CN106955831B - 一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法。本发明的涂层均匀度高，可以对程序进行升级提高精度，适应性好，可以喷涂闭合曲面或者非闭合曲面，可喷涂不规则的表面。本发明经过实际测试，在不规则内表面的涂层厚度误差在100μm以内，该程序的优点，可以通过增加分割线和分割点的数量来进一步提高喷涂精度。
Description
技术领域
本发明属于燃机表面喷涂的技术领域，具体涉及一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，对材料表面进行改性，热喷涂，保证不规则曲面喷涂的涂层厚度均匀度。
背景技术
不同涂层有不同的功能，可以起到耐磨、耐高温等作用，对基体进行保护。对部件进行加工时，很重要的一点是要保证涂层的均匀度。即制定区域的涂层厚度要尽可能均匀。
而燃机表面的手持喷涂，目前完全依赖于工作人员的感觉，可重复性较差，喷涂过程中喷涂角度不能根据表面形状进行改变。对于非金属涂层，例如陶瓷涂层，可以使用测厚仪对厚度进行测量。对于规则的平面区域，等离子喷涂可以通过直线移动加偏移进行喷涂。对于规则的圆筒状部件，喷枪沿着轴向方向直线移动，加上工件本身的旋转，也可以获得均匀的涂层。
在等离子喷涂过程中，影响涂层均匀度的因素有：
1.送粉率，单位时间进入到等离子射流内部的粉末量，对于一个部件通常为恒定值。
2.等离子射流相对于待喷涂表面的角度。
3.等离子喷枪射流出口距离待喷涂表面的距离。决定了粉末从进入等离子射流至沉积到待喷涂表面，这个过程中在射流中停留的时间，停留时间影响到粉末的融化程度，进而影响沉积效率。
4.喷枪射流相对与待喷涂表面的移动速度。喷枪射流相对于待喷涂表面移动速度越慢，粉末在单位面积堆积得越厚；相反，如果喷枪相对于待喷涂表面移动速度越快，单位面积上涂层厚度越薄。
而对于不规则的复杂曲面，如果仍然利用直线移动加偏移的话，所获得的涂层均匀度往往不符合要求。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，以保证在不规则曲面喷涂涂层时厚度可以均匀分布。
技术方案：一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，包括如下步骤：
(1)使用一定数量的线将不规则表面分成若干区域，每条线上又有若干个点，用以对表面进行进一步地分割，曲面被分割的区域越多，每个平面拼接起来的形状越接近真实的曲面形状；具体地，喷涂程序分割线有M条线段，由于是闭合曲面，即筒状曲面：第1条线和第15条线段完全重合，M条线段将部件内表面分割成M-1个区域，由于每条线上又有10个分割点，将M-1个区域进一步分割成9M-9个区域；
(2)在喷涂过程中，上述被分的每个区域将当作平面看待，在平面内部，喷枪的移动轨迹为直线加偏移，当喷枪射流在表面移动一次时的轨迹为山峰状，为保证涂层均匀，两次喷涂轨迹之间的偏移距离不能太大，否则会出现涂层高低起伏的情况，为保证单个区域内涂层的均匀性，相邻两次轨迹之间的偏移量需要在一定范围内，在分区时，最初由M条线将曲面分区，这M条线上点位置信息是已知的，首先计算相邻两条分割线上10个分割点的距离L，然后尝试将两条分割线之间的距离等分为n等份，则喷涂时偏移距离为L/n，其中n为整数，程序算法会从1开始尝试均分，直到n值可以满足偏移距离L/n落在规定的范围内；P1P2位相邻的分割线，分割线上分别有十个目标点P11P12……P110，P21P22……P210,程序会通过计算寻找合适的n值将P11和P21，P12和P22，……P120和P210之间的距离L1，L2……L10均分为n段，这样分割线P1和P2之间的喷涂偏移距离L1/n L2/n……L10/n就随之确定；
(3)当单个区域内的均分值n确定之后，相邻两条分割线上对应的分割点之间就会被均分为n段，对应插入n-1个点为程序目标点；对于机器人程序而言，目标点是运动时机器人需要移动到的位置，目标点中包含有空间坐标信息xyz，以及相对于表面的角度信息，这些信息都可以通过插值法计算出来，这样在喷涂曲面区域时，每条轨迹的喷涂角度都可以接近90°，进一步保证涂层的均匀度。
作为优选方案：在该喷涂程序中，机器人的等离子喷枪在9M-9个分割区域内的移动速度均可以单独调节，配合上述算法，涂层均匀度得以保证。
有益效果：本发明的涂层均匀度高，可以对程序进行升级提高精度，适应性好，可以喷涂闭合曲面或者非闭合曲面，可喷涂不规则的表面。本发明经过实际测试，在不规则内表面的涂层厚度误差在100μm以内，该程序的优点，可以通过增加分割线和分割点的数量来进一步提高喷涂精度。
附图说明
图1是本发明中的区域分割示意图；
图2是本发明中的某一个区域的分割线示意图；
图3是本发明中的单个区域内的喷涂轨迹示意图；
图4是本发明中的两次喷涂轨迹之间的偏移示意图；
图5是本发明中的分割线上的目标点的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例
一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，包括如下步骤：
(1)使用一定数量的线将不规则表面分成若干区域，每条线上又有若干个点，用以对表面进行进一步地分割。具体地，如图1-2所示，喷涂程序分割线有15条线段，由于是闭合曲面，即筒状曲面：第1条线和第15条线段完全重合，M条线段将部件内表面分割成14个区域，由于每条线上又有10个分割点，将14个区域进一步分割成126个区域。
(2)以126个区域中某一个区域为例。在喷涂过程中，将该区域当作平面看待(注意，曲面被分割的区域越多，每个平面拼接起来的形状越接近真实的曲面形状)。如图3所示，在平面内部，喷枪的移动轨迹为直线加偏移。需要注意的是，当喷枪射流在表面移动一次时的轨迹为山峰状，为保证涂层均匀，两次喷涂轨迹之间的偏移距离不能太大，否则会出现涂层高低起伏的情况。如图4所示，第三种情况是生产中所需要的。为保证单个区域内涂层的均匀性，相邻两次轨迹之间的偏移量需要在一定范围内，在分区时，最初由15条线将曲面分区，这15条线上点位置信息是已知的，首先计算相邻两条分割线上10个分割点的距离L，然后尝试将两条分割线之间的距离等分为n等份，则喷涂时偏移距离为L/n，其中n为整数，程序算法会从1开始尝试均分，直到n值可以满足偏移距离L/n落在规定的范围内。如图5所示，P1P2位相邻的分割线，分割线上分别有十个目标点P11P12……P110，P21P22……P210,程序会通过计算寻找合适的n值将P11和P21，P12和P22，……P120和P210之间的距离L1，L2……L10均分为n段，这样分割线P1和P2之间的喷涂偏移距离L1/n L2/n……L10/n就随之确定；
(3)当单个区域内的均分值n确定之后，相邻两条分割线上对应的分割点之间就会被均分为n段，对应插入n-1个点为程序目标点；对于机器人程序而言，目标点是运动时机器人需要移动到的位置，目标点中包含有空间坐标信息xyz，以及相对于表面的角度信息，这些信息都可以通过插值法计算出来，这样在喷涂曲面区域时，每条轨迹的喷涂角度都可以接近90°，进一步保证涂层的均匀度。
在该喷涂程序中，机器人的等离子喷枪在9M-9个分割区域内的移动速度均可以单独调节，配合上述算法，涂层均匀度得以保证。
本发明的涂层均匀度高，可以对程序进行升级提高精度，适应性好，可以喷涂闭合曲面或者非闭合曲面，可喷涂不规则的表面。本发明经过实际测试，在不规则内表面的涂层厚度误差在100μm以内，该程序的优点，可以通过增加分割线和分割点的数量来进一步提高喷涂精度。
Claims (2)
1.一种机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)使用一定数量的线将不规则表面分成若干区域，每条线上又有若干个点，用以对表面进行进一步地分割，曲面被分割的区域越多，每个平面拼接起来的形状越接近真实的曲面形状；具体地，喷涂程序分割线有M条线段，由于是闭合曲面，即筒状曲面：第1条线和第M条线段完全重合，M条线段将部件内表面分割成M-1个区域，由于每条线上又有10个分割点，将M-1个区域进一步分割成9M-9个区域；
(2)在喷涂过程中，上述被分的每个区域将当作平面看待，在平面内部，喷枪的移动轨迹为直线加偏移，当喷枪射流在表面移动一次时的轨迹为山峰状，为保证涂层均匀，两次喷涂轨迹之间的偏移距离不能太大，否则会出现涂层高低起伏的情况，为保证单个区域内涂层的均匀性，相邻两次轨迹之间的偏移量需要在一定范围内，在分区时，最初由M条线将曲面分区，这M条线上点位置信息是已知的，首先计算相邻两条分割线上10个分割点的距离L，然后尝试将两条分割线之间的距离等分为n等份，则喷涂时偏移距离为L/n，其中n为整数，程序算法会从1开始尝试均分，直到n值可以满足偏移距离L/n落在规定的范围内；P1P2位相邻的分割线，分割线上分别有十个目标点P11P12……P110，P21P22……P210,程序会通过计算寻找合适的n值将P11和P21，P12和P22，……P120和P210之间的距离L1，L2……L10均分为n段，这样分割线P1和P2之间的喷涂偏移距离L1/n L2/n……L10/n就随之确定；
(3)当单个区域内的均分值n确定之后，相邻两条分割线上对应的分割点之间就会被均分为n段，对应插入n-1个点为程序目标点；对于机器人程序而言，目标点是运动时机器人需要移动到的位置，目标点中包含有空间坐标信息xyz，以及相对于表面的角度信息，这些信息都可以通过插值法计算出来，这样在喷涂曲面区域时，每条轨迹的喷涂角度都可以接近90°，进一步保证涂层的均匀度。
2.根据权利要求1所述的机器人对燃机部件的复杂曲面的喷涂方法，其特征在于：在该喷涂程序中，机器人的等离子喷枪在9M-9个分割区域内的移动速度均可以单独调节，配合上述算法，涂层均匀度得以保证。
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