CN109909092A - 基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法，包括步骤：A、基于待喷涂平面的尺寸规划喷枪的移动轨迹，基于所述移动轨迹进行喷绘；所述移动轨迹为方波式轨迹；B、对所喷绘的漆膜进行无损检测，以实时检测漆膜厚度是否符合预期，当不符合预期时，对喷涂厚度进行调整。由上，采用上述漆膜喷涂方法，可以基于不同平面件的尺寸灵活设定喷涂轨迹，并且通过对于轨迹的约束使得喷涂更为均匀。基于实时的漆膜厚度检测，可以与喷涂形成闭环，从而不断调整喷涂方案，达到最佳喷涂效果。

Description

基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法

技术领域

本发明涉及漆膜自动喷涂技术领域，特别是一种基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法。

背景技术

油漆被空气压缩雾化成细小颗粒，细小颗粒在被喷涂工件表面沉积，最终形成连续的漆膜。影响漆膜质量的3个关键零部件分别是阀门、喷嘴及空气帽。其中，喷嘴的作用是用来引导压缩空气的流向，空气帽的作用是用来压缩空气孔所出气流，如图1所示。空气孔主要分为：侧空气孔101、中间气孔102和通风气孔103。侧空气孔101吸入空气从而形成负压，该负压使油漆由中间气孔102喷射而出，喷射出来的油漆雾化成锥形区域，最终油漆颗粒沉积在工件表面形成漆膜。通风气孔103的作用是用来排出压缩空气，促进油漆的充分雾化。如图2所示，油漆在通过压缩空气被雾化并喷出后，除被喷涂工件边缘200的无效区202外，在有效区201内最终形成一层薄膜。

如图3所示的五种情况，由左至右依次对应喷枪距离过近、喷枪距离适中、喷枪距离过远、喷枪角度反偏和喷枪角度正偏。而喷漆距离、喷枪角度、油漆量和喷枪移动速度等都会产生不同的漆膜效果。故要实现漆膜厚度的实时控制，关键即在于通过检测反馈调整喷漆距离等参数。

针对喷涂效果，需要测量漆膜厚度，如果漆膜厚度不在合格范围内，会产生腐蚀性能、附着力、弯折性能等不良风险。但现阶段的实际工况中，尤其是喷涂机器人进行喷涂的过程中，无法进行漆膜的实时检测，仅能像传统工艺一样，待喷漆流平后，使用专门的漆膜厚度检测设备进行检测，并对不合格处进行返喷、人工补喷等操作，极大降低了工作效率。其次，虽然目前已出现了AI喷涂机器人，但其喷涂质量层次不齐，当喷涂不匀时，反而事倍功半。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法，包括步骤：

A、基于待喷涂平面的尺寸规划喷枪的移动轨迹，基于所述移动轨迹进行喷绘；所述移动轨迹为方波式轨迹；

B、对所喷绘的漆膜进行无损检测，以实时检测漆膜厚度是否符合预期，当不符合预期时，对喷涂厚度进行调整。

由上，采用上述漆膜喷涂方法，可以基于不同平面件的尺寸灵活设定喷涂轨迹，并且通过对于轨迹的约束使得喷涂更为均匀。基于实时的漆膜厚度检测，可以与喷涂形成闭环，从而不断调整喷涂方案，达到最佳喷涂效果。

其中，步骤A所述规划喷枪的移动轨迹包括：

获取所述平面件的长度l和宽度H，

同时满足喷涂轨迹所需的时间最短，以及漆膜搭接区域的漆膜累积厚度和与其相邻的单枪漆膜区域漆膜厚度偏差最小，计算所述方波式轨迹。

由上，结合平面件的喷涂区域的尺寸，在喷涂轨迹的最短时间和单枪漆膜区域与其相邻的漆膜搭接区域的之间的最小偏差之间取平衡，可以在兼顾喷涂时间和整体喷涂的均匀程度。

其中，所述喷涂轨迹所需的时间包括：

式中L₂表示喷涂轨迹所需的时间，l、H分别表示待喷涂平面的长度和宽度，d表示漆膜搭接区域的宽度，v表示喷枪在方波的波峰与波谷间移动的速度；

所述方波式轨迹的方波波峰或波谷宽度对应所述漆膜搭接区域的宽度，所述漆膜搭接区域的宽度d的总长对应所述待喷涂平面的长度l；波峰与波谷间对应所述待喷涂平面的宽度H。

其中，所述漆膜搭接区域的漆膜累积厚度和与其相邻的单枪漆膜区域漆膜厚度偏差包括：

式中L₁表示所述厚度偏差，表示漆膜搭接区域中心的漆膜厚度值，T(0)表示与所述漆膜搭接区域中心相邻的单枪漆膜区域的漆膜厚度值。

其中，步骤A所述规划喷枪的移动轨迹还包括：所述单枪漆膜区域的漆膜厚度与预设的漆膜厚度期望之差小于最大允许偏差。

由上，可以有效的保证整体漆膜厚度的均匀性。

其中，所述基于所述移动轨迹进行喷绘的漆膜厚度为：

式中，T₁₂表示喷涂厚度，T(x)表示单枪漆膜的漆膜厚度值，x表示对应坐标值；T(x-d)表示表示相邻单枪漆膜之间的厚度影响值；w表示单枪漆膜的宽度；T_max表示单枪漆膜的漆膜厚度最大值；β表示β分布二维曲线模型的条件参数。

由上，采用上述计算式，充分考虑了在各单枪漆膜之间的相互影响，所计算出的厚度值真实的反映出了喷绘出的整体厚度。

其中，所述实时检测漆膜厚度包括：通过配置于喷枪处的涂层厚度检测装置对漆膜厚度进行非接触测量。

由上，省略了现有技术依赖于喷漆流平后，使用专门的漆膜厚度检测设备进行检测，并对不合格处进行返喷、人工补喷等操作的步骤，采用非接触式测量装置时喷时捡，大大提高了效率。

另外，在步骤A前还包括，判断待喷涂对象的形状，当所述待喷涂对象为异形时，将其拆分为多个所述待喷涂平面。

由上，可以实现对各种喷涂对象的喷涂，而非仅限于平板的待喷涂对象。

附图说明

图1为空气帽的结构示意图；

图2为油漆喷涂原理示意图；

图3为喷枪在不同位置进行喷涂的示意图；

图4为喷涂装置的原理示意图；

图5为漆膜喷涂方法的流程图；

图6为喷涂路径示意图；

图7为漆膜厚度分布与喷涂距离之间的三维漆膜厚度分布示意图；

图8为漆膜搭接区域示意图；

图9为涂层厚度检测原理示意图；

图10为对异形面件的分割示意图。

具体实施方式

下面参见图1～图10对本发明所述的基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法进行详细说明。

本实施例中，喷枪作为喷涂装置的输出端，安装在机器人末端，需要配备专用的涂料输送系统，并保证涂料流量的稳定性。喷涂装置包括流体系统和空气系统两部分，流体系统的功能是搅拌涂料，并将涂料压送到喷枪，并不断往复循环；空气系统的功能是给喷枪提供压缩空气，并用压缩空气驱动流体系统的气动元件。

结合图4所示，流体系统由涂料管将容器424、涂料泵417、第一涂料球阀418、过滤器419、第二涂料球阀420、稳压器421、调压器422和喷枪423串接组成。在所述涂料管将容器424中配置有搅拌器415的搅拌机构，涂料管将容器424中的涂料经涂料泵417加压后过滤，然后经稳压器421和调压器422送到喷枪423雾化喷涂，多余的涂料循环回流到涂料管将容器424。调压器422用于设定喷枪423的涂料压力。

气路系统由依次串联的气源401、球阀402、压力表403和过滤器404，以及在过滤器404后相互并联的五条支路组成。

第一支路包括串联的第一开关阀405、第一调压阀410和油雾器416组成，第一开关阀405的上游连接过滤器404的下游，油雾器416的下游连接前述搅拌器415。

第二支路包括串联的第二开关阀406、第二调压阀411，第二开关阀406的上游连接过滤器404的下游，第二调压阀411的下游连接前述稳压器421。

第三至第五支路均包括串联的一开关阀(407、408、409)和调压阀(412、413、414)组成，开关阀的上游连接过滤器404的下游，调压阀的下游连接前述喷枪423。

气路系统中的压缩空气经过滤器404后分为五路，第一支路用于驱动搅拌器415的马达、第二支路为稳压器421提供气源、第三至第五支路用于开关自动喷枪，以及涂料的雾化和扇幅的调节。

如图5所示为漆膜喷涂方法的流程，包括以下步骤：

S100：基于平面件预设喷枪的喷涂轨迹。

基于3D识别技术确定待喷涂平面件的结构、形状。本实施例以待喷涂平面件为平板型为例，需至少确定出待喷涂平面件的长度和宽度。

针对平面件的喷涂，采用如图6所示的“纵向型”方波轨迹，以平面件的一个顶点为坐标原点，即起始位置(0,0)。

在该平面内首先纵向移动H，即由起始位置(0,0)移动至(0,H)，然后横向移动d，即由位置(0,H)移动至(d,H)，其次纵向移动-H，即由位置(d,H)移动至(d，0)，再次横向移动d，即由位置(d，0)移动至(2d,0)，由此完成第一个喷涂循环。

此后重复上述喷涂循环，即当前次喷涂循环的起点为前次循环的终点，直至最终喷涂至(l,0)，即直至喷涂轨迹覆盖所述平面件。其中l即为平面件的长度，l＝nd(n＝1,2，……)，H则平面件的宽度。

结合图6所示，所述横向移动d所对应的喷枪行进的空白区域，该空白区域称为喷枪轨迹间的漆膜搭接区域的宽度。由此，所述述横向移动d还表示喷枪轨迹间的漆膜搭接区域的宽度。

S200：约束喷涂轨迹中的横向移动距离。

完成图6所示平面件的喷涂所需的时间L₂为：

式中l表示平面件的长度，H表示平面件的宽度，d表示漆膜搭接区域的宽度，v表示喷枪在(0,0)到(0,H)所在的竖直方向上的移动速度。上述计算式中，忽略了喷枪在(0,H)到(d,H)所在的水平方向上的动时时间。

在喷涂过程中，需满足任意点的漆膜厚度分布与喷涂距离之间的三维漆膜厚度分布关系，由于在实际作业中，待喷涂的平面件极少为水平面，而多为带有一定凸起或凹陷的近似平面件，由此在喷涂过程中，需要考虑到漆膜厚度分布与喷涂距离之间的关系。即上述关系呈现为如图7所示的漆膜厚度分布与喷涂距离之间的三维漆膜厚度分布模型，图中h表示喷头距离工件的距离，x表示后文中所述的涂层厚度检测装置的检测漆点位置，T表示漆膜厚度。

基于上述分布模型，在任意点的漆膜厚度T₁₂表示为：

式中，T(x)表示对应如图6所示的喷枪轨迹的漆膜厚度值，x对应坐标值；T(x-d)表示相邻喷枪轨迹之间的厚度影响值；w表示喷枪轨迹的漆膜宽度；T_max表示喷枪轨迹的漆膜厚度最大值；β表示β分布二维曲线模型的条件参数。

由搭接区域漆膜厚度分布可知，漆膜厚度由图6中所示的A点、B点、C点3个点控制。要使漆膜厚度最均匀，在每次喷涂路径的循环中，必须保证漆膜在漆膜搭接区域中心(A点处)的累积厚度和与其相邻的单枪漆膜区域(B点、C点处)的厚度偏差L₁最小，表示为：

式中T(0)表示B点、C点的漆膜厚度值、T(d/2)表示A点的漆膜厚度值。

为保证整体漆膜厚度的均匀性，喷枪轨迹的漆膜厚度T(x)和膜厚期望T_d之差小于最大允许偏差ε，即：

|T(x)-T_d|≤ε

因此，结合图8所示，图中T1、T2分别相邻喷枪轨迹的漆膜示意，喷涂搭接宽度d的选择可用多目标优化表示为：

d_fit＝min(L1，L2)

即当L1和L2同时取到能取的最小值时所对应的横向移动距离d为最佳约束距离d_fit。

S300：喷枪基于约束后的喷涂轨迹进行喷绘。

基于步骤S200中所约束的最佳喷涂轨迹的横向移动距离，即可控制喷枪进行喷涂。

S400：实时喷绘出的漆膜厚度是否符合预期，若是则返回步骤S300继续喷绘；反之则进入步骤S500，调整喷绘参数。

对应的，本申请还包括配置于喷枪423处的涂层厚度检测装置，满足对漆膜厚度进行非接触式测量。结合图9所示，图中曲线横坐标为时间，纵坐标为温度或者缓变热量，该曲线用于表征涂层厚度检测装置检测的不同工况的工作特性曲线。采用光热法进行检测，其工作原理在于，通过测量涂层与基板之间吸收能量后不同的热导率，通过曲线进行对比判断，读取膜厚数据并进行反馈。

S500：调整喷绘参数。

基于背景技术可知，喷绘参数主要包括喷漆距离、喷枪角度、油漆量和喷枪移动速度等。结合图7所示的三维漆膜厚度分布示意图，则依据检测的漆膜厚度程度对应调整喷漆距离即可。不难理解，在预先调试过程中，还需结合算法以动态调整喷枪角度、油漆量和喷枪移动速度等参数，从而调试至最佳喷绘状态。当所有参数调试至最佳喷绘状态时，便可对待喷涂平面进行喷涂。

如果在测试喷绘阶段，则在本步骤后返回步骤S300，继续喷绘从而进行闭环检测直至漆膜厚度符合预期。如果在实际喷绘阶段，则需结合人工进行判断，是否需要返回步骤S300继续喷绘，或者对当前喷涂平面进行整体重新喷绘，又或者放弃当前喷绘的喷涂平面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，例如在步骤S100中，采用“横向型”方波轨迹，以平面件的一个顶点为坐标原点，即起始位置(0,0)。在该平面内首先横向移动l，即由起始位置(0,0)移动至(l,0)，然后纵向移动d，即由位置(l,0)移动至(l,d)，其次纵向移动-l，即由位置(l,d)移动至(0,d)，再次纵向移动d，即由位置(0,d)移动至(0,2d)，由此完成第一个喷涂循环。具体方波轨迹并不限于本申请实施例的两种情况，在此不一一限定。

又例如，本申请还包括对于异形面件的实施例，例如图10所示的一个葫芦形结构的异形面，首先采用“有限元分析”思想，将其分割成大量的空间平面组装个体(数量越大越精确)。对于每一个小的空间平面组装个体都可以应用上述漆膜喷涂方法，即通过根据建模调整H、l、d等参数即可将异形面件喷涂简化为多个平面件搭接喷涂的基本任务，从而控制漆膜厚度，保证喷涂效果的误差在理想值之内。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于漆膜厚度实时无损检测的漆膜喷涂方法，其特征在于，包括步骤：

A、基于待喷涂平面的尺寸规划喷枪的移动轨迹，基于所述移动轨迹进行喷绘；所述移动轨迹为方波式轨迹；

B、对所喷绘的漆膜进行无损检测，以实时检测漆膜厚度是否符合预期，当不符合预期时，对喷涂厚度进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述规划喷枪的移动轨迹包括：

获取所述平面件的长度l和宽度H，

同时满足喷涂轨迹所需的时间最短，以及漆膜搭接区域的漆膜累积厚度和与其相邻的单枪漆膜区域漆膜厚度偏差最小，计算所述方波式轨迹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述喷涂轨迹所需的时间包括：

式中L₂表示喷涂轨迹所需的时间，l、H分别表示待喷涂平面的长度和宽度，d表示漆膜搭接区域的宽度，v表示喷枪在方波的波峰与波谷间移动的速度；

所述方波式轨迹的方波波峰或波谷宽度对应所述漆膜搭接区域的宽度，所述漆膜搭接区域的宽度d的总长对应所述待喷涂平面的长度l；波峰与波谷间对应所述待喷涂平面的宽度H。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述漆膜搭接区域的漆膜累积厚度和与其相邻的单枪漆膜区域漆膜厚度偏差包括：

式中L₁表示所述厚度偏差，表示漆膜搭接区域中心的漆膜厚度值，T(0)表示与所述漆膜搭接区域中心相邻的单枪漆膜区域的漆膜厚度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A所述规划喷枪的移动轨迹还包括：所述单枪漆膜区域的漆膜厚度与预设的漆膜厚度期望之差小于最大允许偏差。

6.根据权利要求1～5任一所述的方法，其特征在于，所述基于所述移动轨迹进行喷绘的漆膜厚度为：

式中，T₁₂表示喷涂厚度，T(x)表示单枪漆膜的漆膜厚度值，x表示对应坐标值；T(x-d)表示表示相邻单枪漆膜之间的厚度影响值；w表示单枪漆膜的宽度；T_max表示单枪漆膜的漆膜厚度最大值；β表示β分布二维曲线模型的条件参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时检测漆膜厚度包括：通过配置于喷枪处的涂层厚度检测装置对漆膜厚度进行非接触测量。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A前还包括，判断待喷涂对象的形状，当所述待喷涂对象为异形时，将其拆分为多个所述待喷涂平面。