在带状载体上连续沉积涂层的方法和设备 本发明大体涉及表面处理的工业技术，尤其应用于在连续镀锌装置中以热沉积在钢带上的金属涂层的厚度的纵向和横向控制。
根据第一方面，本发明更确切涉及在具有确定宽度的带状载体上连续沉积涂层的方法，同时载体表面上的该涂层厚度朝至少一个目标值收敛(convergence)，该方法包括沉积操作，在此过程中在包含一组受各含至少一个分量的各自控制信号控制的传动器的装置中沿与载体宽度垂直的纵向走带方向传送该载体，每个传动器适合根据其收到的控制信号作用于沿载体宽度的涂层厚度。
主要在其用于镀锌的优选用途中考虑本发明，其中载体由钢带形成且涂层由锌或锌合金层形成，但是，要理解的是，本发明适用于在载体上连续沉积涂层的其它工业方法。
在使用通过连续镀锌的钢带的所有领域中，特别在汽车和家庭用具领域中，尽可能精确地控制沉积的锌或锌合金的厚度是明智的，这种控制既有经济益处又有技术益处。
在经济层面上，使用者已开始研究工作以根据它们的技术规格按需要严格限定厚度，这具有降低涂层量和因此降低涂层成本并相应地限制这种涂层的成本在最终产品总价格中所占的份额从而使锌的市场价格变动的影响最小化的双重目标。
如图1中的示意所示，钢载体SUPP上的镀锌涂层REV的一般所需厚度Enorm(其对汽车用途而言为大约10微米，对建筑用途而言为25微米)通常会增加不合意的过量厚度Esupp，其表示一般厚度Enorm的20％至50％。
在技术层面上，涂层REV的厚度主要影响焊接，尤其是电阻焊接。大厚度需要强焊接电流，这不利地影响电极的使用寿命。另一方面，从一个焊缝到另一焊缝的厚度变化会造成缺陷或需要不断调节焊接参数。
考虑到该事实，长时间以来已经努力在确保该厚度的尽可能最大均匀性的同时优化涂层厚度。特别地，已为此开发出被称作“干燥机”的装置，其可以在涂层REV固化之前降低其厚度，尤其通过磁效应或通过鼓风，后一类型的干燥机最普遍。
图2显示了鼓风干燥工艺在连续镀锌生产线上的典型布置。被引导通过至炉的引道CAF、被投入装在大桶或“罐”PT中的锌Zn或锌合金浴中的带状载体SUPP，在底部偏转辊(rouleau déflecteur de fond)RDFL上被偏转(déflechi)并带着其涂层REV一起从干燥斜台(rampesd’essorage)ESSR前经过，这将仍为液体形式的过量锌或合金送回罐PT。
因此，如图3中的示意表示，涂层REV在液体浴出口处具有的厚度E0会由于干燥机ESSR吹出的压缩空气而降至较小值E1。
非常早的时候就确立了该干燥的工作原理。例如，专利JP 5-117832确定该技术的主要操作变量，即(图12的图12a)空气射流的速度(其取决于供应给干燥机ESSR的压缩空气的压力和取决于该干燥机的唇(lèvre)ESSR1和ESSR2之间的间隙“e”)、干燥机的唇与要涂布的带状载体SUPP之间的距离“d”，以及载体SUPP的走带速度。实际上(图12的图12b)，鼓风干燥机的作用随唇ESSR1和ESSR2出口处的空气压力P和距离“d”而变，对于最多等于极限“do”地距离“d”值，该作用保持基本不变，在数值更大的距离下，该作用以基本线性方式下降。
此外，试验能够更穷尽地确定操作变量以及遇到的操作干扰。
这些操作变量通常是该条带的各面上的所需涂层厚度、条带规格-即实际上其宽度及其厚度(对于在非预定长度的条带上的连续沉积而言)-条带走带速度和条带在涂布区中的牵引力。
操作干扰基本与该条带在干燥区中的行为有关，并包括该条带在围在两个干燥机之间的空间中的差的居中、该条带相对于干燥机的倾斜、和该条带的横向翘曲(被本领域技术人员称作“瓦形翘曲(tuile)”或“横向弯曲”)。由图4a至4c构成的图4显示了这些缺陷对干燥机ESSR出口处的涂层REV厚度的影响。由此，该条带相对于干燥机ESSR的倾斜在条带横断面中造成相对于该横断面的中心对称的涂层REV厚度梯度(图4a)；横向弯曲或“瓦形翘曲”的存在造成涂层REV在条带两面上的分布不对称(图4b)；倾斜条带上的瓦形翘曲的存在造成这些缺陷的累积(图4c)。
但是，值得注意的是，具有受控值的横向弯曲或瓦形翘曲的存在对于硬化在干燥机ESSR之间穿过的条带SUPP+REV的上升段(brinascendant)而言是合意的，因此不能完全消除图4b中所示的现象。
同样会发生其它干扰，如由“长边缘”或“长中心”型缺陷引起的该条带的局部起伏，这造成厚度的局部变动并另外是该条带经过辊时的振动源。
也存在条带的其它振动源，如浸渍辊的轴承和辊本身的逐渐劣化，或位于干燥机下游的条带部分上的冷却鼓风。
为了能够抵抗操作变量的变动和应对操作干扰，已经制造许多结构装置目的为赋予该系统必要的灵活性。
图5举例说明了干燥系统本身调整的可能性。实际上，这类系统配有传动器(其一般称作ACT)，其能够调整各干燥机的唇与条带SUPP+REV之间的距离(d1或d2)、干燥机的唇之间的间隙(e)、干燥机相对于锌浴的高度(H)、和向干燥机供应气体的压力P0。
这些调整本身能够独自在载体条带SUPP的走带方向上并因此在其纵向上控制涂层REV的厚度均匀性。
在条带SUPP横向上，即在其宽度方向上的涂层REV的厚度均匀性的控制需要多种手段。
首先，可以通过确保干燥机ESSR的位置调整的多个传动器控制这种均匀性。图6表明，四个传动器(ACTx1至ACTx4)实施的各自动作的组合不仅能使条带轴在干燥机ESSR之间居中，还能校正条带的横向倾斜变动。分别沿轴(y)和(z)工作的传动器ACTy1、ACTy2和ACTz1、ACTz2能够分别调节条带SUPP+REV在干燥机ESSR之间的横向位置，和调整这些干燥机相对于锌浴的高度。
条带SUPP横向上的涂层REV的厚度均匀性同样可以通过如专利EP 0 566 497中所公开的干燥机唇的变形来控制，该专利描述了能够调节干燥机中每一个的两个唇之间的距离以改变空气层的厚度的器件。多个传动器，如ACT1、ACT3、ACT5因此能够如图7中的示意图所示地使从每个干燥机ESSR的一端到另一端的厚度改变，在该图中代表空气层的几个厚度，如e1和e5。
条带SUPP横向上的涂层REV厚度的均匀性可进一步通过“抗瓦形翘曲(anti-tuile)”辊RAT，也称作“抗横向弯曲(anti crossbow)”辊的位置进行控制，这类辊被设置在底部偏转辊RDFL与通过线路辊(rouleau deligne de passe)RLP之间。实际上，尽管通过在位于涂布浴上游的炉中牵引该载体来尽可能校正该带状载体SUPP的横向翘曲或“瓦形翘曲”，在镀锌浴中总是存在或多或少明显的残留平度缺陷。如图8中所示，可以通过“抗横向弯曲”辊和/或底部偏转辊RDFL相对于通过线路辊RLP的水平位移来至少弹性校正刚好在干燥机ESSR下方的残留翘曲。这种已知方法描述在几个专利中，尤其在专利JP 8-260122中。但是，关于翘曲的校正，试验已经表明，如上所述地，可以通过保持条带中的受控翘曲(它赋予条带一定纵向刚度)来限制振动和某些起伏的影响。
条带SUPP横向上的涂层REV厚度均匀性同样可通过磁性或电磁性轮廓校正器(correcteur magnétique ou électromagnétique de profil)CMP控制(图9)。例如在专利JP 9-108736中描述了基于多个电磁体的使用的这类系统。
其它调整也可能有用，如相对于条带SUPP+REV的干燥机ESSR的射流入射角的调整，特别地为了限制液态锌的溅射或“喷溅”危险。
图9显示了可用于控制涂层厚度均匀性的多种作用的可能性。从锌浴底部开始连续显示的手段是：
-传动器ACT_RDFL驱动的底部偏转辊RDFL的水平位移和/或传动器ACT_RAT驱动的“抗横向弯曲”辊的水平位移以校正条带SUPP+REV的翘曲；
-传动器ACT_RLP驱动的通过线路辊RLP的水平位移，这有时在某些情况下是必要的以确保条带SUPP+REV在位于干燥机ESSR下游的加热感应器之间居中；
-参照图6描述的由传动器确保的干燥机ESSR的移动组合；
-参照图7描述的空气射流的厚度的横向调整；和
-分级的磁性翘曲校正器(correcteurs de flèche magnétiquesfractionnés)CMP的运作。
应该指出，这些传动器可分成两类，即通过使其与自身平行地移动或使其转动而作用于各整个干燥机的具有全面作用的传动器类，和单独作用于干燥机长度的一部分的具有局部作用的传动器类，用于横向调整空气射流的传动器和分级的磁性翘曲校正器属于这类。
所有这些传动器，无论其具有全面作用还是局部作用，可以静态控制，即根据与该操作对应的预定操作变量在沉积操作之前预先调整，或动态控制，即在其工作过程中调节。
只有在传动器的移动响应通过条带的走带过程中的在线测量显露出的需求时，动态控制才有意义。
在现有技术状况中，这些测量基本通过图10中所示的三类仪器获得，即：
-布置在例如干燥机ESSR上游的用于测量条带轮廓的器件MPB，这类器件例如描述在专利JP 9-078215中并使用激光；
-在条带SUPP+REV水平偏转之前，安装在干燥机ESSR下游的被称作“热(chaude)”的涂层厚度量具JC；该厚度量具使用点测量涂层REV厚度的X射线；通常，测量区ZMJC位于条带中心并随条带走带而延伸到其整个长度；和
-在条带SUPP+REV再垂直偏转之后，安装在干燥机ESSR更下游的被称作“冷(froide)”的涂层厚度量具JF；该厚度量具同样使用对于条带横向移动的X-射线源；该测量区ZMJF描述出在条带走带期间而在条带整个长度上的Z字型路径。
在本上下文中，已知的是，尤其从专利JP 9-087821中获知借助同时使用在涂层REV沉积操作之前由操作者输入的预定值和在该操作过程中获得的在线测量结果的控制系统来保证指导传动器。
这些已知控制系统基于以多项式方程形式将这些测量结果输入线路的程序(programmes mettant les mesures en ligne sous formed’équations)，其用于给予每个传动器适当的指示。
但这些多项式方程的使用存在两个缺点：得出近似值，其导致发送给具有全面作用的传动器的指示不精确，尤其是非常难以用于施加局部作用的传动器，其会累加能够单独控制的多个基本传动器的动作。
本发明的目的是通过提出在带状载体(如钢带)上连续沉积涂层(如锌层)的方法来弥补这些缺点，该方法，为了能够有效调节涂层厚度，其能够精确指导多个动态传动器，并且容易可应用于复杂传动器，如空气射流厚度的横向调整或分级的磁性轮廓校正器。
为此，符合上文序言给出的一般定义的本发明的方法的特征基本在于，其至少包含：
-第一预先建模阶段，其在沉积操作的上游使用并包括开发预调整模型，其包括，针对沿载体宽度分布的一组点中的各个点和针对每个传动器，将该点处的涂层厚度与提供给该传动器的控制信号的至少一个分量的值相联系的定量关系；
-第二预先建模阶段，其在沉积操作的上游使用并包括开发调整模型，其包括，针对所述一组点中的各个点和针对每个传动器，将该点处的涂层厚度变化与提供给该传动器的控制信号的至少一个分量的值的变化相联系的定量关系；
-中间预调整步骤，其在沉积操作上游或在沉积操作开始时使用并包括如下操作：根据预调整模型和所述组的点中各点处的涂层厚度的目标值向传动器发送控制信号；
-测量步骤，其在沉积操作过程中使用并包括如下操作：处理该组的点中各点处的涂层厚度的测量结果；和
-调整步骤，其在沉积操作过程中在预调整步骤后使用并包括如下操作：向传动器发送各自的控制信号，该信号已通过基于调整模型和成本函数的预测性控制进行处理，其中所述成本函数考虑所述组的点中各点处的厚度目标值与测量值之间的任何可能的误差。
因此，尽管预测性控制的具体技术本身是已知的，例如从JacquesRichalet、Guy Lavielle和Mallet著，由Editions Eyrolles在2004年出版的著作“La commande prédictive”中获知，本发明提出将其原理应用于控制沉积在载体上的涂层的厚度用的传动器的动态控制，同时保持静态控制这些传动器的预调整的原理。
优选地，该调整模型是线性模型，且成本函数是二次函数。
在期望的是不从本发明的方法的使用中排除人工操作员直接干预传感器的可能性的情况下，并在这类干预先验地导致干扰该调整模型的情况下，可以适当地提出，本发明的方法还包括至少在传动器组中的每个传动器处产生至少一个代表该传动器状态的状态信号的操作，通过控制信号发送的补充手段作用于该组中的至少一个传动器的操作，和使用所述组的传动器中的每个传动器的各状态信号调整该传动器以更新向该传动器发送的控制信号的操作，术语“更新”在此与“使用最新已知值更新”同义。
本发明同样涉及使用如上文定义的沉积方法的装置，该装置的特征在于，其包含传动器和调整模件，设计所述传动器以根据它们收到的控制信号或指示作用于涂层厚度，并将校正后的状态的数据传输到调整模件，设计该调整模件以通过预测性控制来决定那些待发送给传动器的控制信号或指示以使如测得的涂层厚度向该厚度的目标值收敛。
优选地，这类装置包括下列元件中的一个或多个作为传动器：具有可调节唇的鼓风干燥机、分级的电磁性轮廓校正器(correcteurélectromagnétique fractionnéde profil)和用于定位抗瓦形翘曲辊、通过线路辊和/或底部偏转辊的器件，如千斤顶(verins)。
参照附图，从作为指示而非限制的下列描述中清楚看出本发明的其它特征和优点，其中：
-图1是受通过传统途径沉积的涂层保护的载体的大比例部分横截面图；
-图2是镀锌装置的一部分的示意性侧视图；
-图3是显示鼓风干燥机的作用的示意性细节图；
-由图4a至4c构成的图4是涂布装置的示意性横截面图，其代表载体条带相对于干燥机的各种装配缺陷和最终产品中的相关缺陷；
-图5是镀锌装置的一部分的另一示意性侧视图；
-图6是从两个干燥机前经过的一部分条带的透视细节图；
-图7是空气射流干燥机的示意性透视图；
-图8是镀锌装置的一部分的又一示意性侧视图；
-图9是连续镀锌装置的一部分的示意性透视图；
-图10是镀锌装置的一部分的另一示意性侧视图；
-图11是说明本发明的装置的图；和
-由图12a和12b构成的图12是显示鼓风干燥机作用(图12a)和描述该作用的物理定律(图12b)的示意图。
如上文中指出，本发明涉及(图11)在载体，如具有确定宽度的钢带上连续沉积涂层，特别是锌涂层的方法，其中该载体表面上的涂层厚度应该趋近对载体的整个表面而言通常恒定的目标值。
该方法包括沉积操作，在此过程中，通过连续走带传送构成载体的条带1，并投入液态锌浴2中，在此其被底辊3偏转。该条带1随后从“抗横向弯曲”辊4和通过线路辊5之间经过，并在覆盖有液态锌层的情况下离开锌浴，该液态锌层在两个鼓风干燥机7和8之间干燥。厚度量具13测量经干燥和固化的涂层的厚度，条带1和量具13的传感器的组合位移构成路径14。辊4和干燥机7和8装备有各自的传动器，如61、62、91、92、101、102、111至11x和121至12x。
这些传动器受各自控制信号的控制，这些控制信号构成传动器的调整指示并且能够送回代表它们已有效执行的调整的各自的状态信号。
本发明的装置包含准备或预调整模件16，其中通过实验确立的静态预调整模型在沉积操作之前已至少被存储记忆，并包括，针对沿载体1宽度分布的点22的每一个和针对每个传动器，将该点处的涂层厚度与能提供给该传动器的控制信号的一个或多个分量的值相联系的定量关系。
在沉积操作开始之前或就在沉积操作开始时，所述传动器，如61、62、91、92、101、102、111至11x和121至12x将状态信号或数据15发送给准备模件16，从而向该模件16通报其状况。另一方面，该相同准备模件16以数据17的形式接收尤其定义要沉积的涂层厚度的目标值的操作变量。存储记忆在该准备模件16中的预调整模型可以使准备模件将预调整指示提供给传动器61、62、91、92、101、102、111至11x和121至12x。
本发明的方法同样使用调整模型，其包括，针对沿载体1宽度分布的点22中的每一个和针对每个传动器，将该点处的涂层厚度变化与提供给该传动器的控制信号的至少一个分量的值的变化相联系的定量关系。
该调整模型可以存储记忆在调整模件20中，或存储记忆在准备模件16中并由其传送给调整模件20。
基于这种调整模型和对条带1宽度上的不同点22获得的厚度测量数据21，该调整模件20通过预测性控制决定该模件20应该发送给传动器61、62、91、92、101、102、111至11x和121至12x的控制信号或指示23，其从传动器接收校正后的状态数据24以使如测得的涂层厚度收敛于该厚度的目标值。
换言之，本发明的方法使用预测涂层横向厚度的模型，其可以预测的受控变量的发展，该模型的构造使其是线性的。
根据预测性控制的一般原理，该模型使用呈与所考虑的测量点22的数量对应的维数向量(vecteur de dimension)“n”形式的在条带1宽度上的涂层厚度测量值。维数向量“n”对应于所启动的每个动态传动器(例如对应于用于空气射流的厚度调整的“m”个传动器中的每一个)，并以分别对应于所考虑的测量点22的“n”个行和分别对应于所启动的动态传动器的“m”列的矩形矩阵形式表示该组传动器的作用。
优选通过使用通常代表在各测量点22处测得的厚度与该厚度目标值之间的欧几里得距离的二次成本函数进行要供应给动态传动器的控制信号的优化。
通过进行该成本函数的最小化，同时考虑对由各种传动器的状态形成的各种影响变量的各种约束，进行这种优化，这些约束能够固定在该模型中或以数据25形式引入。
这些约束具体包括：
-用于调整空气射流厚度e的器件的最小工作距离d(图12)。实际上，如果要将厚度e的变化表现为该涂层上的压力P的变化，条带1必须在射流区中走带，其中P＝f(d)，d≥do(图12b)；且
-条带1应该具有最小翘曲以保持一定纵向刚度以限制振动问题
本发明的方法也可以考虑其它测量数据，如“热”涂层厚度量具JC的厚度测量结果，和传感器MPB提供的条带轮廓测量结果。
本发明的方法同样可以控制除上文提到的那些以外的传动器，尤其是“抗横向弯曲”辊RAT的传动器ACT_RAT(图9)和磁性轮廓校正器CMP的传动器。
本发明的方法同样能够在调节系统中包含辅助器件，如磁性或鼓风预干燥机或用于控制涂层厚度的专用于条带1边缘的附加器件。
一般而言，本发明的方法提供在装置发展过程中集成新传动器或测量仪器的极大方便性。