涂魔師ATO榮獲廣東鋁型材研討會論文集一等獎——粉末涂料噴涂厚度圖像分布預(yù)測模型的數(shù)值驗證評估

摘要：該實驗使用電暈噴槍對基板進行噴涂。通過使用涂魔師非接觸式無損測厚系統(tǒng)測量并量化涂層厚度。經(jīng)過對涂魔師測出的數(shù)據(jù)進行嚴格過濾和分析后確定統(tǒng)計變化趨勢。此外還構(gòu)建了易于與數(shù)值求解器進行比較的特征變量。

摘要

本文設(shè)計了一種粉末涂料噴涂實驗裝置，并開發(fā)了從生成數(shù)據(jù)提取統(tǒng)計變化趨勢的研究方法。研究目標：i)對前期開發(fā)的三維歐拉-拉格朗日數(shù)值求解器[1]進行驗證；ii)對工業(yè)粉末涂料噴涂工藝后續(xù)階段的基本參數(shù)進行表征。

該實驗使用電暈噴槍對基板進行噴涂。通過使用涂魔師非接觸式無損測厚系統(tǒng)測量并量化涂層厚度[2,3]。經(jīng)過對涂魔師測出的數(shù)據(jù)進行嚴格過濾和分析后確定統(tǒng)計變化趨勢。此外還構(gòu)建了易于與數(shù)值求解器進行比較的特征變量。

本文揭示了從涂魔師的測試結(jié)果提取有價值、可以比較的數(shù)據(jù)來驗證數(shù)值求解器，從而評估所面臨的難題。

1. 緒論

1.1 測量涂層厚度重要性及現(xiàn)狀

通過非接觸式無損測量產(chǎn)品的涂層厚度不僅可以有效穩(wěn)定噴涂工藝質(zhì)量，而且可以節(jié)省返工時的人力和時間損耗。因此，在噴涂工藝中能夠非接觸式無損測量濕漆涂層厚度是眾多生產(chǎn)廠家多年的愿望。

目前市面上的多種傳統(tǒng)測量方法只能在噴涂干燥后才能抽樣測量涂層的膜厚。例如傳統(tǒng)的磁感應(yīng)或渦流涂層厚度測量儀，在涂層干燥或烘干后進行接觸式人工測量；或者使用顯微鏡也只能測量干漆膜，而且切割工藝要求必須很高。

例如，對于汽車傳動系統(tǒng)中的組件，精準測量膠粘劑涂層厚度在汽車工業(yè)中顯得特別重要。若零部件的膠粘劑涂層厚度不在合格范圍內(nèi)，會導致產(chǎn)品磨損速度加快，出現(xiàn)故障，最終換來昂貴的維修和返工費用。

通過硫化工藝能有效防止曲軸振動——使用僅有幾微米厚的粘膠劑將橡膠層粘附在輪轂和外部飛輪環(huán)之間。組裝扭轉(zhuǎn)減振器之前，先將粘膠劑涂覆在飛輪環(huán)和輪轂的內(nèi)部，在這過程中必須實時高效監(jiān)測膠粘劑的涂層厚度：如果粘膠劑涂層過厚，涂層會出現(xiàn)破裂情況；如果涂層過薄，則粘合強度不夠，導致橡膠層脫落，產(chǎn)生不必要的噪音和對汽車變速器的損壞情況。

1.2 研究背景及目的

近年來，工業(yè)粉末涂料成為了表面處理工藝的環(huán)保型代替材料，它廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域，如汽車、建筑和家用電器等行業(yè)[4]。在靜電作用下施加粉末涂料，其中載有顆粒的流體經(jīng)過噴槍內(nèi)的電暈對顆粒進行充電，隨后將粉末噴涂在接地基板上。這存在的物理現(xiàn)象有[17]：1）湍流氣流(Remax≈1.5e5,Umax≈20m/s)；2）帶有相互作用的聚合物顆粒(2?m-180?m)；3）疊加的靜電場(ψmax≤1.2e5V)和重力場。由于這些復雜的相互作用很難能通過實驗和數(shù)據(jù)進行研究，所以該領(lǐng)域很多結(jié)果都是根據(jù)過往經(jīng)驗所得[5]。

為了能研發(fā)出一種優(yōu)化工藝參數(shù)和提高技術(shù)的系統(tǒng)化方法，不僅需要驗證數(shù)據(jù)工具的可行性，也需要對噴涂工藝進行全面的實驗研究，而目前已發(fā)表的一些實驗研究多數(shù)側(cè)重于粉末的顆粒速度和尺寸分布[6]或靜電特性[7]的細節(jié)。

1.3 簡述本文研究內(nèi)容

如果使用破壞式測量涂層厚度方法來量化噴涂質(zhì)量[8-10]，就不能獲得顆粒在基板上的分布情況，要么缺乏了測試數(shù)據(jù)來進行實驗對比[11]，要么是基于速度場分布[12]來間接推斷涂層厚度[13]。然而，在實際應(yīng)用中獲得涂層厚度及其分布情況是非常重要的。

因此，現(xiàn)迫切需要一種非接觸式無損測量方法進行數(shù)據(jù)的量化收集，便于后續(xù)的處理分析，該測量方法將為數(shù)值求解器的驗證過程奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，既能優(yōu)化工業(yè)噴涂工藝，又有助于深入開發(fā)技術(shù)。為此，本文重點介紹一種新型非接觸式無損測量涂層厚度和分布方法—瑞士涂魔師測厚系統(tǒng)，同時也強調(diào)了對收集到的數(shù)據(jù)進行過濾分析以及量化噴涂工藝的關(guān)鍵參數(shù)。

2.實驗裝置和方法

2.1.實驗裝置的安裝

該實驗裝置由電暈型噴槍和基板組成，噴涂室固定有噴槍和塑料欄桿，該塑料欄桿連接了10cm×10cm的接地基板支架。如圖1所示，過濾處的通風系統(tǒng)發(fā)出空氣，可以方便收集剩余的粉末涂料。

圖1-實驗裝置安裝。借助夾具支架（2）將基板（1）固定到塑料欄桿（3）上，將噴槍（4）固定在欄桿（5）上。裝有5克粉末涂料（6）噴槍（4）與基板中心對齊，噴槍背面帶有滾輪支架（7）。

把基板固定在距離噴槍15厘米位置，并用不同電壓對5克粉末涂料進行實驗。當基板噴涂一組設(shè)置好的參數(shù)涂層后，再用涂魔師ATO非接觸式測厚系統(tǒng)進行涂層厚度測量，分別對每個基板的前后面測量三次，這樣能保證每個測量區(qū)域都有足夠的冷卻時間。另外，每個電壓都應(yīng)用在三個基板上，這樣就可以對每個電壓都進行九次測量，以便進行統(tǒng)計分析。

2.2  非接觸式無損測厚技術(shù)——瑞士涂魔師測厚系統(tǒng)

蘇黎世應(yīng)用科學大學（ZHAW）的研究人員Andor Bariska和Nils Reinke與多個合作生產(chǎn)廠家共同開發(fā)了新型的涂層光熱法的測試技術(shù)，并在這基礎(chǔ)上研發(fā)了涂魔師非接觸式無損測厚系統(tǒng)并將其成功集成到多個實際生產(chǎn)中。

2.2.1 測量原理

該無損測厚系統(tǒng)利用涂層的熱性能來實現(xiàn)非接觸無損測量涂層厚度，首先用計算機控制閃光燈對漆膜涂層部位進行短暫脈沖加熱。高速紅外傳感器記錄下涂層隨時間變化的表面溫度，表面溫度根據(jù)涂層厚度和熱性能以特征動態(tài)進行衰減，每個測量過程平均要分析100,000個溫度讀數(shù)，涂層越厚，冷卻速度越慢。利用專門開發(fā)的算法評估表面的動態(tài)溫度分布情況，最后可以定量確定涂層厚度。

2.2.2 技術(shù)優(yōu)勢

該測厚系統(tǒng)專門避免采用有害光源（如激光、Beta或X-射線源），對人體、產(chǎn)品和環(huán)境不會造成危害。測量速度可達每秒測一個測試點(1Hz)，能輕松在同一零部件上進行多點測量。即使是粗糙表面，該系統(tǒng)也能快速精準測量出產(chǎn)品的涂層厚度分布情況。

該測量系統(tǒng)具有測量精度高、重復性好、不限測試底材、輕松測量外形復雜的零部件，可測曲面，內(nèi)壁以及角落處、不受測試距離和測試角度限制、測量各種顏色涂料等優(yōu)勢。

2.2.3 新型非接觸式測厚系統(tǒng)與傳統(tǒng)測厚法對比

如今噴涂行業(yè)仍有使用電磁感應(yīng)測厚儀或顯微鏡等微觀測量法測量涂層厚度。顯微鏡只能從零部件中提取很小區(qū)域進行厚度分析，且非常耗時和耗人力。如下圖所示，從局部測量結(jié)果中不能精準可靠推導出產(chǎn)品整體的涂層厚度情況。

雙層粘膠劑涂層的微觀截面圖像表明，局部涂層厚度測量存在較大波動

而電磁感應(yīng)測厚儀的磁性探頭需要在噴涂后的金屬部件上進行接觸測量，在粗糙表面上存在較大測量偏差。

在汽車行業(yè)中，為了能嚴格評估測量儀器，對于涂層厚度的質(zhì)量標準特別引入了關(guān)鍵質(zhì)量性能參數(shù)Cg。Cg 值是根據(jù)Bosch博世第十版手冊中的公式所計算，公式如下：

該參數(shù)與測量的兩個重要參數(shù)有關(guān)：一是合格范圍（T），它表示涂層厚度的允許范圍；二是測量儀器本身的測量偏差（Sg），由重復測量得出。噴涂工藝的合格范圍與測量儀器的測量偏差的比值不能低于規(guī)定的合格值。

只有測量設(shè)備的Cg值大于1.33才視為產(chǎn)品質(zhì)量合格，這相當于合格范圍（T）與儀器的測量偏差（Sg）的比值大于40。

傳統(tǒng)測厚儀測量粘膠劑涂層厚度時，通常會出現(xiàn)幾微米的測量偏差，這導致Cg值遠遠低于1.33。因此，這些傳統(tǒng)的測厚儀往往不能獲得質(zhì)量認證。而新型涂魔師ATO非接觸式無損濕膜測厚系統(tǒng)進行非接觸式涂層厚度測量，測量偏差為70納米（=0.07微米），計算得Cg值為4.5，大大滿足了汽車行業(yè)的行業(yè)標準要求，由此可見，涂魔師ATO測厚系統(tǒng)比傳統(tǒng)測厚儀更適合無損測量噴涂工藝。

2.3  測量涂層厚度實驗展示

本次實驗采用涂魔師ATO 3D型號非接觸式無損測厚系統(tǒng)測量涂層厚度，它能輕松非接觸式無損測試未固化涂料的涂層厚度。隨著涂層表面的溫度下降（這與涂層厚度和涂層材料的熱性能有關(guān)），將系統(tǒng)測量范圍內(nèi)的涂層厚度分布呈現(xiàn)為一個能量場。(使用涂魔師3D型號與涂魔師普通型號)[14]。涂魔師ATO測厚系統(tǒng)也可以輕松測量比基板形狀更復雜、尺寸更小的零部件，如檢測彈簧樣品，圖2所示。由厚度分布圖可知，彈簧外部比內(nèi)部的涂層更厚。

圖2-由涂魔師[15] 量化測量形狀復雜的彈簧外部及其內(nèi)部的涂層厚度拍攝的示例圖像

為了避免涂料自身特性對測量結(jié)果造成影響，首先使用已固化樣品對測厚系統(tǒng)進行校正測量，該校正過程可以采用干膜測厚儀測出包括樣品涂層厚度范圍的數(shù)據(jù)，再將它們標記在涂魔師圖像上，最后將這些數(shù)據(jù)用作整個能量場的校正數(shù)據(jù)。經(jīng)過校正后，涂魔師ATO測厚系統(tǒng)可以無損量化測量在樣品涂層厚度范圍內(nèi)的所有涂層厚度。

2.4 測量數(shù)據(jù)評估

涂魔師ATO測厚系統(tǒng)自動測量粉末涂料涂層厚度和精確生成涂層厚度分布圖像后，需要對收集的數(shù)據(jù)進行評估，并且確定噴涂工藝的關(guān)鍵參數(shù)：第一個參數(shù)是反映了基板表面的涂層效能的平均厚度；在使用固定數(shù)量粉末的每種情況下，沉積在基板上的顆粒與顆?？倲?shù)的比值。第二個關(guān)注參數(shù)是最大涂層厚度的區(qū)域中心，它指的是相對于基板最厚涂層區(qū)域的幾何中心。最后需要關(guān)注與涂層均勻性相關(guān)的參數(shù)。生產(chǎn)人員通常都希望能在樣品上均勻噴涂涂料，為了可以在實際應(yīng)用中穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4.1 數(shù)據(jù)過濾

涂魔師ATO測厚系統(tǒng)完成涂層厚度測量后和量化涂層基本參數(shù)前，必須通過常用的圖像處理方法過濾涂魔師ATO收集到的數(shù)據(jù)并消除無關(guān)噪聲。數(shù)據(jù)中的噪聲以像素形式出現(xiàn)：a)達到涂魔師ATO校準過程中規(guī)定的上限值；b)通過測量發(fā)現(xiàn)非常薄的涂層厚度；除噪聲外，還需要過濾固定基板的夾具區(qū)域。

2.4.1.1 閾值濾波

過濾的第一步是消除下限值和上限值范圍外的涂層厚度數(shù)據(jù)。下限值通常可略高于零，因為基板外的噪聲像素往往包含較小的數(shù)值。上限值應(yīng)設(shè)置為略低于在涂魔師ATO測厚系統(tǒng)校正過程中的最大值，以消除基板上較薄涂層但仍然呈現(xiàn)閾值的像素點，如圖3中的區(qū)域A所示。

在圖3所示情況下，由于大量數(shù)值沒有達到設(shè)備閾值，可見閾值濾波效果較好。然而，特別對于基板的背面圖像，角框效應(yīng)（必要步驟）了導致中間大面積較薄涂層顯示為不真實的高值。

圖3-原始數(shù)據(jù)圖像的閾值濾波

上圖是原始圖像，像素或區(qū)域標記解釋：A)通過閾值濾波消除了薄涂層達到相機最大閾值的像素集合；B)通過幾何濾波消除基板外涂層厚度值的像素集合；C)用相應(yīng)的濾波去除夾具區(qū)域。下圖是經(jīng)過閾值濾波后的基板圖像，剔除了A型區(qū)域。適用于可用數(shù)據(jù)范圍的縮放。

2.4.1.2 幾何濾波

閾值濾波不需要去除所有脫離基板的像素點，如圖3包含了區(qū)域B。由于這些像素通常都比基材小，所以可以根據(jù)幾何位置進行幾何濾波。根據(jù)圖像的行和列的位置對剩余未過濾的數(shù)據(jù)進行排序。行(r)和列(c)坐標如圖5所示。然后在幾何位置的分布上，消除的像素位置坐標低于或高于百分比(低和高)中定義的限制值。

圖4-基于幾何位置分布，對函數(shù)的幾何濾波

借助公式(1)中定義的濾波函數(shù)δ進行數(shù)學表示，該函數(shù)乘以與之相關(guān)的像素i,Di 為涂層厚度值。

該濾波效果如圖5所示，取極限值分別為坐標的2.5和97.5%，消除含有非零涂層厚度數(shù)值。

在這種情況下，可以觀察到圖5中的白色框區(qū)域中，并不能消除所有位于基板外部的像素，最明顯為圖像的底部像素。此外，在圖像中仍然可見部分夾具區(qū)域。如果在5-95%的坐標值之間進行閾值化，則對所有的情況進行更好濾波，如圖6所示。因此，最佳極限閾值可以由經(jīng)驗所得。

圖5--在像素坐標的2.5-97.5%之間的幾何閾值。

上圖是基板的原圖像，下圖是經(jīng)過幾何濾波。

圖3中B類型的大部分像素都被消除，除了包含在白框中的像素，以及圖3中的一部分C區(qū)域。適用于可用數(shù)據(jù)范圍的縮放。

圖6--在像素坐標的5-95%之間的幾何閾值。上方圖是基板的原圖像，下方圖是經(jīng)過幾何濾波。圖3中的區(qū)域B的大多數(shù)像素以及圖3中的區(qū)域C都已消除。適合可用數(shù)據(jù)范圍的縮放。

2.4.1.3 過濾夾具區(qū)域

在涂裝工藝中用于固定基板夾具的涂層厚度通常很大。因為它不屬于基材，所以需要濾去該區(qū)域。此外也要消除基板附近由夾具干擾造成的涂層像素。根據(jù)圖7所示原理圖來消除夾具區(qū)域，其中用藍色填充夾具的對應(yīng)區(qū)域?；逯行牡淖R別以及基板的行坐標和列坐標的范圍，在定義夾具區(qū)域中起著關(guān)鍵作用。

識別控制區(qū)域的兩個比值，如式(2)所示。

如果行坐標小于最小行加上夾具的高度，列坐標小于基板中心的坐標減去寬度w2或大于基板中心加w1的坐標，則該數(shù)據(jù)將視為夾具區(qū)域被消除。此過濾效果如圖8所示。為了達到演示目的，本次實驗消除比夾具區(qū)域更大的區(qū)域，這會有效避免夾具引起的干擾。

圖8-過濾夾具區(qū)域

2.4.2平均涂層厚度(ACT)

表征噴涂質(zhì)量的首要性能參數(shù)是平均涂層厚度。在使用相同數(shù)量粉末進行工藝比較時會直接反映效能，因為基板的平均涂層厚度越大，沉積的粉末比例就越大。所以使用了上述各節(jié)的過濾過程，通過計算剩余像素的涂層厚度平均值，就可以計算ACT，如公式(4)所示。任何涂裝工藝的目的都是盡可能提高效能，因此需要盡可能提高ACT。

公式(4)中，針對較薄涂層特別引入了面積縮放因子。因為在較薄涂層中，未過濾像素數(shù)量（N_unfilter）遠遠小于覆蓋整個基板的像素數(shù)量。此時如果不對整個基板面積進行縮放，而是直接計算單個未過濾像素(A_i)面積的平均厚度，這將會出現(xiàn)錯誤結(jié)果?；迕娣e（A_plate）是由行坐標和列坐標的范圍確定的。在不同測量值與基板之間的范圍時，從基板面積范圍的面積（A_plate）在所有標準化情況下求平均值，以消除變化影響，對于每種情況，變化通常很小。

2.4.3 中心偏移量

第二個性能參數(shù)是中心偏移量。量化該參數(shù)需要識別最高涂層厚度區(qū)域(RHCT)。這區(qū)域反映出最高的涂層厚度，包含一定數(shù)量的未過濾像素。然后根據(jù)基板幾何中心（式(5)）和區(qū)域幾何中心（式(6)）的行、列坐標差值計算中心偏移量，如圖9所示。

圖9中，用紫色表示基板的幾何中心，用棕色表示區(qū)域的幾何中心?？梢杂^察到幾何中心向基板底部以及右邊緣移動，這表明涂層具有某種不對稱性。因此，中心偏移量將反映涂層的不對稱。

圖9-基板的幾何中心相對于RHCT的中心。

指向底部的中心偏移量表示基板距離噴槍位置，而列坐標方向的偏移量通常表示基板不一定垂直于噴槍。

2.4.4 不均勻性

最后的性能參數(shù)是不均勻性。無論對于盡量得到均勻的涂層，還是根據(jù)具體應(yīng)用得到完全相反的涂層，量化涂層的不均勻性都是至關(guān)重要。根據(jù)涂層厚度直方圖量化參數(shù)如圖10所示。

為了得到涂層厚度直方圖，需要將所有涂層值收集到指定數(shù)量的bin中。如圖10所示，使用了20個bin。因此，每條柱子表示在bin范圍內(nèi)包含厚度值的像素的數(shù)量。利用該直方圖中最大計數(shù)數(shù)、Nmax以及對應(yīng)的binDmax的平均厚度值定義不均勻性，如式(7)所示。

因此，不均勻性可以理解為加權(quán)標準差。其中偏差值越大，表明涂層分布越不均勻。bini、Ni中計數(shù)權(quán)重(按最大計數(shù)數(shù))能保證與最大計數(shù)厚度有較大偏差的少量像素不會支配不均勻值。

圖10-涂層厚度直方圖

3.結(jié)果與驗證

在圖11方框圖中可以觀察到ACT與電壓的變化關(guān)系?？驁D的數(shù)據(jù)由三個基板的數(shù)據(jù)組成，每個基板測了三個測量值，共進行了9次測量，如第2.1節(jié)所述。ACT值呈緩慢增長趨勢，在約為29kV的恒定電壓下使用噴槍。

即使在高壓下ACT趨于穩(wěn)定，但中值的厚度輪廓等值線(框線圖中的紅線)明顯不一樣。將24kV與52kV輪廓線進行比較，可以看出在前一種情況下能看到中心帶(B)和底部邊緣帶(C)處的涂層厚度較高，基板的上邊緣帶(A)的涂層厚度較低，而在中心擴散帶(E)將較低涂層厚度區(qū)域限制在角落(D)上，所以噴涂出更均勻的涂層。這也可以通過圖12中不均勻的圖進行定量驗證。從圖中可以看出，在最低電壓10kV的不均勻性處于低值，在24kV左右不均勻性升到峰值，然后在最高兩個電壓時達到最低值，這與中值情況下描述的厚度輪廓一致。

觀察10kv、24kv和52kv三種情況下涂層厚度的直方圖，可以知道最低和最高電壓不均勻性處于同一水平的現(xiàn)象，如圖13所示。

圖11-平均涂層厚度與電壓變化曲線和厚度等值線關(guān)系。底部特征區(qū)域標記為A)上邊緣薄帶,B)中心厚帶,C)底部厚層,D)極薄角落,E)中心擴散帶.

圖12-電壓變化曲線和厚度等值線的不均勻性

圖13-在特定電壓下涂層厚度分布的直方圖

在電壓為10kv狀態(tài)下，單個“bin”的像素較多，表示不均勻性較低。事實上，這種情況下的不均勻性比52kv的要低。但是，與最高“count”相關(guān)的涂層厚度值較小，因此10kv與最高“count”的偏差相對較大。而在52kV的情況下這種偏差很小，因為較大的涂層厚度與最高“count”有關(guān)，導致出現(xiàn)類似的不均勻值。

對于中壓情況，從直方圖中也可以看出涂層厚度值分布較大，“count”較大，兩者的結(jié)合造成了不均勻性出現(xiàn)峰值。

圖14描述了基板上的行坐標和列坐標的中心偏移量。列坐標的負值表示RHCT的中心位于基板中心左側(cè)，列坐標負值表示位于基板中心下方?？梢钥闯隽凶鴺说闹兄稻鶠檎担厔莶幻黠@；行坐標的中值均為負值，電壓越大越接近板心。

列坐標的三個選定情況，即圖14左側(cè)的18、35、52kV，在18kV處列坐標幾乎與基板中心對齊，然后在35kV處比在52kV時偏移更多。在右側(cè)，同樣可以看到行坐標在隨著電壓的增加越接近基板中心，電壓從20到29和48kV，這反映在行坐標中心偏移圖中。需要注意的是，特別是在中壓下，基板底邊緣通常有一個厚的涂層區(qū)域(參見圖11中的C區(qū)域)，將RHCT中心推向底部，在20kV的情況下最為明顯。

中心偏移量還可以提供與噴涂工藝相關(guān)的重要信息。在圖14中觀察到列坐標的中心偏移以及范圍框的大部分都位于正值范圍內(nèi)，這意味著偏移量系統(tǒng)地朝向基板中心的右側(cè)。否則，范圍框?qū)浦?/span>0。

圖14-列坐標和行坐標的中心偏移量隨電壓的變化。

造成這種系統(tǒng)效應(yīng)可能是因為通入空氣。在考慮行坐標偏移時，除了10kV的極低電壓外，所有偏移量都低于基板中心，增加電壓進行接近基板中心。這與預(yù)想的一致，因為此時的系統(tǒng)效應(yīng)是重力，重力減小時，靜電力成為了主導地位，因為采用更高的電壓將RHCT的中心推向基板中心。

4.摘要和結(jié)論

本文是基于瑞士涂魔師ATO非接觸式無損測厚系統(tǒng)的先進熱光學技術(shù)測量涂層厚度數(shù)據(jù)，詳細介紹了收集及處理粉末噴涂工藝實驗數(shù)據(jù)的測量方法和過濾過程。本文另一個關(guān)鍵點是研究了量化噴涂質(zhì)量的性能參數(shù)。這三個方面構(gòu)成了一個廣泛的數(shù)值求解器的驗證基礎(chǔ)，從而成為優(yōu)化噴涂工藝參數(shù)的關(guān)鍵因素；電壓、流量和基板相對于噴槍的幾何方向，根據(jù)平均涂層厚度和不均勻性給出性能標準。

在本次研究中，得到了性能參數(shù)的重要性及其相互關(guān)系。如果操作人員僅通過ACT值來評估噴涂質(zhì)量，將會出現(xiàn)錯誤結(jié)論：高于約29kV電壓(達到圖11所示的極限值)，不會影響涂層的質(zhì)量。但考慮到涂層的不均勻性，這一結(jié)論是錯誤的。如圖12所示，只有在施加最高的兩個電壓時，涂層才會噴涂均勻。

因此在評估噴涂工藝質(zhì)量時，操作人員應(yīng)需要同時考慮涂層均勻性。當ACT值幾乎相同時，涂層均勻性可能會有很大的不同。從圖11和圖12的ACT和不均勻性對電壓的關(guān)系圖中可知，理想的電壓范圍可以根據(jù)具體應(yīng)用推斷。例如，要求得到均勻薄涂層的工藝應(yīng)保持在10-14kv左右的低壓，如果電壓值在24kv以上，雖然會產(chǎn)生薄涂層，但在基板中間會出現(xiàn)厚涂層。在29-40kV范圍內(nèi)可以得到相同的涂層分布，但與較大的ACT值有關(guān)，之后涂層會隨著電壓的增加而變得更加均勻。

另一個性能參數(shù)，即RHCT的中心偏移，將針對涂層厚度的對稱性提供參考意義，并可能是系統(tǒng)次級效應(yīng)的指標。在這項針對基板的研究中，由于評估該參數(shù)導致了對稱的系統(tǒng)偏差，其中基板的左側(cè)比右側(cè)涂層涂層更薄。這很可能是由于通風系統(tǒng)驅(qū)動的氣流。此外，這參數(shù)間接證實了靜電力與重力哪個更高，如果指向基板底部的偏移量越大，表明靜電力越弱?？梢姡@是調(diào)整基板和噴槍最佳距離的重要參數(shù)。

本文所述的基板過濾方法適用于涂魔師ATO測量任何復雜形狀的零部件，該測量方法提供了二維的數(shù)據(jù)集。

5.展望

為了在實際應(yīng)用中更好測量復雜形狀的零部件，需要優(yōu)化開發(fā)該方法來處理可能位于特定基板凹部的噪聲數(shù)據(jù)。常見的圖像處理技術(shù)（如中值濾波和高斯濾波[16]）將作為下一步深入研究。

參考文獻

[1]BoigerG,Euler-LagrangianModelofParticleMotionandDepositionEffectsinElectro-StaticFieldsBasedonOpenFoam,TheInternationalJournalofMultiphysics,2016,10(2),177-194.

[2]BariskaA,ReinkeN,BerührungslosethermischeSchichtprüfung,SchoolofEngineering,

ZurichUniversityofAppliedSciences(ZHAW),Winterthur,Switzerland.SwissEngineeringSTZ,2011,57.16.

[3] WinterthurInstruments,OperatorManualCoatMaster,2017.

[4] Pietschmann,  Judith.   Industrielle   Pulverbeschichtung: Grundlagen,Verfahren,

Praxiseinsatz.4thed.JOT-Fachbuch.SpringerVieweg,2013.

[5] Pulli,    Karlheinz.   Optimierung   der   Pulverlackapplikation  durch   Anwendung

experimentellerundnumerischerUntersuchungsverfahren,2006.

[6]Wang,Fujing,RobertMartinuzzi,andJesse(JingXu)Zhu,ExperimentalStudyofParticle

TrajectoryinElectrostaticsPowderCoatingProcess,PowderTechnology,2005,150(1),20–29.

[7]Thomas,Aline,KhashayarSaleh,PierreGuigon,andClaireCzechowski,Characterisationof

ElectrostaticPropertiesofPowderCoatingsinRelationwithTheirIndustrialApplication,Powder

Technology,2009,190(1–2),230–235.

[8]Dastoori,K,andBMakin,AdhesionMeasurementsforElectrostaticPowderCoatingsUsingDrop

TestRigandVirtualOscilloscope,JournalofElectrostatics,Electrostatics2001:9thInternational

ConferenceonElectrostatics,2001,51–52,509–514.

[9]Dastoori,K.,B.Makin,andJ.Telford,MeasurementsofThicknessandAdhesivePropertiesof

ElectrostaticPowderCoatingsforStandardandModifiedPowderCoatingGuns,JournalofElectrostatics,

Electrostatics2001:9thInternationalConferenceonElectrostatics,2001,51–52,545–551.

[10]Meng,Xiangbo,Jingxu(Jesse)Zhu,andHuiZhang,InfluencesofDifferentPowdersonthe

CharacteristicsofParticleChargingandDepositioninPowderCoatingProcesses,Journalof

Electrostatics,2009,67(4),663–671.