CN109073600A - 用于测量表面处理设备中的处理流体的至少一个参数的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量表面处理设备(10)中的处理流体(16)的至少一个参数的装置(30)，所述装置具有声表面波测量装置(68)，该声表面波测量装置具有：测量室(32)，该测量室限定用于处理流体(16)的测量体积；以及用于声表面波的转换器(60，62，64，66)，该转换器被布置在测量室(32)上，所述声表面波测量装置被设计为用于，在应用转换器(60，62，64，66)的情况下提供至少一个测量输出信号(MS)，所述至少一个测量输出信号依赖于测量体积中的处理流体(16)的当前的状态。该装置还具有分析单元(50)，该分析单元具有：时间曲线记录装置(74)，其被设计为用于，记录声表面波测量装置(68)的至少一个测量输出信号(MS)的时间曲线；和参数确定装置(76)，其被设计为用于，从声表面波测量装置(68)的测量输出信号(MS)的记录的时间曲线(100)中确定至少一个要测量的参数的值。

Description

用于测量表面处理设备中的处理流体的至少一个参数的装置 和方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量表面处理设备中的处理流体的至少一个参数的装置和方法以及用于处理使用所述测量的物体的一种浸渍处理设备和一种方法。
背景技术
由WO 2010/136350 A1已知一种声表面波测量装置(Surface-Acoustic-Wave-Messeinrichtung)，在该声表面波测量装置中借助于声表面波——该声表面波沿管件从一个用于声表面波的转换器引导到另一个用于声表面波的转换器——测量流过管件的介质的性质。这种SAW(声表面波)-测量的基本原理基于，产生的声表面波的能量的一部分被耦合到介质中，使得在介质中产生体积声波。该体积声波重新耦合到管件中，由此再次产生声表面波。通过测量和分析在接收器上重新被吸收的声表面波的确定的特征、例如其运动速度或其振幅，可以确定介质的化学的和/或物理的性质。关于声表面波测量装置的原理的细节就此明确地参考WO 2010/136350 A1的内容。
此外一般存在将声波直接耦合到介质中的声波测量装置。
然而，在这里描述的现有技术中的缺点——特别是在应用于浸渍处理设备中的浸渍处理流体时——是以下事实：例如在一种介质中混合多于两个组分时不能得出关于混合比例的明确的结论。
发明内容
因此本发明的目的是，对前述测量装置在其分析可能性方面加以改进，以便能实现将其用于测量表面处理设备中的处理流体的参数。
根据本发明，所述目的通过一种用于测量表面处理设备中的处理流体的至少一个参数的装置实现，其中设有
a)声波测量装置，其具有：
-测量室，该测量室限定用于处理流体的测量体积；以及
-用于声波的转换器，该转换器被布置在测量室上，以及
-所述声波测量装置被设计为用于，在应用转换器的情况下提供至少一个测量输出信号，所述至少一个测量输出信号依赖于测量体积中的处理流体的当前的状态，
b)分析单元，其具有：
-时间曲线记录装置/时间曲线检测装置，所述时间曲线记录装置被设计为用于，记录/检测声波测量装置的至少一个测量输出信号的时间曲线；和
-参数确定装置，所述参数确定装置被设计为用于，从声波测量装置的测量输出信号的记录的时间曲线中确定至少一个要测量的参数的值。
发明人发现，如果给要测量的液体提供以下机会，即包含在其中的组分至少部分地在引力或离心力的作用下分离，和如果在分离过程期间重复测量，那么从测量方法借助于声波可以确定其它信息。这是因为关于不同组分在分离期间在测量体积内部形成的梯度影响信号传播并由此也影响声波测量的结果、亦即声波测量装置的测量输出信号。通过记录测量输出信号的时间曲线并随后分析该时间曲线可以推断出不同的组成成分，因为不同的组分具有不同的分离速度。特别在固体液体混合物、如浸渍处理设备中的处理流体中，基于明显不同的固体和液体密度进行强烈的分离或沉淀。
参数的测量因此遵循两阶段的方案，在该方案中以已知的方式应用实际的声波测量方法并观察和分析在分离过程期间该测量结果的变化，以便确定期望的参数。
作为处理流体的要测量的参数在此考虑多种物理的和/或化学的参数、例如pH-值、漆比重，粘合剂比重、温度等。
分析单元可以是一个独立的组件或也可以和声波测量装置集成在一起。优选地，分析单元至少部分地设计为软件解决方案，该软件解决方案例如能在市场上常见的电脑上运行并通过相应的接口、例如USB或信号记录卡从声波测量装置获得测量输出信号。
优选地，声波测量装置是声表面波测量装置，用于声波的转换器是相应的用于声表面波的转换器。声表面波测量装置已经证明为特别适合于处理流体。
有利地，参数确定装置可以具有比较装置，该比较装置被设计为用于，将至少一个测量输出信号(MS)的记录的时间曲线与参考曲线进行比较，所述参考曲线被存储在数据库中。参考曲线可以事先通过测量处理流体——在该处理流体中一个和/或多个参数具有不同的值——产生。参考曲线也可以在此以参数化的形式存在，亦即其例如存储在数据库中，即，测量输出信号必须以预先规定的参考斜率上升或下降，因此要测量的参数的确定值对应于实际测量的曲线。
然而，在参数确定装置中的分析也可以根据多种分析算法直接从测量的时间曲线中确定至少一个参数的值，而不参考事先确定的参考曲线。对此或也对于与参考曲线的比较来说，参数确定装置可以包括专家系统。
优选地，设有用于在测量室中注入、保持和排出处理流体的部件。所述部件可以例如是泵和/或阀，用于在在线运行中例如从浸渍处理设备的浸渍池中取出处理流体。
有利地，设有控制器，所述控制器被设计用于，这样操控用于在测量室中注入、保持和排出处理流体的部件：使处理流体在预先规定的时间段期间停留在测量体积中。以这种方式可以在测量体积中进行足够的分离。
在此优选地，预先规定的时间段应该至少这样长，即，基于处理流体中的分离而在至少一个测量输出信号的时间曲线中引起可测量到的变化。可测量到的变化例如在参数确定装置的比较装置和/或专家系统可以基于时间曲线中的变化来确定至少一个参数时出现。
有利地，所述用于注入、保持和排出的部件被这样布置，即，处理流体被从下方注入测量室中。由此可以在重新灌注时对于后续的测量更好地冲洗可能存在的沉淀物。有利地，测量室也可以与表面处理设备的容器连接，在该容器中保存有洗涤液，以便冲洗测量室。
优选地，测量室沿竖直方向具有比沿水平方向更大的尺寸。测量体积的尽可能大的高度与其宽度相比引起更好的分离。测量室因此可以是沿竖直方向延伸的管道，在该管道的上端部和下端部上分别布置有用于声波的、特别是表面波的转换器。
优选地，时间曲线记录装置被设计用于，记录声波测量装置的多个不同的测量输出信号。由于声波测量装置可以输出代表表面波测量的不同性质的测量输出信号，可以从这些不同的测量输出信号的时间曲线中取得用于实际的测量装置的参数确定的其它信息。因此可以例如将声波-和/或表面波测量的测量输出信号用于不同波组/波包信号的、例如1WG、2WG和3WG等的振幅衰减。测量输出信号可以是至少一个来自下述组的信号：表面波的振幅(纯粹通过测量室传播)，第一波组的振幅(一次穿过液体)，第二波组的振幅(两次穿过液体)，测量体积中的表面波的组速度，液体的声速。如果转换器是可逆的转换器，那么上述的测量输出信号既可以对于一个方向又可以对于另一个方向输出。
优选地，参数确定装置也被设计用于，将多个不同的测量输出信号的时间曲线与相应的参考曲线进行比较。必要时还可以由此确定更多的处理流体参数或可以更准确地确定单独的参数。参数确定装置在此执行相应的n-维度的分析。
有利地，参数确定装置被设计用于，关于至少三个组分确定处理流体的组成成分作为要测量的参数。尽管在SAW-测量中可以例如从声速确定处理流体的温度，但是组成成分的测量是特别有益的，因为其对于处理结果是决定性的并且对于参数、例如温度提供其它探测器。特别对于浸渍处理设备中的处理流体证明，即，在声表面波测量装置中通过分析第一波组(一次穿过液体)的振幅的时间曲线作为测量输出信号可以确定粘合剂、膏(漆微粒)和去离子水的比例，因为该信号在分离过程中显示出足够强的变化状态。
根据本发明的另一个方面设置一种用于在处理流体中处理物体的表面处理设备，所述物体特别是车辆车身或车辆车身的部件，其中，浸渍处理设备具有根据本发明的、用于测量处理流体的至少一个参数的装置。由此可以例如在浸渍处理设备中建立在线-参数记录，以便调节用于最佳处理的处理流体参数。
根据本发明的另一个方面设置一种用于测量表面处理设备的处理流体的至少一个参数的方法，所述方法包括以下步骤：
a)注入处理流体到声波测量装置的测量室中，其中，处理流体首先处于均匀混合的状态中；
b)在处理流体被保持在测量室中以及包含在该处理流体中的组分继续分离期间，记录声波测量装置的测量输出信号的时间曲线；
c)从测量输出信号的时间曲线中确定要测量的参数。
在此有利地，声波测量装置是声表面波测量装置。
优选地，从测量输出信号的时间曲线中确定要测量的参数包括将记录的曲线与存储的参考曲线进行比较。
根据本发明的另一方面设置一种用于在处理流体中处理物体的方法，所述物体特别是车辆车身或车辆车身的部件，其中，在物体被处理期间通过根据本发明的测量方法的测量来监控处理流体的至少一个参数。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明的实施例。其中：
图1示出浸渍处理设备的示意图，该浸渍处理设备具有用于确定处理流体的性质的声表面波测量装置；
图2示出声表面波测量装置的示意图，包括在此出现的波信号；
图3a示出在根据本发明的测量开始时在声表面波测量装置中的处理流体的示意图；
图3b示出在根据本发明的测量期间在声表面波测量装置中的处理流体的示意图；
图3c示出在根据本发明的测量结束时在声表面波测量装置中的处理流体的示意图；
图4示出声表面波测量装置的测量输出信号的记录的时间曲线的线图；
图5示出参考曲线和记录的曲线的线图，用于说明通过比较实现的参数确定。
具体实施方式
图1示出整体上用10表示的浸渍处理设备，用于要处理的物体、例如车辆车身或车辆车身的部件。浸渍处理设备10包括带有溢流池14的浸渍池12，在所述浸渍池中容纳浸渍处理流体16，该浸渍处理流体一般由多个组分组成。
为了在浸渍处理过程期间在pH-值、漆比重、粘合剂比重、温度等方面控制浸渍处理流体16的不同的物理的和/或化学的参数、特别是其组成成分，浸渍池12通过溢流池14接入本身例如由DE 10 2014 006 795 A1已知的并且不详细说明的、用于浸渍处理流体16的处理回路18中。借助于处理回路18可以在入口19处向浸渍处理流体16添加物质和/或从浸渍处理流体中去除物质。物质的添加和去除可以在此手动地通过操作者进行，但也可以部分自动地和/或全自动地进行。
如还可以从图1中的右边的部分看到的，在此示意性示出冲洗池22，在该冲洗池中存在洗涤液24，该洗涤液在浸渍处理设备10的下游的部分中例如可以被用于冲洗已经被处理过的物体。
在图1中的左边在浸渍池12旁边示意性地布置有测量装置30，用于测量浸渍处理流体16的不同的物理的和/或化学的参数。
测量装置30为此具有作为测量室的竖立的管部段32，在该管部段的入口处设有阀34，在该管部段的出口处设有阀36。在入口侧的阀34上游设有泵38，该泵又与浸渍池12连接。以这种方式，测量装置30的管部段32可以在阀34被打开并且泵38被操控时被灌注来自浸渍池12的浸渍处理流体16。由于管部段32的入口沿竖立方向位于下端部上，因此从下方进行灌注。
在出口侧，管部段32通过阀36和回流管路40与溢流池14连接，使得浸渍处理流体16在测量之后可以被返回引导到该溢流池中。
为此，管部段32在入口侧通过冲洗管路42和阀44与通向冲洗池22的压力进口46连接。借助于该冲洗管路42可以根据需要利用洗涤液24冲洗管部段32并由此从管部段32中去除已经被测量过的浸渍处理流体16。
为了对这个过程进行操控，测量装置30包括控制器48，该控制器在此和分析单元50一起在市场上常见的PC 52中实现并与阀34，36，44以及泵38连接。
如可以从图2看到的，测量装置30在管部段32上在此示例性地包括四个用于声表面波的转换器，该转换器在入口侧用附图标记60和62表示，在出口侧用附图标记64和66表示。转换器60，62，64和66与SAW-分析系统68连接，该分析系统既用于操控、又用于分析转换器信号并在其数字输出端70上提供不同的测量输出信号，该测量输出信号依赖于管部段32中的浸渍处理流体的状态。
SAW-分析系统68可以例如在转换器60上耦入激励信号72。该激励信号部分地沿管部段32本身延伸并且被转换器64接收作为第一波组信号1WG。激励信号72的另一部分耦入测量体积中的浸渍处理流体16中并且朝向转换器66的方向穿过浸渍处理流体。在那里随后被接收作为第二波组信号2WG。SAW-分析系统68的分析可能性现在可以例如在于，确定波组信号1WG和波组信号2WG之间的时间延迟，以便由此推断出浸渍处理流体16中的声速。声速的值随后可以在数字输出端70上输出。
对于可能的SAW-分析方法参考已经提出的WO 2010/136350 A1，因为对于本发明来说SAW-分析的细节不重要。这是因为管部段32、转换器60，62，64和66以及SAW-分析系统68在此展示出一种声表面波测量装置，该声表面波测量装置可以作为暗箱-组件集成在测量装置30中。当然SAW-分析系统68也可以和控制器48及分析单元50一起在PC 52中实现并针对本发明的测量目的被优化。
在声表面波测量装置上输出的示例性的测量输出信号MS可以是：从转换器60到转换器64的表面波0WG的振幅，这相当于纯粹通过管部段32传播；从转换器64到转换器60的表面波的振幅，这相当于纯粹通过管部段32传播；从转换器60到转换器66的第一波组1WG的振幅，这相当于一次穿过液体16；从转换器66到转换器60的第一波组的振幅，这相当于一次穿过液体；从转换器60到转换器64的第二波组2WG的振幅，这相当于两次穿过液体16；从转换器64到转换器60的第二波组2WG的振幅，这相当于两次穿过液体16；管部段32中的表面波的组速度；液体16的声速；第n波组的振幅，这相当于n次穿过液体16。
如还可以从图2得知的，SAW-分析系统68与分析单元50的时间曲线记录装置74连接，该时间曲线记录装置记录在数字输出端70上提供的测量输出信号MS的值并将所述值存储在存储器中。
分析单元50还具有参数确定装置76，该参数确定装置访问时间曲线记录装置74的存储器和自身的数据库，以便将测量输出信号的测量到的时间曲线100与参考曲线102进行比较(见图4和图5)。以这种方式，分析单元确定预先给定的参数作为测量装置30的测量结果。
测量装置30如下所述地工作：
如果应该测量例如浸渍处理流体16的组成成分，那么控制器48打开输入阀34并借助于泵38输送浸渍处理流体16到管部段32中。
直接地在关闭输入阀34之后如在图3a中所示出现管部段32中的情况。在此举例示出的组分A(圆形)、B(五角形)，C(三角形)被均匀混合地分布在管部段32中。
SAW-分析系统68借助于转换器60，62，64和66将声表面波耦入测量体积中，该声表面波在那里受到还被均匀混合的浸渍处理流体16的影响。SAW-分析的结果随后被作为测量输出信号的第一值90传输给时间曲线记录装置(见图4)。
由于输入阀34还保持被关闭，所以浸渍处理流体16静止于管部段32中并且由于引力出现沉淀作用，使得组分A，B，C部分分离。在图3b中这通过较浓的组分A聚集在管部段32的下部区域中表明。借助于声表面波测量装置重新进行的SAW-测量提供用于记录的曲线的第二值92(见图4)，该第二值由于部分分离而区别于第一值90。
在另一时间段之后，浸渍处理流体16继续分离。另一SAW-测量提供第三值94。
真实的测量装置30在浸渍处理流体16停留在管部段32中的时间段期间进行多次SAW-测量，因为SAW-测量和沉淀相比快速地进行。
如在图5中所示，这样记录的曲线100随后被与事先确定的参考曲线102相比较，该参考曲线已经被记录用于浸渍处理流体16的规定的组成成分。测量到的组成成分则相当于下述的组成成分：其参考曲线102具有和记录的曲线100的最大的相似性。
具体地可以通过专家系统进行比较，该专家系统基于已知的分类算法。特别可以将声表面波测量装置68的不同的测量输出信号MS的多个记录的曲线与对应的参考曲线进行比较，其中，可以考虑现有的相互关系，该相互关系允许广泛的分析。这在图5中通过两个下方的线图表示，线图示出用于其它测量输出信号MS的曲线100和对应的参考曲线102。
以这种方式，分析单元50可以确定浸渍处理流体16的多个不同的参数。

Claims (15)

1.一种用于测量表面处理设备(10)中的处理流体(16)的至少一个参数的装置(30)，其特征在于
a)声波测量装置(68)，所述声波测量装置具有：
-测量室(32)，该测量室限定用于处理流体(16)的测量体积；以及
-用于声波的转换器(60，62，64，66)，该转换器被布置在测量室(32)上，以及
-所述声波测量装置被设计为用于，在应用转换器(60，62，64，66)的情况下提供至少一个测量输出信号(MS)，所述至少一个测量输出信号依赖于测量体积中的处理流体(16)的当前的状态，
b)分析单元(50)，所述分析单元具有：
-时间曲线记录装置(74)，所述时间曲线记录装置被设计用于，记录声波测量装置(68)的至少一个测量输出信号(MS)的时间曲线；和
-参数确定装置(76)，所述参数确定装置被设计用于，从声波测量装置(68)的测量输出信号(MS)的记录的时间曲线中确定至少一个要测量的参数的值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，声波测量装置(68)是声表面波测量装置(68)，用于声波的转换器(60，62，64，66)是用于声表面波的转换器(60，62，64，66)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，参数确定装置(76)具有比较装置，该比较装置被设计用于，将至少一个测量输出信号(MS)的记录的时间曲线(100)与参考曲线(102)进行比较，所述参考曲线被存储在数据库中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，参数确定装置(76)包括专家系统。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设有用于在测量室(32)中注入、保持和排出处理流体(16)的部件(34，36，38)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，设有控制器(48)，所述控制器被设计用于，这样操控用于在测量室(32)中注入、保持和排出处理流体(16)的部件(34，36，38)：使得处理流体(16)在预先规定的时间段期间停留在测量体积中。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预先规定的时间段至少这样长，即，基于处理流体(16)中的分离而在至少一个测量输出信号(MS)的时间曲线中引起可测量到的变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于注入、保持和排出的部件(34，36，38)被这样布置，即，处理流体(16)被从下方注入测量室(32)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，测量室(32)沿竖直方向具有比沿水平方向更大的尺寸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，时间曲线记录装置(74)被设计用于，记录声波测量装置(68)的多个不同的测量输出信号(MS)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，参数确定装置(76)被设计用于，将多个不同的测量输出信号(MS)的时间曲线(100)与相应的参考曲线(102)进行比较。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，参数确定装置(76)被设计用于，关于至少三个组分(A，B，C)确定处理流体(16)的组成成分作为要测量的参数。
13.一种用于在处理流体(16)中处理物体的浸渍处理设备(10)，所述物体特别是车辆车身或车辆车身的部件，其特征在于，所述浸渍处理设备(10)具有根据前述权利要求中任一项所述的、用于测量处理流体(16)的至少一个参数的装置(30)。
14.一种用于测量表面处理设备(10)的处理流体(16)的至少一个参数的方法，所述方法包括以下步骤：
a)注入处理流体(16)到声波测量装置(68)的测量室(32)中，其中，处理流体(16)首先处于均匀混合的状态中；
b)在处理流体(16)被保持在测量室(32)中以及包含在该处理流体中的组分(A，B，C)继续分离期间，记录声波测量装置(68)的测量输出信号(MS)的时间曲线(100)；
c)从测量输出信号(MS)的时间曲线(100)中确定要测量的参数。
15.一种用于在处理流体(16)中处理物体的方法，所述物体特别是车辆车身或车辆车身的部件，其特征在于，在物体被处理期间通过根据权利要求13至14所述的方法的测量来监控处理流体(16)的至少一个参数。
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