粉末流检测的制作方法
【专利摘要】一种用于沿着粉末流路径检测粉末流的设备，包括光源和光检测器，光检测器用于当粉末流通过所述粉末流路径时检测来自光源的被引导横过粉末流路径的光。电路接收来自光检测器的输出并且确定被光检测器接收的信号的平均值或RMS。电路能够确定是否存在粉末流动或无流动，或者是否存在粉末流量的变化。优选地，设备与密相粉末泵组合地使用，密相粉末泵使粉末从泵出口以脉动方式流入粉末流路径内。更优选地，光源和光检测器被包封在被连接在泵出口和粉末供料软管之间的壳体内，粉末供料软管将粉末供应到喷枪或料斗。
【专利说明】粉末流检测
【技术领域】
[0001 ] 本申请通常涉及检测粉末涂料是否正在流动通过管道。更具体地，本申请涉及检测粉末涂料流动的流动/无流动情形，并且可选地涉及检测流量的变化。
【背景技术】
[0002]通常利用已知的喷涂技术将粉末涂料涂覆到物体或工件上。如众所周知的，这些技术可以包括静电的和非静电的过程。而且，如现有技术中所公知的，一些粉末涂料涂覆系统将粉末涂料以稀相或者替代地以密相方式输送到喷枪或其它涂覆装置。
【发明内容】
[0003]根据本文公开的一个或多个发明的一个方面，粉末涂料流检测概念利用光能来检测管状部件内存在或不存在粉末流。传输通过管状部件的光的强度与是否存在粉末涂料相关。在一个具体的实施例中，电路接收与穿过管状部件的光的强度相关的信号，并且确定是否存在粉末流。在一个更具体的实施例中，光检测器产生响应于穿过管状部件的光的强度的输出，并且电路确定该输出的平均值。该电路能够随后基于该平均信号来确定是否存在粉末流。
[0004]在本文公开的一个或多个本发明的另一个方面，该电路确定穿过管状部件的光强的平均值，并且从该平均值中确定流经管状部件的粉末的特征。在一个实施例中，该特征可以是对流动/无流动的确定。在一个替代的实施例中，该特征可以是流量是否已改变。
[0005]在各种实施例中，平均值计算可以例如是RMS计算，或者是所需的其它计算。
[0006]在一个实施例中，光源和检测器被包封在壳体内，该壳体被连接到在泵出口和粉末供料软管之间的泵出口处，其中，粉末供料软管将粉末供应至粉末料斗或喷枪。
[0007]从下文中的以下详细描述和附图中将很容易理解和意识到一个或多个发明的这些和其它方面以及优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为利用了本文公开的一个或多个发明的实施例的粉末涂料涂覆系统的方框示意图；
[0009]图2为图1的感测功能的实施例的放大图；
[0010]图2A为图2的感测功能的替代实施例，以剖视图示出了图2的侧视图；
[0011]图3为图1的响应功能的实施例；
[0012]图4A-4E例示了对于不同的粉末流情形的来自光检测器的示范性的输出信号，为容易理解，以简化的方式示出了单个波形；
[0013]图5为本文公开的一个或多个发明的实施例的密相泵的正视图；
[0014]图6为沿着图5的线6-6截取的图5的纵向横截面；以及
[0015]图7为图6旋转90度的纵向横截面。【具体实施方式】
[0016]尽管在本文中描述了示范性的实施例，并且在上下文中呈现了部件和零件以及功能的特定实例，但本领域技术人员将很容易意识到对于特定的应用，当需要时，可以使用许多不同类型的设计和替代配置。例如，可以使用许多不同的粉末泵设计，并且对于与粉末泵的出口流体连通并且包含粉末流的管状部件的材料和形状、安装和功能，可以有许多不同的选择。我们互换地使用术语“管状部件”和“管道”，来指任何包含粉末流的导管或通道。尽管示范性的实施例提到普通的柔性圆柱形的管道系统，但这不是必需的，并且管道或管道系统可以采用任何适合的几何结构和特征，而且可以包括任何粉末流通过的通道(例如，可以使用具有粉末行进通过的内部通道的阻挡件或其它结构)。关注的一个特征是管道或通道包括至少一个部分，该部分能够容许电磁能量通过限定管道的感测部分的壁。我们利用术语“感测功能”指检测粉末流的特征的布置或结构。在示范性的实施例中，感测功能能够以电磁能量的检测器和光源的形式实现。本发明不局限于电磁能量的任何特定频率或波长，仅关注的特征为选取的电磁能量包括能够穿过管道或通道壁并且被适当的光检测装置检测的一个或多个波长。因此在本文中，也将电磁能量一般地称为光能，而与选取的波长或多个波长无关。管道或通道壁对于选取的电磁能量不需要是完全透明的，而是优选足够透明的，使得穿过管道或通道壁的光的光强能够与粉末是否正在流动通过通道或管道相关，并且在一些实施例中与流量是否已改变相关。本发明不被限制到任何特定的喷涂技术，并且可以和电晕、摩擦静电的和非静电的喷涂技术一起使用。本发明也可以和许多不同类型的喷枪或其它粉末涂料涂敷装置一起使用，包括手动喷枪和自动喷枪。可以为泵、喷枪和其它系统部件使用许多不同的控制系统。除非另外指明，各种公开的部件的尺寸、材料、布局和结构方面属于设计选项。粉末涂料涂覆系统可以利用宽范围的各种系统零件，包括用于供应粉末涂料的供料中心、嗔枪、用于嗔漆樹的电子控制系统、嗔枪、枪控制系统、枪车、往复机构、振荡器等、高架传送系统以及粉末过度喷涂恢复系统。
[0017]在示范性的实施例中，我们确定了由光检测器产生的时间变量模拟信号波形的平均值，例如RMS (均方根)值。因此认为本文中的术语“平均值”包括但不局限于RMS计算。当需要时，可以替代地进行其它的数学计算，以表示波形的一个或多个特征。例如，波形能够在频域中被数字化和分析。关注的特征是分析光检测器输出波形，以便能够识别被测光强中的变化，以确定粉末是否正在管状部件的感测部分中流动，或者在另一个实施例中，识别被测光强的变化以确定流量是否已改变。因为在示范性的实施例中，光检测器输出是时间变量电压信号，因此利用诸如RMS值的平均值是方便的，但这种识别光强中的变化的方法不是必需的。本发明也不局限于利用产生模拟电压输出的光检测器，而是当需要时或者可方便利用时，可以使用其它检测器，电路中的适当变化用于处理输出信号。
[0018]本发明同样不局限于使用任何特定类型的粉末涂料，并且因此我们在本文中一般提到粉末时，我们意图包括任何干燥的特定材料以及在特定的示范性实施例中包括粉末涂料。而且，粉末可以以稀相或密相方式使用，并且也可以以连续流动或脉动流动的方式输送。
[0019]尽管在本文中可能将本发明的各种发明方面、概念和特征描述并且解释为在示范性的实施例中以组合具体体现，但在许多替代的实施例中可以单独地或者以其各种组合和子组合的方式使用这些各种方面、概念和特征。除非在本文中清楚地被排除，希望所有的这些组合和子组合处于本发明的范围内。更进一步地，尽管在本文中可能描述了关于本发明的各种方面、概念和特征一诸如替代的材料、结构、配置、方法、电路、装置和部件以及关于形状、安装和功能等的替代物的各种替代一的实施例，但这些描述并非希望是不论当前已知的还是以后发展的可利用的替代实施例的全部的或穷举的列表。本领域技术人员可以很容易将一个或多个发明方面、概念或特征纳入另外的实施例中，并且在本发明的范围内加以利用，即使在本文中没有清楚地公开这些实施例。另外，即使本发明的一些特征、概念或方面在本文中可能被描述为一种优选的布置或方法，但这些描述不是希望暗示这种特征是必需的或必要的，除非专门这样指明。更进一步地，可以包括示范性的或代表性的值和范围以有助于理解本发明，然而，这些值和范围并非被解释为限制，并且希望是临界值或范围，除非这样特别指明。而且，尽管在本文中各种方面、特征和概念可能被表述上识别为创造性的或发明的组成部分，但不希望这种识别是排外的，而是可以具有在本文中被充分地描述的、而未被特别识别为这样的或者作为特定发明的部分的发明的方面、概念和特征，相反，在附属的权利要求书中阐明了本发明。对示范性的方法或过程的描述不局限于在所有的情况下均包括所有的步骤作为必需的步骤，也不局限于步骤被呈现的顺序被解释为必需的或者必要的，除非专门这样指明。
[0020]在本文中公开的示范性实施例公开了本发明的两个基本配置和流检测概念。这两个概念均基于采用利用光能的感测功能检测沿着粉末流路径的粉末流的特征的方法和设备。“粉末流路径”指用于使粉末的流通过容纳结构的内部空间，使得粉末从一点到另一点流动。因此，粉末流路径的一个实例为粉末流通过的部件的内部空间，或许是软管或管道或任何导管、管状部件，或者包含粉末流的通道。关注的粉末流路径在示范性的实施例中为处于容纳结构或管道的感测部分内的粉末流路径的感测部分。例如，在本文中的示范性实施例中，感测部分可以是一部分粉末流路径，光能穿过该部分以检测粉末的流动特征。流动特征可以包括无流动情形。因此，光能可以通过容纳结构的壁的所有部分或者感测部分或者通过由壁结构限定的内部空间的感测部分被传输进入粉末流路径内。在本文的示范性实施例中，光能可以传输通过管状部件的管道壁以进入粉末流路径内。如在本文中使用的，管状部件的“部分”指感测部分，除非另有说明(例如，本文中也参照了下面将被描述的张开的部分)。在第一种配置中，我们描述了用于通过感测光能，以检测流动或无流动情形的方式来检测粉末流的特征的方法和设备。检测到的情形，特别是无流动情形，可用于警告操作员或者以一些其它方式影响涂敷系统的操作，以减小或消除未被涂覆的或者被不适当地涂覆的工件的浪费。为了进行大多数的这种光学警告，尽管不是必需的，我们优选将感测功能定位在紧密接近粉末涂料泵的出口。
[0021]在第二种配置中，我们描述了用于利用光能检测通过例如在管状部件内的粉末流路径的感测部分的粉末流量变化的方法和设备。流量变化情形可以包括检测无流动情形，因此这两个基本概念不必是彼此互斥的。第二种配置不必需要确定实际流量，而是我们寻找流量变化。因此，第二种配置可以任选地利用校准特征，如本文中将进一步解释的。对于第二种配置，我们同样优选但不要求将感测功能定位在紧密接近粉末涂料泵的出口。
[0022]我们为两种概念和配置提供了光学感测功能，借助于该光学感测功能，我们利用光能检测出粉末流通过管状部件或通道的感测部分。在一个优选的尽管不是必需的实施例中，我们利用光能传感器信号的平均值或RMS值检测粉末流。该平均值或者RMS值允许我们为可能展示不同的诸如透射率或反射率的光学性能的不同的粉末材料进行调整或校准。平均值或RMS值的利用也允许我们为不同的材料补偿或校准光学性能，该材料可能被用于制作管状部件或管道的感测部分。
[0023]图1例示了本发明中的一个或多个的概念的实施例。粉末涂料涂覆系统10可以包括如现有技术中公知的诸如箱子、容器、料斗、供料中心或其它容器的粉末涂料(下文中称为“粉末”)源12。泵14可用于从粉末源12拉入粉末并且推动粉末通过供料软管16至末端应用18，例如喷枪，或者在大体积传输泵的情况下或为另外的容器。
[0024]在图1的实例中，泵14可以以密相泵的形式实现，为利用负压将粉末拉入泵室内并且在正压下将粉末推出泵室的类型。泵室典型地由空气能渗透但粉末介质不能渗透的材料制成。例如与文丘里管泵(venturi pump)相比,这种泵在空气粉末混合物中利用了较少的空气，并且因此被称为密相泵。在公布的美国专利申请2005/0158187A1中描述了密相泵的实例，该申请的全部内容通过参照完全地并入本文中。
[0025]我们未详细描述泵14的结构和操作，这是由于其对于理解和实施本发明不是必要的。然而，泵14将典型地具有相关的泵控制功能或电路20，其操作以调整粉末流量控制22，该流量是由泵输出的粉末的流量，典型地例如以磅每分钟表述。然而，替代地，一些泵可以简单地以开/关方式操作。流量控制22可以用于例如将从泵14输出的粉末流量设定为泵14容量的最大流量的0%至100%的任何地方。
[0026]对于密相泵14，泵14可以具有入口 24和出口 26。入口 24接收通过与粉末源12流体连通的供料软管28的粉末。泵14的出口 26与供料软管16流体连通。泵控制电路20能够通过一系列阀来控制泵14的操作，诸如控制粉末流入泵14的第一阀30和控制粉末流出泵14的第二阀32。这些阀30、32与向泵室(未示出)施加吸力和压力的定时结合地操作。因此，密相泵14在出口 26处以脉动或粉末包的形式产生粉末流。另外的或者第二入口软管34和出口软管36可以分别被用于泵14设计，其可以包括到相对于彼此离相操作的泵室，意味着当泵室之一拉入粉末时，另一泵室推出粉末，并且反之亦然。多个泵室的使用能够用于增加从泵输出的粉末流量。诸如第二入口软管34中的第三阀38和第二出口软管36中的第四控制阀的另外的控制阀能够被泵控制功能20用以控制泵整体定时，以在泵出口 26处实现预期的粉末流量。
[0027]迄今呈现的关于密相泵14的操作的信息是公知的，并且在并入的专利中被更加详细地解释，而且对于这种解释可以参照该专利。尽管一个重要的注释是密相泵将产生输出粉末流，但其能够被表征为密相粉末的脉动或者不连续块。
[0028]以对泵14的以上描述作为背景用于本文的发明概念，现在同样参照图2和3描述用于检测粉末流的设备的一种示范性实施例。通过检测粉末是否正在诸如例如与最终使用18连通的通道的通道中流动，我们能够在流动被出乎意料地中断时，或者替代地当流量变化时产生警告或者其它警报。这种通知或者警报能够随后被用于通知操作员涂覆过程可能是不正确的，允许操作员在必要时采取正确的措施以最小化浪费。
[0029]用于检测粉末在诸如例如管道16的通道中的流动的设备50可以以基本形式包括感测功能52和响应功能54。实际上，感测功能52能够单独产生指示或者包含粉末是否正在流动的信息的输出信号。该输出信号能够例如没有任何信号处理地简单地被显示在显示镜(scope)上,并且操作员能够在视觉上看到指示粉末流动或未流动的信号。或者替代地，输出信号能够直接驱动灯或者其它指示装置，以向操作员指示关于输出信号的状态。在此情况下，显示镜或者指示装置能够充当响应功能54。然而，在许多情况下，来自感测功能的原始数据由于不存在用于对比的参照将不足以确定是否存在粉末流。但在我们的示范性的实施例中，我们可以利用响应功能54对感测功能52的输出信号执行分析，以进一步改善其在指示是否存在流动或未流动情形或者替代地是否流量已改变方面的实用性。在示范性的实施例中，响应功能54可以以包括诸如微处理器的信号处理能力的电路(下面描述)的方式被实现，该微处理器接收来自光检测器58的模拟输出并且确定该信号随时间的平均值或RMS 值。
[0030]在图1-3的示范性实施例中，感测功能52利用电磁能量的光学性能，在本文中被称为光能，来检测在通道中的粉末流。因为泵出口 26被连接到为喷枪或其它最终使用供料的供料软管16，我们发现感测在紧密接近泵出口 26的软管16中的粉末流是期望的，尽管不是必需的。
[0031]感测功能52 (参见图2)可以以光源56和光检测器58的形式实现。光源56和光检测器58可以被设置成在供料软管16的相对侧面上彼此径向地(或正好)面对，以提供视线检测。这确保了光能穿过供料软管16的中心，能够预期大多数粉末在那里流动。因为本发明在许多不同应用中具有用途，从现在开始，我们将提到软管16作为提供粉末流路径60，诸如粉末通过其中流动的通道60，尤其是由管道或管状部件62 (例如，供料软管16)提供的通道60，记住，我们使用术语管道或管状部件不局限于刚好为柔性的圆柱形部件，而是可以是提供用于粉末流的管道的任何结构，甚至是例如阻挡块中的孔。
[0032]基本概念利用了以下想法:当管道60内无粉末时，则来自光源56的、经由管道62壁通过管道60行进的最大强度的光将到达光检测器58。光检测器58将产生与被检测的光强有关的检测器输出64。到达光检测器58的光的强度将依赖于由光源56产生的光的强度、管状部件62的透明度以及光检测器58将检测的光的强度转换为例如电压或者电流的输出信号的效率。管道壁的透明度特征可以基于由光源56产生的光的波长来选择。示范性的光源56为例如可购自Kingbright的零件号为WP7104SRC/D的红色发光二极管，并且适当的光检测器58为诸如可购自Texas Advanced Optoelectronic Solutions公司的TSL12S的光电转换器。可以使用许多替代的光源和光检测器。光源56和光检测器58将被选择成兼容并且也与管状部件62的透明度一致。实例的光检测器58以最大强度产生几乎5伏特的DC输出64。
[0033]当粉末存在于管状部件62中时，粉末将反射、散射或吸收光能，或者否则减小穿过以到达光检测器58的光的强度。相应地，来自光检测器58的输出信号64将改变，在此情况下，电压将下降。如果所有的光被阻挡，则光检测器输出64将接近零伏特。
[0034]利用如所指出的密相泵14，从出口 26流动的粉末是脉动的。这将导致光检测器58产生同样脉动的输出信号。典型地，当粉末在光源56和光检测器58之间脉动通过时,我们不会看到检测器输出变成接近零，但这种情况能够发生。
[0035]因为我们检测通过管状部件62粉末流，所以尽管在所有的情况下不是必需的，但我们优选的是管状部件62通常被垂直地定向，使得重力能够有助于粉末以清洁管道。
[0036]并非所有的提供粉末流通道60的供料软管16或者其它管状部件对光能均是足够透明的。因此，我们考虑在一些情况下提供管道的一段或一部分66来提供对光能所需的透明度将是预期的。该部分66可以是与例如供料软管16 —致地插入的一段管道，再次优选地，插在接近泵出口 26的位置内。该部分66如何被插入通道以提供通道60的一部分属于设计选择，并且我们在本文的图5-7中呈现了一个实施例。例如，适当的透明部分可以被拼接到主软管16内。在任何情况下，传输光能所通过的管状部件62的部分66，不管是连续的管道还是添加的一段，充当管状部件或通道60的感测部分66，用于检测粉末在其中的流动。优选地，感测部分66的长宽比应当足够大，使得如果在安装感测部分66处存在任何边界层，则该边界层将不把粉末保留在用于使光能从光源56行进到光检测器58的路径中。
[0037]图4A以简化的方式示出了来自光检测器58的输出电压与时间的关系。图4A涉及无粉末流的情形，使得光检测器输出64为最大电压，该电压大约是从检测器58可获得的最大电压输出68。用于被测光能的实际最大输出64将典型地稍微小于从光检测器58可获得的最大输出，这是由于当光能穿过管状部件62的壁材料时，光强中的一些的一些衰减、偏转或衍射。最大电压输出64同样取决于光源56输出光强多好。信号64基本上是稳态的值，因为光保持不被中断。对于图4A-4E中的所有图，为了清楚并容易理解，我们使用了来自光检测器58的输出信号的简化表不。实际上，由于瞬时输出信号将随着粉末的透射率而波动，光检测器58的模拟输出将是更加参差不齐的轨迹。因此使波形平滑或者程式化以便更加清楚地阐明操作原理。
[0038]图4B例示了对于在光源56和光检测器58之间存在粉末块或者简单地管道62的感测部分66基本上充满了粉末的情形，来自光检测器58的输出电压。在此情形下，粉末基本上阻挡了大多数光能穿过管道的感测部分66，并且光检测器输出64接近零伏特。
[0039]现在，作为一种实际情况，在正常使用期间，粉末将不是简单地位于感测部分66中并且阻挡所有光到达光检测器58。而是对于密相泵，对于来自泵14的粉末的给定流量，粉末脉动将导致被测的光随着时间的平均强度。因此，通过确定输出信号64的平均值并且核实其落在图4A和4B的两个极值之间的某处，能够利用光检测器输出信号64指示出流动或未流动情形。对于图4C-4E的示范性实施例，我们利用RMS作为平均值计算。
[0040]例如图4C例示了用于密相泵14的一个实例，该泵14被设定成泵14的最大输出流量的大约40%的流量。每个粉末块使得到达光检测器58的光的强度减少，导致了光检测器信号64的脉动输出本质。每个粉末块阻挡光能中的一些到达光检测器58，并且因此检测器输出64的电压下降,如70处。一系列重复的这些下降以对应于被推出泵14的出口 26的粉末脉动的间隔发生。因此，谷70代表当粉末块通过光源56和光检测器58之间时光强的最大下降。当每个粉末块移出感测部分66时，随后从光检测器58输出的电压返回接近其最大值，如72处。因为粉末块不典型地具有锐利的前沿和后沿，波形64不是完美的正方形或长方形。
[0041]由于由光检测器输出64产生的波形是模拟的，我们能够很容易计算出该信号随时间的RMS值(VI)，如由线74指示的。只要每块中的粉末量保持基本恒定不变，这对于密相泵是典型的，则该值74将是基本稳定的。注意来自光检测器58的输出信号64的RMS值直接对应于到达光检测器58的光能的强度的RMS值。当粉末被泵送并且流动通过管道62的感测部分66时，RMS值计算将指示出粉末正在流动，这是因为该值将落在图4A和4B的极值之间。[0042]对于密相或稀相中的任一类型泵，如果输出信号64转到极值之一，则输出信号64指示无流动情形(使得平均值将接近如图4A中的最大电压输出，对应于无粉末穿过感测部分66);或者替代地指示出另外的问题，诸如软管16被阻塞或者受到限制使得粉末被捕获在感测部分66中(从而平均值将接近如图4B中的零)。如果RMS值从初始值显著地变化，即使未到极值之一，则这同样指示泵或粉末流路径具有潜在的问题。百分比偏置到什么程度被用于指示出这种可能的状况属于设计选择。
[0043]先前的描述解释了用于确定或检测流动/无流动情形的第一种配置的实例。如同我们先前在上文中指出的，第二种配置允许我们确定在使用泵14期间粉末流量是否已改变。在一个实例中，通过使响应功能54包括校准模式而完成该替代的实施例，据此我们首先对于关注的每种流量设定值，为来自光检测器58的输出信号64确定预期的平均值或RMS值。这些预期的或校准值可以随后用于确定实际流量是否已从泵控制20和流量控制22(图1)设定的期望的或者被编程的流量改变。图4C和4D例示了这如何能够进行的一个实例。
[0044]回想起图4C例示了当泵被设定为最大流量的40%时用于密相泵14的RMS值74(VI)。该平均值74能够随后被储存作为校准值。现在假设在涂敷操作期间，流量从40%改变至20%,如图4D中所示。图4D例示了在20%的流量下，由于较少的粉末流通过管道的感测部分66的事实，来自光检测器58的RMS电压输出V2 (由时间基线76示出)增加。因此V2>V1。响应功能54可以被编程，以便通过计算何时由光检测器58的RMS输出电压V2代表的实际流量已经从校准值VI改变(或高或地)预定量或百分比，来检测何时RMS流量从预期流量改变大于例如偏置百分比。在发布警告或警报之前偏置多远是允许的属于设计偏好。
[0045]图4E例示了在示范性的实施例中，当流量增加至最大流的60%时，来自光检测器58的RMS值输出电压V3 (由线78示出)将下降，这是因为平均更多的粉末流动通过管道的感测部分66。因此V3〈V2并且V3〈V1并且V2>V1。以其它的方式陈述，对于分别为20%、40%和 60% 的流量，V2>V1>V3。
[0046]流量的改变例如可以用于检测对于一个特定的涂敷过程，操作员是否已经从应当的值改变了泵的流量设定，或者用于检测是否泵操作以某种方式已经改变了流量。
[0047]如何执行校准功能属于设计选择和方便性。对于泵的每种可选流量，可以储存不同的校准值，或者替代地，可以通过简单地在编程的流量下运行泵14并且储存检测的检测器输出64的平均值或RMS值来确定预期的或者校准值。然而，该方法可能使确定易受由光源56产生的光的强度随时间的变化、光检测器58的灵敏度或者管道的感测部分66的透明度的影响。因此，当已知系统部件是准确的时，优选地将执行校准模式。
[0048]可以与知道由泵14产生的实际流量独立地运行校准模式。例如，假设我们想在40%流量处为泵14校准感测功能52。可以将流量设定在40%处，并且随后将光检测器输出64的平均值或RMS值储存为对应于来自泵14的实际粉末流量的无论任何值，它是否是精确的40%，我们将能够检测何时流量变化。因此，实际上，我们不测量实际的流量，而是分析流量是否已改变。
[0049]校准模式是同样重要的，因为不同的粉末材料可以并且典型地将具有不同的光学性能，诸如吸收、反射率、半透明度等。再次参照图4C，可以基于被泵送的材料类型实际地改变参考值VI。因此，为了确定在选定的流量下传输通过感测部分66的光的平均强度，运行校准模式可以是非常有用的。替代地，可以为各种材料和流量事先校准系统，并且将平均值储存在存储器中，以作为校准值被存取。利用校准特性的许多其它方式将是显而易见的。校准模式因此对于流动/无流动配置或者流量配置均可以是有用的，这是因为即使对于流动/无流动配置，被测光强的平均值也可以基于粉末材料而改变。
[0050]本领域技术人员将很容易意识到流动/无流动或者第一种配置可以被用作第二种配置的特殊情况。例如，如果泵14被设定在40%处，并且我们将光检测器58输出64的校准RMS值作为VI，则如果注意到光检测器输出64的RMS值接近最大值68，则我们得到未流动或低流动情形。可以以不同的方式确认未流动情形，例如通过检测平均值或RMS值何时增加了高于校准值Vl的预定百分比，或者平均值或RMS值是否处于最大值68的预定百分比范围内。许多其它的选项是设计者可用的，以因此确定低流动和未流动情形。
[0051]图3例示了响应功能54的实施例。在该实例中，响应功能54可以利用诸如例如数字处理器的控制电路80实现，数字处理器诸如例如微处理器80。适当的微处理器为可购自Microchip的型号PIC16F887。控制电路80接收光检测器58输出信号64作为输入。控制电路80也必须知道何时监测光检测器输出信号64，以便当泵14不操作时不产生假警报。因此，控制电路80也可以从泵控制20接收触发信号82作为输入。期望的是控制电路80能够容易地并且快速地计算出在时间采样速率上的光检测器58的输出信号的平均值或RMS值。控制电路80可以使电源(PWR)灯84点亮，以指示出系统向控制电路80的供电是打开的，并且使触发器灯86点亮，以指示出泵14被启动，并且控制电路80正在监测光检测器的输出信号64。
[0052]在第一种配置中，如果控制电路80检测无流动情形，则控制电路80可以使警告灯88点亮或者启动例如声音警告。如果无流动情形持续，则控制电路80可以使警报灯90点売。
[0053]在第二种配置中，如果流量改变预定量，则控制电路80可以使警告灯88点亮，并且如果流量改变甚至更多或者检测到无流动情形，则随后使警报灯90点亮。但是，关于响应于检测到诸如无流动情形或者流量变化的异常该做什么，存在可用的许多选项中的几个实例。更进一步地，控制电路80可以致动继电器92。继电器92中状态的改变可用于向另外的控制系统，诸如例如用于涂敷生产线的控制系统，指示出在粉末流中存在故障，使得涂敷系统能够被停机或者至少被分析，以确定工件是否被不正确地涂覆。
[0054]尽管我们利用平均值或RMS值分析光检测器输出信号64，但这不是必需的。针对来自光检测器58的实时模拟输出信号，或者替代地针对其数字版本，可以使用许多其它的分析过程。如前面指出的，光检测器58的输出包含是否存在无流动情形或者替代地流量变化情形的信息。关于如何提取信息并且以哪种方式利用信息或者将信息呈现给操作员，可以作为设计偏好而选择信号处理过程。
[0055]图5-7例示了一个或多个发明的实施例，以示范性的方式使用了示范性的密相泵14。优选地，感测功能52被设置在接近或最接近泵14的出口 26。在该实施例中，泵14可以是可购自Nordson Corporation, Westlake, Ohio的HDLV栗。该栗14通过出口 26产生脉动或块的粉末流。粉末涂料经由与粉末涂料源12流体连通的供料软管28被拉入泵14。出口 26通常直接与供料软管16连接，但在本发明的该实施例中，我们将感测功能52与供料软管16 —致地安装。因此在该示范性的形式中，用于检测管道或通道中的粉末流的设备包括感测功能52和响应功能54。响应功能54可以以本文中关于图3描述的形式实现，或者可以采取不同的实施例。感测功能52可以以本文中关于图2描述的形式实现，或者可以采取不同的实施例。注意，图1的控制阀30、32、38和40与流量控制22 —起被并入泵14中。
[0056]泵14可以包括主壳体100,该主壳体100包封一系列的空气口控制、阀、泵室和包括泵14的流体通道。泵14可以根据在上文中指出的专利来操作，或者可以是不同的设计。
[0057]感测功能52能够以任意方式机械地耦合到泵14。在本文的实施例中，基本上包括光源56和光检测器58(图7)的感测功能52被设置在电路板或衬底102上。电路板102可以是U型的，光源56位于U的一个支腿102a上，并且光检测器58位于U的相对支腿102b上，并且光源和光检测器彼此面对，如图7所示。由U型形成的凹槽接收管状部件104，使得光源56和光检测器58优选被在管状部件104的相对侧上彼此相对地径向对准。管状部件104优选地至少在光能将穿过光源和光检测器之间的管状部件的区域内对要被光检测器58检测的、从光源56传输的光能的波长透明。因此，光能传输通过的部分104对应于在讨论图1和2中指出的感测部分66。电路板102被安装在壳体106内。为了方便说明，壳体106被图示为(参见图5)透明的，但实际上不需要是透明的。根据需要，壳体106的一部分可以是透明的，而不使整个壳体为透明的。
[0058]第一和第二连接器108、110可以被用于将壳体106靠近泵14的出口 26安装。上面的或第一连接器108包括壳体106的上部，并且可以采用卡环112耦合至与带螺纹的出口部件116紧密配合的第一螺母114，该带螺纹的出口部件116可以包括来自泵14的连接器管道件116a (注意在图7中省略了出口部件116)。这允许整个感测功能52组件以便利的模块化方式被安装到泵14并且从泵14移除。因此，对于本领域已有的泵14，感测功能52可以是另外加上去的特性。当上面的连接器108被接合到泵14的出口 26时，出口 26与管状部件104流体连通，并且粉末将通过管状部件104流出至供料软管16。注意管状部件104优选被安装成具有垂直定向，并且是足够垂直的，使得重力可以有助于清洁通过管状部件104的粉末。
[0059]下面的或第二连接器110包括壳体106的下部并且可以用于将供料软管16接合到底部106，使得供料软管16与管状部件104流体连通。这可以例如采用与第二连接器110的螺纹端紧密配合的第二螺母118实现。
[0060]电连接器126可以用于将信号电缆128 (图5)耦合至感测功能52，以便向光源56提供电源并且接收来自光检测器58的输出。信号电缆128在其第二末端被连接到响应功能54，以将光检测器58输出提供至控制电路80 (图1)。
[0061]注意我们优选将管状部件104在任一末端120a、120b处向外张开。第一和第二连接件122、124分别被用在管状部件104的每个末端上，以在泵出口 26和管状部件104之间并且从管状部件104至供料软管16形成流体连通。管状部件104的张开的出入端有助于确保在光能被传输进入管状部件内处不存在滞留区域，从而能够保留可能干扰对来自光检测器58的信号的解释的粉末。
[0062]因此，包括感测部分66的管状部件104可以形成从泵出口 26至最终使用18的粉末流路径130的一部分(图1 )，使得感测功能52能够被用于检测流动/无流动情形，或者替代地流量变化情形。管状部件104因此提供了沿着将检测的粉末流通过的粉末流路径130的管道或通道的感测部分66。但是，本领域技术人员将意识到，如果供料软管16在用于光源56和光检测器58的波长范围内是足够透明的，则感测功能52能够直接围绕供料软管16安装，并且供料软管本身呈现感测部分66。不管感测功能52被设置在哪里，光源56和光检测器58将利用被引入管道或管状部件的感测部分的光能操作，穿过光检测器58的光能的强度取决于粉末是否正在流动通过感测部分。
[0063]尽管本文中的示范性实施例利用了单一的光源和光检测器作为感测功能52，但本领域技术人员将很容易意识到可以使用另外的成对传感器。利用另外的成对传感器可以提高感测功能的整体准确性。例如，粉末流路径130的其它部分或供料软管16内的密相粉末流模式可以形成或者以能够盘绕的绳索状模式流动。这能够导致即使在正常的操作情形下，粉末流路径的感测部分也未充满粉末。图2和2A例示了感测功能52利用了两对传感器的实施例，尽管当需要时可以使用甚至更多对。由于第二对传感器150是可选的，图2中以剖视图例示了第二对传感器150。在该实施例中，第二对传感器156 (包括光源156和检测器158)能够旋转地偏置第一对传感器56、58。在该实例中，旋转偏置可以是90度。如果替代地使用了另外的对，则如果需要的话，也可以围绕粉末流路径的感测部分旋转地隔开。通过利用另外的光源/检测器对，例如被定位成从第一对传感器56、58旋转90度的另外的检测器对150，我们能够增加检测粉末流的机会。可以使用甚至更多的光源/检测器对，例如，围绕感测部分104以径向方式均匀地(或者根据需要不均匀地)隔开。对于每对光源/检测器的被测强度，是单独地分析还是组合处理属于设计选择。此外，当需要时，可以沿着粉末流路径130在别处设置一个或多个另外的感测功能52。例如，第二对传感器150被例示为不但从第一对传感器52旋转地偏置，而且从该第一对轴向偏置或者隔开。然而，如果需要的话，这些对也可以被定位成感测流动通过粉末流路径的同一感测部分的粉末。
[0064]除本文中呈现的用于检测管道内的粉末涂料的流量的各种设备之外，我们的发明还包括利用该设备的相关方法以及用于检测粉末流量的方法。在示范性的方法中，将光能引导进入用于粉末流的一部分管道或通道，检测穿过管道的光能的强度，并且基于检测的强度确定粉末是否正在管道内流动。在一个实施例中，该方法包括确定穿过管道的光能的强度的平均值或RMS值。在另一个实施例中，将光能的被测强度例如平均值或者RMS值与校准值进行对比，以确定粉末流量是否已改变。
[0065]因此，我们提供了用于检测或核实空气传播的固体颗粒在管道或通道内存在或者输送的方法和设备。我们以不在粉末流中引入扰动的方式或者换句话说采用非侵入的技术实现了这种检测。例如，我们在不改变流体通道横截面面积、不引入另外的空气流、不产生压力变化或者不在流动方向上产生中断或变化的前提下完成检测。因此，关于包括压力、流量或方向、温度等的操作方面，从泵出口到最终使用的粉末流路径没有改变。
[0066]期望本发明不局限于为实现本发明而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的保护范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种用于检测管道内的粉末流的设备，包括: 光源； 光检测器，用于当所述光源产生通过管道的一部分内的光时，检测来自所述光源的光， 所述光检测器响应于穿过所述管道的所述部分的光的强度而产生输出； 电路，所述电路从所述光检测器接收所述输出，并且确定由所述光检测器接收的所述光的强度的平均值， 所述电路基于所述平均值来确定粉末是否正在所述管道的所述部分中流动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源和所述光检测器被设置在所述管道的所述部分的径向相对侧上。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分是透光的。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分对由所述光源产生并且能够被所述光检测器检测的光的波长是透明的。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分被定向成使得重力有助于粉末流动通过所述管道的所述部分。
6.根据权利要求5所 述的设备，其中，所述管道的所述部分被垂直地定向。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光检测器产生作为电压信号的所述输出，所述电路确定所述电压信号的RMS值。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路确定包括当粉末没有正流动通过所述管道的所述部分时的无流动RMS值的所述光检测器的所述输出的RMS值，当所述光检测器的所述输出的RMS值不同于所述无流动RMS值时，所述电路确定粉末正在流动通过所述管道的所述部分。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述电路基于当无粉末正在流动通过所述管道的所述部分时由所述光检测器产生的最大信号来确定所述无流动RMS值，使得流动通过所述管道的所述部分的粉末降低由所述光检测器接收的光的强度、并且降低所述输出的RMS值，以指示出粉末正在流动通过所述管道的所述部分。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路对于通过所述管道的所述部分的第一粉末流量确定所述光检测器的所述输出的第一平均值、并且当来自所述光检测器的所述输出的第二平均值与所述第一平均值相差选定量时，确定流量已改变。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述电路确定粉末没有正在流动通过所述管道的所述部分时，所述电路产生警报。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述警报包括视觉警报或声音警报或两者。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分具有足够的长度直径比率，使得任何能够在所述管道的所述部分的边界层处收集的粉末都不影响由所述光源传输进入所述管道的所述部分并且否则应当被所述光检测器接收的光。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分被设置于在出口处产生脉动的粉末流的类型的粉末泵的所述出口处。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述粉末泵包括密相粉末泵。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道的所述部分被设置于在出口处产生非脉动的粉末流的类型的粉末泵的所述出口处。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述粉末泵包括稀相粉末泵。
18.一种用于确定粉末是否正在流动通过管道的方法，包括以下步骤: 将光引导进入管道的一部分内， 检测穿过所述管道的所述部分的光的强度， 确定通过所述管道的所述部分的所检测到的光的强度的平均强度， 基于所述平均强度确定粉末是否正在流动通过所述管道的所述部分。
19.根据权利要求18所述的方法，包括以下步骤:确定穿过所述管道的所述部分的所检测到的光的强度的第一平均强度，并且当穿过所述管道的所述部分的所检测到的光的强度的平均强度从所述第一平均强度改变时，确定通过所述管道的所述部分的粉末的流量已经改变。
20.一种用于检测管道内的脉动粉末流的设备，包括: 具有泵出口的粉末泵，所述粉末泵包括泵室，其中，粉末通过施加到所述泵室的负压被拉入到所述泵室内，并且当正压被施加到所述泵室时，粉末被从所述泵室推出至所述泵出口，所述粉末以脉动方式从所述泵出口流入粉末流路径内； 光源； 光检测器，用于当所述光源产生通过所述粉末流路径的一部分中的光时，检测来自所述光源的光， 当粉末从所述泵出口流动通过所述粉末流路径时，所述光检测器响应于来自所述光源的、穿过所述粉末流路径的所述部分的光而产生输出； 电路，所述电路接收所述光检测器输出、并且基于所述输出确定粉末是否正在流动通过所述管道的所述部分。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，第一阀控制粉末流入所述泵室，并且第二阀控制粉末流出所述泵室。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述泵包括交替地将粉末供应至所述泵出口的两个泵室。
23.根据权利要求20所述的设备，其中，所述泵还包括包含所述电路的控制器。
24.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光检测器输出是脉动的，并且从所述光检测器接收所述脉动输出的所述电路确定由所述光检测器接收的所述光的强度的平均值。
25.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光源和所述光检测器被设置在所述粉末流路径的所述部分的径向相对侧上。
26.根据权利要求20所述的设备，其中，所述粉末流路径的所述部分是透光的。
27.根据权利要求20所述的设备，其中，所述粉末流路径的所述部分对于由所述光源产生并且能够被所述光检测器检测到的光的波长是透明的。
28.根据权利要求20所述的设备，其中，所述粉末流路径的所述部分被定向成使得重力有助于粉末流动通过所述管道的所述部分。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述粉末流路径的所述部分被垂直地定向。
30.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光检测器产生作为电压信号的所述输出，所述电路确定所述电压信号的RMS值。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述光检测器输出是脉动的，并且所述电路确定包括当粉末没有正流动通过所述粉末流路径的所述部分时的无流动RMS值的所述光检测器的所述输出的RMS值；当所述光检测器的所述输出的RMS值不同于所述无流动RMS值时，所述电路确定粉末正在流动通过所述粉末流路径的所述部分。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述电路基于当没有粉末正在流动通过所述粉末流路径的所述部分时由所述光检测器产生的最大信号来确定所述无流动RMS值，使得流动通过所述粉末流路径的所述部分的粉末降低由所述光检测器接收的光的强度并且降低所述输出的RMS值，以指示出粉末正在流动通过所述管道的所述部分。
33.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光检测器输出是脉动的，并且所述电路对于通过所述粉末流路径的所述部分的第一粉末流量确定所述光检测器的所述输出的第一RMS值、并且当来自所述光检测器的所述输出的第二 RMS值与所述第一 RMS值相差选定量时，确定流量已改变。
34.根据权利要求20所述的设备，其中，当所述电路确定粉末没有正在流动通过所述管道的所述部分时，所述电路产生警报。
35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述警报包括视觉警报或声音警报或者两者。
36.根据权利要求20所述的设备，其中，所述粉末流路径的所述部分具有足够的长度直径比率，使得任何能够在所述粉末流路径的所述部分的边界层处收集的粉末都不影响由所述光源传输进入所述粉末流路径的所述部分的、否则应当被所述光检测器接收的光。
37.一种用于沿着粉末流路径检测粉末流的设备，包括: 光源； 光检测器，用于当所述光源产生通过粉末流路径的一部分中的光时，检测来自所述光源的光， 所述光检测器响应于穿过所述粉末流路径的所述部分的光的强度而产生输出； 电路，所述电路接收来自所述光检测器的所述输出并且确定由所述光检测器接收的所述光的强度的平均值， 所述电路基于所述平均值来确定在所述粉末流路径的所述部分中的粉末流的特征。
38.根据权利要求37所述的设备，其中，所述特征涉及确定在所述粉末流路径的所述部分中是否存在粉末的流动或无流动。
39.根据权利要求37所述的设备，其中，所述特征涉及确定在所述粉末流路径的所述部分中是否存在粉末流量的改变。
40.根据权利要求37所述的设备，包括两个或更多个光源或光检测器或两者。
41.根据权利要求40所述的设备，包括第一光源/检测器对和第二光源/检测器对，其中，所述第一对与所述第二对旋转地偏置。
42.根据权利要求41所述的设备，其中，所述第一对与所述第二对轴向并且旋转地偏置。
43.根据权利要求20所述的设备，包括两个或更多个光源或光检测器或两者。
44.根据权利要求43所述的设备，包括第一光源/检测器对和第二光源/检测器对，其中，所述第一对与所述第二对旋转地偏置。
45.根据权利要求44所述的设备，其中，所述第一对与所述第二对轴向并且旋转地偏置。
46.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光源和所述光检测器被包含在沿着所述粉末流路径定位的壳体内。
47.根据权利要求46所述的设备，其中，所述壳体被附接到所述泵出口。
48.根据权利要求47所述的设备，其中，所述壳体也被附接到粉末供料软管。
49.根据权利要求46所述的设备，其中，所述壳体是透明的。
50.根据权利要求20所述的设备，其中，沿着在所述泵出口和粉末供料软管之间的所述粉末供应路径定位所述光源和所述光检测器。
【文档编号】G01F1/72GK104024805SQ201280049435
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2011年10月6日
【发明者】马里奥·罗马宁, 詹姆斯·M·库利, 约瑟夫·G·施罗德, 杰弗里·A·珀金斯, 特伦斯·M·富尔克松 申请人:诺信公司