一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法

本发明涉及大面积飞机蒙皮激光除漆，具体为一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法。

背景技术：

1、飞机长期服役期间，需要承受严寒酷暑风吹日晒、尘埃、紫外线和酸雨的威胁，这使得飞机蒙皮漆面受损。在光照等因素的作用下，飞机蒙皮漆面将加速老化，甚至出现褪色、刮伤、破损等问题。因此需要将损坏漆层去除后重新喷涂，同时定期清洗老化漆层。现国内多采用脱漆剂的方式对飞机蒙皮进行除漆，此方法一般采用涂刷方式，但是有毒有污染、成本高且需要很大剂量。传统的清洗工艺如机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、强力冲击清洗、高频超声清洗等方法，不仅清洗周期长，难以实现自动化，对环境造成有害影响。由于飞机蒙皮首尾间曲率不同，且形状并不规则，在激光清洗过程中，激光与蒙皮之间的距离即焦距需时刻保持相同，以防止发生激光能量密度出现过大变化而导致清洗效果不均一，甚至出现损伤基材的现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，以解决不规则大面积飞机蒙皮的激光仿形清洗问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：所述方法包括针对不同曲率的不规则大面积飞机蒙皮，通过试验确定飞机蒙皮清洗的激光参数，扫描模型并进行分割处理，规划机械臂运行路径并编程，对不规则大面积飞机蒙皮进行仿形清洗。

3、所述确定飞机蒙皮清洗的激光参数试验包括以下步骤：

4、s1、通过正交试验，采用对激光器设置不同的激光参数照射飞机蒙皮基材，获得无损飞机蒙皮基材的最佳激光参数，包括激光功率、激光扫描速度、激光脉冲频率、机械臂速度；

5、s2、在步骤s1完成后，通过获得的最佳激光参数对飞机蒙皮表面漆层进行照射；

6、s3、在步骤s2完成后，通过最佳参数的不同次数清洗飞机蒙皮表面漆层，获得最佳清洗次数。

7、所述步骤s1中采用的激光器为jpt公司的ydflp系列的1064nm脉冲激光器，振镜系统为单轴直线形扫描，最佳激光参数为功率50w、频率200khz、扫描速度2000mm/s、扫描幅度5cm，机械臂速度为2mm/s。

8、所述扫描模型并进行分割处理包括以下部分：

9、使用3d扫描仪获取飞机蒙皮点云文件，使用geomagic软件对点云模型进行统一采样、删除非连接项、删除体外孤点处理后获得多边形，再对多边形进行松弛边界、删除钉状物、并划分网格处理后获得拟合曲面，将拟合曲面导出至solidworks软件进行分割，对于蒙皮凸面采用水平分割方式，蒙皮凹面采用垂直分割方式。

10、所述扫描模型处理后凸面分割方法，对于模型凸面，采用水平分割方式，将蒙皮模型分割为19个100cm×5cm的曲面区域和2个100cm×2.5cm的曲面区域。

11、所述扫描模型处理后凹面分割方法，对于模型凹面，采用垂直分割方式，蒙皮分割为19个5cm×100cm的曲面区域和2个2.5cm×100cm的曲面区域，再进行10等分分割为210个小区域，其中竖直边界上每块区域大小为2.5cm×10cm，其余区域大小为5cm×10cm。

12、所述规划机械臂运行路径中对于激光清洗蒙皮凸面路径设计方法为，激光的振镜扫描方向为竖直上下扫描方向，每次清洗凸面中100cm×5cm的曲面区域，清洗10个100cm×5cm的曲面区域后，完成蒙皮凸面上部分清洗，将蒙皮上下翻转后，可进行蒙皮凸面下部分清洗。

13、所述规划机械臂运行路径中对于激光清洗蒙皮凹面路径设计方法为，激光的振镜扫描方向为水平左右扫描方向，每次清洗凹面中20个5cm×10cm的曲面区域完成一个100cm×10cm的曲面区域清洗，清洗5个100cm×10cm的曲面区域后，完成蒙皮凹面上部分清洗，将蒙皮上下翻转后，可进行蒙皮凹面下部分清洗。

14、清洗时大面积飞机蒙皮摆放位置为，清洗凸面与凹面时蒙皮均为竖直摆放，其中清洗凸面时，飞机蒙皮放置于机械臂内侧，蒙皮凹面朝向机械臂底座，激光器方向朝蒙皮凸面；清洗凹面时，飞机蒙皮放置于机械臂外侧，蒙皮凹面朝向机械臂底座，激光器方向朝蒙皮凹面。

15、所述机械臂运动路径编程，程序包括定位程序以及清洗程序，均为采用path子程序指令编程的点组成拟合曲线路径的程序，子程序由ptp点到点运动指令、wait等待指令、lin直线运动指令组成，定位程序中lin直线运动速度为0.1m/s，清洗程序中，lin直线运动速度为0.002m/s。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明所提供的大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，利用三维扫描仪获取飞机蒙皮模型并进行后期处理并分割的方式，将激光器与机械臂相结合并通过机械臂路径编程实现对不规则的大面积飞机蒙皮的凸面及凹面进行等焦距仿形激光清洗，通过设置激光最佳参数利用激光高密度能量脉冲对蒙皮表面漆层进行去除达到除漆目的，且不会对基材造成损伤，有利于环境保护，工作要求相对较低有助于节约成本，具有可以对不同材料以及复杂形状基材表面进行清洗的优点。

18、2、本发明所提供的激光清洗中大面积飞机蒙皮放置方式，充分利用了工作空间，优化了机械臂工作路径，保证了激光器在工作过程中平稳运行，有利于激光清洗过程中激光移动均衡而不发生清洗效果不均匀现象，同时节省了固定夹具的安装成本。

19、3、本发明所提供的大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，分别对凸面以及凹面采用了2种不同的清洗路径方法，不仅在清洗效率方面得到提升，同时确保了激光器在工作过程中，不会产生对地面或者对大面积飞机蒙皮的碰撞，保障了激光器以及机械臂的设备安全。在凸面清洗路径方法中，采用曲线路径，保证了激光清洗的连续搭接性；在凹面清洗路径方法中，采用垂直直线路径，提高了清洗效率，同时避免了激光器碰撞飞机蒙皮。

技术特征：

1.一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述方法包括针对不同曲率的不规则大面积飞机蒙皮，通过试验确定飞机蒙皮清洗的激光参数，扫描模型并进行分割处理，规划机械臂运行路径并编程，对不规则大面积飞机蒙皮进行仿形清洗。

2.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述确定飞机蒙皮清洗的激光参数试验包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述步骤s1中所采用的激光器为jpt公司的ydflp系列的1064nm脉冲激光器，振镜系统为单轴直线形扫描，最佳激光参数为功率50w、频率200khz、扫描速度2000mm/s、扫描幅度5cm，机械臂速度为2mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述扫描模型并进行分割处理包括以下步骤：使用3d扫描仪获取飞机蒙皮点云文件，使用geomagic软件对点云模型进行统一采样、删除非连接项、删除体外孤点处理后获得多边形，再对多边形进行松弛边界、删除钉状物、并划分网格处理后获得拟合曲面，将拟合曲面导出至solidworks软件进行分割，对于蒙皮凸面采用水平分割方式，蒙皮凹面采用垂直分割方式。

5.根据权利要求4所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述蒙皮凸面水平分割方式具体为：将模型凸面蒙皮分割为19个100cm×5cm的曲面区域和2个100cm×2.5cm的曲面区域。

6.根据权利要求4所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述蒙皮凹面垂直分割方式具体为：将模型凹面蒙皮分割为19个5cm×100cm的曲面区域和2个2.5cm×100cm的曲面区域，再进行10等分分割为210个小区域，其中竖直边界上每块区域大小为2.5cm×10cm，其余区域大小为5cm×10cm。

7.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：规划机械臂运行路径中对于激光清洗蒙皮凸面路径设计方法为，激光的振镜扫描方向为竖直上下扫描方向，每次清洗凸面中100cm×5cm的曲面区域，清洗10个100cm×5cm的曲面区域后，完成蒙皮凸面上部分清洗，将蒙皮上下翻转后，可进行蒙皮凸面下部分清洗。

8.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：规划机械臂运行路径中对于激光清洗蒙皮凹面路径设计方法为，激光的振镜扫描方向为水平左右扫描方向，每次清洗凹面中20个5cm×10cm的曲面区域完成一个100cm×10cm的曲面区域清洗，清洗5个100cm×10cm的曲面区域后，完成蒙皮凹面上部分清洗，将蒙皮上下翻转后，可进行蒙皮凹面下部分清洗。

9.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：清洗时大面积飞机蒙皮摆放位置为：清洗凸面与凹面时蒙皮均为竖直摆放，其中清洗凸面时，飞机蒙皮放置于机械臂内侧，蒙皮凹面朝向机械臂底座，激光器方向朝蒙皮凸面；清洗凹面时，飞机蒙皮放置于机械臂外侧，蒙皮凹面朝向机械臂底座，激光器方向朝蒙皮凹面。

10.根据权利要求1所述的一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，其特征在于：所述机械臂运动路径编程的程序包括定位程序以及清洗程序，均为采用path子程序指令编程的点组成拟合曲线路径的程序，子程序由ptp点到点运动指令、wait等待指令、lin直线运动指令组成，定位程序中lin直线运动速度为0.1m/s，清洗程序中，lin直线运动速度为0.002m/s。

技术总结
本发明公开了一种大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法，所述方法包括针对不同曲率的不规则大面积飞机蒙皮，通过确定飞机蒙皮清洗的激光参数，扫描其模型并进行分割等处理后，规划机械臂运行路径并编程，对不规则大面积飞机蒙皮进行仿形清洗。本发明所提供的大面积飞机蒙皮机器人激光仿形清洗除漆方法可对形状、曲率不规则的大面积飞机蒙皮进行蒙皮漆层凸面及凹面激光清洗，实现飞机蒙皮激光仿形去漆处理。

技术研发人员：李多生,邱彦钦,叶寅,谢非彤,姜苏航,钟宏平,于爽爽,吴宁
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12