[发明专利]一种基于最小厚度约束的复杂曲面喷涂轨迹计算方法

说明书

本发明公开了一种基于最小厚度约束的复杂曲面喷涂轨迹计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：选择喷涂区域，并对喷涂区域三角网格化，得到三角网格曲面；步骤S2：在三角网格曲面上选择第一条喷枪扫掠轨迹；步骤S3：根据喷枪扫掠轨迹计算喷枪运动轨迹，并对喷枪运动轨迹光顺处理；步骤S4：根据三角网格曲面、喷枪模型、喷涂参数和最小厚度约束计算下一条喷枪扫掠轨迹；步骤S5：判断是否是最后一条轨迹，如果不是，则重复步骤S3、S4，直到完成整个喷涂区域的轨迹规划；如果是，则执行步骤S6；步骤S6：输出满足最小厚度约束的喷枪运动轨迹。本发明能够解决外形复杂工件难以进行自动化喷涂的问题，可以提高喷涂质量。

技术领域

本发明属于自动化喷涂应用技术领域，具体涉及一种基于最小厚度约束的复杂曲面喷涂轨迹计算方法。

背景技术

自动化喷涂广泛应用于五金、塑胶、家私、军工、船舶等众多领域，是现今应用最普遍的一种涂装方式。喷涂作业的质量对最终产品的质量有着重要的影响。现有的喷涂作业方式有手工喷涂作业及工业自动化喷涂作业。现在众多中小型企业多采用传统的手工作业喷涂。传统的手工作业的喷涂存在一定的缺陷：喷涂质量不稳定、喷涂效率较低、对人身体危害较大。自动化喷涂技术将人从恶劣的喷涂环境中解放了出来，相比于传统人工喷涂，自动喷涂涂料利用率高，自动化程度高，喷涂效率高，具有较强柔性，适用于多品种、小批量喷涂任务。

目前，国内外针对复杂曲面的喷涂轨迹计算主要是在厚度控制和曲面划分的基础上展开的，如现有非专利文献《涂层厚度控制及机器人喷枪轨迹规划模拟》在数学模型中采用与真实喷涂情况类似的Gauss函数作为喷点函数，并以实际的喷涂厚度需要为约束条件进行轨迹的参数规划，以厚度方差数为均匀性的判定目标。该方法虽然实现了以厚度控制为目标的喷涂轨迹规划，但还是会出现局部喷涂厚度不均匀的情况，边界曲率变化较大处的毛刺现象依然存在。非专利文献《面向大曲率复杂曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化方法研究》中提出了一种将复杂自由曲面划分为大曲率与小曲率的面片组合进行轨迹优化的方法，有利于复杂自由曲面上喷涂轨迹的生成和优化，但面向实际零部件的复杂曲率结构时，并不能达到很好的喷涂效果。

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，本发明利用最小喷涂厚度为约束提出一种针对复杂工件的喷涂轨迹规划方法，该方法首先根据喷枪结构和喷涂参数建立精确的喷涂模型，然后提出一种能够适用于外形复杂工件的自动化喷涂轨迹规划算法，利用该轨迹规划方法可以提高复杂工件的喷涂质量,解决复杂工件自动化喷涂质量不高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供了一种基于最小厚度约束的复杂曲面喷涂轨迹计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：选择喷涂区域，并对喷涂区域三角网格化，得到三角网格曲面；

步骤S2：在三角网格曲面上选择第一条喷枪扫掠轨迹；

步骤S3：根据喷枪扫掠轨迹计算喷枪运动轨迹，并对喷枪运动轨迹光顺处理；

步骤S4：根据三角网格曲面、喷枪模型、喷涂参数和最小厚度约束计算下一条喷枪扫掠轨迹；

步骤S5：判断是否是最后一条轨迹，如果不是，则重复步骤S3、S4，直到完成整个喷涂区域的轨迹规划；如果是，则执行步骤S6；

步骤S6：输出满足最小厚度约束的喷枪运动轨迹。

优选地，所述步骤S1中，首先读入具有拓扑结构的参数曲面模型，用户交互式选择喷涂区域；然后对喷涂区域进行三角网格化处理，得到的每个三角网格节点包括顶点信息和顶点的法向量；最后为三角网格曲面引入半边数据结构，从而建立具有拓扑关系的三角网格曲面。

优选地，所述步骤S2中，在喷涂区域的三角网格曲面上生成第一条喷枪扫掠轨迹，记为种子曲线，种子曲线有两种选取方法：第一种为模型的一条边界曲线，第二种为通过平面与工件模型垂直切割得到的交线；后续喷枪扫掠轨迹将在该种子曲线基础上偏置得到。