具有用于由THz辐射表征涂覆的传感器系统的涂覆机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的方面涉及一种涂覆机构，其具有涂覆单元以及用于表征被涂覆主体的涂 覆、特别是机动车等的新施加涂料膜的传感器系统。传感器系统具有活动单元所携带的THz 发射器。
【背景技术】
[0002] 机动车主体由统称为涂料膜的多层涂料来覆盖，以防止环境中的氧和其他有害物 质以及用于美学。在机动车制造商的上涂料过程主要在涂料流水线进行，其中为普通金属 框架上涂料由机器人执行。流水线具有许多对齐隔间和中央输送系统，用以将机动车主体 线内地从一段移动到下一段。在完成特定层的上涂料过程之后，框架进入闪蒸（flash-off) 区，其中溶液有时间在室温下蒸发，之后接着在熔炉内部的升高温度下的固化阶段。质量控 制当前在各熔炉之后或者在流水线中的最终熔炉之后执行。
[0003] 为此，研制了现有技术、例如超声和磁感测以用于确定涂料层的厚度。但是，这些 技术仅在接触模式进行工作，这一般是不期望的。例如，专利US 6484121 Bl公开一种用于 基于声感测来检验被上涂料机动车主体的质量控制系统。
[0004] 另外，近来提出了基于THz辐射的方法。例如，JP 2004028618 A和EP 2213977 Al描述用于使用THz辐射来确定涂料膜的厚度的相应方法。
[0005] 平均28%的机动车主体没有通过质量控制，并且必须通过涂料机器人或者手动地 重新加工。这个步骤是流水线的主要复杂化。机动车框架在涂料线花费总生产时间的三分 之一，这说明为机动车主体上涂料处于机动车制造过程的最昂贵步骤之中。具体来说，重新 加工的成本和复杂度因而明显增加总制造成本。因此，长期存在期望是使重新加工速率保 持较低，并且降低这个步骤的流水线复杂度。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述，提供如权利要求1所述的涂覆机构以及如权利要求15所述的传感 器系统的使用。
[0007] 按照第一方面，涂覆机构包括：涂覆单元，用于将涂覆层施加到主体；以及传感器 系统，用于通过使用THz辐射、按照非接触方式来表征主体的涂覆，该涂覆包括所施加涂覆 层。传感器系统包括THz系统、处理单元和定位系统。THz系统包括：光源（例如激光源）， 用于生成源光辐射（例如源激光辐射）；柔性第一辐射引导线缆，用于传送源激光辐射；THz 发射器，包括经由柔性第一辐射引导线缆耦合到激光源、用于接收来自激光源的源激光辐 射并且适合于从源激光辐射来生成出射THz辐射的THz辐射生成器和用于将出射THz辐射 定向到被涂覆主体的THz光学系统；以及THz检测器，用于检测与涂覆相互作用的入射THz 辐射。定位系统包括携带THz发射器的活动单元，使得通过移动活动单元，THz发射器相对 于被涂覆主体来定位。激光源设置在活动单元外部，使得当移动活动单元时，THz发射器相 对于激光源来移动，同时THz发射器经由柔性第一辐射引导线缆保持为耦合到激光源。处 理单元在操作上耦合到THz检测器，以用于接收和处理表示所检测THz辐射的所检测响应 信号。
[0008] 按照第二方面，提供涂覆机构中的传感器系统的使用。
[0009] 按照本发明的实施例的涂覆机构的传感器组合件允许得到（一个或多个）涂料参 数的准确和有意义集合，特别是涂料层的可靠厚度。这通过利用来自被上涂料主体的所检 测THz辐射响应的大量信息、通过使物理模型的预测响应与所检测THz响应信号拟合来实 现。
[0010] 由此，本发明的实施例开启在短时间量以及潜在地甚至在已经干燥涂料之前执行 涂覆、例如涂料膜的工业质量控制的方式。这通过允许非接触测量的THz光学系统以及通 过设置在活动单元外部并且由此潜在地远离干燥过程期间从涂料蒸发的任何易燃或爆炸 性溶剂的激光源来实现。
[0011] 快速质量控制又允许从流水线移开未通过质量控制的产品并且将它们重定向到 其中校正了故障的过程路线，由此优化过程路线。另外，潜在地实现涂料的干燥之前的校正 以及一般的过程时间的缩短和产品产率的增加。
[0012] 通过在具有涂覆单元的涂覆机构中集成传感器系统，更进一步促进快速质量控 制。由此，涂覆单元和传感器系统能够设置在公共参考框架中（例如使用相同定位系统，和 /或其中其位置和/或参考系统在机械或电学上相互耦合）。可能地，涂覆单元和传感器系 统甚至可设置在公共底座上或者公共致动系统、例如工业机器人中。由此，确保涂覆单元与 传感器系统之间的对齐以及质量控制的快速反应时间。
[0013] 通过从属权利要求、描述和附图，能够与本文所述实施例相结合的其它优点、特 征、方面和细节是显而易见的。
【附图说明】
[0014] 下面将参照附图来描述细节，附图包括 图1是示出按照本发明的一实施例的传感器系统的操作的示意图； 图2是按照本发明的一实施例的传感器系统的示意侧视图； 图3是示出按照本发明的一实施例的传感器系统的THz系统和相关组件的示意图； 图4是示出按照本发明的一实施例的传感器系统的定位系统和相关组件的示意图； 图5是示出图1的传感器系统的可能其他细节和变体的示意图； 图6是示出具有被涂覆主体、按照本发明的一实施例、由传感器系统所发射的THz辐射 的相互作用的示意图； 图7是示出本发明的一实施例中使用的表征被上涂料主体的方法的框图；以及 图8是按照本发明的一实施例的系统的上涂料机构的示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面描述本发明的一些更多方面。除非另加明确说明，否则这些方面相互无关并 且能够按照任何方式相结合。例如，本文档所述的任何方面或实施例能够与任何其他方面 或实施例相结合。
[0016] 首先描述传感器系统的一些一般方面。按照一个方面，传感器系统适合于非接触 测量，即，无需要求与被涂覆主体的直接物理接触的任何传感器组件。这并不排除保持被涂 覆主体的支架或者除了与被涂覆主体、特别是与被涂覆主体的未涂覆部分或者以不同于所 感测涂覆的方式所涂覆的部分相接触的THz发射器和接收器之外的任何其他传感器组件。
[0017] 接下来更详细描述与被涂覆主体相关的一些方面。本文中，术语"被涂覆主体"表 示在涂覆层施加到主体之前和之后的主体。具体来说，术语"被涂覆主体"又表示尚未涂覆 的主体。按照一个方面，涂覆是至少具有第一和第二涂覆层的多层。层沿被涂覆主体的厚 度方向相互重叠设置。按照一个方面，层的总数为八或以下。按照一个方面，涂覆小于200 μ m厚。
[0018] 按照另一方面，涂覆机构是上涂料机构，以及涂覆单元是用于将涂料层施加到主 体的上涂料单元。按照另一方面，涂覆是涂料膜。涂料膜可包括下列层（a)-(d)的至少一 个：(a)电泳涂层（e-coat) ;(b)底漆层（primer); (c)底涂层（base coat);以及（d)透 明涂层（clear coat)。这些层的每个以及涂料膜的任何其他层称作涂料层。因此，甚至在 没有其他层的情况下，层（a)至（d)的任一个或者任何类似层被认为是涂料层。
[0019] 被涂覆主体可以是允许涂覆的任何物体。按照另一方面，被涂覆主体是机动车主 体或其他机动车组件、列车主体或其他列车组件、飞行器主体或其他飞行器组件和风力涡 轮机组件其中之一。按照另一方面，被涂覆主体包括作为其上（可选地隔着其他涂覆层） 施加涂覆层的基底的黑色金属、有色金属和纤维合成材料中的至少一个。
[0020] 接下来更详细描述与定位系统和活动单元相关的一些方面。按照一个方面，活动 单元以至少一个（横向）自由度是活动的。按照一个方面，THz发射器和THz检测器配置 用于沿被涂覆主体表面、在至少两维（两个横向自由度）移动，由此生成涂覆的位置相关厚 度图。例如，这个方面对于映射被涂覆主体的表面积可以是有用的。按照一个方面，定位系 统适合于以至少2个自由度、优选地以至少3个自由度（例如2或3个横向自由度）以及 最优选地以6个自由度、即三个横向和三个旋转自由度来移动活动单元。
[0021] 按照一个方面，活动单元不仅携带THz发射器而且还携带THz检测器，使得通过移 动活动单元，THz发射器和THz检测器相对于被涂覆主体来定位。这并不排除THz检测器 和/或发射器本身相对活动单元42是活动的。例如，THz检测器和/或发射器可经由实现 THz检测器和/或发射器的相对移动的致动器系统单独或共同携带。
[0022] 按照一个方面，定位系统还具有表面取向/曲率确定模块，以用于确定面向THz发 射器和/或THz检测器的部分的表面取向和/或表面曲率。表面取向/曲率确定模块例如 可包括表面检测单元（例如活动光学或声学距离传感器），其配置用于检测面向THz发射器 和/或THz检测器的被涂覆主体的部分的表面取向和/或表面曲率。备选地，表面取向/ 曲率确定模块可具有：存储器，其中至少部分存储被涂覆主体表面的表示；以及确定功能， 操作上耦合到例如定位系统，用于接收THz发射器和/或THz检测器的当前位置，并且用于 从THz发射器和/或THz检测器的所接收位置和从被涂覆主体表面的所存储表示来得到面 向THz发射器和/或THz检测器的被涂覆主体的部分的表面取向和/或表面曲率。
[0023] 在这个方面，在操作上耦合到致动器系统（46)和表面检测单元的致动控制器可 配置用于控制致动器系统，响应所确定表面取向和/或表面曲率而使THz发射器相对于THz 检测器移动。具体来说，控制可以是使得THz检测器放置和定向成用于接收由表面镜面反 射的THz发射器的辐射。具体来说，控制因而可以是使得THz检测器和THz发射器放置和 定向成使得它们面向表面的部分，由此限定THz发射器与表面部分之间的入射角以及表面 部分与THz反射器之间的反射角，入射角和反射角彼此相等。
[0024] 接下来更详细描述与THz系统相关的一些方面。按照一个方面，辐射引导线缆是 柔性光纤线缆。辐射引导线缆可以是至少3 m、优选地至少5 m长。这允许活动单元具有充 分移动空间。另外，然后允许光源充分远离被涂覆主体并且还充分地屏蔽，使得降低因高能 脉冲对包含溶剂的环境的点燃引起的火灾或爆炸的危险。
[0025] 按照一个方面，THz检测器包括THz辐射接收器以及用于将与被涂覆主体相互作 用的THz辐射定向到THz辐射接收器的THz光学系统（例如一个或多个透镜）。THz检测 器还包括柔性第二辐射引导线缆，其将THz辐射接收器耦合到激光源，使得THz辐射接收器 能够接收来自激光源的源激光辐射。由此，由THz发射器所接收的相同激光源辐射也能够 由THz检测器来接收。这允许以高时间分辨率对THz脉冲的有效检测。
[0026] THz检测器可选地还包括适合使激光源辐射延迟可变延迟时间的光延迟单元，以 及THz辐射接收器按