处理涂料组分的设备和方法.pdf

一种用于处理涂料组分的设备。该设备包括：至少一个液体分配装置，例如涂料施用系统的分配泵或搅拌器；至少一个传感器，其用于确定在液体分配装置的操作期间液体分配装置中涂料组分的流动性质；控制单元，其响应于来自传感器的输出信号以生成体现涂料组分的流变性能的参数。

1.  一种用于处理涂料组分的设备，所述设备包括：
至少一个液体分配装置；
至少一个传感器，其用于所述装置的操作期间确定在液体分配中的涂料组分的流动性质；
控制单元，其响应于来自所述传感器的输出信号而生成参数，所述参数体现了所述涂料组分的流变性能。

2.  如权利要求1所述的设备，包括至少一个用于驱动所述液体分配装置的电机，其中所述传感器是用于确定一个或多个电机性能参数的传感器，所述一个或多个电机性能参数对应于所述电机受到的阻力。

3.  如权利要求1或2所述的设备，其中所确定的参数包括所述电机施加的扭矩、电机速度和/或电流消耗。

4.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述传感器包括测压元件，编码器和/或电流测量电路。

5.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元基于所确定的扭矩调节所述电机的速度。

6.  如权利要求5所述的设备，其中所述控制单元被编程以基于由速度的变化导致所述电机所消耗的电流的变化而生成反馈信号。

7.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述液体分配装置包括泵，例如活塞式泵或旋转式泵。

8.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述参数是在由所述泵分配行程的过程中确定的，并且其中所述控制单元被编程以将所确定的参数与作为时间和/或温度的函数的设定值进行比较。

9.  如权利要求7或8所述的设备，其中所述泵是分配器的一部分，所述分配器如涂料施用系统的分配器。

10.  如权利要求7、8或9中任一项所述的设备，其中所述电机是具有编码器的电动机，其中，所述参数包括通过所述编码器检测到的转子运动。

11.  如权利要求7至10中任一项所述的设备，其中，所述电机是步进电机，其配备有原点传感器和/或绝对编码器，其中，所述参数包括使所述步进电机的所述转子返回所定义的原位置所需的步进数。

12.  如权利要求10或11所述的设备，其中所述控制单元被编程以在所检测到的转子运动从设定值偏离的情况下，调节提供给所述电机的电能。

13.  如权利要求10、11或12中任一项所述的设备，其中所述控制单元被编程以基于所确定的转子运动和所述设定值之间的差异，计算表示所述涂料组分的状况的信号。

14.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述一个或多个分配装置包括在用于存储所述涂料组分的容器中的搅拌器。

15.  如权利要求14所述的设备，其中，用于驱动所述搅拌器的所述电机包括直流电动机，并且其中所述传感器包括电流测量电路。

16.  如权利要求14或15所述的设备，其中分配单元被连接至所述容器的出口，并且其中所述控制单元被编程成以响应于驱动所述搅拌器的所述电机的确定扭矩的降低而停止分配。

17.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制单元被编程以在所述所确定的参数超过阈值时，提供用户反馈。

18.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述一个或多个电机包括电动机，如步进电机。

19.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个传感器包括在所述液体分配装置的流动路径中的一个或多个压力传感器。

20.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个传感器包括在所述液体分配装置的流动路径中的一个或多个流动传感器。

21.  如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个传感器包括一个或多个重量传感器，如称量由所述液体分配装置所分配的所述涂料组分的量的称重秤。

22.  一种用于使用由电机驱动的液体分配装置处理涂料组分的方法，其中控制单元基于由所述电机遇到的阻力而生成信号。

23.  如权利要求22所述的方法，其中所述信号被用作用户反馈以表示所述涂料组分的状况。

24.  如权利要求22或23所述的方法，其中基于所确定的所述电机遇到的阻力来控制所述电机。

25.  如权利要求22、23和24中任一项所述的方法，其中所述电机是步进电机，并且其中所述电机的转子的旋转速度增加直到所述步进电机失速，并且其中当所述电机失速时，所述控制单元基于所述转子的速度计算所述信号。

26.  如权利要求25所述的方法，其中，所述电机的失速由编码器和/或原点传感器来检测。

处理涂料组分的设备和方法
技术领域
本公开涉及处理涂料组分的设备和方法，具体地涉及液体或粉末状涂料、漆料、染剂、染料组分或着色剂，例如液体或粉末状的着色剂浓缩物，颜料分散体(pigmentdispersion)，用于上色涂料的颜料膏。本设备可例如是或包括例如涂料施用系统的分配器和/或具有搅拌器的容器。
背景技术
涂料施用系统一般会使用许多不同的成分(例如基漆、颜料膏或者涂料模块)来配制所需要的涂料组分。每一种成分被容纳在被连接至或可连接至分配泵的独立的容器中。这些容器和泵可例如被部署在转盘上或者排列成一个或多个固定的横行。在US6,003,731中公开了这种涂料施用系统的示例。
为施用期望的颜色或合成物的涂料，应对所选定的组分进行精确计量。精确的计量是通过组分的流动特征随温度、剪应力(shear)和时间的改变而复杂化的。
所需要的分配泵的泵驱动能力取决于待分配的液体的流动特征和投料速度。对于涂料组分，由于变质(aging)和下沉的原因，这些流动特征通常随时间变化。这将导致颜料分配的计量和分配的不准确，并且最后导致成品涂料颜色或质量误差。
涂料组分常规地包括胶合物组分或树脂，其可在容器中长期存放期间趋于胶合或硫化。在一段时间之后，涂料组分的状况可使得泵的能力变得过低并且泵驱动系统不能起到所需要的作用。在极端情况下，涂料组分的状况可能变得很差而必须更换。由维护工程师来清洗容器和相关器械所需工作量高且昂贵。因此需要能够在较早阶段告知分配物的变质。
如果在分配期望分量的分配物之前，存放所选定的颜料分散体的容器中存放某一种分散体的那个容器清空，则会妨碍在涂料配备过程中准确计量所选定的涂料组分。
据此，目前需要一种用于处理涂料组分，尤其是涂料或颜料分散体的设 备或方法，其能够监控所使用的涂料组分的成分的状况，以例如能够更精确地计量或降低由于需要更换或再次填充所使用的涂料组分的成分而中断涂料配备过程的风险。
发明内容
一种用于处理涂料组分，例如涂料、涂料模块或颜料分散体的设备。该设备包括：
-至少一个液体分配装置，例如涂料施用系统的分配泵或搅拌器；
-至少一个传感器，用于在液体分配装置的操作中确定液体分配装置中涂料组分的流动性质；
-控制单元，其响应于来自传感器的输出信号以生成代表涂料组分的流变性能(rheologicalquality)的参数。
该设备可例如包括用于驱动液体分配装置的电机，其中所述传感器包括至少一个用于确定一个或多个电机性能参数的传感器，所述一个或多个电机性能参数对应于所述电机受到的阻力。
该传感器可例如包括：测量电机所施加的扭矩的测压元件(loadcell)或其它可适用的测量单元，确定电机的转子旋转的编码器，确定电机的转子何时返回所定义的原位置的原点传感器或重置传感器，和/或测量电机所消耗的电流的电流测量电路，或者任意其它可适用于确定电机性能参数的传感装置。
关于这一方面可注意到在WO98/16880中公开了一种泵系统，其包括测量流体压力的压力传感器。其并未公开对电机性能参数的测量。
关于使用在涂料组分处理范围外所测量的电机性能反馈的电机控制的公开，包括US6,709,240和US2004/0090197，其公开了一种离心泵，其中由泵电机中的电压和电流传感器检测电压和电流数据。然后由该电压和电流数据生成电能信号并进行光谱分析以确定泵中的低流动或机械扰动。US5,396,167揭示了一种方法，用于确定作为时间的函数的电机的实际电机电能的电机操作阀组合的操作性能。DE19536823公开了一种用于检测投料泵(dosingpump)操作参数的测试装置，该测试装置具有用于路径相关的测量变量的测量装置。在US2004/0085215、EP1510804和US2005/0089407中公开了例如用于检测泵系统中的故障和阻塞的系统。
所确定的参数可被用于提供关于待处理的涂料组分状态的反馈信息。该反馈信息可例如被用于提供关于液体状况的信息、至供应商的批处理状态信息、操作者指令、维护指令、相关阀或管的信号阻塞，或者清空和清洗容器的警示信号。该反馈信息还可被用于调节电机性能。
控制单元可例如被配置成基于所确定的扭矩控制电机的速度。控制单元被编程为，如果该速度改变，则基于由于速度变化导致的电机消耗的电流的变化而生成反馈信号。该信号指示了所处理的液体的状况。
液体分配装置可例如是或包括泵。在这种情况下，可在泵的分配行程的过程中确定该参数。控制单元被编程为将所确定的参数与作为时间的函数的设定值进行比较。该时间可以时间单元(秒)体现或者在使用步进电机时体现为步进数。
泵可为分配器(例如涂料施用系统的分配器)的一部分。交流或直流电机，尤其是步进电机通常可适用于这样的分配器，其能够进行精确测定。电动机可配备有编码器。这样的编码器可被用作通过计算步进数而确定步进电机的转子的旋转的量的传感器。在这种情况下，控制单元可被编程成如果确定的电机的旋转从设定值偏离则调节提供至电机的电能。控制单元则可被编程成基于所确定的旋转与设定值之间的差异来计算表示涂料组分的状况的信号。
可选地，步进电机可配备有原点传感器和/或绝对编码器，其使用使步进电机的转子返回所定义的原位置所需的步进数作为参数。
使用步进电机，关于电机的反馈还可通过获取来自例如所述步进电机本身的旋转信息来实现，而不是来自或者额外地来自编码器或类似的位置传感器的信息。这可例如通过将电机-电流监控用作反电动势(backelectromotiveforce)(BEMF)的反映来实现。电机扭矩直接与电机电流成正比。电机电流受BEMF的影响，因此可通过监控BEMF电机扭矩来确定。在失速期间不存在BEMF。不存在BEMF使得在给定的电压下线圈中的电势电流升高。由于电感中电流变化率与电感两端的电压成正比，所以在BEMF较小的情况下线圈中电流变化率更大。换句话说，电机线圈中的BEMF很小或没有，则电流迅速增加。备选地，可直接观察BEMF。BEMF直接与角速度成正比，因此可通过监控BEMF来监控电机速度。在D.Swanson和R.Stejskal，STMicroelectronics的2012年1月5日的文章“Back-EMFmethoddetects steppermotorstall”(可从www.edn.com的网址中获得)中公开了用于监控步进电机失速的可适用的方法。在US2006/038517中可找到电机的无传感器电磁场控制的方法的可适用的示例，在此结合其内容作为参考。
更换装置可例如包括在用于存储涂料组分的容器或罐中的搅拌器。这样的容器可例如用在涂料施用系统中。搅拌器用于使涂料组分均匀以阻止下沉。搅拌器可例如由交流或直流电动机驱动，同时该传感器包括电流测量电路。
分配单元可被连接至容器的出口。在所确定的电机扭矩的突然下降的情况下，控制单元可停止分配。
可选地，控制单元可被编程成在所确定的参数超过阈值时提供用户反馈。例如，用户界面可被用于通知操作者液体的状况是良好、危险，还是不可用。其可例如使用代码“Green”通知操作者该系统正处于预定义的操作窗口内正常操作，如果该系统处于危险的范围内则使用代码“Orange”，并且如果该系统太危险以至于不能操作和维护或需要维修则使用代码“Red”。
可选地，该至少一个传感器可包括在液体分配装置的流动路径中的一个或多个压力传感器，在液体分配装置的流动路径中的一个或多个流动传感器，和/或一个或多个重量传感器，例如称量由液体分配装置分配的涂料组分的量的称重秤。
另一方面，公开了一种用于使用由电机驱动的液体分配装置处理涂料组分的方法，其中控制单元基于电机遇到的阻力而生成信号。该信号可被用作用户反馈以表示涂料组分的状况。可选地，可基于所确定的电机受到的阻力来控制电机。
在该方法中可使用步进电机。这使其可以提高电机的转子的旋转速度直到步进电机失速。该控制单元然后可被用于在电机失速时基于转子速度计算所需的信号。电机失速可例如由编码器和/或原点传感器来检测。
附图说明
图1：示出了涂料组分处理设备的示例性实施例；
图2：示意性地示出了图1中的设备的容器；
图3：示意性地示出了图1中的设备的分配器，该分配器具有电机；
图4：示出了作为电机扭矩的函数的电流消耗；
图5：示出了作为电机速度的函数的电机扭矩；
图6：示出了在分配周期中作为步进电机的步进数的函数的电机扭矩。
具体实施方式
图1示出了用于分配涂料组分的设备1的示例性实施例的主要部件，该涂料组分如着色剂，基漆，以及诸如砌体涂料(masonrypaint)等用于装饰目的和/或工业用途的涂料组分。该分配设备1包括转盘2，其可通过驱动器(未示出)的方式围绕纵轴旋转，从而使转盘2在离散位置(discreteposition)之间旋转。在转盘2上安装有多个泵3，例如有16个泵。每一个泵3都与流体容器4相关联。
每一个容器4容纳涂料模块或颜料膏。
为了施用用户指定颜色或质量的涂料，控制单元选择所需要的涂料模块或颜料膏。然后，将所需要量的各选定的涂料模块或颜料膏分配至收集容器(未示出)中形成期望的涂料。
图2示意性地示出了容器4的横剖视图。容器4容纳涂料组分5并包括搅拌器6，搅拌器6具有带搅拌叶片8的纵轴7。在本示例性实施例中该搅拌器6由直流电机9驱动。在容器4的底部设置有出口11，该出口11具有活塞式泵12，用于分配期望量的所容纳的流体。
为阻止下沉，搅拌器6搅拌在容器4中所容纳的液体5。电机9以给定的扭矩来驱动搅拌器6。该所需扭矩将随着所容纳的液体5的水平和状态而改变。电流测量电路13确定电机9消耗的电能。所消耗的电能表示电机9遇到的阻力以及液体5的状况。如果所使用的电能超过预定值，则控制单元可提供信号以警示液体5的状况已经变得太差。然后可清空容器4并进行清洗，并用一定量的新鲜液体再次填充容器4。如果所用电能下降，这可能表示该容器4已经排空。则可告知操作者再填充容器4。
如图3中示意性地示出的，活塞式泵12也包括电机16。在本示例性实施例中，电机16是步进电机，其具有确定电机速度的编码器17。测压元件18确定电机16施加至活塞式泵12的扭矩。编码器17和测压元件18连接至控制单元19。在容器4清空的时刻，活塞式泵12接收空气而不是液体，并且所需要的扭矩立刻下降。作为响应，控制单元19停止活塞式泵12的吸入行程并且停止分配。记录当前所分配的液体的量。告知操作者再次填充容器 4。在重新填充之后可继续并且完成分配。
分配周期包括一系列的泵压作用，以所要求的流动速度来分配所需量的液体。为执行分配周期，控制单元19致动活塞式泵12。控制单元19启动设定的电机速度。如果液体的状况良好，则所分配的液体的流动速度如所预期的那样。如果液体的状况较差，则编码器17所确定的电机速度将偏离该设定速度。然后控制单元19将调节电能和电流消耗。如果电机19消耗的电流处于其最大值，则编码器确定的实际电机速度与所述设定速度进行比较。该偏离指示了液体的实际状况。在测量到的偏离的基础上生成信号以通知操作者。
图4示出了作为电机扭矩的函数的消耗电流或电能。在A点处泵驱动扭矩和泵驱动电流相当。如果液体状况变差，则需要更高的扭矩来泵压液体(B点)。在这种情况下，控制单元可使电流增加至更高的水平(C点)。在A点和C点之间的电流消耗差异指示了被处理液体的状况的变化。
图5示出了作为电机速度的函数的最大可用电机扭矩。在现有技术的系统中，电机扭矩保持在最大可用电机扭矩以下的水平，在该速度下，使得系统能够处理液体状况的变化。参考图5，在给定电机速度下，电机扭矩被设置在A水平，在该电机速度下可用的最大电机扭矩以下的一定比例处。当液体状况变差至一程度，在该程度在给定速度值需要电机扭矩B时，电机速度降至在C点的电机速度。在该速度下再一次处于最大可用扭矩以下。本公开使其有可能在每一个电机速度值处使用最大可用电机扭矩。因此，在A点的扭矩现在可执行更高的电机速度E。如果出现B点的状况，控制单元将速度降低至E'而不是C。在所有情况下，电机速度都比在现有技术设定下更高。
通过图3中的配置，所测量的扭矩可作为时间的函数，例如，该时间表示为步进电机的所计步进数(例如图6中的曲线A)。其可与正确执行的分配周期的参考函数(图6中的曲线B)进行比较。图6中的曲线A示出电机扭矩突降，这表示所容纳物被清空。通过将在分配周期期间所测量到的曲线与参考曲线进行比较，控制单元可调节泵的驱动性能或者甚至停止分配，例如，在容器为空的情况下。