[发明专利]异型结构件表面热障涂层多轴联动喷涂装置及喷涂方法

说明书

一种异型结构件表面热障涂层多轴联动喷涂装置及喷涂方法，多轴联动喷涂装置包括三维建模单元、多轴联动等离子喷涂单元和厚度监测与反馈单元；多轴联动自动化喷涂方法，包括下列步骤：1)三维建模；2)仿形喷涂轨迹程序离线编程；3)多轴联动自动化等离子喷涂。本发明采用多轴联动喷涂装置及自动化喷涂方法所制备的涂层效率高、质量好、厚度均匀一致性高，具有高精度、高效率、低消耗的特点，降低了工人对于操作水平的要求，避免了采用人工示教方式获得喷涂轨迹程序的庞大工作量，减小了工件外部形状特征对于热喷涂的限制，实现了热障涂层厚度的实时监测与表征，为复杂异型结构件的热障涂层制备提供了一种便捷方式。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种喷涂装置及喷涂方法。

背景技术

热障涂层广泛应用于高温热气流条件下工作的热端部件，用来提供高温隔热保护，其在我国先进航空发动机上应用范围不断扩大，但发动机热端部件形状相对复杂、异型，所对应的涂层制备工艺可控性低，涂层质量稳定性差、涂层服役寿命短等问题较为突出，已经成为影响我国热障涂层在航空发动机热端部件应用的“瓶颈”。

目前，国内热障涂层喷涂作业多采用人工喷涂和机械化喷涂两种方式。人工喷涂得到的涂层质量极大程度受喷涂技术人员的水平、精神状态的影响，同时，人工喷涂时一直处于高噪声、粉尘、高温的特殊环境中，操作人员身体难以承受长时间作业；机械化喷涂方式虽然避免了人为因素带来的影响，但由于工件结构复杂，无法实现一次成形，各异型面的涂层状态及厚度均匀性较差，工件棱边、尖角等及重复喷涂部位涂层状态不理想，涂层结合强度低。因此，迫切需要发展一种新的异型结构件表面热障涂层的喷涂方法，以克服上述两种传统喷涂方式的缺点，满足涂层制备需求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种异型结构件表面热障涂层多轴联动喷涂装置及自动化喷涂方法，实现复杂异型件热障涂层一次喷涂成形，异型面涂层厚度分布均匀，涂层生产效率高。

本发明所采用的技术方案是：一种异型结构件表面热障涂层多轴联动喷涂装置，包括三维建模单元、多轴联动等离子喷涂单元和厚度监测与反馈单元；

所述三维建模单元对待喷涂工件的外部形状进行三维扫描与拍照，获得点云数据，对采样数据进行处理与分析，通过公共参考点进行拼凑、拟合，生成三维网格模型；

所述多轴联动等离子喷涂单元将三维建模单元生成的三维网格模型导入六轴机械手的离线编程软件中，根据工件外形特征对六轴机械手运动参数、联动变位机运动参数进行设定，编制出适应于工件各个异型面的仿形喷涂轨迹，对待喷涂工件进行热障涂层的喷涂成形；

所述厚度监测与反馈单元实时监测等离子喷涂过程中待喷涂工件的涂层厚度，对采集的涂层厚度数据进行处理，将处理后的数据反馈给六轴机械手控制器，控制六轴机械手的喷涂轨迹。

所述的三维建模单元包括光学扫描仪、可调式移动支架和数据处理终端，光学扫描仪对待喷涂工件的三维轮廓进行全方位扫描与拍照，将三维轮廓信息发送给数据处理终端；可调式移动支架支撑光学扫描仪，满足光学扫描仪在扫描与拍照过程中移动、姿态调整的需要；数据处理终端处理采集到的三维轮廓信息，并拟合生成三维网格模型。

所述的多轴联动等离子喷涂单元包括PC计算机、六轴机械手、六轴机械手控制器、联动变位机、等离子喷枪、喷枪固定夹具和工件喷涂夹持工装，所述PC计算机接收三维网格模型，进行喷涂轨迹程序的离线编程，将喷涂轨迹程序发送至六轴机械手控制器；六轴机械手控制器根据喷涂轨迹程序控制六轴机械手的运动轨迹，六轴机械手控制器接收厚度监测与反馈单元反馈的涂层厚度模拟量，将涂层厚度模拟量与预设的厚度数据进行比较，控制六轴机械手的喷涂遍数；六轴机械手夹持等离子喷枪，根据设定的喷涂轨迹对待喷涂工件进行等离子喷涂；联动变位机在喷涂过程中，对待喷涂工件进行回转和翻转；等离子喷枪制备热障涂层，喷枪固定夹具将等离子喷枪固定在六轴机械手上，工件喷涂夹持工装将待喷涂工件固定在联动变位机上。