[发明专利]一种铝型材静电喷涂自动控制方法

权利要求书

1.一种铝型材静电喷涂自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，结合理论分析，通过实验方法获得对应静电粉末喷枪控制器的铝型材涂层厚度分布模型，通过此模型建立起控制器各喷涂参数与涂层厚度的关系，通过实时喷涂参数的改变获得相应的分布规律；铝型材涂层厚度分布模型以高斯分布为基础，对实验结果进行分析后乘以相应的修正系数，进而得到最终的分布模型；铝型材涂层厚度分布模型的修正包括对粉末流量、静电电压参数的修正，使模型能满足喷涂参数的变化；

步骤2，通过多把喷枪喷涂的可视化仿真与步骤1获得的铝型材涂层厚度分布模型来优化吊挂线速度和往复机速度，并得到能满足均匀喷涂要求的喷涂参数；多把喷枪喷涂的可视化仿真在工控机软件上实现，通过调整获得优化后的速度参数和喷涂参数；

步骤3，上位机系统通过工控机软件设定下位机系统参数，并通过下位机系统采集传感器信号，从而进行逻辑控制；

步骤4，上位机系统通过工控机软件将最优喷涂参数发送给所述下位机系统，并实时读取下位机系统参数，实现喷涂参数的修改以及喷枪的自动喷涂控制；

结合理论分析，通过实验方法获得对应所述静电粉末喷枪控制器的铝型材涂层厚度分布模型包括：

根据理论分析，结合实验结果得知喷涂时，定点喷涂实验条件是喷枪垂直于铝型材表面，设定与型材表面距离为250毫米，空气流量为50L/min，定点喷涂时间为2秒，采用控制变量法进行实验，静电粉末喷涂产生的平面涂层呈椭圆形；椭圆的轮廓表示为：

式1中：a为椭圆的长半轴，b为椭圆的短半轴；得到定点喷涂铝型材平面涂层分布图；

连续喷涂实验是在保持粉末流量、静电电压保持不变、设定喷涂速度为0.05m/s的条件下进行，喷枪垂直于铝型材表面匀速运动，形成连续喷涂铝型材涂层分布图；

建立的涂层厚度分布模型：

获取定点喷涂实验数据后，用高斯分布进行拟合，高斯分布拟合公式为：

式2中：T(x)为x点处的理论厚度值，A为高斯分布的振幅，μ为高斯分布的对称中心，σ为高斯分布的峰值宽度；

经过定点喷涂涂层分布图的分析，沿a轴或b轴方向上截面的涂层分布规律是相似的，从中心点往a、b轴末端截面的涂层厚度随着距离逐渐降低；设y＝0截面涂层厚度的高斯分布为：

式3中：A_0x、μ_0x、σ_0x为y＝0截面高斯分布的参数；

x＝0截面涂层厚度的高斯分布为：

式4中：A_0y、μ_0y、σ_0y为x＝0截面高斯分布的参数；

假设y＝y₁截面分布与y＝0截面的分布规律类似，y＝y₁截面最大膜厚为T(x＝0,y＝y₁)，y＝0截面最大膜厚为T(x＝0,y＝0)，则y＝y₁截面的高斯分布为：

其中，y＝y₁截面最大膜厚与y＝0截面最大膜厚之差用x＝0截面上y＝0与y＝y1的差值进行表示：

则式5改写成：

同理x＝x1截面的高斯分布假设为：

整理得平面上任意一点的涂层厚度：

通过式9建立定点喷涂涂层厚度分布的理论模型，将式9与实验数据拟合的高斯分布曲线进行对比，为使理论模型与实际数据更为接近，对理论模型进行修正，让任意截面上远离对称中心的点也能与实际相接近；

模型的修正具体体现在当任意截面远离两个中心截面时，增大模型的两个峰值宽度，使理论曲线向外扩展；修正方法为：提取膜厚待求点的x坐标和y坐标，求出椭圆长半轴a与短半轴b的商a/b，将公式中的σ0x与σ0y分别加上这两个修正值，从而使越远离中心截面的截面峰值宽度越大，曲线越平缓，达到与实际数据近似重合的程度，修正公式如下式：

通过公式10可求得对应静电电压、粉末流量条件下的分布模型，但当喷涂参数变化时，模型并不具有普遍性，还需要通过实验结果来具体分析各喷涂参数对膜厚的影响；

涂层厚度随着静电电压的增大而变厚，函数关系对数函数：

T＝log₁₀(V+10) (11)

式11中：V为静电电压；

涂层厚度与粉末流量的函数关系正相关的一元一次方程式：

T＝kq+b (12)

式12中：k为斜率，q为粉末流量，b为截距；

综合公式10、11、12，可得定点喷涂时静电电压、粉末流量共同作用下的涂层厚度分布模型为：

式13为不同参数下铝型材定点喷涂平面涂层厚度分布模型，通过该式得到需要的涂层厚度分布规律；

在连续喷涂时，连续喷涂的涂层厚度分布模型是定点喷涂模型对时间的积分；假设在点(x_p,y_p)处，喷幅从接触到离开时间为t，速度为v，则有联合上式可得连续喷涂时点(x_p,y_p)的涂层厚度为

公式14表示在喷枪沿直线匀速移动时，垂直于喷枪移动方向截面的涂层厚度分布。