專利名稱：一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴涂機(jī)器人制造產(chǎn)業(yè)中的噴槍路徑自動規(guī)劃方法，具體涉及一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法。
背景技術(shù)：
對于諸如汽車、電器及家具等產(chǎn)品，其表面的噴涂效果對質(zhì)量有非常大的影響。噴漆作業(yè)中采用噴漆機(jī)器人可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少漆料和能量的消耗，避免了人工噴漆時(shí)工人始終處于有毒環(huán)境而造成急性或慢性中毒，提高了勞動生產(chǎn)效率。因此，噴涂機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越得到人們的重視。早期的噴涂機(jī)器人是“示教再現(xiàn)”型的。先由操作人員“示教”噴槍操作全過程，機(jī)器人控制器記憶示教操作順序，在作業(yè)中重現(xiàn)這種操作動作，其缺點(diǎn)是噴涂效果主要取決于個(gè)人的示教經(jīng)驗(yàn)。為解決早期噴涂機(jī)器人的缺點(diǎn)，人們開始探索離線路徑規(guī)劃技術(shù)。該 技術(shù)根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)具有的感知性、交互性、自主性等特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)軟硬件建立離線仿真模型，采用人工交互的方式建立噴涂路徑，并進(jìn)行可視化仿真與驗(yàn)證。然而目前的研究主要是在人工干涉的前提下生成經(jīng)過一定優(yōu)化的噴涂路徑，但噴涂效果并不是最優(yōu)的?？v觀上述現(xiàn)有的噴涂路徑規(guī)劃技術(shù)，在噴涂生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的缺陷，主要表現(xiàn)在1)缺乏一種針對各種不同噴槍類型的涂層分布進(jìn)行精確建模的統(tǒng)一方法，導(dǎo)致所建立的涂層累積速率模型不夠準(zhǔn)確，從而制約了最終的噴涂質(zhì)量；2)現(xiàn)有噴涂路徑規(guī)劃方法大多針對某個(gè)具體的工業(yè)噴涂生產(chǎn)過程而開發(fā)，因而適用面較窄，通用性差，缺乏一種能針對不同的復(fù)雜工件表面的幾何特征以自適應(yīng)生成最優(yōu)噴涂路徑的方法，從而制約噴涂機(jī)器人噴涂效率的進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，該方法提供了針對各種工件模型自動生成優(yōu)化噴涂路徑的工藝算法，能夠有效的解決噴涂過程精確建模以及工件表面路徑自動生成的問題，從而提高噴涂效率，減少涂料浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，包括以下步驟首先針對所使用的噴槍設(shè)計(jì)噴涂實(shí)驗(yàn)，根據(jù)涂層厚度測量自適應(yīng)地選擇參數(shù)化涂層累積模型擬合逼近；由此建立多行程噴涂優(yōu)化模型并采用二分法迭代求解相應(yīng)的最優(yōu)噴槍路徑參數(shù)；然后提出最長邊參考路徑算法以自動生成工件的噴涂行程，并添加過渡路徑構(gòu)成完整的噴涂路徑；最后針對工件表面的復(fù)雜曲面特征采用可變行程方法對路徑進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。其具體步驟包括(I)噴涂過程精確建模針對使用的不同噴槍類型，設(shè)計(jì)相應(yīng)靜止噴涂實(shí)驗(yàn)并采集涂層厚度數(shù)據(jù)，然后根據(jù)涂層厚度分布的對稱性分別引入β曲線模型和橢圓雙β曲線模型對涂層累積速率模型進(jìn)行表示，并采用基于Levenberg-Marquard算法的非線性最小二乘方法擬合逼近真實(shí)的涂層分布。(2)最優(yōu)路徑參數(shù)求解以曲面噴涂點(diǎn)的涂層厚度與期望涂層厚度之間的方差和最小為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)采用的涂層累積速率模型和實(shí)際工藝要求建立相應(yīng)的多行程噴涂優(yōu)化模型以及約束條件，然后采用基于二分法的數(shù)值迭代算法求解得到最優(yōu)的路徑參數(shù)，即行程間距和噴槍行進(jìn)速度。(3)噴涂路徑的自動生成求取曲面的邊界，并按照關(guān)鍵點(diǎn)分割算法，將邊界分割成多條近似線段組成的多邊形；求取邊界中最長的邊，并作為路徑的起始參考邊；求取曲面的平均法向量以及最長邊的平均方向向量；確定同時(shí)平行于法向量和方向向量的平面，并確定一平面簇，取平面簇與曲面的交線；在交線之間采用圓弧過度路徑連接起來，從而獲得完整的噴槍路徑。(4)噴涂路徑的優(yōu)化調(diào)整確定起始路徑；根據(jù)涂層厚度優(yōu)化模型以及曲面的幾何形狀，確定下一條路徑；采取同樣的方法獲取曲面上其他區(qū)域的路徑；將獲取的路徑連接起來，獲取完整的路徑。 有益效果與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明能夠提供一整套針對多噴槍自適應(yīng)建模的自動路徑生成方法，實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人在無人干涉前提下的高效噴涂，克服當(dāng)前噴涂機(jī)器人噴涂效率提高的瓶頸，提高涂料的利用率，降低生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。該方法相比現(xiàn)有方法而言具有更好的適應(yīng)性，可廣泛用于各種不同的噴涂生產(chǎn)工件的生產(chǎn)過程，具備很好的實(shí)用性和應(yīng)用前景。


圖I為算法總體流程圖；圖2 為Levenberg-Marquardt 算法流程圖；圖3為平面噴涂示意圖；圖4為最長邊參考路徑法路徑規(guī)劃不意圖；圖5為最長邊參考路徑法流程圖；圖6為路徑調(diào)整不意圖；圖7為路徑調(diào)整流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖I為本發(fā)明所提出的用于噴涂機(jī)器人的多噴槍自適應(yīng)噴涂路徑自動規(guī)劃流程示意圖。如圖I所示，依據(jù)本發(fā)明噴涂路徑自動生成方法包括以下步驟I、噴涂過程精確建模在離線路徑規(guī)劃方法中，關(guān)鍵問題是如何建立涂層累積厚度精確數(shù)學(xué)模型，這對整個(gè)噴涂生產(chǎn)質(zhì)量起決定性作用。本步驟針對可能影響噴涂過程的不同噴涂參數(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的靜止噴涂實(shí)驗(yàn)，并使用膜厚儀對噴槍所形成的涂層厚度分布情況進(jìn)行測量，根據(jù)噴槍的噴涂區(qū)域?yàn)閳A形或者橢圓形，分別引入圓形β曲線模型和橢圓雙β曲線模型對涂層累積速率模型進(jìn)行表示，采用Levenberg-Marquardt算法擬合涂層厚度數(shù)據(jù)得到精確的涂層累積速率模型，以此作為后繼步驟的基礎(chǔ)。其具體實(shí)施步驟如下
( I)噴涂實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集表I涂層分布影響因素
權(quán)利要求
1.一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，其特征在于，包括以下步驟(1)首先針對所使用的噴槍設(shè)計(jì)噴涂實(shí)驗(yàn)，根據(jù)涂層厚度測量自適應(yīng)地選擇參數(shù)化涂層累積模型擬合逼近； (2)由此建立多行程噴涂優(yōu)化模型并采用二分法迭代求解相應(yīng)的最優(yōu)噴槍路徑參數(shù)； (3)然后提出最長邊參考路徑算法以自動生成工件的噴涂行程，并添加過渡路徑構(gòu)成完整的嗔涂路徑； (4)最后針對工件表面的復(fù)雜曲面特征采用可變行程方法對路徑進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，其特征在于所述步驟(I)具體如下針對使用的不同噴槍類型，設(shè)計(jì)相應(yīng)靜止噴涂實(shí)驗(yàn)并采集涂層厚度數(shù)據(jù)，然后根據(jù)涂層厚度分布的對稱性分別引入盧曲線模型和橢圓雙盧曲線模型對涂層累積速率模型進(jìn)行表示，并采用基于Levenberg-Marquard算法的非線性最小二乘方法擬合逼近真實(shí)的涂層分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，其特征在于所述步驟(2)具體如下以曲面噴涂點(diǎn)的涂層厚度與期望涂層厚度之間的方差和最小為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)采用的涂層累積速率模型和實(shí)際工藝要求建立相應(yīng)的多行程噴涂優(yōu)化模型以及約束條件，然后采用基于二分法的數(shù)值迭代算法求解得到最優(yōu)的路徑參數(shù)，即行程間距和噴槍行進(jìn)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，其特征在于所述步驟(3)具體如下求取曲面的邊界，并按照關(guān)鍵點(diǎn)分割算法，將邊界分割成多條近似線段組成的多邊形；求取邊界中最長的邊，并作為路徑的起始參考邊；求取曲面的平均法向量以及最長邊的平均方向向量；確定同時(shí)平行于法向量和方向向量的平面，并確定一平面簇，取平面簇與曲面的交線；在交線之間采用圓弧過度路徑連接起來，從而獲得完整的嗔槍路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，其特征在于所述步驟(4)具體如下確定起始路徑；根據(jù)涂層厚度優(yōu)化模型以及曲面的幾何形狀，確定下一條路徑；采取同樣的方法獲取曲面上其他區(qū)域的路徑；將獲取的路徑連接起來，獲取完整的路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多噴槍自適應(yīng)建模的噴涂路徑自動生成方法，首先針對所使用的噴槍設(shè)計(jì)噴涂實(shí)驗(yàn)，根據(jù)涂層厚度測量自適應(yīng)地選擇參數(shù)化涂層累積模型擬合逼近；由此建立多行程噴涂優(yōu)化模型并采用二分法迭代求解相應(yīng)的最優(yōu)噴槍路徑參數(shù)；然后提出最長邊參考路徑算法以自動生成工件的噴涂行程，并添加過渡路徑構(gòu)成完整的噴涂路徑；最后針對工件表面的復(fù)雜曲面特征采用可變行程方法對路徑進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明可針對不同的噴槍自適應(yīng)建立相應(yīng)的精確噴涂模型，并由此自動生成復(fù)雜工件曲面上的最優(yōu)噴涂路徑，在保證涂層均勻性的前提下，提高噴涂制造產(chǎn)業(yè)的工作效率和涂料的利用率，改善噴涂質(zhì)量和產(chǎn)品的美觀度，從而能夠取得很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號B05B13/02GK102909148SQ20121028639
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者周波, 戴先中, 孟正大, 樊少卿 申請人:東南大學(xué)