[发明专利]用于非接触式检测涂料涂层的干燥度的设备及其方法

说明书

本发明涉及一种用于非接触式确定基材上的涂料涂层的干燥度的设备，尤其涉及用于非接触式确定航空器的外壳上的涂料涂层的干燥度的设备。

为了满足在客机设计中的色彩方面的日益变化的客户需求，必须使用种类繁多的系统来喷涂航空器。涂料的干燥时间取决于多个参数。例如，所使用的涂料的类型、空气温度和喷涂室中的湿度都是重要的因素。此外，所使用的涂料的化学成分起到了重要的作用，因为固化时间较大程度地取决于例如涂料是单一成分涂料还是多成分涂料，以及涂料是水溶性的还是溶剂型的。

当前，涂料涂层的各种固化程度通常是通过手工机械测试来确定的。在这些测试中，带有尖边的测量件被推入到涂料涂层当中。测量件进入涂料涂层的凹陷程度越大，则涂料涂层的固化进展地越小。这种确定方法的主要缺点在于，涂料涂层的完整性会被破坏。此外，这种确定方法无法自动化并且测量的不确定性较高。

当前使用干燥单元，特别是红外辐射器来干燥涂料，以便加速生产过程，这种干燥单元需要非常高的电能。为了使得喷涂航空器的处理时间最小并且优化能耗，期望保持干燥单元的操作时间尽可能的短，并期望以作为涂料涂层的干燥度的函数方式控制干燥单元的操作时间。这是利用当前使用的手工测量方法所不能实现的。

因此本发明的目的在于，制造一种能够以自动的且非接触的方式确定涂料涂层的干燥度、同时获得高准确度的设备。本发明的其他目的在于，提供一种实现干燥度的测量的方法。

首先，利用具有权利要求1的所述特征的设备实现了这个目的。

由于该设备包括用于电磁辐射的至少一个发射器、至少一个接收器及测量装置，由此第一次以非接触的且定量的方式高准确度地测量涂料涂层的干燥度。通过发射器将具有合适波长的电磁辐射照射到涂料涂层的表面上。由涂料涂层的表面反射(漫反射)的电磁辐射的强度通过接收器确定并被传递至测量单元，用于进一步评估，并由此确定涂料涂层的当前干燥度。利用具有1mm至1m之间的波长的微波辐射范围内的电磁辐射，或者可选地利用具有0.8μm至2.5μm之间的波长的近红外辐射(NIR)范围内的电磁辐射来操作设备。

在各示例中，检测在干燥处理过程中在涂料涂层中出现的物理-化学变化，这例如是各种溶剂(水或化学溶剂)的向外扩散、聚合过程或者类似物。如果使用了微波辐射，则从适当的发射器向具有涂料涂层的基材照射微波。接收器产生由反射所激励的测量信号。该测量信号包括由于在涂料涂层和基材中的吸收而造成的损失以及例如由于散射而造成的进一步损失。如果在测量涂料的干燥的过程中发射器和接收器与涂料涂层之间的距离以及发射器的辐射强度维持恒定，则可假设由于散射造成的损失也不会改变并且由接收器接收到的微波的强度仅仅取决于涂料涂层中的吸收。特定波长的吸收取决于涂料的电容率(介电常数)，而涂料的介电常数又与涂料的干燥度相关联。由于存在介电常数和干燥之间的关系，通过测量吸收可确定各干燥度。然而，不必知晓微波辐射的绝对强度，因为在恒定的输出强度以及也在恒定的环境条件下，通过确定微波辐射的测量曲线相对于时间的一阶导数仅仅评估由接收器接收到的微波辐射相对于时间的变化。

然而，如果使用红外辐射，则激励涂料中的分子键振动。不同的分子键需要不同的能量(频率，W＝h*f)，以使其被完全激励。因此，在各示例中特定的分子键仅能由特定的频率所激励。由于激励，辐射能被转化为涂料中的动能(热能)并由此被最终吸收。因此，在各示例中特定基团的分子吸收特性波长。因此，为了通过近红外范围内的电磁辐射监控涂料的干燥特性，需要知晓在干燥处理的过程中变化的涂料中的化学键。这样的一个例子是水，水在干燥处理过程中蒸发，特别是在水溶性涂料的示例中。测量曲线可以由测量被水分子典型地吸收的频率和波长来确定，在该曲线中这些频率的反射随着时间而增大，直到其达到峰值。在其他基团的分子的示例中，吸收也会随着时间而增大，例如在多成分涂料固化过程中形成了新的基团的分子时。然而，基于在各示例中所使用的特定涂料系统，始终存在这样的频率，在该频率上在干燥处理的相关持续时间中可测量出反射相对于时间的变化。

另一方面，当使用红外辐射时，知晓绝对辐射强度是无关的，这是因为设备仅评估由反射测量相对于时间的趋势产生的测量曲线的梯度。

改进的这种设备提供了与控制和/或调节装置相联接的测量单元。

这意味着在该设备中可以自动地进行整个测量及评估程序。此外，组合后的控制和/或调节装置使得能够自动地控制设备中的其他组的功能。