CN107639083A - 一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，包括清洗平台和激光清洗装置，激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在激光清洗主机上的光源发射系统，激光清洗主机为一体机框架式，光源发射系统包括控制系统和激光发射器，控制系统用于对激光发射器进行控制，激光发射器中的激光器为脉冲激光器；清洗平台位于激光清洗装置的出光面底端，工作台用于放置待加工的铝合金工件。本发明的清洗设备，以解决上述现有技术存在的问题，利用激光清洗头射出线性光斑对铝合金工件阳极氧化膜进行清洗，保证清洗效果，无需清洗液，是一种绿色环保的清洗方案；本发明还提供一种清洗效率高、清洗效果好的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法。

Description

一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备及清洗方法

技术领域

本发明涉及铝合金阳极氧化膜激光清洗技术领域，特别是涉及一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备及清洗方法。

背景技术

铝合金工件在制造后一般采用阳极氧化的方法生成阳极氧化膜，提高抗腐蚀性，方便储存。但是在对铝合金工件进行焊接工艺时，阳极氧化膜的存在会使得焊缝产生气孔、夹渣等不同程度缺陷，所以需要先去除工件表面的阳极氧化膜。传统的去除方式(人工打磨)，存在清洗效率低下、基体受损和粉尘及颗粒污染严重的问题，清洗效果较差，清洗后的废物不能及时排出，会造成对人体或者环境的污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，以解决上述现有技术存在的问题，利用激光清洗头射出线性光斑对铝合金工件阳极氧化膜进行清洗，保证清洗效果，清洗过程为非接触式清洗，自动化程度高；无需清洗液，是一种绿色环保的清洗方案。本发明还提供一种清洗效率高、清洗效果好的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，包括清洗平台和激光清洗装置，所述激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在所述激光清洗主机上的光源发射系统，所述激光清洗主机为一体机框架式，所述光源发射系统包括控制系统和激光发射器，所述控制系统用于对所述激光发射器进行控制，所述激光发射器中的激光器为脉冲激光器；所述清洗平台位于所述激光清洗装置的出光面底端，所述工作台用于放置待加工的铝合金工件。

可选的，所述激光发射器包括与所述控制系统连接并依次设置的准直隔离器和激光整形器。

可选的，所述激光发射器还包括有与所述控制系统电连接的X扫描器和Y扫描器，激光经所述准直隔离器和所述激光整形器作用后经过所述X扫描器和Y扫描器。

可选的，所述激光发射器还包括透镜，所述透镜位于所述X扫描器和Y扫描器的末端，所述透镜为F-theta透镜。

可选的，所述激光器中的激光清洗头内置有振镜系统。

可选的，所述激光器为纳秒级脉冲激光器。

可选的，所述清洗设备还包括吸尘装置，所述吸尘装置包括烟雾净化器和吸尘竹节管，所述烟雾净化器和吸尘竹节管均与所述待加工的铝合金工件相邻设置。

可选的，所述吸尘竹节管与铝合金工件的待清洗部位成45°角设置。

本发明还提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法，该清洗方法应用于上述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，清洗方法包括以下步骤：

(1)将铝合金工件固定在清洗平台上，将激光清洗装置移动到工作位置，调整吸尘竹节管和烟雾净化器的位置，使得吸尘竹节管与待清洗部位成45°角；

(2)完成前期设备检查后，调节激光发射器的位置，保证焦距的稳定长度；

(3)通过控制系统设定工艺参数，并利用长焦深技术，使得激光束成δ角入射；

(4)开启所述吸尘竹节管和烟雾净化器，所述激光发射器的振镜系统开始工作，激光发射器启动，对铝合金工件的阳极氧化膜进行清洗；

(5)激光清洗完成预定清洗次数后，关闭激光发射器，关闭吸尘竹节管和烟雾净化器，激光清洗工作停止。

(6)清洗完成后观察清洗后的结果，根据清洗后的表面状态，重复进行所述步骤(3)到步骤(5)的过程，完成铝合金阳极氧化膜的清洗。

可选的，所述激光束成δ角入射，δ的取值范围为10°≤δ≤30°。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、清洗效率高、清洗效果好。本发明为激光干式清洗，原理是利用脉冲激光束辐照使得工件表面阳极氧化物，颗粒吸收激光能量直接升华或者瞬间汽化蒸发，采用百纳秒级光纤激光器，具备更高的清洗效率和更好的清洗效果；本发明采用长焦深技术，该技术使得激光对待清洗面进行清洗时允许具有一定的高度差(约1cm)，能对同一端面的不同高度或对不同的端面同时进行清洗，提高了工作效率。

2、节约成本。本发明清洗效率更高，表面清洗质量更好，清洗后依旧附着在表面的颗粒很少，数量可以忽略不计，不需要引入压缩空气机，节约了设备空间和成本。

3、应用范围广。本发明采用采用光纤激光器，活动性大，便携性好，占用空间小，维护成本低，能清洗复杂工件，清洗领域广。

4、环境污染小。本发明采用吸尘竹节管和烟雾净化器，去除清洗颗粒残渣和吸收粉尘污染，经过过滤后排出净化的空气，对环境和人体损害小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备的结构示意图；

图2为铝合金阳极氧化膜激光干式清洗整体示意图；

图3为铝合金工件待清洗部位长焦深技术作用示意图；

图4为铝合金工件阳极氧化膜激光清洗流程图；

其中，1控制系统；2准直隔离器；3激光整形器；4Y扫描器；5X扫描器；6透镜；7清洗平台；8吸尘装置；9待加工的铝合金工件；10激光束。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，以解决上述现有技术存在的问题，利用激光清洗头射出线性光斑对铝合金工件阳极氧化膜进行清洗，保证清洗效果，清洗过程为非接触式清洗，自动化程度高；无需清洗液，是一种绿色环保的清洗方案。本发明还提供一种清洗效率高、清洗效果好的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法。

本发明提供的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，包括清洗平台和激光清洗装置，激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在激光清洗主机上的光源发射系统，激光清洗主机为一体机框架式，光源发射系统包括控制系统和激光发射器，控制系统用于对激光发射器进行控制，激光发射器中的激光器为脉冲激光器；清洗平台位于激光清洗装置的出光面底端，工作台用于放置待加工的铝合金工件。

将待加工的铝合金工件固定在清洗平台上，然后将激光清洗装置移动到工作位置，调整光源发射系统的位置，并通过控制系统调整激光发射器中的光源，对清洗平台上的待加工的铝合金工件进行清洗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-4，其中，图1为本发明中铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备的结构示意图；图2为铝合金阳极氧化膜激光干式清洗整体示意图；图3为铝合金工件待清洗部位长焦深技术作用示意图；图4为铝合金工件阳极氧化膜激光清洗流程图。

如图1-4所示，本发明提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，包括清洗平台7和激光清洗装置，激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在激光清洗主机上的光源发射系统，激光清洗主机为一体机框架式，光源发射系统包括控制系统1和激光发射器，控制系统1用于对激光发射器进行控制，激光发射器中的激光器为脉冲激光器；清洗平台7位于激光清洗装置的出光面底端，工作台用于放置待加工的铝合金工件9。

激光发射器包括与控制系统1连接并依次设置的准直隔离器2和激光整形器3、与控制系统1电连接的X扫描器5和Y扫描器4，激光经准直隔离器2和激光整形器3作用后经过X扫描器5和Y扫描器4，还包括透镜6，该透镜6选用F-theta透镜。由控制系统1控制准直隔离器2，出光后经过激光整形器3变成点光斑，然后经过Y扫描器4和X扫描器5后变成二维的面光束，经过F-theta透镜后达到工件表面变成线光斑，激光束10对工件表面进行激光清洗，并配置吸尘系统完成清洗过程中的粉尘污染收集。

本发明中的激光器为纳秒级脉冲激光器，激光平均功率为30W～1000W，可调脉宽为100～300ns，激光重复频率为10～1000kHz，激光光斑直径为0.03mm～0.1mm，脉冲能量为0.5～100mJ。

激光清洗头内置振镜系统，通过调节高斯光斑大小及排列，调整线间距保证光斑的搭接率为0.5～0.7。即假设横向线光斑直径为d1，纵向线光斑直径为d2，侧向线光斑直径为d3，搭接率ε₁、ε₂满足条件为d₁＝ε₁d₃，d₂＝ε₂d₃，ε₁、ε₂∈(0.5,0.7)。

清洗设备还包括吸尘装置8，吸尘装置8包括烟雾净化器和吸尘竹节管，烟雾净化器和吸尘竹节管均与待加工的铝合金工件9相邻设置。吸尘竹节管与铝合金工件的待清洗部位成45°角设置。激光清洗主机的一体机框架为铝合金，吸尘竹节光用于去除清洗时产生的颗粒残渣，烟雾净化器收集粉尘并净化处理。

本发明还提供一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法，该清洗方法应用于上述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，清洗方法包括以下步骤：

(1)将铝合金工件固定在清洗平台7上，将激光清洗装置移动到工作位置，调整吸尘竹节管和烟雾净化器的位置，通常情况下使得吸尘竹节管与待清洗部位成45°角；

(2)完成前期设备检查后，调节激光发射器的位置，保证焦距的稳定长度；

(3)通过控制系统1设定工艺参数，分别设定平均功率为30W～500W，可调宽度为100～300ns，激光重复频率为10～1000KHz，激光光斑直径为0.03mm～0.1mm，脉冲能量为0.5～100mJ，并利用长焦深技术，使得激光束10成δ(10°≤δ≤30°)角入射；

(4)开启所述吸尘竹节管和烟雾净化器，激光发射器的振镜系统开始工作，激光发射器启动，对铝合金工件的阳极氧化膜进行清洗；

(5)激光清洗完成预定清洗次数后，关闭激光发射器，关闭吸尘竹节管和烟雾净化器，激光清洗工作停止。

(6)清洗完成后观察清洗后的结果，根据清洗后的表面状态，重复进行步骤(3)到步骤(5)的过程，完成铝合金阳极氧化膜的清洗。

(7)重复步骤(1)～(6)完成对下一个待加工的铝合金工件9的阳极氧化膜清洗。

激光清洗过程中，因为工件表面在加工后存在一定的不平整，微观结构上有起伏，所以采用长焦深技术，激光束10采用角度入射δ(10°≤δ≤30°)，该技术使得激光对待请洗面进行清洗时允许具有一定的高度差(约1cm)，能对同一端面的不同高度或对不同的端面同时进行清洗。

基于上述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备和清洗方法，在清洗过程中的工艺为：

由于采用阳极氧化方法生成的阳极氧化膜厚度大约在微米级以上，根据工件上阳极氧化膜厚度的不同，通过选择不同的工艺参数来获得更好的清洗效果，具体如下：

1、阳极氧化膜厚度为1～15μm时，激光功率选择100～250W，脉宽选择100～300ns，清洗速度选择2～3m/s。

2、阳极氧化膜厚度为15～30μm时，激光功率选择250～400W，脉宽选择100～300ns，清洗速度选择1.5～2.5m/s。

3、阳极氧化膜厚度为30μm以上时，激光功率选择400～1000W，脉宽选择100～300ns，清洗速度选择0.5～2m/s。

本发明提供的铝合金阳极氧化膜清洗的方法，原理是利用脉冲激光束10辐照使得工件表面阳极氧化物，颗粒吸收激光能量直接升华或者瞬间汽化蒸发。本发明旨在解决现有方式去除铝合金表面阳极氧化膜所采用的传统方法(人工打磨)存在的清洗效率低下、基体受损和粉尘及颗粒污染严重的问题。利用吸尘系统和烟雾净化器有效地去除清洗残渣和吸收粉尘，经过过滤后排出净化的空气，以保证激光清洗机使用时和使用后对人体和环境无害。图2中圈示部分为清洗区域局部图。

需要说明的是，本发明中的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备和清洗方法的技术方案并不局限，还可以是以下方式：

1、能采用其他的激光清洗方法，如激光湿式清洗，激光+惰性气体清洗等，虽然应用的范围不如激光干式清洗广，效果有所差异，但是合理选择工艺参数及选用配套设备，能一定程度上有效地完成清洗；

2、能采用其他作用原理的激光干式清洗去除颗粒，如热膨胀、振动波和光压力等；

3、能改换其他的激光器及激光器类型；

4、激光清洗步骤顺序能做柔性调整；

5、激光清洗工艺参数能做其他组合匹配；

本发明中提到的相关数据以及相关形状的设定，也可根据实际的加工需求进行适应性的改变，均在本发明的保护范围内。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：包括清洗平台和激光清洗装置，所述激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在所述激光清洗主机上的光源发射系统，所述激光清洗主机为一体机框架式，所述光源发射系统包括控制系统和激光发射器，所述控制系统用于对所述激光发射器进行控制，所述激光发射器中的激光器为脉冲激光器；所述清洗平台位于所述激光清洗装置的出光面底端，所述工作台用于放置待加工的铝合金工件。

2.根据权利要求1所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述激光发射器包括与所述控制系统连接并依次设置的准直隔离器和激光整形器。

3.根据权利要求2所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述激光发射器还包括有与所述控制系统电连接的X扫描器和Y扫描器，激光经所述准直隔离器和所述激光整形器作用后经过所述X扫描器和Y扫描器。

4.根据权利要求3所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述激光发射器还包括透镜，所述透镜位于所述X扫描器和Y扫描器的末端，所述透镜为F-theta透镜。

5.根据权利要求1所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述激光器的激光清洗头中内置有振镜系统。

6.根据权利要求1所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述激光器为纳秒级脉冲激光器。

7.根据权利要求1所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述清洗设备还包括吸尘装置，所述吸尘装置包括烟雾净化器和吸尘竹节管，所述烟雾净化器和吸尘竹节管均与所述待加工的铝合金工件相邻设置。

8.根据权利要求7所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：所述吸尘竹节管与铝合金工件的待清洗部位成45°角设置。

9.一种铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法，该清洗方法应用于权利要求1-8中任一项的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗设备，其特征在于：清洗方法包括以下步骤：

(1)将铝合金工件固定在清洗平台上，将激光清洗装置移动到工作位置，调整吸尘竹节管和烟雾净化器的位置，使得吸尘竹节管与待清洗部位成45°角；

(2)完成前期设备检查后，调节激光发射器的位置，保证焦距的稳定长度；

(3)通过控制系统设定工艺参数，并利用长焦深技术，使得激光束成δ角入射；

(4)开启所述吸尘竹节管和烟雾净化器，所述激光发射器的振镜系统开始工作，激光发射器启动，对铝合金工件的阳极氧化膜进行清洗；

(5)激光清洗完成预定清洗次数后，关闭激光发射器，关闭吸尘竹节管和烟雾净化器，激光清洗工作停止。

(6)清洗完成后观察清洗后的结果，根据清洗后的表面状态，重复进行所述步骤(3)到步骤(5)的过程，完成铝合金阳极氧化膜的清洗。

10.根据权利要求9所述的铝合金阳极氧化膜激光干式清洗的方法，其特征在于：所述激光束成δ角入射，δ的取值范围为10°≤δ≤30°；激光清洗头内置振镜系统，通过调节高斯光斑大小及排列，调整线间距保证光斑的搭接率为0.5～0.7，横向光斑直径为d1，纵向线光斑直径为d2，侧向线光斑直径为d3，搭接率ε₁、ε₂满足条件为d₁＝ε₁d₃，d₂＝ε₂d₃，ε₁、ε₂∈(0.5，0.7)。