一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，包括，对喷枪静止倾角喷涂过程进行建模，在平面上获得变倾角喷涂涂膜分布规律模型；将复杂曲面分片规划成若干个近似平面片，识别出犄角特征面片组合，生成犄角特征面片组合上的喷涂轨迹；根据变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立平面上及犄角处变倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型，并根据理想涂层厚度对其进行优化，获得相关喷涂轨迹参数。本发明专利技术基于倾角喷涂工艺的连续变倾角喷涂轨迹规划，保证犄角特征曲面内犄角处喷涂满足涂层质量要求，同时可以减少外犄角处的涂料浪费。与垂直喷涂工艺相比，能提高内犄角处的涂层均匀度和外犄角处的涂料利用率，同时可起到环保的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，涉及喷涂机器人离线编程控制，属于自动化控制

技术介绍
由于喷涂机器人离线编程控制方法具有的喷涂质量高、劳动强度低和将工人从有毒的环境中解放出来等优点，越来越多地被运用在汽车、船舶和航空航天等领域中。在离线编程系统中的喷涂轨迹规划是其核心所在，但目前的喷涂轨迹规划仅局限于垂直喷涂工艺，对于诸如犄角特征曲面而言，垂直喷涂工艺的喷涂轨迹规划方法并不是适用，究其原因是内犄角深处无法覆盖到有效涂层，外犄角处容易产生大量的涂料浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，针对犄角特征曲面，实现基于倾角喷涂工艺的连续变倾角喷涂轨迹规划，保证犄角特征曲面内犄角处喷涂满足涂层质量要求，同时可以减少外犄角处的涂料浪费。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，具体步骤包括：步骤一、对喷枪静止倾角喷涂过程进行建模，当喷涂倾角为变量时，在平面上获得变倾角喷涂涂膜分布规律模型；步骤二、运用几何拓扑原理将复杂曲面分片规划成若干个近似平面片，识别出犄角特征面片组合，生成犄角特征面片组合上的喷涂轨迹；步骤三、根据步骤一中变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立平面上及犄角处变倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型，并根据理想涂层厚度对其进行优化，获得相关喷涂轨迹参数。作为本专利技术的进一步优选方案，步骤一中，所述变倾角喷涂涂膜分布规律模型的建立包括下述步骤：101、进行喷枪静止垂直于平板的喷涂实验，获得垂直喷涂时的涂膜分布规律模型： f ( r ) = A ( R 2 - r 2 ) , | r | ≤ R 0 , | r | > R ; ]]>式中，R为喷涂半径；A为常数；r是平面上一点S到沿喷射方向喷枪中心投影点的距离；102、基于垂直喷涂时的涂膜分布规律模型，当喷涂倾角为变量时，以喷枪运枪方向为x轴，喷枪轴线与平面交点O为坐标原点，建立笛卡尔直角坐标系，设喷枪轴线相对于平面法向方向的偏角为喷涂倾角α，运用微分几何原理得到变倾角喷涂涂膜分布规律模型： f ( x , y , α ) = A ( R 2 - r S 2 ) ( H H S ) 2 cos α ; ]]>其中， r S = H sin β x 2 + y 2 H + x sin α ; ]]> sin β = x 2 cos 2 α + y 2 x 2 + y 2 ; ]]>HS＝H+xsinα；rS为过点S和喷嘴连线上一点到原点O的垂直距离；β为喷枪轴线与点S到原点O连线的夹角；HS为喷嘴到点S在喷枪轴线上投影点间的距离，H为喷枪静止喷涂时的喷涂高度。作为本专利技术的进一步优选方案，步骤二中，所述犄角特征面片组合上的喷涂轨迹生成步骤包括：201、根据相邻面片间夹角大小提取出犄角特征面片组合；202、由201所得犄角特征面片组合，运用切割边界盒子法生成变倾角喷涂轨迹；203、设定犄角特征面片组合夹角为σ，进而确定连续变倾角喷涂过程中的喷涂倾角α＝π/2-σ/2。作为本专利技术的进一步优选方案，步骤三中，所述建立平面上及犄角处变倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型具体步骤包括：301、根据变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立面片中倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的任意一点S0的涂层厚度模型： T S 0 ( y , α ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一、对喷枪静止倾角喷涂过程进行建模，当喷涂倾角为变量时，在平面上获得变倾角喷涂涂膜分布规律模型；步骤二、运用几何拓扑原理将复杂曲面分片规划成若干个近似平面片，识别出犄角特征面片组合，生成犄角特征面片组合上的喷涂轨迹；步骤三、根据步骤一中变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立平面上及犄角处变倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型，并根据理想涂层厚度对其进行优化，获得相关喷涂轨迹参数。

【技术特征摘要】
1.一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤一、对喷枪静止倾角喷涂过程进行建模，当喷涂倾角为变量时，在平面上获得变倾
角喷涂涂膜分布规律模型；
步骤二、运用几何拓扑原理将复杂曲面分片规划成若干个近似平面片，识别出犄角特征
面片组合，生成犄角特征面片组合上的喷涂轨迹；
步骤三、根据步骤一中变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立平面上及犄角处变倾角喷涂
时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型，并根据理想涂层厚度对其进行优化，获得相关喷涂轨迹
参数。
2.如权利要求1所述的一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，其特征在于：步骤
一中，所述变倾角喷涂涂膜分布规律模型的建立包括下述步骤：
101、进行喷枪静止垂直于平板的喷涂实验，获得垂直喷涂时的涂膜分布规律模型：
f ( r ) = A ( R 2 - r 2 ) , | r | ≤ 0 , | r | > R ; ]]>式中，R为喷涂半径；A为常数；r是平面上一点S到沿喷射方向喷枪中心投影点的距离；
102、基于垂直喷涂时的涂膜分布规律模型，当喷涂倾角为变量时，以喷枪运枪方向为x
轴，喷枪轴线与平面交点O为坐标原点，建立笛卡尔直角坐标系，设喷枪轴线相对于平面法
向方向的偏角为喷涂倾角α，运用微分几何原理得到变倾角喷涂涂膜分布规律模型：
f ( x , y , α ) = A ( R 2 - r S 2 ) ( H H S ) 2 cos α ; ]]>其中， r S = H sin β x 2 + y 2 H + x sin ; ]]> sin β = x 2 cos 2 α + y 2 x 2 + y 2 ; ]]>HS＝H+xsinα；
rS为过点S和喷嘴连线上一点到原点O的垂直距离；β为喷枪轴线与点S到原点O连线
的夹角；HS为喷嘴到点S在喷枪轴线上投影点间的距离，H为喷枪静止喷涂时的喷涂高度。
3.如权利要求1所述的一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，其特征在于：步骤
二中，所述犄角特征面片组合上的喷涂轨迹生成步骤包括：
201、根据相邻面片间夹角大小提取出犄角特征面片组合；
202、由201所得犄角特征面片组合，运用切割边界盒子法生成变倾角喷涂轨迹；
203、设定犄角特征面片组合夹角为σ，进而确定连续变倾角喷涂过程中的喷涂倾角
α＝π/2-σ/2。
4.如权利要求1所述的一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法，其特征在于：步骤
三中，所述建立平面上及犄角处变倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的涂层叠加模型具体步骤包括：
301、根据变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立面片中倾角喷涂时相邻喷涂轨迹间的任意

\t一点S0的涂层厚度模型：
T S 0 ( y , α ) = T 1 ( y , α ) , 0 ≤ y ≤ δ - b T 1 ( y , α ) + T 2 ( y , α ) , δ - b < y ≤ b T 2 ( y , α ) , b < y ≤ δ ; ]]> T 1 ( y , α ) = 2 ∫ 0 a 2 v α f ( r 1 ) dt , 0 ≤ y ≤ b ; ]]> T 2 ( y , α ) = 2 ∫ 0 a 2 v α f ( r 2 ) dt , δ - b ≤ y ≤ δ ; ]]>其中， r 1 = H x 2 cos 2 α + y 2 H + x sin α , ]]> r 2 = H x 2 cos 2 α + ( y - δ ) 2 H + x sin α , ]]>x＝vαt；
a 1 = HR 2 sin α - H 2 R cos α HR sin ( 2 α ) - ( H 2 + R 2 sin 2 α - H 2 sin 2 α ) , ]]> a 2 = HR 2 sin α - H 2 R cos α HR sin ( 2 α ) - ( H 2 + R 2 sin 2 α - H 2 sin 2 α ) ; ]]>a＝(a1+a2)/2， b = Ra a 1 a 2 ; ]]>T1、T2分别表示喷枪沿相邻喷涂轨迹1和2喷涂后形成的涂层厚度；vα为喷涂倾角为α时
的喷枪移动速度，t表示时间；δ为垂直喷涂时优化的相邻轨迹间的间距；
302、根据301所得的涂层厚度模型，建立喷涂轨迹参数优化模型：
min E 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾勇，王斌，周海，许宁，马如宏，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32