一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，首先建立喷枪轨迹数学模型，其次建立涂料的空间分布模型、静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度图，然后根据和双变量柯西分布模型、双变量高斯分布模型以及离线实验所得数据的对比，最终选择建立传统椭圆双β模型，最后针对多道喷涂进行喷幅搭接，即通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法
本专利技术涉及一种喷涂机器人喷涂非规则多边形的方法，主要针对涂层厚度均匀性进行优化的方法。
技术介绍
静电喷涂是根据传统的喷涂和静电效应相结合的一项新技术，将静电喷涂技术运用在喷涂机器人上，具有最佳的经济效益，广泛运用于国内外汽车涂装生产线上，不仅提高了产品的质量与产量，而且保障了人身安全、改善劳动条件、减轻劳动强度、降低生产成本和减轻环境污染。在机器人喷涂过程中，对于工件表面涂层厚度均匀性直接影响到工件的喷涂质量，均匀性达不到指标，可能会需要重新喷漆，这样不仅会造成涂料的浪费，而且会降低喷涂作业的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于对静电喷涂机器人在工件表面喷涂的漆膜厚度均匀性进行轨迹优化，首先建立喷枪轨迹数学模型，其次建立涂料的空间分布模型、静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度图，然后选择建立传统椭圆双β模型，最后针对多道喷涂进行喷幅搭接，即通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性。本专利技术采用的技术方案是：建立传统椭圆双β模型，对多道喷涂进行喷幅搭接，即通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性，具体步骤为：一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，包括以下步骤：步骤1，建立喷枪轨迹数学模型和涂料空间分布模型；步骤2，建立涂料的静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度图；步骤3，建立关于平面喷涂的椭圆双β模形状；步骤4，针对多道喷涂进行喷幅搭接，通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性。进一步，所述步骤1的具体过程为：1.1.假设喷枪工件静止不动，采用笛卡尔坐标系XYZ描述其位置和形状，设工件表面表示为函数z＝h(x，y)，工件表面的函数表达式定义为：S＝x，y，z|z＝hx，y，x，y∈D其中，映射h：D→R，R为实数域，定义域用笛卡尔坐标系XYZ表示位姿，设三维矢量函数P(t)和0(t)分别来表示喷枪在固定笛卡尔坐标系中的位置和方向，这两个矢量与时间t的关系可表示为：Pt＝[px(t)，py(t)，pz(t)]O(t)＝[ox(t)，oy(t)，oz(t)]其中，上式中的矢量px(t)，py(t)，pz(t)表示时刻t时，喷枪的位置，矢量ox(t)，oy(t)，oz(t)表示时刻t时，喷枪分别绕X、Y、Z坐标轴的旋转角度；定义一个矢量函数a(t)来总体代表喷枪的位姿，表示为：a(t)＝[P(t)，O(t)]T；1.2.设喷枪喷出的涂料流形状是圆锥体：取圆锥张角为φ，喷枪到平面的距离为h，平面上的喷涂半径为R，平面上一点Q离喷枪中心投影点的距离是r，Q点和喷枪的连线与喷枪中轴线的夹角是θ。进一步，所述步骤2的具体过程为：在做静电喷涂实验时，所产生的涂料的空间分布模型是环形；当静电电压、间距、旋杯转速、涂料流量和涂料的粘度参数保持一定的情况下，喷枪垂直于工件表面定点喷涂一段时间所形成的涂料空间分布为中空的环形；当固定的喷涂沉积模型沿x方向移动时，所产生的涂料的静态分布模型的平移示意图会形成一个条纹模型；平移模型的截面厚度图为：其截面厚度图关于x轴对称，且在±Δy处厚度为0，随后有个平滑的上升趋势，达到峰值厚度减弱。进一步，所述步骤3的具体过程为：首先收集喷涂区域的数据，对数据进行筛选后进行曲线拟合，选择神经网络算法对筛选后的数据进行拟合；在椭圆形喷幅区域内以o点为坐标原点建立坐标系，假设在x轴和y轴上漆膜厚度的剖面轮廓形状曲线都服从分布指数β1、β2的β分布函数，并且在同一截面上的点的β值都相同：假设在区域A(x，y)内任意一点到x轴距离n，距离轴的距离是m，过这个点作直线AiBi，再做直线A1A2，这两条直线分别平行x轴和y轴，并且把直线A1A2与椭圆曲线的交点记为A1，A2，直线A1A2与x轴的交点记为A，Ai点关于y轴的对称点记作Bi，再过点Bi作直线B1B2跟直线A1A2平行，并分别交椭圆边界曲线于B1B2两点，与x轴交点记作B点；根据直线AA1的长度|AA1|计算出漆膜膜厚在X＝m时候截面处的分布函数qx＝m以及在Y＝n时候截面处的膜厚分布函数qy＝n，最后获得喷幅区域内任意一点的漆膜厚度数学模型；根据喷枪在平面上形成的椭圆形喷漆区域的长轴半径a，短轴半径b，喷嘴到水平面的垂直距离h，x轴与y轴方向的张角θ和γ，分别求取椭圆的长轴半径a和椭圆的短轴半径b；漆膜累积的速率用β分布模型来表示，根据表面上任意一点到喷枪在水平面上的投影点之间的距离r，喷枪在平面上形成的原型喷涂区域的直径w，获得最大漆膜累积速率qmax。进一步，所述神经网络算法中信息是通过神经元上的兴奋模式分布存储在网络上，并且信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的，采用三层神经网络来实现，输入为三层，隐藏层设置8个结点，输出层为两层，d(i)为输入层点，i＝1，2..，d(j)为隐含层结点，j＝1，2..，d(k)为输入层结点，k＝1，2..，，激活函数设置为权值更新为：对于隐含层，有：hj＝f(Hj)其中xi为d(i)输出或输入，Hj，hj分别为d(j)的输入、输出，wij为d(i)与d(j)之间的连接权；对于输出层，有：yk＝∫(Yk)YK，yk分别为d(k)的输入、输出，wjk为d(j)与d(k)之间的连接权。进一步，喷幅区域内任意一点的漆膜厚度数学模型为：其中a，b分别为椭圆和x轴y轴交点，其中β1，β2为分布指数，x为自变量，qmax为最大漆膜累积速率。进一步，最大漆膜累积速率qmax为：其中：Q0为喷枪流量，w为直径。进一步，所述步骤4的具体过程为：假设喷枪行进的方向为Y轴的方向，那么跟喷枪行进相垂直的方向就是X轴方向，选取喷涂区域内任意一点P作为研究的对象，设P点坐标为(x，0)，设喷枪开始喷涂到P点的时刻记作x＝-t，根据对称性，当喷枪最后喷到P点的时刻为x＝t1，即：在-t1～t1的时间间隔里，P点都会被喷涂到：那么喷枪在方向上的位移为：y＝vt式中：v表示喷枪的速度；由几何关系可得喷涂区域内任意一点到原点的距离r：r＝(x2+y2)1/2本专利技术中采用β分布模型来表示漆膜累积的速率，即：根据上式得出P点的漆膜厚度T(x)为：根据β分布模型来表示漆膜累积的速率得出喷枪流量Q0：其中，A是喷涂区域的面积；漆膜厚度在重叠区域内有三个点可以控制，最根本的还是取决于喷漆行程间的间距d；如果d确定了，重叠区域的漆膜厚度可以通过两次喷漆的漆膜厚度相互叠加得到，下式表示了两个有偏移的喷枪行程得到的涂层厚度分布：其中，T12中的1代表喷枪1，2代表喷枪2，T(x)为喷涂区域内任意一点的累积厚度。本专利技术具有的技术效果为：在机器人喷涂过程中，本专利技术所建立的关于平面喷涂的椭圆双β模形状，以及针对多道喷涂进行喷幅搭接，能够对于工件表面涂层厚度均匀性直接影响到工件的喷涂质量，使得喷涂均匀，操作过程中不需要额外的重新喷漆，这样大大节约了涂料材料，而且提高了喷涂作业的效率。附图说明图1为涂层空间分布模型图2为涂料平面上空间分布图图3-a为静态分布模型的平面示意图图3-b为平面模型的截图厚度图4为涂层累积率有限范围模型图5雾锥x轴剖面图6雾锥y轴剖面图7油漆空间分布图8喷雾搭接图9重叠区域涂层厚度分布图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立喷枪轨迹数学模型和涂料空间分布模型；步骤2，建立涂料的静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度图；步骤3，建立关于平面喷涂的椭圆双β模形状；步骤4，针对多道喷涂进行喷幅搭接，通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性。

【技术特征摘要】
1.一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立喷枪轨迹数学模型和涂料空间分布模型；步骤2，建立涂料的静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度图；步骤3，建立关于平面喷涂的椭圆双β模形状；步骤4，针对多道喷涂进行喷幅搭接，通过行程间的间距d的选择来提高漆膜的厚度均匀性。2.根据权利要求1所述的一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：1.1.假设喷枪工件静止不动，采用笛卡尔坐标系XYZ描述其位置和形状，设工件表面表示为函数z＝h(x，y)，工件表面的函数表达式定义为：S＝{(x，y，z)|z＝h(x，y)，(x，y)∈D}其中，映射h：D→R，R为实数域，定义域用笛卡尔坐标系XYZ表示位姿，设三维矢量函数P(t)和0(t)分别来表示喷枪在固定笛卡尔坐标系中的位置和方向，这两个矢量与时间t的关系可表示为：P(t)＝[px(t)，py(t)，pz(t)]O(t)＝[ox(t)，oy(t)，oz(t)]其中，上式中的矢量px(t)，py(t)，pz(t)表示时刻t时，喷枪的位置，矢量ox(t)，oy(t)，oz(t)表示时刻t时，喷枪分别绕X、Y、Z坐标轴的旋转角度；定义一个矢量函数a(t)来总体代表喷枪的位姿，表示为：a(t)＝[P(t)，O(t)]T；1.2.设喷枪喷出的涂料流形状是圆锥体：取圆锥张角为φ，喷枪到平面的距离为h，平面上的喷涂半径为R，平面上一点Q离喷枪中心投影点的距离是r，Q点和喷枪的连线与喷枪中轴线的夹角是θ。3.根据权利要求1所述的一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：在做静电喷涂实验时，所产生的涂料的空间分布模型是环形；当静电电压、间距、旋杯转速、涂料流量和涂料的粘度参数保持一定的情况下，喷枪垂直于工件表面定点喷涂一段时间所形成的涂料空间分布为中空的环形；当固定的喷涂沉积模型沿x方向移动时，所产生的涂料的静态分布模型的平移示意图会形成一个条纹模型；平移模型的截面厚度图为：其截面厚度图关于x轴对称，且在±Δy处厚度为0，随后有个平滑的上升趋势，达到峰值厚度减弱。4.根据权利要求1所述的一种静电喷涂机器人针对非规则平面多边形涂层厚度均匀性的优化方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：首先收集喷涂区域的数据，对数据进行筛选后进行曲线拟合，选择神经网络算法对筛选后的数据进行拟合；在椭圆形喷幅区域内以o点为坐标原点建立坐标系，假设在x轴和y轴上漆膜厚度的剖面轮廓形状曲线都服从分布指数β1、β2的β分布函数，并且在同一截面上的点的β值都相同：假设在区域A(x，y)内任意一点到x轴距离n，距离轴的距离是m，过这个点作直线AiBi，再做直线A1A2，这两条直线分别平行x轴和y轴，并且把直线A1A2与椭圆曲线的交点记为A1，A2，直线A1A2与x轴的交点记为A，Ai点关于y轴的对称点记作Bi，再过点Bi作直线B1B2跟直线A1A2平行，并分别交椭圆边界曲线于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德安，许刚，季松林，
申请(专利权)人：江苏大学，江苏骠马智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32