喷涂设备 静电喷枪

数字化粉末喷涂控制系统的应用发展

作者: 添加日期:2012/11/26 16:34:29 出处: 点击次数:

一、前言
计算机技术的飞速发展已给当今世界的各个方面都带来了很大的变化。现代
汽车无需驾驶员的帮助,发动机的计算机管理系统从众多的传感器那里采集数据,并且依此调整发动机的各项参数,从而获得优异的动力性,高度的可靠性和燃料经济性。同样的情况发生在当今运用广泛的粉末喷涂流水线上,功能强大的计算机硬件和软件无形地密切配合,实时地采集和处理喷涂过程中的各项数据,并做出相应的调控,从而获得优化的粉末输运性能,更优的喷涂质量,更长的系统寿命。并且还在很大程度上提高了粉末使用的经济性。
本文论述了数字控制技术在当今粉末喷涂领域内的一些成果和发展。这些成
果和发展在提高喷涂质量、提高粉末使用的经济性、降低部件磨损,尤其在大喷涂流水线上大幅提高操作性能与改善性能方面都起到了重要的作用。
 
二、数字控制技术在手动静电粉末喷涂设备上的应用
静电输出参数KV和μA(静电高压和电流)是静电粉末喷涂喷涂设备上重
要的控制参数,在实际的喷涂操作中,工件形状的不同,喷枪与工件之间距离的变化,粉末品种和出粉量的大小都要求静电参数做出相应的调控。否则在克服涂膜反电离现象、法拉第屏蔽效应等问题以及获得良好的粉末经济性和涂膜质量方面都难以获得好的结果。传统的手动静电粉末喷涂设备通常具有图1(a)和图1(b)所表示的静电特性。
 
                        图1(a)                                                               图1(b)
 
随着喷枪与工件的距离的减少,喷枪与待喷工件之间的空间会大幅度地减
少。如果此时的静电高压电流像图1(a)所示的那样大幅度增加的话,则将造成这段空间内的自由离子(通常带负电)也将会增加许多。正是由于这些多余的自由离子将大大加剧涂膜的反电离现象和催化法拉第效应。严重破坏涂膜的质量的同时也大大降低了上粉率。正因为如此,图1(a)所示的静电控制方式已被淘汰。图1(b)所表示的静电特性是相对于图1(a)的一种改进,它引进了电流反馈闭环控制(恒流特性)。虽然在一定程度上改进了上述问题,但简单的电流控制仍无法限制过多生长出来的自由离子。因此,虽然这种静电控制方式在国内还在大量使用,但从目前的发展来看,图1(b)所表示的静电控制特性也势必被淘汰。图1(c)所示的静电控制特性是目前公认的比较理想的一种,可在很大程度上改善上述问题,从而取得较为优异的喷涂综合效果。
 
 
图1(C)所示的静电控制要求是普通的硬连线电子控制电路难以达到的,
它要求智能计算静电高压和电流的变化。解决这个问题的办法就是引入以单片微处理器(microprocessor)为基础的数字化控制系统。如图1(d)所示。国内外先进的静电粉末喷涂设备制造商已经成功地开发出这类设备,并已经应用到实践中。实际应用的结果显示,这种以单片微处理器(microprocessor)为基础的手动静电粉末喷涂设备在喷涂各种形状的工件时,在克服法拉第屏蔽效应和反电离现象从而提高喷涂质量和粉末经济性方面都有明显的成效。
 
三、供粉量数字化闭环控制系统
国外某公司在对由操作者手动调节减压阀来控制供粉量的传统喷涂系统与
具有数字化供粉量闭环控制的现代喷涂系统进行了一系列的对比试验。在试验中,操作员用传统的减压阀将出粉量设定到某个固定值(210g/min),该供粉量是喷涂某一工件达到规定涂膜厚度所需要的最小供粉量。本试验对实际达到的供粉量进行了测量,并且重复测量20次,其结果如图2所示。
 
 
 

                                                              图2
 
测试数据表明,在实际条件下,一个训练有素的喷涂操作员靠手动调节设定210g/min的供粉量值的情况下,传统的喷涂系统实际平均供粉量为238g/min。之所以得到这样一个平均供粉量值是由于多种因素所造成的,例如,操作员观察仪表显示的准确性和仪表本身的显示精度,减压阀调控精度,更重要的是在喷涂过程中,供粉气和雾化气流量的波动所造成供粉量的波动。
图2中另一条曲线表示的是采用先进的供粉量闭环数字控制模块对供粉量进行控制而产生的试验结果。通过对供粉气和雾化气实行闭环控制,在同样规定的210g/min供粉量的要求和设定下,实际获得了平均214g/min这样一个令人满意的结果。
在实际的喷涂过程中,外部环境的变化会对喷涂的结果带来重要影响。例如,供粉装置的气源输入就是一个不断波动的重要影响因素。输粉气和雾化气流量的变化将直接造成供粉量的变化。为了得到稳定的供粉量,必须实时地测量这些变化,并做出相应的调控,从而得到稳定的供粉量。一个实际的办法是对输粉气和雾化气实现闭环控制的办法(见图3)。在这个闭环控制系统中,数字流量调节模块分别对供粉气和雾化气的流量进行实时测量,并将其转化为电信号来控制气电比例阀。数字流量调节模块采用PID(比例-积分-微分)调控算法,快速、稳定地控制输粉气和雾化气的输出始终保持在给定的值上,保证供粉泵有稳定的气源输入,从而保证了供粉泵有稳定的供粉量输出。
 

 图3

 
 
 
四、自动喷涂生产线喷枪开/断控制系统
在自动喷涂生产线的运行中,很多实际情况是不同形状和尺寸的工件同时被挂在同一条输送链上,如图3所示。不仅工件之间存在水平间隔,而且不同工件由于高度不同,造成垂直方向上有高度差。如果喷枪不考虑这些水平空档和高度差,则会造成许多粉末被空喷进喷室内,而不是被喷到工件上。为了减少由此引起的浪费,现代自动喷涂生产线上应用了喷枪自动开/断控制系统。这个控制系统在工件之间的间隔处会自动停止部分或全部喷枪的出粉。并且当工件不同时还会自动调整往复机的行程,以防止粉末被空喷到喷室之中。
 
 

图4

达到上述目的的办法是在喷室入口处引入阵列式光传感器(或称光幕),用以自动检测工件存在与否以及工件的尺寸和外形。光幕提前给喷枪发出信号,以保证当工件经过喷枪设备时,自动开启所需的喷枪进行喷涂。
具有喷枪开/断控制系统的喷涂作业从减少喷枪的空喷中不仅可节约粉末,而且减少了喷枪部件的磨损。在节约粉末的同时,也减少了加粉的次数,节约了工厂的人力成本。
 
五、喷涂参数的快速设置、保存和重复性的保证
由计算机控制的喷涂系统允许不同部件的喷涂参数被保存起来和重新调用。
例如静电高压、电流,喷枪触发定时以及提前和滞后值,任意一把喷枪的输粉量参数的设定值都可以被保存起来并且可随时调用。
对于传统的喷涂生产线而言,把每一把喷枪的这些参数都设置好是很费时和
费力的,不仅设定误差大,而且随工件或环境的变化时都需重新设定,其重复性、准确性和快速性都远不及计算机控制系统。数字控制技术提供了把大量的操作参数的设定与调整一部到位的能力。现代计算机的存储技术发展迅速,并且成本低廉。例如大容量闪存卡(flash memory)被方便地用于存储大量的喷涂操作参数。整个喷涂控制系统的操作被集中在一个操作面板上,操作员可方便地、快速地和几乎透明地进行操作。
 
六、计算机控制系统的工具和应用的扩展
以计算机为基础的喷涂控制系统使得大块参数的保存和复制以及为不同工
件编辑参数变得十分的方便。图象式操作屏也使得操作培训变得十分容易,并大大地减少了因语言因素而带来的困难。文件式记录可准确地把生产线上喷涂的内容呈现给操作者,因而避免了由于眼睛和手操作带来的错误。同时,喷涂操作控制功能的增加可通过软件来实现而不是再重新购买控制器来实现。
当把喷涂控制系统与其它系统通过接口联系起来时,人们还可以看到一个更
为广泛的应用前景。例如,把喷涂数据通过工厂的局域网(LAN)输送到质量控制系统ISO9000或数据统计软件(SPC)时,则整个工厂的生产计划管理和质量控制的功能就会变得更加的强大。
 
七、结论
粉末喷涂控制设备的控制技术正朝着一个以计算机为基础的数字化控制方

向发展。应用数字化控制技术的手动和自动喷涂系统不仅大大提高了喷涂质量和粉末使用的经济性,同时通过交互式操作软件还提供了快速的、准确的、可重现的参数设置、记忆以及重新调用的功能,大大提高了劳动生产率和操作的便捷性。


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