JP3753422B2 - 粉体塗料供給装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、粉体塗料供給装置及び方法に係り、特に設定供給量に対する実供給量の応答性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の車体塗装等の粉体塗装作業にあっては、仕上がり塗膜の均質化、及び塗料の有効利用のために、常に、一定量の粉体塗料を塗装ガンに供給する必要がある。従来のこの種の粉体塗料供給装置においては、粉体塗料を収容するタンクに搬送管の一端を挿入し、搬送管の他端に設けられたインジェクタのノズルに吸引エアを吹き込むことにより、タンク内の粉体塗料が搬送管に吸引されて塗装ガンへと供給される。搬送管には粉体塗料の流量を測定する測定装置が取り付けられ、この測定装置によって測定された粉体塗料の実供給量とコントロールパネル等から入力された設定供給量との差分に基づき、実供給量が設定供給量に等しくなるようにインジェクタのノズルに吹き込まれる吸引エアの圧力がPID制御される。ここで、PID制御は、ハンティングのない滑らかな制御を行う比例動作とオフセットを自動的に修正する積分動作と外乱に対する応答性を早くする微分動作とを組み合わせた制御方式である。このような粉体塗料供給装置により、塗装ガンに常に設定供給量の粉体塗料を供給することが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実供給量と設定供給量との差分に基づいてインジェクタのノズルに吹き込まれる吸引エアの圧力をPID制御することにより設定供給量の粉体塗料を供給しようとしていたので、PID制御の比例帯を小さく設定すると、図7の曲線C1で示されるように、粉体塗料の設定供給量に対する実供給量の応答がオーバーシュートして振動的になり、一方PID制御の比例帯を大きく設定すると、図5の曲線C2で示されるように、粉体塗料の設定供給量に対する実供給量の応答が遅くなってしまう。このため、図8に示されるように、設定供給量の変更に対して所望の吸引エア圧力及び実供給量を得るまでに時間を要していた。
【0004】
粉体塗装において頻繁に粉体塗料の吐出量の変更が必要とされるユーザより、塗装ガンへ応答性よく粉体塗料を供給し得る粉体塗料供給装置の開発が望まれていた。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、設定供給量に対する実供給量の応答性に優れた粉体塗料供給装置及び方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る粉体塗料供給装置は、外部から粉体塗料の設定供給量を入力する設定供給量入力手段と、圧縮エア源とインジェクタのメインノズルとの間に接続された吸引エア圧力調節器と、記憶手段と、過去の設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして記憶手段に記憶させると共に新たな設定供給量が設定供給量入力手段から入力されるとその設定供給量に対して記憶手段に記憶されている学習データの値に吸引エア圧力調節器を瞬時に操作した後に粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量が新たな設定供給量となるように吸引エア圧力調節器を調節して吸引エア圧力をPID制御し、インジェクタのメインノズルに吹き込まれる吸引エアの流量とサブノズルに吹き込まれる希釈エアの流量との総和が搬送エア流量入力手段から入力された搬送エア流量設定値となるように希釈エア圧力調節器を調節して希釈エア圧力をPID制御する制御回路とを備えたものである。
【0006】
また、任意の供給量で予め行った検量の際の実供給量と吸引エア圧力の値に基づいて制御回路が各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成して記憶手段に記憶させ、設定供給量入力手段から入力された新たな設定供給量に対する学習データが記憶手段に記憶されていない場合にはその設定供給量に対して記憶手段に記憶されている推測データの値に吸引エア圧力調節器を瞬時に操作した後に吸引エア圧力をPID制御するようにすることもできる。
【0007】
この発明に係る粉体塗料供給方法は、過去の設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして記憶し、新たな設定供給量が入力されると吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている学習データの値とし、その後粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量が新たな設定供給量となるように吸引エア圧力をPID制御し、外部から搬送エア流量設定値が入力されるとインジェクタのメインノズルに吹き込まれる吸引エアの流量とサブノズルに吹き込まれる希釈エアの流量との総和がその搬送エア流量設定値となるように希釈エア圧力をPID制御する方法である。
【0008】
また、任意の供給量で予め検量を行い、検量の際の実供給量と吸引エア圧力の値に基づいて各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成して記憶し、入力された新たな設定供給量に対する学習データが存在しない場合に吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている推測データの値とすることもできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1にこの発明の実施の形態1に係る粉体塗料供給装置の構成を示す。粉体塗料Fを収容するタンク1は多孔板2を備えた、いわゆる流動床タンクであり、流動エアが吹き込まれて粉体塗料Fがタンク1内で流動状態に保たれる。このタンク1内に搬送管3の一端が挿入され、搬送管3の他端にインジェクタ4が接続されており、インジェクタ4に塗装ガン5が接続されている。搬送管3には管路内の静電容量の変化から粉体塗料Fの流量を測定する粉体流量測定装置6が取り付けられ、粉体流量測定装置6に増幅回路7が接続され、さらに増幅回路7に補正回路8が接続されている。なお、粉体流量測定装置6は、静電容量の変化として測定した搬送管3内の密度と搬送管3内に導入した測定用エアの流量Qfとに基づいて粉体塗料Fの流量を測定するものである。そして、補正回路8からの出力信号がコントローラ9に入力され、コントローラ9からインジェクタ4のメインノズル4a及びサブノズル4bへそれぞれ吸引エア及び希釈エアが供給される。
【0010】
コントローラ9には、図示しない圧縮エア源に接続され且つ塗装ガン5の運転信号に基づいて開閉されるバルブ10と、このバルブ10に分岐点Aを介してそれぞれ接続された吸引エア用圧力レギュレータ11及び希釈エア用圧力レギュレータ12とが備えられている。これらのレギュレータ11及び12は、この発明における吸引エア圧力調節器及び希釈エア圧力調節器を構成するもので、それぞれインジェクタ4のメインノズル4a及びサブノズル4bに接続されている。さらに、コントローラ9は、レギュレータ11及び12並びに補正回路8に接続された制御回路13を有すると共に、この制御回路13に接続されたコントロールパネル14とメモリ15とを有している。なお、コントロールパネル14はこの発明における設定供給量入力手段及び搬送エア流量入力手段を構成し、メモリ15は過去に実績した粉体塗料Fの設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして記憶するもので、この発明における記憶手段を構成している。
【0011】
次に、この粉体塗料供給装置の基本的動作について説明する。まず、タンク1に流動エアが吹き込まれて粉体塗料Fがタンク1内で流動状態に保たれる。塗装ガン5が運転されると、その運転信号によりコントローラ9内のバルブ10が開放され、図示しない圧縮エア源からの圧縮エアがピンチバルブ10を通った後、分岐点Aで分流され、吸引エア用圧力レギュレータ11を介して吸引エアがインジェクタ4のメインノズル4aへ吹き込まれると共に希釈エア用圧力レギュレータ12を介して希釈エアがインジェクタ4のサブノズル4bへ吹き込まれる。メインノズル4aに吹き込まれた吸引エアによりタンク1から粉体塗料Fが搬送管3内に吸引され、さらに吸引エアと希釈エアとによって粉体塗料Fが塗装ガン5へ供給され、被塗物に向かって噴出される。
【0012】
ここで、この実施の形態における動作を図2のフローチャートを参照してさらに詳細に説明する。まず、ステップS1でコントロールパネル13から粉体塗料Fの設定供給量Qmと、塗装ガン5へ粉体塗料Fを搬送するための搬送エア流量Qtとが入力される。制御回路13は、ステップS2で、入力された設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmの学習データがメモリ15内に記憶されているかどうかを判定する。メモリ15内に記憶されていれば、制御回路13は、ステップS3でその吸引エア圧力Pfmの学習データを読み出し、続くステップS4で吸引エア用圧力レギュレータ11を読み出した学習データの値に瞬時に操作する。
【0013】
このように吸引エア圧力Pfmを読み出した学習データの値にした状態で所定時間運転した後、ステップS5で設定供給量Qmを目標値としてPID制御に移行する。すなわち、粉体流量測定装置6で測定された粉体塗料Fの流量がステップS1で入力された設定供給量Qmとなるように吸引エア用圧力レギュレータ11が制御回路13によって調節される。
【0014】
なお、粉体流量測定装置6は、静電容量の変化として測定した搬送管3内の密度と搬送管3内に導入した測定用エアの流量Qfとに基づいて粉体塗料Fの流量を測定するもので、この粉体流量測定装置6からの出力信号が増幅回路7で増幅され、補正回路8で例えば0点補正を受けた後、粉体塗料Fの供給量Qpを表す信号としてコントローラ9の制御回路13に入力される。ここで、0点補正は、粉体塗料の供給中に搬送管3の内壁に付着する粉体の影響を実用上弊害のない程度にまで減少させるもので、この粉体塗料供給装置の停止後の測定値(粉体付着量に相当する測定値)を補正基準値として運転中の測定値を補正するものである。
【0015】
補正回路8から供給量Qpを表す信号を入力した制御回路13は、この信号により表される供給量Qpをコントロールパネル14から予め入力された粉体塗料Fの設定供給量Qmと比較し、設定供給量Qmに対する過不足量に応じて吸引エア用圧力レギュレータ11を調節してインジェクタ4のメインノズル4aへ吹き込まれる吸引エアの圧力Pfmを制御する。これにより、塗装ガン5に常に設定供給量Qmの粉体塗料Fが供給されることとなる。これと同時に、制御回路13は、コントロールパネル14から入力された搬送エア流量Qtと吸引エアの流量Qfmとの差分Qt−Qfmを演算し、希釈エアの流量Qfsがこの差分と一致するように希釈エア用圧力レギュレータ12を調節する。
【0016】
このように、粉体塗料Fの設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmの過去の学習データに基づいて吸引エア用圧力レギュレータ11を瞬時に操作した後、PID制御に移行するため、図3に示されるように、実供給量を短時間で設定供給量Qmとすることができる。
【0017】
このようにして実供給量が設定供給量Qmとなったときの吸引エア圧力Pfmの値が、ステップS6で、制御回路13により学習データとしてメモリ15に記憶される。
さらに、ステップS7で粉体塗料Fの設定供給量Qmの変更があるか否かを判定し、変更がない場合にはステップS5に戻ってPID制御の実行を継続する。一方、変更がある場合には、ステップS8で新たな設定供給量Qmを入力し、ステップS2に戻って、この新たな設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmの学習データがメモリ15に記憶されているかどうかが判定される。
なお、ステップS2において、入力された設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmのデータがメモリ15に記憶されていない場合には、過去の学習データがないものとしてステップS5に進み、設定供給量Qmを目標値としてPID制御を実行する。
【0018】
以上のように過去の学習データに基づいた吸引エア用圧力レギュレータ11の瞬時の操作とその後のPID制御とを組み合わせたことにより、例えば図4に示されるように変化する設定供給量Qmに対しても実供給量の応答性は極めて優れたものとなる。従って、安定した膜厚分布の塗膜を形成することが可能となる。なお、吸引エア圧力調節器及び希釈エア圧力調節器としてそれぞれ圧力レギュレータを用いたが、これに限るものではなく、例えばコントロールバルブを用いても良い。
【0019】
実施の形態2.
実施の形態2に係る粉体塗料供給装置は、図1に示した実施の形態1の装置と同様の構成を有しているが、装置を稼働する前に予め任意の供給量で粉体塗料を供給する検量を行い、検量の際の実供給量と吸引エア圧力の値に基づいて各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成して記憶するようにしたものである。
【0020】
図5のフローチャートを参照してこの実施の形態2における動作を説明する。まず、ステップ11で検量を実施する。このとき、図6に示されるように、任意の供給量を指示して粉体塗料を供給し、実供給量Q1に対する吸引エア圧力P1の値を得る。同様にして、実供給量Q2及びQ3に対する吸引エア圧力P2及びP3の値を検量により求め、原点及びこれらの測定点M1〜M3を順次直線で結ぶことにより補間する。ステップ12でこのような直線のデータが推測データとしてメモリ15に記憶される。なお、供給量がQ3より大きい範囲については、測定点M2とM3とを結ぶ直線を延長してこれを推測データとする。
【0021】
続くステップ1〜3は、実施の形態1と同様である。すなわち、ステップS1で粉体塗料Fの設定供給量Qmと搬送エア流量Qtとが入力されると、制御回路13は、ステップS2で、入力された設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmの学習データがメモリ15内に記憶されているかどうかを判定し、メモリ15内に記憶されていれば、ステップS3でその吸引エア圧力Pfmの学習データを読み出す。
【0022】
一方、ステップS2において、入力された設定供給量Qmにおける吸引エア圧力Pfmの学習データがメモリ15に記憶されていない場合には、ステップS13に進み、入力された設定供給量Qmに対応する吸引エア圧力Pfmの推測データをメモリ15から読み出す。
【0023】
その後のステップS4〜S8は実施の形態1と同様である。すなわち、ステップS4では、上述したステップ3で読み出された学習データあるいはステップ13で読み出された推測データの値に吸引エア用圧力レギュレータ11が瞬時に操作される。この状態で所定時間運転した後、ステップS5で設定供給量Qmを目標値としてPID制御に移行し、ステップS6で、実供給量が設定供給量Qmとなったときの吸引エア圧力Pfmの値が学習データとしてメモリ15に記憶される。さらに、ステップS7で粉体塗料Fの設定供給量Qmの変更があるか否かを判定し、変更がない場合にはステップS5に戻ってPID制御の実行を継続する。一方、変更がある場合には、ステップS8で新たな設定供給量Qmを入力し、ステップS2に戻る。
【0024】
以上のように、この実施の形態2においては、予め任意の供給量で検量を実施して各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成し記憶するので、入力された新たな設定供給量に対する学習データが存在しない場合に、吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている推測データの値とすることによって起動時や設定供給量の変更時における実供給量の応答性は優れたものとなる。
【0025】
なお、図6では、3つの測定点について検量を行った例を示したが、少なくとも一つの測定点で検量を実施すればよい。測定点が一つの場合には、その測定点と原点とを結ぶ直線を作成して推測データとすることができる。
また、推測データは、直線の方程式の形式で記憶されていてもよく、あるいは各設定供給量に対する吸引エア圧力のデータマップの形式で記憶されていてもよい。
さらに、図6では、原点と3つの測定点とを順次異なる直線で結んだが、これに限るものではなく、原点と複数の測定点からこれらに最も近い1本の近似直線あるいは近似曲線を求め、これを推測データとすることも可能である。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、過去の設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして記憶し、新たな設定供給量が入力されると吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている学習データの値とし、その後粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量が新たな設定供給量となるように吸引エア圧力をPID制御し、外部から搬送エア流量設定値が入力されるとインジェクタのメインノズルに吹き込まれる吸引エアの流量とサブノズルに吹き込まれる希釈エアの流量との総和がその搬送エア流量設定値となるように希釈エア圧力をPID制御するので、起動時や設定供給量の変更時における実供給量の応答性に優れ、短時間で制御性のよい粉体塗装を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る粉体塗料供給装置を示すブロック図である。
【図2】 実施の形態1の動作を示すフローチャートである。
【図3】 実施の形態1における実供給量の応答性を示すグラフである。
【図4】 実施の形態1における設定供給量、吸引エア圧力及び実供給量の関係を示すタイミングチャートである。
【図5】 実施の形態2の動作を示すフローチャートである。
【図6】 実施の形態2における検量の結果を示すグラフである。
【図7】 従来の粉体塗料供給装置における実供給量の応答性を示すグラフである。
【図8】 従来の粉体塗料供給装置における設定供給量、吸引エア圧力及び実供給量の関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 タンク、3 搬送管、4 インジェクタ、4a メインノズル、4b サブノズル、5 塗装ガン、6 粉体流量測定装置、7 増幅回路、8 補正回路、9 コントローラ、10 バルブ、11 吸引エア用圧力レギュレータ、12希釈エア用圧力レギュレータ、13 制御回路、14 コントロールパネル、15 メモリ。
Claims (4)
- タンクに接続されたインジェクタのメインノズルに圧縮エア源から吸引エアを吹き込ませることによりタンクから粉体塗料を吸引して塗装ガンへ供給し、粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量に基づいて吸引エア圧力をPID制御する粉体塗料供給装置において、
外部から粉体塗料の設定供給量を入力する設定供給量入力手段と、
外部から搬送エア流量設定値を入力する搬送エア流量入力手段と、
圧縮エア源とインジェクタのメインノズルとの間に接続された吸引エア圧力調節器と、
圧縮エア源とインジェクタのサブノズルとの間に接続された希釈エア圧力調節器と、
記憶手段と、
過去の設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして前記記憶手段に記憶させると共に新たな設定供給量が前記設定供給量入力手段から入力されるとその設定供給量に対して前記記憶手段に記憶されている学習データの値に前記吸引エア圧力調節器を瞬時に操作した後に粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量が新たな設定供給量となるように前記吸引エア圧力調節器を調節して吸引エア圧力をPID制御し、インジェクタのメインノズルに吹き込まれる吸引エアの流量とサブノズルに吹き込まれる希釈エアの流量との総和が前記搬送エア流量入力手段から入力された搬送エア流量設定値となるように前記希釈エア圧力調節器を調節して希釈エア圧力をPID制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする粉体塗料供給装置。 - 前記制御回路は、任意の供給量で予め行った検量の際の実供給量と吸引エア圧力の値に基づき各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成して前記記憶手段に記憶させると共に前記設定供給量入力手段から入力された新たな設定供給量に対する学習データが前記記憶手段に記憶されていない場合にその設定供給量に対して前記記憶手段に記憶されている推測データの値に前記吸引エア圧力調節器を瞬時に操作した後に吸引エア圧力をPID制御する請求項1に記載の粉体塗料供給装置。
- タンクに接続されたインジェクタのメインノズルに圧縮エア源から吸引エアを吹き込ませることによりタンクから粉体塗料を吸引して塗装ガンへ供給し、粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量に基づいて吸引エア圧力をPID制御する粉体塗料供給方法において、
過去の設定供給量に対する吸引エア圧力の値を学習データとして記憶し、
新たな設定供給量が入力されると吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている学習データの値とし、
その後粉体流量測定装置で測定された粉体塗料の流量が新たな設定供給量となるように吸引エア圧力をPID制御し、
外部から搬送エア流量設定値が入力されるとインジェクタのメインノズルに吹き込まれる吸引エアの流量とサブノズルに吹き込まれる希釈エアの流量との総和がその搬送エア流量設定値となるように希釈エア圧力をPID制御する
ことを特徴とする粉体塗料供給方法。 - 任意の供給量で予め検量を行い、
検量の際の実供給量と吸引エア圧力の値に基づき各設定供給量に対する吸引エア圧力の推測データを作成して記憶し、
入力された新たな設定供給量に対する学習データが存在しない場合に吸引エア圧力を瞬時にその設定供給量に対して記憶されている推測データの値とする
請求項3に記載の粉体塗料供給方法。
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