CN105215991B - 为粘性流体喷涂应用确定构件相关的时延的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于为粘性流体的喷涂应用确定构件相关的时延的系统，包括：用于粘性流体的可促动的应用系统，其至少具有构件：计量装置、流体阀门和应用喷嘴，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依赖于构件相关的时延；通过应用喷嘴利用粘性流体进行喷涂的受冲击物体。系统特有用于在应用粘性流体期间连续地感测受冲击物体的振动的振动传感器和至少一个计算装置，提供振动传感器来获得连续测量数据形式的振动分布，并且提供至少一个计算装置来利用一系列可预定义的输入参数促动应用系统，从而在应用系统的输入参数的变化和之后在振动分布中发生的变化之间建立时序性关联，并据此确定和获得相应的构件相关的时延。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于为粘性流体的喷涂应用确定构件相关的时延的系统，其包括：用于粘性流体的可促动的应用系统，可促动的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构件相关的时延；以及利用粘性流体通过应用喷嘴进行喷涂的受冲击物体。
背景技术
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性使用领域。
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，在计量装置和应用喷嘴之间由专用构件形成的流体管道可选择性地中断，从而例如在计量装置关闭时防止流体滴落出应用喷嘴。这需要计量装置和流体阀门的接通和关闭的协作，从而例如避免计量装置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。
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还应熟悉计量装置的进一步的实施例，例如齿轮泵或螺杆泵。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，例如软管的弹性、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应用系统的动态特性也具有影响。
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、应用喷嘴在有待应用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。
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，由于已经提到的这种应用系统的高度动态特性，体积流量本身会遇到某些动态波动，并且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。
应用系统的动态特性还由构件相关联的时延来确定，尤其在计量装置和流体阀门的接通和关闭期间的时延。如果在打开流体阀门之前临时激励计量装置，那么在应用管道中，在非常短的时间内建立起压力，并且所述压力因此可能危及应用系统，然而这还可能在后续打开流体阀门时引起初始极大增加的体积流量，因为压力方面的减少首先发生在流体管道中。
如果直至在关闭计量装置很久之后，流体阀门都不关闭，那么体积流量不会突然中断，相反通过应用喷嘴发生了一系列粘性流体的流出，因为定位在流体管道中的粘性流体的之前建立的压力得以减少。
因此必须调整尤其计量装置和流体阀门的彼此真实的开关时间，从而实现最佳的应用结果。假定知道相应的时延，则输入信号的发出可被提前相应的延迟，因此变化在所需的开关时间时最终是有效的，并且真实开关时间的目标调整成为了可能。
根据现有技术，在测试应用期间，应用喷嘴以恒定的速度在板上线性移动，从而确定时延。当达到特定的路径位置时，用于接通或关闭相应的应用构件的信号得以发出，其中应用结果方面的变化只发生了时序性(chronological)偏差。时序性偏差由于应用喷嘴的运动而造成应用结果分布方面的局部偏差。假定应用喷嘴的运动速度已知，因此基于在输入参数变化时的喷嘴位置和应用结果发生变化之间所测量的局部偏差可确定相应的时延。
这在这里证明是不利的，时延的确定从现在开始间接地基于受冲击物体上所应用的流体带的长度测量，并因此是非常昂贵的，并且是由于必要的手动中间步骤不能自动化，或者可以非常昂贵的方式进行自动化。
发明内容
以这个现有技术作为起点，本发明的目的是获得一种系统，由此可以特别容易地确定应用系统的构件相关的时延。本发明的目的还规定一种相对应的方法。
这个目的通过开头所提及类型的系统来实现。所述系统的特征在于具有
•振动传感器，其用于尤其在应用粘性流体期间连续地感测受冲击物体的振动，其中提供振动传感器用于获得连续测量数据形式的振动分布，和
•至少一个计算装置，其被提供以用于
•利用一系列可预定义的输入参数促动应用系统，
•在应用系统的输入参数的变化和之后在振动分布中所发生的变化之间建立时序性关联，
•据此确定并获得相应的构件相关的时延。
本发明的基本概念是在应用期间执行受冲击物体上的振动测量，通过该振动测量可检测所应用的粘性流体的冲击的开始或结束或增加或减少。振动通过冲击来调节，其可能发生一次并且是轻微的，其中还可能发生周期性的冲击。由于冲击脉冲的原因，应用粘性流体的开始和结束造成振动分布上的变化，其中所述振动分布可用作检测应用系统的输入参数的变化何时有效时的时间点的指标。
这里重要的是可感测振动分布与输入参数的变化方面的时序性关联。例如，这可被实现，因为至少振动分布的某些测量数据条目具备时间戳，其结果是在相应的测量数据条目与输入参数的变化时间之间的时序性间隔的判断成为了可能。
另外储存时序性信息使得后续分析振动分布的测量数据变得容易可能。这是特别有利的，因为在振动分布的变化时间的检测在某种情况下需要对其反复分析，这不能实时发生。
为了有效地检测振动分布的变化时间，在应用期间适合改变输入参数，优选使得由此在所应用的流体的体积流量方面发生变化，该变化尽可能是明确的，并且本身会在受冲击物体的振动分布上带来变化，该变化是尽可能明确的。
这可在例如确定打开流体阀门时延的情况下执行，因为进入压力是之前在闭合的流体管道中通过计量装置的时间分布建立的，结果在由于压力减少而打开流体阀门之后，增加的体积流量立即流过应用喷嘴，该体积流量引起了振动分布上特别明确的变化。在打开流体阀门之前，至少理论上不存在振动，而在受冲击物体的表面上的粘性流体的第一冲击下，发生了极大的振动。按照相似的方式，也可确定在关闭流体阀门期间的时延。
在确定用于计量装置的时延期间，振动分布上的变化在很强程度上还受到应用系统的动态特性的影响，尤其还受到在计量装置和应用喷嘴之间的软管接头的影响。应用系统的输入参数的变化首先引起体积流量分布和从而振动分布上的动态平衡过程。
因此确定振动分布变化发生的时间的合适的可能的方式是基于之前在一定的时间间隔内的测量数据而按间隔提前估算振动分布，并且利用测量值与估算值的偏差作为用于振动分布上的变化发生的准则。
还可以通过数字过滤器消除振动分布上的随机波动，并且通过多个不同的检测算法并行地确定振动分布上的变化发生的时间，并基于最合理的结果而确定时延。
例如，计算装置可能是个人计算机，但还可能将有待由计算装置执行的任务传递给机器人控制器，机器人控制器也可被认为是一种计算装置，并且其被提供来用于控制工业机器人，在工业机器人上面安装了例如应用系统的应用喷嘴。这提供了消除额外的计算装置的优点，以及可以特别容易地确定在输入参数、机器人的运动和振动分布的变化之间的时序性关联的优点，因为所有必要的数据可在相同的计算装置中同时获得。
例如，刚性板可用作受冲击物体，但还完全可能装备具有复杂形状的受冲击物体，例如装备相对应的振动传感器的车身等等。这样，在有待喷涂的物体上的振动测量本身可以很容易地执行，结果，例如当使用具有不同属性的粘性流体时，在生产系统的间歇期间可以很容易地确定适合的时延。除了受冲击物体、振动发送器和振动发送器至计算装置或机器人控制器的数据-发送连接之外，额外的测量装置不是必要的。
这很容易允许应用系统的构件相关的时延得以确定。
根据本发明系统的一个优选实施例，提供了振动传感器，以用于获得100Hz或更高的采样频率下的测量数据。采样频率越高，可确定的时延越精确。100Hz的频率相当于10ms的采样间隔，其构成用于实际确定时延的下限，其中例如1kHz和更高的采样频率允许进一步增加精度。典型的时延例如在50ms至200ms的区域内。
根据本发明进一步的变体，计量装置和/或流体阀门可通过一个输入参数来促动。这两个构件均会遭遇时延，这可通过根据本发明的系统而很容易确定。根据本发明进一步的变体，受冲击物体由轻量的刚性材料制成，其结果是由于粘性流体的冲击而发生的振动可传递给设置在受冲击物体上的振动传感器。
根据本发明系统的另外的有利的实施例变体，至少应用系统的应用喷嘴设置在工业机器人上。工业机器人的使用有利地允许以监测模式控制应用喷嘴相对于受冲击物体的运动，其中至少某些有待由计算装置执行的工作步骤理想地通过工业机器人的相关联的机器人控制器来执行。
根据本发明的目的还通过一种利用根据本发明的系统而用于为粘性流体的喷涂应用确定和应用构件相关的时延的方法来实现，其包括以下步骤：
•根据一系列预定义的输入参数促动应用系统，其中粘性流体应用于受冲击物体，
•在应用和获得相对应的振动分布的同时连续地确定受冲击物体的振动，
•确定在至少输入参数的一个变化和振动分布发生的至少一个后续变化之间的至少一个时延，
•将时延指定给其输入参数之前已经发生变化的相应的构件，
•可选地将所确定的构件相关的时延传递到这个可促动的应用系统中或结构上相同的可促动的应用系统中。
根据本发明起作用的方法和该方法的优点已经在根据本发明的系统的范围内进行了解释。
根据本发明方法的又一实施例，除了振动分布之外，还可确定和获得至少一个另外的流体相关的测量变量的分布，尤其应用系统内部流体的压力分布，并且确定输入参数的一个变化和另外的流体相关的测量变量分布发生的后续变化之间的至少一个时延。
获得压力传感器允许应用系统内部或其流体管道中的压力得以确定。在计量装置和流体阀门之间的时序性相互影响决定性地确定了流体管道中的压力分布。压力分布因此也是一种合适的变量，以用于确定应用系统的构件相关的时延，尤其构件流体阀门和计量装置。可在后续的估算步骤中从相应的之前确定的时延中通过相应时延的各种确定方法，通过振动分布和另外的流体相关的测量变量的分布，例如流体管道中的压力而有利地确定改善的整个结果。
根据本发明方法的另外的有利的变体，在精确地确定相应的时延之前，通过所述系列改变一个输入参数，并且该系列因此只包括一个参数精确地从第一值至第二值的转变。这样，可以特别容易地将效应，尤其振动分布上的变化指定给某种原因，尤其一个输入参数的精确变化。
根据本发明进一步的变体，计量装置和/或流体阀门可通过一个输入参数来接通或关闭。这两个构件均会遭遇例如在50ms至200ms的范围内的时延，这根据本发明的系统来确定。
根据本发明的另外的变体，在各种情况下，不同的时延被指定给相应的构件，例如流体阀门或计量装置，以用于接通和关闭。例如，流体阀门的打开特性可能不同于其关闭特性，因为打开过程和关闭过程在某种情况下是通过各种促动器而发生的。为了确定用于打开流体阀门的时延，流体阀门通过其输入参数上的变化而从关闭状态转变成打开状态，并且为了确定用于关闭它的时延，其从打开状态转变成关闭状态，其中输入信号变化直至分布中发生变化的时间周期代表了相应的时延。
根据本发明的另外的变体，该方法针对多个输入参数进行有利地重复。结果，可相对应地确定一个和/或多个构件的多个时延。
根据另外的方法变体，这个的可促动的应用系统或结构相同的可促动的应用系统利用所确定的构件相关的时延来应用粘性流体，其中在所需相应的变化时间之前，通过时序性地移动相应的时延而预测性地改变相应构件的相应的输入参数。结果，在应用系统用于生产中期间，构件相关的时延得到有利地补偿，并且有利地简化了构件例如计量装置和流体阀门进行的目标的时序性调整。
根据本发明的另外的变体，结构上相同的可促动的应用系统以固定方式设置，并且在应用过程中通过机器人相对于应用喷嘴而移动有待喷涂的物体。应用系统及其应用喷嘴的固定设置有利地防止了应用系统的运动对其动态特性的可能的负面影响。
在进一步的从属权利要求中可找到进一步有利的实施例的可能性。
附图说明
本发明、进一步的实施例和进一步的优点将基于附图中所示的示例性实施例进行更详细地描述，其中：
图1显示了一种用于确定构件相关的时延的示例性系统，且
图2显示了在输入参数变化期间的一种示例性振动分布。
具体实施方式
图1以示意图示10显示了一种用于确定构件相关的时延的示例性系统。提供的计量装置12包括计量驱动器34、齿轮机构36、心轴38和计量缸体39，计量装置12用于迫使具有预定义的体积流量的粘性流体流出计量缸体39。体积流量最终起因于计量驱动器34的旋转速度，其中比体积可基于外围几何条件而指定给各个旋转。在这种情况下，所需体积流量的预定义通过计量驱动器34的旋转速度的输入参数来做出。
流出计量缸体39的出口孔的粘性流体通过高压软管16输送给应用喷嘴14，其中流体阀门18在流体力学方面刚好设于应用喷嘴14的上游，通过该流体阀门18，可关闭由上述构件形成的流体管道。应用喷嘴14设置在工业机器人26的臂的远端，臂具有例如6个运动自由度和2.5m的臂长。结果，应用喷嘴14沿着有待喷涂的物体表面的受控制运动成为了可能，其中例如10mm-20mm的喷涂距离得以保持。
在这个示例中，粘性流体应用于受冲击物体20，在这种情况下是重量轻的刚性板，受冲击物体20水平地设置在应用喷嘴14的下面。受冲击物体20设置在振动传感器22上，提供振动传感器22用于将受冲击物体20的振动通过通信线路28连续地传递给计算装置24。在这个示例中，计算装置24是机器人控制器，其用于控制工业机器人26和计量装置12。
图2以图示40显示了在输入参数变化期间的一种示例性振动分布。用于流体阀门的开关信号的输入参数在时间Tl时发生变化，这从输入参数分布42中是明显的，结果是流体阀门被打开，并且接下来应用粘性流体。直至时间T2，时序性地关联的振动分布44并不呈现偏转，因为没有应用粘性流体，应用粘性流体可能造成振动。由于流体阀门的构件相关的时延，流体管道只是在一定时延之后在时间T2被释放，结果是直至从这个时间开始才不会发生振动。时延46是由于时间T1和T2之间的差异而引起的。
部件列表
10用于确定构件相关的时延的示例性系统
12计量装置
14应用喷嘴
16高压软管
18流体阀门
20受冲击物体
22振动传感器
24示例性计算装置
26工业机器人
28通信线路
30流体储槽
32驱动器单元
34计量驱动器
36齿轮机构
38心轴
39计量缸体
40给定经改变的输入参数下的示例性振动分布
42输入参数分布
44振动分布
46时延。
Claims (17)
1.一种用于为粘性流体的喷涂应用确定构件相关的时延(42)的系统(10)包括
• 用于粘性流体的可促动的应用系统，其至少具有构件：计量装置(12)、流体阀门(18)和应用喷嘴(14)，
• 其中关于所述粘性流体在应用期间的体积流量分布，所述应用系统的动态特性还依赖于构件相关的时延(42)，和
• 通过所述应用喷嘴(14)利用所述粘性流体进行喷涂的受冲击物体(20)，其特征在于具有，
• 振动传感器(22)，其用于连续地感测所述受冲击物体(20)的振动，其中提供所述振动传感器(22)来获得连续测量数据形式的振动分布(44)，和
• 至少一个计算装置(24)，其被提供以用于
• 利用成系列的可预定义的输入参数(42)促动所述应用系统，
• 在所述应用系统的输入参数的变化和之后在所述振动分布(44)中发生的变化之间建立时序性关联，且
• 据此确定并获得相应的构件相关的时延(46)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述振动传感器(22)在应用所述粘性流体期间连续地感测所述受冲击物体(20)的振动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，提供所述振动传感器(22)来在100Hz或更高频率下获得测量数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述计量装置(12)可通过所述输入参数中的一个来促动。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述流体阀门(18)可通过所述输入参数中的一个来促动。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述受冲击物体(20)由重量轻的刚性材料制成。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，至少所述应用系统的应用喷嘴(14)设置在工业机器人(26)上。
8.一种利用根据权利要求1至7中的任一项所述的系统而为粘性流体的喷涂应用确定和应用构件相关时延(46)的方法，包括以下步骤：
• 根据成系列的预定义的输入参数(42)促动所述应用系统(10)，其中粘性流体应用于所述受冲击物体(20)，
• 在应用和获得相对应的振动分布(44)的同时连续地确定所述受冲击物体(20)的振动，
• 确定至少输入参数的一个变化和所述振动分布(44)发生的至少一个后续变化之间的至少一个时延(46)，
• 将所述时延(46)指定给其输入参数在之前已经发生变化的相应的构件，
• 可选地将所确定的构件相关的时延(42)传递到这个可促动的应用系统中或结构上相同的可促动的应用系统(10)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，除了振动分布(44)之外，还确定和获得至少一个另外的流体相关的测量变量的分布，并且确定输入参数的一个变化和所述另外的流体相关的测量变量分布发生的后续变化之间的至少一个时延(46)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述另外的流体相关的测量变量分布为所述应用系统的内部中的流体的压力分布。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，在确定相应的时延(46)之前，通过所述系列精确地改变一个输入参数。
12.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述计量装置(12)通过输入参数来接通或关闭。
13.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述流体阀门(18)通过输入参数来接通或关闭。
14.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，在各种情况下，不同的时延(46)被指定给相应的用于接通和关闭的构件。
15.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法针对多个输入参数进行重复。
16.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，这个可促动的应用系统或结构相同的可促动的应用系统(10)利用所确定的构件相关的时延(46)来应用粘性流体，其中在所需相应的变化时间之前，通过时序性地移动相应的时延(46)而预测性地改变相应构件的相应的输入参数。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，结构上相同的可促动的应用系统(10)以固定方式设置，并且在应用过程中通过机器人相对于所述应用喷嘴(14)而移动有待喷涂的物体。
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