噴槍噴射及著面研究

劉祥俊 陶鵬 王建濤

摘要：釉噴霧過程用釉噴槍或釉噴霧器在壓縮空氣中噴灑釉，以將釉粘附到粘土體上。這是一個在陶瓷生產中易于自動化的過程。但釉燒不均會產生裂紋，造成零件報廢，噴涂過程中噴釉厚度盡可能均勻。基于此，我們做了以下工作：基于橢圓雙β分布模型。根據噴槍噴射過程參數之間的關系，進入給定的相關值，得到最大膜厚，半長軸，短軸，分布指數等參數的值。另外，優化模型采用等距離優化算法建立了膜厚變化規律。結果表明，當重疊區間為86.08mm時，膜厚變化最為均勻。基于平面膜厚變化模型，推導了曲面膜厚累積率模型。通過分析MATLAB軟件的函數圖像，證明了這是一個畸變的圓柱曲面，并利用遺傳算法優化了圓柱曲面的軌跡。當重疊間隔為78.45mm時，計算得到釉料厚度要求。

關鍵詞：橢圓雙β分布;遺傳算法; 等距離優化算法;重疊區間;

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2020）12-0078-01

引言：釉噴涂工藝用釉噴槍或釉噴涂機在壓縮空氣中噴霧釉，使釉粘附在粘土體上。由于燒制過程中不均勻的釉料會產生裂紋，造成工件報廢，所以噴涂過程中噴涂釉料的厚度要求盡可能均勻。在實際的空氣噴涂中，通常在噴槍口兩側設置壓縮空氣，霧錐被壓扁成橢圓錐體，被噴漆霧形成的噴霧錐所覆蓋的平面上的區域為橢圓形，半b的a軸和半短軸的主軸。

1 平面重疊區間的計算

在實際的空氣噴涂中，通常在噴槍口兩側設置壓縮空氣，霧錐被壓扁成橢圓錐體，被噴漆霧形成的噴霧錐所覆蓋的平面上的區域為橢圓形[1]，短半軸的長度為b和長半軸的長度為a，它們符合橢圓雙β模型：因此噴釉時噴槍移動方向既可以沿著長軸方向，也可以沿著短軸方向。當運動方向沿著短軸的方向時，噴涂覆蓋的范圍比沿著長軸運動時大，所以選擇噴槍沿著橢圓短軸的方向運動來進行噴釉[2]。

噴槍最優軌跡的目的是能夠使平面表面涂層厚度變化最小，從而實現使涂層厚度變化更為均勻[4]。參照橢圓雙β模型，假設該平面是一塊寬度為100mm長度無限的平板，噴槍始終以30mm/s的速度沿x軸運動，能夠接受的涂層厚度的誤差范圍為10%，即±21.28μm。

按照等距離優化算法，通過matlab實現，得出當相鄰路徑間的距離d=86.08mm時，滿足所設定的涂層厚度誤差要求，平面涂層厚度均勻變化的圖像如圖4所示，圖形的左邊有部分漆膜厚度較低，是因為較低部分處在邊緣，噴涂過程中可以通過將平板適當右移來彌補缺陷。

2 曲面軌跡模型建立及優化

當噴涂表面為曲面時，會產生角度問題，所以搭接間隔不再適用，需要根據平面上的噴涂模型來推導出曲面上的噴涂模型，為之后的曲面上的軌跡優化做準備。

曲面函數z=-x2+x-xy-10≤x≤10，-10≤y≤10可以看作是由一個圓柱面彎曲而形成的，當y等于10時，函數為z=-x2+11x。

當x∈-10，10時，求得l=261.25，將其看作圓柱底面的周長，則半徑為41.58。因此要想求出該函數的圖像軌跡，我們需要先知道圓柱面的噴涂模型，然后對圓柱面上的噴涂軌跡進行優化，從而得出在該函數的曲面上進行噴涂的最優化軌跡。

優化函數不再是釉層均勻性最佳，而是建立以噴釉時間最短為優化目標，釉層厚度為約束條件的優化函數。需要優化的兩個參數（噴槍速率v、相鄰軌跡間距d）都對噴釉時間有影響，即噴槍速率越快，相鄰軌跡距離越遠，噴涂同一工件所需時間越短，所以，可以用這兩個參數來表征噴涂時間。

適應度函數的建立是遺傳算法的一個重要步驟，根據提出的優化函數，考慮噴槍速率v、相鄰軌跡間距d處于一個數量級，且對時間影響的權重一樣，約束條件以懲罰函數的形式表現，建立適應度函數。

當釉層厚度不滿足要求時，通過懲罰函數使得適應度函數為無窮大，這樣，在算法的迭代中，不滿足厚度要求的個體都會被淘汰，最后求出的最優解即滿足了耗時最少，也符合釉層厚度要求。將函數圖像等效成的圓柱面參數代入遺傳算法中，就可以得出滿足誤差要求的重疊間隔d=78.45mm。

結論：針對平面噴涂問題本文在橢圓雙β模型的基礎上，以漆膜厚度為優化目標，引入了以等距離搜索為基礎的鄰路徑重疊區域漆膜厚度模型，較好地解決了平面漆膜厚度計算和噴漆路徑設計的基本問題。對于變化的曲面，本文設計了一種沿曲面周線的噴釉軌跡，建立以噴釉時間最短為目標函數，釉層厚度為約束條件的優化目標，采用遺傳算法對各個噴釉參數進行求解，較準確地解決了曲面噴釉路徑的問題。

參考文獻：

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[3]龔俊，李玉洋，李翠明，張鵬.面向圓形彎管的噴涂機器人噴槍參數優化[J].現代制造工程，2016（11）：23-27.

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