[发明专利]一种曲面喷涂轨迹规划方法

说明书

一种曲面喷涂轨迹规划方法，该方法首先生成等间距的平行扫描面，计算扫描面与三角形面片相交形成的扫描点坐标；其次基于坐标平移变换矩阵，确定出所有扫描点对应的平行段轨迹点；根据过渡段优化理论，选择合适的过渡段轨迹形式，并确定过渡段轨迹点坐标；基于复杂曲面涂层厚度分布模型，计算工件表面计算点的涂层厚度以及工件涂层的平均厚度、标准差和误差等涂层质量指标；重复上述过程直至涂层质量指标满足涂层的均匀性要求，得到优化后的喷涂轨迹。本发明有助于减小复杂曲面涂层厚度均匀性误差，对于提高零件喷涂质量具有重要作用。本发明适用于采用喷涂机器人对航空结构件等复杂自由曲面进行喷涂时的轨迹规划。

技术领域

本发明涉及一种曲面喷涂轨迹规划方法，特别适用于采用喷涂机器人对航空结构件等复杂自由曲面进行喷涂时的轨迹规划，属于工业机器人领域。

背景技术

为了满足隐身保护要求，航空零部件表面通常为复杂自由曲面，喷涂涂层的厚度和均匀性等质量对零部件性能有重要影响。喷涂机器人是喷涂领域重要的自动加工装备，而喷涂轨迹自动规划是喷涂机器人离线编程系统的核心技术，决定了零部件的涂层质量及性能。喷涂轨迹自动规划技术相对于人工示教法具有提高喷涂效率和涂层质量，降低劳动强度，减少涂料浪费成本等诸多优点，国内外学者对喷涂轨迹自动规划技术展开了广泛研究。但是，喷涂轨迹的规划涉及到诸多影响因素如涂层沉积率模型、喷涂速度、喷枪与工件表面间距离和轨迹间距离等，且复杂自由曲面的喷涂工件使得轨迹自动规划问题更具挑战。

文献1“Sheng W.H,Chen H.P,Xi N,Tan J.D.Optimal tool path planning forcompound surfaces in spray forming processes.In:Proc of IEEE InternationalConference on Robotics and Automation.New Orleans,2004,45-50.”公开了一种基于三角网格化CAD模型的轨迹规划方法，将曲面CAD模型进行三角网格化处理，并通过建立带约束条件的优化目标函数，结合涂层厚度许用误差，根据三角面片间的拓扑结构关系对曲面进行分片规划，并规定规划后面片的边界中至少有一条边界包含曲面的边界信息，以规划后面片的平均法向量作为喷枪的喷射方向，从而完成复杂曲面的喷涂轨迹规划。然而，该方法将一系列三角形面片进行平面近似化处理时存在误差，没有考虑到相邻三角形面片之间过渡段的喷涂轨迹形式，而过渡段的轨迹对涂层厚度均匀性有重要影响。

文献2“Atkar,P.N.,Greenfield,A.,Conner,D.C.,Choset,H.,Rizzi,A.A.Hierarchical Segmentation of Surfaces Embedded in R3 for Auto-BodyPainting.IEEE International Conference on Robotics and Automation.2006,572-577.”公开了一种基于种子曲线的轨迹规划方法，根据曲率的变化对曲面进行分片处理，形成一系列“简单”曲面，在其上运用微分几何学选择种子曲线，其次根据优化偏移曲线与种子曲线之间的距离得到偏移曲线，进而完成喷涂轨迹规划。然而，该方法仅适用于挤压面，并不适用于复杂自由曲面的喷涂轨迹规划。

目前还没有普遍适用于复杂自由曲面工件的喷涂轨迹自动规划方法，针对复杂自由曲面工件的特点，提出一种广泛有效的喷涂轨迹自动规划方法对提高工件涂层质量、推动喷涂机器人离线编程系统的实用化进程具有重要意义。

发明内容

为了解决现有复杂曲面喷涂涂层厚度不均匀、轨迹自动规划效率低等问题，本发明提供了一种基于过渡段优化算法的复杂曲面喷涂轨迹规划方法。

本发明的技术方案如下：

一种曲面喷涂轨迹规划方法，包括如下步骤：