电爆丝自动化喷涂装置的协同控制方法研究

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电爆丝喷涂是将电爆炸技术应用于材料表面喷涂的一种新兴的技术,与传统的喷涂技术相比具有独特的优势,如涂层的结合度高且厚度均匀、喷涂速度快等。目前现有的大部分喷涂装置还是处在手工安装喷涂材料的方式,从而导致了设备的实验效率不高,所以本文对展开了协同控制的研究,且在此基础上研制出了一套电爆丝自动化喷涂装置,很大程度上节省了人力物力,并且极大的提高了电爆丝喷涂实验的效率。  本论文研制的电爆炸丝自动化喷涂装置包括自动上丝机构、高压脉冲电源和薄膜夹具的二维运动平台三个部分。在装置研制过程中,利用已有的理论和技术以及设备,对电爆丝自动化喷涂装置实际的装配和在操作中需要实现的自动化动作进行研究,分析协同控制之间所需达到的配合程度,研究各个控制动作间分步且协调的控制,研制出一种基于电爆丝喷涂系统自动化实验装置。对金属丝电爆炸过程中每个机械动作进行准确协同控制,能够显著提高系统的时效性和高压测量的安全性,从而直接实现薄膜喷涂的工艺过程。可以通过改良控制程序以及实验装置的方式获得更好的应用效果。  为了更好的判断协同控制的精确性以及喷涂的效果,利用已完成的自动上丝电爆炸实验装置进行电爆丝喷涂实验,选用铜丝作为喷涂材料,再选用同样的实验条件在自动化喷涂装置上进行实验对比。使用直径为0.2毫米的铜丝作为喷涂材料并将初始电压设置在12.5千伏为条件,其目的是在较高的电压下用来测试电爆丝自动化喷涂装置的性能。实验开始时首先可以通过观察对夹丝动作来判断协同控制的精确程度,比如定/动夹丝头模块运动的方向以及有没有到达指定位置或者定/动夹丝头模块以及丝的走向情况;其次可以通过对比自动化设备和人工手动上丝设备的实验时间得出两个设备效率高低的结论;再次可以通过观察不同实验条件下产生的涂层与基体材料的结合程度来判断整体的装置是否都能实现正常功能,如涂层表面是否细致平坦、有无显而易见的液态喷涂材料没有融合进涂层的现象等。  综上,本文将协同控制与顶层设计相结合,以协同控制和顶层设计理论、金属丝电爆炸理论以及薄膜喷涂有关文献为基础,以本实验室已经研制出来的电爆丝手动上丝喷涂装置为参考,通过对电爆炸放电主回路以及上丝操作的研究研制出自动上丝机构,再根据电爆炸过程的操作特性,使用控制板对各个装置实现分步且同步的控制,并将其应用到电爆喷涂实验中。实验结果表明,电爆炸丝自动喷涂各步骤的协同控制具备有效性和精确性,所采用的协同控制方案能够满足电爆炸丝自动化喷涂装置的控制要求。
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