一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法技术

本发明专利技术公开了一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，本发明专利技术所建立的变量喷枪涂料沉积模型可广发运用在复杂自由曲面的喷涂机器人变量喷涂作业中，与传统喷枪涂料沉积模型建模方法相比，当喷涂过程中改变喷枪喷涂高度和喷涂倾角时，不需要反复多次做喷涂实验建立喷枪涂料沉积模型，运用本发明专利技术方法所建立的模型即可快速预测出不同喷枪参数下的喷枪涂料沉积模型，有效提高了喷涂效率。

【技术实现步骤摘要】
一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法
本专利技术涉及一种沉积模型建模方法，尤其是涉及一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法。
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诸如汽车、船舶和航空航天等领域中。机器人喷枪涂料沉积模型建模是构建机器人喷涂离线编程系统首要解决的关键技术问题，传统的建模方法只是在恒定喷枪参数的前提下，结合静止喷涂实验完成建模的，获得的喷枪涂料沉积模型不适应变量喷涂工艺的要求，诸如在喷涂过程中改变喷涂高度和改变喷涂倾角等工艺，无法处理表面为复杂自由曲面的喷涂作业。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，针对变量喷涂工艺的需要，以喷涂高度和喷涂倾角为可控变量，实现变量喷枪涂料沉积模型的快速精确建模，最终用于机器人变量喷涂轨迹规划喷枪涂料沉积模型的快速获取，实现喷枪涂料沉积模型在变量自动喷涂中的运用。本专利技术的技术方案是：一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，具体包括以下步骤：1)测定喷枪喷炬扇形角和喷涂高度范围，运用有限范围模型模拟喷枪涂料在平板上的沉积分布规律，以标准喷涂高度在平板上做单位时间喷枪垂直静止喷涂实验，在圆形涂料覆盖范围内，沿径向测量获得若干离散点的涂层厚度，拟合获得标准喷涂高度下垂直喷涂时的初始喷枪涂料沉积模型；2)基于上述初始喷枪涂料沉积模型，运用微分几何放大定理建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型；3)在喷涂高度允许的范围内改变喷涂高度，并在喷涂高度恒定的情况下在平板上做一系列喷枪静止的倾角喷涂实验，在涂料沉积范围内测量离散点的涂层厚度，以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型分别拟合一系列离散点的涂层厚度，获得一系列模型的修正系数值，运用二元函数拟合建立模型修正系数随喷涂倾角和喷涂高度变化的规律模型，以此规律模型修正上述理论模型，从而建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积模型。作为优选的技术方案，所述步骤1)中初始喷枪涂料沉积模型的建模方法，具体包括如下步骤：(1)以圆形涂料覆盖范围的圆心为坐标原点建立直角坐标系，并过圆心作一系列圆的直径线，保证相邻直径线间所夹角度相等；在圆形涂料覆盖范围内作一系列同心圆，保证这些同心圆将直径线分割的线段均等，直径线与同心圆的交点即为测量点；(2)分别测出测量点对应的坐标及涂层厚度，记为qij，其中ij表示第i个同心圆上的第j个测量点，设有N个同心圆，每个同心圆上有M个测量点，每个同心圆上取测量点涂层厚度的平均值，记为(3)设用于拟合的有限范围模型为q(r)，r∈[-Htan(θ/2),-Htan(θ/2)]，其中θ表示喷枪喷炬扇形角的顶角，H表示喷涂高度，运用最小二乘法建立拟合优化函数：求解获得初始喷枪涂料沉积模型的相关参数，从而建立初始喷枪涂料沉积模型，记为q1(r)。作为优选的技术方案，所述步骤2)中以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型，其具体模型如下：其中：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；λ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；α表示喷枪轴线与平面法向之间的夹角，A(H,α)表示与喷涂高度和喷涂倾角相关的模型修正函数。作为优选的技术方案，所述步骤3)中建立以喷涂高度和喷涂倾角为变量的喷枪涂料沉积模型的具体方法如下：(1)设喷涂倾角α范围为[0,αmax]，喷涂高度H范围为[Hmin,Hmax]，在此范围内分别取不同的喷涂高度[H1、H2、…、Hs]依次做不同喷涂倾角[α1、α2、…、αt]单位时间内的喷涂实验，并在涂料覆盖范围内测量离散点的涂层厚度，qijk表示在Hi的喷涂高度下喷枪倾角为αj时涂料覆盖范围内第k个点的涂层厚度；(2)基于建立的考虑喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型，运用最小二乘法对每次实验后测得的离散点涂层厚度进行拟合，获得拟合函数矩阵为：(3)通过求解上述拟合函数矩阵，获得模型修正系数矩阵为：其中Aij表示在Hi的喷涂高度下喷枪倾角为αj时喷枪涂料沉积模型的修正系数值；(4)以喷涂高度Hi和喷涂倾角αj为变量，Aij为函数，运用二元函数曲面拟合的方法对进行拟合，获得修正系数模型A(H,α)，从而建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积模型。作为优选的技术方案，步骤1)中所述喷枪喷炬扇形角针对的是涂料空间分布为圆锥形的喷枪；所述喷涂高度是指喷枪轴线到待喷涂工件表面的距离，所述喷涂高度范围是指保证涂料覆着效果的可调喷涂高度范围；所述有限范围模型是指假设喷枪喷炬扇形角以外的涂层厚度为0的数学函数表达式。作为优选的技术方案，所述有限范围模型为β分布模型、高斯和模型或分段函数模型。本专利技术的优点是：本专利技术所建立的变量喷枪涂料沉积模型可广发运用在复杂自由曲面的喷涂机器人变量喷涂作业中，与传统喷枪涂料沉积模型建模方法相比，当喷涂过程中改变喷枪喷涂高度和喷涂倾角时，不需要反复多次做喷涂实验建立喷枪涂料沉积模型，运用本专利技术方法所建立的模型即可快速预测出不同喷枪参数下的喷枪涂料沉积模型，有效提高了喷涂效率。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为变量喷枪涂料沉积模型的建模流程图；图2为垂直喷涂实验喷涂区域测量点离散示意图；图3为喷枪喷涂空间模型示意图；图4为倾角喷涂实验喷涂区域测量点离散示意图；具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，具体包括以下步骤：步骤1)在保证喷枪喷涂能获得较好喷涂效果的前提下，测定喷枪喷炬扇形角和喷涂高度范围，运用有限范围模型模拟喷枪涂料在平板上的沉积分布规律，以标准喷涂高度在平板上做单位时间喷枪垂直静止喷涂实验，在圆形涂料覆盖范围内，沿径向测量获得若干离散点的涂层厚度，拟合获得标准喷涂高度下垂直喷涂时的初始喷枪涂料沉积模型；上述喷枪垂直静止喷涂实验具体方法如下：(1)针对一类喷枪，测定喷枪能正常喷涂作业时的喷炬扇形角θ和喷涂高度范围[Hmin,Hmax]；(2)确定模拟涂料在平面上分布规律的有限范围模型，该有限范围模型为β分布模型、高斯和模型或分段函数模型等，这里以使用较为广泛的β分布模型为例，其表达式如下：(3)在平板上以标准喷涂高度做单位时间喷枪静止喷涂实验，通常以1s为时间单位。所述喷枪喷炬扇形角针对的是涂料空间分布为圆锥形的喷枪；所述喷涂高度是指喷枪轴线到待喷涂工件表面的距离，所述喷涂高度范围是指保证涂料覆着效果的可调喷涂高度范围；所述有限范围模型是指假设喷枪喷炬扇形角以外的涂层厚度为0的数学函数表达式。上述初始喷枪涂料沉积模型的建模方法，具体包括如下步骤：(1)喷涂实验后，待涂料干燥后，以圆形涂料覆盖范围的圆心为坐标原点建立直角坐标系，如图2所示，并过圆心作一系列圆的直径线，保证相邻直径线间所夹角度相等；在圆形涂料覆盖范围内作一系列同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)测定喷枪喷炬扇形角和喷涂高度范围，运用有限范围模型模拟喷枪涂料在平板上的沉积分布规律，以标准喷涂高度在平板上做单位时间喷枪垂直静止喷涂实验，在圆形涂料覆盖范围内，沿径向测量获得若干离散点的涂层厚度，拟合获得标准喷涂高度下垂直喷涂时的初始喷枪涂料沉积模型；2)基于上述初始喷枪涂料沉积模型，运用微分几何放大定理建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型；3)在喷涂高度允许的范围内改变喷涂高度，并在喷涂高度恒定的情况下在平板上做一系列喷枪静止的倾角喷涂实验，在涂料沉积范围内测量离散点的涂层厚度，以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型分别拟合一系列离散点的涂层厚度，获得一系列模型的修正系数值，运用二元函数拟合建立模型修正系数随喷涂倾角和喷涂高度变化的规律模型，以此规律模型修正上述理论模型，从而建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积模型。

【技术特征摘要】
1.一种变量喷枪涂料沉积模型建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)测定喷枪喷炬扇形角和喷涂高度范围，运用有限范围模型模拟喷枪涂料在平板上的沉积分布规律，以标准喷涂高度在平板上做单位时间喷枪垂直静止喷涂实验，在圆形涂料覆盖范围内，沿径向测量获得若干离散点的涂层厚度，拟合获得标准喷涂高度下垂直喷涂时的初始喷枪涂料沉积模型；2)基于上述初始喷枪涂料沉积模型，运用微分几何放大定理建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型；3)在喷涂高度允许的范围内改变喷涂高度，并在喷涂高度恒定的情况下在平板上做一系列喷枪静止的倾角喷涂实验，在涂料沉积范围内测量离散点的涂层厚度，以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论模型分别拟合一系列离散点的涂层厚度，获得一系列模型的修正系数值，运用二元函数拟合建立模型修正系数随喷涂倾角和喷涂高度变化的规律模型，以此规律模型修正上述理论模型，从而建立以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积模型；所述步骤1)中初始喷枪涂料沉积模型的建模方法，具体包括如下步骤：(1)以圆形涂料覆盖范围的圆心为坐标原点建立直角坐标系，并过圆心作一系列圆的直径线，保证相邻直径线间所夹角度相等；在圆形涂料覆盖范围内作一系列同心圆，保证这些同心圆将直径线分割的线段均等，直径线与同心圆的交点即为测量点；(2)分别测出测量点对应的坐标及涂层厚度，记为qij，其中ij表示第i个同心圆上的第j个测量点，设有N个同心圆，每个同心圆上有M个测量点，每个同心圆上取测量点涂层厚度的平均值，记为(3)设用于拟合的有限范围模型为q(r)，r∈[-Htan(θ/2),-Htan(θ/2)]，其中θ表示喷枪喷炬扇形角的顶角，H表示喷涂高度，运用最小二乘法建立拟合优化函数：求解获得初始喷枪涂料沉积模型的相关参数，从而建立初始喷枪涂料沉积模型，记为q1(r)。所述步骤2)中以喷涂倾角和喷涂高度为变量的喷枪涂料沉积理论...

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