基于高斯和函数的喷涂过程建模及喷涂参数的多约束单目标优化

 第2章基于高斯和函数的喷涂过程建模及喷涂参数的多约束单目标优化

2.1引言 在喷涂机器人的喷涂作业中，通过一定的实验方法或者仿真计算的手段采样涂料在工件喷涂表面的分布情况，也就是对涂料沉积速率模型进行建模，这是喷涂路径规划的首要工作。对喷涂过程进行建模主要包括对喷涂过程中的参数进行分析，然后建立涂料在工件表面分布情况的数学模型。在建立合适的喷涂模型基础上，选取期望涂层厚度和最大允许涂层厚度偏差作为约束条件、涂层分布最均匀作为优化目标，对主要的喷涂工艺参数进行带约束条件的单目标优化问题求解。目前，常见的己有喷涂模型主要包括静态平面涂层累积速率模型、平面单行程涂层累积速率模型和自由曲面涂层累计速率模型。本章将对喷涂参数分析、喷涂过程建模以及主要的喷涂工艺参数的优化求解进行研究。2.2 A责涂过程影响因素分析 如表2-1所示，通过对大量喷涂案例的分析研究，可以将影响喷涂效果的因素分为六大类:喷枪结构、喷枪工艺参数、涂料特性参数、工件几何参数、喷涂车间环境以及喷枪路径参数。如果完全考虑所有影响喷涂效果的因素，建立完完全全准确无误的喷涂模型，这是不可能、也是不现实的。通常在实际的工业喷涂应用中，通过对影响因素的主次分析，只考虑对结果影响较大的主要因素而舍弃影响较小的次要因素，然后即可建立基本适用的喷涂模型。

从上表中可以看到，影响涂层厚度分布均匀性的因素有喷枪自身机械结构、喷枪参数、涂料属性、工件参数、环境因素以及喷枪路径参数等，在这些影响因素中，有些是我们可以控制的，有些则是不可人为加以控制的。其中喷枪自身的机械结构、喷枪参数、涂料属性、工件参数和环境因素都是属于不可控的因素，只有喷枪路径参数是我们可以控制的参数。在实际的喷涂生产作业中，一般由经验丰富的喷涂专家选择喷枪的结构、型号，然后按照一定比例配制喷涂涂料，确定待喷涂工件的几何参数，再设定喷枪、涂料属性等不可控参数的值并在喷涂过程中始终保持不变。对于我们能够控制的喷枪路径参数，则需要根据喷涂中的约束条件和优化目标进行优化求解。

喷涂机器人喷涂作业中，喷枪的姿态以垂直工件表面为佳，当工件表面距离喷枪过远时，涂料在空气中经过较长时间的运动，会挥发掉过多的溶剂，导致涂料的茹着性降低，同时还会扩大涂料在工件表面的喷涂区域面积，造成单位面积上的平均涂层厚度过薄，从而需要对工件进行多次喷涂，容易是涂层产生橘皮的喷涂现象，难以保证涂层的均匀性要求;如果工件表面距离喷枪过近，则会使得涂料在工件表面的喷涂区域过小，溶剂挥发过少，造成涂层出现流挂的现象。喷枪的喷射角即喷射方向对涂层厚度分布的影响如图2-1所示。对于喷枪移动速度和行程间距，这两个参数对涂料分布的均匀性有很大的影响，喷枪行程间距过小会造成涂层出现起皱的现象，过大则会导致无法完全覆盖工件表面的情况;喷枪移动速度过快会使得涂层厚度过薄，需要对工件进行反复多次的喷涂，从而导致涂层分布的均匀性难以控制，喷涂速度过慢则会使得喷涂效率低下。