一种空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人喷涂控制技术领域，尤其涉及一种空气喷涂非规则曲管内壁厚 涂层轨迹规划方法。
【背景技术】
[0002] 在制造业中，空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层是一项重要的工艺过程。非规则曲 管是指由多种不同曲率形面和平面组合而成的曲管，非规则曲管具有中心线弯曲、变截面 以及空间狭窄的特性，一些飞机进气道即是典型的非规则曲管。厚涂层是指厚度以毫米为 单位计量的涂层，需要多遍空气喷涂才能达到厚度要求。由于非规则曲管内部空间狭小，只 能采用空气喷涂其内壁。采用传统的手工喷涂方式有三个明显缺点：一是狭窄空间人工作 业困难，喷涂完后涂层均匀性差;二是喷涂作业效率低，严重影响生产进度;三是涂料含有 重金属和有毒有机溶剂，施工的恶劣环境对喷涂工人健康危害很大。采用机器人喷涂工艺 替代手工喷涂能很好地解决以上问题。
[0003] 机器人喷涂的基本原则是喷枪轴线垂直于平面或位于曲面法线方向上，喷枪与平 面或曲面的距离(喷涂距离)保持不变。目前设计的灵巧喷涂机器人喷枪单向旋转角度可以 超过360度，但不能在单一方向上任意角度连续转动。在机器人喷涂直管道内壁时，可采用 螺旋线轨迹连续喷涂。但是螺旋线轨迹连续喷涂方法需要喷涂机器人的喷枪喷涂时始终在 单一方向上连续转动，这样的喷涂技术要求喷涂机器人具有较为复杂的机械结构，导致机 器人的结构设计难、设备制造成本高，且整体尺寸过大，过于笨重，灵活性差，难以用于喷涂 中心线弯曲的非规则曲管内壁。此外，采用传统的仅仅优化搭接宽度的方法喷涂厚涂层(搭 接宽度是指在单遍喷涂过程中，两个相邻喷涂行程的喷雾图形的重叠区域宽度），将导致涂 层均匀性不理想。因此，喷涂非规则曲管内壁厚涂层，如果要求既有利于简化喷涂机器人的 结构设计，又保证涂层均匀性较好，就必须首先解决机器人喷涂作业的轨迹规划难题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种空气喷涂非规则曲 管内壁厚涂层轨迹规划方法，其用于对喷涂机器人的喷涂控制进行喷涂轨迹规划，不仅有 利于简化喷涂机器人的结构设计，并且能够大幅提高厚涂层的均匀性。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
[0006] -种空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法，用于规划确定喷涂机器人的 喷枪对非规则曲管内壁的喷涂作业轨迹;其包括如下步骤：
[0007] A)建立空间模型：利用计算机对待喷涂的非规则曲管内壁进行三维空间建模，得 到非规则曲管内壁三维空间模型；
[0008] B)规划喷扫路径:设定喷扫路径规划的搭接宽度Sd和错位距离S。，并按如下方式规 划确定喷枪的喷扫路径：
[0009] bl)沿非规则曲管内壁三维空间模型的中轴延伸线每间隔(W-Sd)的距离设置一个 垂直于所述中轴延伸线的横截面，将该一系列横截面作为第一组横截面，W表示喷枪对平面 进行喷涂的喷幅宽度，将所述第一组横截面分别与非规则曲管内壁相交得到的一系列截面 线作为第一组喷扫路径；
[0010] b2)沿非规则曲管内壁三维空间模型中轴延伸线，将所述第一组横截面向后或向 前移动距离S。的位置处所得到的一系列横截面，作为第二组横截面，将所述第二组横截面 分别与非规则曲管内壁相交得到的一系列截面线作为第二组喷扫路径；
[0011] b3)规划喷枪按照先完成第一组喷扫路径、再完成第二组喷扫路径的顺序执行喷 涂作业;其中，对喷枪执行任一组喷扫路径的喷扫方向规划方法为，喷枪对同一组喷扫路径 中的相邻两条喷扫路径进行喷涂时的喷扫运动方向相反，且在喷扫完一条喷扫路径后执行 关枪操作，平移到同一组喷扫路径中的下一条喷扫路径位置后再执行开枪操作进行喷涂作 业，直至完成该组喷扫路径中各条喷扫路径上的喷涂作业；
[0012] C)规划喷扫移动速率:设定喷枪的喷雾图形中心在平面区域的喷扫路径上的喷扫 移动速率VP，并按如下方式规划确定在第一组喷扫路径和第二组喷扫路径上的喷扫移动速 率：
[0013] cl)计算所述第一组喷扫路径和第二组喷扫路径中每一条喷扫路径上各部分的线 条曲率，将每条喷扫路径上线条连续且曲率相同的部分划分为一个喷扫区域，进而根据线 条曲率的不同将每条喷扫路径划分为若干个不同的喷扫区域；
[0014] c2)针对第一组喷扫路径和第二组喷扫路径中任一条喷扫路径上的任意第y个喷 扫区域，规划对所述第y个喷扫区域的喷扫移动速率Vy = Py · Vp;其中，表示所述第y个喷 扫区域的涂料转移率比，为喷涂第y个喷扫区域时的喷枪涂料转移率％与喷涂平面区域时 的喷枪涂料转移率np之比，即爲=$;由此，分别确定在第一组喷扫路径和第二组喷扫路径 Vp 中各条喷扫路径上各个喷扫区域的喷扫移动速率；
[0015] D)确定喷枪作业轨迹:按照上述确定的喷扫路径和喷扫移动速率规划结果，并根 据喷枪与非规则曲管工件的位姿关系，通过坐标变换计算确定喷枪对非规则曲管内壁的喷 涂作业轨迹。
[0016] 上述的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法中，作为优选方案，所述步 骤B)中，喷扫路径规划的搭接宽度Sd和错位距离S。按照如下方式进行设定：
[0017] Sd = d · ff,Sc = c · ff；
[0018] 其中，d为搭接宽度比例系数，c为错位距离比例系数，且二者按照下列任意一组的 取值范围进行取值：
[0019] ①、de [0.1800,0.1925]，ce[0.495(1-(1)，0.505(1-(1)];
[0020] ②、de [0.2950,0.3075]，ce[0.22(1-(1)，0.27(1-(1)];
[0021] ③、de [0.2950,0.3075]，ce [0.730( 1-d) ,0.780(l-d)];
[0022] ④、de [0.4100,0.4375]，ce[0.475a_d) ,0.525( 1-d)]。
[0023] 上述的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法中，作为进一步改进方案， 所述步骤B)的b3)中，规划喷枪按照先完成第一组喷扫路径、再完成第二组喷扫路径的顺序 执行喷涂作业，且该作业过程重复执行多次。
[0024] 相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0025] 1、本发明的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法，在进行喷扫路径的规 划时采用了横行断续轨迹喷涂法，可以断续施工作业、无需喷涂机器人的喷枪喷涂时始终 在单一方向上连续转动，因此无需复杂的机械结构，使得喷涂作业轨迹的规划能够有利于 简化喷涂机器人的结构设计。
[0026] 2、本发明的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法中，通过优化搭接宽度 和错位距离的相对关系，借助错位喷涂法在喷扫路径的规划上较好地确保了涂层的纵向均 匀性。
[0027] 3、本发明的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法中，还进一步的考虑了 喷枪的喷扫移动速率与不同曲率形面的喷枪涂料转移率之间的相对关系，在喷扫移动速率 的规划上进一步提升了对不同形面区域上的涂层横向均匀性。
[0028] 4、采用本发明的空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法对喷涂机器人的 喷涂控制进行喷涂轨迹规划，不仅能够大幅提高厚涂层的均匀性，还克服了螺旋线轨迹连 续喷涂方法要求喷枪喷涂时始终在单一方向上连续转动而导致喷涂机器人的结构设计难 题，有利于简化喷涂机器人的结构设计。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹规划方法中在非规则曲管内壁 上规划得到第一组喷扫路径的状态示意图。
[0030] 图2为本发明空气喷涂非规则曲管内壁厚涂层轨迹