用于表征濕涂料層的傳感器系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的方面涉及用于憑借THz輻射、更精確地通過(guò)分析與濕涂料層交互的檢測(cè) 的THz輻射信號(hào)來(lái)表征例如上涂料汽車部件等上涂料主體的濕涂料層的方法。本發(fā)明的另 外的方面涉及對(duì)主體上涂料的對(duì)應(yīng)方法、對(duì)應(yīng)傳感系統(tǒng)和用于對(duì)主體上涂料的對(duì)應(yīng)上涂料 設(shè)施。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料施加到許多物體并且主要起到增強(qiáng)保護(hù)和美學(xué)的作用。涂料可以采用許多不 同的方式施加到表面，其在一定程度上取決于它將具有的襯底和功能性。示例是化學(xué)和物 理氣相沉積、浸涂、噴涂和輥對(duì)輥涂覆。
[0003] 在施加涂料時(shí)，涂料材料初始是具有浸沒(méi)在其中的（固態(tài)）涂料粒子的液層。這 允許將涂料粒子帶到要涂覆（例如，在噴漆的情況下通過(guò)噴涂）的表面。一旦在表面上，液 體沒(méi)有進(jìn)一步的作用。然而，它仍然是涂料層的部分，其使得上涂料表面必須干燥（例如， 通過(guò)使它們的濕部分蒸發(fā)或通過(guò)固化）。這需要一些等待時(shí)間，這在工業(yè)過(guò)程中從經(jīng)濟(jì)上是 不利的。盡管增加溫度可以使該過(guò)程略微加速，但因?yàn)橥苛显谔岣叩臏囟鹊墓袒煌ㄆ?可能牽涉例如最后的視覺(jué)外觀中的不可取改變），可獲得的溫度大體上受到限制。
[0004] 現(xiàn)今，大型生產(chǎn)工廠（其中涂料層施加到未來(lái)產(chǎn)品）典型地包括涂料機(jī)器人噴漆 所處的涂料工藝線。盡管上涂料過(guò)程從而似乎在很大程度上自動(dòng)化，仍然有許多的上涂料 物體顯示出厚度或視覺(jué)外觀中的失效。由于這些原因，涂料層的準(zhǔn)確質(zhì)量控制是涂料工藝 的重要部分。
[0005] 由于該目的，已經(jīng)開(kāi)發(fā)例如聲和磁感測(cè)等現(xiàn)有領(lǐng)域技術(shù)用于確定涂料層的厚 度。然而，這些技術(shù)僅采用接觸模式工作，這在沒(méi)有損壞涂料層的風(fēng)險(xiǎn)的情況下大體上是 不可取的并且并不總是可適用的。另外，近來(lái)已經(jīng)提出基于THz輻射的方法。例如，JP 2004028618 A和EP 2213977 Al描述用于使用THz輻射確定干涂料膜的厚度的相應(yīng)方法。 厚度通過(guò)扣除時(shí)域信號(hào)的峰值位置而獲得。這些峰值位置連同濕涂料的已知群折射率一起 允許計(jì)算厚度。然而，該方法的魯棒性留有改進(jìn)的余地。
[0006] 另外，上文提到的方法僅解決在涂料干燥后確定涂料層的厚度的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上文，提供根據(jù)權(quán)利要求1的方法、根據(jù)權(quán)利要求12的對(duì)主體上涂料的方法、 根據(jù)權(quán)利要求13的傳感器系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求14的上涂料設(shè)施。
[0008] 根據(jù)第一方面，提供基于擬合到物理模型通過(guò)涂料層參數(shù)來(lái)表征上涂料主體的濕 涂料層的方法。該方法由傳感器系統(tǒng)采用非接觸方式實(shí)施。傳感器系統(tǒng)包括用于發(fā)射THz 輻射的發(fā)射器系統(tǒng)、用于檢測(cè)THz輻射的檢測(cè)器系統(tǒng)和操作地耦合于該發(fā)射器系統(tǒng)和檢測(cè) 器系統(tǒng)的處理單元。方法包括：由發(fā)射器系統(tǒng)朝上涂料主體發(fā)射THz輻射信號(hào)使得THz輻 射與濕涂料層交互，濕涂料層還未完成干燥過(guò)程，在該干燥過(guò)程期間濕涂料層變成干涂料 層；由檢測(cè)器系統(tǒng)檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，其是檢測(cè)的與濕涂料層交互的THz輻射信號(hào)；通過(guò)優(yōu)化模 型參數(shù)使得物理模型的預(yù)測(cè)響應(yīng)信號(hào)擬合到檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)來(lái)確定物理模型的模型參數(shù)， 其中模型參數(shù)指示濕涂料層的光學(xué)性質(zhì)，其描述THz輻射信號(hào)與濕涂料層的交互，確定的 模型參數(shù)包括濕涂料層的折射率的參數(shù)化；以及從確定的模型參數(shù)確定涂料層參數(shù)，其中 涂料層參數(shù)包括濕涂料層的預(yù)測(cè)干燥層厚度。
[0009] 根據(jù)第二方面，提供對(duì)主體上涂料的方法。該方法包括：向主體施加涂料，由此在 該主體上產(chǎn)生濕涂料層；通過(guò)根據(jù)第一方面的方法來(lái)表征濕涂料層，由此獲得涂料層參數(shù)， 其包括濕涂料層的預(yù)測(cè)干燥層厚度；以及依賴獲得的涂料層參數(shù)進(jìn)一步處理上涂料主體。
[0010] 根據(jù)第三方面，提供用于表征上涂料主體的濕涂料層的傳感器系統(tǒng)。該傳感器系 統(tǒng)包括：發(fā)射器系統(tǒng)，用于朝上涂料主體發(fā)射THz輻射；檢測(cè)器系統(tǒng)，用于檢測(cè)來(lái)自上涂料 主體的THz輻射；定位系統(tǒng)，用于相對(duì)于上涂料主體來(lái)定位發(fā)射器系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)；和處 理單元，其操作地耦合于該發(fā)射器系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)配置成用于通過(guò)根據(jù)第 一方面的方法來(lái)表征上涂料主體。
[0011] 根據(jù)第四方面，提供用于對(duì)主體上涂料的上涂料設(shè)施。該上涂料設(shè)施包括：上涂料 裝置，用于向主體施加涂料，由此在主體上產(chǎn)生濕涂料層；和根據(jù)第三方面的傳感器系統(tǒng)。 上涂料裝置或另外的處理段操作地耦合于傳感器系統(tǒng)并且配置成用于依賴獲得的涂料層 參數(shù)進(jìn)一步處理上涂料主體。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器組件和方法允許獲得準(zhǔn)確且有意義的涂料參數(shù)集， 特別在涂料層仍然是濕的時(shí)獲得涂料層的可靠厚度。這通過(guò)利用來(lái)自上涂料主體的檢測(cè) THz輻射響應(yīng)的大量信息、通過(guò)使物理模型的預(yù)測(cè)響應(yīng)擬合到檢測(cè)的THz響應(yīng)信號(hào)而實(shí)現(xiàn)。
[0013] 由此并且通過(guò)預(yù)測(cè)濕涂料層的干燥層厚度，本發(fā)明的實(shí)施例開(kāi)辟在干燥過(guò)程中的 任何狀態(tài)進(jìn)行涂料層的工業(yè)質(zhì)量控制的方法，而不必一直等到它們干燥并且沒(méi)有修改干燥 過(guò)程。例如汽車部件（例如，汽車主體）的制造工藝中的長(zhǎng)干燥時(shí)間對(duì)于生產(chǎn)交貨期和制造 成本是主要的負(fù)面因素。許多工業(yè)因此從這樣的方法獲益很多。特別地，它可能夠使未能 滿足質(zhì)量控制的產(chǎn)品更快速?gòu)纳a(chǎn)線去除并且將它們重新引導(dǎo)到校正缺陷的工藝線路，由 此優(yōu)化主工藝路線。另外的實(shí)施例允許在涂料仍然是濕的時(shí)預(yù)測(cè)和/或校正檢測(cè)的缺陷。 本發(fā)明的實(shí)施例從而具有在汽車和其他制造工業(yè)中實(shí)現(xiàn)主要成本和時(shí)間降低的可能性。
[0014] 本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是在擬合到檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)的模型參數(shù)中包括折 射率。因此，提前知道折射率不是必需的。
[0015] 可以與本文描述的實(shí)施例結(jié)合的另外的優(yōu)勢(shì)、特征、方面和細(xì)節(jié)從從屬權(quán)利要求、 描述和圖顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 細(xì)節(jié)將在下面參考圖描述，其中
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的示意側(cè)視圖；
[0018] 圖2a和2b是圖1的傳感器系統(tǒng)可能的另外細(xì)節(jié)和變化形式的示意側(cè)視圖；
[0019] 圖3是圖示由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)發(fā)射的THz輻射與上涂料主體交 互的示意圖；
[0020] 圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例表征上涂料主體的方法的框圖；
[0021] 圖5是兩個(gè)圖的集，其代表由如在圖1中示出的系統(tǒng)在時(shí)域測(cè)量的兩個(gè)上涂料主 體的響應(yīng)信息和相關(guān)量；
[0022] 圖6、7是四個(gè)圖的集，其代表與圖5類似地在四個(gè)不同時(shí)間測(cè)量的上涂料主體的 響應(yīng)信號(hào)和相關(guān)量；
[0023] 圖8是代表作為干燥時(shí)間的函數(shù)的濕涂料層的濕和預(yù)測(cè)干燥厚度的圖；
[0024] 圖9是代表作為干燥時(shí)間的函數(shù)的各種濕涂料層的預(yù)測(cè)干燥厚度的圖；
[0025] 圖10是代表作為干燥時(shí)間的函數(shù)的各種濕涂料層的濕厚度的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 在下面，描述本發(fā)明的再一些方面。除非另外明確指出，這些方面彼此獨(dú)立并且可 以采用任何方式組合。例如，在該文獻(xiàn)中描述的任何方面或?qū)嵤├梢耘c任何其他方面或 實(shí)施例組合。
[0027] 首先，描述一些一般方面。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供用于確定濕涂料層的厚度的方 法。在本文，濕涂料層限定為還未完全干燥并且仍然具有液體組分的層。僅近來(lái)施加并且 液體組分還未完全蒸發(fā)的涂料是這樣的。因此，根據(jù)方面，在施加涂料后的12小時(shí)以內(nèi)實(shí) 施方法。根據(jù)另外的方面，方法由傳感器系統(tǒng)采用非接觸方式（即，沒(méi)有需要與上涂料主體 直接物理接觸的任何傳感器組件）實(shí)施。這不排除支托上涂料主體的支托物，或除與上涂 料主體接觸的THz發(fā)射器和接收器之外的任何另外的傳感器組件。
[0028] 根據(jù)另外的方面，方法提供濕涂料層的厚度而不管涂料種類（例如水致或溶劑型 等涂料類型、溶劑種類和/或顏色），優(yōu)選地不需要任何校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這不排除使用包含關(guān)于 使用的涂料類型的信息的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)獲得例如預(yù)測(cè)干燥層厚度等其他參數(shù)。
[0029] 根據(jù)另外的方面，除濕厚度外，涂料參數(shù)進(jìn)一步包括濕涂料層的下列（a)-(e)中 的至少一個(gè)：
[0030] (a)涂料類型標(biāo)識(shí)符，其表征濕涂料層中包含的涂料的類型，例如水致或溶劑型濕 涂料層。其他標(biāo)識(shí)符可包括吸收光譜的特征和/或顏料、添加劑和溶劑中的至少一個(gè)的類 型。涂料類型標(biāo)識(shí)符（可能除了別的以外）可選地從表征相應(yīng)層的折射率（或與折射率有 關(guān)的量，例如透射或反射率）的頻率-依賴性的參數(shù)獲得。
[0031] (b)濕涂料層的比重，其中層的比重可選地從層的折射率和涂料類型標(biāo)識(shí)符中的 至少一個(gè)獲得；
[0032] (C)缺陷參數(shù)，其指示濕涂料層中的缺陷；
[0033] (d)包括濕涂料層的涂料層的總數(shù)量；以及
[0034] (e)濕涂料層的預(yù)測(cè)干燥層厚度，即濕涂料層一旦干燥將具有的預(yù)測(cè)厚度值。
[0035] 根據(jù)另外的方面，多個(gè)涂料參數(shù)以及優(yōu)選地涂料參數(shù)中的全部使用來(lái)自相同數(shù)據(jù) 源（多個(gè)）的測(cè)量而同時(shí)獲得，所述數(shù)據(jù)源（多個(gè)）包括THz接收器。
[0036] 優(yōu)選地，單個(gè)測(cè)量波形或光譜用于確定多個(gè)涂料參數(shù)。也就是說(shuō)，多個(gè)涂料參數(shù)以 及優(yōu)選地涂料參數(shù)中的全部從單個(gè)響應(yīng)信號(hào)確定。在本文，例如圖5-7的波形中的每個(gè)理 解為單個(gè)測(cè)量波形，即使這些波形中的每個(gè)從多個(gè)THz脈沖產(chǎn)生也如此。單個(gè)測(cè)量波形理 解成連續(xù)時(shí)間或頻率-依賴性的單個(gè)曲線。通常，單個(gè)波形包含足夠的信息用于確定濕涂 料層以及和存在的一樣多的另外的層（例如，多至8個(gè)層或更多）的涂料參數(shù)。
[0037] 根據(jù)另外的方面，方法基于整個(gè)響應(yīng)信號(hào)（基本上，檢測(cè)的THz輻射信號(hào)的所有數(shù) 據(jù)點(diǎn)）的分析。從而，在任何點(diǎn)的測(cè)量響應(yīng)信號(hào)（例如，時(shí)間跡線）的任何改變影響與對(duì)模 擬響應(yīng)信號(hào)給出的猜測(cè)關(guān)聯(lián)的誤差函數(shù)，并且因此對(duì)預(yù)測(cè)響應(yīng)信號(hào)的最后結(jié)果有影響。