確定粘性流體噴涂應用的工藝參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定粘性流體的噴涂應用的工藝參數(shù)的系統(tǒng)，其包括一種用 于粘性流體的應用系統(tǒng)，其可通過預定義輸入?yún)?shù)來促動，應用系統(tǒng)至少具有構(gòu)件：計量裝 置、流體閥門和應用噴嘴，其中關(guān)于粘性流體在應用期間的體積流量分布，應用系統(tǒng)的動態(tài) 特性還尤其依賴于可預定義的控制工藝參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常已知的是，在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域中，例如在汽車工業(yè)中，當應用吸聲襯墊或 用于焊縫密封時使用了粘性流體或高度粘性流體的噴涂應用。然而，對于噴涂應用，粘接劑 的應用也是定制式使用領(lǐng)域。
[0003] 相對應的應用系統(tǒng)典型地包括計量裝置、軟管接頭、應用噴嘴和根據(jù)流體力學而 定位于應用噴嘴附近的流體閥門。借助所述流體閥門，由專用構(gòu)件形成的流體管道可在計 量裝置和應用噴嘴之間選擇性地中斷，從而例如在計量裝置關(guān)閉時防止流體滴落出應用噴 嘴。這引起計量裝置和流體閥門的接通和關(guān)閉的協(xié)作，從而例如避免計量元件接通而流體 閥門仍然關(guān)閉的情形。這可能帶來不可接受的超高的壓力升高。
[0004] 由于有待應用的材料的高粘性，其應用必須發(fā)生在高壓下，例如通過利用具有伺 服驅(qū)動器的計量缸體。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會意識到計量裝置的其它實施例，例如齒 輪栗或螺桿栗，其中伺服電動機也經(jīng)常用作這里的驅(qū)動器。在計量缸體和應用噴嘴之間的 軟管接頭將配置為高壓軟管。應用系統(tǒng)因此具有依賴于大量因素的動態(tài)特性，例如軟管的 延展性、計量裝置的驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和時延，尤其在計量裝置的接通和關(guān)閉或流體閥門 的接通和關(guān)閉期間。然而，有待應用的粘性流體的類型因此對于應用系統(tǒng)的動態(tài)特性也具 有影響，其中粘性流體的電荷波動對于動態(tài)特性也可能具有影響。
[0005] 在高壓下通過應用噴嘴應用于物體表面的粘性材料的最終幾何形狀依賴于噴涂 射流的寬度和均勻性、應用噴嘴在有待噴涂的物體表面上通過例如機器人而移動的速度、 以及穿過應用噴嘴的相應的體積流量。由于應用噴嘴的典型地線性運動，粘性材料主要以 帶狀形狀應用于物體表面上。
[0006] 盡可能均勻的層厚度和應用材料帶的恒定的寬度通常是合乎需要的，其中所述帶 的寬度高度依賴于在應用工藝期間穿過應用系統(tǒng)的流體管道的流體體積流量。然而，在應 用系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)變化之后，考慮到已經(jīng)提到的這種應用系統(tǒng)的高度動態(tài)特性，尤其體積 流量會遇到某些動態(tài)波動，這在某些區(qū)域還會造成實際應用的帶寬度與所需的帶寬度的偏 差。
[0007] 為了改善應用系統(tǒng)的動態(tài)特性，其輸入?yún)?shù)，例如驅(qū)動器的預定義的旋轉(zhuǎn)速度通 常在其應用之前輸送給預處理級例如濾波器，并從而得以修改。在給定預處理級的工藝參 數(shù)或濾波器參數(shù)的相對應的選擇下，應用系統(tǒng)的動態(tài)特性可必然得以改進。
[0008] 這里證明不利的是，基于測量技術(shù)確定這種工藝參數(shù)證明是非常復雜且容易失敗 的。已知的流量計必須集成到流體管道中，以便測量體積流量，并因此對其動態(tài)特性造成不 利影響，結(jié)果基于這種測量而確定的工藝參數(shù)是不精確的。這種工藝參數(shù)的評估或其經(jīng)驗 性的確定的進一步的變體證明是非常耗時且同樣不精確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 以現(xiàn)有技術(shù)作為起點，本發(fā)明的目的是獲得一種系統(tǒng)和方法，其允許選擇性確定 預處理級的工藝參數(shù)，而不會在工藝中由于體積流量的測量而歪曲相應應用系統(tǒng)的動態(tài)特 性。
[0010] 這個目的通過一種用于確定工藝參數(shù)的系統(tǒng)來實現(xiàn)，工藝參數(shù)用于開頭部分所提 類型的粘性流體的噴涂應用。所述系統(tǒng)，其特征在于具有 ?通過應用系統(tǒng)利用粘性流體進行噴涂的受沖擊物體， ?天平，其用于連續(xù)地確定受沖擊物體的重量，這包括應用于其上面的粘性流體，其中 提供天平來獲得呈連續(xù)測量數(shù)據(jù)的形式的重量分布， ?至少一個計算裝置，其被提供以用于 ?利用一系列經(jīng)改變的輸入?yún)?shù)促動應用系統(tǒng)， ?根據(jù)重量分布確定應用流體的與相對應的輸入?yún)?shù)的變化時序性地 (chronologically)關(guān)聯(lián)的體積流量分布， ?基于輸入?yún)?shù)、確定的體積流量分布以及至少一個預定義的動態(tài)體積流量分布而確 定和獲得應用系統(tǒng)的在與至少一個可預定義的優(yōu)化變量有關(guān)的控制方面進行了優(yōu)化的工 藝參數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的基本概念是基于應用于受沖擊物體的粘性流體的重量分布而實現(xiàn)體積 流量的測量，以用于確定工藝參數(shù)，由此有利地避免了應用系統(tǒng)的動態(tài)特性的失真。
[0012] 所使用的體積流量測量是一種間接測量，通過它將首先連續(xù)地確定應用于受沖擊 物體的粘性流體的重量?；趹谜承粤黧w的受沖擊物體的重量的增加，可基于粘性流體 的比密度而確定每單位時間所應用的流體的體積增量。如果在相對較短的采樣時間周期， 例如2ms內(nèi)考慮體積增量，那么可據(jù)此計算相對應的體積流量，其中相應測量方面的任何 隨機波動可通過利用數(shù)字濾波器來減少。
[0013] 應用流體的重量的測量因此直至流體已經(jīng)離開應用系統(tǒng)之后才會執(zhí)行。這因此排 除了對于應用系統(tǒng)的動態(tài)特性的任何影響。
[0014] 通過確定的體積流量，可以針對相應的可適用的輸入?yún)?shù)，例如預定義的旋轉(zhuǎn)速 度確定應用系統(tǒng)的實際特性。在穩(wěn)態(tài)情況下，即在恒定的輸入?yún)?shù)的條件下，如果應用系統(tǒng) 經(jīng)過正確地校準的話，那么間接地由輸入?yún)?shù)預定義的體積流量相當于實際體積流量。例 如，如果使用具有伺服驅(qū)動器的活塞計量元件，那么所應用的比體積與心軸的各個旋轉(zhuǎn)相 對應。在這種情況下，用于取得所需體積流量的輸入?yún)?shù)將是針對心軸驅(qū)動器預定義的旋 轉(zhuǎn)速度。
[0015] 然而，如果預定義了時序性的一系列經(jīng)改變的輸入?yún)?shù)，那么由于應用系統(tǒng)的動 態(tài)特性，在輸入?yún)?shù)的各個變化之后將產(chǎn)生相對應的體積流量的瞬態(tài)響應，作為應用系統(tǒng) 的響應。通過指定激勵系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)方面的變化和相應的步驟響應，根據(jù)已知的控制程 序可確定代表了在輸入?yún)?shù)和體積流量之間的關(guān)系的傳遞函數(shù)。
[0016] 例如，合適的傳遞函數(shù)模型是傳遞函數(shù)多項式：
傳遞函數(shù)模型的參數(shù)評估可根據(jù)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的大量方法來進行，例如通 過將傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)換到時域中并求解相對應的微分方程、高斯/牛頓評估方法、使用馬 爾可夫參數(shù)或預測誤差方法（PEM)來進行。各種動態(tài)瞬態(tài)響應的更多測量值是存在的，更 精確地說，可逼近傳遞函數(shù)。在傳遞函數(shù)模型的參數(shù)已經(jīng)得到相對應地確定之后，從而獲得 合適的傳遞函數(shù)，其以高精度水平對應用系統(tǒng)的特性進行建模。
[0017] 借助合適的數(shù)學傳遞函數(shù)的知識，可以確定用于預處理級的工藝參數(shù)，其被稱為 初始（shoot)參數(shù)，由此調(diào)整用于應用系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)的預定義的時序性分布，從而抵消 在參數(shù)變化之后的瞬態(tài)響應期間不合適宜的動態(tài)補償處理。因此改進的應用系統(tǒng)的控制有 利地成為可能。
[0018] 對于應用系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)，初始參數(shù)是控制預處理級的工藝參數(shù)。預處理級可由 尤其（數(shù)字）濾波器來形成。為了確定初始參數(shù)，預定義了"理想的"動態(tài)體積流量分布和 相對應的輸入?yún)?shù)，并且初始參數(shù)適合于使得傳遞函數(shù)所確定的相關(guān)聯(lián)的動態(tài)體積流量分 布盡可能地接近"理想的"分布。這在最簡單的情況下可以經(jīng)驗方式來完成，但該序列理想 是自動化的，例如利用安裝在計算裝置上的相對應的程序產(chǎn)品來完成。然而，初始參數(shù)還可 能例如選擇性地通過反轉(zhuǎn)傳遞函數(shù)來確定。
[0019] 計算裝置在最簡單的情況下可能是個人計算機，但其還可能等同于將至少某些有 待由計算裝置執(zhí)行的任務(wù)傳遞給機器人控制器，機器人控制器負責控制根據(jù)本發(fā)明集成到 系統(tǒng)中的機器人。這尤其提供了機器人的運動和應用系統(tǒng)的控制可通過相同的計算裝置或 機器人控制器而彼此時序性地協(xié)同執(zhí)行的優(yōu)點。在理想的情況下，通過由機器人控制器執(zhí) 行所有有待執(zhí)行的任務(wù)，從而可完全避免額外的計算裝置。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一個特別優(yōu)選的實施例，受沖擊物體是豎直定向的板。結(jié)果，在 這種情況下對沖擊板進行水平?jīng)_擊的粘性流體的任何沖擊影響實際上不會引起測量結(jié)果 的失真，失真基于確定豎直作用的重力。如果在另一極端情況下，粘性流體垂直地應用于水 平?jīng)_擊板時，沖擊流體的沖擊脈沖分布仍將不利地重迭在確定的重量分布上。在這個實施 例中，應用噴嘴理想地進行定向，使應用的流體射流至少大致水平地從此離開。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例，天平包括彎曲棒，其用作重量傳感器。具體地 說，在作為沖擊物體的板豎直排列和彎曲棒的水平排列的情況下，通過彎曲棒消耗了可能 水平定向的沖擊脈沖，而不會對豎直作用的重力的測量造成負面影響。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另外的變體，提供的天平用于以IOOHz或更高的頻率獲得測量數(shù) 據(jù)。精度越大且感測和獲得時序性重量分布的頻