CN111672677A - 一种机器人自动化喷涂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人喷涂加工设备技术领域技术领域，具体涉及一种机器人自动化喷涂控制方法,包括以下步骤:（1）喷涂设备调试；（2）喷涂节点绘制；（3）偏离量确定；（4）分区设计；（5）程序编写及优化；（6）性能验证：①自动化喷涂涂层外观验证、②自动化喷涂涂层金相组织验证；（7）程序确定；（8）调用程序进行自动化生产。本发明具有以下优点：可大批量、持续作业；解放生产力、降低劳动强度；保证涂层质量的稳定性和一致性；保护工人的身体健康；保证生产安全和节约生产成本。

Description

一种机器人自动化喷涂控制方法
技术领域
本发明属于机器人喷涂加工设备技术领域技术领域，具体涉及一种机器人自动化喷涂控制方法。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
航空发动机涡轮导向叶片组件作为发动机的核心部件，其表面喷涂粘结层和热障涂层面层。导向叶片组件的结构为双联装叶片，分为上缘板、下缘板、后视左叶身和后视右叶身，叶身根据气流方向分为进气边和排气边，根据叶型可分为叶盆和叶背，左右两个叶身和上下缘板之间存在互相干扰和遮挡，结构十分复杂。热喷涂是通过高温融合粉末材料，在一定速度下撞击基体形成具有各种性能的涂层，可分为等离子喷涂、爆炸喷涂以及上述基本喷涂形式的派生方式，如低压等离子喷涂、超能等离子喷涂和等离子物理沉积等。
受制于零件结构，在目前的喷涂作业中还是采用人工作业的方法，将工件运至喷涂房，工人利用手持喷枪对工件进行喷涂操作。这样的喷涂方法不仅不能持续性作业，并且喷涂效率低，不能大批量生产，在一些情况下喷涂工人的工作质量不稳定，并且喷涂车间需要大量工人协同作业，喷涂对工人的技术要求高，工人穿戴厚重的防护用品，也无法长时间工作，工作一段时间(半小时)，必须休息，同时金属粉末融化产生的高速焰流和高噪声，陶瓷粉末融化产生的高温高辐射严重危害员工的身体健康。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于,提供一种可以识别喷涂工件，可控制喷涂遍数，可控制喷涂速度，适应力强，满足不同型号零件的要求，并且在进行喷涂作业时喷涂车间无需工作人员，可以与转台配合的机器人自动化喷涂控制方法。
具体技术方案如下：
一种机器人自动化喷涂控制方法,包括以下步骤:
(1)喷涂设备调试:喷涂设备包括工业机器人和可旋转转台，工业机器人包括PLC控制系统、机器人控制模块、自带喷涂系统的机械手；所述可旋转转台上设有用于工件定位的夹具以及抓取装置，可旋转转台连接机器人控制模块并通过机器人控制模块控制其旋转、自动抓取待喷涂工件和快速更换已喷涂工件喷涂前调试各设备，保证设备运行正常；
(2)喷涂节点绘制：将叶片工件抓取到在可旋转转台上并通过夹具定位夹紧，在叶片工件表面绘制喷涂节点，使机械手的行程轨迹按照喷涂节点进行编制；机械手喷涂叶片过程中可旋转转台的旋转角度设置为三个角度，分别为叶盆面、叶背前缘和叶背尾缘三个角度；子程序包括叶盆面喷涂程序、叶背前缘喷涂程序和叶背尾缘喷涂程序；
(3)偏离量确定：通过设计试验，反复喷涂平板试样的同一路径，测量火焰实际中心线与机器人示教编程编程轨迹的偏差；
(4)分区设计：根据叶片工件结构将叶片工件划分三个不同喷涂区域，即左叶喷涂区域、中叶喷涂区域、右叶喷涂区域；
(5)程序编写及优化：根据叶片工件表面绘制的喷涂节点及划分的不同喷涂区域编写3个例行程序，每个例行程序对应一个喷涂区域，验证编写的例行程序采用实际喷涂的方法进行；机械手喷涂程序编程过程中将焰流偏移量考虑在内；经过前期反复试验修正并进行叶片实际喷涂验证，最终确定的叶片工件喷涂主程序；
(6)性能验证：
①自动化喷涂涂层外观验证：采用优化后的喷涂程序在叶片上制备的涂层，观察并分析叶片表面涂层形貌，并分析是否符合技术指标要求；
②自动化喷涂涂层金相组织验证：从叶身中截面将叶片切下，验证采用优化后的自动化喷涂程序制备的涂层厚度、孔隙率、孔隙直径是否达到指标要求；
(7)程序确定：经过验证后各参数达到指标，说明程序要求编制程序制备的涂层满足相关要求；
(8)调用程序进行自动化生产：确定好自动化喷涂程序后，调用程序，进行批量生产。
进一步的，机械手实际喷涂轨迹与示教轨迹偏差为5-7mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
①大批量、持续作业；
②解放生产力、降低劳动强度；
③保证涂层质量的稳定性和一致性；
④保护工人的身体健康；
⑤保证生产安全和节约生产成本。
附图说明
图1为本发明顶部流程图；
图2为本发明中对导向叶片进行节点标定的示意图；
图3为本发明中导向叶片叶盆面的结构示意图；
图4为本发明中导向叶片叶背前缘的结构示意图；
图5为本发明中导向叶片叶背尾缘的结构示意图；
图6为本发明中喷涂实际轨迹与示教轨迹偏差照片；
图7为本发明中利用优化喷涂程序喷涂导向叶片后表面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和特征做进一步详细描述，所举实例只用于解释发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示本发明的一种机器人自动化喷涂控制方法,包括以下步骤:
(1)喷涂设备调试:喷涂设备包括工业机器人和可旋转转台，工业机器人包括PLC控制系统、机器人控制模块、自带喷涂系统的机械手；所述可旋转转台上设有用于工件定位的夹具以及抓取装置，可旋转转台连接机器人控制模块并通过机器人控制模块控制其旋转、自动抓取待喷涂工件和快速更换已喷涂工件喷涂前调试各设备，保证设备运行正常。
该方法还包括：
(2)喷涂节点绘制：低压涡轮一级导向叶片形状复杂，型面为三联组合异型面，采用机械手自动喷涂时需要根据涡轮叶片对机械手行程轨迹进行编制，为了更精确控制其形成轨迹，控制喷涂步长，将叶片工件抓取到在可旋转转台上并通过夹具定位夹紧，在叶片工件表面绘制喷涂节点，使机械手的行程轨迹按照喷涂节点进行编制；叶片节点标定如图2所示。
机械手喷涂叶片过程中可旋转转台的旋转角度设置为三个角度，分别为叶盆面、叶背前缘和叶背尾缘三个角度；子程序包括叶盆面喷涂程序、叶背前缘喷涂程序和叶背尾缘喷涂程序，导向叶片叶盆面、叶背前缘和叶背尾缘如图3、图4、图5所示。
(3)偏离量确定：焰流和涂层粉末由于自身重力作用，导致粉末从喷嘴喷出后会偏离喷嘴的理论中心线，通过设计试验：反复喷涂平板试样的同一路径，测量火焰实际中心线(图6虚线)与机器人示教编程编程轨迹(图6的实线)的偏差。从图6看出，实际喷涂轨迹与示教轨迹偏差为(5-7)mm，在后期编制喷涂程序时，需考虑焰流偏移量。
(4)分区设计：根据叶片工件结构将叶片工件划分三个不同喷涂区域，即左叶喷涂区域、中叶喷涂区域、右叶喷涂区域；
(5)程序编写及优化：根据叶片工件表面绘制的喷涂节点及划分的不同喷涂区域编写3个例行程序，每个例行程序对应一个喷涂区域，验证编写的例行程序采用实际喷涂的方法进行。在低压涡轮一级导向叶片机械手喷涂程序编制之前考虑了喷涂焰流的偏移量，经过试验得出喷涂焰流向下(5-7)mm，编程过程中将焰流偏移量考虑在内。机械手喷涂程序编程过程中将焰流偏移量考虑在内；经过前期反复试验修正并进行叶片实际喷涂验证；
最终确定的叶片工件喷涂主程序如下(例行程序未显示)：
Figure BDA0002549173390000041
Figure BDA0002549173390000051
(6)性能验证：
①自动化喷涂涂层外观验证：采用优化后的喷涂程序在叶片上制备的涂层，观察并分析叶片表面涂层形貌，并分析是否符合技术指标要求；
采用优化后的喷涂程序在叶片上制备的涂层表面形貌如图7所示，从图中可以看出，叶片表面涂层为白色，完全覆盖图样规定的喷涂区域，且喷涂区域内的涂层均匀一致，无分层、无台阶，符合技术指标要求。
②自动化喷涂涂层金相组织验证：从叶身中截面将叶片切下，验证采用优化后的自动化喷涂程序制备的涂层厚度、孔隙率、孔隙直径是否达到指标要求；
对叶片涂层厚度的验证如表1所示：
表1叶片解剖截面涂层厚度
Figure BDA0002549173390000061
由表1知，采用优化后的喷涂程序制备的涂层厚度符合要求：其中左叶片、中叶片叶盆区域较叶背区域涂层厚，其余区域涂层厚度均匀，大部分区域底层厚度保持在50-90μm，面层厚度保持在200-270μm，达到要求。
对叶片解剖截面面层孔隙率验证如表2所示：
表2解剖截面面层孔隙率
Figure BDA0002549173390000071
由表2知，采用优化后的喷涂程序制备的涂层孔隙率为(2.07-17.81)％，符合技术指标要求。
对叶片解剖截面面层最大孔隙直径的验证如表3所示：
表3解剖截面面层最大孔隙直径
Figure BDA0002549173390000081
由表3，采用优化后的喷涂程序制备的涂层最大孔隙直径为(13.94-60.77)μm，符合技术指标要求。
(7)程序确定：经过验证后各参数达到指标，说明程序要求编制程序制备的涂层满足相关要求；
(8)调用程序进行自动化生产：确定好自动化喷涂程序后，调用程序，进行批量生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种机器人自动化喷涂控制方法,包括以下步骤:
(1)喷涂设备调试:喷涂设备包括工业机器人和可旋转转台，工业机器人包括PLC控制系统、机器人控制模块、自带喷涂系统的机械手；所述可旋转转台上设有用于工件定位的夹具以及抓取装置，可旋转转台连接机器人控制模块并通过机器人控制模块控制其旋转、自动抓取待喷涂工件和快速更换已喷涂工件喷涂前调试各设备，保证设备运行正常；
其特征在于,还包括:
(2)喷涂节点绘制：将叶片工件抓取到在可旋转转台上并通过夹具定位夹紧，在叶片工件表面绘制喷涂节点，使机械手的行程轨迹按照喷涂节点进行编制；机械手喷涂叶片过程中可旋转转台的旋转角度设置为三个角度，分别为叶盆面、叶背前缘和叶背尾缘三个角度；子程序包括叶盆面喷涂程序、叶背前缘喷涂程序和叶背尾缘喷涂程序；
(3)偏离量确定：通过设计试验，反复喷涂平板试样的同一路径，测量火焰实际中心线与机器人示教编程编程轨迹的偏差；
(4)分区设计：根据叶片工件结构将叶片工件划分三个不同喷涂区域，即左叶喷涂区域、中叶喷涂区域、右叶喷涂区域；
(5)程序编写及优化：根据叶片工件表面绘制的喷涂节点及划分的不同喷涂区域编写3个例行程序，每个例行程序对应一个喷涂区域，验证编写的例行程序采用实际喷涂的方法进行；机械手喷涂程序编程过程中将焰流偏移量考虑在内；经过前期反复试验修正并进行叶片实际喷涂验证，最终确定的叶片工件喷涂主程序；
(6)性能验证：
①自动化喷涂涂层外观验证：采用优化后的喷涂程序在叶片上制备的涂层，观察并分析叶片表面涂层形貌，并分析是否符合技术指标要求；
②自动化喷涂涂层金相组织验证：从叶身中截面将叶片切下，验证采用优化后的自动化喷涂程序制备的涂层厚度、孔隙率、孔隙直径是否达到指标要求；
(7)程序确定：经过验证后各参数达到指标，说明程序要求编制程序制备的涂层满足相关要求；
(8)调用程序进行自动化生产：确定好自动化喷涂程序后，调用程序，进行批量生产。
2.根据权利要求1所述机器人自动化喷涂控制方法,其特征在于：机械手实际喷涂轨迹与示教轨迹偏差为5-7mm。
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