CN107030387A - 铝合金零件表面脱漆处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用激光技术在铝合金零件表面进行脱漆处理的方法及装置。本发明铝合金零件表面脱漆处理装置，包括工作台、三维桁架、激光器、激光扫描装置和控制系统，其中，所述三维桁架包括X轴桁架、Y轴桁架和Z轴桁架；工作台平行于水平面设置，X轴桁架与工作台平行地设置在同一水平面上，其中X轴桁架位于整个三维桁架的底部，其顶部设有沿X轴方向延伸的滑槽；Z轴桁架活动设置于X轴桁架顶部的滑槽中；Y轴桁架活动设置于Z轴桁架上，可分别沿Z轴和Y轴方向滑动。本发明所述铝合金零件表面脱漆处理装置，控制系统可以根据不同的漆层组合来调整激光器内激光参数和三维桁架的运动轨迹，运行速度，准确、高效脱掉漆层而不伤及基体。

Description

铝合金零件表面脱漆处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用激光技术在铝合金零件表面进行脱漆处理的方法及装置。

背景技术

铝合金的使用在现实生活处处可见，特别是飞机上大部分零件都是用铝合金制造。而飞机在使用4年左右,就需要进行D检及大修一次。在大修时,需要把整机蒙皮表面漆层全部及大部分关键零件表面漆层除掉,这不仅是为了大修后重新涂漆以得到一个崭新的防护装饰涂层,更是为了检测发现机体或结构件的缺陷和疲劳裂纹,从而避免飞机发生疲劳破坏事故。在飞机制造过程中也经常遇到零件返修需要脱漆。

目前国内飞机零部件及整机蒙皮脱漆主要采用化学溶剂法和机械打磨法脱漆。

化学溶剂（脱漆剂等）脱漆法又可分为脱漆剂法和酸液浸泡法脱漆，整机蒙皮及大部件脱漆主要用脱漆剂脱漆法，小零件多用酸液浸泡法脱漆。

然而采用脱漆剂脱漆的缺点很多,A.有毒有害污染环境。B.成本高，单机脱漆时脱漆剂使用量非常大，某中型运输机除漆时,每架需要脱漆剂2.4吨以上,每吨脱漆剂价值3.8万元人民币。由此可知,该型飞机的脱漆费用,仅脱漆剂一项就需9万多元。C.脱漆剂对铆在机体上的钢质铆钉有腐蚀作用。酸液浸泡脱漆易造成零件腐蚀，且酸液易飞溅灼伤操作者皮肤。

机械打磨法：只用于部分零件，质量差，效率低，易伤及基体，对环境有污染。

无论是化学溶剂法是打磨法，除了有毒有害、污染环境、成本高外，都会给飞机带来一定的安全隐患。

现在国际上使用一种非接触、无打磨、安全环保的激光清洗技术进行脱漆。

上世纪80-90年代激光清洗技术的出现，迅速得到人们的青睐，现已在欧美得到广泛应用，已用于空客和波音飞机整机脱漆。我国则是在2000年后开始激光清洗技术的理论研究工作，陆续有研究文章发表。

上个世纪80年代，开始有研究人员开始关注激光在脱漆方面的应用，但是由于技术等原因，激光脱漆技术并没有实用化。到了上个世纪90年代，德国和日本先后研制出了可实际应用于激光脱漆的激光器。在国内，关于激光脱漆的实验的报导直到本世纪初才出现。2002年中国科学院上海光学精密机械研究所的罗红心和程兆谷发表了关于大功率连续输出的激光对飞机进行脱漆的文章。2005年，郑光、谭荣清、郑义军等人对激光脱漆实验进行了研究。2012年，南开大学的施曙东等人对准连续激光钢基底表面除漆及激光峰值功率密度和激光扫描搭接率对激光清洗的影响进行了研究。近年来国内也有多款激光清洗机面世，但几乎没有真正在飞机工业生产实际中应用。

发明内容

本发明提出一种激光技术在铝合金零件表面进行脱漆处理的方法及装置。

本发明铝合金零件表面脱漆处理装置，包括工作台、三维桁架、激光器、激光扫描装置和控制系统，其中，所述三维桁架包括X轴桁架、Y轴桁架和Z轴桁架；工作台平行于水平面设置，X轴桁架与工作台平行地设置在同一水平面上，其中X轴桁架位于整个三维桁架的底部，其顶部设有沿X轴方向延伸的滑槽；Z轴桁架滑动设置于X轴桁架顶部的滑槽中；Y轴桁架通过滑块与Z轴桁架相连，其中滑块沿Z轴方向滑动，Y轴桁架沿Y轴方向与滑块滑动相连；激光器固定设置于Y轴桁架上，激光扫描装置固定设置在激光器出光口上，当Y轴桁架沿Y轴方向滑动时，所述激光器及激光扫描装置的投影均落在工作台上；所述激光器、激光扫描装置、X轴桁架、Y轴桁架和Z轴桁架均分别连接在控制系统上。

优选地，所述激光器为二氧化碳激光发生器。

进一步地，所述激光扫描装置包括扫描振镜和微型电机，所述扫描振镜和微型电机均集成在同一模块中。

更进一步地，还包括除尘器，所述除尘器与控制系统相连，所述除尘器设有两个吸风管，两吸风管均设置Y轴桁架上，且分别对称地设置在激光扫描装置的两侧。

更进一步地，所述除尘器的吸风口与激光器中激光的聚焦面之间的距离为30-50mm。

更进一步地，还包括与控制系统相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器和控制系统外部。

更进一步地，还包括与控制系统相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器或控制系统外部。

本发明所述铝合金零件表面脱漆处理装置，控制系统可以根据不同的漆层组合来调整激光器内激光参数和三维桁架的运动轨迹，运行速度，准确、高效脱掉漆层而不伤及基体，除了漆层爆裂、燃烧产生的烟尘和漆层废渣外，没有其他的污染物，干净环保，同时通过三维桁架活动除漆，除漆速度快，洁净、消除条纹、提高了生产效率。

铝合金零件表面脱漆处理的方法，包括以下步骤：

1）将待除漆工件放置在工作台上，通过激光扫描装置扫描脱漆零件轮廓形状、表面特征、待脱漆区域信息，并将上述信息编制在控制系统中，用以设定三维桁架的运动轨迹程序；

2）在控制系统中根据漆层种类、漆层组合及漆层厚度设定激光器中的激光参数，激光的激发电流为35-40mA；激光扫描装置的运行速度为6000-9000mm/s；扫描线距为0.3mm；

3）启动激光器预热3分钟，进入准备工作状态，控制系统1控制三维桁架的X轴桁架、Y轴桁架、Z轴桁架，分别沿X轴、Y轴、Z轴三个方向运动，使激光器按设定轨迹运动，与工件形状吻合；

4）到达控制系统中设定的脱漆起始位置前1秒钟激光器发出脉冲激光，脉冲激光束传递到工件待脱漆表面，进行脱漆作业；

5）脱漆完成，控制系统关闭，工作停止。

优选地，在启动激光器的同时，控制系统启动除尘器。

进一步地，在启动激光器的同时，控制系统启动水冷装置。

本发明所述铝合金零件表面脱漆处理方法，（1）成本低廉，只产生电费，设备一次投入费用较高，但可以长期使用；（2）可精准控制，通过对三维桁架的运行轨迹进行数字化控制，使激光头和工件表面始终保持稳定的距离，使得脱漆效果最佳；（3）激光脱漆是无直接接触，对基体不产生化学或机械损伤，脱漆后产品表面好；（4）操作简单，本发明能够很好地满足飞机零部件及整机脱漆要求，自动化程度高，操作简单；同时通过调整控制系统参数可对各种类型的漆料（醇酸类、树脂类、聚氨酯类漆）和不同类型的漆层（底漆、底漆+面漆、涂层）进行去除，且不损伤基体材料（包括铝合金蒙皮表面氧化膜）；（5）脱漆效率高，每分钟脱漆面积可达0.3平方米甚至更高，且可长时间稳定使用；（6）环保无污染，作业过程中不用化学清除剂、不产生废液废渣。

附图说明

图1是本发明实施例1的连接结构示意图。

图2是三维桁架的方向图。

图中：1-控制系统；2-X轴桁架；3-Y轴桁架；4-Z轴桁架；5-激光扫描装置；6-三维桁架；7-工作台。

具体实施方式

实施例1

本发明铝合金零件表面脱漆处理装置，包括工作台7、三维桁架6、激光器、激光扫描装置5和控制系统1，其中，所述三维桁架6包括X轴桁架2、Y轴桁架3和Z轴桁架4；工作台7平行于水平面设置，X轴桁架2与工作台7平行地设置在同一水平面上，其中X轴桁架2位于整个三维桁架6的底部，其顶部设有沿X轴方向延伸的滑槽；Z轴桁架4滑动设置于X轴桁架2顶部的滑槽中；Y轴桁架3通过滑块与Z轴桁架4相连，其中滑块沿Z轴方向滑动，Y轴桁架沿Y轴方向与滑块滑动相连；激光器固定设置于Y轴桁架3上，激光扫描装置5固定设置在激光器出光口上，当Y轴桁架3沿Y轴方向滑动时，所述激光器及激光扫描装置5的投影均落在工作台7上；所述激光器、激光扫描装置5、X轴桁架2、Y轴桁架3和Z轴桁架4均分别连接在控制系统1上。本发明所述激光器为二氧化碳激光发生器。其中激光扫描装置5包括扫描振镜和微型电机，所述扫描振镜和微型电机均集成在同一模块中。

使用时按照以下步骤进行铝合金零件表面脱漆处理的方法，包括以下步骤：

（1）将待除漆工件放置在工作台7上，通过激光扫描装置5扫描脱漆零件轮廓形状、表面特征、待脱漆区域信息，并将上述信息编制在控制系统1中，用以设定三维桁架6的运动轨迹程序；

2）在控制系统1中根据漆层种类、漆层组合及漆层厚度设定激光器中的激光参数，激光的激发电流为35-40mA；激光扫描装置5的运行速度为6000-9000mm/s；扫描线距为0.3mm；

3）启动激光器预热3分钟，进入准备工作状态，三维桁架6启动，控制系统1控制三维桁架6的X轴桁架2、Y轴桁架3、Z轴桁架4，分别沿X轴、Y轴、Z轴三个方向运动，使激光器按设定轨迹运动，与工件形状吻合；

4）到达控制系统1中设定的脱漆起始位置前1秒钟激光器发出脉冲激光，脉冲激光束传递到工件待脱漆表面，进行脱漆作业；

5）脱漆完成，控制系统1关闭，工作停止。

实施例2。

本实施例还包括与控制系统1相连的除尘器3，所述除尘器3设有两个吸风管，两吸风管均设置Y轴桁架3上，且分别对称地设置在激光扫描装置5的两侧，所述除尘器3的吸风口与激光器中激光的聚焦面之间的距离为30-50mm。本实施例在启动激光器的同时，控制系统1启动除尘器，除尘器吸风口跟随激光器移动，30-50mm，该距离可以及时有效的吸走激光脱漆产生的烟雾和漆片粉尘，同时可防止烟尘污染场镜，在同步吸收脱漆过程中产生的烟尘及颗粒物，通过除尘器过滤收集，实现无污染作业，从而实现清洁生产绿色制造的目的。

实施例3。

本实施例与实施例1或2基本相同，不同之处在于本实施例还包括与控制系统1相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器和控制系统1外部。

本实施例利用水冷装置的循环管回路为激光器和控制系统1冷却，避免因温度过高而导致设备损坏。

实施例4。

本实施例与实施例1或2基本相同，不同之处在于还包括与控制系统相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器外部。

本实施例利用水冷装置的循环管回路为激光器冷却，避免因温度过高而导致设备损坏。

Claims (10)

1.铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：包括工作台（7）、三维桁架（6）、激光器、激光扫描装置（5）和控制系统（1），其中，所述三维桁架（6）包括X轴桁架（2）、Y轴桁架（3）和Z轴桁架（4）；工作台（7）平行于水平面设置，X轴桁架（2）与工作台（7）平行地设置在同一水平面上，其中X轴桁架（2）位于整个三维桁架（6）的底部，其顶部设有沿X轴方向延伸的滑槽；Z轴桁架（4）滑动设置于X轴桁架（2）顶部的滑槽中；Y轴桁架（3）通过滑块与Z轴桁架（4）相连，其中滑块沿Z轴方向滑动，Y轴桁架沿Y轴方向与滑块滑动相连；激光器固定设置于Y轴桁架（3）上，激光扫描装置（5）固定设置在激光器出光口上，当Y轴桁架（3）沿Y轴方向滑动时，所述激光器及激光扫描装置（5）的投影均落在工作台（7）上；所述激光器、激光扫描装置（5）、X轴桁架（2）、Y轴桁架（3）和Z轴桁架（4）均分别连接在控制系统（1）上。

2.如权利要求1所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：所述激光器为二氧化碳激光发生器。

3.如权利要求1或2所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：所述激光扫描装置（5）包括扫描振镜和微型电机，所述扫描振镜和微型电机均集成在同一模块中。

4.如权利要求3所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：还包括除尘器，所述除尘器与控制系统（1）相连，所述除尘器设有两个吸风管，两吸风管均设置Y轴桁架（3）上，且分别对称地设置在激光扫描装置（5）的两侧。

5.如权利要求4所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：所述除尘器的吸风口与激光器中激光的聚焦面之间的距离为30-50mm。

6.如权利要求5所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：还包括与控制系统（1）相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器和控制系统（1）外部。

7.如权利要求5所述铝合金零件表面脱漆处理装置，其特征在于：还包括与控制系统（1）相连的水冷装置，所述水冷装置包括制冷机和循环管回路，所述循环管回路分别套设于激光器或控制系统（1）外部。

8.如权利要求3所述铝合金零件表面脱漆处理的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将待除漆工件放置在工作台（7）上，通过激光扫描装置（5）扫描脱漆零件轮廓形状、表面特征、待脱漆区域信息，并将上述信息编制在控制系统（1）中，用以设定三维桁架（6）的运动轨迹程序；

2）在控制系统（1）中根据漆层种类、漆层组合及漆层厚度设定激光器（2）中的激光参数，激光的激发电流为35-40mA；激光扫描装置（5）的运行速度为6000-9000mm/s；扫描线距为0.3mm；

3）启动激光器预热3分钟，进入准备工作状态，三维桁架（6）启动，控制系统（1）控制三维桁架（6）的X轴桁架（2）、Y轴桁架（3）、Z轴桁架（4）分别沿X轴、Y轴、Z轴三个方向运动，使激光器按设定轨迹运动，与工件形状吻合；

4）到达控制系统（1）中设定的脱漆起始位置前1秒钟激光器（2）发出脉冲激光，脉冲激光束传递到工件待脱漆表面，进行脱漆作业；

5）脱漆完成，控制系统（1）关闭，工作停止。

9.如权利要求8所述铝合金零件表面脱漆处理的方法，其特征在于：在启动激光器的同时，控制系统（1）启动除尘器。

10.如权利要求8或9所述铝合金零件表面脱漆处理的方法，其特征在于：在启动激光器的同时，控制系统（1）启动水冷装置。