一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置及方法与流程

本发明涉及航空维修，尤其涉及一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置及方法。

背景技术：

1、冷喷涂原位修复正在航空机匣、法兰边缘、蒙皮局部缺陷、紧固件座面及狭窄腔体内壁等场景中逐步推广。与工厂条件下的大型定点喷涂不同，飞机机库现场修复通常受到空间受限、姿态受限、曲面复杂、抽排条件波动和可操作窗口窄等因素影响，喷涂过程稳定性对最终修复质量更加敏感，因此业界对冷喷涂过程监控提出了越来越高的要求。

2、目前冷喷涂及同类热喷涂工艺的质量控制手段主要依靠操作者经验判断、喷涂后终检、实验室条件下的粒子参数测量、喷流光学监测及未沉积粉末回收与粉尘防护这五种方式。

3、操作者经验判断的方式，也就是由操作者通过目视涂层外观、听觉判断送粉声音、观察喷流可见度等方式进行判断，是现场维修中使用最广的手段，但是该方式偏向主观判断，对操作者经验要求较高。

4、喷涂后终检的方式，也就是在喷涂完成后采用超声、涡流、渗透、金相或结合力剥离等检测方法对修复层质量进行判定，该方式偏向事后验证，在异常发生时不具备实时性，喷涂后的超声、涡流、渗透、金相等手段虽可用以最终质量判定，但只能在喷涂结束后发现问题，无法在异常刚发生时及时中止喷涂，容易造成整片修复层报废和整道工序返工。

5、实验室条件下的粒子参数测量的方式，也就是利用dpv、cps、piv等粒子测速与成像仪器对粒子速度、温度和进给率进行测量，该方式主要用于工艺标定和研发阶段，设备复杂，难以适配机库现场。

6、喷流光学监测的方式，也就是在喷嘴出口附近采用透射式光电对、遮光式光幕、激光散射或背散射探头对自由喷流中的粉末浓度、透光率或遮光率进行测量，用以间接表征送粉稳定性与喷流密度变化，是目前与喷涂过程实时质量最接近的在线监测类手段，该方式将传感器布置于开放的自由喷流区，信号受工件曲面反射、局部回流、环境光、喷距变化和狭窄空间壁面反射影响明显，同一工况下信号波动较大，基线随喷涂姿态漂移，难以形成稳定可用的过程判定，存在自由喷流光学监测稳定性差的问题，另外，若仅在某一位置采集粉尘绝对浓度或透光率信号，虽然可以发现整体异常，但无法区分“送粉突然增大”与“送粉正常但沉积效率下降”这两类完全不同的工艺异常，前者源于粉末供给系统，后者源于喷距、姿态、表面状态或局部回流，对应的处置动作完全不同，存在单点绝对浓度监测难以区分不同异常来源的问题。

7、未沉积粉末回收与粉尘防护的方式，也就是通过抽气罩、集尘罩或负压通道将喷涂过程中未沉积的反弹粉末及逃逸粉尘抽走，主要目的是粉末回收、环境清洁和作业人员防护，已在工业冷喷涂线上广泛应用，但其所采集的回收粉尘信息基本未被用作过程质量判定。

8、因此，亟需设计一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置及方法，能够实时判定送粉异常、沉积效率异常下降及喷涂过程不稳定的问题，同时能够区分供粉侧异常与沉积侧异常。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置及方法，解决现有技术中无法实时判定送粉异常、沉积效率异常下降及喷涂过程不稳定的问题，更无法区分供粉侧异常与沉积侧异常的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置，包括：

3、抽气单元，包括抽气管路及抽气泵，所述抽气泵的进口端连通所述抽气管路的出口端，用以将工件待修复表面未沉积粉末、反弹粉末及逃逸粉尘抽入所述抽气管路，以使自由的粉尘转变为稳定的粉尘流；及

4、监测模块，用以实时监测并获取进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1及进入所述抽气管路的粉尘回收流信号s2，并连续计算比值k＝s2/s1及计算监测s1、s2的绝对变化和k的波动幅值。

5、进一步的，所述抽气管路各处横截面的面积相同。

6、进一步的，所述抽气管路为一直管。

7、进一步的，所述抽气管路的预设位置处为透明材质。以便光路通过。

8、进一步的，所述抽气单元还包括抽气罩，所述抽气罩套设于冷喷涂喷嘴的外侧壁，且所述抽气罩朝向工件待修复表面的一侧开口，所述抽气管路的进口端与所述抽气罩连通。

9、进一步的，所述抽气罩的开口侧与工件待修复表面之间的间距为5－20mm。

10、进一步的，所述监测模块包括第一监测器、第二监测器及处理器，所述第一监测器设置于冷喷涂喷嘴的出口端或所述抽气罩内，用以实时监测进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1，所述第二监测器设置于所述抽气管路的预设位置处，用以实时监测进入所述抽气管路的粉尘回收流信号s2，所述处理器电性连接所述第一监测器及所述第二监测器，用以实时获取所述第一监测器监测的粉尘喷射流信号s1及所述第二监测器监测的粉尘回收流信号s2，并连续计算比值k＝s2/s1及同步计算s1、s2的绝对变化和k的波动幅值。

11、进一步的，所述第一监测器及所述第二监测器均为透射式光电对、反射式光电探头或背散射粉尘探头。

12、进一步的，所述监测模块还包括显示器，所述显示器电性连接所述处理器，用以显示数据信息及异常信号。

13、另一方面，本发明还提供了一种基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测方法，适用于上述的基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置，包括如下步骤：

14、所述监测模块监测并获取正常冷喷涂状态下进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1`及进入所述抽气管路的粉尘回收流信号s2`；

15、所述监测模块计算比值k`＝s2`/s1`，设置s1`、s2`及k`的允许波动范围；

16、所述抽气泵将工件待修复表面未沉积粉末、反弹粉末及逃逸粉尘抽入所述抽气管路；

17、所述监测模块实时监测并获取进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1及进入所述抽气管路的粉尘回收流信号s2；

18、所述监测模块连续计算比值k＝s2/s1及同步计算s1、s2的绝对变化和k的波动幅值；

19、当s1位于s1`的允许波动范围以外、s2同步位于s2`的允许波动范围以外且k位于k`的允许波动范围以内时，则供粉异常；

20、当s1位于s1`的允许波动范围以内、s2显著大于s2`且k显著大于k`时，则沉积效率异常下降；

21、当k的瞬时波动幅值显著增大时，则喷涂过程不稳定。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在使用时，监测模块监测并获取正常冷喷涂状态下进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1`及进入所述抽气管路的粉尘回收流信号s2`，并计算比值k`＝s2`/s1`，设置s1`、s2`及k`的允许波动范围，然后抽气泵将工件待修复表面未沉积粉末、反弹粉末及逃逸粉尘抽入抽气管路，通过监测模块实时监测并获取进入工件待修复表面的粉尘喷射流信号s1及进入抽气管路的粉尘回收流信号s2，再通过监测模块连续计算比值k＝s2/s1及同步计算s1、s2的绝对变化和k的波动幅值，若s1位于s1`的允许波动范围以外、s2同步位于s2`的允许波动范围以外且k位于k`的允许波动范围以内时，则供粉异常，若s1位于s1`的允许波动范围以内，s2显著大于s2`且k显著大于k`时，则沉积效率异常下降，若k的瞬时波动幅值显著增大时，则喷涂过程不稳定，本基于回收粉尘浓度比的冷喷涂原位修复过程异常监测装置及方法能够实时判定送粉异常、沉积效率异常下降及喷涂过程不稳定的问题，同时能够区分供粉侧异常与沉积侧异常。