CN108687056A - 一种激光清洗设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种激光清洗设备及方法。所述设备包括：振镜系统、振镜支架、光学聚焦镜、旋转工作台和操作台；所述旋转工作台倾斜设置于所述操作台上，用于安装待清洗工件；所述振镜支架设于所述操作台上，并位于旋转工作台的一侧；所述振镜系统安装于振镜支架上，所述聚焦镜安装在所述振镜系统的下方，并位于所述旋转工作台的上方；本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法能够全面清洗具有不规则曲面、高低断差的平面和通孔的工件，降低了工件清洗成本，提升了工件清洗效率，并在工件激光清洗领域具有普遍的适应性。

Description

一种激光清洗设备及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光清洗设备及方法。

背景技术

工件经过热加工和冷加工成型后，表面会氧化生锈，后续喷漆工艺容易喷漆不上或者在使用过程中掉漆导致进一步的氧化生锈，降低工件使用性能；所以在工件喷漆之前需要对工件进行清洗，除去表面的氧化层或锈迹。

目前常用的工件清洗工艺包括喷砂处理方式和激光清洗方式，喷砂处理方式即利用高速的砂流冲击工件来达到去除工件表面氧化层的目的；这种工艺需消耗大量的石英砂和高压气体，而且操作过程中产生大量的噪音和粉尘，和国家提出的节能环保要求相悖；而由于激光的直线传播特性和焦距敏感性，现有的激光清洗方式只适用于平面工件的清洗，不能清洗垂直方向的面和有高低断差平面，而工件大多具有不规则曲面和高低断差的平面，且往往也具有不规则垂直通孔，因此，现有的激光清洗方法无法将这类不规则工件清洗干净。

发明内容

本发明提供了一种激光清洗设备及方法，以解决现有清洗技术不适于清洗不规则工件的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一方面，本发明实施例提供了一种激光清洗设备包括：振镜系统、振镜支架、聚焦镜、旋转工作台和操作台；

所述旋转工作台倾斜设置于所述操作台上，用于安装待清洗工件；

所述振镜支架设于所述操作台上，并位于旋转工作台的一侧；

所述振镜系统安装于振镜支架上，用于控制激光光束的偏转；所述聚焦镜安装在所述振镜系统的下方，并位于所述旋转工作台的上方，用于所述激光光束的聚焦。

进一步的，所述旋转工作台包括电机、底座和电机支架；

所述底座固定于所述操作台上，所述电机支架固定在所述底座上，所述电机倾斜安装在所述电机支架上；并位于所述聚焦镜下方。

进一步的，所述电机还包括旋转轴，所述旋转轴的一端设有固定部件，所述待清洗工件安装于固定部件上。

作为本发明实施例的一种可选方案，所述电机在所述电机支架上的倾斜角度为45°。

进一步的，所述激光清洗设备还包括电气控制箱；所述操作台固定在所述电气控制箱的上；所述电气控制箱与所述旋转工作台以电路的形式相连。

进一步的，所述激光清洗设备还包括工控机；

所述工控机安装于所述电气控制箱内，并分别与电气控制箱和振镜系统以电路的形式相连。

另一方面，本发明实施例还提供了一种激光清洗方法，包括以下步骤：

将待清洗工件安装于旋转工作台上；其中，所述旋转工作台为倾斜设置；

发射激光光束，使所述激光光束进行偏转后在待清洗工件中心所在的水平面上聚焦，再提取待清洗工件和所述水平面相交部分的图形信息；

分析所述图形信息得到扫描路径参数，并根据所述扫描路径参数控制所述激光光束对待清洗工件进行扫描，同时控制所述旋转工作台带动所述待清洗工件旋转，完成对所述待清洗工件的清洗。

进一步的，所述旋转工作台的转速与所述激光光束的激光扫描速度、扫描线长度相匹配，使所述激光光束在待清洗工件上形成的相邻激光扫描线之间的最大距离为0.045mm至0.055mm。

本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法的有益效果为：

通过将所述电机倾斜一定角度设置，使激光光束能照射到安装于电机上的待清洗工件的通孔内以及有高低断差的平面上，并使激光光束依次通过振镜系统偏转、光学聚焦镜聚焦后不断扫描和清洗待清洗工件与激光光束聚焦的焦平面的相交部分，再通过电气控制箱控制电机带动待清洗工件旋转，实现整个待清洗工件的清洗；

本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法通过旋转工作台的倾斜设置，使激光光束能够全面清洗具有不规则曲面、高低断差的平面和通孔的待清洗工件，且清洗过程中无高分贝噪音、粉尘少，无耗材，节能环保的同时降低了待清洗工件清洗的成本，提升了清洗效率，并可清洗各种不同结构的待清洗工件，具有普遍的适应性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光清洗设备的结构图；

图2为本发明实施例提供的刹车盘上的激光扫描线示意图；

图3为本发明实施例提供的激光清洗方法的流程图。

附图标记说明：1-振镜系统、2-聚焦镜、21-焦平面、3-旋转工作台、31-电机、32-底座、33-电机支架、4-电气控制箱、5-工控机、6-操作台、7-振镜支架、8-待清洗工件、81-相交线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行全面描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明有许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供给这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中于本发明的说明书中所使用的属于是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参阅图1，为本发明实施例提供的激光清洗设备的结构图，在本发明实施方式中，所述激光清洗设备包括：振镜系统1、聚焦镜2、旋转工作台3、电气控制箱4、工控机5、操作台6和振镜支架7；所述操作台6固定于所述电气控制箱4的上表面，所述工控机5安装在所述电气控制箱4内，所述旋转工作台3、振镜支架7均固定于所述操作台6上，所述振镜支架7位于所述旋转工作台3的一侧，所述振镜系统1和聚焦镜2组合安装在所述振镜支架7顶端的一侧，所述聚焦镜2位于所述振镜系统1的激光扫描端口处，并位于旋转工作台3的正上方。其中，所述旋转工作台3为倾斜设置，用于放置待清洗工件8，所述工控机5用于设定旋转工作台3的旋转参数以及振镜系统1的扫描路径参数，并将旋转参数及扫描路径参数分别传输至电气控制箱4和振镜系统1；所述电气控制箱4用于输出激光光束，并根据设定的旋转参数控制旋转工作台3旋转；所述振镜系统1用于对电气控制箱4输出的激光光束进行偏转，并通过所述聚焦镜2使偏转后的激光光束在待清洗工件8上聚焦后，所述振镜系统1根据设定的扫描路径参数控制所述激光光束对旋转工作台3上的待清洗工件8进行清洗。所述振镜支架7的竖直高度高于所述旋转工作台3，振镜系统1和聚焦镜2的高度可根据待清洗工件8的大小通过振镜支架7进行调节。

进一步的，所述旋转工作台3包括电机31和底座32，所述底座32固定于所述操作台6上，所述底座32上还固定有电机支架33，所述电机支架33位于所述振镜支架7的一侧，其竖直高度低于所述振镜支架7；所述电机31安装在所述电机支架33上，并位于聚焦镜2的下方，且电机31的旋转轴(图未示)与所述操作台6呈一定倾斜角度，该旋转轴上安装有用于固定所述待清洗工件8的固定部件(图未示)。在本发明实施例中，固定部件包括但不限于工件治具、工件托盘等，如果待清洗工件8的中心设有通孔，所述固定部件还可以是卡扣，所述固定部件的形状或大小可根据所述待清洗工件8的类型进行选择。

本发明实施例以不规则刹车盘作为待清洗工件为例，本发明实施例的激光清洗设备的清洗过程为：因为不规则刹车盘表面往往具有垂直于其盘面的断面和通孔，因此将电机31的旋转轴与所述操作台6之间的倾斜角度设定为45°，并将所述不规则刹车盘安装在所述电机31的旋转轴上，此时，所述不规则刹车盘盘面和操作台6之间的倾斜角度为45°；电气控制箱4控制激光发射器(图未示)发出激光光束(图未示)，所述激光光束依次通过振镜系统1的偏转调整、聚焦镜2的光学聚焦，最后在不规则刹车盘中心位置上聚焦，此时，激光光束垂直于所述操作台6，激光光束在所述不规则刹车盘盘面上的入射角度为45°，激光光束与所述不规则刹车盘上的垂直断面和通孔内壁之间的夹角均为45°；激光光束通过聚焦镜2在不规则刹车盘中心所在的水平面聚焦到点的激光光斑特性一致，即不规则刹车盘中心所在的水平面也是激光光束聚焦的焦平面21；所述工控机5采集所述不规则刹车盘盘面和所述焦平面21的相交线81的图像信息分析得到扫描路径参数，所述工控机5将所述扫描路径参数传输给所述振镜系统1，所述振镜系统1按照扫描路径参数控制激光光束来回不断地高速扫描所述相交线81(即激光扫描路径)；同时，通过所述电气控制箱4根据工控机5设定的旋转参数控制所述电机31带动不规则刹车盘旋转，从而使得激光光束可以同时兼顾清洗所述不规则刹车盘盘面、垂直断面和通孔内壁，实现所述不规则刹车盘的全面清洗。清洗完成后，翻转所述不规则刹车盘，并重新执行上述操作对所述不规则刹车盘的另一面进行清洗。需要指出的是，本发明实施例仅以清洗不规则刹车盘为例来说明所述激光清洗设备的清洗过程，但在具体实施例中，所述待清洗工件8并不限于不规则刹车盘，还可以是齿轮、飞轮等，此时，只需根据待清洗工件8上断面、通孔的形状和位置，相应调整所述电机31和所述操作台6之间的夹角，例如，30°、60°等，即可达到全面清洗的目的。

进一步的，请参阅图2，为本发明实施例提供的刹车盘上的激光扫描线示意图，图2所示圆面为不规则刹车盘盘面，虚直线为激光光束在不规则刹车盘上形成的扫描线(实际的扫描线挨得非常紧，这里为了解释说明目的，制图时虚直线相对分散)；在本发明实施例中，可将a点所在的虚直线视为激光光束在刹车盘上的扫描线，激光光束沿着所述a点所在的虚直线来回往复地扫描(一般扫描速度在10000mm/s左右)，激光光束扫描的同时，不规则刹车盘在电机31的带动下旋转，于是不规则刹车盘上形成了N条虚直线所示的扫描线(即图2所示的虚线型圆直径)，扫描线完全覆盖刹车盘时即刹车盘清洗完毕；b点所在虚直线可视为a点所在虚直线相邻的扫描线，则两条扫描线之间的最大距离指就是图2所示a、b之间的连线长度，即L的长度值(L的长度值具有普遍的代表性，可以认为是任意相邻扫描线之间的最大距离，此处只作为本发明一个实施例来单独说明)；优选的，所述L的长度值为0.045mm至0.055mm，所述L的长度值如果太大，则会导致不规则刹车盘上会留下清洗残留；所述L的长度值太小，则会增加清洗时间，影响清洗效率，所述L的长度值为0.045mm至0.055mm时，则可以全面清洗所述不规则刹车盘的同时保证所述刹车盘的清洗效率；本发明实施例仅以清洗刹车盘为例来说明所述激光清洗设备清洗工件的实施要求，但在具体实施例中，调节电机31工作时的转速，使所述转速与振镜系统1的激光扫描速度和扫描线长度相匹配，保证激光光束在待清洗工件8上形成的相邻激光扫描线之间的最大距离为0.05mm左右，即可全面、高效清洗工件。

请一并参阅图1和图3，图3为本发明实施例提供的激光清洗方法的流程图，本发明实施例提供的激光清洗方法包括如下步骤：

S1、上料对位：将待清洗工件8安装于旋转工作台3的电机31上，调整电机31的倾斜角度，使通过聚焦镜2聚焦的激光光束能入射到待清洗工件8上的通孔内，优选的，所述激光光束与待清洗工件8上通孔内壁、断面之间的夹角为45°，此时，激光光束能兼顾清洗待清洗工件8上的通孔内壁和断面，激光清洗效果较佳；再调整激光光束，使其在待清洗工件8中心位置聚焦，具体的，通过激光头升降体(图未示)对激光光束进行调节，使激光光束通过振镜系统1和聚焦镜2在待清洗工件8的中心位置聚焦；可选的，所述激光光束由红外光纤激光器(图未示)发出，其脉冲波长为1055nm至1075nm，脉宽为200ns；

S2、获取图形信息和扫描路径参数，具体包括下述1、2步骤：

1、获取图形信息：通过聚焦镜2使激光光束在待清洗工件8中心所在的水平面上聚焦，所述水平面即为激光聚焦的焦平面21(如图1所示)，具体的，通过聚焦镜2使激光光束在待清洗工件8中心所在平面聚焦到点的激光光斑的特性一致，保证待清洗工件8中心对齐聚焦镜2的中心，可选的，可以通过采用不同的聚焦镜，比如光学聚焦镜(普通光学聚焦镜头的焦距是300mm)，也可以通过调整振镜支架7的高度来调整聚焦镜2与待清洗工件8之间的垂直高度，以达到较佳的聚焦效果；此时，所述激光光束在所述待清洗工件8和焦平面21的相交部分上各处都处于聚焦状态，当激光光束将该相交部分作为激光扫描路径时，激光光束能将该相交部分各处完全清洗干净；最后，提取待清洗工件8和焦平面21的相交部分的图形信息并导入所述工控机5中；在本发明实施例中，所述相交部分为一条不规则曲线，即如图1放大图所示的相交线81，因实际实施例中待清洗工件8形状各异，所述待清洗工件8和所述焦平面21的相交线81的形状亦有不同；

2、获取扫描路径参数：通过工控机5对所述图形信息进行分析，得到激光光束的扫描路径参数，并将所述扫描路径参数通过电路传输给所述振镜系统1；需要指出的是，图1所示起示意或指示作用的虚线、连接线是为了更好地解释说明本发明，不在本发明保护范围之内；

S3、激光清洗，振镜系统1按照工控机5传输过来的扫描路径参数，控制所述激光光束扫描待清洗工件8，同时电气控制箱4控制所述电机31带动待清洗工件8旋转，配合完成待清洗工件8上表面清洗，再将待清洗工件8下表面朝上安装在所述电机31上，清洗所述待清洗工件8的下表面。

本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法，通过将所述电机31倾斜一定角度设置，使激光光束能照射到安装于电机31上的待清洗工件8的通孔内以及有高低段差的平面上，并通过所述电器控制箱4控制激光光束依次通过振镜系统1偏转、光学聚焦镜2聚焦后不断扫描和清洗待清洗工件8与激光光束聚焦的焦平面21的相交线81，再通过电气控制箱4控制电机31带动待清洗工件8旋转，实现整个待清洗工件8的清洗；

本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法能够全面清洗具有不规则曲面、高低断差的平面和通孔的待清洗工件；且本发明实施例所提供的激光清洗设备及方法在对待清洗工件进行清洗的过程中无高分贝噪音、粉尘少，无耗材，节能环保的同时降低了待清洗工件清洗的成本，提升了清洗效率，并可清洗各种不同结构的待清洗工件，具有普遍的适应性。

本发明不局限于上述实施方式，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光清洗设备，其特征在于，包括：振镜系统、振镜支架、聚焦镜、旋转工作台和操作台；

所述旋转工作台倾斜设置于所述操作台上，用于安装待清洗工件；

所述振镜支架设于所述操作台上，并位于旋转工作台的一侧；

所述振镜系统安装于振镜支架上，用于控制激光光束的偏转；所述聚焦镜安装在所述振镜系统的下方，并位于所述旋转工作台的上方，用于所述激光光束的聚焦。

2.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述旋转工作台包括电机、底座和电机支架；

所述底座固定于所述操作台上，所述电机支架固定在所述底座上，所述电机倾斜安装在所述电机支架上，并位于所述聚焦镜的下方。

3.如权利要求2所述的激光清洗设备，其特征在于，所述电机还包括旋转轴，所述旋转轴的一端设有固定部件，所述待清洗工件安装于固定部件上。

4.如权利要求2所述的激光清洗设备，其特征在于，所述电机在所述电机支架上的倾斜角度为45°。

5.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光清洗设备还包括电气控制箱；

所述操作台固定在所述电气控制箱上，所述电气控制箱与所述旋转工作台以电路的形式相连。

6.如权利要求5所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光清洗设备还包括工控机；

所述工控机安装于所述电气控制箱内，并分别与电气控制箱和振镜系统以电路的形式相连。

7.一种激光清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待清洗工件安装于旋转工作台上；其中，所述旋转工作台为倾斜设置；

发射激光光束，使所述激光光束进行偏转后在待清洗工件中心所在的水平面上聚焦，再提取待清洗工件和所述水平面相交部分的图形信息；

分析所述图形信息得到扫描路径参数，并根据所述扫描路径参数控制所述激光光束对待清洗工件进行扫描，同时控制所述旋转工作台带动所述待清洗工件旋转，完成对所述待清洗工件的清洗。

8.如权利要求7所述的激光清洗方法，其特征在于，所述旋转工作台的转速与所述激光光束的激光扫描速度、扫描线长度相匹配，使所述激光光束在所述待清洗工件上形成的相邻激光扫描线之间的最大距离为0.045mm至0.055mm。