智能螺線管複合槍驅動器和自動校準方法

2023-04-27 07:56:36

智能螺線管複合槍驅動器和自動校準方法
【專利摘要】本發明提供用於校準噴槍(10)的裝置及相關的方法。噴槍(10)具有噴嘴(26)，該噴嘴通過使內部針(42)移入和移出與噴嘴(26)的密封接合而打開和閉合。通過控制系統(44)跟蹤和記錄針(42)的虛擬位置。當針(42)的虛擬位置和實際位置不對應時，重新校準控制系統(44)。該裝置包括傳感器(82)，該傳感器被構造成用以檢測用來向螺線管(38)供電的電流的特性，並且識別與致動器構件坐靠所述螺線管相關的螺線管(38)電流特性中的異常。
【專利說明】智能螺線管複合槍驅動器和自動校準方法
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年5月15日提交的系列號為No. 13/471,782的美國專利申請的 優先權，該專利申請以引用方式併入本文。

【技術領域】
[0003] 本文公開的和要求保護的概念涉及利用噴嘴的系統，該噴嘴由內部針閉合，該噴 嘴被構造成分配液體，更具體地，本文公開的和要求保護的概念涉及用於相對於噴嘴本體 校準針升程的系統。

【背景技術】
[0004] 某些流體分配系統的結構形成為用以分配液體，該液體在熱的時候粘性較小。如 果液體被允許冷卻，那麼粘度增大，使得更加難以以受控的和/或一致的方式應用液體。這 樣的液體分配系統可以利用噴嘴組件，或由內部針閉合的"噴槍"。液體可以是密封劑或粘 合劑。本說明書的其餘部分使用粘合劑作為例子，但是應當理解，液體並不限於粘合劑。總 體上，粘合劑是基於溶劑的粘合劑或基於水的粘合劑。在某些方面中，噴槍適於特定類型的 粘合劑。例如，基於溶劑的系統將包括溫度控制，以保持液體的溫度。噴槍包括殼體，該殼 體限定了具有噴嘴的腔室。腔室包括液體入口，並且可以包括液體出口。液體經由液體入 口流入到腔室中。液體在應用之前可以暫時存儲在腔室中。對於基於水的粘合劑而言，液 體通常專門經由噴嘴排出。對於基於溶劑的粘合劑而言，液體的一部分可以經由噴嘴分配， 並且任何多餘液體可以經由出口以再循環利用的方式離開。然後，液體可以從系統排出，或 者被重新加熱和再次進行循環。在這種構造中，腔室中的液體可以保持在一定溫度下，該溫 度允許已知的一致的流量。通常，由這種噴漆分配的液體必須在處於噴槍液體腔室中的同 時處於非常有限的溫度範圍內。
[0005] 噴嘴限定了內部通道，該內部通道具有大致截錐形形狀，即截錐體。噴嘴還包括內 座部；該座部可以是噴嘴的內表面的一部分。縱向軸線與噴嘴通道的軸線對準的針用來密 封該通道。也就是，針聯接到致動器，致動器被構造成使針沿軸向方向（即縱向）運動。針 的近側端部聯接到致動器，並且針的遠側末端的相對端部的形狀形成為與噴嘴座部的形狀 大致或基本上相對應。當針處於向前第一位置時，針的遠側末端密封地接合噴嘴座部。在 這種構造中，噴槍是閉合的。當針處於縮回第二位置時，針的遠側末端與噴嘴座部完全間隔 開。在這種構造中，噴槍是打開的。針和座部之間的距離識別為"針升程"。另外，且如下所 述，針還可以放置在第一和第二位置之間任何位置處，由此使得噴嘴部分地打開。也就是， 當針處於第二位置即與噴嘴內部通道完全間隔開時，噴嘴基本上沒有堵塞，而允許噴嘴的 最大流量。注意到，當處於第二位置中時，針可以設置在噴嘴內部通道中，只要噴嘴實現其 最大期望流量即可。如果針處於第一和第二位置之間某個位置處，那麼噴嘴部分地打開，並 且液體以比最大流量小的流量流動。
[0006] 通常，這樣的噴槍必須快速地且間歇地打開和閉合。也就是，噴嘴循環地打開一段 短暫的時間，然後閉合一段短暫的時間。這將在噴槍打開時例如允許一定量的密封劑施加 到物體上，然後當噴槍閉合時移動和更換該物體。這可以用於自動工藝或組裝線，其中例如 但不限於罐的物體運動通過流體分配系統。
[0007] 許多這種設計的噴嘴組件利用螺線管使針在第一和第二位置之間運動。這樣的螺 線管具有至少兩個問題。首先，螺線管設置成較為靠近噴嘴。這是一個問題，原因是使得噴 槍快速打開和閉合的電流還導致螺線管受熱。因為螺線管靠近噴槍液體腔室，所以腔室中 的液體可能變得受熱。另外，環境溫度變化可能發生較大的改變。如上所述，由這種噴漆分 配的液體必須在處於噴槍液體腔室中的同時處於非常有限的溫度範圍內。因此，螺線管施 加到液體的熱可能使液體的溫度上升超過期望的溫度。另外，這樣的螺線管通常僅僅具有 兩種構造；當螺線管充電時，針處於完全打開的第二位置中。當螺線管沒有充電時，彈簧或 類似裝置使得針返回到閉合的第一位置。因此，沒有辦法允許液體部分地流動。
[0008] 如美國專利5, 945, 160中所示，後一個缺點通過利用兩個步進螺線管控制針螺線 管而得到克服，這兩個步進螺線管是打開步進螺線管和閉合步進螺線管。步進螺線管的杆 聯接到針螺線管，並且使針螺線管在噴槍殼體中前後運動。不使用充電線圈和可能的彈簧 來使杆前後運動，步進螺線管使用電荷來使杆沿一個方向增量地運動。也就是，每個增量運 動是一次"步進"。與使杆沿軸向運動相反，增量運動可以這樣來實現，也就是使設置在螺紋 孔中的杆旋轉。也就是，步進螺線管可以包括固定螺紋孔，螺線管可以具有與該固定螺紋孔 接合的螺紋部分。步進螺線管的線圈的致動使得螺線管的杆旋轉一圈的一部分，即上述增 量。這種旋轉使得螺線管的杆相對於固定螺紋孔沿軸向運動。從而，螺線管的杆可以沿軸 向增量地運動。也就是，步進螺線管的線圈的單次致動使得螺線管的杆旋轉例如5度的弧。 因此，多次致動使得螺線管的杆運動過多個弧，在這個例子中，每個弧為5度。杆的每次部 分旋轉使得杆相對於螺紋孔沿軸線運動。從而，步進螺線管的杆可以"步進地"向前運動。 使用第二步進螺線管允許沿另一個方向運動，也就是螺線管的杆可以步進地向後運動。因 此，可以調節針螺線管在噴槍殼體中的位置，並且由此可以調節針的位置。
[0009] 這樣的步進螺線管在針升程可以在噴槍使用期間改變時是可用的。例如，假定噴 槍在晚上不使用。當噴槍在早晨首次使用時，其是冷的，並且由噴槍施加的加熱的液體不會 受到噴槍溫度的影響。對於在該溫度下的液體，針升程應當為0.035英寸。隨著白天過去， 環境溫度增加，由此使得液體的溫度增加。到中午時，存儲的液體粘性較小，並且為了獲得 與早晨相同的結果，針升程需要減小到0.015英寸。利用傳統的非步進螺線管不能夠實現 這種類型的調節。具有步進螺線管的系統可以進行這樣的調節。
[0010] 步進螺線管通常響應於為脈衝形式的輸入。也就是，步進螺線管響應於接收到單 個能量脈衝而被激勵，並且因此運動一個增量。該能量可以直接供應到螺線管的線圈，或者 可以用來打開和閉合用以激勵螺線管的線圈的電路。對於每個接收到的脈衝，螺線管運動 一個增量或步進。從而，為了使螺線管的杆和針運動選擇的距離，例如0.015英寸，步進螺 線管將必須接收三十次脈衝。致動器控制系統記錄發送到每個步進螺線管的脈衝的數量， 由此跟蹤針的位置。
[0011] 雖然這種類型的噴槍允許較大地控制液體流量，即通過允許針放置在多個部分打 開的構造中，但是產生了另一個問題；針並不總是處於致動器控制系統"相信"其應該所處 的位置。也就是，致動器控制系統的關於針定位在何處的記錄並不總是準確的。致動器控 制系統包括存儲器和處理器（在下文中稱為可編程邏輯電路（PLC)，或被構造成用以執行 一系列指令的類似裝置。存儲器包括通常存儲在"模塊"中的用於PLC的指令，以及存儲在 寄存器中的數據。某些存儲的數據包括表示"虛擬"針位置的數據。也就是，虛擬針位置模 塊將針位置的改變與所記錄的發送到每個步進螺線管的脈衝的數量相關聯。作為另外一種 選擇，數據可以在"虛擬"針位置資料庫中編譯，該資料庫將脈衝數量與虛擬針位置相關聯， 例如：

【權利要求】
1. 一種用於校準噴槍組件（10)中的針升程的系統（80)，所述噴槍組件（10)具有殼體 (12)和操作機構（14)，所述殼體（12)至少限定了流體腔室（20)，所述流體腔室（20)具有 流體入口（22)和噴嘴（26)，所述流體腔室（20)經由所述流體入口（22)與流體供應裝置 聯接並流體連通，所述噴嘴（26)具有開口（30)和繞所述噴嘴的開口（30)的內表面設置的 針座（34)，所述操作機構（14)具有針（42)、致動器控制系統（44)和電動的至少兩個致動 器（36、40)，所述針（42)具有近側端部（62)和遠側端部（64)，所述針的近側端部（62)聯 接到所述螺線管（38)，所述針的遠側端部￠4)被成形為用以密封地接合所述針座（34)，所 述針的遠側端部￠4)設置在所述流體腔室（20)中，所述至少兩個致動器（36、40)包括螺 線管（38)和步進螺線管組件（100)，所述螺線管（38)被構造成用以使所述針（42)在第一 位置和第二位置之間運動，在所述第一位置中，所述針的遠側端部￠4)密封地接合所述針 座（34)，在所述第二位置中，所述針的遠側端部￠4)與所述針座（34)間隔開，所述螺線管 (38)具有可運動的致動器構件，所述步進螺線管組件（104)利用所述螺線管彈簧（51)聯接 到所述螺線管（38)，所述螺線管彈簧設置在所述步進螺線管組件和所述螺線管之間，所述 步進螺線管組件（100)具有線路導體（46)，所述線路導體被構造成與電源電氣連通，所述 步進螺線管組件（100)被構造成用以接收來自所述致動器控制系統（44)的輸入命令並且 響應於所述命令而使螺線管38在所述殼體12中增量地運動，所述致動器控制系統（44)被 構造成用以控制所述螺線管組件（100)和所述螺線管（38)以便使所述針（42)在所述第一 位置和所述第二位置之間運動並且控制所述步進螺線管組件（100)以提供對所述針位置 的精細調節，所述至少兩個致動器（36)具有初始構造和校準構造，用於校準針升程的所述 系統（80)包括： 致動器傳感器（82)，所述致動器傳感器被構造成用以檢測所述步進螺線管組件的線路 導體（46)中的電流的變化並且提供輸出信號； 校準模塊（84)，所述校準模塊在所述致動器控制系統（44)中被執行，所述校準模塊 (84)被構造成用以接收所述致動器傳感器（82)的輸出信號； 針位置模塊（76)，所述針位置模塊在所述致動器控制系統（44)中被執行，所述針位置 模塊（76)被構造成用以跟蹤所述針（42)的虛擬位置；並且 所述校準模塊（84)還被構造成用以檢測所述致動器傳感器的輸出信號中的可識別 的異常，所述可識別的異常表明所述致動器構件坐靠所述螺線管（38)，並且所述校準模塊 響應於檢測到所述可識別的異常而記錄針虛擬位置數據，所述針虛擬位置數據表明所述針 (42)的當前位置對應於噴槍的校準構造。
2. 根據權利要求1所述的用於校準噴槍組件（10)中的針升程的系統（80)，其中： 所述可識別的異常是電流特性的變化。
3. 根據權利要求1所述的用於校準噴槍組件（10)中的針升程的系統（80)，其中所述 可識別的異常是通過電流變化測量到的線圈的感抗的變化。
4. 根據權利要求1所述的用於校準噴槍組件（10)中的針升程的系統（80)，其中當所 述流體腔室（20)填充有流體時所述校準模塊（84)能操作。
5. 根據權利要求1所述的用於校準噴槍組件（10)中的針升程的系統（80)，其中所述 殼體（12)限定了操作機構腔室（68)，所述操作機構腔室（68)與所述流體腔室（20)密封隔 開，並且其中所述致動器傳感器（82)設置在所述操作機構腔室（68)中。
6. -種噴槍組件（10)，其具有用於校準針升程的系統（80)，所述噴槍組件包括： 殼體（12)，所述殼體至少限定了流體腔室（20); 所述流體腔室（20)具有流體入口（22)、多餘流體出口（24)和噴嘴（26)，所述流體腔 室（20)被構造成用以經由所述流體入口（22)與流體供應裝置聯接並流體連通； 所述噴嘴（26)具有開口（30)和繞所述噴嘴的開口（30)的內表面設置的針座（34); 操作機構（14)，所述操作機構具有針（42)、致動器控制系統（44)和電動的至少兩個致 動器（36、40); 所述至少兩個致動器（36、40)包括螺線管（38)和步進螺線管組件（100); 所述螺線管具有與所述針（42)聯接的可運動的致動器構件，並且被構造成用以使所 述針（42)在第一位置和選擇位置之間運動，在所述第一位置中，所述針的遠側端部￠4)密 封地接合所述針座（34)，在所述選擇位置中，所述針的遠側端部（64)與所述針座（34)間隔 開； 所述致動器控制系統（44)被構造成用以控制所述至少兩個致動器（36、40)以便使所 述針（42)在所述第一位置和所述選擇位置之間運動； 所述步進螺線管組件（100)具有線路導體（46)，所述線路導體被構造成與電源電氣連 通，所述步進螺線管組件（100)被構造成用以接收來自所述致動器控制系統（44)的輸入命 令並且響應於所述命令而使所述針（42)增量地運動； 所述針（42)具有近側端部（62)和遠側端部（64)，所述針的近側端部（62)聯接到所述 螺線管（38)，所述針的遠側端部（64)被成形為用以密封地接合所述針座（34)，所述針的遠 側端部（64)設置在所述流體腔室（20)中； 所述步進螺線管組件（100)經由所述螺線管彈簧（51)聯接到所述螺線管（38)，並且被 構造成用以使所述螺線管（38)在所述噴槍殼體（12)中運動； 所述螺線管（38)和步進螺線管組件（104)具有初始構造和校準構造； 用於校準針升程的系統（80)包括致動器傳感器（28)、校準模塊（84)和針位置模塊 (76)； 所述致動器傳感器（82)被構造成用以檢測所述步進螺線管組件的線路導體（46)中的 電流的變化並且提供輸出信號； 所述校準模塊（84)在所述致動器控制系統（44)中被執行，所述校準模塊（84)被構造 成用以接收所述致動器傳感器（82)的輸出信號； 所述針位置模塊（76)在所述致動器控制系統（44)中被執行，所述針位置模塊（76)被 構造成用以跟蹤所述針（42)的虛擬位置；並且 所述校準模塊（84)還被構造成用以檢測所述致動器傳感器的輸出信號中的可識別的 異常，所述可識別的異常表明所述致動器構件坐靠所述螺線管（38)，並且所述校準模塊響 應於檢測到所述可識別的異常而記錄針虛擬位置數據，所述針虛擬位置數據表明所述針的 當前位置對應於噴槍的校準構造。
7. 根據權利要求6所述的噴槍組件（10)，其中： 所述可識別的異常是電流特性的變化。
8. 根據權利要求7所述的噴槍組件（10)，其中所述可識別的異常是通過電流變化測量 到的線圈的感抗的變化。
9. 根據權利要求6所述的噴槍組件（10)，其中當所述流體腔室（20)填充有流體時所 述校準模塊（84)能操作。
10. 根據權利要求6所述的噴槍組件（10)，其中所述殼體（12)限定了操作機構腔室 (68)，所述操作機構腔室（68)與所述流體腔室（20)密封隔開，並且其中所述至少一個致動 器（36、40)和所述致動器控制系統（44)大致設置在所述操作機構腔室（68)中。
11. 一種用於校準噴槍組件（10)中的針升程的方法，所述噴槍組件（10)具有殼體 (12)、操作機構（14)和用於校準針升程的系統（80)，所述殼體（12)至少限定了流體腔室 (20)，所述流體腔室（20)具有流體入口（22)和噴嘴（26)，所述流體腔室（20)經由所述 流體入口與流體供應裝置聯接並流體連通，所述噴嘴具有開口（30)和繞所述噴嘴的開口 (30)的內表面設置的針座（34)，所述操作機構（14)具有針（42)、致動器控制系統和電動 的至少兩個致動器（36、40)，所述針具有近側端部和遠側端部，所述針的近側端部聯接到所 述螺線管，所述針的遠側端部被成形為用以密封地接合所述針座，所述針的遠側端部設置 在所述流體腔室中，所述至少兩個致動器包括螺線管和步進螺線管組件，所述螺線管被構 造成用以使所述針在第一位置和第二位置之間運動，在所述第一位置中，所述針的遠側端 部密封地接合所述針座，在所述第二位置中，所述針的遠側端部與所述針座間隔開，所述螺 線管具有可運動的致動器構件，所述步進螺線管組件利用所述螺線管彈簧聯接到所述螺線 管，所述螺線管彈簧設置在所述步進螺線管組件和所述螺線管之間，所述步進螺線管組件 具有線路導體，所述線路導體被構造成與電源電氣連通，所述步進螺線管組件被構造成用 以接收來自所述致動器控制系統的輸入命令並且響應於所述命令而使螺線管在所述殼體 中增量地運動，所述致動器控制系統被構造成用以控制所述螺線管組件和所述螺線管以便 使所述針在所述第一位置和所述第二位置之間運動並且控制所述步進螺線管組件以提供 對所述針位置的精細調節，所述至少兩個致動器具有初始構造和校準構造，用於校準針升 程的所述系統（80)包括致動器傳感器（82)、校準模塊（84)和針位置模塊（76)，所述致動 器傳感器（82)被構造成用以檢測所述步進螺線管組件的線路導體（46)中的電流的變化並 且提供輸出信號，所述校準模塊（84)在所述致動器控制系統（44)中被執行，所述校準模塊 (84)被構造成用以接收所述致動器傳感器（82)的輸出信號，所述針位置模塊（76)在所述 致動器控制系統（44)中被執行，所述針位置模塊（76)被構造成用以跟蹤所述針（42)的虛 擬位置，並且所述校準模塊（84)還被構造成用以檢測所述致動器傳感器的輸出信號中的 可識別的異常，所述可識別的異常表明所述致動器構件坐靠所述螺線管，並且所述校準模 塊響應於檢測到所述可識別的異常而記錄針虛擬位置數據，所述針虛擬位置數據表明所述 針（42)的當前位置對應於噴槍的校準構造，用於校準針升程的所述方法包括： 設置步驟（200)，將所述噴槍10設置在所述校準構造中； 監測步驟（202)，監測所述步進螺線管組件的線路導體（46)中的電流； 檢測步驟（204)，檢測所述電流的特性中的可識別的異常； 設置步驟（205)，將所述噴槍（10)設置在所述初始構造中；以及 清零步驟（206)，將所述針位置模塊（76)清零以便將當前針位置記錄為所述針（42)的 第一位置。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述可識別的異常是電流特性的變化。
13. 根據權利要求11所述的方法，其中所述可識別的異常是通過電流變化測量到的線 圈的感抗的變化。
14. 根據權利要求11所述的方法，其中所述可識別的異常是針（42)的螺線管座置異 堂 巾。
15. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述針位置模塊（76)被構造成用以記錄發送 到所述至少一個致動器（36、40)的脈衝的數量，並且其中將所述針位置模塊（76)清零以便 將當前針位置記錄為所述針的第一位置的所述清零步驟（206)包括改變步驟（212):將記 錄的脈衝的總值改變為零。
16. 根據權利要求11所述的方法，其中所述針位置模塊（76)包括針位置模塊寄存器 (77)，所述針位置模塊寄存器被構造成用以記錄表明虛擬針位置的數據，並且其中將所述 針位置模塊（76)清零以便將當前針位置記錄為所述針（42)的第一位置的所述清零步驟 (206)包括清除步驟（214):清除所述針位置模塊寄存器（77)。
17. 根據權利要求11所述的方法，其中當所述流體腔室（20)填充有液體時，進行將所 述噴槍（10)設置在所述校準構造中的所述設置步驟（200)、監測具有線路導體（44)的所述 至少一個致動器（36、40)中的電流的所述監測步驟（202)，檢測所述電流的特性中的可識 別的異常的所述檢測步驟（204)以及將所述針位置模塊（76)清零的清零步驟（206)。
【文檔編號】B05B1/30GK104284733SQ201380024797
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年2月19日 優先權日:2012年5月15日
【發明者】N·A·祖姆伯格, S·W·霍爾特 申請人:斯多裡機械有限責任公司