3平面漆膜厚度分布模型的建立与仿真验证
3.1引言
喷涂机器人针对特定的曲面进行喷涂轨迹规划，需要采用相应的喷枪模型，喷枪模型不仅反映了涂料在工件表面上每点的漆膜累积速率，而且采用合理的喷枪模型才能获得良好的喷涂效果。因此，本章对影响漆膜厚度分布因素展开了研究，建立了合理的平面漆膜厚度分布模型，基于此对平面喷涂进行轨迹规划与优化研究。运用MATLAB仿真分析验证了平面漆膜厚度分布模型，为后续二次曲面以及小曲率曲面的轨迹规划与优化研究提供了理论基础。
3.2喷枪路径数学模型
3.3漆膜厚度分布函数模型的建立
在研究待喷涂工件表面的喷涂轨迹规划之前，首先需要知道工件表面上任意一点的漆膜生长速率(um/s)，即喷枪模型。而喷枪模型又决定了工作型面上的漆膜厚度分布模型，所以研究喷涂轨迹规划的第一步就是要建立合适的喷枪模型。此外，建立的喷枪模型要满足工件表面的油漆累积量与工件表面的形状和喷涂距离无关的要求。
目前国内外的喷枪模型大部分都是基于平面建立的，在建立平面的漆膜厚度分布模型之前，首先分析影响涂层厚度分布的因素，然后在此基础上提出相应的假设建立合适的漆膜厚度分布模型。
3.3.1影响涂层厚度分布因素分析
喷涂涂料经过喷枪在工件表面形成一层坚韧的树脂，保护产品不受环境影响，物体表面在涂层保护作用下具有防火、防水以及防腐等性能，因此喷涂质量直接影响产品质量，又漆膜厚度分布直接影响喷涂质量，因此本章对漆膜厚度分布影响因素进行了分析。
本文采用的喷枪(ZPQ9 )，如图3.1所示。漆膜形成过程:涂料经过喷枪流入
喷嘴，通过喷嘴调节涂料流量并形成射流;在喷嘴与气盖间有一个圆环，此环在高压的作用下会产生高压气柱，喷嘴中的涂料在高压气柱的作用下离散此过程也被称为涂料的雾化过程;最后，涂料经过雾化后从喷嘴中喷出并形成空间辐射状，在工件表面形成喷涂漆膜。
分析漆膜形成的机理后可知喷涂作业是一个很复杂的过程，影响涂料涂层厚度分布的因素很多，主要影响因素有喷涂设备、喷涂工艺、涂料与工件、环境以及轨迹参数等。具体影响因素如表3.1所示:
喷涂机器人在建立漆膜厚度分布模型过程中，系统很难控制某些参数带来的影响，如喷涂设备自身的结构、涂料特性、环境温度、雾化压力，这些因素对建立漆膜厚度分布的影响都是由喷涂装置自身结构误差以及外在不可控参数带来的。因此，本文在建立漆膜厚度分布模型之前，提出以下合理的假设
①假设喷涂作业中喷涂工艺参数、喷枪参数等影响因素保持不变，喷涂作业环境稳定。
②假设喷炬具有各向同性，即喷炬在截面上的每个区域漆膜叠加性质是相同的。
③假设射流是连续的。据测算雾化的颗粒直径通常在500微米到几个微米之间。而且实验和理论数据也证明其平均直径在100微米以下，因此宏观上可以假设涂料是连续分布的。提出这样的假设不仅符合了实际生产情况，而且简化了建模过程。
④假设静止喷涂中工件表面各点涂层厚度增长速度与喷涂时间成正比，即各点的漆膜生长率是相等的。
⑤喷涂过程中假设喷枪轴线与喷涂区域法向始终保持一致且距离不变。