喷涂过程中喷炬新模型的建立及仿真研究

分析了喷涂的特点,提出了一种接近实际喷射图样的数学模型来描述涂料的空间分布,并从上述模型出发,进一步得到了喷涂涂料的涂层厚度方程,及一定速度下的涂层厚度方程.通过仿真研究得出模型的正确性,为对复杂曲面的喷涂研究和寻求喷涂的最优轨迹提供了理论基础.     

倾角约束下的机器人喷涂效率优化方法研究

喷涂机器人在对工件进行喷涂加工时,常常会受到工作空间和障碍物干涉的限制,导致喷枪无法保持垂直于工件表面的姿态进行喷涂,因此建立了一种以描述喷枪姿态的RPY角为变量的倾角喷涂模型,并提出了涂层厚度约束条件下以喷涂效率为目标的喷涂轨迹优化方法。首先,用种子曲线法生成待加工面上的喷涂轨迹,以涂层厚度均匀性为优化目标,对喷涂轨迹上喷枪的RPY角进行优化,然后以最小涂层厚度为约束,在满足涂层要求的情况下对喷枪的移动速度进行优化,以提高喷涂效率。仿真实验验证了该优化方法的有效性。     

机器人喷涂轨迹计算与仿真

工业机器人因其灵活性、可编程以及低成本而在自动化喷涂应用中前景广阔。采用离线编程技术规划喷涂轨迹可以大大提高工件的喷涂效率,实现自动化喷涂作业。在分析了复杂曲面的喷涂轨迹规划涉及到的算法问题后,提出了一种基于球坐标的涂料沉积模型和最小厚度约束的轨迹生成方法。首先,建立在球坐标系中描述的涂料沉积模型;其次,给出待喷涂曲面上一点处的喷涂累积厚度计算方法;然后,针对最小厚度约束,提出了喷涂轨迹规划算法;最后,利用机器人离线仿真平台对喷涂轨迹进行了验证,并对喷涂区域的累积厚度进行仿真。结果表明可以得到满足喷涂厚度要求的曲面喷涂轨迹。     

基于椭圆双β模型的球面喷涂轨迹优化

针对全球面的喷涂问题,以椭圆双β分布模型为基础,研究了将平面椭圆双β分布模型映射到球面的方法,并得到了球面的喷涂模型。设计了一种基于球面纬线的喷涂轨迹,以确保喷枪在同一纬度进行喷涂时的喷涂参数保持不变。建立以喷涂时间最短为优化目标,涂层厚度为约束条件的优化函数,采用遗传算法优化了喷枪速度、喷涂高度和相邻轨迹间距等喷涂参数。并对相应的球面喷涂进行了仿真,结果表明采用此方法优化后,球面涂层厚度可以得到有效控制。     

倾角喷涂轨迹优化方法研究

为解决内外犄角曲面喷涂时的犄角处涂层不均匀和涂料浪费问题,基于已有的喷枪模型,提出运用微分几何面积放大定理建立考虑喷枪倾角因素喷涂模型的方法,基于此模型给出了倾角喷涂三种情况下的喷枪轨迹优化目标函数,并运用黄金分割法进行求解,为倾角喷涂模型在喷涂轨迹优化中的应用提供了理论基础。仿真实验表明,喷枪倾角喷涂的建模方法有效;倾角喷涂轨迹优化方法可行,且涂层的均匀度受到喷枪倾角大小和方向的影响。     

基于改进OMP算法的喷涂机器人轨迹规划研究

为实现CAD模型未知情况下的喷涂机器人自动轨迹规划,提出了一种基于工件三维点云直接生成喷涂轨迹的方法,并使用改进的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法进行轨迹优化.首先,将理想涂层厚度函数视作原始信号,通过引入信赖域反射算法解决了投影系数的约束问题,应用OMP算法进行涂层厚度重建,并求出每条喷涂轨迹的位置和喷枪速率.然后,对预处理后的点云模型应用轨迹生成算法得到工件表面的喷涂轨迹,通过坐标变换和姿态解算生成机器人喷涂轨迹.最后,对扫描获取的待喷涂曲面使用上述方法进行仿真.仿真结果显示,重建涂层厚度误差为4.28％,满足均匀性要求,喷涂时间显著缩短,表明所提出的轨迹规划和优化方法是可行的.     

喷炬新模型在平面喷涂轨迹优化中的应用研究

根据实际喷射图样给出了平面上涂层生长速率新模型,在此模型的基础上进一步得到了一定喷枪走速下涂层厚度方程,由于该涂层厚度方程是由分段函数表示的,不利于喷涂轨迹优化中的涂层叠加计算,运用最小二乘法将该涂层厚度方程拟合成整段的β分布方程来表示,讨论了其拟合算法和拟合精度误差的确定,给出了计算流程,从而简化了涂层叠加计算的难度.最后通过算法实例验证了该算法的可行性.     

面向球面的喷涂机器人经线喷涂轨迹优化

针对复杂自由曲面喷涂轨迹优化中出现的球面喷涂轨迹优化问题,根据喷涂实验得到了涂层生长速率模型,基于曲面上用测地线规划喷枪轨迹的优点,采用球面上的经线规划球面的喷枪轨迹,基于经线规划喷枪轨迹的特点,我们运用改变喷枪喷射高度的方法来保证涂层的均匀性,根据许用喷射高度范围,运用bounding-box法对球面进行分片规划处理,并给出了喷枪轨迹的生成方法,重点讨论了每片上的涂层厚度计算方法和相关参数的优化问题,最后通过仿真实验证明该方法可有效地保证涂层的均匀性,并给出了喷枪速率与轨迹间距及喷炬半径的关系.     

喷涂机器人自动轨迹规划研究进展与展望

喷涂自动轨迹规划是以喷枪涂料沉积模型、工件表面CAD模型、约束条件和优化准则为基础,利用最优轨迹规划器自动生成喷枪轨迹。简介了喷涂自动轨迹规划的发展历程,分析了高斯分布模型、贝它分布模型、分析沉积模型、工件表面建模方法和优化准则,详细综述了最优轨迹规划器的研究进展,分析了目前自动轨迹规划研究存在的难点问题,并展望了自动轨迹规划的未来发展。     

漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化研究综述

漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化是保证漆膜质量的前提。介绍了适用于规则曲面和复杂自由曲面的涂料沉积模型,归纳了3种工件曲面造型方法,分析了喷涂轨迹的优化目标,总结了两种轨迹优化问题,并对漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化的前景进行了展望。     

喷漆机器人喷枪轨迹设计及影响因素研究

提出喷漆机器人喷枪轨迹设计的思路 ,建立评价喷涂效果的目标泛函 ,着重分析其影响因素 ,并以正方形工件为例对整个喷涂过程进行了计算机仿真。     

喷涂机器人路径组合优化中喷枪轨迹参数的修正方法

喷涂路径组合优化过程中,当一面片介于两面片之间时,由涂层分布干涉引起的涂层厚度误差较大,为解决这个问题,提出了直接修正法和修正喷涂高度法的喷枪轨迹参数修正方法。根据中间面片两交界线的位置关系,将该问题分为交界线平行和近似平行两种情况讨论,并基于两种修正方法分别提出了两种情况下的喷枪轨迹规划方法和相关参数的优化方法。仿真实验和数值分析表明：当修正的轨迹间距比理想值大时,可采用未优化的直接修正法规划喷枪轨迹; 反之,可采用优化的直接修正法;在相同轨迹间距下,修正喷涂高度法比直接修正法的涂层误差要小３μm左右。验证了两种方法相结合解决近似平行时该问题的可行性和有效性。     

喷漆机器人空气喷枪的新模型

针对实际生产中喷漆机器人空气喷枪喷雾的形状及其附着在平面工件表面形成椭圆形喷漆区域的情况,进行喷枪静止的喷涂试验,得到漆膜厚度测量数据。采用BP神经网络方法进行漆膜表面函数拟合,通过比较拟合后的x、y方向的不同断面上的漆膜分布曲线,提出一种新的椭圆形区域的漆膜厚度分布函数——椭圆双b 分布模型,采用遗传算法及最小二乘法对椭圆双b 分布模型进行数学拟合,求得其参数。以此模型对一个喷枪行程进行仿真,并与实际的单行程喷漆试验结果进行比较,验证了所建模型的正确性。给出该模型用于一般曲面喷涂时工件表面上任意点的漆膜厚度计算公式,以及喷漆机器人为了保持喷枪姿态需要的喷涂运动方程,为喷漆机器人采用离线编程技术提供一个更为实用的空气喷枪模型。     

喷漆机器人喷漆工艺分析及优化研究

根据现今汽车行业的质量标准,分析了汽车喷涂工艺过程中的实际工作条件,建立带约束条件的多目标优化问题的数学模型,并选取用时最短和漆膜厚度方差最小为目标函数,利用非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的优化方法,得到pareto最优解集。结果表明该优化算法能有效地解决多目标非线性约束优化问题。     

喷涂机器人静电旋杯的新模型

旋杯的累积速率模型以及涂料投射模型是喷涂机器人离线编程轨迹规划的重要基础。针对累积速率模型,建立了一种新的模型--双偏置β模型,该模型既能表示满月形模型,也能表示局部非对称的圆环形模型。在此基础上,分析了新模型的匀速喷涂厚度模型,为离线编程的轨迹规划做准备;针对涂料投射模型,推导出了涂料投射模型为任意函数模型时,工件曲面上某点累积速率与基准面上对应点累积速率的关系,并结合实验数据构建了基于正态分布的曲线投射模型。经证明,此模型更符合实际情况。     

基于真实刀刃轨迹的立铣刀切削厚度模型

瞬时切削厚度是铣削加工建模研究的重要参数之一。通过分析刀刃切削轨迹,可以得到准确的瞬时切削厚度,但需要求解复杂的超越方程。通常对切削刀刃轨迹进行不同程度的简化来求解近似的瞬时切削厚度。为得到准确的瞬时切削厚度,提出一种新的切削厚度计算模型。基于立铣刀真实切削刀刃轨迹,对近似的切削厚度模型进行补偿,得到较传统计算方法更为准确的结果,计算过程也更为简单。通过切削力试验验证,该模型可以得到更好的动态切削力预测结果。     

Automated tool trajectory planning of industrial robots for painting composite surfaces

Automatic trajectory generation for spray painting is highly desirable for today’s automotive manufacturing. Generating paint gun trajectories for free-form surfaces to satisfy paint thickness requirements is still highly challenging due to the complex geometry of free-form surfaces. In this paper, a CAD-guided paint gun trajectory generation system for free-form surfaces has been developed. The system utilizes the CAD information of a free-form surface and a paint gun model to automatically generate a paint gun trajectory to satisfy the paint thickness requirements. Complex surfaces are divided into patches to satisfy the constraints. A trajectory integration algorithm is developed to integrate the trajectories of the patches. The paint thickness deviation from the required paint thickness is optimized by modifying the paint gun velocity. A paint thickness verification method is also developed to verify the generated trajectories. The results of simulations have shown that the trajectory generation system achieves satisfactory performance. This trajectory generation system can also be applied to generate trajectories for many other CAD-guided robot trajectory planning applications in surface manufacturing.     

基于显微照片的增层模型涂层温度场模拟

熔射成形中涂层的使用性能与其残余热应力密切相关,而残余热应力则是由于沉积过程中温度场分布不均匀导致的,因此,研究涂层温度场是分析其残余热应力的基础。针对现有涂层沉积温度场模拟普遍采用的增层模型不能考虑涂层孔隙的缺陷,提出一种基于显微照片的含孔隙涂层生长增层模型,并使用该模型对其温度场进行模拟。计算结果表明,孔隙不仅对沉积过程中的涂层温度场具有重要影响,而且对基体温度场也有影响。涂层中靠近孔隙的位置其温度下降比远离孔隙位置更慢,且沉积初期这种差异更明显。含孔隙涂层温度场的模拟为含孔隙涂层残余热应力的研究及涂层起翘、开裂和剥落等失效机理的分析提供了基础。     

两类喷枪最优轨迹规划的比较

研究了喷漆机器人喷枪最优轨迹的规划,该规划的目的是确定一条使得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹。文中首先对喷枪最优轨迹规划问题建立了数学模型,然后确定了具体的算法,针对两类不同的漆膜生长速率函数,对正方形平板工件表面进行了仿真,得出了优化仿真结果,论证了两类方法的可行性,并对两类仿真结果进行比较。