CN107649460A - 一种激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，包括框架和固定于框架内的激光清洗主机，激光清洗主机包括连有电源的控制系统和激光清洗头，控制系统用于对激光清洗头的激光进行调整；激光清洗主机外侧的框架上固定有用于夹紧铝合金筒件的筒件夹具，激光清洗头与筒件夹具的位置相对应设置。本发明中的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，采用二轴弹性焦点保持机构，能有效消除工件轴向和径向的跳动，保证焦距始终符合要求，清洗过程稳定；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；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。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗筒件技术领域，特别是涉及一种激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备。
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激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，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筒件阳极氧化膜进行清洗，过程为非接触式清洗方案，自动化程度高，无需清洗液，是一种绿色环保的清洗方案。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，包括框架和固定于所述框架内的激光清洗主机，所述激光清洗主机包括连有电源的控制系统和激光清洗头，所述控制系统用于对所述激光清洗头的激光进行调整；所述激光清洗主机外侧的框架上固定有用于夹紧铝合金筒件的筒件夹具，所述激光清洗头与所述筒件夹具的位置相对应设置。
可选的，所述框架为铝合金框架。
可选的，所述激光清洗主机还包括升降机构和二轴弹性保持架，所述升降机构与所述框架固定连接，所述二轴弹性保持架固定于所述升降机构顶端，且所述二轴弹性保持架的一端固定有所述激光清洗头。
可选的，所述升降机构包括升降机、与升降机连接的升降手轮以及固定连接于所述升降机顶端的导杆，所述二轴弹性保持架通过一固定件设置于所述导杆顶端；所述导杆用于所述升降机升降过程中导向。
可选的，所述固定件是带有斜面的固定件，且所述二轴弹性保持架固定于所述固定件的斜面上。
可选的，所述激光清洗头内置有振镜系统；所述激光清洗头中激光束的入射角δ的取值范围为10°≤δ≤30°。
可选的，所述筒件夹具为L型筒件夹具，所述筒件夹具的底端设置有一用于固定铝合金筒件的旋转固定装置，所述筒件夹具的侧边顶端固定有一滑轮。
可选的，所述设备还包括有线遥控器，所述有线遥控器与所述控制系统电连接。
可选的，所述设备还包括无线遥控器，所述无线遥控器与所述控制系统信号连接。
可选的，所述设备还包括烟雾净化器和吸尘竹节管，所述烟雾净化器设置于所述框架内且与铝合金筒件的激光清洗部位相邻设置，所述吸尘竹节管的吸尘口设置也与所述铝合金筒件的激光清洗部位相邻设置。
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
本发明采用纳秒级光纤激光器，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，所以具备更高的清洗效率；本发明采用长焦深技术，该技术使得激光对端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、工作时焦距稳定，应用范围广
本发明采用二轴弹性焦点保持机构，能有效消除工件轴向和径向的跳动，保证焦距始终符合要求，清洗过程稳定；并且采用光纤激光器，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为本发明中激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备的整体结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为激光清洗主机的结构示意图；
图4为图3的右视图；
图5为激光清洗主机的外观图；
图6为铝合金筒件阳极氧化膜激光干式清洗整体示意图；
图7为铝合金筒件待清洗部位长焦深技术作用示意图；
其中，1框架；2激光清洗主机；3吸尘竹节管；4遥控器；5烟雾净化器；6升降机手轮；7升降机；8导杆；9二轴弹性保持架；10激光清洗头；11筒件夹具；12铝合金筒件；13旋转固定装置；14滑轮；15吸尘口；16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激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，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筒件阳极氧化膜进行清洗，过程为非接触式清洗方案，自动化程度高，无需清洗液，是一种绿色环保的清洗方案。
本发明提供的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，包括框架和固定于框架内的激光清洗主机，激光清洗主机包括连有电源的控制系统和激光清洗头，控制系统用于对激光清洗头的激光进行调整；激光清洗主机外侧的框架上固定有用于夹紧铝合金筒件的筒件夹具，激光清洗头与筒件夹具的位置相对应设置。
首先将待加工清洗的铝合金筒件固定在筒件夹具上，然后开启控制系统使激光清洗头开始工作，对激光清洗头对准铝合金筒件进行激光清洗阳极氧化膜的操作。
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1-7，其中，图1为本发明中激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备的整体结构示意图；图2为图1的左视图；图3为激光清洗主机的结构示意图；图4为图3的右视图；图5为激光清洗主机的外观图；图6为铝合金筒件阳极氧化膜激光干式清洗整体示意图；图7为铝合金筒件待清洗部位长焦深技术作用示意图。
如图1-7所示，本发明提供一种激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，包括铝合金框架和固定于框架1内的激光清洗主机2，激光清洗主机2包括连有电源的控制系统和激光清洗头10，控制系统用于对激光清洗头10的激光进行调整；激光清洗主机2外侧的框架1上固定有用于夹紧铝合金筒件12的筒件夹具11，激光清洗头10与筒件夹具11的位置相对应设置。筒件夹具11为L型筒件夹具，筒件夹具11的底端设置有一用于固定铝合金筒件12的旋转固定装置13，筒件夹具11的侧边顶端固定有一滑轮14，滑轮14用于带动及保证铝合金筒件12在清洗过程中的旋转。
阳极氧化膜：在酸性溶液中，铝阳极在外电流作用下氧化时，同时发生两个过程：氧化膜的生成和氧化膜的溶解，当生成膜的速度超过膜溶解的速度时，铝表面才有氧化膜的实际存在，这就形成了阳极氧化膜。阳极氧化膜的主要组成成分有两种物质Al2O3和Al203·H20。
激光清洗：利用高能激光束16照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除清洁对象表面附着物或表面涂层，从而达到洁净的工艺过程。
本发明中的激光清洗铝合金筒件12阳极氧化膜的设备，是对大型铝合金筒件12进行激光干式清洗，主要是为了去除表面阳极氧化膜。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。在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。传统的去除方法(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，所以采用激光清洗方式能十分高效环保完成阳极氧化膜去除。
在保证高效清洗方面涉及两个重要参数：清洗阈值和损伤阈值。因此激光功率的选择十分重要。清洗阈值是指当激光功率低于某一临界值时，即使延长辐照时间也没有清洗效果。损伤阈值是指当激光功率高于某一阈值时，清洗效果尚好但工件表面已产生损伤。所以在高于清洗阈值低于损伤阈值的范围内，选择尽可能大的激光功率，就能在不损伤工件的前提下高效高质量的清洗表面氧化膜。
大型铝合金筒件12由于构件尺寸限制，使得无法精确保证其圆度，在进行清洗的过程中会产生较大的轴向跳动和径向跳动，这将会导致激光清洗不均匀、不彻底，激光清洗表面效果较差。为了解决大型铝合金筒件12在清洗中的跳动，采用二轴弹性保持架9，利用齿轮的压紧力，两轴弹簧力的作用使得压轮与筒件紧密接触来跟踪筒件旋转所产生径向和轴向跳动，保证焦距的稳定长度，清洗效果得到有效改善。
在环保方面，烟雾净化器5设置于框架1内且与铝合金筒件12的激光清洗部位相邻设置，吸尘竹节管3的吸尘口15设置也与铝合金筒件12的激光清洗部位相邻设置。伴随激光清洗机配套选用吸尘器及烟雾净化器5能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，环保绿色。
本发明中的设备采用纳秒级光纤激光器，原理是利用脉冲激光束16辐照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，所以具备更高的清洗效率，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进行吹除，节约了设备空间和成本；其次，本发明采用百纳秒级光纤激光器，脉冲能量大，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进行吹除，解决了压缩空气吹除颗粒造成的环境污染和人员安全的问题，而且节约了设备空间和成本；再次，本发明引入吸尘竹节管3和烟雾净化器5，在激光清洗过程中有效收集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对人体和环境无害，环保绿色。最后，本发明采用二轴弹性焦点保持机构，利用二轴弹簧的压紧力能有效跟随工件轴向和径向的跳动，在径向和轴向一定长度的范围内使得清洗头与待清洗工件保持相对稳定，保证焦距符合要求。
本发明提供的激光清洗铝合金筒件12阳极氧化膜的设备，框架1用于固定与装持激光清洗机、烟雾净化器5、清洗加工头等部件；吸尘竹节管3用于去除清洗时产生的颗粒残渣；遥控器4可为有线遥控器或者无线遥控器，选用有线遥控器时，有线遥控器用于远程(≤5m)操作红光或激光；烟雾净化器5收集粉尘并净化处理。铝合金框架用于固定机身；升降机手轮6用于调节升降机7高度改变激光清洗头10位置；导杆8用于升降机7升降过程中导向；二轴弹性保持架9用于保持激光清洗头10和铝合金筒件12的相对位置；筒件夹具11用于夹持铝合金筒件12，保持待清洗工件以及执行机构的稳定。
激光清洗头10中的激光器为脉冲激光器，激光器类型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，清洗速度为0.5～5m/min，扫描宽度为5～80mm，吸尘器风量大于300m3/h。
激光清洗头10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。
筒件夹具11用于保持待清洗工件以及执行机构之间的相对稳定。
二轴弹性保持架9用于保持激光清洗头10和铝合金筒件12的相对位置，通过两轴弹簧力的作用使得压轮与筒件紧密接触来跟踪筒件旋转所产生径向和轴向跳动，保证焦距的稳定长度。径向跟踪的行距最大可达50cm，轴向跟踪的行距最大可达30cm。
采用长焦深技术，是因为工件的表面并不是完全平整，微观结构上有一定的高度差，激光束16采用角度入射δ(10°≤δ≤30°)，该技术使得激光对端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。
需要说明的是，激光清洗主机内部所含所有设备在外观、种类和选型等方面可以做出许多变形和修改，均在本发明的保护范围内；可以根据实际的清洗使用方式，改换其他的激光器及激光器类型，也均属于本发明的保护范围；远程控制器可以变更为手动设置，或采用比较复杂的方式如选用运动控制卡利用PC机进行控制或者采用PLC进行控制等；手轮升降机可以改换成电动装置；二轴弹性保持架可以利用其它的压紧零件压紧，能一定程度上完成焦距保持；上述方案的简单置换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)
1.一种激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：包括框架和固定于所述框架内的激光清洗主机，所述激光清洗主机包括连有电源的控制系统和激光清洗头，所述控制系统用于对所述激光清洗头的激光进行调整；所述激光清洗主机外侧的框架上固定有用于夹紧铝合金筒件的筒件夹具，所述激光清洗头与所述筒件夹具的位置相对应设置。
2.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述框架为铝合金框架。
3.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述激光清洗主机还包括升降机构和二轴弹性保持架，所述升降机构与所述框架固定连接，所述二轴弹性保持架固定于所述升降机构顶端，且所述二轴弹性保持架的一端固定有所述激光清洗头。
4.根据权利要求3所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述升降机构包括升降机、与升降机连接的升降手轮以及固定连接于所述升降机顶端的导杆，所述二轴弹性保持架通过一固定件设置于所述导杆顶端；所述导杆用于所述升降机升降过程中导向。
5.根据权利要求4所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述固定件是带有斜面的固定件，且所述二轴弹性保持架固定于所述固定件的斜面上。
6.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述激光清洗头内置有振镜系统；所述激光清洗头中激光束的入射角δ的取值范围为10°≤δ≤30°。
7.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述筒件夹具为L型筒件夹具，所述筒件夹具的底端设置有一用于固定铝合金筒件的旋转固定装置，所述筒件夹具的侧边顶端固定有一滑轮。
8.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述设备还包括有线遥控器，所述有线遥控器与所述控制系统电连接。
9.根据权利要求1所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述设备还包括无线遥控器，所述无线遥控器与所述控制系统信号连接。
10.根据权利要求9所述的激光清洗铝合金筒件阳极氧化膜的设备，其特征在于：所述设备还包括烟雾净化器和吸尘竹节管，所述烟雾净化器设置于所述框架内且与铝合金筒件的激光清洗部位相邻设置，所述吸尘竹节管的吸尘口设置也与所述铝合金筒件的激光清洗部位相邻设置。
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