一种汽轮机热喷涂路径规划方法
阅读说明：本技术 一种汽轮机热喷涂路径规划方法 (Thermal spraying path planning method for steam turbine ) 是由 邓超 张宏涛 张小伍 刘新新 吕振家 宫伟兴 高艳男 徐佰明 赵义瀚 彭建强 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：一种汽轮机热喷涂路径规划方法,属于光学领域,本发明为解决现有汽轮机热喷涂路径编程复杂、操作难度大的问题。本发明方法用于对汽轮机内缸或隔套板进行热喷涂路径规划,将汽轮机内缸或隔套板立装设置,其内装的叶片形成m级且从下至上依次为第1级、第2级……第m级；该方法包括：对每级的叶顶半圆弧面进行热喷涂,每级热喷涂路径规划相同,对第1级人工设置三个基准示教点P1、P2、P3,并设置喷枪进出余量,按基准示教点规划出的路径完成第1级热喷涂；根据级间相对位置关系将基准示教点依次向第2级、第3级……第m级进行映射,依次获取第2级、第3级……第m级的映射示教点,每级按其映射示教点规划出的路径完成热喷涂。(The invention discloses a planning method for a thermal spraying path of a steam turbine, belongs to the field of optics, and aims to solve the problems of complex programming and high operation difficulty of the existing thermal spraying path of the steam turbine. The method is used for carrying out thermal spraying path planning on the inner cylinder or the spacer bush plate of the steam turbine, the inner cylinder or the spacer bush plate of the steam turbine is vertically arranged, blades arranged in the inner cylinder or the spacer bush plate form m stages and are a1 st stage and a2 nd stage … … m stages from bottom to top in sequence; the method comprises the following steps: thermal spraying is carried out on the blade top semi-circular arc surface of each stage, the path planning of each stage of thermal spraying is the same, three reference teaching points P1, P2 and P3 are manually set for the 1 st stage, the in-out allowance of a spray gun is set, and the 1 st stage of thermal spraying is completed according to the path planned by the reference teaching points; and (3) mapping the reference teaching points to the mth levels of the 2 nd level and the 3 rd level … … in turn according to the relative position relation between the levels, sequentially obtaining the mapping teaching points of the 2 nd level and the 3 rd level … … mth level, and finishing thermal spraying according to the path planned by the mapping teaching points of each level.)
技术领域
本发明涉及对汽轮机内缸/隔套板安装的叶片的叶顶进行热喷涂时的路径规划方法，属于汽轮机领域。
背景技术
随着热喷涂行业的大力发展，热喷涂作为表面强化技术的一种，被广泛应用于航空、航天、机械工业等领域。汽轮机内缸/隔板套等零件常常通过热喷涂封严涂层的技术减少漏气、提高效率。但是由于内缸/隔板套等零部件体积较大，制造时分成上、下两个半圆结构，在其内部安装多个叶片，叶片的叶顶形成的半圆采用热喷涂工艺进行封严，在喷涂时往往需要通过喷枪的圆弧运动，分别对零件上、下半进行喷涂。由于零件尺寸大，安装叶片级数多，各级叶片内径尺寸也不相同，只在初始时示教几个点难以准确编制整个零件的喷涂路径程序。如果对所有级都进行手动示教再喷涂，每一级需要取3个示教点画弧线，对于20级以上的高压内缸，不但编程工作量非常大，而且操作难度大，当工作人员对处于下层级数进行示教时由于高度适合容易完成，而对上层级数进行示教时，由于高度超出身高太多，需借助工具才能够到上层级数相应的示教点以完成示教，因此，对操作人员而言，这种喷涂的路径规划太复杂，操作难度大。因此，亟需一种简单的编程方法，对级数多的汽轮机内缸/隔板套等零件进行喷涂路径进行规划。
发明内容
本发明目的是为了解决现有汽轮机热喷涂路径编程复杂、操作难度大的问题，提供了一种汽轮机热喷涂路径规划方法。
本发明所述一种汽轮机热喷涂路径规划方法，该方法用于对汽轮机内缸或隔套板进行热喷涂路径规划，将汽轮机内缸或隔套板立装设置，其内装的叶片形成m级且从下至上依次为第1级、第2级……第m级；
该方法包括：对每级的叶顶半圆弧面进行热喷涂，每级热喷涂路径规划相同，
对第1级人工设置三个基准示教点P1、P2、P3，并设置喷枪进出余量，按基准示教点规划出的路径完成第1级热喷涂；根据级间相对位置关系将基准示教点依次向第2级、第3级……第m级进行映射，依次获取第2级、第3级……第m级的映射示教点，每级按其映射示教点规划出的路径完成热喷涂。
优选地，每级热喷涂路径径规划均采用单条路线往复循环的方法，相邻两条单条路线之间沿竖直方向偏移，使得每级热喷涂路径为S形。
优选地，相邻两条单条路线之间沿竖直方向偏移量为2～4mm。
优选地，第1级人工设置三个基准示教点P1、P2、P3选取该级最下端半圆弧线的起始点、中间点及终止点。
优选地，喷枪的位置沿叶顶向圆心径向偏移30～50mm，喷枪进出余量分别为10～40mm和40～70mm。
优选地，第2级、第3级……第m级的映射示教点，具体第j级的映射示教点的确定方法为：
第1个映射示教点：以P1为基准，沿高度方向偏移j＝2,3,...,m，aj-(j-1)表示第j级和第j-1级之间级间距，沿径向偏移Δr，式中dj表示第j级的叶顶直径，d1表示第1级的叶顶直径；
第2个映射示教点：以P2为基准，沿高度方向偏移沿径向偏移Δr；
第3个映射示教点：以P3为基准，沿高度方向偏移沿径向偏移Δr。
本发明的有益效果：
(1)对于级数很多的内缸/隔板套，本发明只需要示教三个点，编程工作不再与级数成正比，大大减轻了编程的工作量；
(2)对于级数较多的内缸/隔板套，立着喷涂时，上部的级太高，手动示教在空间上难以到达，需要一个人站在梯子上观察喷枪距离和角度，另一个人操作示教器，本发明只需示教最低一级的三个点，可以避免此类困难；
(3)对于多级内缸/隔板套，只需要示教三个点确定第一级喷涂路径，其余各级喷涂路径根据图纸尺寸来获得，而不是每级都需要人工示教，减小了人工操作引入的误差，极大地提高了喷涂路径的精度。
附图说明
图1是安装有叶片的汽轮机内缸/隔套板的结构示意图，P1、P2、P3是在多个叶片的叶顶形成的半圆上选取的三个示教点；
图2是热喷涂路径规则示意图；
图3是图1的剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1～3说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机热喷涂路径规划方法，该方法用于对汽轮机内缸或隔套板等零件进行热喷涂路径规划。
将汽轮机内缸或隔套板立装设置，其内装的叶片形成m级且从下至上依次为第1级、第2级……第m级；m≥2，本实施方式方法应用于m大于20级的情况时相较于传统方法的优势更突出。
该方法包括：对每级的叶顶半圆弧面进行热喷涂，每级热喷涂路径规划相同，
对第1级人工设置三个基准示教点P1、P2、P3，并设置喷枪进出余量，按基准示教点规划出的路径完成第1级热喷涂；根据级间相对位置关系将基准示教点依次向第2级、第3级……第m级进行映射，依次获取第2级、第3级……第m级的映射示教点，每级按其映射示教点规划出的路径完成热喷涂。
在整个零件的热喷涂规划路径时，每级的操作方式相同，只是示教方式与传统方式不同，传统方式是每级都有三个示教点，而本实施方式只在第1级人工给出三个基准示教点，其它级的示教点都是根据基准示教点计算得出的，而非人工给出，即不需要每级都人工引领喷枪走一遍示教点，只需在第1级时人工引领即可，其它级根据本实施方式给出的方法自动定位实施热喷涂操作。
参见图2，喷枪的位置沿叶顶向圆心径向偏移30～50mm，即喷枪在零件内部，相对于喷涂面向内收缩一定位置，收缩偏移的量30～50mm与喷枪火焰的长度相匹配。
喷枪进出余量分别为10～40mm和40～70mm。这样设置的原因是，叶片的断面是斜面，多个叶片组成的叶顶面主体是圆形，但在其半圆的端部位置斜面是伸出一点儿距离的，参见图1的虚线位置，为了喷涂完整，必然要延伸出一段距离，至于喷枪出枪位置P3的偏移量较进枪位置P1的偏移量更大一些是为了方便挂带试片。
每级热喷涂路径径规划均采用单条路线往复循环的方法，相邻两条单条路线之间沿竖直方向偏移，使得每级热喷涂路径为S形。
相邻两条单条路线之间沿竖直方向偏移量为2～4mm。
参见图1和图2，第1级人工设置三个基准示教点P1、P2、P3选取该级最下端半圆弧线的起始点、中间点及终止点。
手动示教的单条路线程序：人工引导喷枪手动示教第1级的P1、P2和P3三个点，走一条圆弧，对P1、P3两个点进行偏移，得到单条路线的起点和终点，如此设计出单条路线，单条路线程序如下：
MoveJ Offs(P1,-40,0,0),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,0,0,0),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,0,0,0),Offs(P3,0,0,0),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,-70,0,0),v300,z5,tool3；
其中的-40和-70为P1和P3进出偏移的长度，可以根据实际需要进行更改。
进一步的，第1级路线程序：沿单条路线，机器人从左边运动到右边，然后将单条路线沿零件径向偏移一个步进量4，机器人反向运动回到左边，再偏移一个步进量4，从左边运动到右边…以此循环往复，得到第一级的喷涂程序，程序路线类似S形。第1级喷涂程序如下：
FOR i FROM 0TO 11DO
MoveJ Offs(P1,-40,0,i*8),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,0,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,0,0,i*8),Offs(P3,0,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,-70,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveJ Offs(P3,-70,0,i*8+4),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,0,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,0,0,i*8+4),Offs(P1,0,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,-40,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
ENDFOR
其中i的循环次数和步进量4可以根据需要进行更改。
第2级、第3级……第m级的映射示教点，具体第j级的映射示教点的确定方法为：
第1个映射示教点：以P1为基准，沿高度方向偏移j＝2,3,...,m，aj-(j-1)表示第j级和第j-1级之间级间距，沿径向偏移Δr，式中dj表示第j级的叶顶直径，d1表示第1级的叶顶直径；
j＝2时，P1点坐标沿高度方向偏移a1，j＝3时，P1点坐标沿高度方向偏移a1+a2，其中a1为第2级和第1级的级间距，a2是第3级与第2级之间的级间距；
j＝2时，P1点坐标沿径向偏移j＝3时，P1点坐标沿径向偏移其中d1是第1级叶顶圆弧的直径，d2是第2级叶顶圆弧的直径，d3是第3级叶顶圆弧的直径。
第2个映射示教点：以P2为基准，沿高度方向偏移沿径向偏移Δr；
第3个映射示教点：以P3为基准，沿高度方向偏移沿径向偏移Δr。
以m＝3为例描述整个路径程序：根据零件不同级直径关系和级间距，对P1、P2和P3三个点进行偏移映射至其它级中，将第1级路线程序应用到所有级。完整喷涂路径程序如下：
PROC path3()
d1:＝1164.4；
d2:＝1171.4；
d3:＝1177.4；
a1:＝132.03；
a2:＝122.49；
MoveJ Home,v300,z5,tool3；
MoveJ Offs(P1,-40,0,0),v300,z5,tool3；
FOR i FROM 0TO 11DO
MoveJ Offs(P1,-40,0,i*8),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,0,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,0,0,i*8),Offs(P3,0,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,-70,0,i*8),v300,z5,tool3；
MoveJ Offs(P3,-70,0,i*8+4),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,0,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,0,0,i*8+4),Offs(P1,0,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,-40,0,i*8+4),v300,z5,tool3；
ENDFOR
MoveJ Offs(P1,-40,(d2-d1)/2,a1),v300,z5,tool3；
FOR i FROM 0TO 10DO
MoveJ Offs(P1,-40,(d2-d1)/2,i*8+a1),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,0,(d2-d1)/2,i*8+a1),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,(d2-d1)/2,0,i*8+a1),Offs(P3,0,-(d2-d1)/2,i*8+a1),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,-70,-(d2-d1)/2,i*8+a1),v300,z5,tool3；
MoveJ Offs(P3,-70,-(d2-d1)/2,i*8+4+a1),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,0,-(d2-d1)/2,i*8+4+a1),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,(d2-d1)/2,0,i*8+4+a1),Offs(P1,0,(d2-d1)/2,i*8+4+a1),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,-40,(d2-d1)/2,i*8+4+a1),v300,z5,tool3；
ENDFOR
MoveJ Offs(P1,-40,(d3-d1)/2,+a1+a2),v300,z5,tool3；
FOR i FROM 0TO 10DO
MoveJ Offs(P1,-40,(d3-d1)/2,i*8+a1+a2),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,0,(d3-d1)/2,i*8+a1+a2),v300,z5,tool3；
MoveC Offs(P2,(d3-d1)/2,0,i*8+a1+a2),Offs(P3,0,-(d3-d1)/2,i*8+a1+a2),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,-70,-(d3-d1)/2,i*8+a1+a2),v300,z5,tool3；
MoveJ Offs(P3,-70,-(d3-d1)/2,i*8+4+a1+a2),v100,z5,tool3；
MoveL Offs(P3,0,-(d3-d1)/2,i*8+4+a1+a2),v300,z5,tool3；
MoveC
Offs(P2,(d3-d1)/2,0,i*8+4+a1+a2),Offs(P1,0,(d3-d1)/2,i*8+4+a1+a2),v300,z5,tool3；
MoveL Offs(P1,-40,(d3-d1)/2,i*8+4+a1+a2),v300,z5,tool3；
ENDFOR
MoveJ Home,v300,z5,tool3；
ENDPROC
其中d1、d2、d3…为各级喷涂直径，a1、a2…为各级之间的级间距，需要根据图纸尺寸进行输入，如图3所示；
可见，本实施方式记载的方法可应用于任意等级的路径规划中，常用的内缸/隔板套，级数通常在25级以内，就在机器人程序中写入1-25级所有零件的程序，生产过程中需要喷涂某级数的零件，直接选用相应级数的程序，修改P1、P2、P3三个点的位置以及直径d1、d2、d3…和级间距a1、a2…的值即可。达到了只示教一级三个示教点就完成路径规划的目的。
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