红外系统治疗底漆油漆卡车/ SUV的身体。
紫外线(UV)涂料有吸引力,因为他们的划痕和mar耐药特性,快速的处理速度、和环境友好。然而,随着大而复杂的三维零件制造商(如UV固化复合材料和汽车修补底漆/平面刨床)对紫外线了,他们已经找到了建立技术将固定灯端到端是充满了技术问题和高价格标签。许多项目的涂料开发和证明停滞时系统的报价10,15或20紫外线灯。
解决这些问题需要一个新的设备是最合适的方法和如何最好地治疗这些非传统的部分。自100%紫外线治疗的机制取决于每个方面接受平等的一部分暴露在紫外线光源,固化的挑战是大而复杂的车身是强大的。
安排多个固定灯的一个例子能够照射曲线的部分。
历史的方法
一个解决方案,提出了养护大部分是使用大量的定位灯。灯的位置预设提供一个统一的照明在整个表面的一部分。这种技术使用在2001团队紫外线项目,这产生一个紫外线涂层赛车。 1实现所需的均匀接触,一个共同的过程涉及到定位几个辐射计的复杂的表面,制作一系列迭代试验,调整灯具的位置比较放射后每次试验后的数据。
减少试错时间,方法最近被提出,依靠先进的计算机仿真模型的接触许多固定位置灯需要创造一致性。 2、3 虽然这种方法可能加快经验确定的艰苦的过程与辐射计灯位置,模型是极其复杂的,也没有考虑到所有的因素,如反射、推进养护固化的部分进入隧道,和其他微妙的影响,很难用数学模型。因为这种方法“背景”灯定位通过考虑的组合效应”一千点的光,“它并没有提供太多的帮助,如果实际测量与模型不一致。用户,面对变化的实际问题,是实证,迭代的解决方案。
a)的不断变化的几何车身增加了难以实现统一的辐照度与固定灯由于不同目标距离随着部分过去的数组。
限制和固定灯阵列的风险
建议治疗大型表面使用很多定位灯吸引灯供应商,但为用户会带来很多困难,包括灯对准问题,资本成本问题,维护和统计过程控制的考虑。灯对齐
因为每个固定灯有一个有限的、线性的足迹,只有“最适合”可以希望在一个复杂的曲线曲面。的足迹灯足迹更小,更需要固定灯,但是可以实现的更适合你。图1显示了一组固定灯具如何产生相对均匀辐照的曲线曲面。
尽管这种方法是令人满意的部分目标距离灯是常数,使用固定灯是更加困难的事实通常是通过一个隧道灯。例如,如图2所示,车身不保持在一个固定的目标距离灯。因为整个身体之前必须通过所有灯隧道通过输送机,可能发生重大变化。
这意味着不仅要开发一个“最适合”对于任何给定的身体表面,但这必须实现整体最适合处理整个身体。假设这样一个适合可以实现对于一个给定的部分配置,它将需要得到一个完全不同的安排另一个身体风格,设置一个巨大的事业。一些用户表示担忧如何治愈脸从灯的组件,如下面,一个艰难的上边缘或室内表面。
也许一个简单的“会再三反省自己要说”的想法在考虑固定灯固化涂层的要求是否合理应用涂层固定涂抹器使用一个类似的安排。在大多数情况下,大型和复杂的部分涂用手或往复机构或漆机器人与自动枪支。
资本成本
使用多个灯带有财政负担由于冗余和低效率。通常,每个灯都需要自己的电源,冷却装置,安装夹具,控制,等等来缓解这一问题的方法之一是使用单独的灯一样大的辐射足迹实用。这种方法只可能与电极(或弧)灯技术,由于微波紫外线灯目前仅限于10英寸或更少的足迹。但使用大弧灯减少紫外线灯寿命和均匀性。它还需要更大的电源和冷却系统,包括水冷灯模块。
看来,“一个(灯)放之四海而皆准”的方法不是汽车身体的最佳解决方案。一些表面可以有效治疗与大型灯长度,而其他人可能需要小尺寸的灯,以适应迅速变化的弯曲度。
系统维护和程控方面的考虑
使用大阵的灯的另一个不良方面的挑战是大量的离散设备维护和监控。什么是适当的程序一个灯降解或失败时由于老化?如果一个新的灯是安装在一个特设的基础上每一次,那么最终将不同强度级别中辐照器阵列。以此类推,一个车主应该做什么当第一个火花塞穿的替换,替换整个组,还是缺乏插头?
这引发了进一步的问题是否要单独监控每个灯的输出模块。一个灯有可能失败,可能被忽视,产生部分可能没有足够的治疗。技术监控,甚至存在闭环控制灯模块保持一致的输出,但这样的监测和控制的成本非常大的阵列灯可能是昂贵的。
如前所述,灯维护一定会打扰灯的位置,必须重新。有人建议,灯可以安装在小型电动micro-positioners,但实现这一技术的控制和资本成本在大型数组可能不是可行的。
b)使用更大的灯长度固定灯方法的改善和物流成本,但仍呈现几何问题。
机器人UV固化
许多试图用机器人来操纵UV灯多年来一直试图与不同程度的成功。所指出的一个灯供应商,“有问题时需要考虑使用一个机器人。首先,灯必须足够强大能够承受加速度和de-acceleration波动的机器人手臂,和灯必须能够有效和可靠操作在各种不同的位置....最后,机器人必须程序,以确保它提供正确的紫外线能量部分。” 4戴姆勒-克莱斯勒最近调查的使用机器人汽车涂料固化可以正确识别出的重大挑战相关流程治疗窗口中,指出“如果紫外线技术转移到生产过程的汽车涂装线,然后一个应该能够计算淬火线和硬化的运动运动。仿真工具需要这个目的。” 5
2004年,集团公司形成了北美汽车紫外线财团开发这些和其他失踪的工具和技术来推进机器人UV固化。该组织最初开发了一个“路线图”来指导团队的开发工作。计划中列出路线图包括开发适合机器人使用紫外线来源;这些来源的输出(即特征。,光芒四射的“足迹”),为光路编程开发离线编程仿真工具;开发工具和技术对在线模拟验证;与涂料供应商进行治疗试验研究;飞行员和生产规模上,与汽车制造商合作项目。
复杂的光线追踪(a)和(b)建模的灯是必要的,以达到均匀的照度和离线模拟UV固化。
开发机器人紫外线来源
许多现有的紫外线来源并不是理想的机器人应用程序,因为他们太复杂,不稳定或沉重,或需要太多的连接安装在一个快速移动的机器人手臂。紧凑的弧灯源大约18磅重开发用于广泛的工业机器人的能力< 10公斤(22磅)范围,从而保持机器人的成本降到最低,同时提供广泛选择的单位。灯包含一些电子元件易受损坏或在加速变化。快门都提供,以确保操作员的安全,并提供完整的粉几毫秒内部分的电子快门触发,从而使车身的位置之前暴露于紫外线能量。系统还设计用最少的软管和电气连接便于安装灯的机器人并保持联系成为意外扭曲或纠缠在灯清晰度。
紫外LED阵列组成的第二个来源是用于测试。而紫外LED阵列的输出略低于传统弧灯源(最大大约2 w /厘米 2 ),紫外LED技术发展迅速。LED阵列的优点是它非常长寿命(> 30000小时灯),设备的即时开/关功能(2毫秒从全功率),和缺乏直接排放的热量到目标数组。阵列的输出是一个狭窄的带宽从385 - 405 nm。机器人操纵紫外LED阵列的一个优点是,极其密切的(~ 1.0英寸)可以保持目标的距离,它提供了更高的平均辐照度峰值比可以实现紫外LED阵列的固定定位。在实验室试验中获得的结果是非常令人鼓舞的。
复杂的光线追踪(a)和(b)建模的灯是必要的,以达到均匀的照度和离线模拟UV固化。
描述紫外线源
紫外线辐射能概要的弧光灯来源是“映射”准确地确定灯的足迹。这个足迹允许创建一个紫外线机器人“工具”的离线仿真软件。灯输出的模型可以定量地描述在x, y,和z轴(见图3)。因此,正确的方向和目标距离的灯可以用在机器人离线仿真。适当的旋转灯也可以编程,这样灯保持正常的切线表面在任何时候——这种能力是不可能没有灯清晰度。
微调的路径在减小峰值变化的几种运行10个不同的紫外辐照度测量指标传感器。
开发离线仿真工具
该财团的持续努力为离线仿真软件的发展和分析光路发展。该软件将允许汽车制造商开发和调整养护路径而不中断生产。紫外灯的建模工具允许编程与适当的路径重叠最小化潜在的“分段”的一部分而实现最大均匀性在最快的生产周期时间。该计划还包括实时跟踪输送机的能力,它允许路径最小化的影响“映射”或pre-curing涂料由于先进的暴露于紫外线光。
成本模型的结果替换变量,600 W /与类似的灯输出机械养护细胞。
在线紫外试验
许多在线试验是在托莱多的发那科机器人机构进行的,俄亥俄州。这些试验的目的是评价紫外线的性能源和模型的准确性,并评估机械臂的影响速度,输送速度,部分演讲和其他变量。辐射数据收集使用新颖的设备称为3 dcure。多传感器数据采集单元允许该财团收集紫外线在复杂表面不同位置的数据。传感器嵌入位置的预测与固定灯很难治愈。
机器人程序然后调整达到均匀辐照度峰值在汽车车门移动的线路速度12 fpm。一旦建立了统一的辐照度峰值,机器人变量调整实现平等的紫外线剂量。灯的功率输出是所有测试保持不变。单位能产生500 W /全功率。
机器人技术的另一个优点是,目标距离部分可以设置和维护,在反射器设计的最佳距离。对于许多灯单位,尤其是那些使用椭圆反射镜设计集中线,焦距是相对较近(通常约2英寸的脸灯)。这意味着灯必须操作失焦(一些称为“远场”)。虽然这是一个常见的做法,但它也是低效的权力在远场迅速脱落。
图4显示了光路的微调过程一致的辐照度峰值在最早的试验。的总时间调整系统,这样发光峰值保持在狭窄的范围内估计不到一个小时。
初步结果
路线图中概述的六个步骤开发的财团,坚实的进步与努力取得令人鼓舞的结果在第一个四:- 紫外线灯为机器人设计的使用是一个成功的发展。单位是轻量级和敏捷,因此造成任何明显的问题在使用。快门频繁试验系统是一个重要的安全特性。
- 了一些改进将在下一代的灯设计实现。改进的一些想法也提出了如何集成灯单元的机器人。
- 离线编程工作正在进行和已经产生积极的结果。实验室试验确定了许多功能,可以添加到编程。
- 在线数据收集使用3 dcure单位成功地允许团队快速开发路径产生均匀辐照度峰值和能量密度。对数据采集系统的若干改进实施简化速度更高的数据收集。
- 同位素年龄数据表明足够的辐照度峰值和剂量可以实现线路速度(12 fpm)和机械臂的速度(600毫米/秒)在试验效果时,所使用的适当治疗的商业配方(基于基线治疗构建层提供的数据)。这个结果打开大门步骤5和6的路线图,这将涉及到涂料的固化生产周期时间。
在大型3 d部分的机械养护,机器人可以很容易地追踪一个移动的部分优化治疗和周期时间。
成本模型开发
北美汽车紫外线财团已经开发了一个交互式的成本模型,提供了资金和运营成本比较数据所需的制造商。成本模型结果的摘要替换变量,600 W /与类似的灯输出机械养护细胞如图5所示。这里给出的结果是资本成本是基于一个简化的模型列表下的所有设备成本的研究,出版了能源消耗和替换零件成本。模型并不试图量化“软成本”参与设备安装时间,地板空间消耗,停机,等,似乎支持机器人的方法。资本成本对机器人的成本比较敏感,因为这是一个相对昂贵的组件。比较预计60美元k机器人和相关硬件需要集成。模型也敏感的成本固定灯具。比较使用microwave-powered 10英寸计算灯额定在600 W /可变电源,因为文献表明,可变功率可能需要实现提供各种所需的一致性和监控功能。
虽然众多场景已经评估,一些趋势已经很明显了。首先,单个机器人的操作成本灯总是比一个便宜multi-lamp数组。低成本是由于较低的部分替代需求和降低能源消耗的一个机器人灯。
第二,消除固定灯的资本成本与机器人治疗系统是高到一个阈值的固定灯取代。模型中呈现在图5中,机器人系统有一个较低的资本成本后的数组五固定灯的更换。如果预期更多的异国情调的设备(如灯监控、或微定位器固定灯),那么机器人系统可能提供资本储蓄相比更小的数组。相反,使用的机器设备可以使机器人系统更加昂贵的安装。
未来的发展
虽然已经取得了好的进展导致了一些改进工具和技术的机器人UV固化,仍然有一个陡峭的发展曲线解决。持续改进的机器人需要紫外灯源,包括紫外LED和双头灯开发改进的健壮性,较低的成本和更大的灵活性。离线仿真软件的改善也需要将新变量观察到在现实世界在线,离线仿真和试验治疗经验尽可能密切相关。改进数据采集工具将允许该财团更准确地计划和测量紫外辐照进一步定义流程窗口。例如,紫外线机器人技术已申请专利的方法使用实时测量紫外辐照的均匀性,红外thermographic成像相机,它允许可视化测量紫外辐照的废热排放的影响以及紫外线灯。
细化到第一个四个步骤的路线图将导致未来扩张的测试包括实际固化涂层部分模拟生产条件下(如周期时间)。这项工作已经开始在一系列塑料零件、车轮和其他组件。该集团预计扩大会员包括一级和OEM汽车涂料供应商和合作伙伴。
潜在的应用
虽然该财团的目标是为汽车制造商提供一组工具,使UV涂料的使用,工作也暗示了一级生产者和其他工业过程。在一个例子中,一个机器人灯能够治愈一个明确的涂层汽车大灯透镜,目前治愈使用微波灯12固定位置。任务所需的紫外线能量明显减少,从近7.0焦耳2.5焦耳。这戏剧性的效率是可能的,因为光线更有效地使用。
在另一个流行的应用程序中,一个新的物理气相沉积(PVD)金属化系统的合金车轮要求紫外线被治愈困难的深处。紫外线机器人实验室计划包括PVD室,将允许客户开发整个涂料、金属化和固化过程。
华丽的图样受固定灯的高端客户很难治愈,因为存在许多阴影问题。机器人UV方法很好地解决了这个问题。
随着UV涂料继续找到自己与传统涂料广泛的部分,需要节约养护系统将会变得更加普遍。机器人UV固化意义从技术和经济的角度来看,很可能越来越流行,尤其是对那些有更大、更复杂的部分,不能证明大,固定灯具设计。
作者的确认
本文基于紫外线的工作机器人和有才华的和专门的专家组成的一个财团。我希望感谢以下公司和个人的贡献:奥利弗Treichel和奥利弗是梅茨GmbH Starzmann;丹尼斯·卡明斯基是美国;马克欧文,汤姆Molamphy,乔恩·马森和亚历克斯称Phoseon技术;基斯到达,杰瑞·佩雷斯和埃德•查克的发那科机器人北美;大卫·斯奈德和凯尔Bostian EIT仪器市场;和保罗·高尔吉斯,约翰·麦克唐纳和雷尼,沃尔夫森的紫外线机器人有限责任公司。本文的信息在再版,吉尔DeVries在联系 devriesj@bnpmedia.com 。
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