CN110592521B - 一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，属于表面工程技术领域，该方法在喷枪上设有若干个激光器，通过若干个激光器的激光束光斑聚焦点方便准确获得喷涂粒子束斑的真实中心点位置，可获得实际喷涂粒子束斑在目标工件表面的运动轨迹。本发明可以方便准确对喷涂轨迹进行可视化编程，编程后的预期喷涂轨迹与实际的喷涂轨迹一致；对喷涂尺寸不明、尺寸难以测量或形状复杂的工件，同样可以方便准确的进行编程；使喷涂运动轨迹全程可视化，方便验证喷涂程序。

Description

一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，具体涉及一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法。
背景技术
在工件(特别是复杂形状工件)上采用喷涂机械手进行等离子、火焰等各种喷涂，其前提条件是必须获取真实的喷涂粒子束斑中心点，从而获得可视化的真实的喷涂轨迹，此为喷涂表面工程技术领域的难点之一。
现行喷涂方法是在设置的喷涂距离和喷涂角度条件下，将喷嘴中心线与喷涂工件表面的交点(图3中的O点)假定为喷涂粒子束斑中心点，作为喷涂编程的位置依据，同时将喷枪运行轨迹视为喷涂粒子束斑的喷涂轨迹。此方法存在的问题是：一是喷涂过程中粉末粒子束与喷嘴中心线并不重合，存在一定偏移，且偏移量与喷涂距离不存在线性关系，导致机械手编程后的预期喷涂轨迹与实际的喷涂轨迹存在较大误差，特别在复杂曲面表面喷涂时这种误差尤其明显；二是由于喷枪有一定的尺寸形状，导致将喷枪运行轨迹视为喷涂粒子束的喷涂轨迹误差较大。
为此，迫切需要一种新的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，能准确地获取真实的喷涂粒子束斑中心点，能有效的保证预期喷涂轨迹与实际的喷涂轨迹一致。
本发明采用的技术方案如下：
一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其步骤为：
S1：在喷枪上转动设置若干个激光器；
上述步骤中，喷枪为装夹在机械手/机器人上，用于等离子喷涂/火焰喷涂等各类喷涂的非轴向送粉的喷枪。其中，激光器可以通过万向球、不锈钢弯管或铰链等多种结构转动设置在喷枪上，并不局限于说明书中具体提到的结构。
S2：设置喷枪的喷嘴对试验工件的喷涂距离为L，喷涂角为A；
上述步骤中，喷涂距离为喷枪的喷嘴与工件表面之间的距离，喷涂角为喷枪喷嘴轴心线的延长线与工件表面之间的夹角。其中，为操作方便，试验工件可为与目标工件表面材质相同或相近的任意形状的平板。
S3：在试验工件表面上喷涂出粉末粒子束斑，测量出粉末粒子束斑的最厚点，将此最厚点作为粉末粒子束斑的中心点O＇,并标记；
上述步骤中，可以通过千分尺、涂层测厚仪等测量厚度的任意测量设备测量出粉末粒子束斑的最厚点，并不局限于说明书中具体提到的方法。
S4：转动激光器，使若干个激光器的激光束在试验工件表面的光斑聚焦于一点并与中心点O＇重合，固定此时的激光器照射角度；
S5：将试验工件更换成目标工件，此时若干个激光器的激光束在目标工件表面的光斑聚焦点即为在喷涂距离为L，喷涂角度为A的喷涂条件下喷嘴喷出的粉末粒子束斑的中心点。
由于采用上述步骤，能准确的获得喷枪喷嘴在目标工件上的粉末粒子束斑真实中心点，可获得实际喷涂粒子束斑在目标工件表面的运动轨迹，可以方便准确的对喷涂轨迹进行可视化编程，使编程后的预期喷涂轨迹与实际的喷涂轨迹一致，避免喷涂误差，使需要精确定位的喷涂位置喷涂涂层厚度均匀，同时使喷涂轨迹全程可视化，方便验证喷涂程序。而且，通过激光器激光束照射点光斑聚焦定位，可以测量定位点的具体坐标，实现工件表面毫米级的定位。
进一步的，所述步骤S1中，所述激光器通过万向球转动设置在喷枪上，并通过万向球实现照射角度的固定。
上述步骤中，激光器通过万向球转动设置在喷枪上，既可以实现激光器的转动，又可以保证照射角度的固定，简化激光器与喷枪的连接元件结构，简化激光器的安装步骤。
进一步的，所述步骤S3中，采用千分尺/涂层测厚仪测量出粉末粒子束斑的最厚点。
进一步的，所述激光器的激光束在试验工件/目标工件表面的光斑均可落在喷枪喷出的粉末粒子束斑内任意一点。
进一步的，所述激光器为可见激光器，其激光束照射点直径可调节为小于或等于毫米级的清晰光斑。
上述步骤中，激光器为能发射出红光、绿光等各类可见光的激光器，其激光束照射点直径可调节为小于或等于毫米级的清晰光斑，可以使该光学定位方法能适用于不同的喷涂粒子束斑，同时保证激光束照射光斑能落在喷枪喷出的粉末粒子束斑内任意一点。
进一步的，当喷涂距离和/或喷涂角度改变时，重复步骤S2-S5。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.方便准确地获取真实的喷涂粒子束斑中心点，以此为喷涂编程的位置依据，不但实现了喷涂轨迹的可视化编程，且机械手编程后的预期喷涂轨迹与实际的喷涂轨迹一致；
2.在需要精确定位的喷涂位置(如喷涂轨迹的起点、终点、转折点等)，喷涂的涂层厚度均匀，不会出现涂层太薄、或太厚导致脱落的情况；
3.对喷涂尺寸不明、尺寸难以测量或形状复杂的工件，同样可以方便准确的进行编程；
4.在喷涂过程中，喷涂运动轨迹全程可视，方便验证喷涂程序。
附图说明
图1是采用现有的喷涂方法时，圆形工件表面圆心点喷涂涂层太厚而脱落的实验图；
图2是采用现有的喷涂方法时，圆形工件表面圆心点喷涂涂层太薄的实验图；
图3是等离子喷枪的结构示意图；
图4是采用实施例所述喷涂粒子束斑中心点光学定位方法时，圆形工件表面上喷涂涂层；
图中标记：1-等离子喷枪，2-红外激光器，3-喷嘴，4-喷涂粒子束，5-粉末粒子束斑，O-喷嘴中心线与喷涂工件表面的交点，O＇-喷涂粒子束斑的中心点。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有的的喷涂方法是，将喷嘴中心线与喷涂回转体圆形工件表面圆心的交点(如图3中的O点)作为喷涂编程的位置依据，按照此方法进行编程；驱动程序后在回转体圆形工件表面喷涂出的涂层，由于实际喷涂粒子束斑涂层的中心点的位置不清楚，实际喷涂粒子束斑涂层的中心点可能已到达或超过圆形工件表面圆心点，导致圆形工件表面圆心点涂层太厚而脱落，如图1所示；或导致圆形工件表面圆心点涂层太薄，如图2所示。
以下采用大气等离子喷涂方法喷涂氧化钇稳定氧化锆涂层为例。
一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，如图3所示，其步骤为：
S1：在大气等离子喷枪1上固定安装两个支架，支架上均对应转动设有万向球，万向球上均固定安装有红外激光器2；
支架固定位置靠近等离子喷枪1的喷嘴3一侧设置，支架可通过胶粘、强力磁吸或其余不破坏喷枪1使用性能的任何固定方法固定在喷枪1枪体上任意位置，越靠近喷嘴3的位置越佳；
S2：设置等离子喷枪1的喷涂距离为100mm，喷涂角度为90°；
S3：编写等离子喷枪1平移到试验工件正前方保持1～2秒不动的基础喷涂程序；
S4：待喷涂参数稳定后，驱动步骤S3中程序，在试验工件上喷涂出粉末粒子束斑5；
S5：通过涂层测厚仪测量喷涂的粉末粒子束斑5的最厚点O＇，并标记；
S6：重新驱动步骤S3中的程序，使等离子喷枪1重新平移到获得粉末粒子束斑5的试验工件前方；
S7：调节两红外激光器2，使得两红外激光器2的两束红光激光束在试验工件上的光斑聚焦于一点，且与标记的粉末粒子束斑5的最厚点O＇目视重合，并固定此时两红光激光器的照射角度；
S8：将试验工件取下，换上需要喷涂的目标工件；将两红外激光器2的两束红外点光束的聚焦点作为目标工件喷涂过程中的喷涂粒子束斑5中心点实际位置；
S10：对需要喷涂的目标工件进行喷涂轨迹可视化编程，在示教模式下验证喷涂程序；验证喷涂程序准确无误，待喷涂参数稳定后，驱动该程序进行大气等离子喷涂氧化钇稳定氧化锆涂层制备。图4为驱动该程序后在回转体圆形工件表面喷涂出的涂层结果，圆形工件表面圆心点喷涂出的涂层厚度可控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：其步骤为：
S1：在喷枪上转动设置若干个激光器；
S2：设置喷枪的喷嘴对试验工件的喷涂距离为L，喷涂角为A；
S3：在试验工件表面上喷涂出粉末粒子束斑，测量出粉末粒子束斑的最厚点，将此最厚点作为粉末粒子束斑的中心点O＇,并标记；
S4：转动激光器，使若干个激光器的激光束在试验工件表面的光斑聚焦于一点并与中心点O＇重合，固定此时的激光器照射角度；
S5：将试验工件更换成目标工件，此时若干个激光器的激光束在目标工件表面的光斑聚焦点即为在喷涂距离为L，喷涂角度为A的喷涂条件下喷嘴喷出的粉末粒子束斑的中心点。
2.如权利要求1所述的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述激光器通过万向球转动设置在喷枪上，并通过万向球实现照射角度的固定。
3.如权利要求1所述的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用千分尺/涂层测厚仪测量出粉末粒子束斑的最厚点。
4.如权利要求1所述的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：所述激光器的激光束在试验工件/目标工件表面的光斑均可落在喷枪喷出的粉末粒子束斑内任意一点。
5.如权利要求4所述的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：所述激光器为可见激光器，其激光束照射点直径可调节为小于或等于毫米级的清晰光斑。
6.如权利要求1-5之一所述的喷涂粒子束斑中心点光学定位方法，其特征在于：当喷涂距离和/或喷涂角度改变时，重复步骤S2-S5。
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