平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法技术

本发明专利技术公开了一种平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法。通过理论分析和实验数据分析建立对应于特定喷涂设备的平面喷涂涂层厚度累积数学模型，借助3D制图软件CATIA对要喷涂的曲面处进行处理，根据曲率变化分析出弧面型曲面对称中心曲线和两条边界曲线，将此中心曲线和两条边界曲线作为机器人运行轨迹参考线。再结合建立的自由曲面上的涂层厚度累积数学模型，后期弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂轨迹规划和喷涂参数设定都依托于这三条曲线。本发明专利技术提高了分析精度的同时也缩短了前期喷涂轨迹规划时间。结合平面试验、建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型、借助ROBCAD喷涂仿真功能，提高了参数设置精确度且缩短了工程调试时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及喷涂机器人喷枪轨迹自动优化方法，是一种针对表面为平滑曲面间弧面型曲面的工件进行喷涂作业时的机器人离线编程方法。
技术介绍
喷涂机器人的喷涂效果和工件表面形状、喷枪轨迹及喷枪参数等诸多因素有关。对于诸如汽车、电器及家具等产品，其表面的喷涂效果对质量有相当大的影响。产品表面的色泽在相当程度上取决于涂层厚度的一致性，如果表面的涂层厚度不一致，会引起表面不光洁，并出现边缘涂料的流挂和涂料桔皮现象，而且涂层过厚的地方在使用过程中会出现皲裂倾向。在自动喷涂操作中，喷涂机器人的喷枪围绕待涂工件表面来回移动，适当的轨迹和其他过程参数的选择都能使生产成本得到节约，同时也可以相应地减少排放到喷涂车间环境中的涂料总量，减轻环境污染。喷涂机器人离线编程系统主要由机器人喷枪轨迹优化模块、机器人运动轨迹生成模块、机器人程序生成模块等构成，其中机器人运动轨迹生成模块和机器人程序生成模块基本属于一般工业机器人离线编程系统中的常规模块，而喷涂机器人喷枪轨迹优化模块的设计是其离线编程方法中的关键技术。近年来，随着喷涂机器人的广泛应用，喷涂机器人喷枪轨迹优化方法及其离线编程技术已经得到了长足发展，机器人喷涂也基本能满足工业生产的需要。然而在喷涂汽车、飞机、船舶等大型产品时，会遇到许多大面积的平滑曲面间存在弧面型曲面的情况，对此通常采取的方法是对曲率较大处的曲面依然按照平面喷涂参数喷涂，并未对弧面型曲面部分进行精确分析与分割，为不同部分采用不同喷涂参数。造成机器人喷涂弧面型曲面区域时产生涂层厚度不均的问题，从而在实际生产中喷涂此类产品时，产品外观质量不能得到保证。在汽车车身后备箱、机箱盖、车顶、保险杠等处经常涉及此类曲面，一般喷涂参数设置较为粗略，较为浪费涂料。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，目的在于提供一种专门针对平滑曲面间弧面型曲面过渡区域曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化方法，以提高复杂曲面上的机器人喷涂质量，满足实际工业生产的需要。本专利技术所采用的技术方案是：根据CATIA及ROBCAD对工件分析得出平滑曲面间弧面型曲面过渡处喷涂轨迹，结合旋杯移动速率、转速、静电电压、旋杯与工件间距等喷涂参数，然后对整个曲面其余部分进行轨迹规划，依次主要包括如下步骤：平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法，包括如下步骤：步骤1，利用CATIA进行曲面分区：先利用CATIA对曲面模型进行曲率变化分析，按照曲率的变化将整个曲面分为三部分，弧面型曲面为A部分，其余平滑的两部分曲面分别为B、C部分，然后找出曲面A对称中心曲线，再根据此曲线和自由曲面上的涂层厚度数学模型确定出机器人在弧面型曲面处的喷枪轨迹和喷枪各种参数；步骤2，运用试验方法获得一个平面涂层厚度累积模型，通过此模型建立起喷枪各参数与涂层累积厚度的关系：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在工件表面所形成的涂料空间分布为中空环形；当喷枪垂直于工件表面向某一方向平行移动时，涂料就会在工件表面形成一个条纹沉积分布；步骤3，建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型：在汽车车身喷涂过程中都是保持旋杯沿着曲面法线方向，且与工件处于近似不变的距离喷涂，所以在保持涂料总量不变，且忽略喷涂时的静电和空气动力学影响的前提下可以采用直接几何“喷射”法预测任意表面涂料沉积模型；步骤4，确定不同曲面部分的喷涂参数和轨迹：包括曲面A部分喷涂参数和轨迹设定、曲面A和曲面B/C交界处喷涂参数与轨迹设定、曲面B、C喷涂参数与轨迹设定。进一步，所述步骤1中，利用CATIA对喷涂曲面按照曲率变化来进行分区，提高了分析精度的同时也缩短了前期喷涂轨迹规划时间。进一步，所述步骤3具体包括：通过建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型，可有效的用于曲面A和曲面B/C交界处喷涂参数与轨迹设定，尤其是确定交界处喷涂轨迹和如图5所示的喷涂区域的交叠部分长度d上。使得喷涂轨迹及喷涂参数设定更加准确，从而在保证喷涂质量前提下节省涂料使用量。进一步，所述步骤4中，改变了传统的固定参数喷涂这类曲面的技术，借助3D制图分析软件CATIA并根据曲面曲率特征将整体曲面分为三部分，根据各部分自身特征选取平面涂层厚度累积数学模型或自由曲面上的涂层厚度累积数学模型，再借助机器人喷涂仿真软件ROBCAD以建立各自独立的喷涂轨迹和喷枪喷涂参数，在保证喷涂质量前提下节省涂料使用量，减轻环境污染。进一步，所述步骤4具体包括：将初步设定的喷枪参数先在平面上进行喷涂试验，然后测取此喷涂参数在平面上的沉积模型，根据各个采样点的涂层厚度构建此喷涂参数下的平面沉积模型。将对应轨迹点处喷涂参数下平面沉积模型输入ROBCAD喷涂参数数据库中，在n个轨迹点处使用对应的n个不同的喷涂参数，整条喷涂轨迹就实现了变量喷涂的方法。利用ROBCAD的喷涂仿真工具PaintMaster对曲面A部分进行喷涂仿真。将喷涂仿真回馈的漆膜厚度信息进行解析。根据解析出来的漆膜厚度分布，再进行喷涂参数修正，使得弧面型中心线L1附近区域漆膜厚度一次性达到喷涂要求。这样有效利用了试验结果和仿真参数的结合，使得此过程即节省试验涂料浪费，又增强了仿真结果的准确性。更重要的是大大节省了工程调试时间。本专利技术具有以下技术效果：本专利技术有很强的实用性，能够提供针对平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的自动喷涂方法，将曲面分区并对不同区域针对性地设置喷涂参数，实现变量喷涂。提高了喷涂机器人的工作效率，保证喷涂质量且节约涂料。借助CATIA软件，对喷涂曲面按照曲率变化来进行分区，提高了分析精度的同时也缩短了前期喷涂轨迹规划时间。结合平面试验、建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型、借助ROBCAD喷涂仿真功能，提高了参数设置精确度且缩短了工程调试时间。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的平滑曲面间弧面型曲面；(a)代指曲面的右侧视图；(b)代指曲面的前侧视图；图2是曲率处理后的曲面及曲面分区；(a)代指将曲面分割为的A/B/C三部分；(b)代指曲面三部分的分界曲线L1/L2/L3；图3是平面上的涂料空间分布；图4是静态分布模型的平移示意图和平移模型的截面厚度；(a)代指静态分布模型的平移示意图；(b)代指平移模型的截面厚度；图5是平面上的喷涂示意图；图6是曲面上的涂层厚度生长模型；图7是静电喷涂涂层质量与工况参数变化示意图；图8是A部分曲面喷涂时不同轨迹点处具有各异的喷涂图形示意图；图9是ROBCAD在曲面上生成的部分喷涂轨迹。具体实施方式1、利用CATIA进行曲面分区根据平滑曲面间弧面型曲面(如图1所示)的曲率变化，利用CATIA制图软件将曲面整体分为三部分(如图2所示)，弧面型曲面为A部分，其余平滑的两部分曲面分别为B、C部分。利用CATIA功能进行曲率分析，得到曲面A对称中心曲线L1，并将此中心线作为平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的喷涂轨迹参考线。同样，利用CATIA功能进行曲率分析，得到曲面B和曲面A的边界线L2、曲面C和曲面A的边界线L3。2、运用试验方法获得一个平面涂层厚度累积模型，通过此模型建立起喷枪各参数与涂层累积厚度的关系根据仿真研究和实验验证知，喷涂时，涂料的雾化是由旋杯高速旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用CATIA进行曲面分区：先利用CATIA对曲面模型进行曲率变化分析，按照曲率的变化将整个曲面分为三部分，弧面型曲面为A部分，其余平滑的两部分曲面分别为B、C部分，然后找出曲面A对称中心曲线，再根据此曲线和自由曲面上的涂层厚度数学模型确定出机器人在弧面型曲面处的喷枪轨迹和喷枪各种参数；步骤2，运用试验方法获得一个平面涂层厚度累积模型，通过此模型建立起喷枪各参数与涂层累积厚度的关系：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在工件表面所形成的涂料空间分布为中空环形；当喷枪垂直于工件表面向某一方向平行移动时，涂料就会在工件表面形成一个条纹沉积分布；步骤3，建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型：在汽车车身喷涂过程中都是保持旋杯沿着曲面法线方向，且与工件处于近似不变的距离喷涂，所以在保持涂料总量不变，且忽略喷涂时的静电和空气动力学影响的前提下可以采用直接几何“喷射”法预测任意表面涂料沉积模型；步骤4，确定不同曲面部分的喷涂参数和轨迹：包括曲面A部分喷涂参数和轨迹设定、曲面A和曲面B/C交界处喷涂参数与轨迹设定、曲面B、C喷涂参数与轨迹设定。...

【技术特征摘要】
1.平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用CATIA进行曲面分区：先利用CATIA对曲面模型进行曲率变化分析，按照曲率的变化将整个曲面分为三部分，弧面型曲面为A部分，其余平滑的两部分曲面分别为B、C部分，然后找出曲面A对称中心曲线，再根据此曲线和自由曲面上的涂层厚度数学模型确定出机器人在弧面型曲面处的喷枪轨迹和喷枪各种参数；步骤2，运用试验方法获得一个平面涂层厚度累积模型，通过此模型建立起喷枪各参数与涂层累积厚度的关系：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在工件表面所形成的涂料空间分布为中空环形；当喷枪垂直于工件表面向某一方向平行移动时，涂料就会在工件表面形成一个条纹沉积分布；步骤3，建立自由曲面上的涂层厚度累积数学模型：在汽车车身喷涂过程中都是保持旋杯沿着曲面法线方向，且与工件处于近似不变的距离喷涂，所以在保持涂料总量不变，且忽略喷涂时的静电和空气动力学影响的前提下可以采用直接几何“喷射”法预测任意表面涂料沉积模型；步骤4，确定不同曲面部分的喷涂参数和轨迹：包括曲面A部分喷涂参数和轨迹设定、曲面A和曲面B/C交界处喷涂参数与轨迹设定、曲面B、C喷涂参数与轨迹设定。2.根据权利要求1所述的平滑曲面间弧面型曲面过渡区域的机器人喷涂及轨迹设定方法，其特征在于，所述步骤1中，利用CATIA对喷涂曲面按照曲率变化来进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德安，马兴荣，季安邦，
申请(专利权)人：江苏大学，常州市骠马工业机器人系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32