一种机器人火焰喷铝最佳路径间距的获取方法与流程

本发明属于飞机制造的技术领域，具体涉及一种机器人火焰喷铝最佳路径间距的获取方法。

背景技术：

先进复合材料(advancedcompositematerials，简称acm)主要指高性能纤维(如硼纤维、碳纤维和芳纶)等增强的树脂基复合材料，随着材料工艺的成熟及产品质量的提高，高性能复合材料在航空航天领域的使用比例大幅度提升，以其耐高温、耐疲劳、阻尼减震性号、破损安全性好、性能可设计等优势，逐渐取代金属部件，在现代飞行器表面上取得重要应用。

但复合材料具有导电性差、电阻率高等缺陷，在飞行过程中，飞机遭受雷击的事件在国内外时有发生。因为复合材料飞机结构在遭受雷击时无法迅速将电流导走，闪电产生强大的电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧，严重影响飞行安全。

迄今复合材料雷击防护技术主要有4种，分别是网箔保护法、表面层保护法、复合胶膜保护法和添加导电材料保护法。火焰喷铝是最常用的表面层保护法之一，包括b787以及众多机型的复合材料外部构件都采用了火焰喷铝的工艺，但是目前国内对机器人自动喷铝工艺方法的研究非常少。

人工火焰喷铝工艺受操作者因素影响大，涂层均匀性差、不可控性高，机器人自动化能有效改善火焰喷铝的涂层质量、提高产品的稳定性，有助于形成良好有效的闪电防护结构，保证飞机飞行的可靠性和安全性。路径间距参数是机器人自动化火焰喷铝技术中最重要的参数之一，过去往往要通过一遍遍地调节测试才能得到较优解。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人火焰喷铝最佳路径间距的获取方法，本发明旨在解决火焰喷铝自动化机器人路径参数设置的技术难题。本发明通过电阻测量、方程推导和截面厚度渐变正态拟合的方法，能够快速、有效、科学地解决机器人自动火焰喷铝的路径间距参数设置问题。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种机器人火焰喷铝最佳路径间距的获取方法，测量单条喷涂轨迹横截面厚度渐变值，拟合正态分布曲线，得到火焰喷铝单条喷涂横截面厚度渐变拟合曲线，并用正态分布标准差作为机器人自动火焰喷铝的路径间距。

为了更好地实现本发明，进一步的，拟合火焰喷铝涂层厚度与电阻值的方程式，所述火焰喷铝涂层厚度与电阻值的方程式如下：

其中，系数k1、k2与铝丝材料有关；

t为火焰喷铝涂层的厚度；

r为火焰喷铝的电阻。

为了更好地实现本发明，进一步的，采集若干组数据，并用matlab拟合计算，得到：

通过公式(1)进而求解得到公式(2)。

为了更好地实现本发明，进一步的，沿横截面的中心轴线以及两侧的等高线测量电阻值，并通过公式(2)求解得到对应的厚度，然后再用正态曲线拟合，得到火焰喷铝单条喷涂横截面厚度渐变拟合曲线。

为了更好地实现本发明，进一步的，在平板试验件上，喷涂单条轨迹，在横截面上找出中心轴线以及两侧的等高线，再在每条线上测量若干个点的电阻并取平均值，最后将电阻平均值代入公式(2)求解得到厚度平均值。

为了更好地实现本发明，进一步的，在每条线上测量10个点的电阻并取平均值。

本发明的有益效果：

对于自动化火焰喷铝机器人设备，本发明可以避免一遍遍地调节测试才能得到路径间距的较优解的情形，本发明通过测量、推导和拟合计算得到科学合理的参数，过程相对简单、准确，效率高。在本发明中，当火焰喷铝的路径间距等于单条喷涂横截面的正态分布标准差时，得到的涂层质量较佳。

附图说明

图1为火焰喷铝路径轨迹示意图；

图2为火焰喷铝层厚度与电阻关系拟合曲线；

图3为火焰喷铝单条喷涂横截面示意图；

图4为火焰喷铝单条喷涂横截面厚度渐变拟合曲线；

图5为路径间距为σ时厚度积累拟合曲线与实测厚度平均值的变化曲线图。

具体实施方式

实施例1：

因为火焰喷铝的溅射性，涂层的均匀性需要严格的工艺参数控制才能保证。如图1所示，为满足涂层厚度的均匀性，火焰喷铝工艺一般会搭接喷涂，工艺参数中的路径间距决定了搭接的宽度。路径间距是机器人自动化的火焰喷铝技术最重要的参数之一，直接影响到涂层的质量。本发明提供了一种机器人火焰喷铝最佳路径间距的获取方法，主要包括以下步骤：

(1)火焰喷铝涂层厚度与电阻值的关系

首先，因为火焰喷铝的涂层较薄(合格零件表面铝层厚度仅0.07mm)，难以直接测量，本发明通过测量电阻,求解电阻与涂层厚度之间的拟合方程式，求解铝层的厚度。

设火焰喷铝电阻为r，铝层厚度为t，通过数据拟合r与t之间的数学关系。采集多组数据，用matlab拟合计算，得到：

其中系数k1、k2主要与铝丝材料等因素有关。则厚度t的求解方程为：

带入实验数据，采用matlab编程拟合，得到图2所示的拟合关系(其中虚线标出的是两点之间的区间为最佳有效数据范围)。

(2)火焰喷铝单条喷涂横截面厚度渐变正态拟合曲线

如图3所示，在平板试验件上，喷涂单条轨迹，在横截面上找出中心轴线和两侧的等高线，再在每条线上测量10个点的电阻取平均值，最后用公式(2)将电阻平均值转化为厚度平均值，再用正态曲线拟合该横截面，得到火焰喷铝单条喷涂横截面厚度渐变拟合曲线，如图4。

本发明的核心是：当火焰喷铝的路径间距a等于单条喷涂横截面的正态分布标准差σ时，能得到较好的涂层质量。

方法有效性验证:

使用matlab编程进行数据拟合，图5显示了图4中的横截面分别向x轴正方向移动σ、2σ、3σ、4σ、5σ……后，再将多条轨迹的厚度累加形成总厚度曲线。可知，从喷涂初始位置向x轴正方向两倍路径间距开始，如图5所示，在本发明示例案例中，2σ＝30mm。喷涂厚度开始稳定。设拟合法得到的厚度值为ta(图5中的虚直线)，实测法得到的厚度值为tb(图5中的实直线)，本方案中ta与tb的误差一般在5％以内，从而确认拟合有效。

对于自动化火焰喷铝机器人设备，本发明可以避免一遍遍地调节测试才能得到路径间距的较优解的情形，本发明通过测量、推导和拟合计算得到科学合理的参数，过程相对简单、准确，效率高。在本发明中，当火焰喷铝的路径间距等于单条喷涂横截面的正态分布标准差时，得到的涂层质量较佳。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。