CN106513380A - 多孔网状结构物体的激光清洗装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多孔网状结构物体的激光清洗装置及方法，包括以模型获取单元获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；利用模型处理单元对该三维模型进行处理，划分出多孔区和实体区，分别设置多孔区与实体区的激光清洗参数，生成多组加工层数据，保存于数据库中；参数读取及输出单元读取数据库中的加工层数据，输出至三维动态聚焦扫描系统，系统根据加工层数据对多孔区和实体区进行区别性激光清洗。本发明通过对多孔区进行精细化清洗，对无孔的实体区进行快速清洗，既可保证网孔的彻底清洗，又可提高清洗效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔网状结构物体的激光清洗装置及方法，属于激光清洗技术领域。
背景技术
具有多孔网状结构的组件是诸如过滤器、多孔电极、能量吸收器、消音器、减震缓冲器、电磁屏蔽器件、换热器、阻燃器等器件的必要组成结构，根据不同的应用需求，多孔网状结构组件的网孔结构复杂多样，组成材料特性也不同。多孔网状结构组件在使用一定时间后，会因附着异物或是材料表面功能层的时效性问题，导致网孔堵塞，为保证器件的正常功能，需要对组件的网孔区进行有效清洗，实现重复利用。
另一方面，对于某些特殊应用场合的多孔网状结构组件，如应用于医疗器械中的多孔网状结构组件，需于其表面涂覆药物以增加疗效；应用于传热、过滤的不锈钢金属烧结多孔网状结构组件，需于其表面电镀镍以使其具有良好的表面质量和机械强度；应用于太阳能电池片、传感器等电学器件中的丝网印刷板，使用前需于其表面涂覆光敏材料等，上述于多孔网状结构组件表面涂覆特定的功能性涂层之前，必须先对多孔网状结构组件进行清洗活化处理，才可保证涂覆层可靠的附着于组件表面。
目前对于多孔网状结构物体表面的清洗方法，一般包括化学侵蚀、超声清洗、喷砂处理等，这些方法无法对具有清洗难度的多孔区域进行集中、精细化的清洗，网孔内的异物清洗不彻底，清洗效果较差，且清洗工艺的可控性差、易造成二次污染。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种多孔网状结构物体的激光清洗装置及方法，通过对多孔区进行精细化清洗，对无孔的实体区进行快速清洗，既可保证网孔的彻底清洗，又可提高清洗效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔网状结构物体的激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，该计算机控制系统包括模型获取单元，模型处理单元、数据库、参数读取及输出单元，
模型获取单元，用于获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
模型处理单元，用于将该三维模型划分成多孔区和实体区，设置多孔区的激光清洗参数，并生成多孔区对应的加工层数据，设置实体区的激光清洗参数，并生成实体区对应的加工层数据；
数据库，用于保存多孔区和实体区对应的加工层数据；
参数读取及输出单元，用于读取数据库中的加工层数据，并输出至该三维动态聚焦扫描系统。
进一步的，
所述激光清洗参数包括激光功率、脉冲宽度、激光焦斑、扫描速度、填充间距、离焦量、加工次数。
根据多孔区中各孔的污染程度，分别设置各孔的激光清洗参数，生成多孔区的多组加工层数据。
对于实体区，设置第一组激光清洗参数，生成用于清洗实体区表面的加工层数据，设置第二组激光清洗参数，生成用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据。
多孔网状结构物体的激光清洗方法，包括：
S1：获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
S2：对该三维模型进行处理，划分出多孔区和实体区；
S3：分别设置多孔区与实体区的激光清洗参数，生成多组加工层数据，保存于数据库中；
S4：以一三维动态聚焦扫描系统，读取数据库中的加工层数据，根据加工层数据对多孔区和实体区进行区别性激光清洗。
所述激光清洗参数包括激光功率、脉冲宽度、激光焦斑、扫描速度、填充间距、离焦量、加工次数。
根据多孔区中各孔的污染程度，分别设置各孔的激光清洗参数，生成多孔区的多组加工层数据。
对于实体区，设置第一组激光清洗参数，生成用于清洗实体区表面的加工层数据，设置第二组激光清洗参数，生成用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据。
对于实体区，激光清洗参数设置第一激光功率、第一脉冲宽度、第一光斑直径、第一扫描速度、第一填充间距、第一离焦量、第一加工次数，生成实体区对应的加工层数据；对于多孔区，激光清洗参数设置第二激光功率、第二脉冲宽度、第二光斑直径、第二扫描速度、第二填充间距、第二离焦量、第二加工次数，生成多孔区对应的加工层数据；其中，第一激光功率不大于第二激光功率，第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，第一光斑直径不小于第二光斑直径，第一扫描速度不小于第二扫描速度，第一离焦量不小于第二离焦量，第一填充间距不小于第二填充间距，第一加工次数不大于第二加工次数。
对于轻微污染的孔，激光清洗参数设置为第三激光功率、第三脉冲宽度、第三光斑直径、第三扫描速度、第三填充间距、第三离焦量、第三加工次数，生成该孔对应的加工层数据；对于严重污染的孔，激光清洗参数设置为第四激光功率、第四脉冲宽度、第四光斑直径、第四扫描速度、第四填充间距、第四离焦量、第四加工次数，生成该孔对应的加工层数据；其中，第三激光功率不大于第四激光功率，第三脉冲宽度不小于第四脉冲宽度，第三光斑直径不小于第四光斑直径，第三扫描速度不小于第四扫描速度，第三离焦量不小于第四离焦量，第三填充间距不小于第四填充间距，第三加工次数不大于第四加工次数。
本发明的优点是：
本发明的装置及方法，可实现对多孔网状结构物体的区别性清洗，既可对多孔区进行精细化的彻底清洗，又可对无孔的实体区进行快速高效的清洗，同时，能够对实体区进行粗糙化处理，以增加物体表面的涂层结合力。
附图说明
图1是本发明的激光清洗装置的结构框图。
图2是本发明的激光清洗方法流程示意图。
图3是本发明一具体实施例的清洗流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明公开的多孔网状结构物体的激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，三维动态聚焦扫描系统包括动态聚焦镜组、X轴振镜、Y轴振镜、振镜控制单元，动态聚焦镜组包括Z轴振镜、两片聚焦镜；Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜、Y轴振镜顺序设置于激光器发出的激光光路上；振镜控制单元分别与X轴振镜、Y轴振镜、Z轴振镜的伺服电机相连接，用于通过控制伺服电机动作而调整X轴振镜、Y轴振镜及Z轴振镜的镜片的位置，使得激光光束聚焦于待清洗物体表面的不同位置上，实现对物体表面的激光清洗过程。
计算机控制系统包括模型获取单元，模型处理单元、数据库、参数读取及输出单元，
模型获取单元，用于获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
模型处理单元，用于对该三维模型进行处理，划分出多孔区和实体区，根据设置的激光清洗参数生成多孔区和实体区的多组加工层数据，其中，一组加工层数据对应一组激光清洗参数；
数据库，用于保存多孔区和实体区的多组加工层数据；
参数读取及输出单元，用于读取数据库中的加工层数据，并输出至振镜控制单元，由振镜控制单元根据加工层数据对物体表面进行区别性清洗。
如图2所示，本发明公开的多孔网状结构物体的激光清洗方法，包括以下步骤：
S1：获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
该三维模型可以通过导入已有的三维模型获取，也可以通过三维扫描设备对物体进行扫描，根据扫描数据重构三维模型获取。
S2：对该三维模型进行处理，划分出多孔区和实体区；
对三维模型上的数据采样点进行坐标变换，通过数据重构和图像处理，提取孔的边界轮廓，此过程属于已有的图像处理技术，本发明不再详述。
根据边界轮廓将三维模型划分为具有网孔的多孔区和没有网孔的实体区，以采用不同的激光清洗工艺对多孔区和实体区进行区别性清洗。
S3：分别设置多孔区与实体区的激光清洗参数，生成多组加工层数据，保存于数据库中；
将待清洗的多孔网状结构物体放置在激光清洗工作台上，调整聚焦位置，使得物体实物与其三维模型相对于激光入射光的位置一致；设置多孔区与实体区的激光清洗参数，包括激光功率、脉冲宽度、激光焦斑、扫描速度、填充间距、离焦量、加工次数等；根据设置的激光清洗参数，生成不同区域对应的加工层数据，该加工层数据包括位置参数及相对应的激光清洗参数。
对于实体区，激光清洗参数设置第一激光功率、第一脉冲宽度、第一光斑直径、第一扫描速度、第一填充间距、第一离焦量、第一加工次数等，生成实体区对应的加工层数据，实现高效清洗；对于多孔区，激光清洗参数设置第二激光功率、第二脉冲宽度、第二光斑直径、第二扫描速度、第二填充间距、第二离焦量、第二加工次数等，生成多孔区对应的加工层数据，实现精细化清洗；其中，第一激光功率不大于第二激光功率，第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，第一光斑直径不小于第二光斑直径，第一扫描速度不小于第二扫描速度，第一离焦量不小于第二离焦量，第一填充间距不小于第二填充间距，第一加工次数不大于第二加工次数；
由于多孔区中各个孔的污染严重程度不同，根据各孔的污染程度，可进一步设置多孔区中各个孔的激光清洗参数，以生成各个孔对应的加工层数据。具体的说，对于轻微污染的孔，激光清洗参数设置为第三激光功率、第三脉冲宽度、第三光斑直径、第三扫描速度、第三填充间距、第三离焦量、第三加工次数等，生成该孔对应的加工层数据；对于严重污染的孔，激光清洗参数设置为第四激光功率、第四脉冲宽度、第四光斑直径、第四扫描速度、第四填充间距、第四离焦量、第四加工次数等，生成该孔对应的加工层数据，以对污染严重的孔进行更为彻底的清洗；其中，第三激光功率不大于第四激光功率，第三脉冲宽度不小于第四脉冲宽度，第三光斑直径不小于第四光斑直径，第三扫描速度不小于第四扫描速度，第三离焦量不小于第四离焦量，第三填充间距不小于第四填充间距，第三加工次数不大于第四加工次数。
S4：读取数据库中的加工层数据，输出至三维动态聚焦扫描系统，系统根据加工层数据对多孔区和实体区进行区别性激光清洗。
三维动态聚焦扫描系统的振镜控制单元根据数据库中的加工层数据，对多孔区域和实体区进行区别性激光清洗。对于多孔区，根据多孔区的多组加工层数据，进行精细、慢速清洗，进而对各个网孔内的污物进行彻底清洗；对于实体区，根据实体区的加工层数据，进行快速清洗，以提高清洗效率。这样，通过不同区域的动态聚焦控制和精准扫描加工，实现对不同区域清洗力的精准控制，可达到良好的清洗效果，兼具较高的清洗效率。
如图3所示，于一具体实施例中，首先获取多孔网状结构物体的三维模型，根据其三维模型的数据采样点进行数据重构和图像处理，提取出孔的边界轮廓，划分得到多孔区(包括孔111和孔112)和实体区12，其中，孔112较孔111污染物较多，堵塞更为严重；
对于多孔区的孔111，设置激光清洗参数如下：激光功率为设备满功率的80％，脉冲宽度在10～100ns之间，扫描速度在5000mm/s左右，激光表面聚焦光斑直径在0.06mm左右，无离焦量(离焦量为0)，填充间距为0.04mm，加工次数为2次；对于污染较严重的孔112，进一步提高激光功率到满功率的90％，减小激光脉冲宽度，降低扫描速度到3000mm/s以下，光斑直径不变，离焦量不变，填充间距不变，增加激光加工次数以实现表面洁净。
对于实体区12，设置激光清洗参数如下：激光功率为设备满功率的50％，脉冲宽度在100ns以上，扫描速度在10000mm/s以上，设定光斑正离焦，使得光斑直径在0.1mm(离焦量的具体数值和激光焦距有关，具体可通过调整光斑直径大小确定)，填充间距在0.08mm，加工次数为1次。
考虑到多孔网状结构物体的特殊需求，不仅需要表面洁净，还需在表层涂覆功能涂层(如感光胶、防锈漆、耐磨材料等)，涂覆功能涂层对于实体区具有特定的表面粗糙度要求，这种情况下，对于实体区，首先设置第一组激光清洗参数，以生成用于清洗实体区表面的加工层数据，然后设置第二组激光清洗参数，以生成用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据，三维动态聚焦扫描系统根据这两组加工层数据对实体区表面依次进行清洗、粗糙化处理，可增加功能涂层与多孔网状结构物体表面之间的结合力。
例如，用于清洗实体区表面的加工层数据，其对应的第一组激光清洗参数如下：激光功率为设备满功率的50％，脉冲宽度在100ns以上，扫描速度在10000mm/s以上，设定光斑正离焦，使得光斑直径在0.1mm，填充间距为0.08mm，加工次数为1次，激光清洗处理后实体区表面粗糙度在Ra0.8μm以下；用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据，其对应的第二组激光清洗参数如下：主要调整脉冲宽度在50ns，填充间距为0.1mm，其他工艺参数可保持不变，加工次数为2次，激光清洗处理后实体区表面粗糙度Ra控制在0.8～25.4μm之间。
所述的多孔网状结构物体的孔可以是长方孔、菱形孔、圆孔、长圆孔、六角形孔等规则和不规则的孔结构。孔的单边长度在0.01-100mm之间的任意形状，孔的分布可以是任意的。
多孔网状结构物体可以采用机械冲压、铣削、雕刻、编织、铸造、烧结、刻蚀、3D打印等方法制备；多孔网状结构物体的材料可以是钢、铝、铜等各种金属，及陶瓷材料、高分子材料和复合材料等。
本发明的多孔网状结构物体的激光清洗装置及方法，通过将多孔网状结构物体划分为多孔区和实体区，根据多孔区中各孔的污染程度，生成相应的加工层数据，对各孔进行区别性、精细化清洗，对实体区生成相应的加工层数据实现快速高效的清洗，若多孔网状结构物体具有涂覆功能涂层的应用需求，则对实体区额外生成增加表面粗糙度的加工层数据，提升涂层与物体的结合力。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.多孔网状结构物体的激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，其特征在于，该计算机控制系统包括模型获取单元，模型处理单元、数据库、参数读取及输出单元，
模型获取单元，用于获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
模型处理单元，用于将该三维模型划分成多孔区和实体区，设置多孔区的激光清洗参数，并生成多孔区对应的加工层数据，设置实体区的激光清洗参数，并生成实体区对应的加工层数据；
数据库，用于保存多孔区和实体区对应的加工层数据；
参数读取及输出单元，用于读取数据库中的加工层数据，并输出至该三维动态聚焦扫描系统。
2.根据权利要求1所述的多孔网状结构物体的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗参数包括激光功率、脉冲宽度、激光焦斑、扫描速度、填充间距、离焦量、加工次数。
3.根据权利要求2所述的多孔网状结构物体的激光清洗装置，其特征在于，根据多孔区中各孔的污染程度，分别设置各孔的激光清洗参数，生成多孔区的多组加工层数据。
4.根据权利要求2或3所述的多孔网状结构物体的激光清洗装置，其特征在于，对于实体区，设置第一组激光清洗参数，生成用于清洗实体区表面的加工层数据，设置第二组激光清洗参数，生成用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据。
5.多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，包括：
S1：获取待清洗的多孔网状结构物体的三维模型；
S2：对该三维模型进行处理，划分出多孔区和实体区；
S3：分别设置多孔区与实体区的激光清洗参数，生成多组加工层数据，保存于数据库中；
S4：以一三维动态聚焦扫描系统，读取数据库中的加工层数据，根据加工层数据对多孔区和实体区进行区别性激光清洗。
6.根据权利要求5所述的多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，所述激光清洗参数包括激光功率、脉冲宽度、激光焦斑、扫描速度、填充间距、离焦量、加工次数。
7.根据权利要求6所述的多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，根据多孔区中各孔的污染程度，分别设置各孔的激光清洗参数，生成多孔区的多组加工层数据。
8.根据权利要求6或7所述的多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，对于实体区，设置第一组激光清洗参数，生成用于清洗实体区表面的加工层数据，设置第二组激光清洗参数，生成用于增加实体区表面粗糙化的加工层数据。
9.根据权利要求6所述的多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，对于实体区，激光清洗参数设置第一激光功率、第一脉冲宽度、第一光斑直径、第一扫描速度、第一填充间距、第一离焦量、第一加工次数，生成实体区对应的加工层数据；对于多孔区，激光清洗参数设置第二激光功率、第二脉冲宽度、第二光斑直径、第二扫描速度、第二填充间距、第二离焦量、第二加工次数，生成多孔区对应的加工层数据；其中，第一激光功率不大于第二激光功率，第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，第一光斑直径不小于第二光斑直径，第一扫描速度不小于第二扫描速度，第一离焦量不小于第二离焦量，第一填充间距不小于第二填充间距，第一加工次数不大于第二加工次数。
10.根据权利要求7所述的多孔网状结构物体的激光清洗方法，其特征在于，对于轻微污染的孔，激光清洗参数设置为第三激光功率、第三脉冲宽度、第三光斑直径、第三扫描速度、第三填充间距、第三离焦量、第三加工次数，生成该孔对应的加工层数据；对于严重污染的孔，激光清洗参数设置为第四激光功率、第四脉冲宽度、第四光斑直径、第四扫描速度、第四填充间距、第四离焦量、第四加工次数，生成该孔对应的加工层数据；其中，第三激光功率不大于第四激光功率，第三脉冲宽度不小于第四脉冲宽度，第三光斑直径不小于第四光斑直径，第三扫描速度不小于第四扫描速度，第三离焦量不小于第四离焦量，第三填充间距不小于第四填充间距，第三加工次数不大于第四加工次数。
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