JP2005525236A - スプレー装置において表面の回転速度を検出する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

飲料缶などの回転物体の表面へ材料を塗布するためのスプレー塗布システムであってこのシステムはスプレー動作中に表面の実回転速度を検出する検出器を有する。これによりコントローラは、塗布装置へのトリガー信号を調節することができ、信号は回転速度に基づいて調節されて、余分なコーティングを最小限にすることができる。例示として、レーザセンサが使用される。速度検出器を使用することで、回転表面に材料を完全に巻き付けるように、また、部分的に巻き付けるように塗布することができる。

Description

本願は、発明の名称を「缶の回転を検出し、スプレー重量を修正する装置」とする、２００２年５月１３日に出願された、米国仮特許出願第６０／３７８，００８号を基礎とする利益を要求し、同文献の全文をここで参照によって引用する。
本発明は一般的には、回転表面に材料をスプレーするための装置及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、物体の検出された回転速度の関数として、または回転速度に基づいて、回転する物体の表面にスプレーする装置及び方法に関する。

回転する物体の表面に材料をスプレーすることは、一般的に行なわれている。例えば、金属製の飲料缶の内面にコーティングすることで、内容物の風味を金属面との接触により変質することから保護している。長年にわたって様々なスプレー装置が開発されてきた。缶の産業界においては、缶の内面はスプレーを行なうために、缶の内面近くに配置された１以上のノズルを有する１以上のスプレー塗布装置が使用されている。缶を回転させながら、缶の表面に材料をスプレーする。缶の表面というときには、内面と外面とが含まれる。

多くの用途において、表面全体が確実にコーティングされることが重要である。表面に塗布される材料の量は通常、コーティングの重量によって測定される。コストの低下へ向けた努力が進められる中にあって、コーティングの重量もまた削減されている。しかし、コーティングの重量を小さくするには、コーティングのプロセスにわたって、より厳密な管理していくことが必要である。コーティングの重量に影響するプロセス変数は数多くあって、それらには、温度、圧力、粘度、スプレー持続時間、ノズルの流量、及びパターン制御、並びにスプレー塗布器の位置などが含まれる。典型的な公知の回転コーティング塗布装置においては、容器の円周表面への材料の各回の被覆を巻き付けと呼んでいる。公知技術による缶のコーティング装置では、缶のコーティングは、１回の巻付け又は２回若しくはそれ以上の回数の巻き付けとして行なわれる。

回転する表面へ塗布される材料の量は、前述のプロセス変数、巻付けの数、及び表面の回転速度についての関数となる。仮に回転速度が常に既知の定数であったとするならば、作業者が他のプロセス変数を制御できる能力内で、表面に塗布される材料の量を、より良く制御できることであろう。しかし実際には、スプレーされる表面の回転速度を一定に維持することは非常に困難である。その結果、前述した他のプロセス変数が、コーティングの重量及び各回の巻付けの完全性に対して、はるかに大きな影響を与えることになる。例えば、実際のスプレー時間は、回転表面に塗布されるコーティング材料の量に、大きく影響する。スプレー時間とは、スプレーされる表面にコーティング材料が衝突している時間の長さである。よって、スプレー時間は回転速度の関数として、スプレー塗布装置を通る材料の流れ特性や、材料の輸送時間、及びスプレー装置のターン・オン及びターン・オフの時間遅れによって影響を受ける。ターン・オン時間遅れとは、スプレー塗布装置へ第１のトリガー信号でスプレー塗布装置をオンするコマンドを発してから、表面に材料が衝突し始める実際の時刻までの間の時間遅れをいう。ターン・オフ時間遅れとは、スプレー塗布装置への第２のトリガー信号を介してスプレー塗布装置をオフするコマンドを発してから、表面への材料の衝突が停止する実際の時間までの間の時間遅れをいう。回転速度が一定ではないならば、スプレーの持続時間は、巻き付けの完全性及び各回の巻き付け中に塗布されるコーティング重量に対して、大きな影響を与える。

公知技術による缶のスプレー装置においては、缶あるいは表面を所望の速度で回転させるような適当な駆動機構により缶を回転させている。このような駆動機構は多彩であって、限定せずに例示すれば、ベルト駆動装置や真空チャック装置などが含まれる。たとえ、駆動モータないし機構が回転速度に関して充分良好に制御されたとしても、そうした速度データはスプレーされる表面の既知の回転速度に移し変える必要があるわけではない。例えば、ベルト駆動装置にあっては、缶は回転ベルトとの接触によって回転する。しかしながら、ベルトと缶との間には、相当なスリップが存在することがある。真空チャック装置においても、缶とチャックとの間にスリップが存在することだろう。さらに、駆動機構の回転速度を精密に制御するためにはコストを要し、それはスプレー塗布装置の全体的なコストに加算される。

この発明の以前には、回転スプレー塗布装置は、スプレーされる表面の実際の回転速度を考慮に入れていなかったと考えられる。むしろ、従来の努力が注がれていたのは、コーティング重量に影響を与える他のプロセス変数を制御したり、駆動機構の回転速度を制御することによって缶の回転速度を間接的に制御しようとする試みである。しかしながら、実際の表面回転速度は変化することから、またさらに、回転速度の関数としてコーティング重量には影響を与える追加的なプロセス変数が多すぎることため、必要な巻付け数を確保するように表面を余分な塗布を施す必要がある。この余分な塗布における過剰なコーティング材料は約１５〜約３０％以上のオーダーに達することもあって、スプレーされる材料の実質的な無駄につながることになる。余分な塗布は、それぞれの缶のスプレーに、より長時間を要することから、全体的な缶の処理時間を遅延させることにもなる。さらに、様々なプロセス変数についての厳密な制御が全体的に欠けているために、公知のスプレー塗布装置にあっては、表面に塗布されたコーティングの巻き付けの品質について、視覚的又はその他の検証を行なうという、費用のかかる検査要求を余儀なくさせられていた。

従って、公知の装置についての前述した制約を解消ないし緩和できるような、回転物体の表面に材料を塗布する方法及び装置の提供に対する要望が存在する。

本発明がひとつの観点において想定している回転可能な物体に材料を塗布する材料塗布装置では、検出された実際の物体の回転速度の関数として、塗布時間が制御される。検出された「実際の」回転速度とは、駆動機構の回転速度特性から間接的に検出するというのとは対照的に、回転する物体の速度を直接的に検出するという意味である。ひとつの実施形態による物体の表面へ材料をスプレーするための装置は、物体を回転させる駆動機構と、物体の回転中に物体の表面へスプレーを行なうスプレー機構と、物体の回転速度の関数としてスプレー機構を制御する制御機構とを含んでいる。特定の実施形態においては、物体の回転速度は、物体の回転中に物体の特徴を検出する非接触センサによって直接検出され、検出結果は速度信号に変換される。ひとつの形態では、センサは物体上の１以上の目印を検出するようなレーザ検出器から構成される。

本発明の別の観点によれば、検出された表面の回転速度に基づいて塗布機構を制御することによって、回転する表面への材料を塗布する。ひとつの実施形態においては、回転表面へ材料を塗布する装置は、表面の回転中に表面へ材料を塗布する塗布機構と、表面の実回転速度の関数として塗布機構を制御する制御回路と、を含んでいる。ひとつの例示的な実施形態においては、実際の回転速度は、回転表面における１以上の特徴の動きを検出するようなセンサによって検出される。

本発明の観点による方法によれば、スプレー機構の予測的制御は、検出された実際の回転速度の関数として物体が１以上の完全な又は部分的な回転が完了したか否かの判断に基づいて行なわれる。ひとつの実施形態においては、スプレー塗布装置は、物体について検出された実際の回転速度に基づいてオンとオフとが切り替えられて、物体への材料の塗布は、所定の数の物体の回転、例えば、選択可能な数の部分的な及び／又は完全な巻付けと、ほぼ一致する。他の実施形態による方法においては、物体について検出された最低回転速度に基づいた所定の時間長さにて、スプレー塗布装置のオンとオフとが切り替えられる。さらに別の実施形態による方法においては、物体の回転速度の検出に失敗した場合には、初期設定の時間長さにて、スプレー塗布装置のオンとオフとが切り替えられる。

本発明の別の観点によれば、材料塗布機構の動作を制御するための制御システムは、塗布機構によって材料が塗布されるような表面の実回転速度を検出する、非接触式の回転速度検出器を含んでいる。ひとつの実施形態においては、速度検出装置は、回転する表面上にある１以上の目印を光学的に検出するようなレーザセンサを含んでいる。レーザ検出器が発生する信号は、表面の回転速度に対応している。制御装置は、かかる速度に関連した信号を使用して、材料塗布機構の動作を制御する。

本発明の上述の及びその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明及び添付図面によって容易に認識され理解されるだろう。

１．序説
本発明は、回転する表面へ材料を塗布するための装置及び方法に関する。本発明のひとつの観点によれば、物体の検出された実際の回転速度に基づき、回転する物体の表面へ材料を塗布するような塗布機構の動作を制御する装置及び方法が提供される。本願において例示する実施形態として示される発明は、回転する缶状物体の内側の表面へ、例えば水性及び／又は溶剤型塗料であるコーティング材料などのコーティング材料をスプレーするような、スプレー・コーティング方法及び装置において使用される。例えば、２つまたは３つに分割した缶状物体の内面や、外側ドームスプレーなどに、コーティング材料が塗布される。

本願では、本発明について、その装置及び方法の様々な特有の態様及び機能を特に参照して説明及び例示するけれども、そうした例示や説明は例証を意図するものであって限定的な意味に解釈されるべきではないことを理解されたい。例えば、本発明は、回転する表面への材料の塗布を含むあらゆる材料塗布装置に利用することができる。表面は、缶の表面である必要はなく、内面である必要もなく、外面や、略平坦な面、曲面、その他の幾何学形状の面などが含まれる。本願において例示する塗布装置はスプレー塗布装置であるが、“スプレー”という用語に限定するものではない。本発明は、例えば、蒸着や、コーティング、刷毛塗り、及びその他の接触式及び非接触式の塗布装置など、他の塗布技術についても、また、液体及び非液体のコーティング材料についても、同じく適用することができる。コーティングされる表面は、多数の異なった技術及び装置によって回転させることができ、本発明はなんら特定の回転技術に限定されるものではない。従って、本発明は、検出された表面の実回転速度に基づいて、回転する表面へ材料を塗布するという塗布機構の制御についての概念に広く及んでいる。

さらに、本発明の様々な観点は例示的な実施形態の様々な組み合わせとして具体化されて、本願において開示及び例示される。しかしながら、これらの様々な観点は、代替的な実施形態においては、単独で、または、別の様々な組み合わせとして実現される。いくつかの代替的な実施形態については本願にて開示されるけれども、本願の開示は、利用可能な代替的な実施形態を完全にないし徹底的に列挙することを意図してはいない。当業者は、たとえ本願中に明示されていないとしても容易に、本発明の範囲内において、本発明の１以上の観点を、追加的な実施形態に採用することができる。さらに本願において、たとえ、いくつかの特徴及び観点並びにそれらの組み合わせが、好ましい形態、機能、配置、又は方法を有するものであると開示されていたとしても、それらの説明は、特に明言した場合以外、そうした好ましい開示が要求され又は必要的であることを示唆する意図ではない。本願に開示された実施形態に置換され又は代替されるものとして、公知の又は将来開発される、追加的及び代替的な形態、機能、配置、又は方法を、当業者は容易に認識することだろう。

２．本発明の実施形態についての詳細な説明
図１を参照すると、材料塗布装置１０は、ワークピースＷの表面へ材料を塗布するもので、ワークピースホルダ（図示せず）を有している。図示の実施形態においては、ワークピースは缶である。ワークピースホルダは、缶回転駆動機構１２の一部分であって、該機構は、公知の又は将来開発される広範囲の周知の装置のうちの任意のものである。そうした装置は代表的には、星形のホイールを使用して、スプレーされるべき複数の缶を保持する。スプレーされるべき缶はポケットに入れられて、駆動ベルトやホイールその他の適当な装置によって、缶の長手軸線を中心として回転させられる。典型的な駆動機構１２は、缶を約５００ｒｐｍから約３０００ｒｐｍにて回転させるけれども、本発明は、なんら特定の範囲の回転速度に限定されるものではない。本発明で用いるのに適した駆動機構の例は、米国特許第３，４５２，７０９号、米国特許第３，７２６，７１１号、米国特許第３，７９７，４５６号、米国特許第４，３７８，３８６号、及び米国特許第５，２５４，１６４号に開示されているので、これらの全ての開示をここで参照によって引用する。本発明を完全に理解し認識する上で、駆動機構についてのそれ以上の説明は必要ではない。本発明においては、駆動機構が厳密に制御された回転速度にて缶を回転させることは、必要条件にならない。

塗布装置１０はさらに、材料塗布機構１４を含んでおり、該機構は、代表的には例えば飲料缶の内面などの、回転するワークピースの表面へ、材料Ｍをスプレーその他の方法によって付着させないし塗布する。特定の塗布機構ないし塗布装置１４の選択は、多数の要因に依存するだろうけれども、そうした要因には、限定されないが、塗布される材料の粘度などの特性、流速、求められるスプレーパターンがあるならば該パターン、温度、圧力などが含まれる。本発明においては、任意数の多くの異なるタイプの塗布装置を使用することができる。それらのひとつの例としては、オハイオ州ウェストレイクにあるＮｏｒｄｏｓｏｎ社から入手可能な、型名Ａ２０ＡやＭＥＧなどのスプレー塗布器がある。しかしながら、本発明においては、公知の又は将来開発される、多くの異なる態様及びタイプの塗布装置を使用することができることを当業者は容易に理解するだろう。本願の以下の記載においては、しばしば塗布機構をスプレー塗布器と称するけれども、そうしたスプレー装置を用いることに発明を限定する意図はない。

塗布機構１４は、多数の制御信号及び制御命令に応答して動作するものであるが、本発明において主に関心事となる信号は、オン／オフ制御命令１６である。この制御命令は代表的には、スプレー塗布器１４にターン・オン及びターン・オフを指令する１以上の電気的又は空気圧的なトリガー信号の形態で実現される。スプレー塗布器１４は、制御機構１８から制御命令１６を受ける。制御機構１８は、例えば、プログラム可能な任意のデジタル式又はアナログ式の制御回路の形態であるような電気的回路として実現される。しかしながら、適切な用途においては、機械的制御を含むその他の制御機構を使用することもできる。制御回路１８の制御命令には、スプレー塗布器１４の制御、駆動機構１２の制御、及びスプレー塗布器１４に対する材料供給源２０の制御が含まれる。供給源２０は、当業者に周知の、例えば多彩なポンプ供給装置のうちの任意のものなどの形態で実現される。

本発明においては、ワークピースＷの実際の回転速度を検出するために、速度検出器ないしセンサ２２が使用される。検出器２２は、典型的には電気信号である出力信号２４を生成し、該信号はワークピースの回転速度に対応した特性を有している。この速度信号２４は、制御回路１８に入力される。検出器２２は、図１の両方向矢印にて示すように、非接触式のセンサであることが、必須ではないが、好ましい。これにより、実際のスプレー作業中にセンサ２２が速度を検出できる能力は助長される。ひとつの実施形態においては、検出器２２はレーザセンサの形態にて実現されていて、ワークピース上にある１又は複数の目印又はその他の特徴を検出する。しかしながら、限定はしないが、その他の光学センサや近接センサなどを含むような、これ以外のセンサ技術を使用することもできる。

制御回路１８は、速度信号２４を受信して、可能ならば缶Ｗの回転速度を決定するように、プログラムされる。スプレー作業中には、信号２４が歪んだり中断したりする可能性がある。制御回路１８は、そうした発生を検出して、以下に述べる所定のやり方で応答する。制御回路１８はまた、近接センサ２８又はその他の適当な装置から、コーティングすべき缶が存在していることを示す、ポケット内に缶がある（ＣＩＰ）旨の信号を受ける。

ワークピースがスプレー作業のためにポケット内に滞在する時間は最小にすることが望ましい。滞在時間が短いほど、生産のスループット速度は高くなる。従って、制御回路１８は、必須ではないが、缶が完全に１回転するまでの時間にて、缶Ｗの回転速度を決定することが好ましい。制御回路１８は、代表的なスプレー中の缶の回転速度において、速度を計算し、検出された速度に対して制御命令１６を補償し又は速度が検出できない場合にはデフォルトの制御命令１６を選択し、及び所望の巻付数を完了するのに必要な最短時間にてこれらの制御命令を実行できることが必要である。従って、制御回路１８は、ＤＳＰ（デジタル信号処理）技術を用いたものなど、高速プロセッサの形態にて実現されることが、必須ではないが、好ましい。制御命令は主として数学的であるので、任意の適当な高速計算処理技術を使用することができる。しかしながら、いくつかの実施形態にあっては、そうした高速処理が不必要である場合もあって、それは特に、例えば制御回路１８が最低回転速度だけを検出すれば良い場合や、スプレーの持続時間がより長い時間である場合などである。そうした場合には、処理速度が低速であるコントローラを使用することができる。

制御回路１８と速度センサ２２とによって制御装置２６が構成されるが、かかる制御装置は、多くの缶回転式のスプレー塗布装置に組み込むことができる。制御装置２６は、実回転速度を検出し、それに従ってオン／オフ制御命令１６を調節することによって、余分なコーティングを最小にすると共に、スプレーポケット内に缶が滞在する時間を短縮することができる。従って、制御装置２６と、そこに具体化される方法とは、装置１０の全体とは独立した、サブ・コンビネーションであるとみなすことができ、それは、多くの異なるタイプの缶回転式の塗布システムに寄与することができる。

本発明は、ワークピースＷの検出された回転速度に基づいて行なわれる、多くの代替的な制御方法を想定している。追加的な実施形態は、当業者には容易に認識されるだろう。

好ましい制御方法においては、材料を塗布されるべき缶の表面についての検出された実回転速度に基づいて、制御回路１８は、スプレー塗布器のトリガー・オン信号とトリガー・オフ信号とを調節する。検出された速度を使用して、制御回路１８は、選択された数の巻き付けがいつ完了するのかを予測するようにプログラムされ、スプレーの持続時間は、所望の数の巻付けが完了する時に実質的に終了する。このことは、制御回路１８が缶の実際の回転速度を検出できる場合にのみ、高精度で行なうことが可能になる。任意的事項としてはさらに性能を高めて、制御回路１８が、塗布器の開閉の時間遅れを考慮に入れる、つまり時間遅れを補償するようにしても良い。

代替的な制御方法においては、制御回路１８は、少なくとも所定の最低回転速度にて缶が回転していることを検出する。そして、制御回路１８は、所定のスプレー時間による制御命令１６をスプレー塗布器１４へ与える。制御命令１６が前もって定められたスプレー時間長さの態様であるために、所望数の巻き付けが完了することを保証するには、制御回路１８は、最低速度に達していることを検出しなければならない。前もって定められる制御命令１６は、予想される又は平均的なスプレー塗布器の開閉遅れと、予想される又は平均的な缶の回転速度とに基づいて定められる。このデータは、例えばそれぞれの塗布器毎に、又は複数の塗布器の平均値として、経験的に得られる。従って、速度変動や塗布器の個々の速度に起因して、いくらかは余分なコーティングが発生するけれども、それでも、従来技術に比べれば、はるかに精度は良くなる。

前述した２つの制御方法のいずれかにおいては、缶の回転速度が何らかの理由で検出できない場合に、初期設定のスプレー時間による制御命令１６を使用することを任意的事項として含むことが好ましい。そうした場合には、たとえ缶の実際の回転速度データが得られなくても、適切なコーティングが保証されるように、制御回路１８は、単に初期設定の時間間隔によるスプレーを適用する。これは例えば、従来技術において使用されるのと同じ時間間隔であって、同様に余分なコーティングの結果になる。しかし、初期設定の時間を使用すべきか否かは、それぞれの缶毎に判断されるので、単に１以上の缶について実際の回転速度が検出されないという理由によっては、スループットが不必要に妨げられることはない。しかしながら、デフォルト時間モードが使用されるときには、オプションの警告信号その他の指示を発生させて、速度の検出に問題点があることをオペレータに知らせると良い。

制御回路１８は、異なる型式の塗布器についての、スプレー塗布器の様々な時間パラメータや、塗布される材料などを記憶するためのメモリを含むと共に、オペレータがパラメータを入力するために提供されるオペレータ・インターフェースを含む。さらに、制御回路１８は、駆動機構１２のための全体的な制御回路とは独立させても良いし又はこれと一体化させても良い。

図４は、検出可能な２つの特徴ないし目印３０，３２を備えた、缶Ｗを示している。缶が長手軸線Ｘを中心として回転すると、目印３０，３２は相次いで検出器２２の正面を通過する。検出器２２は、目印が検出されたことを示すパルスその他の信号を発生する。従って、目印間の距離Ｙが既知であれば、パルス間の時間差は、缶の回転速度に対応する。距離Ｙは、例えばラジアン、度、又は他の適当な単位によって表現される。

目印３０，３２は、それがセンサ２２によって検出可能であるならば、いかなる形態ないし形状のものであっても良い。目印が精密に位置決めされることは重要ではなく、例示的な実施形態においては、それらの相対的な関係が既知であるということに留意することが重要である。目印は、缶に塗布させたものであるか、又は缶のアートワークの一部分である。例えば、目印として、バーコードを使用することができる。変形例としては、その他の技術を使用して缶の実回転速度を検出しても良い。例えば、近接検出器を使用して表面変化を検出しても良い。光学的検出器（光学式マウスに使用されているようなもの）を使用して、缶の光学パターンの移動速度を検出しても良く、パターンは不規則でも良い。必要に応じて、公知の又は将来開発される、その他の技術を使用しても良い。

缶の１回転未満に速度を検出するためには、少なくとも２つの目印ないし検出可能な特徴が必要である。本発明においては、単一の目印を使用することもできるけれども、缶の速度を検出するまでに、缶がまる１周回転することが必要になる。

複数の目印を、缶の円周に均等に間隔を隔てて配置しているならば、部分的な巻付けを行なうことができる。例えば、４つの目印が９０゜間隔に設けられているならば、１／４の増分の巻き付けを実現することができる。目印の数は、分解能を決定する。例えば、２つの目印が１８０゜間隔になっていれば、巻き付けの分解能は半回転になり、また、８つの目印が４５゜間隔になっていれば、巻き付けの分解能は１／８回転になる。

図２は、本発明の好ましい制御方法について、例示的なタイミング・ダイアグラムを示している。水平軸は時間である。信号Ａは、ポケット内に缶がある（ＣＩＰ）旨の信号であって、時刻Ｔ１において、スプレーすべき缶が存在していることを示している。信号Ｂは、速度検出器の出力信号である。この例においては、信号Ｂは、缶の円周に等間隔に配置された３つの目印を用いて生成されていて、３つ毎の目印が検出されることが、最初に検出された目印を基準に、缶が完全に１回転したことに対応する。図示のトレース線Ｂは、パルスの間隔が等間隔になるように理想化されているが、実際には、回転速度の変動に起因して、いくらかの変動が生じることに留意されたい。

図２において、Ｔ２は最初の目印の検出に対応していて、Ｔ３は２番目の目印の検出に対応している（速度検出には２つの目印が必要である。）。一方、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は、速度検出に続く１回目の巻き付け中における後続の３つの目印の検出に対応している。そして、Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９は、Ｔ６に後続する、２回目の巻き付け中における続く３つの目印の検出に対応している。図２の例においては、２回転の完全な巻き付けを行なうことを想定している。

トレース線Ｃは、制御回路１８の内蔵タイマー機能である、速度検出時間（ＳＤＴ）を示している。ＳＤＴは、従来技術における缶の回転時間のオーダーである。このタイマーは、Ｔ１又はＣＩＰ信号の検出と同時に起動される。タイマーの持続時間は、Ｔ１０までになっていて、これは、制御回路１８が缶の回転速度を決定するのに充分な時間長さに対応している。タイマーは、図２に示す如く、速度が検出された後にはオフに切り替えられるが、必要に応じ速度が検出されるまでＴ１０は実際には延長される。しかし、必要ならば、装置１０は、スプレー中に速度の決定を更新し続けることもできることに留意されたい。制御回路１８が回転速度を決定できないならば、制御回路１８は、トレース線Ｄにて示される、初期設定のスプレー時間（ＤＳＴ）の持続時間を実行する。前述した警告信号と同様に、オプションとして、速度が検出できなかった旨のエラー、または、回転速度が過剰に遅い旨のエラーが、Ｔ１０の時刻に発生する。回転速度が過剰に遅い場合には、当該缶についてのスプレー作業は停止され、あるいは、コーティングは不適切である旨の警告指示を伴なって終了する。

ＤＳＴの持続時間は、Ｔ３にて開始して、Ｔ１１にて終了する。この時間長さは、従来技術と同じく、少なくとも２回の巻付けが確実に完了するように選択される。従って、Ｔ１１は、必ずＴ９を越えた時刻になるが、ここでのＴ９は、缶が２回転を正確に完了した、つまり２回の巻き付けが完了した時刻を示している。別例として、３回の巻付けが求められる場合には、Ｔ１１は、９回目の目印が検出される時刻を越えて伸びることになる。

トレース線Ｅは、理想化されたオン／オフ制御命令１６を示していて、スプレー塗布器は、予測制御方法の一部により、Ｔ１２にてオンに、Ｔ１３にてオフに切り替えられる。トレース線は、Ｔ１２については、Ｔ３つまり缶の速度検出後に厳密に一致するように、Ｔ１３については、Ｔ９つまり２回の巻き付けの正確な完了時に厳密に一致するように理想化されている。実際には、これらのガン・トリガー信号は、精密に目印と一致することはないであろうが、というのは、制御回路１８は、特定のスプレー塗布器についてのオン／オフ遅れや、温度及び圧力のパラメータ、及びその他の実スプレー持続時間に影響する選択可能なパラメータなどを補償するようにプログラムされるからである。従って、Ｔ１２からＴ１３までの時間間隔は、（図２では理想化されているけれども）、実際のスプレー持続時間を表わすことになる。トレース線ＤとＥとを比べれば、本発明による著しい利点は明らかである。トレース線Ｄは、前述の如く、本質的に従来技術を示していて、スプレー持続時間は缶の実際の回転速度の関数とはなっていない。トレース線Ｅは、本発明を用いたもので、所望の巻付数が完了した時に正確に、スプレー持続時間が完了している。従って、Ｔ１３からＴ１１まで、スプレー持続時間が短縮されることは、使用される材料がより少なく、余分なコーティングが少なく、結果的にコストが節約されることを示している。

図２を参照すると、本願にて開示された代替的な第２の制御方法を理解することもできる。かかる方法を思い出すと、スプレー持続時間は、スプレー塗布器の特性及びその他の選択可能なパラメータに基づいて事前に定められているこの技術が特に役立つのは、迅速なターン・オン又はターン・オフ時間をもったスプレー塗布器が使用される場合である。かかる方法においては、２回の巻付けを確実に完了するのに、いくらかの許容度ないし補償が必要であるために、時刻Ｔ１３はＴ９に精密には一致しない。しかし、缶の最低回転速度は検出されているので、Ｔ１３がＴ９から変動する量は、スプレー塗布器毎のターン・オン及びターン・オフ時間の変動に対してだけである。従って、Ｔ１３は、Ｔ１１に比べれば、はるかにＴ９に近くなり、よって依然として節約が得られる。好ましい方法と同様に、最低速度が検出されない場合には、ＤＳＴを使用することができる。

速度持続時間の命令は回転速度が高すぎるか、または、所望の速度範囲外にあるか、を検出するために使用することもできることに留意されたい。過剰な回転速度はコーティングの品質に影響することがある。

制御回路１８には求められるスプレー精度に応じて、スプレー塗布器のオン／オフ補償時間（代表的にはガン・オンとガン・オフとでは遅れ時間は互いに異なる。）、温度、圧力、粘度その他に関連した適切なデータがプログラムされ又は入力される。制御回路はこうしたデータを使用して、缶の実際の回転速度に相関させて、塗布器のトリガー信号に対し、必要な調節を計算する。従って、制御回路１８は、様々な制御パラメータと検出された速度とを使用して、所望の巻付数の完了時に又は必要ならば部分的な巻付けの完了時にスプレー持続時間の間隔を終えるのに、いつスプレー塗布器をトリガー・オフしなければならないのかを予測するように働く。

図３は、本発明に従った制御回路１８にて好適に使用される制御プログラムについての例示的な状態遷移図を示している。ステップ１００（状態０）においては、システムはポケット内に缶がある（ＣＩＰ）旨の信号を待ち受けていて、該信号を受けるとＳＤＴタイマーが起動される（図２のトレース線Ｃ）。ステップ１０２（状態１）においては、システムは、最初の目印が検出されるか、又はＳＤＴがタイムアウトするまで待っている。状態１において、ＳＤＴが満期終了したならば、システムはステップ１０４（状態４）へと分岐して、スプレー塗布器をターン・オンし、スプレー持続時間はＤＳＴに設定される。

ステップ１０４においては、システムはＤＳＴタイマーが満期終了するまで待ってからガンをオフにし、その後、システムはステップ１０６（状態５）へと進み、該ステップでは、システムはポケットから缶が取り出されるまで待ち（これはＣＩＰ信号の不存在によって示される）、その後には状態０へと戻る。

状態１において、ＳＤＴが満期終了する前に最初の目印を受けたならば、システムはステップ１０８（状態２）へと進む。このときＳＤＴは依然として計時中になっているが、システムは、缶の回転中に１又は複数の目印を検出することによって缶の回転速度を決定するように試みる。ＳＤＴが満期終了するまでにシステムが速度を決定できない場合には、システムは、塗布器をターン・オンし、ＤＳＴを起動させ、ステップ１０４へと分岐して、前述した状態４からの手順に従うが、これはＤＳＴが用いられることを意味している。状態２において速度が決定されたならば、塗布器をターン・オンし、システムはステップ１１０へ進み、それからさらにステップ１０６へと進む。ステップ１１０（状態３）中には、システムは、回転速度に応じて、スプレー塗布器の持続時間を調節する。これらの調節には、塗布器のオン遅れ補償時間と、塗布器のオフ遅れ補償時間とが含まれる。状態３において塗布器の時間が満期終了したときには、塗布器をターン・オフして、システムは状態５へと進み、前述の如くループを終了させる従って、缶の実回転速度が決定できた場合にあっては、システムは、オン／オフ制御命令１６を調節してスプレー塗布器のオン・オフを適切にトリガーすることで、スプレー持続時間を、選択された巻付数に緊密に合致させると共に、かかる巻き付けが完了したこと対応すべき最後に検出される目印の出現にて終了させ、もって余分なコーティングを防止する。

図３の状態遷移図は、前述した第２の代替的な方法においても適している。かかる事例においては、ステップ１０８において、システムは、最低速度が得られているか否かを判断し、状態３において正しいＤＳＴをタイマーに読み込む。ＤＳＴの持続時間は固定されていて速度に対して調節されていないので、いくらかは余分なコーティングが生じるけれども、それでも、従来技術に比べれば、実質的に少なくなる。

図５を参照すると、前述の制御回路１８は多彩なやり方によって実現される。ひとつのやり方では、例えばモトローラ社から入手可能であるＤＳＰ ５６Ｆ８０７などのＤＳＰコントローラ２００を使用する。ＤＳＰコントローラ２００は、在来かつ周知のプログラミング技術を使用してプログラムされる。コントローラ２００は、利用可能であるならば、ＣＡＮ("Controller Area Network")バス・インターフェース２０２などを介してユーザの入力を受け入れる。必要に応じて、当業者に周知の如く、その他の入力及び通信技術を使用しても良い。図５に示した例示的な実施形態においては、単一のＤＳＰコントローラが２つのスプレー・ステーションを動作させるのに充分な能力を有しているけれども、かかる構成は必要的なものではない。両方のチャンネルは同一であるので、ひとつだけについて説明する。

コントローラ２００は、駆動装置２０４を介して、電気的なトリガー信号の形態であるオン／オフ制御命令１６を、スプレー・ステーション２０６に配置されてなるスプレー塗布器１４へと与える。システム１８は、速度センサ２２の出力信号と、ＣＩＰ信号とを受信する。オプションとして、公知のように、ポジション・エンコーダを使用しても良い。コントローラ２００は、速度の検出に失敗した場合、最低速度に達しない場合、目印が検出されない場合などの様々な検出障害がある場合に、オプション的なアラーム及び警告信号２０８をユーザのオプションへ発生させる。

典型的な缶製造プラントにおいては、こうしたスプレー・ステーションを複数運用するので、図５に示した２チャンネルのコントローラ・サブ・システムの複数を、標準的なＣＡＮ通信プロトコル及びバス２２０を介して互いにネットワーク化させて、さらに、ＣＡＮバスをＰＣ及びキーボードその他の入力装置などのユーザ・インターフェース２２２に接続しても良い。ユーザ・インターフェース２２をさらにネットワーク化して、標準的なイーサネット（登録商標）システム２２４に、または、ＩＳＰ（インターネット・サービス・プロバイダ）２２８若しくは専用サーバを介してインターネット２２６に接続しても良い。図６には、システム・レベルのアーキテクチャの詳細を示している。

以上、本発明について好ましい実施形態を参照して説明した。本願明細書を読めば、改変及び応用を思い付くことであろう。特許請求の範囲及びその均等物の範囲内において、あらゆるそうした改変及び応用が包含することが意図される。

本発明による材料塗布装置を示した機能ブロック図である。 本発明のある種の基本的概念を示したタイミング・ダイアグラムである。 図１及び図２の装置において好適に使用される制御プログラムについての状態遷移図である。 回転速度を決定するための目印を備える缶状物体を示した斜視図である。 本発明において好適に使用される制御回路について示した機能ブロック図である。 本発明を利用するスプレー塗布装置のための、システム・レベルのハードウェアのアーキテクチャを示している。

Claims (45)

1. 物体の表面へ材料をスプレーするための装置であって、該装置は、
   物体を回転させる駆動機構と、
   該物体の回転中に該物体の表面へスプレーするスプレー機構と、
   該物体の回転速度の関数として前記スプレー機構を制御する制御機構とを備えることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって，
   前記制御機構は，物体の回転速度を検出するセンサを備えていることを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって，
   前記センサは、光学的に物体の回転速度を検出することを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の装置であって，
   前記制御機構は、物体の回転速度を検出する非接触センサを備えていることを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の装置であって，
   前記センサは、物体の回転中に物体上の目印を検出するレーザセンサから構成されていることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置であって，
   前記センサは、物体上の少なくとも２つの目印を検出することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 請求項１に記載の装置であって，
   前記スプレー機構はスプレー塗布器を備え、前記制御機構は、物体の回転速度の関数として物体の回転が１回以上完了したか否かを判断し、前記スプレー塗布器の動作を制御することを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって，
   前記制御機構は、前記スプレー塗布器のオン／オフ時間遅れを補償して、物体表面への材料の塗布時間を制御することを特徴とする装置。
9. 請求項７に記載の装置であって，
   前記制御機構は、物体の少なくとも１回の完全な回転と１回の部分的な回転について、前記スプレー塗布器の動作を制御することを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置であって，
    前記制御機構は、所定の塗布時間を用いて前記スプレー機構を制御し、物体の最低回転速度を検出することを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、
    前記制御機構は、物体の回転速度が検出できない場合には、所定の塗布時間を用いて前記スプレー機構を制御することを特徴とする装置。
12. 物体の表面へ材料を塗布するための装置であって、該装置が、
    物体を回転させる駆動機構と、
    該物体の回転中に該物体の表面へ材料を塗布する塗布機構と、
    該物体の回転速度を検出する第１の回路と、
    該物体の検出された回転速度の関数として前記塗布機構を制御する第２の回路と、
    を備えていることを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって，前記第２の回路は、物体の回転速度が決定できない場合には、初期設定の塗布時間を用いて前記塗布機構を制御することを特徴とする装置。
14. 請求項１２に記載の装置であって，
    前記第２の回路は、前記第１の回路によって物体の最低回転速度が検出された場合には、所定の塗布時間を用いて前記塗布機構を制御することを特徴とする装置。
15. 請求項１２に記載の装置であって，
    前記第２の回路は、前記検出された回転速度に基づいて調節された時間長さにて、前記スプレー装置をオン／オフと切り替えて、前記塗布機構を制御することを特徴とする装置。
16. 缶状物体の内面へ材料を塗布するための装置であって、該装置が、
    該缶状物体を回転させる駆動機構と、
    該缶状物体の回転中に該缶状物体の内面へスプレーを行なうスプレー装置と、
    該缶状物体の回転速度を検出する第１の回路と、
    缶状物体の検出された回転速度の関数として前記スプレー装置を制御する第２の回路と、
    を備えていることを特徴とする装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、前記第２の回路は、前記検出された回転速度に基づいて調節された時間長さにて、前記スプレー装置をオン／オフと切り替えて、前記スプレー装置を制御することを特徴とする装置。
18. 請求項１６に記載の装置であって、缶状物体を保持し、缶状物体を回転させるための、真空チャックを備えていることを特徴とする装置。
19. 請求項１６に記載の装置であって、前記駆動機構は、少なくとも約５００ｒｐｍの速度にて缶状物体を回転させることを特徴とする装置。
20. 請求項１６に記載の装置であって、前記駆動機構はモータを備え、前記スプレー装置はスプレー塗布器を備え、前記第１の回路はレーザセンサを備え、前記第２の回路はＤＳＰコントローラを備えている、ことを特徴とする装置。
21. 物体の表面へ材料を塗布するための方法であって、該方法が、
    物体を回転させる工程と、
    該物体の回転速度を検出する工程と、
    前記検出された回転速度に基づいて、該物体の表面への材料の塗布を制御する工程とを備えていることを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記回転速度を検出する工程は、最低回転速度を検出する工程を備えていることを特徴とする方法。
23. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記検出された回転速度の関数として塗布時間を調節する工程を備えていることを特徴とする方法。
24. 請求項２１に記載の方法であって、
    回転速度が検出できない場合に、塗布器による塗布時間が所定の時間になるように制御する工程を備えていることを特徴とする方法。
25. 請求項２１に記載の方法であって、最低回転速度が検出された場合に、塗布器による塗布時間が所定の時間になるように制御する工程を備えていることを特徴とする方法。
26. 請求項２１に記載の方法であって、材料を表面へ塗布するのに使用されている塗布装置のオン／オフ遅れ時間について、塗布時間を補償する工程を備えていることを特徴とする方法。
27. 請求項２１に記載の方法であって、
    該方法は、２分割された缶の内面に材料を塗布するために使用されるものであることを特徴とする方法。
28. 請求項２１に記載の方法であって，
    選択可能である巻付数だけ前記表面へ材料を塗布する工程を備えていることを特徴とする方法。
29. 請求項２８に記載の方法であって，
    前記選択可能である巻付数は、少なくとも１回の完全な巻き付けと１回の部分的な巻き付けとを含んでいることを特徴とする方法。
30. 請求項２４に記載の方法であって，
    回転速度の検出に失敗した旨を表わす信号を発生させる工程を備えていることを特徴とする方法。
31. 請求項２１に記載の方法であって、
    最低回転速度が検出できない場合、又は検出された回転速度が限界を下回る場合に、表示を発生させる工程を備えていることを特徴とする方法。
32. 請求項３１に記載の方法であって、
    回転速度が、速度の上限及び下限によって定められた範囲内にあることを判断する工程を備えていることを特徴とする方法。
33. 物体の表面へ材料をスプレーするための装置であって、該装置が、
    物体を回転させるモータと、
    該物体の回転中に該物体の表面へ材料を塗布するスプレー塗布器と、
    物体の回転速度の関数として前記スプレー塗布器を制御する電気回路とを備えていることを特徴とする装置。
34. 請求項３３に記載の装置であって、
    前記電気回路は、コントローラと、前記コントローラに接続された速度センサと、前記コントローラに接続されたスプレー塗布器の駆動装置とを備えていることを特徴とする装置。
35. 請求項３４に記載の装置であって、前記コントローラは高速プロセッサを備えていることを特徴とする装置。
36. 請求項３４に記載の装置であって、前記コントローラはＤＳＰプロセッサを備えていることを特徴とする装置。
37. 請求項３４に記載の装置であって、前記コントローラは複数のスプレー塗布器の動作を制御することを特徴とする装置。
38. 請求項３４に記載の装置であって、前記コントローラは分散形ネットワークに接続されていることを特徴とする装置。
39. 請求項３４に記載の装置であって、前記分散形ネットワークはＣＡＮネットワークから構成されていることを特徴とする装置。
40. 請求項３８に記載の装置であって、前記分散形ネットワークはインターネットに接続されていることを特徴とする装置。
41. 請求項３４に記載の装置であって、複数のスプレー塗布器を制御するための複数のコントローラを備えていることを特徴とする装置。
42. 請求項３４に記載の装置であって、前記コントローラは前記スプレー塗布器と前記モータとの動作を制御することを特徴とする装置。
43. 回転表面へ材料を塗布するための装置であって、該装置は、
    表面の回転中に表面へ材料を塗布する塗布機構と、
    表面の回転速度の関数として前記塗布機構を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする装置。
44. 物体の表面へ材料を塗布するための装置であって、該装置が、
    物体を回転させる手段と、
    該物体の回転中に該物体の表面へ材料を塗布する手段と、
    該物体の回転速度の関数として前記材料塗布手段を制御する制御機構とを備えていることを特徴とする装置。
45. 材料塗布機構の動作を制御するための制御システムであって、塗布機構によって表面に材料が塗布されている間に、表面の実際の回転速度を検出することができるような回転速度検出器を備え、前記検出器は、前記回転速度に対応した速度信号を生成し、前記速度信号に基づき材料塗布機構の動作を制御するような制御回路を備えていることを特徴とする制御システム。
    

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