DE10038816B4 - Method for determining the layer thickness distribution in a lacquer layer - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung einer beim Farbsprühen nach Eingabe bestimmter Sprühparameter in eine elektrostatisch basierten Lacksprüheinrichtung zu erwartenden Schichtdickenverteilung in der erzeugten Lackschicht, wobei unter Einsatz einer dafür eingerichteten Datenverarbeitungseinrichtung ein phänomenologisches mathematisches Modell eines quasi dreidimensionalen Sprühbildes erstellt und verwendet wird, welchem spezifische Parameter als feste Eingabeparameter direkt eingegeben werden, sowie zusätzliche reale physikalische Eingabeparameter einem künstlichen neuronalen Netz zugeführt werden, das zuvor unter Verwendung realer Eingabedaten angelernt wurde, und das eine Umwandlung der zusätzlichen realen physikalischen Eingabeparameter in Modell-Eingabeparameter durchführt, die dem phänomenologischen mathematischen Modell zugeführt werden und von diesem gebildete Sprühbilder in einer weiteren Funktionseinheit abhängig von Bewegungsdaten der Lacksprüheinrichtung, die in den Eingabeparametern enthalten sind, zu einer Gesamtlackschicht integriert werden, und die Schichtdickenverteilung dieser Gesamtlackschicht ausgegeben wird und zur Umwandlung der zusätzlichen realen physikalischen Eingabeparameter in Modell-Eingabeparameter vorhandene reale Schnittbilder (44, 56, 62) mit einer Sammlung von simulierten Schnittbildern (46, 58, 64) verglichen werden, wobei der Vergleich...A method for determining a layer thickness distribution in the paint layer to be expected during color spraying after the input of certain spray parameters into an electrostatically based paint spray device, wherein a phenomenological mathematical model of a quasi-three-dimensional spray pattern is created and used by means of a dedicated data processing device, which specific parameters as fixed input parameters directly as well as supplying additional real physical input parameters to an artificial neural network previously trained using real input data, and performing a conversion of the additional real physical input parameters into model input parameters supplied to and formed by the phenomenological mathematical model Spray images in another functional unit depending on movement data of the paint spraying device, which in the Eing parameters are integrated into a total coating layer, and the layer thickness distribution of this total coating layer is output and real sectional images (44, 56, 62) for the conversion of the additional real physical input parameters into model input parameters are combined with a collection of simulated slice images (46, 58, 64), whereby the comparison ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung einer beim Farblacksprühen nach Eingabe bestimmter Sprühparameter in eine elektrostatisch basierte Lacksprüheinrichtung zu erwartenden Schichtdickenverteilung in der zu erzeugenden Lackschicht.The The invention relates to a method for determining a Color paint spraying after entering certain spray parameters expected in an electrostatic based paint spray coating layer thickness distribution in the paint layer to be produced.
In
der
- a) ein phänomenologisches mathematisches Modell eines quasi stationären dreidimensionalen Sprühbildes erstellt und verwendet wird,
- b) dem phänomenologischen Modell spezifische Parameter, wie Drehwinkel von Elektroden der Sprüheinrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit der Sprüheinrichtung als feste Eingabeparameter direkt eingegeben werden,
- c) zusätzliche reale physikalische Eingabeparameter, wie Farbvolumen, Lenkluftdaten und Hochspannungswert, deren Einfluss auf das Sprühergebnis nicht genau bekannt ist, einem künstlichen neuronalen Netz zugeführt werden, das zuvor unter Verwendung realer Eingabedaten, wie der Ausführung der verwendeten Sprüheinrichtung, des Farbtyps, der Betriebsparameter und von Schichtdickenverteilungs-Messwerten angelernt wurde, und das eine Umwandlung der zusätzlichen Eingabeparameter in Modell-Eingabeparameter durchführt, die dem phänomenologischen Modell zugeführt werden,
- d) vom phänomenologischen Modell gebildete Sprühbilder in einer weiteren Funktionseinheit abhängig von Bewegungsdaten der Sprüheinrichtung, die in den Eingabeparametern enthalten sind, zur Gesamtlackschicht integriert werden, und die Schichtdickenverteilung dieser Lackschicht ausgegeben wird.
- a) a phenomenological mathematical model of a quasi-stationary three-dimensional spray pattern is created and used,
- b) the parameters specific to the phenomenological model, such as angles of rotation of electrodes of the spraying device and speed of movement of the spraying device, are entered directly as fixed input parameters,
- c) additional real physical input parameters, such as color volume, steering air data and high voltage value whose influence on the spray result is not accurately known, are fed to an artificial neural network previously using real input data, such as the sprayer used, color type, operating parameters and has been trained on layer thickness distribution measurements, and that performs a conversion of the additional input parameters into model input parameters fed to the phenomenological model,
- d) spray images formed by the phenomenological model in a further functional unit are integrated into the total lacquer layer as a function of motion data of the spray device contained in the input parameters, and the layer thickness distribution of this lacquer layer is output.
In
der
- a) wenigstens ein künstliches neuronales Netz zur Ermittlung der Sprühparameter verwendet wird, und wobei je Sprühparameter ein Ausgang eines solchen neuronalen Netzes zur Verfügung steht,
- b) dem einen neuronalen Netz oder mehreren neuronalen Netzen zunächst in einer Lernphase als Eingangswerte eine geeignete Anzahl realer Messwerte zugeführt werden, die jeweils neben einer Lackdickenverteilung in Form diskreter Werte auch die zugehörigen realen Sprühparameter enthalten,
- c) dem einen neuronalen Netz oder mehreren neuronalen Netzen in der Anwendungsphase Eingangswerte zugeführt werden, die Ergebnis einer Analyse der Lackdichteverteilung eines angestrebten, also vorgegebenen Sprühergebnisses sind.
- a) at least one artificial neural network is used for determining the spray parameters, and wherein for each spray parameter an output of such a neural network is available,
- b) the first neural network or several neural networks are initially supplied in a learning phase as input values, a suitable number of real measured values, which in addition to a coating thickness distribution in the form of discrete values also contain the associated real spray parameters,
- c) the one neural network or several neural networks in the application phase input values are supplied, which are the result of an analysis of the paint density distribution of a desired, so predetermined spray result.
Aus
der
Aus
der
Es ist bekannt, zur a-priori Berechnung des Lackierergebnisses von elektrostatisch basierten Lackieranlagen empirische Untersuchungen vorzunehmen, mit Hilfe derer wenige fundierte Schätzwerte und nur sehr vereinfachte mathematische Beschreibungen für das Lackierergebnis ermittelbar sind. Die dabei notwendigen extremen Vereinfachungen, wobei auch einige Einflüsse auf das Lackierergebnis, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur oder Art und Form der Lackierkabine unberücksichtigt bleiben, führen zu einer unzureichenden Genauigkeit der Berechnung.It is known for the a-priori calculation of the painting result of electrostatically based paint shops empirical studies with the help of which few well-founded estimates and only very simplified mathematical descriptions for the painting result can be determined. The necessary extreme simplifications, where also some influences on the painting result, such as ambient temperature or The type and shape of the paint booth are disregarded, lead to insufficient accuracy of the calculation.
Ferner ist eine komplexe physikalische Modellbildung vorgeschlagen worden, mit derer Hilfe der sehr komplexe physikalische Prozeß des Lackierens detailgetreu nachgebildet werden soll, anhand dessen wiederum das Lackierergebnis bestimmt werden soll.Further a complex physical modeling has been proposed, with the help of the very complex physical process of painting detailed should be reproduced, on the basis of which in turn the painting result should be determined.
Nachteilig hierbei ist jedoch die Komplexität der Modellbildung. So ist eine hinreichend genaue Nachbildung der physikalischen Vorgänge während des Lackiervorganges, und insbesondere deren Rückwirkungen untereinander kaum möglich, da es sich um stochastisch ablaufende Vorgänge handelt (Zerstäubung, Verwirbelung, etc.). Zudem ist der Aufwand für die Modellbildung und die reine Berechnungszeit des Modells auch auf derzeit verfügbaren Rechenanlagen inakzeptabel hoch (Tage oder Wochen).The disadvantage here, however, is the complexity of modeling. Thus, a sufficiently accurate reproduction of the physical processes during the painting process, and in particular their interactions with each other hardly possible because it is stochastic running processes (atomization, turbulence, etc.). In addition, the up For the modeling and the pure calculation time of the model, even on currently available computer systems unacceptably high (days or weeks).
Hierzu nämlich ist vorgeschlagen worden, zur Ermittlung der zu erwartenden Schichtdickenverteilung in einer zu erzeugenden Lackschicht, die bei relativ geringem Aufwand zu ausreichend genauen Ergebnissen führt, das Lackierergebnis, zunächst ohne Berücksichtigung der physikalischen Prozesse, anhand eines phänomenologischen Modells nachzubilden. Die dabei berücksichtigten Modellparameter entsprechen jedoch nur teilweise den tatsächlichen Parametern des Lackiervorganges. Der Zusammenhang zwischen Modellparametern und den realen Sprühparametern wird daher mit Hilfe künstlicher neuronaler Netze hergestellt, die anhand realer Messungen angelernt werden.For this namely has been proposed to determine the expected layer thickness distribution in a paint layer to be produced, the at relatively low cost leads to sufficiently accurate results, the painting result, initially without consideration of the physical processes, using a phenomenological model. The thereby considered However, model parameters only partially match the actual parameters the painting process. The relationship between model parameters and the real spray parameters is therefore using artificial neural Made networks, which are taught by real measurements.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels welchem die Umsetzung von realen Sprühparametern in Modell-Parameter eines phänomenologischen Modells auf möglichst günstige Weise erreicht wird.outgoing From this prior art, it is an object of the invention, a method specify the type mentioned, by means of which the implementation from real spray parameters in model parameters of a phenomenological Model on as possible favorable Way is achieved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung der Schichtdickenverteilung in einer Lackschicht mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.The The object is achieved by a Method for determining the layer thickness distribution in a lacquer layer solved with the features mentioned in claim 1.
Durch den Vergleich von realen Schnittbildern mit einer Vielzahl von simulierten Schnittbildern einschließlich einer Bewertung des Vergleichs auf deren Ähnlichkeit wird die Umsetzung von realen Sprühparametern in Modell-Parameter auf besonders vorteilhafte Weise erreicht.By the comparison of real cross-sectional images with a multitude of simulated ones Including sectional images An evaluation of the similarity on its similarity is the implementation from real spray parameters achieved in model parameters in a particularly advantageous manner.
Eine günstige Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, wenn einem simulierten Schnittbild ein entsprechendes quasistationäres Sprühbild zugeordnet wird, so daß von jedem simulierten Schnittbild auf das zugeordnete quasistationäre Sprühbild geschlossen werden kann.A favorable Embodiment of the method is achieved when a simulated Section image is assigned a corresponding quasi-stationary spray pattern, so that of each simulated sectional image on the associated quasi-stationary spray pattern closed can be.
Durch diese Zuordnung kann von jedem simulierten Schnittbild auf ein entsprechendes quasistationäres Sprühbild geschlossen werden. Beim simulierten Schnittbild sowie beim quasistationäres Sprühbild sind vorteilhafterweise alle Randparameter, wie Farbe, Farbfluß, Luftströme, Drehzahl des Zerstäubers, Spannung bei der Zerstäubung und so weiter, identisch und für das Verfahren bekannt.By this assignment can be made from any simulated slice image to a corresponding quasi-stationary spray pattern getting closed. The simulated cross-sectional image and the quasi-stationary spray pattern are Advantageously, all marginal parameters, such as color, color flow, air flows, speed the atomizer, Voltage during atomization and so on, identical and for the method known.
Das Verfahren kann zur Umwandlung der zusätzlichen Eingabeparameter in Modell-Eingabeparameter aus beispielsweise wenigstens 500 simulierten quasistationären Sprühbildern mit systematischer Parametervariation wenigstens eine entsprechende Anzahl horizontaler beziehungsweise vertikaler simulierter Schnittbilder ermitteln, die jeweils mit einem realen Schnittbild verglichen und der Ähnlichkeitsermittlung unterzogen werden.The Method can be used to convert the additional input parameters into Model input parameters from, for example, at least 500 simulated quasi-stationary spray patterns with systematic parameter variation at least a corresponding number horizontal or vertical simulated sectional images determine, each compared with a real cross-sectional image and the similarity determination be subjected.
Statistisch gesehen verbessert sich das Ergebnis der Ähnlichkeitsermittlung, wenn die Anzahl der zum Vergleich mit einem realen Schnittbild herangezogenen simulierten Schnittbildern wächst. Dabei ist unterstellt, daß die Randbedingungen bei der Simulation entsprechend vielfältig variiert wurde. Eine Variantenzahl von beispielsweise 5000 simulierten quasistationären Sprühbildern, entsprechend wenigstens 5000 simulierten Schnittbildern, jeweils für einen horizontal beziehungsweise einen vertikal bewegten Zerstäuber, führt bereits zu guten Ergebnissen bei der Ähnlichkeitsbestimmung. Eine noch größere Variantenzahl verbessert das Ergebnis weiter. Eine Abwägung der Qualität des Ergebnisses zum Rechenaufwand führt letztlich auf eine nützliche Variantenzahl.statistical seen, the result of the similarity determination improves when the number of used for comparison with a real cross-sectional image simulated sectional images grows. It is assumed that the Boundary conditions in the simulation varied accordingly varied has been. A number of variants of, for example, 5000 simulated quasi-stationary spray patterns, corresponding to at least 5000 simulated sectional images, respectively for one horizontal or a vertically moving atomizer, already leads to good results in the similarity determination. An even bigger number of variants improves the result further. A balance of the quality of the result leads to the computational effort ultimately to a useful one Number of variants.
Durch das vorgeschlagene Verfahren können die realen Schnittbilder von überwiegend vertikal bewegten Applikatoren vor der Ähnlichkeitsermittlung zunächst rechnerisch symmetriert werden, da diese Schnittbilder als symmetrisch zur Bewegungsrichtung ausgebildet, angenommen werden.By the proposed method can the real cross-sectional images of predominantly vertically moving applicators before the similarity determination initially computationally be symmetrized because these sectional images as symmetrical to the direction of movement trained to be accepted.
Ist ein reales Sprühbild beziehungsweise ein Schnittbild mit einem Meßfehler behaftet, kann dies das Verfahren vorteilhafterweise kompensieren.is a real spray picture or a sectional image fraught with a measurement error, this can Advantageously compensate for the method.
Eine günstige Ausgestaltung der Symmetrierung ist es, wenn zur Symmetrierung der Flächenschwerpunkt des betreffenden realen Schnittbildes in dessen geometrische Mitte gelegt wird.A favorable Design of the symmetrization is when the symmetry of the Centroid the relevant real cross-sectional image in its geometric center is placed.
Vorteilhafterweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine erste Ähnlichkeitsbewertung mittels des Kriteriums der minimalen quadratischen Abweichung durchgeführt, wobei insbesondere die mittig im Sprühbild angeordneten Punkte für die Ähnlichkeitsbewertung höher gewichtet werden, als die weiter außen liegenden Punkte.advantageously, becomes in the procedure according to invention a first similarity assessment using of the criterion of minimum square deviation, where especially the center in the spray pattern arranged points for the similarity rating higher weighted be, as the farther out lying points.
Auf diese Weise erfolgt eine besonders einfache erste Ähnlichkeitsbewertung.On This way, a particularly simple first similarity evaluation takes place.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch eine zweite Ähnlichkeitsbewertung mittels einer Fourieranalyse an einer schnittbildspezifisch festgelegten Anzahl von harmonischen Anteilen durchführen.The inventive method but also a second similarity rating by means of a Fourier analysis on a section-specific specified Number of harmonic components.
Auf diese Weise erfolgt eine verbesserte zweite Ähnlichkeitsbewertung.On In this way, an improved second similarity evaluation takes place.
Weiter verbessert ist das Verfahren für den Fall, daß zwei oder mehr Arten an Ähnlichkeitsbewertungen je realem Schnittbild durchgeführt werden, jeder Art der Ähnlichkeitsbewertung ein Gewichtungsfaktor zugeordnet wird, und daß aus den gewichteten Ähnlichkeitsbewertungen eine gewichtete Gesamtähnlichkeit ermittelt wird. Hierbei werden die Ähnlichkeitsbewertungen nach ihrem Einfluß auf die Ähnlichkeitsbestimmung gewichtet und kombiniert. Das Ergebnis der Ähnlichkeitsbestimmung insgesamt ist vorteilhaft verbessert.Further, the method is improved in the case where two or more types are similar in similarity for each type of similarity score a weighting factor is assigned, and that a weighted overall similarity is determined from the weighted similarity scores. Here, the similarity assessments are weighted and combined according to their influence on the similarity determination. The result of the similarity determination as a whole is advantageously improved.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß von einem realen quasistationären Sprühbild durch numerische Integration wenigstens zwei verschiedene reale Schnittbilder, insbesondere ein horizontales sowie ein vertikales reales Schnittbild, die jedoch identische Randparameter aufweisen, zur Ähnlichkeitsbestimmung verwendet werden.A advantageous embodiment of the method is characterized in that that of a real quasi-stationary spray pattern by numerical integration at least two different real sectional images, in particular a horizontal as well as a vertical real sectional image, however, have identical boundary parameters for determining similarity be used.
Durch die Berücksichtigung von mehr als einem realen Schnittbild wird das Ergebnis der Ähnlichkeitsbestimmung vorteilhaft verbessert.By the consideration more than one real cross-sectional image becomes the result of the similarity determination advantageously improved.
Beim erfindungsgemäße Verfahren wird auch ein simuliertes quasistationäres Sprühbild auf der Basis eines horizontalen beziehungsweise vertikalen realen Schnittbildes ermittelt, indem zu dem horizontalen beziehungsweise vertikalen realen Schnittbild ein ähnlichstes simuliertes Schnittbild ermittelt wird, dem wiederum ein simuliertes quasistationäres Sprühbild zugeordnet ist.At the inventive method is also a simulated quasi-stationary spray pattern based on a horizontal or vertical real sectional image determined by to the horizontal or vertical real sectional image a similar one simulated cross-sectional image is determined, in turn, a simulated quasi-stationary spray pattern assigned.
Vorteilhafterweise wird von jedem simulierten Schnittbild ein Bezug zu je einem simuliertes quasistationäres Sprühbild hergestellt.advantageously, From each simulated cross-sectional image, a reference is made to one simulated one quasi-stationary spray pattern produced.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aus einem realen Schnittbild eines horizontal bewegten Applikators ein simuliertes Schnittbild einer Schichtdickenverteilung desselben Applikators, der jedoch vertikal bewegt wird, ermitteln, indem ein horizontal ähnlichstes simuliertes Schnittbild ermittelt wird, indem dem horizontal ähnlichstes simuliertes Schnittbild ein quasistationäres Sprühbild zugeordnet wird, und indem hieraus mittels numerischer Integration ein vertikal simuliertes Schnittbild ermittelt wird.The inventive method can be a real cross-section of a horizontally moving applicator a simulated sectional image of a layer thickness distribution of the same Applicator, however, moved vertically by detecting a horizontally similar simulated cross-sectional image is determined by the horizontally most similar simulated sectional image is assigned a quasi-stationary spray pattern, and from this by means of numerical integration a vertically simulated Section image is determined.
Der Vorteil besteht darin, daß nur ein reales Schnittbild eines horizontal bewegten Applikators bekannt sein muß. Der Umfang an Messungen ist vorteilhaft reduziert. Des weiteren kann auch das reale Schnittbild eines vertikal bewegten Applikators dazu herangezogen werden, um das simulierte Schnittbild des horizontal bewegten Applikators zu ermitteln.Of the The advantage is that only a real sectional image of a horizontally moving applicator known have to be. The amount of measurements is advantageously reduced. Furthermore can also be the real cross-section of a vertically moving applicator be used to create the simulated cross-sectional image of the horizontal to determine moving applicator.
Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen der Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Based of illustrated in the drawings embodiments of the Invention, advantageous embodiments and improvements of the invention, as well as particular advantages of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
In
einer zweiten Funktionseinheit
Die Auflösung von realen sowie simulierten Schnittbildern müssen gleich sein, bevor eine Ähnlichkeitsbestimmung vorgenommen werden kann; beispielsweise kann ein Punkt (Meßwert/simulierter Wert) pro 5 mm im simulierten und realen Schnittbild gewählt werden.The resolution from real as well as simulated sectional images have to be the same before a similarity determination can be made; for example, a point (measured value / simulated value) per 5 mm in the simulated and real cross-section.
Die
Meßwerte
eines realen Schnittbildes von der Funktionseinheit
In
einer fünften
Funktionseinheit
Durch
eine sechste Funktionseinheit
Insbesondere
die elektrostatische Aufladung des Applikators kann zu charakteristischen
Spitzen im realen Schnittbild führten.
Die Ähnlichkeitsbewertung
nur nach der minimalen quadratischen Abweichung kann in diesem Fall
zu ungenügenden
Ergebnissen führen.
Bei einer Kombination dieses Verfahrens mit der Fourieranalyse ergeben
sich je eine Ähnlichkeitsbewertung
für die
minimale quadratische Abweichung sowie für die Fourieranalyse. Die einzelnen Ähnlichkeitsbewertungen
werden durch eine Gewichtung
Ein
aus der Ähnlichkeitsbestimmung
ermittelter Zahlenwert
Die
Bei
dieser
Die
Die
Diese
Fig. verdeutlicht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei der aus einer Schichtdickenverteilung eines horizontal bewegten
Applikators ein reales Schnittbild, nämlich das dritte reale Schnittbild
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Sprühbildbreite und Auftragswirkungsgrad bei Hochrotationszerstäubern. In: JOT 1998, 10, S. 20, 22, 24, 26 * |
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Owner name: ABB AG, 68309 MANNHEIM, DE |
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110330 |
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R071 | Expiry of right |