确定粘性流体喷涂应用的工艺参数的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于确定粘性流体的喷涂应用的工艺参数的系统，其包括一种用 于粘性流体的应用系统，其可通过预定义输入参数来促动，应用系统至少具有构件：计量装 置、流体阀门和应用喷嘴，其中关于粘性流体在应用期间的体积流量分布，应用系统的动态 特性还尤其依赖于可预定义的控制工艺参数。
【背景技术】
[0002] 通常已知的是，在工业生产的许多领域中，例如在汽车工业中，当应用吸声衬垫或 用于焊缝密封时使用了粘性流体或高度粘性流体的喷涂应用。然而，对于喷涂应用，粘接剂 的应用也是定制式使用领域。
[0003] 相对应的应用系统典型地包括计量装置、软管接头、应用喷嘴和根据流体力学而 定位于应用喷嘴附近的流体阀门。借助所述流体阀门，由专用构件形成的流体管道可在计 量装置和应用喷嘴之间选择性地中断，从而例如在计量装置关闭时防止流体滴落出应用喷 嘴。这引起计量装置和流体阀门的接通和关闭的协作，从而例如避免计量元件接通而流体 阀门仍然关闭的情形。这可能带来不可接受的超高的压力升高。
[0004] 由于有待应用的材料的高粘性，其应用必须发生在高压下，例如通过利用具有伺 服驱动器的计量缸体。然而，本领域中的技术人员会意识到计量装置的其它实施例，例如齿 轮栗或螺杆栗，其中伺服电动机也经常用作这里的驱动器。在计量缸体和应用喷嘴之间的 软管接头将配置为高压软管。应用系统因此具有依赖于大量因素的动态特性，例如软管的 延展性、计量装置的驱动器的旋转质量和时延，尤其在计量装置的接通和关闭或流体阀门 的接通和关闭期间。然而，有待应用的粘性流体的类型因此对于应用系统的动态特性也具 有影响，其中粘性流体的电荷波动对于动态特性也可能具有影响。
[0005] 在高压下通过应用喷嘴应用于物体表面的粘性材料的最终几何形状依赖于喷涂 射流的宽度和均匀性、应用喷嘴在有待喷涂的物体表面上通过例如机器人而移动的速度、 以及穿过应用喷嘴的相应的体积流量。由于应用喷嘴的典型地线性运动，粘性材料主要以 带状形状应用于物体表面上。
[0006] 尽可能均匀的层厚度和应用材料带的恒定的宽度通常是合乎需要的，其中所述带 的宽度高度依赖于在应用工艺期间穿过应用系统的流体管道的流体体积流量。然而，在应 用系统的输入参数变化之后，考虑到已经提到的这种应用系统的高度动态特性，尤其体积 流量会遇到某些动态波动，这在某些区域还会造成实际应用的带宽度与所需的带宽度的偏 差。
[0007] 为了改善应用系统的动态特性，其输入参数，例如驱动器的预定义的旋转速度通 常在其应用之前输送给预处理级例如滤波器，并从而得以修改。在给定预处理级的工艺参 数或滤波器参数的相对应的选择下，应用系统的动态特性可必然得以改进。
[0008] 这里证明不利的是，基于测量技术确定这种工艺参数证明是非常复杂且容易失败 的。已知的流量计必须集成到流体管道中，以便测量体积流量，并因此对其动态特性造成不 利影响，结果基于这种测量而确定的工艺参数是不精确的。这种工艺参数的评估或其经验 性的确定的进一步的变体证明是非常耗时且同样不精确的。
【发明内容】
[0009] 以现有技术作为起点，本发明的目的是获得一种系统和方法，其允许选择性确定 预处理级的工艺参数，而不会在工艺中由于体积流量的测量而歪曲相应应用系统的动态特 性。
[0010] 这个目的通过一种用于确定工艺参数的系统来实现，工艺参数用于开头部分所提 类型的粘性流体的喷涂应用。所述系统，其特征在于具有 ?通过应用系统利用粘性流体进行喷涂的受冲击物体， ?天平，其用于连续地确定受冲击物体的重量，这包括应用于其上面的粘性流体，其中 提供天平来获得呈连续测量数据的形式的重量分布， ?至少一个计算装置，其被提供以用于 ?利用一系列经改变的输入参数促动应用系统， ?根据重量分布确定应用流体的与相对应的输入参数的变化时序性地 (chronologically)关联的体积流量分布， ?基于输入参数、确定的体积流量分布以及至少一个预定义的动态体积流量分布而确 定和获得应用系统的在与至少一个可预定义的优化变量有关的控制方面进行了优化的工 艺参数。
[0011] 本发明的基本概念是基于应用于受冲击物体的粘性流体的重量分布而实现体积 流量的测量，以用于确定工艺参数，由此有利地避免了应用系统的动态特性的失真。
[0012] 所使用的体积流量测量是一种间接测量，通过它将首先连续地确定应用于受冲击 物体的粘性流体的重量。基于应用粘性流体的受冲击物体的重量的增加，可基于粘性流体 的比密度而确定每单位时间所应用的流体的体积增量。如果在相对较短的采样时间周期， 例如2ms内考虑体积增量，那么可据此计算相对应的体积流量，其中相应测量方面的任何 随机波动可通过利用数字滤波器来减少。
[0013] 应用流体的重量的测量因此直至流体已经离开应用系统之后才会执行。这因此排 除了对于应用系统的动态特性的任何影响。
[0014] 通过确定的体积流量，可以针对相应的可适用的输入参数，例如预定义的旋转速 度确定应用系统的实际特性。在稳态情况下，即在恒定的输入参数的条件下，如果应用系统 经过正确地校准的话，那么间接地由输入参数预定义的体积流量相当于实际体积流量。例 如，如果使用具有伺服驱动器的活塞计量元件，那么所应用的比体积与心轴的各个旋转相 对应。在这种情况下，用于取得所需体积流量的输入参数将是针对心轴驱动器预定义的旋 转速度。
[0015] 然而，如果预定义了时序性的一系列经改变的输入参数，那么由于应用系统的动 态特性，在输入参数的各个变化之后将产生相对应的体积流量的瞬态响应，作为应用系统 的响应。通过指定激励系统的输入参数方面的变化和相应的步骤响应，根据已知的控制程 序可确定代表了在输入参数和体积流量之间的关系的传递函数。
[0016] 例如，合适的传递函数模型是传递函数多项式：
传递函数模型的参数评估可根据本领域中的技术人员已知的大量方法来进行，例如通 过将传递函数模型转换到时域中并求解相对应的微分方程、高斯/牛顿评估方法、使用马 尔可夫参数或预测误差方法（PEM)来进行。各种动态瞬态响应的更多测量值是存在的，更 精确地说，可逼近传递函数。在传递函数模型的参数已经得到相对应地确定之后，从而获得 合适的传递函数，其以高精度水平对应用系统的特性进行建模。
[0017] 借助合适的数学传递函数的知识，可以确定用于预处理级的工艺参数，其被称为 初始（shoot)参数，由此调整用于应用系统的输入参数的预定义的时序性分布，从而抵消 在参数变化之后的瞬态响应期间不合适宜的动态补偿处理。因此改进的应用系统的控制有 利地成为可能。
[0018] 对于应用系统的输入参数，初始参数是控制预处理级的工艺参数。预处理级可由 尤其（数字）滤波器来形成。为了确定初始参数，预定义了"理想的"动态体积流量分布和 相对应的输入参数，并且初始参数适合于使得传递函数所确定的相关联的动态体积流量分 布尽可能地接近"理想的"分布。这在最简单的情况下可以经验方式来完成，但该序列理想 是自动化的，例如利用安装在计算装置上的相对应的程序产品来完成。然而，初始参数还可 能例如选择性地通过反转传递函数来确定。
[0019] 计算装置在最简单的情况下可能是个人计算机，但其还可能等同于将至少某些有 待由计算装置执行的任务传递给机器人控制器，机器人控制器负责控制根据本发明集成到 系统中的机器人。这尤其提供了机器人的运动和应用系统的控制可通过相同的计算装置或 机器人控制器而彼此时序性地协同执行的优点。在理想的情况下，通过由机器人控制器执 行所有有待执行的任务，从而可完全避免额外的计算装置。
[0020] 根据本发明系统的一个特别优选的实施例，受冲击物体是竖直定向的板。结果，在 这种情况下对冲击板进行水平冲击的粘性流体的任何冲击影响实际上不会引起测量结果 的失真，失真基于确定竖直作用的重力。如果在另一极端情况下，粘性流体垂直地应用于水 平冲击板时，冲击流体的冲击脉冲分布仍将不利地重迭在确定的重量分布上。在这个实施 例中，应用喷嘴理想地进行定向，使应用的流体射流至少大致水平地从此离开。
[0021] 根据本发明系统的一个优选实施例，天平包括弯曲棒，其用作重量传感器。具体地 说，在作为冲击物体的板竖直排列和弯曲棒的水平排列的情况下，通过弯曲棒消耗了可能 水平定向的冲击脉冲，而不会对竖直作用的重力的测量造成负面影响。
[0022] 根据本发明的另外的变体，提供的天平用于以IOOHz或更高的频率获得测量数 据。精度越大且感测和获得时序性重量分布的频