Brevet FR2662620A1 — publié le 19911206

-1 "Installation de projection de produit de revêtement pulvérisé à débit contr 8 lé" L'invention concerne une installation de projection de produit de revêtement pulvérisé tel que par exemple une peinture, un apprêt ou un vernis; elle a plus particulièrement pour objet un perfectionnement permettant un meilleur contrôle du débit instantané du produit projeté ainsi qu'une réduction de la quantité de produit de revêtement perdu en cas de changement dudit produit de revêtement. Dans une installation de projection de produit(s) de revêtement tel que peinture(s), vernis ou couche d'apprêt, il est important que le débit instantané du produit projeté ait en permanence la valeur désirée car la qualité du revêtement obtenu en dépend beaucoup Toutes choses égales par ailleurs, le débit de produit conditionne d'une part l'épaisseur de produit déposé et d'autre part la finesse de pulvérisation et la siccité du produit projeté et donc par conséquent, l'aspect final du film de produit déposé Si on est amené à modifier un ou plusieurs de ces paramètres en cours de projection, il faut pouvoir modifier de façon concomitante et appropriée le débit de produit pour conserver la qualité du revêtement. Dans le cas des installations de revêtement fonctionnant automatiquement pour peindre des objets semblables se succédant en regard d'au moins un et généralement plusieurs projecteurs, électrostatiques ou non, généralement eux-mêmes mobiles, les variations de débit demandé peuvent être importantes et rapides A titre d'exemple, pour une carrosserie d'automobile, lorsque le pulvérisateur passe du revêtement de l'entourage d'une vitre latérale à celui de la partie inférieure d'une portière, à une vitesse d'environ un mètre par seconde, le débit doit passer de 100 à 500 cm 3/mn en 0,2 seconde. Par ailleurs, lorsque l'installation doit pouvoir projeter différents produits, par exemple des peintures de couleurs différentes, et qu'une partie de ses éléments tels que les pulvérisateurs, leur conduit d'alimentation en produit, les pompes, etc sont communs à tous les produits en étant placés en aval du collecteur de l'unité de changement de produit de revêtement, il faut vidanger, nettoyer, remplir tous ces éléments à chaque changement. Pendant ces opérations, il peut être judicieux d'augmenter très sensiblement le débit de produit pour améliorer le nettoyage en créant des turbulences et pour gagner du temps. De plus, lorsque ces changements de produit sont très fréquents (toutes les minutes environ) et ne doivent pas durer trop longtemps ( 10 secondes au maximum> les opérations de vidange, nettoyage, remplissage, doivent pouvoir être effectuées très rapidement et ne pas consommer trop de produit de nettoyage ni gaspiller trop de produit de revêtement, pour des raisons évidentes de rentabilité et de sauvegarde de l'environnement A cet effet, il est connu de commencer la vidange et le nettoyage de la partie de l'installation commune à tous les produits avant la fin de la projection du produit de revêtement en cours d'application, en le poussant avec du produit de nettoyage et/ou de l'air comprimé Bien entendu, la projection est interrompue avant que le fluide intermédiaire ne pénètre dans le pulvérisateur. Pendant cette période, le problème du maintien ou de l'ajustement du débit de produit projeté se pose avec une acuité particulière En effet, ces fluides intermédiaires ont le plus souvent des caractéristiques physiques (viscosité, compressibilité, conductibilité thermique ou électrique, masse volumique, constante diélectrique, etc) très différentes de celles des produits de revêtement Par conséquent, le maintien ou l'ajustement de la pression ou même du débit du fluide à l'entrée de la partie commune, n'est plus suffisant pour contrôler le débit instantané du produit pulvérisé. Les installations antérieures connues ne répondent pas de façon satisfaisante aux impératifs indiqués ci-dessus. Ainsi, dans le cas du poussage du produit de revêtement par un fluide intermédiaire, le brevet américain No 4 311 724 propose simplement d'ajuster la pression exercée à l'entrée de la partie commune du circuit sur le fluide intermédiaire Un tel système présente donc tous les inconvénients mentionnés ci-dessus. Le brevet français No 2 552 345 enseigne de stabiliser la pression exercée sur le produit de revêtement, juste à l'entrée du pulvérisateur Cette solution n'élimine pas toutes les causes de variation non souhaitées du débit de produit pulvérisé, notamment lorsque sa viscosité change, par exemple par suite d'un changement de température. Le brevet européen NO 292 278 préconise de placer une pompe volumétrique près du pulvérisateur Cette solution présente un certain nombre d'inconvénients En effet, les pompes volumétriques, du type à engrenage, s'usent et leur débit réel correspond de moins en moins au débit nominal, au fur et à mesure de l'usure On est amené à compenser ce défaut en augmentant à priori leur vitesse De plus, les produits de revêtement sont de plus en plus fréquemment constitués d'émulsions ou dispersions diphasiques et leur passage à travers une pompe doseuse de ce genre entraîne parfois une altération de leur homogénéité ou la disparition de certaines de leurs propriétés (notamment l'aspect métallisé pour les produits de revêtement contenant des pigments métalliques} De plus, l'étanchéité du passage de leur arbre d'entraînement n'est jamais parfaite et il peut en résulter des fuites de produit de revêtement Si de telles fuites sont tolérables lorsque la pompe est loin de la zone de projection, il n'en est plus de même lorsqu'elle est accolée au pulvérisateur car elle peut alors souiller les objets à revêtir, spécialement lorsque le pulvérisateur se trouve au-dessus d'un objet ou bien mobile tout autour de celui-ci Enfin, l'entraînement d'une telle pompe nécessite un moteur électrique Si celui-ci est placé dans la zone de projection d'un produit qui est souvent inflammable, il doit être protégé contre les risques d'explosion Il s'agit donc alors d'un organe lourd et coûteux et il n'est plus possible de monter le pulvérisateur et son moteur sur un bras polyarticulé de robot se déplaçant à grande vitesse et avec des accélérations importantes, à cause de la trop forte inertie imposée par un tel moteur. L'invention permet de mieux faire face aux impératifs mentionnés ci-dessus. Dans cet esprit, l'invention concerne donc une installation de projection de produit de revêtement pulvérisé comportant au moins un projecteur d'un tel produit et un conduit de distribution reliant ledit projecteur à des moyens d'alimentation en produit de revêtement, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'asservissement de débit du produit délivré audit projecteur, incluant un actionneur et un moyen de mesure dudit débit et en ce que au moins ledit moyen de mesure dudit débit est placé au voisinage dudit projecteur. Selon un mode de réalisation préféré, l'actionneur des moyens d'asservissement de débit est placé au voisinage du projecteur et il s'agit de préférence d'un organe dit "régulateur de pression", connu en soi Un tel dispositif présente l'avantage d'une très faible inertie, d'un temps de réponse très bref et d'une commande pneumatique Il permet de contrôler et ajuster efficacement le débit, immédiatement en amont du projecteur dès lors qu'il se trouve utilisé dans un asservissement du type défini ci-dessus Le contrôle précis du débit et l'ajustement très rapide de sa valeur est particulièrement avantageux lorsque l'installation n'est pas du type à bol ou disque électrostatique et/ou lorsque le ou les projecteurs sont portés par un bras polyarticulé (robot) se déplaçant à grande vitesse et avec des accélérations importantes au voisinage de l'objet à peindre. Pour des installations dans lesquelles les variations instantanées de débit sont moins fortes, par exemple une installation utilisant plusieurs projecteurs électrostatiques à bol rotatif, dirigés vers des parties respectives de l'objet à peindre, un actionneur placé en amont du conduit de distribution (c'est-à-dire loin de la zone de projection) donnera des résultats satisfaisants du simple fait que le signal d'erreur délivré par ledit moyen de mesure de débit, restera toujours représentatif du débit instantané de produit de revêtement délivré au projecteur L'actionneur pourra alors être une pompe. Concernant le moyen de mesure du débit instantané défini ci-dessus, différents types de débitmètres peuvent être utilisés selon les circonstances et les caractéristiques de l'installation. Pour de nombreux cas, on utilisera avantageusement un débitmètre électromagnétique, connu en soi, dont la mesure repose sur la loi d'induction de Faraday L'élément conducteur en mouvement nécessaire à la manifestation du phénomène mesuré étant le produit de revêtement lui-même, un tel capteur ne convient que pour des produits de revêtement suffisamment conducteurs de l'électricité comme par exemple les peintures à base d'eau de plus en plus utilisées actuellement Il est sensible à la vitesse de l'écoulement dont on peut facilement déduire le débit Un tel débitmètre est facile à nettoyer et ne perturbe pratiquement pas l'écoulement du produit de revêtement Il nécessite en revanche une source d'énergie extérieure pour créer le champ magnétique dans l'élément de conduit traversé par le produit de revêtement Il ne présente pratiquement aucun risque d'étincelle ou d'échauffement ce qui permet de le disposer près du projecteur même si le produit de revêtement est inflammable Son poids et sa robustesse permettent de le placer à l'extrémité d'un mécanisme polyarticulé à grande vitesse de manipulation. On peut aussi utiliser un débitmètre à ultrasons, fonctionnant par exploitation de l'effet Doppler sur des particules véhiculées par le produit ou sur certaines particules constitutives du produit lui-même Il nécessite aussi une source d'énergie Un tel débitmètre est également sensible à la vitesse d'écoulement. On peut encore utiliser un débitmètre thermique mesurant le temps de transit d'une quantité de chaleur d'un point à un autre du circuit Avec un tel dispositif, une petite quantité de chaleur est communiquée au produit de revêtement en un point et on mesure le temps mis par l'augmentation de température pour atteindre un autre point du circuit distant de quelques centimètres Ce type de capteur est donc sensible à la vitesse de déplacement Il nécessite aussi une source d'énergie extérieure pour créer l'apport de chaleur. On peut encore utiliser un débitmètre à engrenage, sensible au débit volumétrique du produit de revêtement, un tel débitmètre, classique dans la technique, peut néanmoins altérer l'homogénéité de certains produits contenant des émulsions colloïdales ou même être usé prématurément par certains produits de revêtement abrasifs Il est plus difficile à nettoyer que les précédents. Il est encore possible d'utiliser un débitmètre à turbine, surtout sensible à la vitesse, mais aussi à la masse volumique du produit Il nécessite de ce fait un étalonnage pour chacun des différents produits de revêtement. On peut encore utiliser un débitmètre massique utilisant l'accélération de Coriolis résultant de la mise en oscillation d'une partie du circuit Un tel dispositif est sensible aux variations parasites d'accélération; il est difficilement utilisable avec un projecteur mobile à grande vitesse En revanche, il se nettoie relativement facilement. Tous ces débitmètres comportent des moyens d'alimentation et/ou de lecture qui ne mettent en jeu que des puissances électriques très faibles (au maximum quelques centaines de milliwatts) sur des circuits électroniques généralement peu inductifs La protection contre les étincelles est donc beaucoup plus facile que dans le cas du moteur d'une pompe qui, selon l'exemple de l'art antérieur décrit plus haut, est nécessairement placé près de la pompe, elle-même montée près du projecteur Un tel moteur est quant à lui très inductif et absorbe couramment une centaine de watts De ce fait, les circuits électriques des débitmètres mentionnés ci-dessus ont naturellement un haut degré de sécurité intrinsèque vis-à-vis des risques de déflagration. En revanche, le moteur d'une pompe placée dans un tel environnement doit avoir sa sécurité renforcée ce qui entraîne au minimum une surcharge se chiffrant en plusieurs kilogrammes C'est la principale raison pour laquelle la pompe volumétrique et son moteur ne peuvent être montés sur un mécanisme de manipulation à bras polyarticulé. Enfin, si l'installation est du type électrostatique, le débitmètre peut, par construction, être porté à une haute tension tandis que le dispositif de lecture est quant à lui généralement au potentiel de la terre Pour tous les débitmètres mentionnés ci-dessus, il est relativement facile d'insérer dans le circuit de lecture une interface isolante, par exemple un transducteur électro-optique et une transmission par fibre optique, afin d'éliminer tout risque d'arc électrique et de courant de fuite. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation d'une installation conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une installation de projection de produit de revêtement conforme à l'invention; la figure 2 est une vue schématique de détail de l'encadré II de la figure 1. On a représenté une installation automatique de projection de produit de revêtement pulvérisé sur des carrosseries d'automobile 11 Cette installation se compose principalement d'un mécanisme formant bras polyarticulé 12, d'un projecteur de produit de revêtement 13 porté par le dernier segment de ce bras, d'une unité de changement de produit de revêtement 14 et d'une unité de commande 15 gérée par ordinateur Dans l'exemple, les produits de revêtement sont des peintures à base d'eau et le projecteur 13 est un pulvérisateur pneumatique Il pourrait être de type électrostatique à condition de prévoir des moyens d'isolation et de séparation, par exemple à réservoir intermédiaire, entre le projecteur porté à la haute tension et l'unité de changement de produit de revêtement 14, normalement maintenue au potentiel de la terre Cette unité de changement de produit de revêtement 14 est classique et se compose d'un collecteur 18 auquel sont connectées des vannes d'alimentation de produits de revêtement différents P 1-P 4 ainsi qu'une vanne d'alimentation de produit de nettoyage N et une vanne d'alimentation d'air comprimé A Toutes ces vannes pilotées à partir de l'unité de commande 15 sont reliées à des circuits de distribution sous pression, respectifs, non représentés. Le bras polyarticulé est monté sur un rail de guidage parallèle au convoyeur 21 portant les carrosseries 11 Il peut se déplacer sur toute la longueur de la carrosserie et même au-delà pour revêtir ses extrémités La sortie du collecteur 18 est reliée au projecteur 13 par un conduit de distribution 22, ici en matériau flexible et d'une longueur suffisante pour ne pas entraver les mouvements du bras polyarticulé 12 Une partie de ce conduit 22 passe donc à l'intérieur du bras et traverse toutes ses articulations jusqu'au dernier sergment 23 dudit bras, lequel porte le projecteur 13. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'installation comprend des moyens d'asservissement de débit du produit délivré au projecteur, sous forme d'une boucle d'asservissement établie entre l'unité de commande 15, un actionneur 25 et un moyen de mesure 26 du débit instantané de produit délivré audit projecteur De plus, ce moyen de mesure 26, au moins, est placé au voisinage du projecteur 13. Comme le montre la figure 2, il est porté par le dernier segment 23 du bras polyarticulé. Dans l'exemple représenté, il s'agit d'un débitmètre électromagnétique du type décrit ci-dessus Ce capteur comporte une entrée de produit de revêtement 28 à laquelle est connecté le conduit 22 et une sortie de produit 30, reliée au projecteur, ici par l'intermédiaire de l'actionneur Un tel débitmètre reçoit sa puissance électrique par une ligne électrique 31 et renvoie le signal élaboré, représentatif du débit, par une ligne électrique 32 Cette dernière est reliée à une entrée de mesure 33 de l'unité de commande 15 Dans un tel débitmètre, l'entrée 28 et la sortie sont interconnectées par un simple élément de conduit interne 35 traversant une zone de champ magnétique Cet élément de conduit n'introduit pratiquement aucune perte de charge supplémentaire de sorte que le débitmètre peut supporter des surcharges de débit importantes sans dérivation, notamment pendant les cycles de changement de produit de revêtement et de nettoyage. L'actionneur 25, plus connu dans la technique sous le nom de "régulateur de pression" est inséré entre le débitmètre 26 et le projecteur 13 Il fonctionne en perte de charge ajustable Un conduit de fluide 37 (généralement alimenté en air comprimé) est relié à l'unité 15 pour le pilotage dudit actionneur Ce conduit débouche dans une chambre 38 en partie délimitée par un piston à membrane 39 lequel est couplé à un clapet 40 placé dans le trajet du produit de revêtement et apte à se déplacer en regard d'un siège fixe, pour ajuster le débit instantané du produit Le clapet est sollicité à l'ouverture sous l'action du piston 39 et à la fermeture sous l'action d'un ressort 42 Un conduit de fluide 45 permet la commande du projecteur 13, les arrivées d'air de pulvérisation et de conformation du faisceau ne sont pas représentées L'unité de commande 15 reçoit de l'ordinateur (non représenté) une consigne de débit en 47 Un bac de récupération 46, placé au pied du bras polyarticulé permet de récupérer des résidus de produit de revêtement et de produit de nettoyage, notamment lors d'un cycle de changement de produit de revêtement Le fonctionnement est le suivant. Une carrosserie est en cours de revêtement avec l'un des produits de revêtement provenant de l'une des vannes Pl- P 4 Par exemple, le produit provenant de la vanne Pl s'écoule dans le collecteur 18 et le conduit 22 et traverse le débitmètre 26 et l'actionneur 25 avant d'être pulvérisé par le projecteur 13 Le débitmètre 26 envoie, par la ligne électrique 32, un signal correspondant au débit instantané mesuré, à l'unité de commande 15 dans laquelle il est comparé à la valeur de consigne reçue en 47 L'unité de commande ajuste par le conduit 37 la pression du fluide de commande de l'actionneur 25 pour faire correspondre la valeur mesurée avec la valeur de consigne Par suite de son déplacement par le bras polyarticulé 12 tout autour de la carrosserie 11, le pulvérisateur 13 est dirigé vers des surfaces constamment variables et le débit de produit est en permanence ajusté par modification de la valeur de consigne reçue en 47 et par réaction du système bouclé La position du débitmètre à l'extrémité du bras polyarticulé, c'est-à-dire immédiatement en amont du projecteur permet de faire face efficacement à de rapides variations du débit souhaité, en s'affranchissant de tous les déphasages et retards possibles. De plus, il faut noter que le volume de produit contenu dans le conduit 22 commun à tous les produits de revêtement est du même ordre de grandeur que le volume projeté sur chaque carrosserie On conçoit donc tout l'intérêt d'en utiliser la plus grande partie possible en le projetant sur la carrosserie en cours de revêtement Pour ce faire, lorsqu'on a déterminé, généralement par expérience, que la portion utilisable du produit contenu dans ce conduit suffit pour terminer le revêtement de la carrosserie en cours de revêtement et si la prochaine carrosserie doit être revêtue avec un produit de revêtement différent, on ferme l'arrivée de produit correspondant, c'est-à-dire la vanne Pl dans l'exemple choisi et on ouvre la vanne de produit de nettoyage N Malgré les différences de caractéristiques de ce il dernier, le débitmètre et l'actionneur ne sont pas perturbés car, du fait de leur position, immédiatement en amont du pulvérisateur, ils ne sont traversés que par du produit de revêtement, jusqu'à la fin de la phase de projection. Ensuite, pour finir le nettoyage de la partie commune du circuit d'alimentation, la pulvérisation est arrêtée, le débit réduit à zéro et le pulvérisateur 13 est amené jusqu'à l'ouverture du bac de récupération 46 Le débit est alors augmenté au maximum, jusqu'à ce que la partie commune soit propre Pour gagner du temps et économiser du produit de nettoyage, on admet alternativement de l'air comprimé en ouvrant la vanne A et en fermant la vanne N puis inversement Lorsque la partie commune du circuit est suffisamment propre, elle est débarrassée des résidus de produit de nettoyage par ouverture de la vanne A après, bien entendu, la dernière fermeture de la vanne N Puis, la vanne A est fermée et le remplissage du circuit avec un nouveau produit commence, par l'ouverture d'une autre vanne Pl-P 4, par exemple P 2 Pour gagner du temps, ce remplissage se fait à débit maximum en utilisant la pression de distribution du nouveau produit de revêtement et en surveillant l'apparition d'un signal de débit sur la ligne électrique de retour 32. Lorsque le nouveau produit atteint le débitmètre, celui-ci mesure un certain débit, non maîtrisé, mais l'ordinateur, "informé" par le signal de retour, reprend la commande de l'actionneur 25 Le projecteur est alors fermé et placé en position d'attente d'une nouvelle carrosserie Dès l'arrivée de cette dernière, une nouvelle consigne de débit est fournie à l'unité de commande par la ligne 47 et le revêtement de la nouvelle carrosserie par le nouveau produit peut commencer, selon une loi de variation de débit prédéterminée en fonction des mouvements prévus du bras polyarticulé. REVENDICATIONS 1 Installation de projection de produit de revêtement pulvérisé comportant au moins un projecteur ( 13) d'un tel produit et un conduit de distribution reliant ledit projecteur à des moyens d'alimentation en produit de revêtement, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'asservissement de débit du produit délivré audit projecteur, incluant un actionneur ( 25 > et un moyen de mesure dudit débit ( 26) et en ce que au moins ledit moyen de mesure dudit débit est placé au voisinage dudit projecteur. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que, de façon connue en soi, lesdits moyens d'alimentation en produit de revêtement comportent une unité de changement de produit de revêtement et d'alimentation en produit de rinçage et/ou de soufflage ( 14). 3 Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit actionneur ( 25) est placé au voisinage dudit projecteur. 4 Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit actionneur ( 25) est un organe dit "régulateur de pression", connu en soi. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'asservissement de débit comprennent un actionneur placé en amont dudit conduit de distribution. 6 Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit actionneur est une pompe. 7 Installation selon l'une des revendications précédentes, du type dans lequel ledit projecteur est porté par un support mobile est porté par ce même support mobile. 8 Installation selon l'une des revendications 1 à 3 dans laquelle ledit projecteur est porté par un support mobile , caractérisée en ce que ledit actionneur ( 25) est porté par ce même support mobile. 9 Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit moyen de mesure de débit est un débitmètre électromagnétique ( 26). Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit moyen de mesure de débit est un débitmètre à engrenage. 11 Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit moyen de mesure de débit est un débitmètre à ultrasons. 12 Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit moyen de mesure de débit est un débitmètre thermique. 13 Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les produits de revêtement distribués sont relativement électriquement conducteurs, par exemple des peintures à base d'eau. 14 Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que ledit support mobile comporte un bras polyarticulé ( 12), en ce que ledit projecteur est monté sur le dernier élément ( 23 > de ce bras et en ce que ledit moyen de mesure de débit et/ou ledit actionneur sont portés par ce bras, de préférence par ce dernier élément ( 23).