用于表征湿涂料层的传感器系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明的方面涉及用于凭借THz辐射、更精确地通过分析与湿涂料层交互的检测 的THz辐射信号来表征例如上涂料汽车部件等上涂料主体的湿涂料层的方法。本发明的另 外的方面涉及对主体上涂料的对应方法、对应传感系统和用于对主体上涂料的对应上涂料 设施。
【背景技术】
[0002] 涂料施加到许多物体并且主要起到增强保护和美学的作用。涂料可以采用许多不 同的方式施加到表面，其在一定程度上取决于它将具有的衬底和功能性。示例是化学和物 理气相沉积、浸涂、喷涂和辊对辊涂覆。
[0003] 在施加涂料时，涂料材料初始是具有浸没在其中的（固态）涂料粒子的液层。这 允许将涂料粒子带到要涂覆（例如，在喷漆的情况下通过喷涂）的表面。一旦在表面上，液 体没有进一步的作用。然而，它仍然是涂料层的部分，其使得上涂料表面必须干燥（例如， 通过使它们的湿部分蒸发或通过固化）。这需要一些等待时间，这在工业过程中从经济上是 不利的。尽管增加温度可以使该过程略微加速，但因为涂料在提高的温度的固化不同（其 可能牵涉例如最后的视觉外观中的不可取改变），可获得的温度大体上受到限制。
[0004] 现今，大型生产工厂（其中涂料层施加到未来产品）典型地包括涂料机器人喷漆 所处的涂料工艺线。尽管上涂料过程从而似乎在很大程度上自动化，仍然有许多的上涂料 物体显示出厚度或视觉外观中的失效。由于这些原因，涂料层的准确质量控制是涂料工艺 的重要部分。
[0005] 由于该目的，已经开发例如声和磁感测等现有领域技术用于确定涂料层的厚 度。然而，这些技术仅采用接触模式工作，这在没有损坏涂料层的风险的情况下大体上是 不可取的并且并不总是可适用的。另外，近来已经提出基于THz辐射的方法。例如，JP 2004028618 A和EP 2213977 Al描述用于使用THz辐射确定干涂料膜的厚度的相应方法。 厚度通过扣除时域信号的峰值位置而获得。这些峰值位置连同湿涂料的已知群折射率一起 允许计算厚度。然而，该方法的鲁棒性留有改进的余地。
[0006] 另外，上文提到的方法仅解决在涂料干燥后确定涂料层的厚度的问题。
【发明内容】
[0007] 鉴于上文，提供根据权利要求1的方法、根据权利要求12的对主体上涂料的方法、 根据权利要求13的传感器系统和根据权利要求14的上涂料设施。
[0008] 根据第一方面，提供基于拟合到物理模型通过涂料层参数来表征上涂料主体的湿 涂料层的方法。该方法由传感器系统采用非接触方式实施。传感器系统包括用于发射THz 辐射的发射器系统、用于检测THz辐射的检测器系统和操作地耦合于该发射器系统和检测 器系统的处理单元。方法包括：由发射器系统朝上涂料主体发射THz辐射信号使得THz辐 射与湿涂料层交互，湿涂料层还未完成干燥过程，在该干燥过程期间湿涂料层变成干涂料 层；由检测器系统检测响应信号，其是检测的与湿涂料层交互的THz辐射信号；通过优化模 型参数使得物理模型的预测响应信号拟合到检测的响应信号来确定物理模型的模型参数， 其中模型参数指示湿涂料层的光学性质，其描述THz辐射信号与湿涂料层的交互，确定的 模型参数包括湿涂料层的折射率的参数化；以及从确定的模型参数确定涂料层参数，其中 涂料层参数包括湿涂料层的预测干燥层厚度。
[0009] 根据第二方面，提供对主体上涂料的方法。该方法包括：向主体施加涂料，由此在 该主体上产生湿涂料层；通过根据第一方面的方法来表征湿涂料层，由此获得涂料层参数， 其包括湿涂料层的预测干燥层厚度；以及依赖获得的涂料层参数进一步处理上涂料主体。
[0010] 根据第三方面，提供用于表征上涂料主体的湿涂料层的传感器系统。该传感器系 统包括：发射器系统，用于朝上涂料主体发射THz辐射；检测器系统，用于检测来自上涂料 主体的THz辐射；定位系统，用于相对于上涂料主体来定位发射器系统和检测器系统；和处 理单元，其操作地耦合于该发射器系统和检测器系统。传感器系统配置成用于通过根据第 一方面的方法来表征上涂料主体。
[0011] 根据第四方面，提供用于对主体上涂料的上涂料设施。该上涂料设施包括：上涂料 装置，用于向主体施加涂料，由此在主体上产生湿涂料层；和根据第三方面的传感器系统。 上涂料装置或另外的处理段操作地耦合于传感器系统并且配置成用于依赖获得的涂料层 参数进一步处理上涂料主体。
[0012] 根据本发明的实施例的传感器组件和方法允许获得准确且有意义的涂料参数集， 特别在涂料层仍然是湿的时获得涂料层的可靠厚度。这通过利用来自上涂料主体的检测 THz辐射响应的大量信息、通过使物理模型的预测响应拟合到检测的THz响应信号而实现。
[0013] 由此并且通过预测湿涂料层的干燥层厚度，本发明的实施例开辟在干燥过程中的 任何状态进行涂料层的工业质量控制的方法，而不必一直等到它们干燥并且没有修改干燥 过程。例如汽车部件（例如，汽车主体）的制造工艺中的长干燥时间对于生产交货期和制造 成本是主要的负面因素。许多工业因此从这样的方法获益很多。特别地，它可能够使未能 满足质量控制的产品更快速从生产线去除并且将它们重新引导到校正缺陷的工艺线路，由 此优化主工艺路线。另外的实施例允许在涂料仍然是湿的时预测和/或校正检测的缺陷。 本发明的实施例从而具有在汽车和其他制造工业中实现主要成本和时间降低的可能性。
[0014] 本发明的实施例的另一个优势是在拟合到检测的响应信号的模型参数中包括折 射率。因此，提前知道折射率不是必需的。
[0015] 可以与本文描述的实施例结合的另外的优势、特征、方面和细节从从属权利要求、 描述和图显而易见。
【附图说明】
[0016] 细节将在下面参考图描述，其中
[0017] 图1是根据本发明的实施例的传感器系统的示意侧视图；
[0018] 图2a和2b是图1的传感器系统可能的另外细节和变化形式的示意侧视图；
[0019] 图3是图示由根据本发明的实施例的传感器系统发射的THz辐射与上涂料主体交 互的示意图；
[0020] 图4是图示根据本发明的实施例表征上涂料主体的方法的框图；
[0021] 图5是两个图的集，其代表由如在图1中示出的系统在时域测量的两个上涂料主 体的响应信息和相关量；
[0022] 图6、7是四个图的集，其代表与图5类似地在四个不同时间测量的上涂料主体的 响应信号和相关量；
[0023] 图8是代表作为干燥时间的函数的湿涂料层的湿和预测干燥厚度的图；
[0024] 图9是代表作为干燥时间的函数的各种湿涂料层的预测干燥厚度的图；
[0025] 图10是代表作为干燥时间的函数的各种湿涂料层的湿厚度的图。
【具体实施方式】
[0026] 在下面，描述本发明的再一些方面。除非另外明确指出，这些方面彼此独立并且可 以采用任何方式组合。例如，在该文献中描述的任何方面或实施例可以与任何其他方面或 实施例组合。
[0027] 首先，描述一些一般方面。根据本发明的方面，提供用于确定湿涂料层的厚度的方 法。在本文，湿涂料层限定为还未完全干燥并且仍然具有液体组分的层。仅近来施加并且 液体组分还未完全蒸发的涂料是这样的。因此，根据方面，在施加涂料后的12小时以内实 施方法。根据另外的方面，方法由传感器系统采用非接触方式（即，没有需要与上涂料主体 直接物理接触的任何传感器组件）实施。这不排除支托上涂料主体的支托物，或除与上涂 料主体接触的THz发射器和接收器之外的任何另外的传感器组件。
[0028] 根据另外的方面，方法提供湿涂料层的厚度而不管涂料种类（例如水致或溶剂型 等涂料类型、溶剂种类和/或颜色），优选地不需要任何校准数据。这不排除使用包含关于 使用的涂料类型的信息的校准数据来获得例如预测干燥层厚度等其他参数。
[0029] 根据另外的方面，除湿厚度外，涂料参数进一步包括湿涂料层的下列（a)-(e)中 的至少一个：
[0030] (a)涂料类型标识符，其表征湿涂料层中包含的涂料的类型，例如水致或溶剂型湿 涂料层。其他标识符可包括吸收光谱的特征和/或颜料、添加剂和溶剂中的至少一个的类 型。涂料类型标识符（可能除了别的以外）可选地从表征相应层的折射率（或与折射率有 关的量，例如透射或反射率）的频率-依赖性的参数获得。
[0031] (b)湿涂料层的比重，其中层的比重可选地从层的折射率和涂料类型标识符中的 至少一个获得；
[0032] (C)缺陷参数，其指示湿涂料层中的缺陷；
[0033] (d)包括湿涂料层的涂料层的总数量；以及
[0034] (e)湿涂料层的预测干燥层厚度，即湿涂料层一旦干燥将具有的预测厚度值。
[0035] 根据另外的方面，多个涂料参数以及优选地涂料参数中的全部使用来自相同数据 源（多个）的测量而同时获得，所述数据源（多个）包括THz接收器。
[0036] 优选地，单个测量波形或光谱用于确定多个涂料参数。也就是说，多个涂料参数以 及优选地涂料参数中的全部从单个响应信号确定。在本文，例如图5-7的波形中的每个理 解为单个测量波形，即使这些波形中的每个从多个THz脉冲产生也如此。单个测量波形理 解成连续时间或频率-依赖性的单个曲线。通常，单个波形包含足够的信息用于确定湿涂 料层以及和存在的一样多的另外的层（例如，多至8个层或更多）的涂料参数。
[0037] 根据另外的方面，方法基于整个响应信号（基本上，检测的THz辐射信号的所有数 据点）的分析。从而，在任何点的测量响应信号（例如，时间迹线）的任何改变影响与对模 拟响应信号给出的猜测关联的误差函数，并且因此对预测响应信号的最后结果有影响。