管道的所述部分。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述電路對於通過所述管道的所述部分的第一粉末流量確定所述光檢測器的所述輸出的第一平均值、並且當來自所述光檢測器的所述輸出的第二平均值與所述第一平均值相差選定量時，確定流量已改變。
11.根據權利要求1所述的設備，其中，當所述電路確定粉末沒有正在流動通過所述管道的所述部分時，所述電路產生警報。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述警報包括視覺警報或聲音警報或兩者。
13.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分具有足夠的長度直徑比率，使得任何能夠在所述管道的所述部分的邊界層處收集的粉末都不影響由所述光源傳輸進入所述管道的所述部分並且否則應當被所述光檢測器接收的光。
14.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分被設置於在出口處產生脈動的粉末流的類型的粉末泵的所述出口處。
15.根據權利要求14所述的設備，其中，所述粉末泵包括密相粉末泵。
16.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管道的所述部分被設置於在出口處產生非脈動的粉末流的類型的粉末泵的所述出口處。
17.根據權利要求16所述的設備，其中，所述粉末泵包括稀相粉末泵。
18.一種用於確定粉末是否正在流動通過管道的方法，包括以下步驟: 將光引導進入管道的一部分內， 檢測穿過所述管道的所述部分的光的強度， 確定通過所述管道的所述部分的所檢測到的光的強度的平均強度， 基於所述平均強度確定粉末是否正在流動通過所述管道的所述部分。
19.根據權利要求18所述的方法，包括以下步驟:確定穿過所述管道的所述部分的所檢測到的光的強度的第一平均強度，並且當穿過所述管道的所述部分的所檢測到的光的強度的平均強度從所述第一平均強度改變時，確定通過所述管道的所述部分的粉末的流量已經改變。
20.一種用於檢測管道內的脈動粉末流的設備，包括: 具有泵出口的粉末泵，所述粉末泵包括泵室，其中，粉末通過施加到所述泵室的負壓被拉入到所述泵室內，並且當正壓被施加到所述泵室時，粉末被從所述泵室推出至所述泵出口，所述粉末以脈動方式從所述泵出口流入粉末流路徑內； 光源； 光檢測器，用於當所述光源產生通過所述粉末流路徑的一部分中的光時，檢測來自所述光源的光， 當粉末從所述泵出口流動通過所述粉末流路徑時，所述光檢測器響應於來自所述光源的、穿過所述粉末流路徑的所述部分的光而產生輸出； 電路，所述電路接收所述光檢測器輸出、並且基於所述輸出確定粉末是否正在流動通過所述管道的所述部分。
21.根據權利要求20所述的設備，其中，第一閥控制粉末流入所述泵室，並且第二閥控制粉末流出所述泵室。
22.根據權利要求20所述的設備，其中，所述泵包括交替地將粉末供應至所述泵出口的兩個泵室。
23.根據權利要求20所述的設備，其中，所述泵還包括包含所述電路的控制器。
24.根據權利要求20所述的設備，其中，所述光檢測器輸出是脈動的，並且從所述光檢測器接收所述脈動輸出的所述電路確定由所述光檢測器接收的所述光的強度的平均值。
25.根據權利要求20所述的設備，其中，所述光源和所述光檢測器被設置在所述粉末流路徑的所述部分的徑向相對側上。
26.根據權利要求20所述的設備，其中，所述粉末流路徑的所述部分是透光的。
27.根據權利要求20所述的設備，其中，所述粉末流路徑的所述部分對於由所述光源產生並且能夠被所述光檢測器檢測到的光的波長是透明的。
28.根據權利要求20所述的設備，其中，所述粉末流路徑的所述部分被定向成使得重力有助於粉末流動通過所述管道的所述部分。
29.根據權利要求28所述的設備，其中，所述粉末流路徑的所述部分被垂直地定向。
30.根據權利要求20所述的設備，其中，所述光檢測器產生作為電壓信號的所述輸出，所述電路確定所述電壓信號的RMS值。
31.根據權利要求30所述的設備，其中，所述光檢測器輸出是脈動的，並且所述電路確定包括當粉末沒有正流動通過所述粉末流路徑的所述部分時的無流動RMS值的所述光檢測器的所述輸出的RMS值；當所述光檢測器的所述輸出的RMS值不同於所述無流動RMS值時，所述電路確定粉末正在流動通過所述粉末流路徑的所述部分。
32.根據權利要求31所述的設備，其中，所述電路基於當沒有粉末正在流動通過所述粉末流路徑的所述部分時由所述光檢測器產生的最大信號來確定所述無流動RMS值，使得流動通過所述粉末流路徑的所述部分的粉末降低由所述光檢測器接收的光的強度並且降低所述輸出的RMS值，以指示出粉末正在流動通過所述管道的所述部分。
33.根據權利要求20所述的設備，其中，所述光檢測器輸出是脈動的，並且所述電路對於通過所述粉末流路徑的所述部分的第一粉末流量確定所述光檢測器的所述輸出的第一RMS值、並且當來自所述光檢測器的所述輸出的第二 RMS值與所述第一 RMS值相差選定量時，確定流量已改變。
34.根據權利要求20所述的設備，其中，當所述電路確定粉末沒有正在流動通過所述管道的所述部分時，所述電路產生警報。
35.根據權利要求34所述的設備，其中，所述警報包括視覺警報或聲音警報或者兩者。
36.根據權利要求20所述的設備，其中，所述粉末流路徑的所述部分具有足夠的長度直徑比率，使得任何能夠在所述粉末流路徑的所述部分的邊界層處收集的粉末都不影響由所述光源傳輸進入所述粉末流路徑的所述部分的、否則應當被所述光檢測器接收的光。
37.一種用於沿著粉末流路徑檢測粉末流的設備，包括: 光源； 光檢測器，用於當所述光源產生通過粉末流路徑的一部分中的光時，檢測來自所述光源的光， 所述光檢測器響應於穿過所述粉末流路徑的所述部分的光的強度而產生輸出； 電路，所述電路接收來自所述光檢測器的所述輸出並且確定由所述光檢測器接收的所述光的強度的平均值， 所述電路基於所述平均值來確定在所述粉末流路徑的所述部分中的粉末流的特徵。
38.根據權利要求37所述的設備，其中，所述特徵涉及確定在所述粉末流路徑的所述部分中是否存在粉末的流動或無流動。
39.根據權利要求37所述的設備，其中，所述特徵涉及確定在所述粉末流路徑的所述部分中是否存在粉末流量的改變。
40.根據權利要求37所述的設備，包括兩個或更多個光源或光檢測器或兩者。
41.根據權利要求40所述的設備，包括第一光源/檢測器對和第二光源/檢測器對，其中，所述第一對與所述第二對旋轉地偏置。
42.根據權利要求41所述的設備，其中，所述第一對與所述第二對軸向並且旋轉地偏置。
43.根據權利要求20所述的設備，包括兩個或更多個光源或光檢測器或兩者。
44.根據權利要求43所述的設備，包括第一光源/檢測器對和第二光源/檢測器對，其中，所述第一對與所述第二對旋轉地偏置。
45.根據權利要求44所述的設備，其中，所述第一對與所述第二對軸向並且旋轉地偏置。
46.根據權利要求20所述的設備，其中，所述光源和所述光檢測器被包含在沿著所述粉末流路徑定位的殼體內。
47.根據權利要求46所述的設備，其中，所述殼體被附接到所述泵出口。
48.根據權利要求47所述的設備，其中，所述殼體也被附接到粉末供料軟管。
49.根據權利要求46所述的設備，其中，所述殼體是透明的。
50.根據權利要求20所述的設備，其中，沿著在所述泵出口和粉末供料軟管之間的所述粉末供應路徑定位所述光源和所述光檢測器。
【文檔編號】G01F1/72GK104024805SQ201280049435
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年9月11日 優先權日:2011年10月6日
【發明者】馬裡奧·羅馬寧, 詹姆斯·M·庫利, 約瑟夫·G·施洛德, 傑弗裡·A·珀金斯, 特倫斯·M·富爾克松 申請人:諾信公司