一种柱形表面的均匀热喷涂方法与流程

本发明属于热喷涂技术领域，具体涉及到一种柱形表面的均匀热喷涂方法。

背景技术：

热喷涂技术是表面工程的重要课题之一，也是工业产品制造业的一种重要的表面保护技术。在热喷涂过程中，使用精确的机器人程序是必要的，以确保涂层性能。为了获得高质量、低成本的涂层，热喷涂过程中轨迹的规划起着重要的作用。在热喷涂过程中，机器人的运动学参数也显著的影响着涂层质量。这些参数包括：喷涂距离，喷涂角，喷枪相对于柱面的速度，喷枪移动的步长以及喷涂的次数。由它们共同作用，确定了涂层的厚度。提高涂层的生产率，需要分析机器人运动学参数。

传统的喷涂工艺，在喷涂轨迹规划方面，面对曲面传统的处理方法是将曲面进行离散造型处理，形成若干个近似平面片，具体针对每个平面片进行喷涂轨迹优化，有时为了适应新的喷涂作业规则，不得不增加分片的数量来逼近平面，这样却降低了喷枪轨迹规划的效率。也有的喷涂工艺是控制喷头绕着曲面连续喷涂，但是机器人对曲面喷涂时,特别是当喷涂曲面有一个很大的转弯角度时,机器人经过此转弯处,速度迅速下降,速度不能够保持为机器人的给定速度值,导致涂层不均匀,严重影响涂层的均匀性和美观的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柱形表面的均匀热喷涂方法，通过控制喷头首先沿着母线连续喷涂一次，再以一定的角度作为旋转步长，依次转过该角度，直至完成整个柱形工件表面的喷涂，这样便可以较好地保证涂层的均匀性。

本发明所采用的技术方案是：一种柱形表面的均匀热喷涂方法，包括如下步骤：

(1)选定要喷涂的柱形工件以及粉末材料；

(2)建立极坐标系，并且获得所要喷涂的柱形工件的端面轮廓；由于涂层轮廓符合正态分布，使用极坐标的表示方法来描述涂层的法向厚度；

(3)控制喷枪与柱形表面垂直，沿着柱形表面的母线匀速的喷涂；

(4)根据实际的涂层要求，选择合适的角度作为此次喷涂的旋转步长，控制喷枪围绕柱形工件表面喷涂，直至完成整个表面一周的喷涂；

(5)通过数值计算的方法拟合出该旋转步长下法向涂层厚度最终的涂层轮廓；

(6)分别选择不同的旋转步长，重复第四步到第五步，获得不同旋转步长下的涂层轮廓；

(7)分析计算各个涂层轮廓的最大以及最小的法向厚度，做差，与实际要求所允许的涂层轮廓度的误差进行比较，选择合适的旋转步长；

(8)根据上一步，导出影响该喷涂轨迹的参数(如喷涂距离，喷枪相对于基板的速度，喷涂的旋转步长等)，形成喷涂机器人的程序语言；

(9)根据上述的步骤以及确定的喷涂轨迹，对实物进行喷涂。

进一步地，所述的步骤二中，柱形工件的端面轮廓由matlab绘制。

进一步地，所述的步骤二中，喷枪喷涂一次的涂层轮廓,其方程为：

式中，r--极径，即极点到涂层轮廓的距离；t—极角，任意一涂层法向厚度所对应的位置；σ--标准偏差，代表高斯分布的程度；μ--表示高斯方程的平均值；k--影响涂层厚度的常系数，由喷涂距离和喷涂速度等因素决定。

进一步地，根据已知的涂层轮廓方程，在涂层轮廓所处的区间依次取一系列的极角，使用插值法分析计算各个极角所对应的涂层的法向厚度。

进一步地，所述的步骤五中，分别将每个极角所对应的一系列涂层法向厚度进行累加，从而得到最终的涂层轮廓。

进一步地，所述的步骤九中，在对实物工件进行喷涂的时候，要根据所要求的涂层厚度，计算所要喷涂的次数。

本发明所计算的涂层厚度始终是在法向上的涂层厚度，通过控制喷枪首先沿着母线连续喷涂一次，再以一定的角度作为旋转步长，依次转过该角度，直至完成整个柱形工件表面的喷涂，这样便可以较好地保证涂层的均匀性。本发明不仅局限于柱形表面的喷涂，也适用于其他曲面工件的喷涂。本发明的提出的喷涂方案降低了成本，提高作业效率。本发明的其分析方法不仅适用于柱形工件的热喷涂，同时也适用于其他的曲面物体。

本发明的有益效果是：基于一种柱形表面的均匀热喷涂方法，可以有效避免传统的喷涂工艺因控制喷头围绕曲面连续喷涂而导致涂层不均匀,严重影响涂层的均匀性和美观的问题。同时也降低了实操的成本，提高了作业效率。

本发明的目的在于提供一种柱形表面的均匀热喷涂技术，通过控制喷枪沿着母线喷涂一次，再以一定的角度作为旋转步长，依次转过该角度，直至完成整个柱形工件表面的喷涂。这样便可以较好地保证涂层的均匀性。由于机器人控制的喷涂在国防与民用工业领域的广泛应用，本项技术将具有广阔的市场前景和经济效益。

附图说明

图1是本发明一种柱形表面的均匀热喷涂方法所建立的喷涂1次的涂层轮廓的示意图；

图2是本发明一种柱形表面的均匀热喷涂方法所建立的喷涂1周的涂层轮廓的示意图；

图3是本发明一种柱形表面的均匀热喷涂方法所建立的基于步长0.2πrad的喷涂1周拟合的最终涂层法向厚度的涂层轮廓的示意图；

图4是本发明一种柱形表面的均匀热喷涂方法所建立的基于步长0.1πrad的喷涂1周拟合的最终涂层法向厚度的涂层轮廓的示意图；

图5是本发明一种柱形表面的均匀热喷涂方法所建立的基于步长0.05πrad的喷涂1周的拟合的最终涂层法向厚度的涂层轮廓的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例属于本发明保护的范围。

一种柱形表面的均匀热喷涂方法，包括如下步骤(以下面一组参数为例)：

(1)喷涂所用的粉末是一种316不锈钢粉末，被喷涂柱形工件为不锈钢管，端面轮廓的半径r0＝25.5mm；影响涂层厚度系数k＝100。

(2)选定一组实验数据，喷涂一次的最大厚度是0.0732mm；涂层任意一法向厚度所对应的极角t，旋转步长选择0.2πrad。

(3)在matlab中建立极坐标系，并且获得所要喷涂的柱形工件的端面轮廓。

(4)由于涂层轮廓符合正态分布，为了可以很好地描述涂层的法向厚度，本发明使用极坐标的表示方法来描述涂层的法向厚度。考虑到喷涂一次涂层的厚度较小，拟合效果不明显，这里采取对涂层和柱形工件建立不同刻度的坐标系：柱形工件所在坐标系一个单位代表1mm，涂层所在坐标系一个单位代表10μm。

(5)由于涂层轮廓符合正态分布，当μ＝0,用极坐标的方法表示出喷枪沿着一条母线喷涂1次的涂层轮廓，涂层轮廓的方程为：

(6)根据步骤(5)的计算公式，带入步骤(1)和(2)中的数据，在涂层轮廓所处的区间依次取一系列的极角，采用插值法，计算出一系列的极径，从而进一步求出涂层的法向厚度。

(7)当喷枪沿着一条母线喷涂1次之后，控制喷枪围绕柱形工件表面旋转0.2πrad，继续喷涂，直至完成整个表面一周的喷涂。

(8)分别将每个极角所对应的一系列涂层法向厚度进行累加，通过数值计算的方法从而拟合出该旋转步长下最终的涂层轮廓。

(9)选择旋转步长为0.1πrad，重复步骤(2)到步骤(8)。

(10)选择旋转步长为0.05πrad，重复步骤(2)到步骤(8)。

(11)分析计算各个涂层轮廓的最大以及最小的法向厚度，做差，若小于实际要求所允许的涂层轮廓度的误差，则选择该旋转步长。

(12)导出影响该喷涂轨迹的参数，如喷涂距离，喷枪相对于基板的速度，喷涂的旋转步长等，形成喷涂机器人的程序语言。

(13)根据上述的步骤以及确定的喷涂轨迹，对实物进行喷涂。

通过上述发明，可以有效避免传统的喷涂工艺因控制喷头围绕曲面连续喷涂而导致涂层不均匀,严重影响涂层的均匀性和美观的问题。同时也降低了实操的成本，提高了作业效率。

以上所述是本发明的优选实施方式。