飞机进气道喷涂离线编程技术研究

为了解决我国航空制造业中飞机进气道喷涂环境恶劣、效率低下以及涂层精度差等问题,开发一种飞机进气道喷涂离线编程系统。提出利用VC++语言的CATIA二次开发方法,基于喷涂宽度一致原则,根据进气道结构特点和喷涂算法制定了进气道的喷涂轨迹路线;进行了喷涂轨迹的模拟实验,并在模拟中采集并输出喷涂轨迹点三维坐标,将轨迹点三维坐标传输到喷涂机器人控制器即可实现喷涂作业。实际喷涂效果表明:该机器人离线编程系统不仅具有实际可行性,而且具有改善工人工作环境、涂层精度高以及缩短喷涂时间等优点,适用于不同型号飞机的进气道喷涂作业中。     

飞机尾翼喷涂轨迹规划算法研究

针对现阶段我国航空制造业对飞机喷涂效率以及表面质量的新要求,结合某型号飞机垂直尾翼模型的喷涂特点,提出一种轨迹规划算法,并给出该算法的具体函数表达式;利用DELMIA/IGRIP模块实现了机器人喷涂的运动控制仿真模拟,并且在前期喷涂试验中获得了样板涂层的表面质量参数,为后续实际喷涂以及实现机器人喷涂离线编程控制提供一定的理论依据。实验结果表明:该轨迹规划算法合理,具有一定的实际应用价值。     

倾斜喷涂圆弧喷枪新模型的建立与轨迹优化

针对复杂自由曲面中犄角型曲面的喷涂机器人圆弧喷涂轨迹的优化和涂料浪费问题,基于已有的喷枪模型,运用微分几何面积放大定理建立了考虑涂料流量的倾斜喷涂圆弧喷枪新模型。并基于此模型对一具有外犄角特征的组合曲面进行了喷枪变向倾斜喷涂的轨迹规划,建立了喷涂轨迹优化目标函数。最后仿真实验验证了此模型和喷涂方案的有效性和可行性,为完善喷涂机器人离线编程系统提供了依据。     

拖动示教喷涂机器人的设计与优化

针对通用编程示教喷涂机器人编程复杂、不适用于产品快速变更的生产需求的问题,设计了拖动示教喷涂机器人,并对运动数据进行优化。提出机构设计方案,对重要机构的平衡进行了分析与计算。对人工拖动喷涂机器人运动时由于速度不均匀造成的再现轨迹偏差失真问题,提出了动作优化的方法。通过划分优化区域,求运动轨迹的三次样条曲线,插值被代入运算。经实例证明,将优化后的动作数据重新载入拖动示教机器人处理器内,优化后的速度曲线由原来的折线变成了流畅的曲线,使得该机器人运动速度平稳,转动轨迹平滑。     

IRB4400喷涂机器人运动学分析研究

喷涂机器人的运动学分析是动力学控制和轨迹规划的理论基础,为提高运动学求解效率,以ABB IRB4400喷涂机器人为研究对象,在Robotics Toolbox中对其建立了D-H模型,进行了正运动学分析。并针对机器人一般逆运动学求解方法复杂低效的问题,研究了BP神经网络智能算法在该型机器人逆运动学求解中的应用。运用正运动学分析结果,在Matlab中利用蒙特卡洛法编程实现了机器人的工作空间仿真,利用神经网络算法求解得到的逆解进行了轨迹规划仿真,得到了机器人工作空间仿真图,连续光滑的关节角、角速度和角加速度曲线图。从而验证了机器人建模的正确性、正运动学分析的合理性和逆运动学算法的有效性,为实际编程作业效率的提高提供了参考。     

基于涂层厚度模型的机器人喷涂轨迹规划研究

为了实现大型复杂曲面的喷涂轨迹规划,提出一种基于涂层厚度模型的高铁白车身机器人喷涂轨迹规划方法。基于静态涂层厚度的椭圆双β分布模型,分析喷涂的累计涂层厚度分布规律,提出一种用于评估相对不均匀性的指标RU,并基于RU指标,通过轨迹重叠的方式保证了涂层厚度的一致性。通过曲曲面的分割与合并,实现了喷涂区域的划分,同时基于包围盒法确定了机器人喷涂路径点空间坐标信息。实验结果表明：基于涂层厚度模型的轨迹规划方法能够有效保证喷涂效果的均匀性,并成功应用于高铁白车身的机器人喷涂加工,显著提升了喷涂质量与效率。     

喷涂机器人控制系统的开发与研究

对喷涂机器人技术进行了研究,设计并研制了喷涂机器人控制系统,介绍了控制系统的硬件与软件结构,对喷涂机器人系统的示教和离线编程两种模式的工作流程进行了叙述,同时设计了机器人各个关节的PID控制器,并对所设计的PID控制器进行了仿真试验.试验结果表明:所设计的控制器响应速度快,无超调,基本可满足工业需要.     

大型风力机复杂叶片机器人自动喷涂路径规划

为缩短传统叶片制造过程中喷涂工艺所花的时间,设计一种单导轨双悬臂式单枪喷涂机器人,并制定一种针对大型复杂风力机叶片进行机器人自动喷涂的方案。先建立所喷涂叶片的三维模型,然后通过喷涂工艺参数和模型曲面外形特征来设计喷涂轨迹,再从轨迹线条中提取能够表示关键特征的三维坐标点数据,接着采用D-H参数对喷涂机器人进行建模,求取了运动正、逆解,从而把笛卡尔坐标系下的三维坐标转化为机器人关节参数。最后在此基础上通过RobotStudio软件进行仿真实验,验证喷涂工作是否顺利完成、所截取的插补点位、轨迹间隔是否合理,为大型叶片自动喷涂装置的研制提供参考。     

移动悬挂箱体喷涂机器人编程技术研究

介绍一款专门用于移动悬挂箱体喷涂系统的工业机器人自动离线编程软件,对软件的构成、核心原理及其实现的功能进行说明,着重介绍在轨迹规划中遇到的机器人运动奇点问题及其解决方案,并依据实际喷涂效果提出相关建议和展望。此项自动离线编程技术不仅可以用于规划机器人的运动轨迹,开发出可自动生成机器人作业程序的计算机软件,还可以利用仿真软件来验证整个喷涂过程的合理性,进而修正出最优化的程序结构,有效避免机器人运动奇点问题的发生。软件的使用可避免现场对机器人的人工示教和离线编程时的图形操作,最大限度减少人为介入,具有较高的推广应用价值。     

SV型手腕6R喷涂机器人运动学算法研究

运用分离常量及矩阵求逆的方法,研究了新型的SV(stereo-vertical)型手腕6R喷涂机器人的逆运动学算法,求出精确数值解析解。对于一个末端矩阵,可求得16组逆解。基于QT平台,结合QML关键技术及CS设计模式,设计了一套喷涂机器人的离线编程仿真系统,通过实现轨迹精确控制,验证了该算法。结果表明,该算法求解正确,精度高。     

一种基于喷涂机器人的自适应运动控制系统研究与应用

为了能够精确控制喷涂机器人的运动轨迹,运用D-H方法进行逆运动学分析,得到了机器人的导航定位解;通过机器人控制中的量程转换、脉冲数转换、运行位置的校验,进行实时监测与反馈控制,提出了机器人自适应运动控制策略。利用stl语言实现了机器人腰部、肩部、肘部的自适应运动控制,从而实现了机器人的精确运行。将该运动控制系统与微机及触摸屏结合,搭建了喷涂机器人数字化、智能化操作平台。将运动控制系统应用于实际生产,验证了机器人运动控制系统的高效性和稳定性,能够很好地适用于喷涂工作。     

Nozzle Mounting Method Optimization Based on Robot Kinematic Analysis

Nowadays, the application of industrial robots in thermal spray is gaining more and more importance. A desired coating quality depends on factors such as a balanced robot performance, a uniform scanning trajectory and stable parameters (e.g. nozzle speed, scanning step, spray angle, standoff distance). These factors also affect the mass and heat transfer as well as the coating formation. Thus, the kinematic optimization of all these aspects plays a key role in order to obtain an optimal coating quality. In this study, the robot performance was optimized from the aspect of nozzle mounting on the robot. An optimized nozzle mounting for a type F4 nozzle was designed, based on the conventional mounting method from the point of view of robot kinematics validated on a virtual robot. Robot kinematic parameters were obtained from the simulation by offline programming software and analyzed by statistical methods. The energy consumptions of different nozzle mounting methods were also compared. The results showed that it was possible to reasonably assign the amount of robot motion to each axis during the process, so achieving a constant nozzle speed. Thus, it is possible optimize robot performance and to economize robot energy.     

A Coupled Model Between Robot Trajectories and Thermal History of the Workpiece During Thermal Spray Operation

Offline robot trajectory generation is now often used for thermal spray applications, especially for complex design parts, requiring enhanced trajectories. This technique allows decreasing the downtime of the thermal spray cell and insures the generation of optimized trajectories. Heat transfers caused by thermal spray increase the workpiece temperature during the coating application. This temperature acts directly on the resulting thermal stresses after cooling of the part down to the ambient temperature. In this study, a coupling was developed between the robot trajectory and computation of the thermal history of the workpiece during the spray operation. The method is based on the storage of the real robot trajectory (i.e., accurate in time) in a text file, and reading of this file with a C programming performed with ANSYS/FLUENT commercial code which allows computing the displacement of the thermal sources according to the trajectory and solving the transient heat conservation equation during the torch displacement. The contributions of the impinging plasma jet and the molten particle jet are taken into account in the model.     

Anticorrosive performance of repair painting as remedy for deterioration in metallised steel

Abstract

When the various metallic coating systems applied on steel bridges deteriorated, they may need to be repaired by painting because onsite metallic recoating is very difficult. In order to examine the performance of repaired painting on steel plates with the remains of four types of deteriorated metallic coating systems, cyclic corrosion tests were performed in combination with exposure to an acid rain spray. It was found that a residual coating of zinc hot dip galvanising acted as a helpful substrate for the repair painting. Residual coatings of a zinc–aluminium thermal spray and of a zinc–aluminium pseudoalloy did not have such an effect. The residue of an aluminium thermal spray had a positively harmful influence on the repair painting over it. The degree of this influence was correlated with the thickness of the residual coating.     

圆弧面空气喷涂的喷雾流场特性

针对喷涂成膜气液两相流动过程,采用欧拉—欧拉法建立喷涂成膜模型,模型包括喷雾流场模型和撞击粘附模型。采用非结构化网格划分控制域求解。对比分析表明,圆弧面静态周向喷涂喷雾流场形状与平面喷涂喷雾流场形状基本相同,轴向喷涂喷雾流场形状与平面喷涂喷雾流场形状有较大的区别。周向喷涂圆弧面时,喷锥宽度和液相碰撞角度受形面影响较小。轴向喷涂圆弧面时,外壁喷涂喷锥宽度大于平面喷涂喷锥宽度,喷锥边缘区域液相与壁面碰撞角度很小;内壁喷涂喷锥宽度略小于平面喷涂喷锥宽度,整个喷锥内液相与壁面始终保持较大的碰撞角度。试验证实喷涂成膜模型用于研究喷雾流场特性是可行的。     

基于PMAC的喷漆机器人控制系统设计

性价比高的智能喷漆机器人在家具生产领域具有广泛的应用前景。基于PC+PMAC运动控制卡设计了喷漆机器人的控制系统。根据要求建立了其硬件结构,搭建了软件控制框架,并利用C++Builder编写了人机交互界面。同时,根据实际状况对控制系统进行了调试。实际证明,该设计达到了预期要求。     

静电喷涂涂层厚度分布模型的研究进展

静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动,并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。在静电喷涂中,涂层厚度分布模型是喷涂机器人离线编程和轨迹规划作业中影响涂层厚度均匀性的关键因素,对提高喷涂质量和涂料转移率具有重要意义。因此,喷涂机器人轨迹规划的一个首要和基础的问题是如何建立准确的涂层厚度分布模型。重点综述了近年来静电喷涂涂层厚度分布模型的国内外研究进展,并在此基础上归纳了涂层厚度分布模型存在的问题,与此同时,归纳了常用涂层厚度仿真的方法—经验模型法和CFD仿真法。喷涂仿真包括静态喷涂仿真和动态喷涂仿真,静态仿真常用欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法,动态仿真常用动喷枪法和动壁面法,其中,动壁面法结合动网格为动态仿真主要方法。常见的动网格模型有三种:弹性光顺模型、铺层模型、局部重构模型。而在动态仿真中,动网格法常用有两种模型:一种是弹性光顺模型结合局部重构模型,另一种是铺层模型。最后对未来涂层厚度分布模型和涂层厚度仿真的研究进行了简要展望。