CN101947694A - 一种激光除锈装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光除锈装置，包括中央控制器、激光器、工作台控制器、工作台、声传感器和除锈头，导光管将激光引入筒型除锈头，其出光口与筒型金属内壁垂直，通过声传感器、中央控制器和工作台的结合，实现了激光除锈过程的自动控制和精确定位。该装置解决了对筒型金属内壁等特殊表面除锈的难题。
Description
技术领域
本发明涉及激光除锈的装置，特别涉及一种用于筒型金属内壁等特殊表面的激光除锈装置。
背景技术
在金属生产、工程建筑、船舶制造等与金属使用密切相关的行业，有效地去除金属锈蚀层一直是大家关注的难题。特别是在一些特殊表面如钢管内壁，除锈难度较大。但在很多工程应用中，这些特殊表面又是决定器件或设备使用寿命的关键因素之一。传统的除锈方法包括机械除锈法、化学除锈法、喷砂除锈法、高压水射流除锈法等。因为化学除锈法对金属产生伤害且易对环境造成影响等；高压水射流除锈设备价格昂贵，需耗费大量的水，表面需及时进行二次处理以防止再度生锈等；喷砂除锈法劳动强度大，只能离线清洗，难以清洗特殊形状的工件等；在中国专利文献中已有报道的钢管表面除锈通常使用机械清洗法。如专利号为200920040568.0、200920144309.2、200620054194.4、200420068594.1和200720175257.6等中国实用新型专利都公开了用于钢管除锈的设备，它们均采用机械或手动与机械相结合的方式进行除锈，具有一定的除锈效果，结构简单，但受到仪器的限制，只能用于清除简单结构形状的工件的外表面，应用范围较窄。
激光除锈是最近几年发展起来的一种新颖除锈法，具有清洗效果好；可以根据锈蚀程度控制清洗强度；金属表面发生化学反应从而改变金属微米级表层的结构，形成一层保护层以防止金属进一步锈蚀，提高金属构件抗腐蚀能；安全可靠，成本低、耗电少，使用移动方便灵活等优点。申请号为200810056852.7的中国发明专利申请公布了一种瓦级全固态紫外激光清洗机及激光清洗方法，用于集成电路等微电子基板清洗。申请号为200610065407.8的中国发明专利申请公布了一种便携式激光清洗系统，用于对道路、广告牌等物体表面的污垢进行有效清除。以上发明专利申请虽然利用激光技术实现了对物体表面的清洗，但难于对小型或微型金属筒型内壁等特殊部位进行清洗，由于筒型金属内壁在清洗过程中存在难于操作和观察等问题，也一直是激光除锈中的难点。
发明内容
本发明的目的是结合激光除锈法的优点，提供一种能够自动控制精确定位和有效进行筒型金属内壁等特殊表面的激光除锈装置。
本发明的技术方案包括激光器控制器，激光器，声传感器，工作台控制器，工作台，除锈头和中央处理器；除锈头固定在导光管一端，其出光口与放置于工作台上的金属件表面垂直，激光器发射的激光通过导光管引入除锈头；声传感器固定于该除锈头上，并通过信号传输线将探测信号输入中央控制器；中央控制器通过信号线与所述激光器控制器和工作台控制器相连。
本发明的中央控制器可以设置激光输出参数，工作台移动参数和除锈阈值，并根据上述参数向激光器发出控制信号，接收并判断声传感器的信号是否达到除锈阈值，向工作台控制器发送位移信号。
本发明的除锈头可以由全反射镜和聚焦调节器组成，全反射镜将激光束反射到与聚焦调节器进光口平面垂直的方向，此聚焦调节器可以用于调节激光聚焦点的位置。
本发明的除锈头也可以由凹面反射镜组成，该凹面反射镜用于将光束聚焦于金属件表面。
本发明的工作台为五轴工作台，可以在所述工作台控制器的控制下沿X轴、Y轴、Z轴移动和沿Z轴旋转。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用导光管和除锈头的结构，能将激光器发射的激光汇聚到筒型金属的内壁，通过工作台的移动带动金属件的移动，从而实现对筒型金属内壁的激光除锈，克服了筒型金属内壁难于除锈的问题。
2)本发明的除锈头可以采用聚焦调节器和反射镜结合的结构，能够实现聚焦点的调节，提高除锈的效率，也可以配合工作台的移动，扩大使用范围。
3)本发明的除锈头可以采用凹面反射镜，结构简单，且可以做到很小，适用于微小筒型金属的内壁除锈。
4)本发明采用中央处理器控制激光器的输出强度和频率等参数，通过工作台控制器发送位移信号，实现除锈头在待除锈金属上的精确定位和自动控制。
5)本发明采用声传感器探测除锈过程中发出的声音，并与预先设定的除锈阈值进行比较，由于待除锈金属的锈蚀层与基体的密度不同，因而声波的信号不同，从而实现了对除锈结果的自动检测，解决了难于判断锈蚀层是否被除净的问题。
附图说明
图1激光除锈装置示意图
图2凹面反射镜除锈头示意图
图3声传感器信号图
图4圆筒内壁除锈示意图
图中：1激光器控制器，2激光器，3激光束，4导光管，5全反射镜，6聚焦调节装置，7金属件，8工作台，9工作台控制器，10中央控制器，11声传感器，12除锈头，13信号传输线，14凹面反射镜，15金属圆筒，16圆筒内壁
具体实施方式
如图1所示激光除锈装置包括激光器控制器1，激光器2，声传感器11，工作台控制器9，工作台8，中央控制器10和除锈头12；除锈头12固定于导光管4，其出光口与放置于工作台8上的金属件7表面垂直，导光管4的转角处安装45度角的全反射镜5；声传感器11固定于该除锈头12上，并通过信号传输线13将探测信号输入中央控制器10；中央控制器10通过信号线与所述激光器控制器1和工作台控制器9相连。
激光除锈装置的工作方式是将金属件7放到工作台8上，将除锈头12移动到待除锈金属7开始除锈的位置，并调节除锈头12与待金属件7间距离，使输出的激光聚焦到待除锈金属7表面；根据待金属件7性质和形状，通过中央处理器10设置激光输出参数，工作台移动参数和除锈阈值，并启动除锈程序；中央控制器10根据上述参数向激光器控制器1发出控制信号，接收并判断声传感器11的信号是否达到除锈阈值，向工作台控制器9发送位移信号，从而工作台8带动待金属件7产生位移，使除锈头12相对移动到下一个除锈位置点；重复上述过程，直到达到设定的最终移动参数的要求或者手动停止除锈过程。
通过声传感器11测定锈蚀层是否除净的原理是由于待金属件7的基体与锈的成分不同，从而导致了其密度的不同，因此在激光作用到锈和基体的声音信号不同。在正式除锈前，可以采取实验的方式获得除锈阈值和激光强度参数，即在待除锈金属上选择几个点进行除锈，通过设定固定的激光强度对除锈点除锈，观察获取的声音信号来确定阈值。如图3所示，在固定激光强度冲击下，前三次声音信号的幅度是依次变化的，从第四次开始声音信号幅度趋于稳定，从而可以确定从第四次声音信号开始已经把物体表面锈蚀层清除干净，此声音信号的幅度即为此激光强度下的除锈阈值。
如图2所示，激光除锈装置可以更换固定焦距的除锈头12，其采用凹面反射镜14将导光管4传送过来的机构聚集到除锈面。此种除锈头12可以制作的更小，适用于小型或微型筒型金属的内壁除锈。
本发明中的导光管4的形状并不固定，其主要是将激光器2发出的激光束3引入到除锈头12中。
如图4所示，是对金属圆筒15进行除锈的实施例。对圆筒内壁16进行除锈，为了减少工作台的移动，可以选择将金属圆筒15放置于工作台上，使其轴心与工作台8的Z轴旋转轴心重合，将导光管道4的竖直部分与金属圆筒15的轴心重合，调节除锈头12的聚焦调节器6，使输出的激光聚焦到圆筒内壁16。通过在固定激光强度下的多次冲击获取的声音信号，测定激光强度和除锈阈值；测量圆筒15的直径D、高度H和冲击光斑的直径d，通过弧度计算公式，计算出每次需移动的角度a、每圈移动次数n＝360/a和移动圈数N＝H/d，通过中央处理器10设置激光强度、除锈阈值和移动参数，并启动除锈程序。中央控制器10根据上述参数向激光器控制器1发出控制信号，接收并判断声传感器11的信号是否达到除锈阈值，向工作台控制器9发送位移信号，从而工作台8带动金属圆筒15产生位移，使除锈头12相对移动到下一个除锈位置点；重复上述过程，直到达到设定的最终移动参数的要求或者手动停止除锈过程。
本发明的激光除锈装置采用声传感器探测除锈过程中发出的声音，并与预先设定的除锈阈值进行比较的方式，解决了难于判断锈蚀层是否被除净的问题；采用中央处理器控制方式实现了激光除锈的自动控制和除锈头在待除锈金属上的精确定位除锈；采用导光管和除锈头的结构，能将激光器发射的激光汇聚到筒型金属的内壁，通过工作台的移动带动待除锈金属的移动，从而实现对筒型金属内壁的激光除锈，克服了筒型金属内壁难于除锈的问题；除锈头采用聚焦调节器和反射镜结合的结构，能够实现聚焦点的调节，可以更好的配合工作台，减少工作台的移动，提高除锈的效率。
Claims (5)
1.一种激光除锈装置，包括激光器控制器，激光器，声传感器，工作台控制器，工作台；其特征在于：还包括除锈头和中央处理器，所述除锈头固定于导光管一端，其出光口与放置于工作台上的金属件表面垂直，所述激光器发射的激光通过所述导光管引入该除锈头；所述声传感器固定于除锈头上，通过信号传输线将探测信号输入中央控制器；所述中央控制器通过信号线与所述激光器控制器和工作台控制器相连。
2.根据权利要求1所述激光除锈装置，其特征在于：所述中央控制器可以设置激光器输出参数、工作台移动参数和除锈阈值，并根据上述参数向激光器发出控制信号，接收并判断声传感器的信号是否达到除锈阈值，向工作台控制器发送移动信号；
3.根据权利要求2所述激光除锈装置，其特征在于：所述除锈头主要由全反射镜和聚焦调节器组成，所述全反射镜将激光束反射到与所述聚焦调节器进光口平面垂直的方向。
4.根据权利要求2所述激光除锈装置，其特征在于：所述除锈头主要由凹面反射镜组成，用于将激光聚焦于金属件表面。
5.根据权利要求3或4所述激光除锈装置，其特征在于：所述工作台为五轴工作台。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110119 |