電気スプレーガンを駆動する最適化方法
電気スプレーガンシステムを効率的に駆動し診断しかつ構成するための方法およびシステムであり、ガンの消費電力を最小限に抑えながら高速ガン開閉時間を達成するために、パルス幅変調駆動信号を使用する。さらに、電気スプレーガンの開閉を検出するための方法およびシステムの例が提供される。最後に、電気スプレーガンのオン電流、オフ電流、保持電流などのパラメータを決定するための方法が提供される。本明細書において提供される方法およびシステムを使用することにより、技術者は、噴霧システムを効率的に使用するための電気スプレーガンを容易にかつ効果的に構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【0001】
[0001]スプレーガン(spray gun)およびスプレーガンシステムには、今日、産業環境において多種多様の用途がある。スプレーガンは、ある領域または物体を噴霧材料(sprayed material)の粒子で覆うなど、液体材料を分散させるために頻繁に使用される。かかるシステムを使用するための1つの主要な領域が、包装食品または他の食品を加工するときにある。例えば、穀物製品がスプレーガン配列のそばを通り過ぎるコンベヤーベルト上で運搬され、スプレーガンが穀物製品を甘味料、添加物、サプリメントなどで被覆する場合である。かかるシステムは、手動ブラッシングや自動ブラッシングなどのより標的を絞ったシステムを使用して食品の各ユニットを被覆するよりも実用的であることが多い。
【0002】
[0002]電気スプレーガン(electric spray gun)は、多くの産業用途および商業用途で微細噴霧剤を生成する。電気スプレーガンは、多くの製品に液体塗料や粉体塗料などのコーティング材を塗布する。スプレーガンは、組立ラインにある産業用ロボットに取り付けることができる。製造物品がロボットステーションに位置すると、ロボットはガンを正確に動かす。ガンのプログラムは、物品に被覆するために噴霧を適時にオンオフする。
【0003】
[0003]ある既存の電気スプレーガンシステムは、ソレノイドを使用してプランジャを制御し、それによって、ガンを開放して物品に噴霧することができ、ガンを閉鎖してガンが噴霧するのを停止することができる。ソレノイドは、電磁界を与えてプランジャを制御するために励起される。ソレノイドの励起が断たれたときに、プランジャは閉鎖位置に復帰する。
【0004】
[0004]現在、そのような電気スプレーガン用の駆動信号は、固定された通常動作電圧である。「オフ」位置では、ソレノイド駆動部は、浮遊したままにおかれるか(オープンコレクタ出力タイプ)、短絡されるか(プッシュプル出力タイプ)のどちらかである。ソレノイド駆動部の固有インダクタンスのために、ソレノイドコイルは、駆動信号がゼロになるとソレノイドコイルの保持電流を一時的に維持するように働く。したがって、ガンの閉鎖は、駆動信号の変化と同時には起こらない。駆動信号とガンの動作との間のこの誘導性遅延は、ガンの不正確な制御を引き起こす。この不正確な制御は、製造物品に吹き付けられている材料の望まれない厚みのばらつきにつながる可能性がある。さらに、ガンの不正確な制御は、不必要なオーバースプレー(over spray)にもつながり、それによって、製造物品は、ガンが噴霧している間にもはやスプレーガンの範囲内に存在しなくなる可能性がある。
【0005】
[0005]従来、駆動信号は、ガンが開放位置にある間、比較的一定の電圧を維持する。次いで、駆動信号は、ゼロ値に移行してガンを閉鎖し、ガンが閉鎖されたままの間、ゼロ値にとどまり続ける。ガンが開放位置にある間、駆動信号は、ガンを開放状態に保持するために必要とされるよりも高いままである。これは、ガン内と駆動電子部品内との両方で熱に変換される余剰電力を消費することにつながる。
【0006】
[0006]スプレーの制御を行うために、スプレーガン駆動信号の周波数は、通常、パルス幅変調(PWM)デューティサイクル制御値を使用するそれぞれのタイプのガンに対して固定される。これにより、PWMデューティサイクルの制御範囲は狭くなる。ガンがオフとなる時間の長さを容易には増減することができず、噴霧プロセスが不完全になる可能性がある。
【0007】
[0007]技術者が、スプレーガンシステムを設置しかつ構成することが多い。設置する技術者は、周波数、駆動電圧、最小デューティサイクル、最大デューティサイクル、および負パルスの持続時間を含む多くの値を設定しなければならない。しかし、技術者は、スプレーガンシステムの知識をほとんどまたは全く有していないことが多い。したがって、パラメータは、安全値に設定されるか、またはデフォルト値に置かれることが多い。スプレーガンシステムの準最適構成は、プロダクトストライピング(product striping)および噴霧材料の非効率な塗布を含む多くの問題を引き起こす。
【発明の概要】
【0008】
[0008]本発明は、スプレーガンシステムを制御しかつ構成する効率的な方法を提供する。既知のパラメータおよび/または診断によって得られたパラメータに基づいて電気スプレーガンを駆動する方法が提供される。さらに、スプレーガンシステムを効率的に駆動するために必要な値を得るための診断手順が提供される。本発明の別の態様では、スプレーガンシステム用の駆動信号を最適化するために、スプレーガンバルブの開閉位置を検出するための装置および方法が提供される。
【0009】
[0009]迅速なガン開閉時間を達成するために電気スプレーガンを駆動する方法の例が提供される。スプレーガンを駆動する方法は、埋込みプロセッサなどの制御電子回路で実施されうる。好ましい一実施形態は、ソフトウェアがマイクロコントローラ上で稼働する方法を実施する。1つの方法は、既知のガン開放時間、ガン閉鎖時間およびガン保持電流を利用して開閉信号を最適化する。この方法では、ガンのプランジャが全開状態になるまで、ガンの公称使用電圧が印加される。次いで、この電圧は除去され、ほぼゼロのままである。ソレノイドに流れる電流は、ガンの保持電流に達するまで測定される。ソレノイドに流れる電流が保持電流と等しくなると、パルス幅変調電力信号がスプレーガンに供給される。この電力信号は、スプレーオンサイクル(spray on cycle)の終わりまで保持電流をほぼ維持するのに十分な比率で変調する。スプレー時間間隔の終わりに、システムは、ソレノイド電流がゼロにほぼ等しくなるまで負の公称使用電圧(nominal negative working voltage)を印加して、噴霧サイクルを完了する。
【0010】
[0010]電気スプレーを駆動する別の方法は、ガンのオン電流、保持電流およびゼロ交差検出回路を使用する。この方法では、公称使用電圧よりも高い電圧がソレノイドに、ソレノイドに流れる電流がガンのオン電流に等しくなるまで印加される。次いで、この電圧は、ソレノイドに流れる電流がガンの保持電流に等しくなるまで除去される。次に、パルス幅変調電力信号が、保持電流をほぼ維持するのに十分な比率でソレノイドに供給される。スプレーオンサイクルの終わりに、負の公称使用電圧よりも高い電圧が印加される。システムは、ソレノイド電流がゼロに等しくなるまでソレノイド電流を監視する。ソレノイド電流がゼロに等しくなったとき、電圧は、次のスプレーオンサイクルまでゼロに保持される。
【0011】
[0011]電気スプレーガンを駆動する別の方法もまた、ガンのオン電流および保持電流を使用する。しかし、この方法は、負の公称使用電圧よりも高い電圧の期間の終わりを検出するための別のプロセスを使用する。上記の例のように、スプレーオンサイクルの終わりにソレノイド電流がゼロに等しくなるまで負の公称使用電圧よりも高い電圧を印加するのではなく、システムは、ソレノイド電流が負値から正値に移行するまで負電圧を印加する。この場合の測定は、電気スプレーガンに電力を供給する回路のローサイド、すなわちマイナス側で行われる。
【0012】
[0012]別の例示の実施形態では、ガンの保持電流およびノズル位置に、すなわちガンノズルが開放されたか閉鎖されたかに基づいて電気スプレーガンを駆動する方法が提供される。この方法は、公称使用電圧よりも高い電圧をガンのソレノイドにガンが開放されるまで印加する。ガンが開放されたかどうかを検出することが、圧力感知トランスミッタ(pressure sensitive transmitter)を使用して実現されうる。ガンが開放されたかどうかを検出するための方法および回路について、以下でより詳細に論じる。ガンが開放した後、電圧は除去され、ソレノイドに流れる電流は、電流がガンの保持電流に等しくなるまで監視される。次に、パルス幅変調電力信号が、保持電流をほぼ維持するのに十分な比率でソレノイドに供給される。スプレーオンサイクルの終わりに、負の公称使用電圧よりも高い電圧が、ガンが閉鎖するまで印加される。ガンが閉鎖した後、電圧は、次のスプレーオンサイクルまでゼロに保持される。
【0013】
[0013]例示的な診断手順が提供される。この診断手順は、ガンのオン電流、オフ電流、保持電流などのパレメータを計算するために使用されうる。これらの値に基づいて、上述したような、電気スプレーガンを制御するための効率的な方法が開発されうる。
【0014】
[0014]本発明の様々な実施形態による電気スプレーガンを駆動する最適化方法は、添付の図に関連する以下の説明からより完全に理解されることになる他の特徴および利点を組み込む。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】電気ソレノイド操作式スプレーガン(electric solenoid−operated spray gun)がロボットアームに取り付けられている本発明の一実施形態の斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に従って構成されたソレノイド操作式スプレーガンの斜視図である。
【図3】図2のスプレーガンの線3−3の面に沿って見た縦断面図である。
【図4】スプレーガン用の制御および電力系統内の構成要素および論理的結合を示す本発明の一実施形態の概略図である。
【図5A】図4のガンドライバ(gun driver)から図4の電気スプレーガンへの電力信号を示すタイミング図である。
【図5B】図5Aの電力信号例による、図3の電気スプレーガンのソレノイドに流れる電流を示すタイミング図である。
【図5C】図3に示されている電気スプレーガンのプランジャ位置を示すタイミング図である。
【図5D】図4に示されている電気ガンドライバのローサイドで測定された電流を示すタイミング図である。
【図6】本発明の一実施形態に従って、ガン開閉時間およびガン保持電流に基づいて電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図7】スプレーガンのオン電流および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図8】スプレーガンのオン電流および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図であり、スプレーガン制御システム用の較正技法を示す。
【図9】ガンのオン/オフ検出および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図10】電気スプレーガンに対する診断を行ってオン電流、オフ電流および保持電流を決定する方法を示す流れ図である。
【図11】電気スプレーガンのON/OFF位置を検出するための回路例の概略図である。
【図12】図11に示されている回路例を較正しかつ図10にあるような電気スプレーガンの診断を行う方法を示す流れ図である。
【発明の詳細な説明】
【0016】
[0030]本発明は一般に、電気スプレーガンコントローラの論理演算を実行するための方法およびシステムに関する。本明細書に記述されている改良されたスプレー技術を実施する場合、本発明は、図1に示されているように、一構成でロボットスプレーガンシステムを含む。このスプレーガンシステムは、製造対象物に噴霧するための、可動アームに取り付けられたスプレーガンを提供する。本発明は、任意のソレノイド操作式スプレーガンシステムと協働するためのものであり、図1に示されているロボットシステムに限定されないことに留意されたい。この実施例では、ソレノイド操作式スプレーガン100が、製造対象物102に微細噴霧スプレー104を吹き付ける。ロボット106は、スプレーガン100を関節アーム108上に支持する。アーム108は、単一スプレーガン100または複数スプレーガンを支持するように構成されうる。製造物品102は、食品品目、消費財、産業財などの多くの製品を含むことができる。スプレーガン100のアーム108は、ガンからの微細噴霧スプレー104が製造物品102の選択された領域を覆うように、ロボット106によって選択的に動くことができる。
【0017】
[0031]本発明によって可能になる改良した制御を行う場合、スプレーガンヘッドは、図2に示すようなものとすることができる。この図は、システムに使用されうる1つのスプレーガン100の外部ケーシングおよび接続部の詳細説明図を提供する。スプレーガン100は、1対の液体ポート112、114を有するハウジング本体110で形成される。ポート112は液体をガンに供給し、ポート114は戻り管路に連結している。ポート116は、スプレーガン100に加圧空気を供給する。最後に、ポート118は、制御信号ケーブル120をスプレーガン100に接続できるようにする。図示のスプレーガンは、システム内で働くことになるスプレーガンのうちのただ1つの実施例を与える。さらに、図示のスプレーガンの接続部およびポートは、すべてのスプレーガンに存在する必要はない。
【0018】
[0032]図3は、図2のスプレーガンの実施例の線3−3の面に沿って見た縦断面図を提供する。液体供給ポート112と液体戻りポート114は、交差ボア(cross bore)122によって相互に連結され、交差ボア122は、カウンタボア(counterbore)126の中へ延びる中心液体流路124に連結している。空気流入ポート116は、空気をカウンタボア126の中へ通過させる供給通路128に連結している。ソレノイドコイル130は、長手方向チャンバ132内に収容されている。ソレノイドコイル130は、プラスチックスプール134を中心とした従来の巻線形コイルを含む。コイル130は、制御信号ポート118を介して制御信号120に接続している。
【0019】
[0033]噴霧される液体の通過を阻止または許容するために、金属または他の材料で製作された相互バルブプランジャ(reciprocal valve plunger)136が、ソレノイドコイル130のすぐ下流側のチューブ138内に配置される。プランジャ136はニードル部分140を有し、ニードル部分140は、閉鎖位置にあるとき、中心液体通路144を閉鎖するバルブ142にぴったりはまる。ばね146は、ニードル140がバルブ142にぴったりはまるように、プランジャ136を閉鎖位置に偏倚させる。ソレノイド130が励起されると、プランジャ136は、ばね146の偏倚力に逆らって開放位置に移動させられ、液体は、液体通路144およびバルブ142を通りノズルアセンブリ148の外に誘導される。プランジャ136およびニードル140を開放位置と閉鎖位置の間で移動させるためには、プランジャ136を取り囲みかつプランジャ136に磁気的に作用する磁束ループが生成されることが必要である。ソレノイド130は磁束ループを誘起し、次いで、この磁束ループはプランジャ136に作用する。磁束ループは、スプレーガン100に対して磁気的に伝導性の外部構造体を使用することによって、あるいはソレノイドコイル130の少なくとも一端に隣接する金属の放射状磁束偏向素子を利用することによって作ることができる。
【0020】
[0034]ソレノイドコイル130を選択的に励起することにより、磁束ループは、プランジャ136を偏倚ばね146の力に逆らって後方に移動させてバルブ142を開き、加圧液体の流れを可能にする。ソレノイドコイル130の励起を断つことにより、プランジャ136は、偏倚ばね146の力を受けてプランジャ136の閉鎖位置に復帰することができる。このシステムで使用されうるスプレーガンの一例が米国特許第7,086,613号に記載されており、同特許の開示は、参照により、その開示が記載されているのと同程度に、その全体が本明細書に完全に組み込まれる。しかし、他のスプレーガンもこのシステム内で働き、上述のスプレーガンは、一例として提供されているに過ぎない。
【0021】
[0035]本発明に従って適切に動作するためには、スプレーガンにソレノイド駆動信号と適切な液体供給源とが与えられなければならない。図4は、本発明の一実施形態に使用される論理的な電力ライン、制御ラインおよび液体ラインを示す。この実施形態では、電源150が、制御電子回路152およびガンドライバ154に電力を供給する。好ましい一実施形態では、電源150、制御電子回路152およびガンドライバ154は、単一プリント回路板(PCB)上に配置される。PCBはこの場合、ハウジング内に配置されうる。しかし、代替実施形態では、電源150、制御電子回路152およびガンドライバ154は、別々のハウジング内に配置されてもよく、あるいはスプレーガン100のハウジングに組み込まれてもよい。
【0022】
[0036]印加電圧を測定するために、制御電子回路152は、ガンドライバ154に供給される電圧を常時または断続的に測定する。この電圧は、電圧測定回路156によって測定される。電圧測定回路156は、制御電子回路152に、ガンドライバ154への入力電圧を示す信号158を供給する。電圧を監視するのに加えて、制御電子回路152は、電源150とガンドライバ154との間のソース電流およびシンク電流を監視する。ソース電流は、電流測定回路160によって測定され、ガンドライバ154に供給されているソース電流の値は、信号ライン162を使用することにより制御電子回路152によって監視される。同様に、電流測定回路164がガンドライバのシンク電流を測定し、信号を接続線166経由で制御電子回路152に供給する。
【0023】
[0037]制御電子回路152は、専用回線の使用、埋込み型マイクロプロセッサまたは汎用コンピュータによるなど、いくつかの方法で実施されうる。好ましい一実施形態では、制御電子回路は、ガンドライバ154および電源150と同じPCB上の埋込み型マイクロコントローラで実施される。適切なマイクロコントローラの一例が、Microchip Technology社によって製造されたPIC(登録商標)マイクロコントローラである。制御電子回路152は、システム制御信号168を除外することができる。システム制御信号168は、多くの情報、例えばガンがオンされるべきかオフされるべきかなどを含むことができる。最後に、制御電子回路は、ガンが現在開放されているか閉鎖されているかを判断するために、開/閉検出回路を使用してスプレーガン100を監視することができる。開/閉検出回路が使用された場合、開閉検出回路176は、制御電子回路152に制御信号178を供給する。一実施形態では、開/閉検出回路176は、スプレーガン100のノズル148の前にある圧力感知トランスミッタブリッジを使用する。空気圧はガン100が開放されると変化するので、圧力感知トランスミッタブリッジは圧力の変化を示し、開/閉検出回路176は適切な制御信号を制御電子回路152に送信する。しかし、他の実施形態では、検出回路は、スプレーガンヘッドに内蔵されてもよく、あるいはプランジャの位置検出回路としてガンに組み込まれてもよい。ガンの開/閉位置を検出するための任意の適切な方法が使用されてもよい。
【0024】
[0038]ガンソレノイドに電力を効果的に供給するために、ガンドライバ154は、フルブリッジ電力ドライバであることが好ましい。ガンドライバ154は、電力ライン170aおよび170bを介して電源150から電力を受け取る。ガンドライバ154はまた、制御電子回路152から制御信号172を受け取る。ガンドライバ154は、電力信号174aおよび174bをスプレーガン100に供給する。電力信号174は、バルブ142が開き液体が放出されうるようにプランジャ136を移動させるために、ソレノイドコイル130(図3)を直接励起することができる。フルブリッジドライバの例が、Intersil HIP4082の周囲に構築される。フルブリッジドライバは、ソレノイド130を励起するために、パルス幅変調電力信号174を出力することができる。しかし、電力信号174は、正、負またはゼロに保持されてもよい。制御信号および電力信号について以下により詳細に論じる。
【0025】
[0039]図5Aは、フルブリッジ電気ガンドライバ154と電気スプレーガン100との間の電力信号の一実施形態を示す。一実施形態では、電力信号は、制御電子回路152からの制御信号172に基づいてフルブリッジガンドライバ154によって生成される。この実施例では、電力信号電圧180がゼロに保持されている期間中、例えば間隔PWMoff181の間、電気スプレーガン100は閉鎖される。ソレノイド130に流れる電流がガンプランジャ136を開放状態に保持するのに十分な高さのままであるように電力信号が正電圧に保持されているかまたは変調されている期間中、例えば間隔PWMon183の間、ガン100は開放している。間隔PWMoff181に対する間隔PWMon183の関係は、ガンのスプレーオン時間(spray−on time)を制御するための低周波パルス幅変調信号を表す。電力信号に関するスプレーガンの開閉のより詳細な説明を以下に論じる。
【0026】
[0040]図5Bは、電気スプレーガン100内のソレノイド130に流れる電流184を示す。間隔Tpos182の間、制御電子回路152は、電力信号180を正電圧Vpos186に保持する。間隔Tpos182の間、ソレノイド130に流れる電流184は、ほぼゼロからIon188を上回る値に増加する。Ion188は、電気スプレーガンのプランジャ136を動かし始めるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。間隔Tpos182の終わりに、電圧180は、ソレノイド130に流れる電流184がIhold190とほぼ等しくなるまで、ほぼゼロに保持される。Ihold190は、ガンが開放のままであるようにプランジャを引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。プランジャ136は、ガンが時限Thold192の間開放に保持されるように引きつけられる。時間Thold192にわたってIhold190を維持するために、電力信号180は、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調される。CHOPon194のCHOPoff196に対する比は、Ihold190を維持するための高周波変調信号を表す。この実施形態では、CHOPon194はほぼVpos186に等しく、CHOPoff196はほぼゼロに等しい。しかし、ソレノイド130に流れる電流がほぼIhold190に等しいかまたはそれを上回るように、任意の適切な値がCHOPon194およびCHOPoff196として使用されうる。
【0027】
[0041]バルブの迅速な閉鎖を確実にするために、フルブリッジドライバ154からの電力信号180は、間隔PWMoff181の間ほぼゼロに保持される。電力信号180を短時間Tneg200の間負電圧Vneg198に駆動することにより、ソレノイド130に流れる電流184は、電力信号電圧186がほぼゼロに保持されていた場合よりも早くIoff202に達する。Ioff202は、ソレノイド130がプランジャ136を解放してガン100を閉鎖させるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Tneg200の時間間隔の終わりに、ソレノイド130に流れる電流184はほぼゼロである。この実施例では、Tneg200の時限の終わりに、ガンドライバ154は、PWMoff181の時限の残り時間の間、電力信号電圧180をほぼゼロに保持する。
【0028】
[0042]図5Cは、電気スプレーガン100のプランジャの位置204を示す。プランジャの位置は、ソレノイド130に流れる電流184によって決定される。一実施形態では、プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流184がIon188未満であるときに閉じられる。プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流184がIon188に達してから開放位置の方へ移動する。プランジャ136を開放位置に保つために、ソレノイドに流れる電流は、引き続きIhold190以上でなければならない。Ton_delay206は、PWMon183および正の電力信号電圧180の時限から、ソレノイドに流れる電流がIon188でプランジャ136を引きつけるのに十分になるまでの時間を表す。プランジャは、ソレノイド130に流れる電流184が増大する間のいくらかのさらなる時間の後、全開位置210にある。同様に、Toff_delay208は、PWMoff181の時限からプランジャ136が閉まり始めるまでの時間を表す。プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流180がほぼゼロに等しくなったときに完全に閉じられる。できるだけ正確に噴霧するためには、Ton_delay206およびToff_delay208を最小限に抑えることが望ましい。
【0029】
[0043]図6の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動して改善されたガンバルブ開閉応答時間を達成する一方法を示す。スプレーガン100を駆動する方法は、制御電子回路152で実施されうる。好ましい一実施形態は、この方法をマイクロコントローラ上で稼働するソフトウェアの形で実施する。図6に示されている方法は、既知のガンバルブの開放時間Tpos182および閉鎖時間Tneg200を使用する。さらに、保持電流Ihold190も既知である。図6の段階212は、PWMon183の初めにある噴霧サイクルの初めに対応する。
【0030】
[0044]段階212で、公称使用電圧Vpos186は、プランジャ136が位置210で全開状態になるまで時限Tpos182の間印加される。公称使用電圧は、スプレーガンのプランジャ136を開放に保持しかつIhold190(図5B)を維持するのに十分な電圧である。この電圧は段階214で除去され、ほぼゼロにとどまる。段階216の間、ソレノイド130に流れる電流184が測定される。決定段階218で、システムは、ソレノイド130に流れる電流184がIhold190に等しいかどうかを、すなわち電流184がプランジャ136を開放状態に保持するのに少なくとも十分であるかどうかを検出する。電流184がIholdを上回っている限り、段階216で、システムはソレノイド電流を監視し続ける。電流184がIhold190に等しくなると、段階220で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。決定段階222で、システムはPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達した場合、システムは公称使用電圧Vneg198をTneg200に等しい時限の間印加する。Tneg200後、ソレノイド電流184はほぼゼロに等しい。段階226では電流をゼロに保持する。決定段階228で、システムはPWMoff181の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達すると、次のサイクルが始まり、方法は段階212に戻る。
【0031】
[0045]図7の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動して高速ガン開閉時間を達成する代替方法を示す。図7に示されている方法は、スプレーガン100のオン電流Ion188および保持電流Ihold190を使用する。段階230は、PWMon183の初めにある噴霧サイクルの初めに対応する。公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧が、ソレノイド130に印加される。段階232で、ソレノイド130に流れる電流184が監視される。決定段階234で、システムは、電流184がIon188、すなわちプランジャ136を引きつけ始めるのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIon188に等しくない場合、ソレノイド電流は監視され続け(段階232)、そうでない場合は、段階236でVpos236が安全間隔の間維持される。安全間隔は、ガンが完全に開放されるようにする。この間隔は、本発明のいくつかの実施形態でなくすことができる。安全間隔は、特定のガン、噴霧制御システムおよび加えられる液体圧もしくは空気圧に基づいて決定される。安全間隔の後、段階238でVpos186は除去される。次に、ソレノイド130の電流184が監視される(段階240)。
【0032】
[0046]決定段階242で、システムは、電流184がIhold190、すなわちプランジャ136を開状態に保持するのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190を上回っている場合、システムは電流184を監視し続ける(段階240)。電流184がIhold190に等しい場合、段階244で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。CHOPoff196に対するCHOPon194の比率は、高周波変調電力信号180をもたらす。決定段階246で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号(chopped power signal)180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階248で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が印加される。
【0033】
[0047]システムはソレノイド電流184を監視する(段階250)。決定段階252で、システムはソレノイド電流184がゼロに等しいかどうかを判断する。電流184がゼロに等しくない場合、システムは電流184を監視し続ける(段階250)。電流184がゼロに等しいとき、Vneg198は除去され(段階254)、電圧180はゼロに保持される(段階256)。決定段階258で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける。PWMoffの終わりに達している合、システムは段階230に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0034】
[0048]図7に示されている方法では、段階230で公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧を印加し、段階248で公称電圧Vneg198よりも高い電圧を印加する。公称Vpos186よりも高い電圧により、ソレノイド130に流れる電流184はより高速で増大することができる。したがって、プレンジャ136はより速い速度で動いて、ガンをより素早く開放させる。逆に、公称Vneg198よりも高い電圧により、ソレノイド130に流れる電流184はより高速で減少することができる。したがって、プレンジャ136はより速い速度で動いて、ガンをより素早く閉鎖させる。段階232および250でソレノイド130に流れる電流184を監視することにより、システムは、公称電圧よりも高い電圧を除去するために適切な時間を決定することができる。図7に示されている方法では、ソレノイド電流184は、ソレノイド130と直列に直接測定される。図7の方法は公称電圧よりも高い電圧を利用することが好ましいが、公称Vpos186電圧および公称Vneg198電圧が使用されてもよい。
【0035】
[0049]図8の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動してより高速な開閉時間を達成するための本発明の一実施形態を示す。図8に示されている方法は、スプレーガン100のオン電流Ion188および保持電流Ihold190を使用する。さらに、この方法により、ブリッジドライバ154のローサイド170a(図4)を通じてソレノイド電流184を近似することができる。ブリッジドライバのローサイド(170a)で測定された電流185は、図5Dに描かれている。あるいは、別の実施形態において、ソレノイド電流は、ブリッジドライバのハイサイドで、実質的にソレノイド電流に等しいソース電流170bを監視することによって測定される。接地を基準とすると、図5Dに示したような電流185が表される。図示の方法は、所与の間隔の後、例えばスプレーシステムの各100サイクルの後で実行されることになるオプションの較正を示す。較正プロセスの頻度は、必要に応じて変更することができる。さらに、較正プロセスは、較正が必要とされない場合、例えば噴霧システムが均一パラメータを維持する場合、上記方法から除去することができる。較正プロセスについて以下でより詳細に論じる。
【0036】
[0050]図8の例示の実施例は、スプレーシステムが100回循環しているかどうかを判断する。この実施例では、カウンタ「PWMループ」が、サイクル数を追跡するために使用される。カウンタは、例示の方法を初期化したときにゼロに設定される(段階260)。カウンタをゼロに設定した後、段階262で、公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧がソレノイド130に印加される。段階264で、ソレノイド130に流れる電流184が監視される。電流184は、ブリッジドライバ154のシンク170a(図4)で監視される。シンク電流測定164は、ソレノイド電流184に等しい。決定段階266で、システムは、電流184がIon188、すなわちプランジャ136を引きつけ始めるのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIon188に等しくない場合、システムは電流184を監視し続ける(段階264)。電流184がIon188に等しいとき、段階268で、システムは任意選択でVpos186を安全間隔の間維持する。安全間隔は、ガンが完全に開放されるようにする。
【0037】
[0051]安全間隔は、特定のガン、噴霧制御システムおよび印加される液体圧もしくは空気圧に基づいて決定される。安全間隔の後、段階270でVpos186は除去される。次に、段階272で、ソレノイド130の電流184はシンク電流測定装置164によって監視される。決定段階274で、システムは、電流184がIhold190、すなわちプランジャ136を開状態に保持するのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190を上回った場合、システムは電流184を監視し続ける(段階240)。電流184がIhold190に等しい場合、段階276で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。決定段階278で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階280で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が印加される。
【0038】
[0052]Vneg198を印加しながら、段階282で、システムは、カウンタ「PWMループ」を確認してカウンタがゼロに等しいかどうかを判断する。カウンタがゼロに等しい場合、システムは較正ループ内にある。段階284で、システムはVneg198が印加された時間(Tneg)のカウントを開始する。決定段階288で、システムはフルブリッジドライバのローサイド170aで電流185を監視する。時間PWMon183における逆極性の電流185は、逆電磁力(EMF)の結果としてゼロになる。電流185は、ソレノイドが放電したときにゼロに戻る。電流185が負値から正値に移行したとき、システムは、段階290で時間のカウントを停止し、段階292でカウンタをインクレメントする。Vneg198は除去され(段階294)、電圧180はゼロに保持される(段階296)。決定段階298で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階296)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0039】
[0053]段階282に戻ると、カウンタがゼロに等しくない場合、システムは較正ループ内にはない。段階300で、Vneg198は、所定の時間Tneg_redの間印加される。ここで、Tneg_redはTneg未満である。したがって、Tneg_redは、ソレノイド電流184が放電してから、ローサイドブリッジ174aの電流185の急上昇を補償する。この実施例では、Tneg_redは、較正プロセス中に計算され、Tnegに等しい。しかし、Vneg198を維持するための時間の長さが予め設定されていてもよく、その場合、較正ループは必要ない。さらに、較正ループは、システム起動時にのみ、または手動もしくは自動で選択された任意間隔でのみ実行することができる。Vneg198を印加した後、決定段階302で、システムはカウンタ「PWMループ」が所定の較正間隔未満であるかどうかを判断する。この実施例では、較正間隔は100に設定される。カウンタが較正間隔未満の場合、カウンタはインクリメントされる(段階304)。カウンタが較正間隔以上の場合、カウンタはゼロに設定される。
【0040】
[0054]この実施例では、システムが次に決定段階282に達したときに、ゼロに等しいカウンタに基づいて較正が実行されることになる。段階304または段階306でカウンタを設定してから、システムは、段階296で上述の較正ループと同様にゼロ電圧を保持する。決定段階298で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階296)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0041】
[0055]図9の流れ図は、本発明の一実施形態に従ってガンのオン/オフ検出とガンの保持電流とを使用して電気スプレーガンを制御する一方法を示す。この方法は、段階308で、公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧をガンが開放するまでソレノイド130に印加することによって開始する。ガンが開放したかどうかを検出するのは、いくつかの方法と圧力感知トランスミッタを含む装置とを使用して実現することができる。圧力感知トランスミッタを使用してガンが開放したかどうかを検出するための方法および回路について、以下でより詳細に論じる。
【0042】
[0056]ガンが開放した後、段階310でVpos186は除去される。段階312で、ソレノイドに流れる電流184が監視される。決定段階314で、システムは、電流184がガンの保持電流Ihold190に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190に等しくない場合、段階312で電流を監視し続ける。Ihold190が電流184に等しい場合、信号が、Ihold190を維持するのに十分な、CHOToff196に対するCHOPon194の比率で変調するように、裁断Vpos186が印加される。決定段階318で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階320で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が、ガンが閉鎖するまで印加される。決定段階322で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階322)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0043】
[0057]前述の実施例は、電気スプレーガンを制御するための本発明内の適切な方法を具体化するものであるが、これらの実施例は例示するために提供されていることを理解されたい。したがって、本発明内の電気スプレーガンを制御するための他の方法も考えられる。さらに、上記の例示的な方法の様々な態様が、特定用途が必要とするように組み合わされることも考えられる。
【0044】
[0058]電気スプレーガンを効率的に制御するためには、いくつかのパラメータが必要とされることがある。スプレーガンを制御するために使用されるパラメータの例が、Ion188、Ioff202およびIhold190である。Ion188は、ガンが開放し始めるように電気スプレーガンのプランジャ136を引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。Ioff202は、ガン100内のプランジャが解放されかつガンが閉鎖し始めるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Ihold190は、ガンが開放位置にとどまるようにプランジャを引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。しかし、スプレーガンを制御する特定の方法では、パラメータをすべて使用するか、またはパラメータを全く使用しないか、あるいはパラメータのある組合せを使用することができる。
【0045】
[0059]図10は、Ion188、Ioff202およびIhold190を決定するための診断手順を提供する。この診断手順は、特定のスプレーガン100用のパラメータを決定するために必要に応じて実行することができる。診断手順は、スプレーガンの製造業者が特定のシステム用の値を提供する場合に不要となりうる。この手順は、段階326で、公称使用電圧Vpos186をソレノイド130にガンが開放するまで印加することによって開始する。ガンが開放すると、段階328で、ソレノイド130に流れる電流184がIon188を決定するために測定される。上記電圧は、ソレノイド130から除去されない。段階330で、ソレノイド電流184は監視される。決定段階332で、システムは電流184が増大しているかどうかを判断する。電流184が増大し続けた場合、段階330で、ソレノイド電流184を監視し続ける。電流が増大しなくなったときに、段階334で、公称ソレノイド電流が測定される。
【0046】
[0060]段階336で、信号がCHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調するように、裁断Vpos186が印加される。裁断信号のデューティサイクルは、ガンが閉鎖するまで除々に減少する。ガンが閉鎖したとき、ソレノイド130に流れる電流184が測定されIoff202を決定する。Ioff202は、ガン100内のプランジャ136が解放されてガンを閉鎖させるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Ioff202を決定した後、Ihold190が関係式Ihold=Ioff+(Ion−Ioff)/2に従って計算されうる。しかし、新たなIhold190の値は、Ioff202にある間隔を加算しかつガンが開放のままであるかどうかを判断することによって得ることができる。例えば、Ioff202の値に10%加算することで、ガンを開放に保持するのに十分となりうる。Ioff202の値に10%加算してもガンを開放に保持しない場合、システムは、Ioff202に加算される間隔を繰り返し増大させ、例えば20%とし、ガンが開放のままであるかどうかを判断する。
【0047】
[0061]Ihold190を決定した後、段階342で使用値が計算される。例えば、特定のシステムは、5パーセントの安全間隔を必要としうる。この場合、Ioff用の使用値は、Ioff−5%で計算される。Ion用の使用値は、Ion+5%で計算される。用途および噴霧システムに応じて、安全間隔は、ゼロすなわち無間隔から任意の適当な間隔まで調節されうる。図10に示されているように、段階342で使用値が計算されるが、使用値は、例示的な手順の間いつでも計算することができる。例えば、Ioff202の使用値は、段階338においてIoff202が測定されるときに計算することもできる。
【0048】
[0062]本発明の一実施形態に従って電気スプレーガンのON/OFF位置を検出する場合、図11の概略図に示されているような回路が提供される。ON/OFF検出回路を提供することにより、図10に示されている方法は、Ion、IoffおよびIholdを効率的に計算することができる。しかし、ON/OFF検出回路および診断手順は、本発明のすべての実施形態に必要というわけではない。例えば、ガンの製造業者がこれらの値をエンドユーザに提供することができる。これらの値は他の手段によって決定されてもよい。図11に示されている回路は、圧力トランスミッタブリッジ366に安定した供給電圧を提供する電圧源V_REF364および抵抗器368を含む。圧力トランスミッタブリッジは、ガン100のノズルアセンブリ148の前に、ブリッジ366とノズル148との間に小空隙をあけて配置される。高利得増幅器372は飽和状態で使用されうる。電池370は増幅器372にオン電圧を供給する。第2の電池374は増幅器372にオフ電圧を供給する。この実施例は電池370、374を使用しているが、任意の適当な電源が使用されてもよいことに留意されたい。可変オフセット電圧376は増幅器372にバイアスをかける。オフセット電圧は、増幅器372の出力が大気圧で電池374にクランプするように設定される。ガン100によってオン位置で引き起こされた空気圧は、実質的にガン100が開放する瞬間に、増幅器372に正の電池370にクランプさせる。電界効果トランジスタ(FET)380は、増幅器372に接続しており、回路からデジタル出力378を与える。この実施例では、FET380は大気圧で開であり、これはガン100が閉鎖位置にあるときである。ガン100が開放すると、FETは接地に切り換わる。したがって、デジタル出力378を監視することにより、ガン100が開放(オン)位置にあるのかそれとも閉鎖(オフ)位置にあるのかを判断することができる。
【0049】
[0063]図12の流れ図は、図11に示されている電気スプレーガンのオン/オフ位置を検出するための回路例を使用してガンのパラメータを計算する1つの例示的な方法を示す。段階344で、液体供給ポート112は、空気圧縮機などの空気圧を与える装置に連結される。図11に示されている回路はガン100に接続されており、デジタル出力378は、図10に示されているガン診断手順例にデータを提供する。段階346で、システムに加えられる空気圧はゼロである。段階348で、オフセット電圧376は、FETスイッチ380の出力378が大気圧でオンになるように調節される。段階350で、基準電圧376は、出力378が大気圧で単にオフになるように調節される。
【0050】
[0064]段階352で最大使用圧力がガンに加えられ、段階354で圧力トランスミッタがガンノズル148の前に配置される。最大使用圧力が加えられるのは、ソレノイドの磁力が、ばね146と摩擦との両方からの機械的力、ならびに噴霧される液体からの力に打ち勝たなければならないからである。段階356で診断手順が実行される。図10は、図12に示されている方法で使用するための診断手順の一実施例を提供する。段階358で、段階356の診断手順に従って測定が行われる。段階360で、別のガンが測定されるべきかどうかが判断される。別のガンが測定されるべき場合、方法は、段階354に戻って新たなガンを使用する。追加のガンが測定されるべきでない場合、方法は段階362で終了する。
【0051】
[0065]図12に提供されている方法は、オン/オフ検出回路を使用してガンのパラメータを生成する一方法を提供する。オン/オフ検出回路は、ガンのオン/オフ状態がガンの制御手順で直接使用されるように、電気スプレーガンに組み込むこともできる。例えば、図9は、ガンのオン/オフ状態を直接利用するスプレーガンを制御するための例示的な方法を提供する。
【0052】
[0066]本明細書に記載されている電気スプレーガンおよびスプレーガンシステムは、いくつかの利点および改良点を提供する。本発明のいくつかの実施形態は、容易にかつ効率的に設置されるスプレーガンシステムを提供する。本発明の追加の実施形態は、電力効率の高いスプレーガンシステムを提供する。より迅速なガン開閉時間が本発明の使用によって達成されうる。例えば、図8の流れ図は、電気スプレーガンを駆動して高速ガン開閉時間を達成する例示的な方法を示す。スプレーガンシステムの高電力効率、システム構成の容易さおよび高速開閉時間を達成するために、例示的なシステムおよび方法の態様を組み合わせることもできる。
【0053】
[0067]本明細書に引用されている刊行物、特許出願および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献が個々に具体的に示されて参照により組み込まれ、そしてここでその全体が本明細書に記載されているのと同程度に、ここで参照により組み込まれる。
【0054】
[0068]本発明を説明する文脈(特に、以下の特許請求の範囲の文脈)での「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」という用語、ならびに同様の指示対象の使用は、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、単数形と複数形の両方を含むと解釈されるべきである。「備える(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」、および「包含する(containing)」という用語は、特に断りのない限り、非限定的用語(すなわち「含むが限定するものではない」を意味する)として解釈されるべきである。本明細書内の数値範囲の詳説は、本明細書内で特に指摘していない限り、単にその範囲内にあるそれぞれの別々の数値を個々に参照する速記法として役割を果たすためのものであり、それぞれの別々の数値は、それが本明細書内に個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記述されているすべての方法は、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、任意の適当な順序で実施することができる。本明細書内に与えられているあらゆる例または例示的な言い回し(例えば「など(such as)」)の使用は、特に主張されない限り、単に本発明をより良く明らかにするためのものであり、本発明の範囲を限定することにはならない。本明細書内の言い回しは、任意の非請求の要素を本発明の実施に不可欠なものとして示すと解釈されるべきではない。
【0055】
[0069]本発明の好ましい実施形態が、本発明を実施するための発明者らに知られている最良の態様を含めて、本明細書に記載されている。そうした好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読んだときに当業者には明らかになるであろう。発明者らは、当業者がそのような変形形態を必要に応じて使用すると予期しており、発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されているもの以外の方法で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法によって許容されているように、本明細書に添付されている特許請求の範囲に記載されている主題のすべての変更形態および均等物を含む。さらに、本発明の好ましい実施形態の考えられるすべての変形形態における上記の要素のいずれの組合せも、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、本発明によって網羅される。
【発明の背景】
【0001】
[0001]スプレーガン(spray gun)およびスプレーガンシステムには、今日、産業環境において多種多様の用途がある。スプレーガンは、ある領域または物体を噴霧材料(sprayed material)の粒子で覆うなど、液体材料を分散させるために頻繁に使用される。かかるシステムを使用するための1つの主要な領域が、包装食品または他の食品を加工するときにある。例えば、穀物製品がスプレーガン配列のそばを通り過ぎるコンベヤーベルト上で運搬され、スプレーガンが穀物製品を甘味料、添加物、サプリメントなどで被覆する場合である。かかるシステムは、手動ブラッシングや自動ブラッシングなどのより標的を絞ったシステムを使用して食品の各ユニットを被覆するよりも実用的であることが多い。
【0002】
[0002]電気スプレーガン(electric spray gun)は、多くの産業用途および商業用途で微細噴霧剤を生成する。電気スプレーガンは、多くの製品に液体塗料や粉体塗料などのコーティング材を塗布する。スプレーガンは、組立ラインにある産業用ロボットに取り付けることができる。製造物品がロボットステーションに位置すると、ロボットはガンを正確に動かす。ガンのプログラムは、物品に被覆するために噴霧を適時にオンオフする。
【0003】
[0003]ある既存の電気スプレーガンシステムは、ソレノイドを使用してプランジャを制御し、それによって、ガンを開放して物品に噴霧することができ、ガンを閉鎖してガンが噴霧するのを停止することができる。ソレノイドは、電磁界を与えてプランジャを制御するために励起される。ソレノイドの励起が断たれたときに、プランジャは閉鎖位置に復帰する。
【0004】
[0004]現在、そのような電気スプレーガン用の駆動信号は、固定された通常動作電圧である。「オフ」位置では、ソレノイド駆動部は、浮遊したままにおかれるか(オープンコレクタ出力タイプ)、短絡されるか(プッシュプル出力タイプ)のどちらかである。ソレノイド駆動部の固有インダクタンスのために、ソレノイドコイルは、駆動信号がゼロになるとソレノイドコイルの保持電流を一時的に維持するように働く。したがって、ガンの閉鎖は、駆動信号の変化と同時には起こらない。駆動信号とガンの動作との間のこの誘導性遅延は、ガンの不正確な制御を引き起こす。この不正確な制御は、製造物品に吹き付けられている材料の望まれない厚みのばらつきにつながる可能性がある。さらに、ガンの不正確な制御は、不必要なオーバースプレー(over spray)にもつながり、それによって、製造物品は、ガンが噴霧している間にもはやスプレーガンの範囲内に存在しなくなる可能性がある。
【0005】
[0005]従来、駆動信号は、ガンが開放位置にある間、比較的一定の電圧を維持する。次いで、駆動信号は、ゼロ値に移行してガンを閉鎖し、ガンが閉鎖されたままの間、ゼロ値にとどまり続ける。ガンが開放位置にある間、駆動信号は、ガンを開放状態に保持するために必要とされるよりも高いままである。これは、ガン内と駆動電子部品内との両方で熱に変換される余剰電力を消費することにつながる。
【0006】
[0006]スプレーの制御を行うために、スプレーガン駆動信号の周波数は、通常、パルス幅変調(PWM)デューティサイクル制御値を使用するそれぞれのタイプのガンに対して固定される。これにより、PWMデューティサイクルの制御範囲は狭くなる。ガンがオフとなる時間の長さを容易には増減することができず、噴霧プロセスが不完全になる可能性がある。
【0007】
[0007]技術者が、スプレーガンシステムを設置しかつ構成することが多い。設置する技術者は、周波数、駆動電圧、最小デューティサイクル、最大デューティサイクル、および負パルスの持続時間を含む多くの値を設定しなければならない。しかし、技術者は、スプレーガンシステムの知識をほとんどまたは全く有していないことが多い。したがって、パラメータは、安全値に設定されるか、またはデフォルト値に置かれることが多い。スプレーガンシステムの準最適構成は、プロダクトストライピング(product striping)および噴霧材料の非効率な塗布を含む多くの問題を引き起こす。
【発明の概要】
【0008】
[0008]本発明は、スプレーガンシステムを制御しかつ構成する効率的な方法を提供する。既知のパラメータおよび/または診断によって得られたパラメータに基づいて電気スプレーガンを駆動する方法が提供される。さらに、スプレーガンシステムを効率的に駆動するために必要な値を得るための診断手順が提供される。本発明の別の態様では、スプレーガンシステム用の駆動信号を最適化するために、スプレーガンバルブの開閉位置を検出するための装置および方法が提供される。
【0009】
[0009]迅速なガン開閉時間を達成するために電気スプレーガンを駆動する方法の例が提供される。スプレーガンを駆動する方法は、埋込みプロセッサなどの制御電子回路で実施されうる。好ましい一実施形態は、ソフトウェアがマイクロコントローラ上で稼働する方法を実施する。1つの方法は、既知のガン開放時間、ガン閉鎖時間およびガン保持電流を利用して開閉信号を最適化する。この方法では、ガンのプランジャが全開状態になるまで、ガンの公称使用電圧が印加される。次いで、この電圧は除去され、ほぼゼロのままである。ソレノイドに流れる電流は、ガンの保持電流に達するまで測定される。ソレノイドに流れる電流が保持電流と等しくなると、パルス幅変調電力信号がスプレーガンに供給される。この電力信号は、スプレーオンサイクル(spray on cycle)の終わりまで保持電流をほぼ維持するのに十分な比率で変調する。スプレー時間間隔の終わりに、システムは、ソレノイド電流がゼロにほぼ等しくなるまで負の公称使用電圧(nominal negative working voltage)を印加して、噴霧サイクルを完了する。
【0010】
[0010]電気スプレーを駆動する別の方法は、ガンのオン電流、保持電流およびゼロ交差検出回路を使用する。この方法では、公称使用電圧よりも高い電圧がソレノイドに、ソレノイドに流れる電流がガンのオン電流に等しくなるまで印加される。次いで、この電圧は、ソレノイドに流れる電流がガンの保持電流に等しくなるまで除去される。次に、パルス幅変調電力信号が、保持電流をほぼ維持するのに十分な比率でソレノイドに供給される。スプレーオンサイクルの終わりに、負の公称使用電圧よりも高い電圧が印加される。システムは、ソレノイド電流がゼロに等しくなるまでソレノイド電流を監視する。ソレノイド電流がゼロに等しくなったとき、電圧は、次のスプレーオンサイクルまでゼロに保持される。
【0011】
[0011]電気スプレーガンを駆動する別の方法もまた、ガンのオン電流および保持電流を使用する。しかし、この方法は、負の公称使用電圧よりも高い電圧の期間の終わりを検出するための別のプロセスを使用する。上記の例のように、スプレーオンサイクルの終わりにソレノイド電流がゼロに等しくなるまで負の公称使用電圧よりも高い電圧を印加するのではなく、システムは、ソレノイド電流が負値から正値に移行するまで負電圧を印加する。この場合の測定は、電気スプレーガンに電力を供給する回路のローサイド、すなわちマイナス側で行われる。
【0012】
[0012]別の例示の実施形態では、ガンの保持電流およびノズル位置に、すなわちガンノズルが開放されたか閉鎖されたかに基づいて電気スプレーガンを駆動する方法が提供される。この方法は、公称使用電圧よりも高い電圧をガンのソレノイドにガンが開放されるまで印加する。ガンが開放されたかどうかを検出することが、圧力感知トランスミッタ(pressure sensitive transmitter)を使用して実現されうる。ガンが開放されたかどうかを検出するための方法および回路について、以下でより詳細に論じる。ガンが開放した後、電圧は除去され、ソレノイドに流れる電流は、電流がガンの保持電流に等しくなるまで監視される。次に、パルス幅変調電力信号が、保持電流をほぼ維持するのに十分な比率でソレノイドに供給される。スプレーオンサイクルの終わりに、負の公称使用電圧よりも高い電圧が、ガンが閉鎖するまで印加される。ガンが閉鎖した後、電圧は、次のスプレーオンサイクルまでゼロに保持される。
【0013】
[0013]例示的な診断手順が提供される。この診断手順は、ガンのオン電流、オフ電流、保持電流などのパレメータを計算するために使用されうる。これらの値に基づいて、上述したような、電気スプレーガンを制御するための効率的な方法が開発されうる。
【0014】
[0014]本発明の様々な実施形態による電気スプレーガンを駆動する最適化方法は、添付の図に関連する以下の説明からより完全に理解されることになる他の特徴および利点を組み込む。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】電気ソレノイド操作式スプレーガン(electric solenoid−operated spray gun)がロボットアームに取り付けられている本発明の一実施形態の斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に従って構成されたソレノイド操作式スプレーガンの斜視図である。
【図3】図2のスプレーガンの線3−3の面に沿って見た縦断面図である。
【図4】スプレーガン用の制御および電力系統内の構成要素および論理的結合を示す本発明の一実施形態の概略図である。
【図5A】図4のガンドライバ(gun driver)から図4の電気スプレーガンへの電力信号を示すタイミング図である。
【図5B】図5Aの電力信号例による、図3の電気スプレーガンのソレノイドに流れる電流を示すタイミング図である。
【図5C】図3に示されている電気スプレーガンのプランジャ位置を示すタイミング図である。
【図5D】図4に示されている電気ガンドライバのローサイドで測定された電流を示すタイミング図である。
【図6】本発明の一実施形態に従って、ガン開閉時間およびガン保持電流に基づいて電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図7】スプレーガンのオン電流および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図8】スプレーガンのオン電流および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図であり、スプレーガン制御システム用の較正技法を示す。
【図9】ガンのオン/オフ検出および保持電流を使用して電気スプレーガンを制御する方法を示す流れ図である。
【図10】電気スプレーガンに対する診断を行ってオン電流、オフ電流および保持電流を決定する方法を示す流れ図である。
【図11】電気スプレーガンのON/OFF位置を検出するための回路例の概略図である。
【図12】図11に示されている回路例を較正しかつ図10にあるような電気スプレーガンの診断を行う方法を示す流れ図である。
【発明の詳細な説明】
【0016】
[0030]本発明は一般に、電気スプレーガンコントローラの論理演算を実行するための方法およびシステムに関する。本明細書に記述されている改良されたスプレー技術を実施する場合、本発明は、図1に示されているように、一構成でロボットスプレーガンシステムを含む。このスプレーガンシステムは、製造対象物に噴霧するための、可動アームに取り付けられたスプレーガンを提供する。本発明は、任意のソレノイド操作式スプレーガンシステムと協働するためのものであり、図1に示されているロボットシステムに限定されないことに留意されたい。この実施例では、ソレノイド操作式スプレーガン100が、製造対象物102に微細噴霧スプレー104を吹き付ける。ロボット106は、スプレーガン100を関節アーム108上に支持する。アーム108は、単一スプレーガン100または複数スプレーガンを支持するように構成されうる。製造物品102は、食品品目、消費財、産業財などの多くの製品を含むことができる。スプレーガン100のアーム108は、ガンからの微細噴霧スプレー104が製造物品102の選択された領域を覆うように、ロボット106によって選択的に動くことができる。
【0017】
[0031]本発明によって可能になる改良した制御を行う場合、スプレーガンヘッドは、図2に示すようなものとすることができる。この図は、システムに使用されうる1つのスプレーガン100の外部ケーシングおよび接続部の詳細説明図を提供する。スプレーガン100は、1対の液体ポート112、114を有するハウジング本体110で形成される。ポート112は液体をガンに供給し、ポート114は戻り管路に連結している。ポート116は、スプレーガン100に加圧空気を供給する。最後に、ポート118は、制御信号ケーブル120をスプレーガン100に接続できるようにする。図示のスプレーガンは、システム内で働くことになるスプレーガンのうちのただ1つの実施例を与える。さらに、図示のスプレーガンの接続部およびポートは、すべてのスプレーガンに存在する必要はない。
【0018】
[0032]図3は、図2のスプレーガンの実施例の線3−3の面に沿って見た縦断面図を提供する。液体供給ポート112と液体戻りポート114は、交差ボア(cross bore)122によって相互に連結され、交差ボア122は、カウンタボア(counterbore)126の中へ延びる中心液体流路124に連結している。空気流入ポート116は、空気をカウンタボア126の中へ通過させる供給通路128に連結している。ソレノイドコイル130は、長手方向チャンバ132内に収容されている。ソレノイドコイル130は、プラスチックスプール134を中心とした従来の巻線形コイルを含む。コイル130は、制御信号ポート118を介して制御信号120に接続している。
【0019】
[0033]噴霧される液体の通過を阻止または許容するために、金属または他の材料で製作された相互バルブプランジャ(reciprocal valve plunger)136が、ソレノイドコイル130のすぐ下流側のチューブ138内に配置される。プランジャ136はニードル部分140を有し、ニードル部分140は、閉鎖位置にあるとき、中心液体通路144を閉鎖するバルブ142にぴったりはまる。ばね146は、ニードル140がバルブ142にぴったりはまるように、プランジャ136を閉鎖位置に偏倚させる。ソレノイド130が励起されると、プランジャ136は、ばね146の偏倚力に逆らって開放位置に移動させられ、液体は、液体通路144およびバルブ142を通りノズルアセンブリ148の外に誘導される。プランジャ136およびニードル140を開放位置と閉鎖位置の間で移動させるためには、プランジャ136を取り囲みかつプランジャ136に磁気的に作用する磁束ループが生成されることが必要である。ソレノイド130は磁束ループを誘起し、次いで、この磁束ループはプランジャ136に作用する。磁束ループは、スプレーガン100に対して磁気的に伝導性の外部構造体を使用することによって、あるいはソレノイドコイル130の少なくとも一端に隣接する金属の放射状磁束偏向素子を利用することによって作ることができる。
【0020】
[0034]ソレノイドコイル130を選択的に励起することにより、磁束ループは、プランジャ136を偏倚ばね146の力に逆らって後方に移動させてバルブ142を開き、加圧液体の流れを可能にする。ソレノイドコイル130の励起を断つことにより、プランジャ136は、偏倚ばね146の力を受けてプランジャ136の閉鎖位置に復帰することができる。このシステムで使用されうるスプレーガンの一例が米国特許第7,086,613号に記載されており、同特許の開示は、参照により、その開示が記載されているのと同程度に、その全体が本明細書に完全に組み込まれる。しかし、他のスプレーガンもこのシステム内で働き、上述のスプレーガンは、一例として提供されているに過ぎない。
【0021】
[0035]本発明に従って適切に動作するためには、スプレーガンにソレノイド駆動信号と適切な液体供給源とが与えられなければならない。図4は、本発明の一実施形態に使用される論理的な電力ライン、制御ラインおよび液体ラインを示す。この実施形態では、電源150が、制御電子回路152およびガンドライバ154に電力を供給する。好ましい一実施形態では、電源150、制御電子回路152およびガンドライバ154は、単一プリント回路板(PCB)上に配置される。PCBはこの場合、ハウジング内に配置されうる。しかし、代替実施形態では、電源150、制御電子回路152およびガンドライバ154は、別々のハウジング内に配置されてもよく、あるいはスプレーガン100のハウジングに組み込まれてもよい。
【0022】
[0036]印加電圧を測定するために、制御電子回路152は、ガンドライバ154に供給される電圧を常時または断続的に測定する。この電圧は、電圧測定回路156によって測定される。電圧測定回路156は、制御電子回路152に、ガンドライバ154への入力電圧を示す信号158を供給する。電圧を監視するのに加えて、制御電子回路152は、電源150とガンドライバ154との間のソース電流およびシンク電流を監視する。ソース電流は、電流測定回路160によって測定され、ガンドライバ154に供給されているソース電流の値は、信号ライン162を使用することにより制御電子回路152によって監視される。同様に、電流測定回路164がガンドライバのシンク電流を測定し、信号を接続線166経由で制御電子回路152に供給する。
【0023】
[0037]制御電子回路152は、専用回線の使用、埋込み型マイクロプロセッサまたは汎用コンピュータによるなど、いくつかの方法で実施されうる。好ましい一実施形態では、制御電子回路は、ガンドライバ154および電源150と同じPCB上の埋込み型マイクロコントローラで実施される。適切なマイクロコントローラの一例が、Microchip Technology社によって製造されたPIC(登録商標)マイクロコントローラである。制御電子回路152は、システム制御信号168を除外することができる。システム制御信号168は、多くの情報、例えばガンがオンされるべきかオフされるべきかなどを含むことができる。最後に、制御電子回路は、ガンが現在開放されているか閉鎖されているかを判断するために、開/閉検出回路を使用してスプレーガン100を監視することができる。開/閉検出回路が使用された場合、開閉検出回路176は、制御電子回路152に制御信号178を供給する。一実施形態では、開/閉検出回路176は、スプレーガン100のノズル148の前にある圧力感知トランスミッタブリッジを使用する。空気圧はガン100が開放されると変化するので、圧力感知トランスミッタブリッジは圧力の変化を示し、開/閉検出回路176は適切な制御信号を制御電子回路152に送信する。しかし、他の実施形態では、検出回路は、スプレーガンヘッドに内蔵されてもよく、あるいはプランジャの位置検出回路としてガンに組み込まれてもよい。ガンの開/閉位置を検出するための任意の適切な方法が使用されてもよい。
【0024】
[0038]ガンソレノイドに電力を効果的に供給するために、ガンドライバ154は、フルブリッジ電力ドライバであることが好ましい。ガンドライバ154は、電力ライン170aおよび170bを介して電源150から電力を受け取る。ガンドライバ154はまた、制御電子回路152から制御信号172を受け取る。ガンドライバ154は、電力信号174aおよび174bをスプレーガン100に供給する。電力信号174は、バルブ142が開き液体が放出されうるようにプランジャ136を移動させるために、ソレノイドコイル130(図3)を直接励起することができる。フルブリッジドライバの例が、Intersil HIP4082の周囲に構築される。フルブリッジドライバは、ソレノイド130を励起するために、パルス幅変調電力信号174を出力することができる。しかし、電力信号174は、正、負またはゼロに保持されてもよい。制御信号および電力信号について以下により詳細に論じる。
【0025】
[0039]図5Aは、フルブリッジ電気ガンドライバ154と電気スプレーガン100との間の電力信号の一実施形態を示す。一実施形態では、電力信号は、制御電子回路152からの制御信号172に基づいてフルブリッジガンドライバ154によって生成される。この実施例では、電力信号電圧180がゼロに保持されている期間中、例えば間隔PWMoff181の間、電気スプレーガン100は閉鎖される。ソレノイド130に流れる電流がガンプランジャ136を開放状態に保持するのに十分な高さのままであるように電力信号が正電圧に保持されているかまたは変調されている期間中、例えば間隔PWMon183の間、ガン100は開放している。間隔PWMoff181に対する間隔PWMon183の関係は、ガンのスプレーオン時間(spray−on time)を制御するための低周波パルス幅変調信号を表す。電力信号に関するスプレーガンの開閉のより詳細な説明を以下に論じる。
【0026】
[0040]図5Bは、電気スプレーガン100内のソレノイド130に流れる電流184を示す。間隔Tpos182の間、制御電子回路152は、電力信号180を正電圧Vpos186に保持する。間隔Tpos182の間、ソレノイド130に流れる電流184は、ほぼゼロからIon188を上回る値に増加する。Ion188は、電気スプレーガンのプランジャ136を動かし始めるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。間隔Tpos182の終わりに、電圧180は、ソレノイド130に流れる電流184がIhold190とほぼ等しくなるまで、ほぼゼロに保持される。Ihold190は、ガンが開放のままであるようにプランジャを引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。プランジャ136は、ガンが時限Thold192の間開放に保持されるように引きつけられる。時間Thold192にわたってIhold190を維持するために、電力信号180は、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調される。CHOPon194のCHOPoff196に対する比は、Ihold190を維持するための高周波変調信号を表す。この実施形態では、CHOPon194はほぼVpos186に等しく、CHOPoff196はほぼゼロに等しい。しかし、ソレノイド130に流れる電流がほぼIhold190に等しいかまたはそれを上回るように、任意の適切な値がCHOPon194およびCHOPoff196として使用されうる。
【0027】
[0041]バルブの迅速な閉鎖を確実にするために、フルブリッジドライバ154からの電力信号180は、間隔PWMoff181の間ほぼゼロに保持される。電力信号180を短時間Tneg200の間負電圧Vneg198に駆動することにより、ソレノイド130に流れる電流184は、電力信号電圧186がほぼゼロに保持されていた場合よりも早くIoff202に達する。Ioff202は、ソレノイド130がプランジャ136を解放してガン100を閉鎖させるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Tneg200の時間間隔の終わりに、ソレノイド130に流れる電流184はほぼゼロである。この実施例では、Tneg200の時限の終わりに、ガンドライバ154は、PWMoff181の時限の残り時間の間、電力信号電圧180をほぼゼロに保持する。
【0028】
[0042]図5Cは、電気スプレーガン100のプランジャの位置204を示す。プランジャの位置は、ソレノイド130に流れる電流184によって決定される。一実施形態では、プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流184がIon188未満であるときに閉じられる。プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流184がIon188に達してから開放位置の方へ移動する。プランジャ136を開放位置に保つために、ソレノイドに流れる電流は、引き続きIhold190以上でなければならない。Ton_delay206は、PWMon183および正の電力信号電圧180の時限から、ソレノイドに流れる電流がIon188でプランジャ136を引きつけるのに十分になるまでの時間を表す。プランジャは、ソレノイド130に流れる電流184が増大する間のいくらかのさらなる時間の後、全開位置210にある。同様に、Toff_delay208は、PWMoff181の時限からプランジャ136が閉まり始めるまでの時間を表す。プランジャ136は、ソレノイド130に流れる電流180がほぼゼロに等しくなったときに完全に閉じられる。できるだけ正確に噴霧するためには、Ton_delay206およびToff_delay208を最小限に抑えることが望ましい。
【0029】
[0043]図6の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動して改善されたガンバルブ開閉応答時間を達成する一方法を示す。スプレーガン100を駆動する方法は、制御電子回路152で実施されうる。好ましい一実施形態は、この方法をマイクロコントローラ上で稼働するソフトウェアの形で実施する。図6に示されている方法は、既知のガンバルブの開放時間Tpos182および閉鎖時間Tneg200を使用する。さらに、保持電流Ihold190も既知である。図6の段階212は、PWMon183の初めにある噴霧サイクルの初めに対応する。
【0030】
[0044]段階212で、公称使用電圧Vpos186は、プランジャ136が位置210で全開状態になるまで時限Tpos182の間印加される。公称使用電圧は、スプレーガンのプランジャ136を開放に保持しかつIhold190(図5B)を維持するのに十分な電圧である。この電圧は段階214で除去され、ほぼゼロにとどまる。段階216の間、ソレノイド130に流れる電流184が測定される。決定段階218で、システムは、ソレノイド130に流れる電流184がIhold190に等しいかどうかを、すなわち電流184がプランジャ136を開放状態に保持するのに少なくとも十分であるかどうかを検出する。電流184がIholdを上回っている限り、段階216で、システムはソレノイド電流を監視し続ける。電流184がIhold190に等しくなると、段階220で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。決定段階222で、システムはPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達した場合、システムは公称使用電圧Vneg198をTneg200に等しい時限の間印加する。Tneg200後、ソレノイド電流184はほぼゼロに等しい。段階226では電流をゼロに保持する。決定段階228で、システムはPWMoff181の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達すると、次のサイクルが始まり、方法は段階212に戻る。
【0031】
[0045]図7の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動して高速ガン開閉時間を達成する代替方法を示す。図7に示されている方法は、スプレーガン100のオン電流Ion188および保持電流Ihold190を使用する。段階230は、PWMon183の初めにある噴霧サイクルの初めに対応する。公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧が、ソレノイド130に印加される。段階232で、ソレノイド130に流れる電流184が監視される。決定段階234で、システムは、電流184がIon188、すなわちプランジャ136を引きつけ始めるのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIon188に等しくない場合、ソレノイド電流は監視され続け(段階232)、そうでない場合は、段階236でVpos236が安全間隔の間維持される。安全間隔は、ガンが完全に開放されるようにする。この間隔は、本発明のいくつかの実施形態でなくすことができる。安全間隔は、特定のガン、噴霧制御システムおよび加えられる液体圧もしくは空気圧に基づいて決定される。安全間隔の後、段階238でVpos186は除去される。次に、ソレノイド130の電流184が監視される(段階240)。
【0032】
[0046]決定段階242で、システムは、電流184がIhold190、すなわちプランジャ136を開状態に保持するのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190を上回っている場合、システムは電流184を監視し続ける(段階240)。電流184がIhold190に等しい場合、段階244で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。CHOPoff196に対するCHOPon194の比率は、高周波変調電力信号180をもたらす。決定段階246で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号(chopped power signal)180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階248で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が印加される。
【0033】
[0047]システムはソレノイド電流184を監視する(段階250)。決定段階252で、システムはソレノイド電流184がゼロに等しいかどうかを判断する。電流184がゼロに等しくない場合、システムは電流184を監視し続ける(段階250)。電流184がゼロに等しいとき、Vneg198は除去され(段階254)、電圧180はゼロに保持される(段階256)。決定段階258で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける。PWMoffの終わりに達している合、システムは段階230に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0034】
[0048]図7に示されている方法では、段階230で公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧を印加し、段階248で公称電圧Vneg198よりも高い電圧を印加する。公称Vpos186よりも高い電圧により、ソレノイド130に流れる電流184はより高速で増大することができる。したがって、プレンジャ136はより速い速度で動いて、ガンをより素早く開放させる。逆に、公称Vneg198よりも高い電圧により、ソレノイド130に流れる電流184はより高速で減少することができる。したがって、プレンジャ136はより速い速度で動いて、ガンをより素早く閉鎖させる。段階232および250でソレノイド130に流れる電流184を監視することにより、システムは、公称電圧よりも高い電圧を除去するために適切な時間を決定することができる。図7に示されている方法では、ソレノイド電流184は、ソレノイド130と直列に直接測定される。図7の方法は公称電圧よりも高い電圧を利用することが好ましいが、公称Vpos186電圧および公称Vneg198電圧が使用されてもよい。
【0035】
[0049]図8の流れ図は、電気スプレーガン100を駆動してより高速な開閉時間を達成するための本発明の一実施形態を示す。図8に示されている方法は、スプレーガン100のオン電流Ion188および保持電流Ihold190を使用する。さらに、この方法により、ブリッジドライバ154のローサイド170a(図4)を通じてソレノイド電流184を近似することができる。ブリッジドライバのローサイド(170a)で測定された電流185は、図5Dに描かれている。あるいは、別の実施形態において、ソレノイド電流は、ブリッジドライバのハイサイドで、実質的にソレノイド電流に等しいソース電流170bを監視することによって測定される。接地を基準とすると、図5Dに示したような電流185が表される。図示の方法は、所与の間隔の後、例えばスプレーシステムの各100サイクルの後で実行されることになるオプションの較正を示す。較正プロセスの頻度は、必要に応じて変更することができる。さらに、較正プロセスは、較正が必要とされない場合、例えば噴霧システムが均一パラメータを維持する場合、上記方法から除去することができる。較正プロセスについて以下でより詳細に論じる。
【0036】
[0050]図8の例示の実施例は、スプレーシステムが100回循環しているかどうかを判断する。この実施例では、カウンタ「PWMループ」が、サイクル数を追跡するために使用される。カウンタは、例示の方法を初期化したときにゼロに設定される(段階260)。カウンタをゼロに設定した後、段階262で、公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧がソレノイド130に印加される。段階264で、ソレノイド130に流れる電流184が監視される。電流184は、ブリッジドライバ154のシンク170a(図4)で監視される。シンク電流測定164は、ソレノイド電流184に等しい。決定段階266で、システムは、電流184がIon188、すなわちプランジャ136を引きつけ始めるのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIon188に等しくない場合、システムは電流184を監視し続ける(段階264)。電流184がIon188に等しいとき、段階268で、システムは任意選択でVpos186を安全間隔の間維持する。安全間隔は、ガンが完全に開放されるようにする。
【0037】
[0051]安全間隔は、特定のガン、噴霧制御システムおよび印加される液体圧もしくは空気圧に基づいて決定される。安全間隔の後、段階270でVpos186は除去される。次に、段階272で、ソレノイド130の電流184はシンク電流測定装置164によって監視される。決定段階274で、システムは、電流184がIhold190、すなわちプランジャ136を開状態に保持するのに必要な電流に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190を上回った場合、システムは電流184を監視し続ける(段階240)。電流184がIhold190に等しい場合、段階276で、パルス幅変調電力信号180がソレノイド130に供給される。電力信号180は、Ihold190を維持するのに十分な、CHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調する。決定段階278で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階280で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が印加される。
【0038】
[0052]Vneg198を印加しながら、段階282で、システムは、カウンタ「PWMループ」を確認してカウンタがゼロに等しいかどうかを判断する。カウンタがゼロに等しい場合、システムは較正ループ内にある。段階284で、システムはVneg198が印加された時間(Tneg)のカウントを開始する。決定段階288で、システムはフルブリッジドライバのローサイド170aで電流185を監視する。時間PWMon183における逆極性の電流185は、逆電磁力(EMF)の結果としてゼロになる。電流185は、ソレノイドが放電したときにゼロに戻る。電流185が負値から正値に移行したとき、システムは、段階290で時間のカウントを停止し、段階292でカウンタをインクレメントする。Vneg198は除去され(段階294)、電圧180はゼロに保持される(段階296)。決定段階298で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階296)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0039】
[0053]段階282に戻ると、カウンタがゼロに等しくない場合、システムは較正ループ内にはない。段階300で、Vneg198は、所定の時間Tneg_redの間印加される。ここで、Tneg_redはTneg未満である。したがって、Tneg_redは、ソレノイド電流184が放電してから、ローサイドブリッジ174aの電流185の急上昇を補償する。この実施例では、Tneg_redは、較正プロセス中に計算され、Tnegに等しい。しかし、Vneg198を維持するための時間の長さが予め設定されていてもよく、その場合、較正ループは必要ない。さらに、較正ループは、システム起動時にのみ、または手動もしくは自動で選択された任意間隔でのみ実行することができる。Vneg198を印加した後、決定段階302で、システムはカウンタ「PWMループ」が所定の較正間隔未満であるかどうかを判断する。この実施例では、較正間隔は100に設定される。カウンタが較正間隔未満の場合、カウンタはインクリメントされる(段階304)。カウンタが較正間隔以上の場合、カウンタはゼロに設定される。
【0040】
[0054]この実施例では、システムが次に決定段階282に達したときに、ゼロに等しいカウンタに基づいて較正が実行されることになる。段階304または段階306でカウンタを設定してから、システムは、段階296で上述の較正ループと同様にゼロ電圧を保持する。決定段階298で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階296)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0041】
[0055]図9の流れ図は、本発明の一実施形態に従ってガンのオン/オフ検出とガンの保持電流とを使用して電気スプレーガンを制御する一方法を示す。この方法は、段階308で、公称使用電圧Vpos186よりも高い電圧をガンが開放するまでソレノイド130に印加することによって開始する。ガンが開放したかどうかを検出するのは、いくつかの方法と圧力感知トランスミッタを含む装置とを使用して実現することができる。圧力感知トランスミッタを使用してガンが開放したかどうかを検出するための方法および回路について、以下でより詳細に論じる。
【0042】
[0056]ガンが開放した後、段階310でVpos186は除去される。段階312で、ソレノイドに流れる電流184が監視される。決定段階314で、システムは、電流184がガンの保持電流Ihold190に等しいかどうかを判断する。電流184がIhold190に等しくない場合、段階312で電流を監視し続ける。Ihold190が電流184に等しい場合、信号が、Ihold190を維持するのに十分な、CHOToff196に対するCHOPon194の比率で変調するように、裁断Vpos186が印加される。決定段階318で、システムはスプレーオンサイクルPWMon183の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMon183の終わりに達していない場合、システムは裁断電力信号180を印加し続ける。PWMon183の終わりに達すると、段階320で、公称使用電圧Vneg198よりも高い電圧が、ガンが閉鎖するまで印加される。決定段階322で、システムはPWMoff181の時限の終わりに達しているかどうかを判断する。PWMoff181の終わりに達していない場合、システムは電圧180をゼロに保持し続ける(段階322)。PWMoffの終わりに達している場合、システムは段階262に戻ることによって次の噴霧サイクルを開始する。
【0043】
[0057]前述の実施例は、電気スプレーガンを制御するための本発明内の適切な方法を具体化するものであるが、これらの実施例は例示するために提供されていることを理解されたい。したがって、本発明内の電気スプレーガンを制御するための他の方法も考えられる。さらに、上記の例示的な方法の様々な態様が、特定用途が必要とするように組み合わされることも考えられる。
【0044】
[0058]電気スプレーガンを効率的に制御するためには、いくつかのパラメータが必要とされることがある。スプレーガンを制御するために使用されるパラメータの例が、Ion188、Ioff202およびIhold190である。Ion188は、ガンが開放し始めるように電気スプレーガンのプランジャ136を引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。Ioff202は、ガン100内のプランジャが解放されかつガンが閉鎖し始めるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Ihold190は、ガンが開放位置にとどまるようにプランジャを引きつけるのに十分なソレノイド130に流れる電流を表す。しかし、スプレーガンを制御する特定の方法では、パラメータをすべて使用するか、またはパラメータを全く使用しないか、あるいはパラメータのある組合せを使用することができる。
【0045】
[0059]図10は、Ion188、Ioff202およびIhold190を決定するための診断手順を提供する。この診断手順は、特定のスプレーガン100用のパラメータを決定するために必要に応じて実行することができる。診断手順は、スプレーガンの製造業者が特定のシステム用の値を提供する場合に不要となりうる。この手順は、段階326で、公称使用電圧Vpos186をソレノイド130にガンが開放するまで印加することによって開始する。ガンが開放すると、段階328で、ソレノイド130に流れる電流184がIon188を決定するために測定される。上記電圧は、ソレノイド130から除去されない。段階330で、ソレノイド電流184は監視される。決定段階332で、システムは電流184が増大しているかどうかを判断する。電流184が増大し続けた場合、段階330で、ソレノイド電流184を監視し続ける。電流が増大しなくなったときに、段階334で、公称ソレノイド電流が測定される。
【0046】
[0060]段階336で、信号がCHOPoff196に対するCHOPon194の比率で変調するように、裁断Vpos186が印加される。裁断信号のデューティサイクルは、ガンが閉鎖するまで除々に減少する。ガンが閉鎖したとき、ソレノイド130に流れる電流184が測定されIoff202を決定する。Ioff202は、ガン100内のプランジャ136が解放されてガンを閉鎖させるときのソレノイド130に流れる電流を表す。Ioff202を決定した後、Ihold190が関係式Ihold=Ioff+(Ion−Ioff)/2に従って計算されうる。しかし、新たなIhold190の値は、Ioff202にある間隔を加算しかつガンが開放のままであるかどうかを判断することによって得ることができる。例えば、Ioff202の値に10%加算することで、ガンを開放に保持するのに十分となりうる。Ioff202の値に10%加算してもガンを開放に保持しない場合、システムは、Ioff202に加算される間隔を繰り返し増大させ、例えば20%とし、ガンが開放のままであるかどうかを判断する。
【0047】
[0061]Ihold190を決定した後、段階342で使用値が計算される。例えば、特定のシステムは、5パーセントの安全間隔を必要としうる。この場合、Ioff用の使用値は、Ioff−5%で計算される。Ion用の使用値は、Ion+5%で計算される。用途および噴霧システムに応じて、安全間隔は、ゼロすなわち無間隔から任意の適当な間隔まで調節されうる。図10に示されているように、段階342で使用値が計算されるが、使用値は、例示的な手順の間いつでも計算することができる。例えば、Ioff202の使用値は、段階338においてIoff202が測定されるときに計算することもできる。
【0048】
[0062]本発明の一実施形態に従って電気スプレーガンのON/OFF位置を検出する場合、図11の概略図に示されているような回路が提供される。ON/OFF検出回路を提供することにより、図10に示されている方法は、Ion、IoffおよびIholdを効率的に計算することができる。しかし、ON/OFF検出回路および診断手順は、本発明のすべての実施形態に必要というわけではない。例えば、ガンの製造業者がこれらの値をエンドユーザに提供することができる。これらの値は他の手段によって決定されてもよい。図11に示されている回路は、圧力トランスミッタブリッジ366に安定した供給電圧を提供する電圧源V_REF364および抵抗器368を含む。圧力トランスミッタブリッジは、ガン100のノズルアセンブリ148の前に、ブリッジ366とノズル148との間に小空隙をあけて配置される。高利得増幅器372は飽和状態で使用されうる。電池370は増幅器372にオン電圧を供給する。第2の電池374は増幅器372にオフ電圧を供給する。この実施例は電池370、374を使用しているが、任意の適当な電源が使用されてもよいことに留意されたい。可変オフセット電圧376は増幅器372にバイアスをかける。オフセット電圧は、増幅器372の出力が大気圧で電池374にクランプするように設定される。ガン100によってオン位置で引き起こされた空気圧は、実質的にガン100が開放する瞬間に、増幅器372に正の電池370にクランプさせる。電界効果トランジスタ(FET)380は、増幅器372に接続しており、回路からデジタル出力378を与える。この実施例では、FET380は大気圧で開であり、これはガン100が閉鎖位置にあるときである。ガン100が開放すると、FETは接地に切り換わる。したがって、デジタル出力378を監視することにより、ガン100が開放(オン)位置にあるのかそれとも閉鎖(オフ)位置にあるのかを判断することができる。
【0049】
[0063]図12の流れ図は、図11に示されている電気スプレーガンのオン/オフ位置を検出するための回路例を使用してガンのパラメータを計算する1つの例示的な方法を示す。段階344で、液体供給ポート112は、空気圧縮機などの空気圧を与える装置に連結される。図11に示されている回路はガン100に接続されており、デジタル出力378は、図10に示されているガン診断手順例にデータを提供する。段階346で、システムに加えられる空気圧はゼロである。段階348で、オフセット電圧376は、FETスイッチ380の出力378が大気圧でオンになるように調節される。段階350で、基準電圧376は、出力378が大気圧で単にオフになるように調節される。
【0050】
[0064]段階352で最大使用圧力がガンに加えられ、段階354で圧力トランスミッタがガンノズル148の前に配置される。最大使用圧力が加えられるのは、ソレノイドの磁力が、ばね146と摩擦との両方からの機械的力、ならびに噴霧される液体からの力に打ち勝たなければならないからである。段階356で診断手順が実行される。図10は、図12に示されている方法で使用するための診断手順の一実施例を提供する。段階358で、段階356の診断手順に従って測定が行われる。段階360で、別のガンが測定されるべきかどうかが判断される。別のガンが測定されるべき場合、方法は、段階354に戻って新たなガンを使用する。追加のガンが測定されるべきでない場合、方法は段階362で終了する。
【0051】
[0065]図12に提供されている方法は、オン/オフ検出回路を使用してガンのパラメータを生成する一方法を提供する。オン/オフ検出回路は、ガンのオン/オフ状態がガンの制御手順で直接使用されるように、電気スプレーガンに組み込むこともできる。例えば、図9は、ガンのオン/オフ状態を直接利用するスプレーガンを制御するための例示的な方法を提供する。
【0052】
[0066]本明細書に記載されている電気スプレーガンおよびスプレーガンシステムは、いくつかの利点および改良点を提供する。本発明のいくつかの実施形態は、容易にかつ効率的に設置されるスプレーガンシステムを提供する。本発明の追加の実施形態は、電力効率の高いスプレーガンシステムを提供する。より迅速なガン開閉時間が本発明の使用によって達成されうる。例えば、図8の流れ図は、電気スプレーガンを駆動して高速ガン開閉時間を達成する例示的な方法を示す。スプレーガンシステムの高電力効率、システム構成の容易さおよび高速開閉時間を達成するために、例示的なシステムおよび方法の態様を組み合わせることもできる。
【0053】
[0067]本明細書に引用されている刊行物、特許出願および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献が個々に具体的に示されて参照により組み込まれ、そしてここでその全体が本明細書に記載されているのと同程度に、ここで参照により組み込まれる。
【0054】
[0068]本発明を説明する文脈(特に、以下の特許請求の範囲の文脈)での「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」という用語、ならびに同様の指示対象の使用は、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、単数形と複数形の両方を含むと解釈されるべきである。「備える(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」、および「包含する(containing)」という用語は、特に断りのない限り、非限定的用語(すなわち「含むが限定するものではない」を意味する)として解釈されるべきである。本明細書内の数値範囲の詳説は、本明細書内で特に指摘していない限り、単にその範囲内にあるそれぞれの別々の数値を個々に参照する速記法として役割を果たすためのものであり、それぞれの別々の数値は、それが本明細書内に個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記述されているすべての方法は、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、任意の適当な順序で実施することができる。本明細書内に与えられているあらゆる例または例示的な言い回し(例えば「など(such as)」)の使用は、特に主張されない限り、単に本発明をより良く明らかにするためのものであり、本発明の範囲を限定することにはならない。本明細書内の言い回しは、任意の非請求の要素を本発明の実施に不可欠なものとして示すと解釈されるべきではない。
【0055】
[0069]本発明の好ましい実施形態が、本発明を実施するための発明者らに知られている最良の態様を含めて、本明細書に記載されている。そうした好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読んだときに当業者には明らかになるであろう。発明者らは、当業者がそのような変形形態を必要に応じて使用すると予期しており、発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されているもの以外の方法で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法によって許容されているように、本明細書に添付されている特許請求の範囲に記載されている主題のすべての変更形態および均等物を含む。さらに、本発明の好ましい実施形態の考えられるすべての変形形態における上記の要素のいずれの組合せも、本明細書内で特に指摘していたり、明らかに文脈と矛盾していたりしない限り、本発明によって網羅される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
長手方向軸線を有するソレノイドを有する電気スプレーガンに接続されたガンドライバであり、低周波パルス幅変調電力信号を前記電機スプレーガンの前記ソレノイドに供給する、ガンドライバと、
前記ソレノイド内に少なくとも部分的に配置されたプランジャであり、前記ソレノイドが前記ガンドライバからの前記電力信号によって励起されるのに応答して、前記ソレノイドの長手方向軸線に対して実質的に直線的に移動できるように取り付けられた、プランジャと、
前記ガンドライバを制御するための制御回路と
を備える電気スプレーガンシステムであって、
前記制御回路が、前記スプレーガンによって噴霧される材料の量を変化させるために、フルブリッジガンドライバによって生成された変調電力信号のデューティサイクルを変化させるように構成されている、電気スプレーガンシステム。
【請求項2】
前記制御回路がさらに、前記電力信号を、前記プランジャが閉鎖位置にある第1の時間から前記プランジャが開放位置にある第2の時間まで「ハイ」に保持するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項3】
前記第2の時間の後、前記電力信号が、第3の時間まで高周波に変調される、請求項2に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項4】
前記第3の時間の後、前記電力信号が、前記ソレノイドに流れる電流が実質的にゼロになる第4の時間まで負の状態に保持される、請求項3に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項5】
前記ガンドライバが、フルブリッジドライバ回路である、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項6】
前記制御回路が、前記ガンドライバに接続された電源からのソース電流およびシンク電流を監視し、前記ソース電流およびシンク電流が特定の範囲外にある場合に警報を出す、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項7】
前記制御回路がさらに、電源から前記ガンドライバに供給される電圧を監視するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項8】
前記制御回路がさらに、前記プランジャが開放位置にあるのか又は閉鎖位置にあるのかを監視するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項9】
既知の公称使用電圧、保持電流、最小開放時間および最小閉鎖時間を有するスプレーガンを駆動する方法であって、
正の公称使用電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに前記スプレーガンの前記最小開放時間に等しい時限の間印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
高周波変調電力信号を印加する工程によって前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を維持するステップと、
前記スプレーガンの前記最小閉鎖時間に等しい期間に、負の公称使用電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに印加するステップと、
を備える方法。
【請求項10】
前記ソレノイド電流が、前記ソレノイドと直列に流れる、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
フルブリッジドライバのソース電流とフルブリッジドライバのシンク電流とが監視される、請求項9に記載の方法。
【請求項12】
前前記噴霧システムが起動されたときに、前記保持電流、最小開放時間および最小閉鎖時間を計算するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
【請求項13】
既知の公称使用電圧、保持電流およびオン電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が前記ガンの前記オン電流に等しくなるまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が実質的にゼロになるまで印加するステップと、
を備える方法。
【請求項14】
前記ソレノイド電流が、前記ソレノイドと直列に流れる、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
フルブリッジドライバのソース電流とフルブリッジドライバのシンク電流とが監視される、請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記噴霧システムが起動されたときに、前記保持電流およびオン電流を計算するステップをさらに備える、請求項13に記載の方法。
【請求項17】
既知の公称使用電圧、保持電流およびオン電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が前記ガンの前記オン電流に等しくなるまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに印加し、前記ソレノイドに流れる前記電流を監視するステップと、
前記ソレノイドに流れる前記電流の流れが負値から正値に移行するときに、前記負電圧を前記フルブリッジから除去するステップと、
を備える方法。
【請求項18】
前記ソレノイドに流れる前記電流を、前記フルブリッジドライバの前記ソース側で前記電流の流れを監視することによって測定するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記ソレノイドに流れる前記電流を、前記フルブリッジドライバの前記シンク側で前記電流の流れを監視することによって測定するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項20】
前記電流が負値から正値に移行するのに必要な時間を断続的に測定し、前記測定時間を近似値として使用することにより、前記ソレノイドに流れる前記電流を近似するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項21】
マイクロプロセッサが、前記フルブリッジドライバを制御する、請求項17に記載の方法。
【請求項22】
前記フルブリッジドライバのソース電流と前記フルブリッジドライバのシンク電流とを監視するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項23】
既知の公称使用電圧および保持電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記スプレーガンが開放するまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに、前記ガンが閉鎖するまで印加するステップと、
を備える方法。
【請求項24】
圧力感知トランスミッタ回路を使用して前記ガンが開放したかどうかを判断するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項25】
圧力感知トランスミッタ回路を使用して前記ガンが閉鎖されたかどうかを判断するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項26】
(1)前記フルブリッジドライバの前記シンク側で前記電流の流れを測定する工程、または(2)前記フルブリッジドライバの前記ソース側で前記電流の流れを測定する工程の一方によって前記ソレノイド電流を決定するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項27】
前記フルブリッジドライバをマイクロプロセッサで制御するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項28】
ソレノイドおよび既知の公称使用電圧を有するスプレーガンの特性を決定する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧を前記スプレーガンに印加するステップと、
前記ガンの開放を検出し、前記ソレノイドに流れる電流を測定するステップと、
前記公称使用電圧を、前記ソレノイドに流れる前記電流が実質的に定常の状態に達するまで印加し続けるステップと、
前記ソレノイドに流れる前記定常状態の電流を測定するステップと、
前記電力信号を、高周波変調信号のデューティサイクルが前記ガンの前記閉鎖を検出するまでの時間にわたって減少するように変調するステップと、
を備える方法。
【請求項29】
前記ガンの前記開放を検出する前記ステップの後に、前記ガンのオン電流を測定するステップがある、請求項28に記載の方法。
【請求項30】
前記電力信号を、前記高周波変調信号のデューティサイクルが前記ガンの前記閉鎖を検出するまでの時間にわたって減少するように変調する前記ステップの後に、前記ガンのオフ電流を測定するステップがある、請求項28に記載の方法。
【請求項31】
噴霧システムが初期化されるときに実行される、請求項28に記載の方法。
【請求項32】
ノズルを有するスプレーガンのオンオフ状態を検出する方法であって、
圧力感知トランスミッタ回路を、前記回路が大気圧以下の一状態および大気圧を超える圧力での第2の状態になるように調節するステップと、
前記圧力感知トランスミッタ回路を、前記圧力感知トランスミッタ回路が前記スプレーガンの前記ノズルにおける圧力の変化を検出するように、前記スプレーガンの前記ノズルの前に配置するステップと、
前記スプレーガンによって圧力を加え、前記圧力感知トランスミッタ回路の使用によって圧力の変化を検出するステップと、
を備える方法。
【請求項1】
長手方向軸線を有するソレノイドを有する電気スプレーガンに接続されたガンドライバであり、低周波パルス幅変調電力信号を前記電機スプレーガンの前記ソレノイドに供給する、ガンドライバと、
前記ソレノイド内に少なくとも部分的に配置されたプランジャであり、前記ソレノイドが前記ガンドライバからの前記電力信号によって励起されるのに応答して、前記ソレノイドの長手方向軸線に対して実質的に直線的に移動できるように取り付けられた、プランジャと、
前記ガンドライバを制御するための制御回路と
を備える電気スプレーガンシステムであって、
前記制御回路が、前記スプレーガンによって噴霧される材料の量を変化させるために、フルブリッジガンドライバによって生成された変調電力信号のデューティサイクルを変化させるように構成されている、電気スプレーガンシステム。
【請求項2】
前記制御回路がさらに、前記電力信号を、前記プランジャが閉鎖位置にある第1の時間から前記プランジャが開放位置にある第2の時間まで「ハイ」に保持するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項3】
前記第2の時間の後、前記電力信号が、第3の時間まで高周波に変調される、請求項2に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項4】
前記第3の時間の後、前記電力信号が、前記ソレノイドに流れる電流が実質的にゼロになる第4の時間まで負の状態に保持される、請求項3に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項5】
前記ガンドライバが、フルブリッジドライバ回路である、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項6】
前記制御回路が、前記ガンドライバに接続された電源からのソース電流およびシンク電流を監視し、前記ソース電流およびシンク電流が特定の範囲外にある場合に警報を出す、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項7】
前記制御回路がさらに、電源から前記ガンドライバに供給される電圧を監視するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項8】
前記制御回路がさらに、前記プランジャが開放位置にあるのか又は閉鎖位置にあるのかを監視するように構成されている、請求項1に記載の電気スプレーガンシステム。
【請求項9】
既知の公称使用電圧、保持電流、最小開放時間および最小閉鎖時間を有するスプレーガンを駆動する方法であって、
正の公称使用電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに前記スプレーガンの前記最小開放時間に等しい時限の間印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
高周波変調電力信号を印加する工程によって前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を維持するステップと、
前記スプレーガンの前記最小閉鎖時間に等しい期間に、負の公称使用電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに印加するステップと、
を備える方法。
【請求項10】
前記ソレノイド電流が、前記ソレノイドと直列に流れる、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
フルブリッジドライバのソース電流とフルブリッジドライバのシンク電流とが監視される、請求項9に記載の方法。
【請求項12】
前前記噴霧システムが起動されたときに、前記保持電流、最小開放時間および最小閉鎖時間を計算するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
【請求項13】
既知の公称使用電圧、保持電流およびオン電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が前記ガンの前記オン電流に等しくなるまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が実質的にゼロになるまで印加するステップと、
を備える方法。
【請求項14】
前記ソレノイド電流が、前記ソレノイドと直列に流れる、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
フルブリッジドライバのソース電流とフルブリッジドライバのシンク電流とが監視される、請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記噴霧システムが起動されたときに、前記保持電流およびオン電流を計算するステップをさらに備える、請求項13に記載の方法。
【請求項17】
既知の公称使用電圧、保持電流およびオン電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記ソレノイドに流れる前記電流が前記ガンの前記オン電流に等しくなるまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに印加し、前記ソレノイドに流れる前記電流を監視するステップと、
前記ソレノイドに流れる前記電流の流れが負値から正値に移行するときに、前記負電圧を前記フルブリッジから除去するステップと、
を備える方法。
【請求項18】
前記ソレノイドに流れる前記電流を、前記フルブリッジドライバの前記ソース側で前記電流の流れを監視することによって測定するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記ソレノイドに流れる前記電流を、前記フルブリッジドライバの前記シンク側で前記電流の流れを監視することによって測定するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項20】
前記電流が負値から正値に移行するのに必要な時間を断続的に測定し、前記測定時間を近似値として使用することにより、前記ソレノイドに流れる前記電流を近似するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項21】
マイクロプロセッサが、前記フルブリッジドライバを制御する、請求項17に記載の方法。
【請求項22】
前記フルブリッジドライバのソース電流と前記フルブリッジドライバのシンク電流とを監視するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
【請求項23】
既知の公称使用電圧および保持電流を有するスプレーガンを駆動する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する正電圧をフルブリッジドライバ回路から前記スプレーガン内のソレノイドに、前記スプレーガンが開放するまで印加するステップと、
前記ブリッジドライバ回路の電圧を前記ソレノイドから、前記ソレノイド電流が前記スプレーガンの前記保持電流とほぼ等しくなるまで除去するステップと、
前記ソレノイドに流れるほぼ一定の電流を、高周波変調電力信号を印加することによって維持するステップと、
前記公称使用電圧よりも大きい振幅を有する負電圧を前記フルブリッジドライバ回路から前記ソレノイドに、前記ガンが閉鎖するまで印加するステップと、
を備える方法。
【請求項24】
圧力感知トランスミッタ回路を使用して前記ガンが開放したかどうかを判断するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項25】
圧力感知トランスミッタ回路を使用して前記ガンが閉鎖されたかどうかを判断するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項26】
(1)前記フルブリッジドライバの前記シンク側で前記電流の流れを測定する工程、または(2)前記フルブリッジドライバの前記ソース側で前記電流の流れを測定する工程の一方によって前記ソレノイド電流を決定するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項27】
前記フルブリッジドライバをマイクロプロセッサで制御するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
【請求項28】
ソレノイドおよび既知の公称使用電圧を有するスプレーガンの特性を決定する方法であって、順番に、
前記公称使用電圧を前記スプレーガンに印加するステップと、
前記ガンの開放を検出し、前記ソレノイドに流れる電流を測定するステップと、
前記公称使用電圧を、前記ソレノイドに流れる前記電流が実質的に定常の状態に達するまで印加し続けるステップと、
前記ソレノイドに流れる前記定常状態の電流を測定するステップと、
前記電力信号を、高周波変調信号のデューティサイクルが前記ガンの前記閉鎖を検出するまでの時間にわたって減少するように変調するステップと、
を備える方法。
【請求項29】
前記ガンの前記開放を検出する前記ステップの後に、前記ガンのオン電流を測定するステップがある、請求項28に記載の方法。
【請求項30】
前記電力信号を、前記高周波変調信号のデューティサイクルが前記ガンの前記閉鎖を検出するまでの時間にわたって減少するように変調する前記ステップの後に、前記ガンのオフ電流を測定するステップがある、請求項28に記載の方法。
【請求項31】
噴霧システムが初期化されるときに実行される、請求項28に記載の方法。
【請求項32】
ノズルを有するスプレーガンのオンオフ状態を検出する方法であって、
圧力感知トランスミッタ回路を、前記回路が大気圧以下の一状態および大気圧を超える圧力での第2の状態になるように調節するステップと、
前記圧力感知トランスミッタ回路を、前記圧力感知トランスミッタ回路が前記スプレーガンの前記ノズルにおける圧力の変化を検出するように、前記スプレーガンの前記ノズルの前に配置するステップと、
前記スプレーガンによって圧力を加え、前記圧力感知トランスミッタ回路の使用によって圧力の変化を検出するステップと、
を備える方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公表番号】特表2010−520057(P2010−520057A)
【公表日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−552894(P2009−552894)
【出願日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際出願番号】PCT/US2008/056080
【国際公開番号】WO2008/109765
【国際公開日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【出願人】(595170502)スプレイング システムズ カンパニー (18)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際出願番号】PCT/US2008/056080
【国際公開番号】WO2008/109765
【国際公開日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【出願人】(595170502)スプレイング システムズ カンパニー (18)
【Fターム(参考)】
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