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《中國人工智能學會通訊》——5.7 飛機噴塗技術

在飛機制造的過程中,噴塗是飛行器表面處理的重要工藝。由于飛機的運動空間以及需适應多種惡劣環境下的飛行,飛機的表面性能要求非常高。飛機表面塗層對于飛機表面保護有着重要作用,有助于抵禦極端天氣的侵蝕,以及飛行過程中與空氣摩擦産生的熱量。在軍用飛機領域,隐身塗層是先進隐身戰機的關鍵,通過噴塗能吸收雷達波的特殊塗層,極大地減小了飛機的雷達反射面積,進而實作了隐身功能。

然而,目前航空制造領域中大部分的噴塗工藝主要還是靠人工噴塗完成。人工噴塗不僅勞動力成本高、生産效率低、勞動強度大,而且含有害物質的塗料也會給勞工的身體造成不良影響。在實際操作過程中,人工噴塗無法精确控制噴槍的移動速度,且難以保證噴槍與表面的距離。是以,人工噴塗難以保證塗層的厚度,進而引起桔皮、痱子、針孔等缺陷,這将嚴重影響工件性能,造成飛行隐患。

為解決目前飛機手工噴塗對人體傷害大、噴塗品質差、塗料使用率低、自動化程度低、耗能高、污染嚴重等難題,大幅度提高噴塗品質和效率,上海飛機制造有限公司等國内大型飛機制造企業都已開展了飛機自動化噴塗相關技術的研究。

飛機自動化噴塗技術的關鍵技術包含自動化噴塗工藝研究、噴塗機器人系統設計和噴塗機器人軌迹規劃等。

1 . 自動化噴塗工藝研究

針對自動化噴塗和人工噴塗的差別,對于不同材料表面的噴塗進行試驗對比協調研究,獲得相關工藝參數,進而建立自動化噴塗參數工藝資料庫。整體主要的技術路線如圖 5 所示。

《中國人工智能學會通訊》——5.7 飛機噴塗技術

2 . 噴塗機器人系統設計

根據作業工藝要求、噴塗過程工藝參數及工作特點,研究飛機待塗裝表面突變部位多、防撞設計要求高、空間運動要求特殊、噴塗軌迹規劃困難等條件下噴塗機器人機械系統的運動學、動力學和幾何結構設計;為實作系統的協調工作與維護,研究機器人系統的動力學穩定性和末端噴槍響應及精度控制。噴塗機器人機械系統主要分為運動實作機構、導向與升降結構、末端噴漆裝置、避撞防護裝置。在結構設計方面,各部分機構與結構之間采用子產品化設計的理念,實作噴塗機器人機械系統的總體設計如圖 6 所示。

3 . 噴塗機器人軌迹規劃

根據噴塗區域及工藝要求,噴塗機器人的軌迹規劃可大緻分為噴塗表面的包絡重構及片區規劃、複雜曲面噴槍的運動軌迹規劃、機器人避碰監測、補噴過程中噴槍的快速定位及運動規劃。通過軌迹規劃算法生成機器人的噴塗路徑後,離線程式設計系統将路徑轉化為機器人的工作指令傳輸給機器人。如圖 7 所示。

其他關鍵技術還包括離線程式設計系統、噴塗機器人綜控及監測系統等,這裡不做贅述。

《中國人工智能學會通訊》——5.7 飛機噴塗技術
《中國人工智能學會通訊》——5.7 飛機噴塗技術

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