CN115889121A - 一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，涉及叶片涂层喷涂轨迹规划领域，包括以下步骤：S1：确定喷涂机器人的喷涂角度和喷涂位置；S2：根据若干个喷涂位置拟合形成平滑过度的路径曲线；S3：喷涂机器人以S2中的路径曲线作为运动路径，以相同的速度和角度对喷涂单元进行喷涂。本发明利用现有的喷涂机器人，将叶片复杂曲面拟合成平滑过度的曲线作为喷涂机器人的运动轨迹，以及将叶片划分成若干个喷涂单元依次喷涂，实现在异型程度较大的大型叶片表面稳定制备出厚度均匀的涂层的目的。

Description

一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法

技术领域

本发明涉及叶片涂层喷涂轨迹规划领域，尤其是一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法。

背景技术

重型燃气轮机(重型燃机)是大国重器，是保障国防安全、能源安全和工业竞争力的重大战略高端技术装备，广泛地应用于发电、舰船动力等领域。高温透平叶片更是服役于高温、高载荷、高腐蚀等拟合恶劣工况条件下，远远超过当前高温合金基材的使用极限，必须在基材表面喷涂制备一层厚度、组织均匀的功能涂层。

为了提高重型燃机的效率和功率，透平叶片通常设计成弯扭、超长、超宽的复杂结构，在复杂形状的大型叶片均匀喷涂涂层存在不少关键问题。首先，我国目前的涂层喷涂方式多以手工喷涂为主，操作人的技术水平以及工作状态会严重影响热障涂层喷涂的稳定性，导致次品率过大且效率低。其次，复杂的高温合金叶片对喷涂的技术要求较高，即使使用现有的喷涂机器人，当机器人携带喷枪经过异型程度较大的型面时，因无法及时调整姿态或无法达到喷涂位置，喷涂速度会发生变化或无法完成整个路径喷涂，进而导致涂层厚度不均匀，严重影响喷涂的质量，最终影响高温叶片的服役寿命和重型燃气轮机的生命周期。

所以，如何对复杂异形燃机叶片涂层进行大面积且均匀的喷涂，是需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明在于：针对上述存在的问题，提供一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，利用现有的喷涂机器人，将叶片复杂曲面拟合成平滑过度的曲线作为喷涂机器人的运动轨迹，以及将叶片划分成若干个喷涂单元依次喷涂，实现在异型程度较大的大型叶片表面稳定制备出厚度均匀的涂层的目的。

本发明采用的技术方案如下：一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，包括以下步骤：

S1：确定喷涂机器人的喷涂角度和喷涂位置；

S2：根据若干个喷涂位置拟合形成平滑过度的路径曲线；

S3：喷涂机器人以S2中的路径曲线作为运动路径，以相同的速度和角度对喷涂单元进行喷涂。

进一步地，以叶片的轴线方向将叶片划分成多块喷涂单元，并且将喷涂单元视为由基础截面拉伸形成，每个喷涂单元通过所述步骤S1-S3进行喷涂。

进一步地，喷涂位置根据基础截面的几何外形确定，实现将基础截面的几何外形拟合成平滑过度的路径曲线。

进一步地，喷涂位置连接的折点路径通过“类抛物线”拟合成平滑过度的曲线。

进一步地，在喷涂机器人进入下一条路径曲线或下一个喷涂单元之前，所述喷涂机器人的运动速度为零。

进一步地，拟合的路径曲线具有空喷段，喷涂机器人在空喷段完成加速或/和减速阶段。

进一步地，所述空喷段包括第一空喷段和第二空喷段，所述第一空喷段和第二空喷段之间为匀速段，所述喷涂机器人在第一空喷段或第二空喷段中的一个空喷段完成加速阶段，在另一个空喷段完成减速阶段；所述喷涂机器人在匀速段完成喷涂。

进一步地，所述喷涂机器人的运动路径为蛇形。

进一步地，两个相邻的路径曲线之间的存在间距，该间距小于高斯RMS宽值的1/2以使得两个相邻的涂层之间存在重叠部分。

进一步地，两个相邻的涂层的重叠部分的重叠高度小于涂层的峰值高度。

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、本发明通过将若干个喷涂位置拟合成平滑过度的路径曲线，使得喷涂机器人在沿着路径曲线运动时候能够保证匀速状态，有效解决了喷涂机器人沿着喷涂位置喷涂过程中因为截面异形导致喷涂机器人频繁出现减速和加速的情况，进一步地避免喷涂机器人因为频繁出现减速与加速引起的喷涂不均匀，从而达到提高在异形叶片上喷涂的均匀性的目的。

2、本发明通过将异形叶片划分成多块喷涂单元，并且将每个喷涂单元视为由基础截面拉伸形成，从而避免了叶片沿轴线方向的异形形状对喷涂均匀性产生的不利影响，逐个喷涂划分的喷涂单元，结合积分思想，思想将整个大型且异形的叶片均匀喷涂；

3、本发明对单个喷涂单元进行喷涂时候，将单个喷涂单元的基础截面拟合成平滑过度的路径曲线，结合有益效果1，保证单个喷涂单元的喷涂均匀性，实现整个叶片的喷涂均匀性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明公开的方法步骤流程图；

图2为本发明公开的叶片划分喷涂单元的正视图；

图3为本发明公开的叶片划分喷涂单元的后视图；

图4为现有的喷涂机器人的路径图；

图5为现有的喷涂机器人的速度变化图；

图6为本发明公开的喷涂机器人的路径曲线图；

图7为本发明公开的喷涂机器人的速度变化图；

图中标记：1-喷涂单元；2-运动路径；3-路径曲线。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1-图7所示，一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，包括以下步骤：

S1：确定喷涂机器人的喷涂角度和若干个喷涂位置；

S2：根据若干个喷涂位置拟合形成平滑过度的路径曲线3；

S3：喷涂机器人以S2中的路径曲线3作为运动路径2，以相同的速度和角度对喷涂单元1进行喷涂。

在本实施方式中，通过将若干个喷涂位置拟合成平滑过度的路径曲线3，使得喷涂机器人在沿着路径曲线3运动时候能够保证匀速状态，有效解决了喷涂机器人沿着喷涂位置喷涂过程中因为截面异形导致喷涂机器人频繁出现减速和加速的情况，进一步地避免喷涂机器人因为频繁出现减速与加速引起的喷涂不均匀，从而达到提高在异形叶片上喷涂的均匀性的目的。

具体的，在步骤S1-S3中，如图4-图7所示，对于异形喷涂面来说，在现有技术中，喷涂角度和喷涂位置不能兼得，即喷涂位置会根据喷涂面的异形形状而确定，而确定喷涂机器人的喷涂角度后，会导致喷涂位置之间并非处于同一直线上，而喷涂机器人依次进过所有喷涂位置形成的路径是具有若干个折点的折线段；喷涂机器人每经过一个折点时候，都会产生一组加速运动阶段和减速运动阶段，从而导致折点位置(通常在异形的喷涂面的面与面交汇的位置)喷涂的量远远大于其他位置喷涂的量，进一步地导致异形喷涂面的不均匀喷涂；而本实施方式公开的喷涂方法能够解决该问题，具体的为根据若干个喷涂位置拟合形成平滑过度的路径曲线3，平滑过度的路径曲线3没有折点，当喷涂机器人沿着路径曲线3运动时候，在喷涂时候不会出现加速运动阶段和减速运动阶段，进一步地使得喷涂机器人匀速运动，从而使得异形喷涂面被均匀的喷涂。

进一步地，在S1和S2中，保证喷涂机器人的喷涂角度的前提，确定喷涂机器人的喷涂位置，随后根据喷涂位置拟合喷涂机器人的喷涂运动路径2，实现达到目标的喷涂角度和保持不变的喷涂速度的目的。

作为一种具体的实施方式，如图2-图3所示，以叶片的轴线方向将叶片划分成多块喷涂单元1，并且将喷涂单元1视为由基础截面拉伸形成，即每块喷涂单元1在轴线方向上的厚度完全一直，并且每块喷涂单元1上的异形面形状、曲度、两端的宽度完全一致；每个喷涂单元1通过所述步骤S1-S3进行喷涂，对于同一块喷涂单元1的喷涂，喷涂机器人可以以相同的喷涂路径、移动速度、喷涂角度来实现整块喷涂单元1的喷涂，保证整块喷涂单元1的喷涂均匀性。

进一步地，将异形叶片划分成多块喷涂单元1，并且将每个喷涂单元1视为由基础截面拉伸形成，从而避免了叶片沿轴线方向的异形形状对喷涂均匀性产生的不利影响，逐个喷涂划分的喷涂单元1，结合积分思想，实现将整个大型且异形的叶片均匀喷涂。

需要说明的是，在本实施方式中，叶片以轴线方向划分喷涂单元1的基础在于叶片在轴线方向的形状变化量少，容易划分达到要求的喷涂单元1。

进一步地，喷涂机器人从叶顶到叶根的喷涂单元1依次喷涂，实现整个大型叶片的喷涂。

作为一种具体的实施方式，在上述实施方式的基础上，喷涂位置根据基础截面的几何外形确定，实现将基础截面的几何外形拟合成平滑过度的路径曲线3，喷涂机器人以基础截面拟合成平滑过度的路径曲线3作为运动路径2，实现对该截面处的叶片部分进行喷涂，结合喷涂单元1是由基础截面拉伸形成，在相同截面的喷涂位置，喷涂机器人以相同的喷涂路径、移动速度、喷涂角度来进行喷涂，从而实现整个喷涂单元1的均匀喷涂。

需要说明的是，在本实施方式中，喷涂单元1的大小优先以达成“喷涂机器人沿着一条路径曲线3运动就能完成整块的喷涂单元1喷涂”为依据。

作为一种具体的实施方式，进一步地，喷涂位置连接的折点路径通过“类抛物线”拟合成平滑过度的曲线，“类抛物线”代替路径上的折点，使得喷涂机器人的运动路径2为平滑的路径曲线3，有效避免折点引起喷涂机器人出现减速、加速的情况，保证喷涂机器人运动时候速度均匀性。

作为一种具体的实施方式，如上文所述，喷涂机器人沿着上一条路径曲线3或上一个喷涂单元1喷涂完成后，喷涂机器人会沿着叶片轴线移动至下一条路径曲线3或下一个喷涂单元1，此时，喷涂机器人具有沿着叶片的速度，若喷涂机器人又沿着对应位置的路径曲线3运动，就会使得喷涂机器人具有合速度，从而使得喷涂机器人出现轨迹偏移，所以，在喷涂机器人进入下一条路径曲线3或下一个喷涂单元1之前，所述喷涂机器人的运动速度为零，以降低其他方向的速度对机器人造成运动轨迹干扰。

作为一种具体的实施方式，进一步地，如图6-图7所示，如上文所述，喷涂机器人的初始速度为零，拟合的路径曲线3设置空喷段，空喷段能够使得喷涂机器人达到设定的速度进行喷涂，并且在该空喷段位置时候，喷涂机器人所进行的喷涂不会作用在叶片上，避免对叶片的喷涂均匀性产生影响，喷涂机器人在空喷段完成加速或/和减速阶段，喷涂机器人喷涂完成后，喷涂机器人需要在空喷段完成减速，以方便将机器人沿着轴线方向移动，所以，在路径曲线3的起始位置和终止位置均具有空喷段。

具体的，所述空喷段包括第一空喷段和第二空喷段，所述第一空喷段和第二空喷段之间为匀速段，所述喷涂机器人在第一空喷段或第二空喷段中的一个空喷段完成加速阶段，在另一个空喷段完成减速阶段；所述喷涂机器人在匀速段完成喷涂；即喷涂机器人在第一空喷段或第二空喷段中的一个空喷段将速度从零加速至匀速状态的速度，喷涂机器人在另一个空喷段将速度从匀速状态的速度减至零。

作为一种具体的实施方式，所述喷涂机器人的运动路径2为蛇形，具体的，喷涂机器人在上一条路径曲线3运动时，是从第一空喷段加速至匀速状态后，进入匀速段进行喷涂，喷涂完成后在第二空喷段减速至速度为零；随后，喷涂机器人沿叶片轴线移动至下一条路径曲线3，从第二空喷段加速至匀速段，进入匀速段进行喷涂，喷涂完成后在第一空喷段减速至速度为零；重复该过程，使得所述喷涂机器人的运动路径2为蛇形，不需要喷涂机器人的运动起点均在对应路径曲线3的第一空喷段处，减少喷涂机器人不必要的运动。

作为一种具体的实施方式，两个相邻的路径曲线3之间的存在间距，该间距的存在能够避免喷涂机器人对同一位置进行重复喷涂，喷涂机器人单次喷涂的厚度呈现高斯函数的特性分布，该间距小于高斯RMS宽值的1/2以使得两个相邻的涂层之间存在重叠部分，避免两个相邻的路径曲线3的间距过大导致相邻的涂层之间存在空白面积，为全面喷涂提供保障。

进一步地，理论上，相邻的涂层重叠的厚度越接近涂层的峰值高度，整个叶片的喷涂效果和均匀性越好，但是两个相邻的涂层的重叠部分的重叠高度小于涂层的峰值高度，因为相邻的涂层重叠的厚度越大，其喷涂的物料粘附性能越低；所以，为了保证良好的喷涂效果和物料的粘附性能，相邻的涂层重叠的厚度应尽可能的接近涂层的峰值高度，并且要小于涂层的峰值高度。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：确定喷涂机器人的喷涂角度和若干个喷涂位置；

S2：根据若干个喷涂位置拟合形成平滑过度的路径曲线(3)；

S3：喷涂机器人以S2中的路径曲线(3)作为运动路径(2)，以相同的运动速度和喷涂角度对喷涂单元(1)进行喷涂。

2.根据权利要求1所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：以叶片的轴线方向将叶片划分成多块喷涂单元(1)，并且将喷涂单元(1)视为由基础截面拉伸形成，每个喷涂单元(1)通过所述步骤S1-S3进行喷涂。

3.根据权利要求2所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：喷涂位置根据基础截面的几何外形确定，实现将基础截面的几何外形拟合成平滑过度的路径曲线(3)。

4.根据权利要求3所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：喷涂位置连接的折点路径通过“类抛物线”拟合成平滑过度的曲线。

5.根据权利要求2所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：在喷涂机器人进入下一条路径曲线(3)或下一个喷涂单元(1)之前，所述喷涂机器人的运动速度为零。

6.根据权利要求1所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：拟合的路径曲线(3)具有空喷段，喷涂机器人在空喷段完成加速或/和减速阶段。

7.根据权利要求6所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：所述空喷段包括第一空喷段和第二空喷段，所述第一空喷段和第二空喷段之间为匀速段，所述喷涂机器人在第一空喷段或第二空喷段中的一个空喷段完成加速阶段，在另一个空喷段完成减速阶段；所述喷涂机器人在匀速段完成喷涂。

8.根据权利要求6所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：所述喷涂机器人的运动路径(2)为蛇形。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：两个相邻的路径曲线(3)之间的存在间距，该间距小于高斯RMS宽值的1/2以使得两个相邻的涂层之间存在重叠部分。

10.根据权利要求9所述的复杂异型燃机叶片涂层大面积均匀喷涂的方法，其特征在于：两个相邻的涂层的重叠部分的重叠高度小于涂层的峰值高度。

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