The Effect of Spray Distance and Scanning Step on the Coating Thickness Uniformity in Cold Spray Process

In the process of cold spray applications, robot kinematic parameters represent significant influences on the coating quality. Those parameters include: spray distance, spray angle, gun relative velocity to substrate, scanning step, and cycle numbers. The combined effects which are caused by their interactions determine the coating thickness. The increasing requirements of coating productivity lead to the objectivity of analyzing the effect of robot kinematic parameters. So it becomes necessary to optimize the robot trajectory for spraying process in order to obtain a desired coating thickness. This study aims at investigating the relationship between the coating profile and the spray distance, scanning step, and introducing the basic principle of a software toolkit named thermal spray toolkit (TST) developed in our laboratory to generate the optimized robot trajectories in spray processes including thermal spray and cold spray. Experiments have been carried out to check the reliability of the simulated coating profile and the calculated coating thickness by TST.     

小靶大基片镀膜的膜厚均匀性分析

目的通过改变传统基片与靶材的相对运动方式,来实现小靶材在大面积基片上的均匀镀膜。方法采用基片绕中心轴做匀速旋转运动,靶材沿着基片半径做直线间歇运动,并建立了相应的理论模型,通过数值分析软件MATLAB对膜厚进行分析拟合,研究靶基距、偏心距、靶材运动方式对膜层均匀度的影响。结果在靶基距H=30 mm时,膜厚均匀性主要受到两个重要参数的影响:靶材在各径向运动等距点的停顿时间T和移动步长d。与靶材在各径向运动等距点的停顿时间T=C(C为常数)的情况相比,当靶材的停顿时间T与其在基片上的覆盖面积A成正比增加时,膜厚的均匀性得到极大的改善。同时,膜厚的均匀性很大程度上取决于靶材的移动步长,膜层之间的差异性随着移动步长的减小而减小,结果显示当移动步长d=5mm时的膜厚均匀性最佳。改善基片中心附近的膜厚分布可以通过增加靶基距来实现,结果显示在偏心距e=0 mm、靶基距H≥70 mm时,膜厚相对偏差δ均小于0.1。结论该方法改变了传统靶材固定不动的方式,在薄膜沉积过程中,通过调节靶材的移动步长和停顿时间,能有效减小膜层之间的差异,从而获得均匀度较高的薄膜,对实际生产具有指导意义。     

基于涂层厚度模型的机器人喷涂轨迹规划研究

为了实现大型复杂曲面的喷涂轨迹规划,提出一种基于涂层厚度模型的高铁白车身机器人喷涂轨迹规划方法。基于静态涂层厚度的椭圆双β分布模型,分析喷涂的累计涂层厚度分布规律,提出一种用于评估相对不均匀性的指标RU,并基于RU指标,通过轨迹重叠的方式保证了涂层厚度的一致性。通过曲曲面的分割与合并,实现了喷涂区域的划分,同时基于包围盒法确定了机器人喷涂路径点空间坐标信息。实验结果表明：基于涂层厚度模型的轨迹规划方法能够有效保证喷涂效果的均匀性,并成功应用于高铁白车身的机器人喷涂加工,显著提升了喷涂质量与效率。     

基于位置约束的工业机器人运动学标定

鉴于标准DH方法在描述平行关节时存在问题,采用MDH方法建立机器人的运动学,提出基于末端位置约束关系建立线性方程组进行结构参数辨识的一般方法。针对方程组系数矩阵退化的问题,从运动学的雅可比矩阵入手,分析了退化的原因,为结构参数选择提供了理论依据。讨论了机器人基坐标系和测量坐标系转换的问题,设计了一种无需坐标系转换的基于十字型杆件的简易标定方法。基于matlab进行仿真后,采用该方法标定MOTOMAN-MH6机器人,标定后,按照示教器读数计算的十字型杆件长度误差从4mm降低到1mm以内,说明该方法是有效的。     

五自由度机器人高效均匀曲面喷涂方法

针对被喷涂对象是平缓光滑的曲面,给出了一种高效均匀的喷涂方法.使用五自由度机器人,采用特定算法在喷涂过程中保持喷头垂直于喷涂面,且喷涂距离恒定.合理设计喷涂路径,进行等距喷涂,从而提高喷涂的效率和均匀度.以NURBS作为曲面的描述方法,采用"之"字形或者"回"字形路径规划,计算喷头运动插补点,采用泰勒展开式保证步长恒定...     

基于ADAMS的SCARA机器人运动学仿真研究

对SCARA机器人进行正逆运动学分析以及轨迹规划仿真时,不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果。为解决以上问题,基于ADAMS软件环境,建立了SCARA机器人的三维虚拟样机模型,结合SCARA机器人的正逆运动学在笛卡尔空间对其末端规划一段圆弧路径轨迹,并将该圆弧路径轨迹数据导入虚拟样机模型中进行轨迹规划的仿真。结果表明,该系统为SCARA机器人运动学分析及轨迹规划方法的仿真验证提供了一个有效的平台。     

机器人运动学分析与求解方法的探讨

分析了机器人运动学问题的几种主要的求解方法和特点.运用CAD/CAE集成软件对空间多关节机器人进行了三维造型设计及运动学仿真分析与研究.实验研究证明,这种分析方法比传统的数学解析计算方法简单易行、直观明确、速度快、精度高.通过虚拟装配和运动仿真可以得到机器人运动学和动力学方面的多组数据,而且可自动实现数据获取、分类、保存、绘制特性曲线图等功能.     

电铸镍薄片阵列的厚度均匀性研究

研究仿形辅助阴极对镍薄片阵列厚度均匀性的影响,利用Comsol软件建立镍薄片阵列的电铸模型,预测镍薄片厚度的变化趋势;研究辅助阴极直径及其小孔直径对镍薄片厚度均匀性的影响,确定最优的辅助阴极尺寸参数;根据仿真结果开展对比实验.结果表明:电铸过程中添加仿形辅助阴极可显著提高镍薄片的厚度均匀性;以直径100 mm不锈钢圆板...     

基于SimMechanics的仿人机器人运动学仿真

利用Matlab／SimMechanics机构仿真工具建立了仿人机器人机构的仿真模型,并由模型图直观地观察仿人机器人的动态步行过程,求出了机器人躯体重心的角加速度和髋关节的扭矩变化图。建立了仿人机器人的瞬时状态的平面五杆机构运动模型,根据Kane法求解出了机构的动力学方程。在机构分析中应用SimMechanics仿真工具,为机械系统的仿真提供一种十分简便的方法。     

基材硬度和涂层厚度对AlCrN多元复合纳米硬质涂层硬度的影响

采用真空阴极多弧离子镀技术制备了Al Cr N多元复合纳米硬质涂层,利用洛氏硬度计、划痕仪、HV显微硬度计、球磨仪、扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪检测并分析了涂层膜基结合力、显微形貌、相结构以及基体硬度、涂层厚度对涂层硬度的影响。结果表明,涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,随着涂层厚度的增加,膜基结合强度提高。涂层表面成波纹状,有少量大颗粒,涂层内部呈Na Cl结构,含有大量呈柱状形式生长的面心立方的c-Cr N相和c-Al N相,择优取向均为(200)。同等基体硬度时,涂层厚度的增加有利于涂层硬度的提高,最佳涂层厚度为3.5~5.0μm。同等涂层厚度时,涂层硬度随着基体硬度的增加而增加,当涂层厚度低于4.0μm,基材硬度是影响涂层塑性变形抗力的主要因素。     

基于Adams的冲压机器人运动学仿真分析

本文所涉及的RV-4F-D工业机器人是一种用于冲压生产线的上下料机器人,该机器人通过一次拾取完成上料、下料动作。借助Pro/E软件的强大建模功能进行三维实体建模,然后通过Pro/E和Adams良好的数据共享能力,将模型数据保存为parasolid格式,导入Adams软件,根据实际运动情况添加相应约束。通过对机器人末端添加点驱动来实现机器人的轨迹规划,完成运动学仿真。通过测量各关节部件的位移、速度、加速度变化情况,观察各关节相关曲线的变化趋势,为冲压机器人轨迹优化及后续动力学仿真分析奠定基础。     

机器人运动学正解仿真研究

根据机器人运动学原理,以Visual Basic6．0为平台,开发AutoCAD2000应用程序,通过人机交互输入,建立机器人运动学模型,动态显示机器人运动过程,成功地实现机器人运动学仿真。并用对PUMA-560机器人的运动学求正解的实例加以验证。     

铝合金微弧氧化陶瓷层厚度及电解液对其耐蚀性的影响

采用盐雾试验及电化学分析研究了不同电解液及厚度下,铝合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性。结果表明,铝合金耐蚀性的提高并不与陶瓷层的厚度增加成正比,10μm厚度要优于5μm及20μm的;不同电解液所制备的陶瓷层耐蚀性也不同,SiO32-溶液制备试样的耐蚀性要优于AlO2-溶液制备试样的耐蚀性。     

Bi对镁合金热浸镀铝镀层组织和厚度的影响

采用热浸镀方法在AZ31镁合金表面镀覆一层铝合金层.利用光学显微镜和配有能谱分析的扫描电镜等对镀层微观组织、元素分布等进行了研究;测定了试样在不同浸镀条件下的镀层厚度.结果表明:镀液添加Bi后,在浸镀温度不变情况下,镀层厚度增加速度加快,过渡层厚度变大,镀层中粗大的树枝晶增多,但是Bi在镀层中含量极少.通过对试验结果分析得出:Bi元素对Mg、Al液态互扩散具有显著的促进作用,使得镀层形成速度加快,但是也造成镀层组织粗大.     

基于工业机器人形位的运动学逆解分析

针对工业机器人逆向运动学求解及逆解的选择,基于工业机器人形位分析了运动学逆向问题。将工业机器人所在的笛卡尔空间划分为4个区域,分区域讨论工业机器人的运动学逆向问题。分析了在同一末端位姿下机器人的多种形位,采用二进制将工业机器人各形位对应的逆解进行编码,使机器人的多组逆解与各形位一一对应。最后以MOTOMAN UP50工业机器人为例,计算验证文中的工业机器人逆解算法的正确性及有效性。基于工业机器人形位的运动学逆解分析为工业机器人运动学特定逆解的求解、选取提供了一种新参考方法。     

Fe基非晶涂层厚度与其爆炸喷涂沉积特性及性能

目的 评估沉积厚度对Fe基非晶涂层在殷瓦钢基体上服役性能的影响。方法 利用爆炸喷涂在殷瓦钢表面沉积了4种不同厚度(d_AC1≈50μm,d_AC2≈150μm,d_AC3≈250μm,d_AC4≈500μm)的Fe基非晶涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏显微硬度计、纳米压痕仪、液压式万能试验机、电化学工作站等,研究了涂层的微观结构、物相组成、显微硬度、弹性模量、残余应力、结合强度和电化学腐蚀特性。结果 不同厚度Fe基非晶涂层均未出现明显的晶化现象,AC1涂层的孔隙率明显较高(2.8%～1.4%),在厚度增至AC3时涂层与基体界面出现了明显的裂纹,且裂纹随着厚度的增加继续恶化,至AC4时在截面形貌上仅观察到少量界面结合连接区域;随着涂层厚度的增加,涂层孔隙率、冷却残余拉应力和结合强度显著降低,显微硬度和弹性模量略有上升。AC1涂层因形成了电偶腐蚀,从而加剧了基体腐蚀,不具备耐腐蚀防护能力。当涂层厚度达到AC3后,涂层的腐蚀电流密度小于基体的腐蚀电流密度,其腐蚀电位和极化电阻均高于...     

基于数值模拟的电镀3D打印厚度均匀性研究

目的 优化电镀3D打印工艺,提高单层电沉积厚度的均匀性。方法 建立耦合电解液流动、物质传递、电极反应的多物理场模型,并数值求解,研究反应离子浓度和电解液电势的分布云图,以及沉积层截面形貌随时间的演化规律,分析影响沉积层厚度均匀性的直接因素。最后讨论抑制剂本体浓度C_S、对流流速u₀、电解液电导率κ及阴极电位φ_c等因素对沉积层厚度均匀性的影响规律。结果 随着沉积时间的增长,沉积层的形貌越发不平整,反应离子浓度和电解液电势的分布云图随沉积层截面形貌的变化而变化。加入40 μmol/L抑制剂后,沉积层表面的反应离子浓度和过电势的分布更加均匀。抑制剂本体浓度越高,沉积层截面形貌越平整,沉积层厚度均匀性越好,但存在一个饱和抑制剂浓度40 μmol/L。沉积层厚度均匀性随对流流速或电解液电导率的增大先增后减,随阴极电位增大单调递增。结论 阴极表面反应离子浓度和过电势的不均匀分布是导致沉积层厚度不均匀性的直接因素。添加抑制剂可有效改善沉积层厚度的均匀性,过大或过小的流速或电导率都会降低沉积层的厚度均匀性,适当提高阴极电位可提高沉积层厚度...     

3-RCR并联机器人的设计和运动分析

基于螺旋理论的约束螺旋和运动螺旋,对3-RCR并联机器人的三条运动支链进行研究,确定该并联机器人的自由度。通过动静坐标系的相互转换所建立的位置方程,获得3-RCR并联机器人的位置正逆解。基于MATLAB软件进行编程求解,得到正逆解的数值算例。     

并联平面平动机器人运动学分析及其仿真

提出了一种具有2个自由度的新型并联平面平动机器人,该机器人的运动平台和静平台之间由2个相同的分支相联系,每一支链都含有2个平行四边形机构,所有运动副均为转动副,其优点是运动副简单、末端为一刚体的平动.本文分析了其位置正、反解,并对其运动进行了模拟仿真.该机器人可广泛应用于切削加工、零件搬运及空间机器人的平动部分等方面.本文的分析结果可用于该机器人的设计、轨迹规划及实时控制中.