CN106000997B - 一种电液式大功率超声波自动化清洗装置 - Google Patents

一种电液式大功率超声波自动化清洗装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电液式大功率超声波自动化清洗装置，包括基座组件、电液式大功率超声波发生器、超声波清洗池、工件移动滑台、抓取组件、工控机、导轨组件、第一多节液压缸、导杆、直线轴承、第二多节液压缸、托臂组件、组态触摸屏、超声波监测传感器、超声波清洗液过滤循环设备、清洗液循环管道和电磁控制阀。所述第二多节液压缸与托臂配合可将工件没入超声波清洗池的清洗液中，在清洗完毕后再将工件托出液面。本发明所述的电液式大功率超声波自动化清洗装置中采用的电液式大功率超声波发生器保留了液压大功率的特点，能够产生大功率和高强度的超声，提高清洗效率，降低清洗成本，尤其适合污物重的大型、复杂零部件的高效清洗。

Description

一种电液式大功率超声波自动化清洗装置
技术领域
本发明属于超声清洗领域，具体涉及一种电液式大功率超声波自动化清洗装置。
背景技术
超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前超声市场需求很大，但由于技术应用不成熟，市面上的超声清洗产品良莠不齐，对于超声清洗技术的研究主要集中在定频输出，电感调谐匹配，调功方式有跳周调功、晶闸管调压调功等，所涉及的超声清洗产品，其控制部分多采用单片机来构成，极少部分采用模拟器件构成线路。同时超声发生器作为清洗设备的核心，现有超声波发生方法可分为两类：直接机械法产生超声的机械型和电能转换超声的电声型。直接机械法产生超声的机械型，结构简易、驱动原理简单，上限频率低，存在机械杂波及波形失真等缺点，导致其不能利用一些大功率的发生器在液体中获得超声波，应用的范围十分受限；电声型超声波的发生方法是将一定频率的交流电能量，通过功能材料(压电、电致伸缩、磁致伸缩材料)，转换成频率相同的超声，可以获得很高的超声频率。近年来兆赫级超声波的产生一度成为热点，用电声型发生方式使兆赫级甚至更高频率超声的实现成为可能，但是兆赫级的高频超声一般应用于特殊场合(雷达、电子通讯、超微型污物的超声清洗等)。然而，在超声应用的工程领域中，大多数可以从超声波那里收益很大的工业过程已解决超声频率的问题，但是一直受限于超声的功率。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种能够产生大功率和高强度的超声、提高清洗效率，降低清洗成本的电液式大功率超声波自动化清洗装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种电液式大功率超声波自动化清洗装置，包括基座组件、电液式大功率超声波发生器、超声波清洗池、工件移动滑台、抓取组件、工控机、导轨组件、第一多节液压缸、导杆、直线轴承、第二多节液压缸、托臂组件、组态触摸屏、超声波监测传感器、超声波清洗液过滤循环设备、清洗液循环管道和电磁控制阀；
所述基座组件由基座底板、四个支撑脚和L形钢架组成，四个支撑脚安装于基座底板的下方四个转角位置，L形钢架竖直安装于基座底板的上表面；
所述第一多节液压缸固定安装在L形钢架的顶部；
超声波清洗池固定安装在基座底板上，底部设有进水口和出水口；
工件移动滑台为两个，分别固定安装在超声波清洗池的两侧，其上固定安装有多组滚轮组件；
工控机固定安装在基座底板上；
所述电液式大功率超声波发生器共有四个，呈田字形排布安装在基座底板上；每个电液式大功率超声波发生器均包括高速电机、2D三通交流阀、连接管道、弹性端盖、谐振缸、超声波能量调节器、液压油源和底板，高速电机通过联轴器与2D三通交流阀的延伸端紧固连接，2D三通交流阀一侧设有液压油进出口，通过输油管与液压油源连接，另一侧通过连接管道与谐振缸配合安装，2D三通交流阀尾端设有超声波能量调节器，弹性端盖固定安装在谐振缸的顶部；
所述导轨组件包括电机支架、伺服电机、联轴器、轴承座、丝杆、螺母座、导轨固定板和导轨，所述导轨设置在导轨固定板上，伺服电机通过电机支架安装在导轨固定板上，伺服电机的输出轴通过联轴器与丝杠连接，丝杆通过两端的轴承座安装在导轨固定板上，螺母座与丝杠通过螺纹副连接，螺母座同时安装在导轨上，可以沿着导轨运动；
所述抓取组件用于抓取待清洗的工件，它可以采用真空吸管实现，也可以采用气动机械手实现；
所述导轨组件中的导轨固定板通过连接块与第一多节液压缸的动作杆连接，导轨固定板可在第一多节液压缸的驱动下做升降运动；同时，导轨固定板上设置有四组由导杆和直线轴承构成的导向机构，为导轨固定板的上下运动提供导向；
所述托臂组件包括托臂、两根立柱和托臂底板，托臂底板固定安装在超声波清洗池的底部，两根立柱竖直安装在托臂底板上，所述第二多节液压缸固定安装在两根立柱的顶部，托臂套装在两根立柱上，并与第二多节液压缸的动作杆相连，可由第二多节液压缸驱动做上下运动；所述第二多节液压缸与托臂配合可将工件没入超声波清洗池的清洗液中，在清洗完毕后再将工件托出液面；
所述组态触摸屏安装在超声波清洗池前端，通过触摸可视化界面对电液式大功率超声波发生器的自动化清洗过程进行实时监测和控制；所述超声波监测传感器安装在超声波清洗池的内壁两侧，用于采集超声波振动信号，可同步将信号传输至工控机的DSP集成系统进行分析处理，并对超声波能量调节器发出指令，实现超声波强度调节；
所述超声波清洗液过滤循环设备安装在基座组件的基座底板上，与清洗液循环管道和电磁控制阀组成清洗液过滤循环系统。
进一步的，所述抓取组件包括真空吸管安装板、多组真空吸管、三通气路接头、真空压力传感器和多根连接杆，真空吸管安装板通过多根连接杆与导轨组件中的螺母座连接，可沿着导轨运动；多组真空吸管均匀布置在真空吸管安装板上，三通气路接头分别连接真空吸管、真空压力传感器和进气管，真空压力传感器用于监测真空吸管是否开始吸附工件。
进一步的，所述抓取组件包括气动机械手安装板、多组气动机械手和多根连接杆，气动机械手安装板通过多根连接杆与导轨组件中的螺母座连接，可沿着导轨运动；多组气动机械手均匀布置在气动机械手安装板的下方四个转角位置。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中的电液式大功率超声波发生器利用一种新结构的旋转轴配流交流阀输出超高频(20000Hz以上)交流液流，使单作用液压缸弹性端进行超声振动，通过对交流阀阀芯结构以及驱动方式设计，提高交流阀转子的极限切换频率，保证其平稳地输出超声频率的压力脉动，同时将压力脉动传递至谐振缸腔体并被放大，谐振缸顶部的弹性端盖与高频振荡的液压油及清洗液介质中的声场存在相互耦合作用，从而产生大功率高频超声波。
2、本发明基于电液式大功率超声波发生器对应设计了智能自动化清洗装置，该智能自动化清洗装置能够实现再制造清洗中污物重的大型、复杂工件的高效率高质量自动化清洗。
3、本发明所述的电液式大功率超声波自动化清洗装置中采用的电液式大功率超声波发生器保留了液压大功率的特点，能够产生大功率和高强度的超声，提高清洗效率，降低清洗成本，尤其适合污物重的大型、复杂零部件的高效清洗。
4、本发明所述的自动化清洗装置涉及两套工件夹具、动力驱动组件、真空压力传感器、超声波监测传感器、工控机及触摸屏等，各部件之间相互协同，能够确保自动化超声清洗高效有序。
附图说明
图1为本发明所述电液式大功率超声波自动化清洗装置的结构图；
图2为本发明所述电液式大功率超声波自动化清洗装置的局部放大图；
图3为基座组件的结构图；
图4为电液式大功率超声波发生器的结构图；
图5为抓取组件采用真空吸管实现的结构图；
图6为抓取组件采用气动机械手实现的结构图；
图7为导轨组件的结构图；
图8为托臂组件的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-8所示，本发明提供了一种电液式大功率超声波自动化清洗装置，包括基座组件1、电液式大功率超声波发生器2、超声波清洗池3、工件移动滑台4、抓取组件5、工控机6、导轨组件7、第一多节液压缸8、导杆9、直线轴承10、第二多节液压缸11、托臂组件12、组态触摸屏13、超声波监测传感器14、超声波清洗液过滤循环设备15、清洗液循环管道16和电磁控制阀17。
所述基座组件1由基座底板101、四个支撑脚102和L形钢架103组成，四个支撑脚102安装于基座底板101的下方四个转角位置，L形钢架103竖直安装于基座底板101的上表面。所述第一多节液压缸8固定安装在L形钢架103的顶部。
超声波清洗池3固定安装在基座底板101上，底部设有进水口和出水口。
工件移动滑台4为两个，分别固定安装在超声波清洗池3的两侧，其上固定安装有多组滚轮组件。
工控机6固定安装在基座底板101上，内含液晶显示屏、控制按钮、报警器、上位机、控制运动板卡、DSP集成系统等。
所述电液式大功率超声波发生器2共有四组，呈田字形排布安装在基座底板101上。所述电液式大功率超声波发生器2包括高速电机201、2D三通交流阀202、连接管道203、弹性端盖204、谐振缸205、超声波能量调节器206、液压油源207和底板208，高速电机201通过联轴器与2D三通交流阀202的延伸端紧固连接，2D三通交流阀202一侧设有液压油进出口，通过输油管与液压油源207连接，另一侧通过连接管道203与谐振缸205配合安装，2D三通交流阀202尾端设有超声波能量调节器206，弹性端盖204固定安装在谐振缸205的顶部。
其中，2D三通交流阀202为超高频压力脉动发生器，2D三通交流阀202内的阀芯能平移也能旋转(相当于两个自由度)，2D三通交流阀202由高速电机201进行旋转驱动，阀芯台肩周向一圈的沟槽数目30以上，以保证2D三通交流阀202输出压力脉动频率为20000Hz以上的超声波，同时超声波的强度通过超声波能量调节器206调控交流阀的阀芯轴向位移来实现，所述压力脉动经谐振缸205腔体放大(谐振腔的固有频率可通过调整容腔大小与2D三通交流阀202的脉动频率保持一致)。谐振缸205顶部的弹性端盖204与高频振荡的液压油及清洗液介质中的声场存在相互耦合作用，从而产生大功率高频超声波，实现电液式大功率超声波发生器与清洗液介质的结合。
所述导轨组件7包括电机支架701、伺服电机702、联轴器703、轴承座704、丝杆705、螺母座706、导轨固定板707和导轨708，所述导轨固定板707上设置有导轨708，伺服电机702通过电机支架701安装在导轨固定板707上，伺服电机702的输出轴通过联轴器703与丝杠705连接，丝杆705通过两端的轴承座704安装在导轨固定板707上，螺母座706与丝杠705通过螺纹副连接，螺母座706同时安装在导轨708上，可以沿着导轨708运动。
所述抓取组件5用于抓取待清洗的工件，它可以采用真空吸管实现，也可以采用气动机械手实现，针对不同工件可更换抓取组件5。
若抓取组件5采用真空吸管实现，如图5所示，其包括真空吸管安装板501、多组真空吸管502、三通气路接头503、真空压力传感器504和多根连接杆505，真空吸管安装板501通过多根连接杆505与导轨组件7中的螺母座706连接，可沿着导轨708运动。多组真空吸管502均匀布置在真空吸管安装板501上，三通气路接头503分别连接真空吸管502、真空压力传感器504和进气管，真空压力传感器504用于监测真空吸管502是否开始吸附工件。
若抓取组件5采用气动机械手实现，如图6所示，其包括气动机械手安装板506、多组气动机械手507和多根连接杆505，气动机械手安装板506通过多根连接杆505与导轨组件7中的螺母座706连接，可沿着导轨708运动。多组气动机械手507均匀布置在气动机械手安装板506的下方四个转角位置。
所述导轨组件7中的导轨固定板707通过连接块与第一多节液压缸8的动作杆连接，导轨固定板707可在第一多节液压缸8的驱动下做升降运动。同时，导轨固定板707上设置有四组由导杆9和直线轴承10构成的导向机构，为导轨固定板707的上下运动提供导向。
所述托臂组件12包括托臂1201、两根立柱1202和托臂底板1203，托臂底板1203固定安装在超声波清洗池3的内部，两根立柱1202竖直安装在托臂底板1203上，所述第二多节液压缸11固定安装在两根立柱1202的顶部，托臂1201套装在两根立柱1202上，并与第二多节液压缸11的动作杆相连，可由第二多节液压缸11驱动做上下运动。所述第二多节液压缸11与托臂1201配合可将工件没入超声波清洗池3的清洗液中，在清洗完毕后再将工件托出液面。
所述组态触摸屏13安装在超声波清洗池3前端，通过触摸可视化界面对电液式大功率超声波发生器2的自动化清洗过程进行实时监测和控制。所述超声波监测传感器14安装在超声波清洗池3的内壁两侧，用于采集超声波振动信号，可同步将信号传输至工控机DSP集成系统进行分析处理，并对超声波能量调节器206发出指令，实现超声波强度调节。
所述超声波清洗液过滤循环设备15安装在基座组件1的基座底板101上，与清洗液循环管道16和电磁控制阀17组成清洗液过滤循环系统，可实现清洗液循环使用，绿色环保节能。
上述电液式大功率超声波智能自动化清洗装置的工作原理和过程为：
当待清洗工件到达超声波清洗池3左侧的工件移动滑台4时，导轨组件7在第一多节液压缸8的驱动下，向下移动，直至抓取组件5(本实施例中采用的是真空吸管)接触并吸附工件，然后在伺服电机702的驱动下，抓取组件5带动工件运动至托臂1201的上方并释放工件；
接着第二多节液压缸11驱动托臂1201向下运动，将工件没入清洗液中进行超声波清洗；当工件清洗完毕，第二多节液压缸11驱动托臂1201将工件抬出清洗液面；然后通过抓取组件5吸附工件，在伺服电机702的驱动下，抓取组件5带动工件移至超声波清洗池3右侧的工件移动滑台4并释放。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (3)

1.一种电液式大功率超声波自动化清洗装置，其特征在于，包括基座组件(1)、电液式大功率超声波发生器(2)、超声波清洗池(3)、工件移动滑台(4)、抓取组件(5)、工控机(6)、导轨组件(7)、第一多节液压缸(8)、导杆(9)、直线轴承(10)、第二多节液压缸(11)、托臂组件(12)、组态触摸屏(13)、超声波监测传感器(14)、超声波清洗液过滤循环设备(15)、清洗液循环管道(16)和电磁控制阀(17)；
所述基座组件(1)由基座底板(101)、四个支撑脚(102)和L形钢架(103)组成，四个支撑脚(102)安装于基座底板(101)的下方四个转角位置，L形钢架(103)竖直安装于基座底板(101)的上表面；
所述第一多节液压缸(8)固定安装在L形钢架(103)的顶部；
超声波清洗池(3)固定安装在基座底板(101)上，底部设有进水口和出水口；
工件移动滑台(4)为两个，分别固定安装在超声波清洗池(3)的两侧，其上固定安装有多组滚轮组件；
工控机(6)固定安装在基座底板(101)上；
所述电液式大功率超声波发生器(2)共有四个，呈田字形排布安装在基座底板(101)上；每个电液式大功率超声波发生器(2)均包括高速电机(201)、2D三通交流阀(202)、连接管道(203)、弹性端盖(204)、谐振缸(205)、超声波能量调节器(206)、液压油源(207)和底板(208)，高速电机(201)通过联轴器与2D三通交流阀(202)的延伸端紧固连接，2D三通交流阀(202)一侧设有液压油进出口，通过输油管与液压油源(207)连接，另一侧通过连接管道(203)与谐振缸(205)配合安装，2D三通交流阀(202)尾端设有超声波能量调节器(206)，弹性端盖(204)固定安装在谐振缸(205)的顶部；
所述导轨组件(7)包括电机支架(701)、伺服电机(702)、联轴器(703)、轴承座(704)、丝杠(705)、螺母座(706)、导轨固定板(707)和导轨(708)，所述导轨(708)设置在导轨固定板(707)上，伺服电机(702)通过电机支架(701)安装在导轨固定板(707)上，伺服电机(702)的输出轴通过联轴器(703)与丝杠(705)连接，丝杠(705)通过两端的轴承座(704)安装在导轨固定板(707)上，螺母座(706)与丝杠(705)通过螺纹副连接，螺母座(706)同时安装在导轨(708)上，可以沿着导轨(708)运动；
所述抓取组件(5)用于抓取待清洗的工件，它采用真空吸管或者气动机械手实现；
所述导轨组件(7)中的导轨固定板(707)通过连接块与第一多节液压缸(8)的动作杆连接，导轨固定板(707)可在第一多节液压缸(8)的驱动下做升降运动；同时，导轨固定板(707)上设置有四组由导杆(9)和直线轴承(10)构成的导向机构，为导轨固定板(707)的上下运动提供导向；
所述托臂组件(12)包括托臂(1201)、两根立柱(1202)和托臂底板(1203)，托臂底板(1203)固定安装在超声波清洗池(3)的底部，两根立柱(1202)竖直安装在托臂底板(1203)上，所述第二多节液压缸(11)固定安装在两根立柱(1202)的顶部，托臂(1201)套装在两根立柱(1202)上，并与第二多节液压缸(11)的动作杆相连，可由第二多节液压缸(11)驱动做上下运动；所述第二多节液压缸(11)与托臂(1201)配合可将工件没入超声波清洗池(3)的清洗液中，在清洗完毕后再将工件托出液面；
所述组态触摸屏(13)安装在超声波清洗池(3)前端，通过触摸可视化界面对电液式大功率超声波发生器(2)的自动化清洗过程进行实时监测和控制；所述超声波监测传感器(14)安装在超声波清洗池(3)的内壁两侧，用于采集超声波振动信号，可同步将信号传输至工控机(6)的DSP集成系统进行分析处理，并对超声波能量调节器(206)发出指令，实现超声波强度调节；
所述超声波清洗液过滤循环设备(15)安装在基座组件(1)的基座底板(101)上，与清洗液循环管道(16)和电磁控制阀(17)组成清洗液过滤循环系统。
2.根据权利要求1所述的电液式大功率超声波自动化清洗装置，其特征在于，所述抓取组件(5)包括真空吸管安装板(501)、多组真空吸管(502)、三通气路接头(503)、真空压力传感器(504)和多根连接杆(505)，真空吸管安装板(501)通过多根连接杆(505)与导轨组件(7)中的螺母座(706)连接，可沿着导轨(708)运动；多组真空吸管(502)均匀布置在真空吸管安装板(501)上，三通气路接头(503)分别连接真空吸管(502)、真空压力传感器(504)和进气管，真空压力传感器(504)用于监测真空吸管(502)是否开始吸附工件。
3.根据权利要求1所述的电液式大功率超声波自动化清洗装置，其特征在于，所述抓取组件(5)包括气动机械手安装板(506)、多组气动机械手(507)和多根连接杆(505)，气动机械手安装板(506)通过多根连接杆(505)与导轨组件(7)中的螺母座(706)连接，可沿着导轨(708)运动；多组气动机械手(507)均匀布置在气动机械手安装板(506)的下方四个转角位置。
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