一种犄角特征曲面连续变倾角喷涂轨迹规划方法

摘要

本发明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。

主权项

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，具体为：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,\alpha )=\left\{\begin{array}{cc}{T}_1(y,\alpha ),& 0\le y\le \delta -b\\ T_1(y,\alpha )+T_2(y,\alpha ),& \delta -b<y\le b\\ T_2(y,\alpha ),& b<y\le \delta \end{array}\right.;$$T_1(y,\alpha )=2{\int }_0^{\frac{a}{2v_{\alpha }}}f\left(r_1\right)dt,0\le y\le b;$$T_2(y,\alpha )=2{\int }_0^{\frac{a}{2v_{\alpha }}}f\left(r_2\right)dt,\delta -b\le y\le \delta ;$其中，$a_1=\frac{{\mathrm{HR}}^{2}sin\alpha -H^{2}Rcos\alpha }{HRsin\left(2\alpha \right)-(H^2+R^2{\sin }^2\alpha -H^2{\sin }^2\alpha )},$$a_2=\frac{{\mathrm{HR}}^{2}sin\alpha +H^{2}Rcos\alpha }{HRsin\left(2\alpha \right)+(H^2+R^2{\sin }^2\alpha -H^2{\sin }^2\alpha )};$a＝(a₁+a₂)/2，T₁、T₂分别表示喷枪沿相邻喷涂轨迹1和2喷涂后形成的涂层厚度；v_α为喷涂倾角为α时的喷枪移动速度，t表示时间；δ为垂直喷涂时优化的相邻轨迹间的间距；302、根据301所得的涂层厚度模型，建立喷涂轨迹参数优化模型：$\left\{\begin{array}{c}\min E_0(v_{\alpha },H)={\int }_0^{\delta }{[T_{S_0}(y,\alpha ,v_{\alpha },H)-T_d]}^{2}dx\\ \begin{array}{cc}s.t:& H\in [H_{min},H_{max}]\end{array}\end{array}\right.;$其中，H_max、H_min分别表示允许的最大和最小喷涂高度；T_d表示理想涂层厚度；E₀表示方差；303、根据建立的变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立面片上喷枪姿态由垂直喷涂到倾角喷涂的连续变倾角喷涂过程中的任意一点S₁的涂层厚度模型如下：$T_{S_1}(x,y)=\underset{j=1}{\overset{i}{\Sigma }}{T}_{P12,P22}(x,y,j)+T_{P11,P21}(x,y)+T_{P13,P23}(x,y);$其中：T_P11、T_P21、T_P12、T_P22、T_P13、T_P23分别表示相邻两喷涂轨迹被分段后各轨迹段上的涂层厚度；j∈[1,i]，j为正整数；i为第i段轨迹；304、根据建立的连续变倾角喷涂过程的涂层厚度模型，建立此过程喷涂轨迹参数的优化模型如下：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{minE}}_1(v_1,v_2,\mathrm{...},v_i,H_1,H_2,\mathrm{...},H_i)={\int }_0^{d_0}{\int }_0^{\delta }{\left(T_{S_1}\right(x,y)-T_d)}^{2}dxdy\\ s.t.H_i\in [H_{\min },H_{\max }]\end{array}\right.;$其中：v_i、H_i表示第i段轨迹上的喷枪速率和喷涂高度；E₁表示实际涂层厚度与理想涂层厚度之间方差；305、根据建立的变倾角喷涂涂膜分布规律模型，建立倾角喷涂由片1过渡到片2过程的涂层厚度模型如下：$T_{S_2}(x,y)=\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}[T_{P14,P24}(x,y,q)+T_{P14*,P24*}(x,y,q)]+T_{P11,P21}(x,y)+T_{P13,P23}(x,y);$其中，T_P11、T_P21、T_P14、T_P24、T_P14*、T_P24*、T_P13、T_P23分别表示相邻两喷涂轨迹被分段后各轨迹段上的涂层厚度；306、根据建立的倾角喷涂由片1过渡到片2过程的涂层厚度模型，建立此过程喷涂轨迹参数的优化模型如下：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{minE}}_2(v_1,v_2,\mathrm{...},v_p,H_1,H_2,\mathrm{...},H_p)={\int }_0^{a_1}{\int }_0^{\delta }{\left(T_{S_2}\right(x,y)-T_d)}^{2}dxdy\\ s.t.H_p\in [H_{\min },H_{\max }]\end{array}\right.;$其中，v_p、H_p表示第p段轨迹上的喷枪速率和喷涂高度。