CN104162744A - 一种环形激光带除锈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环形激光带除锈装置，主要包括激光器、45°全反镜、环形激光带调节单元、导光管、除锈头、升降工作台、信号线、控制器和测距传感器；激光器出光口处设有45°全反镜，45°全反镜下方设有导光管，除锈头固定在导光管正下方，除锈头底部的中心位置设有测距装置，除锈头内部安装有环形激光带调节单元，除锈头下方正对升降工作台，工件装夹在升降工作台上并与环形激光带调节单元同轴，激光器、测距装置、镜片驱动装置和升降工作台均通过信号线与控制器相连。本发明利用环形激光带进行激光除锈处理，具有除锈效率高，除锈处理不受工件直径大小限制，设备制造成本低的优点，适用于定截面和变截面圆筒型金属内壁的除锈处理。

Description

一种环形激光带除锈装置
 
技术领域
本发明涉及激光除锈装置领域，特指一种利用环形激光带对圆筒型金属内壁进行激光除锈的装置。
背景技术
当金属受到由空气中的氧气和水蒸汽等物质引起的氧化作用时，会在金属表面产生锈蚀现象。锈蚀一旦产生，它会随着时间的推移由工件表面向工件内部蔓延，直至整个工件彻底锈蚀。因此，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，高效地去除金属表面锈蚀层一直是大家关注的难题。特别是一些特殊表面如钢管内壁和筒型内壁，除锈难度较大。传统的除锈方法包括机械除锈法、化学除锈法、高压水射流除锈法等。其中，机械除锈法包括风沙轮除锈法和喷砂除锈法，二者都具有良好的除锈效果，但是在除锈过程中产生的铁锈颗粒会弥漫在环境中，进而影响操作工人的健康；化学除锈法易对金属基体产生伤害，且排放物会对环境造成污染；高压水射流除锈法设备价格昂贵，需要耗费大量的水，同时除锈过程中需及时对已处理表面进行二次防锈处理以免再度生锈等。
激光除锈是最近几年发展起来的一种高效除锈方法，具有适用基材范围广、不损伤基材表面、清洁度高、运行成本低、对环境无污染等一系列优点，在设备维修保养等方面具有良好的应用前景。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激光清洗机及激光清洗方法，适用于集成电路等微电子基板清洗。申请号为201410107317.5的中国发明专利申请公布了一种便携式激光除锈机，主要适用于室外环境的激光除锈工作。以上两个发明专利申请虽然对激光除锈技术进行了一定的突破，但使用范围局限性较大，难于对小型或微型金属筒型内壁等特殊部位进行除锈工作。申请号为201010290352.7的中国发明专利申请公布了一种适用于金属筒型内壁激光除锈处理的装置，但是其所使用的激光光斑为单点光斑，需要同时从周向和纵向扫描才能完成对整个内壁的除锈处理，效率较低。同时，该装置的工作台至少需要三个方向的运动精度达到要求，才能满足光斑搭接除锈处理，增加了工作台的购置成本，从而增加了设备的制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形激光带除锈装置，以提高效率、降低制造成本，且适用于圆筒型金属内壁的激光除锈。
一种环形激光带除锈装置，其特征在于包括：激光器（1）、45°全反镜（3）、环形激光带调节单元（4）、导光管（5）、除锈头（12）、升降工作台（20）、信号线（19）、控制器（16）和测距装置（21）；45°全反镜（3）位于激光器（1）出光口处，45°全反镜（3）下方设有导光管（5），除锈头（12）固定在导光管（5）正下方，除锈头（12）为透光材料制作而成，除锈头（12）内部设有环形激光带调节单元（4），测距装置（21）固定于除锈头（12）底部中心位置，升降工作台（20）位于除锈头（12）正下方，工件（15）装夹在升降工作台（20）上并与环形激光带调节单元（4）同轴，激光器（1）、环形激光带调节单元（4）、升降工作台（20）和测距装置（21）分别通过信号线（19）与控制器（16）相连。
1.        根据权利要求1所述的一种环形激光带除锈装置，其特征在于：所述环形激光带调节单元（4）包括扩束镜（6）、会聚透镜（7）、圆锥透镜A（8）、圆锥透镜B（9）、圆锥全反镜（13）、镜片驱动装置（10）和滑轨（11）；所述扩束镜（6）、会聚透镜（7）、圆锥透镜A（8）、圆锥透镜B（9）和圆锥全反镜（13）由上至下依次布置；镜片驱动装置（10）固定在除锈头（12）上，并通过信号线（19）与控制器（16）相连，镜片驱动装置（10）控制圆锥透镜A（8）和圆锥透镜B（9）沿滑轨（11）上下移动来调节圆锥透镜A（8）和圆锥透镜B（9）二者的间距，进而调节环形激光带上部位置（17）；镜片驱动装置（10）调节圆锥透镜B（9）和圆锥全反镜（13）的间距，从而调节环形激光带下部位置（18）。
所述圆锥全反镜（13）头部圆锥面的角度为a，0°＜a＜180°。
本发明装置的工作过程如下：
第一步：工件（15）装夹于升降工作台（20）上，保证工件（15）中心与环形激光带调节单元（4）的中心重合，然后使升降工作台（20）带动工件（15）移动到需除锈的起始位置；
第二步：测距装置（21）实时测量工件内径值，并将内径值通过信号线（19）输入到控制器（16），控制器（16）根据所测得的工件内径值的变化实时控制激光器（1）、环形激光带调节单元（4）和升降工作台（20）；其中，控制器（16）控制激光器（1）输出满足除锈处理工艺要求的激光束（2），控制器（16）控制环形激光带调节单元（4）中的镜片驱动装置（10）来调节圆锥透镜A（8）和圆锥透镜B（9）的位置，使环形激光带（14）在工件（15）内壁上的宽度值保持最优宽度值不变，控制器（16）控制升降工作台（20）移动，使工件（15）沿纵向运动，从而在最优环形激光带宽度下完成对工件（15）内壁的纵向扫描除锈处理；
第三步：完成整个锈蚀区内壁的除锈工作后，激光器（1）停止工作，升降工作台（20）带动工件（15）下降到初始位置，取下工件（15）。
本发明具有有益效果。
1.      本发明的环形激光带调节单元可在不同内径的圆筒型金属工件的内壁上调制出最优的环形激光带宽度，即本发明装置可适用于任意内径大小的金属圆筒型工件内壁的除锈处理。
2.      本发明不仅可以进行定截面圆筒型工件的除锈处理，还可以进行变截面圆筒型工件的除锈处理。变截面工件除锈处理时，测距装置实时检测工件内径，并将内径值通过信号线反馈至控制器，然后控制器控制镜片驱动装置对环形激光带调节单元中的圆锥透镜A和圆锥透镜B进行实时调节，使工件内壁表面的环形激光的光带宽度保持最优宽度值不变，在最优光带宽度下完成变截面圆筒型工件内壁的除锈处理。
3.      本发明的激光除锈加工只需对工件进行竖直方向的进给，即可完成工件内壁的除锈处理，而不需要周向进给扫描，提高了加工效率，同时，进给工作台仅需要单轴运动工作台即可满足要求，降低了激光除锈装置的制造成本。
附图说明
图1是环形激光带除锈装置的示意图。
图中：1. 激光器，2. 激光束，3. 45°全反镜，4. 环形激光带调节单元，5. 导光管，6. 扩束镜，7. 会聚透镜，8. 圆锥透镜A，9. 圆锥透镜B，10. 镜片驱动装置，11. 滑轨，12. 除锈头，13. 圆锥全反镜，14. 环形激光带，15. 工件，16. 控制器，17. 环形激光带上部位置，18. 环形激光带下部位置，19. 信号线，20. 升降工作台，21. 测距装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步详细说明本发明的技术方案。
实施例1
用本发明进行变截面圆筒型工件内壁的激光除锈处理的装置如图1所示，包括激光器1、45°全反镜3、环形激光带调节单元4、导光管5、除锈头12、升降工作台20、信号线19、控制器和测距装置21；45°全反镜3位于激光器1出光口处，45°全反镜3下方设有导光管5，除锈头12固定在导光管5正下方，除锈头12为钢化玻璃材料制作而成，环形激光带14能穿透除锈头12后辐照在工件15内壁上，除锈头12底部的中心位置设有测距装置21，除锈头12内部安装有环形激光带调节单元4，升降工作台20位于除锈头12正下方，工件15装夹在升降工作台20上并与环形激光带调节单元4同轴，激光器1、环形激光带调节单元4、测距装置21和升降工作台20分别通过信号线19与控制器16相连。
环形激光带调节单元4包括扩束镜6、会聚透镜7、圆锥透镜A8、圆锥透镜B9、圆锥全反镜13、镜片驱动装置10和滑轨11；扩束镜6、会聚透镜7、圆锥透镜A8、圆锥透镜B9和圆锥全反镜13由上至下依次布置，圆锥全反镜13头部圆锥面的角度为a，a=80°；镜片驱动装置10固定在除锈头12上，并通过信号线19与控制器16相连，镜片驱动装置10调节圆锥透镜A8和圆锥透镜B9沿滑轨11上下移动来调节圆锥透镜A8和圆锥透镜B9二者的间距，进而调节环形激光带上部位置17；镜片驱动装置10控制圆锥透镜B9和圆锥全反镜13的间距来调节环形激光带下部位置18，通过对环形激光带上部位置17和环形激光带下部位置18的调节，使环形激光带14在内壁上的光带宽度达到激光除锈工艺的最优值。
实施本发明装置的具体工作过程如下：
第一步：工件15装夹于升降工作台20上，保证工件15中心与环形激光带调节单元4的中心重合，然后使升降工作台20带动工件15移动到需除锈的起始位置；
第二步：测距装置21实时测量工件内径值，并将内径值通过信号线19输入到控制器16，控制器16根据所测得的工件内径值的变化实时控制激光器1、环形激光带调节单元4和升降工作台20；其中，控制器16控制激光器1输出满足除锈处理工艺要求的激光束2，控制器16控制环形激光带调节单元4中的镜片驱动装置10来调节圆锥透镜A8和圆锥透镜B9的位置，使环形激光带14在内壁上的宽度值保持最优宽度值不变，控制器16控制升降工作台20移动，使工件15沿纵向运动，从而在最优环形激光带宽度下完成对工件15内壁的纵向扫描除锈处理；
第三步：完成整个锈蚀区内壁的除锈工作后，激光器1停止发出激光束2，升降工作台20带动工件15下降到初始位置，取下工件15。
实施例2
用本发明进行定截面圆筒型工件内壁的激光除锈处理的装置与实施例1相同，不同之处在于本实施例的圆锥全反镜13头部圆锥面的角度为a，a=50°；
实施本发明装置的具体工作过程如下：
第一步：工件15装夹于升降工作台20上，保证工件15中心与环形激光带调节单元4的中心重合，然后使升降工作台20带动工件15移动到需除锈的起始位置；
第二步：测距装置21在除锈处理开始前测量工件内径值，并将内径值通过信号线19输入到控制器16，控制器16根据所测得的工件内径值的变化控制激光器1、环形激光带调节单元4和升降工作台20；其中，控制器16控制激光器1输出满足除锈处理工艺要求的激光束2，控制器16控制环形激光带调节单元4中的镜片驱动装置10来调节圆锥透镜A8和圆锥透镜B9的位置，使环形激光带14在内壁上的宽度值为除锈最优宽度值，控制器16控制升降工作台20移动，使工件15沿纵向运动，从而完成对工件15内壁的纵向扫描除锈处理；
第三步：完成整个锈蚀区内壁的除锈工作后，激光器1停止发出激光束2，升降工作台20带动工件15下降到初始位置，取下工件15。

Claims (3)

1.一种环形激光带除锈装置，其特征在于包括：激光器（1）、45°全反镜（3）、环形激光带调节单元（4）、导光管（5）、除锈头（12）、升降工作台（20）、信号线（19）、控制器（16）和测距装置（21）；45°全反镜（3）位于激光器（1）出光口处，45°全反镜（3）下方设有导光管（5），除锈头（12）固定在导光管（5）正下方，除锈头（12）为透光材料制作而成，除锈头（12）内部设有环形激光带调节单元（4），测距装置（21）固定于除锈头（12）底部中心位置，升降工作台（20）位于除锈头（12）正下方，工件（15）装夹在升降工作台（20）上并与环形激光带调节单元（4）同轴，激光器（1）、环形激光带调节单元（4）、升降工作台（20）和测距装置（21）分别通过信号线（19）与控制器（16）相连。
2.根据权利要求1所述的一种环形激光带除锈装置，其特征在于：所述环形激光带调节单元（4）包括扩束镜（6）、会聚透镜（7）、圆锥透镜A（8）、圆锥透镜B（9）、圆锥全反镜（13）、镜片驱动装置（10）和滑轨（11）；所述扩束镜（6）、会聚透镜（7）、圆锥透镜A（8）、圆锥透镜B（9）和圆锥全反镜（13）由上至下依次布置；镜片驱动装置（10）固定在除锈头（12）上，并通过信号线（19）与控制器（16）相连，镜片驱动装置（10）控制圆锥透镜A（8）和圆锥透镜B（9）沿滑轨（11）上下移动来调节圆锥透镜A（8）和圆锥透镜B（9）二者的间距，进而调节环形激光带上部位置（17）；镜片驱动装置（10）调节圆锥透镜B（9）和圆锥全反镜（13）的间距，从而调节环形激光带下部位置（18）。
3.根据权利要求2所述的一种环形激光带除锈装置，其特征在于：所述圆锥全反镜（13）头部圆锥面的角度为a，0°＜a＜180°。
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