[发明专利]一种基于球坐标系的喷涂厚度累积速率的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于球坐标系的喷涂厚度累积速率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立喷枪涂料供流速率模型在喷枪球坐标系下的函数表达式；S2、建立球坐标系下自由曲面上任意一点的涂料累积速率模型与喷枪涂料供流速率模型的关系；S3、确定喷枪涂料供流速率函数中的各待定参数或系数，计算喷枪涂料供流速率；S4、根据喷枪涂料供流速率计算涂料累积速率。本发明可广泛运用在各种复杂自由曲面的喷涂机器人喷涂作业中，表达更加直观，计算更为简单，可为后续的轨迹规划和累积厚度仿真奠定良好的基础；能够为实现机器人自动喷涂离线编程、仿真提供理论和算法依据，有助于改善工件喷涂质量。

技术领域

本发明属于机器人自动化喷涂领域，具体涉及一种基于球坐标系的喷涂厚度累积速率的计算方法。

背景技术

喷涂机器人是以机器人技术为基础,结合喷涂工艺发展起来的先进涂装设备，可通过编程完成不同工件的喷涂作业，保证喷涂质量的一致性，能够减少涂料的损耗，极大地提高喷涂效率和喷涂质量，降低喷涂生产成本，能够适应各种复杂的喷涂环境，消除传统喷涂作业给工人身体带来的损害,因此广泛用于汽车、电器及家具等产品的喷涂作业中。

在机器人喷涂生产中，工件上任一点的喷涂厚度累积速率模型对整个工件的喷涂效果具有决定性影响，同时它也是喷涂轨迹规划和喷涂仿真研究的前提和关键所在，因此建立准确的、符合喷涂实际的喷枪喷涂累积速率模型非常重要。

目前喷枪喷涂厚度累积模型，主要分为两类：一类是无限范围模型，如高斯分布和柯西分布模型，这类模型只适用于喷枪垂直待喷涂工件表面的喷涂，在实际应用中很少使用。另一类有限范围模型，如β分布模型、分析沉积模型、抛物线模型、椭圆β双分布模型等，这类模型首先根据喷涂实际情况假定模型的数学表达式，然后结合实验数据对数学表达式进行拟合逼近得到最终的喷涂模型，在满足误差要求条件下，能够较好地满足喷涂作业。但是上述模型都是基于喷枪向平面进行喷涂,推广到自由曲面喷涂时,都需要进行近似和引入较为复杂的算法,计算和实施起来不够简便和直观。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种基于球坐标系的喷涂厚度累积速率的计算方法，该模型对复杂零件的喷涂通用性更强、表达更加直观，计算更为简单，可为后续的轨迹规划和累积厚度仿真奠定良好的基础。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于球坐标系的喷涂厚度累积速率的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立喷枪涂料供流速率模型在喷枪球坐标系下的函数表达式；

S2、建立球坐标系下自由曲面上任意一点的涂料累积速率模型与喷枪涂料供流速率模型的关系；

S3、确定喷枪涂料供流速率函数中的各待定参数或系数，计算喷枪涂料供流速率；

S4、根据喷枪涂料供流速率计算涂料累积速率。

优选地，所述步骤S1包括以下步骤：

S1.1、以喷枪出口中心O点为原点建立球坐标系,空间中任意一点P，在球坐标系中表达为为点P在球坐标系下的坐标，其中r为原点与点P之间的径向距离，θ为原点到点P的连线与Z轴之间的夹角，为原点到点P的连线在XY平面的投影线与X轴之间的夹角；

S1.2、喷枪涂料供流速率函数记为表示喷枪在单位时间、单位立体角内喷出的喷涂物质体积，即：

其中，dV表示体积微元，dΩ表示立体角微元，dt表示时间微元。

优选地，所述步骤S2包括以下步骤：

待喷涂的工件表面为自由曲面，记为S，在时间间隔为dt，立体角微元dΩ内，有体积为dV的喷涂物质覆盖在曲面S上，对应的面积微元记为dA，喷涂表面上厚度增长速率为：