CN109365416A - 采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其核心改进是在原有激光清洗设备上为箱体引入了过滤模组和保护气体供给装置，箱体内部通过上、下隔板分隔成上、中、下三个腔室，上腔室设置驱动激光清洗头的运动模组，箱体上设有与中腔室相通的进样口，通过上样抽屉运载上样托盘进出进样口，箱体上还设置连通中腔室的排气口和充气口，排气口上设置排风扇，而充气口与保护气体供给装置相连，且中腔室内还设有氧含量检测传感器和气压传感器；过滤模组包括设于中腔室内并位于上样托盘两侧的进、出风罩和设于下腔室内的滤尘风机，滤尘风机两端分别经进、出风管与进、出风罩相连。该发明不受真空度影响，工作高效，激光清洗效果更好。

Description

采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备

技术领域

本发明涉及一种采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备。

背景技术

铝合金由于其质量轻、导热好、耐腐蚀的特性，被广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中，如作为汽车控制器散热板。现有技术中铝合金制品在化学和物理镀膜前，一般要采用化学酸碱法或喷砂法去除表面油污和氧化膜，以提高镀膜结合力。这两种方法虽然能有效清除铝合金氧化膜，但缺陷也比较明显。其中化学酸碱法的工序较多，而且处理过程中，产生的刺鼻气体对人体健康有严重的损害作用，伴随酸、碱清洗过程中废水排出还会带来环境污染问题。而喷砂法清洗铝合金表面，要求喷砂颗粒细，导致喷砂效率低、粉尘大，并且清洗不够彻底，造成铝合金清洗后镀膜脱落，影响产品最终使用性能。

出于清洗效率、人体健康和环境保护等多方面考虑，目前行业内越来越多的采用技术更为先进的激光清洗设备来实施氧化膜的清洗作业。激光清洗的原理主要是利用脉冲激光束辐照使得铝合金制品表面，可以使铝合金制品表面的油污瞬间气化，阳极氧化膜也会因为热应力的作用，龟裂，并在脉冲激光产生的等离子体冲击波作用下，脱离铝合金表面。因此相比传统清洗方式，激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应、效率高和适用于各种材质的物体等特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法，可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。

但裸露在大气中进行清洗的普通激光清洗设备，仍无法满足铝合金、铜合金表面清洗后镀膜无脱落的要求。

为满足要求目前运用广泛且成熟的激光清洗设备多为真空式激光清洗设备，虽然有诸多优点，但在长期使用实践中，其依旧暴露出如下问题：

1）设备工作时需要很高的真空度，因此对于设备外壳有着材质和厚度要求，以此来抵受真空状态下的外界压力挤压，故此类激光清洗设备的制造成本很高；

2）为了防止真空环境对于激光清洗头的损坏，此类设备的激光清洗头往往被设置在真空腔体的外部，激光束通过透明窗作用于制品；实际使用时一方面，外界的激光清洗头缺少腔体保护易受损；另一方面，由于透明窗的阻隔，激光能够多少有所损耗，影响工作效能，并且实际装配时位于外面的激光清洗头及其运动模组需要经常调试，影响工作效率；

3）众所周知，激光清洗加工过程中，产生的粉尘颗粒会降低激光处理效能，故粉尘的清理也是激光清洗加工中重要的一环。而激光清洗设备中通常采用风机吹吸粉尘，但对于制品的真空环境而言，外界气流的引入无疑会破坏内部真空度，给清洗造成很大影响。

发明内容

本发明目的是：提供一种不受真空度影响，工作高效，激光清洗效果更好的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备。

本发明的技术方案是：一种采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，包括箱体、设于箱体内的激光清洗头和连接驱动激光清洗头运动的运动模组，以及电连接激光清洗头的激光器；其特征在于还包括上样模组、过滤模组和保护气体供给装置，所述箱体内部藉由上、下隔板分隔成上、中、下三个腔室，运动模组安装在上隔板上，而激光清洗头经上隔板上的开槽伸入中腔室内；箱体上设有与中腔室相通的进样口，上样模组包括与进样口配合的上样抽屉，上样抽屉内固定用于定位样件的上样托盘；同时箱体上设有与中腔室连通的排气口和充气口，排气口上设置排风扇，而充气口与保护气体供给装置相连，并且中腔室内设有氧含量检测传感器和气压传感器；过滤模组包括设于中腔室内并位于上样托盘两侧的进、出风罩和设于下腔室内的滤尘风机，滤尘风机的进、出口分别经进、出风管与进、出风罩相连；还包括控制器，其与激光器、运动模组、滤尘风机、排风扇、保护气体供给装置、气压传感器和氧含量检测传感器均电连接。

进一步的，本发明中所述上样模组还包括经由支架固定在箱体外壁上的支撑托板，该支撑托板穿过进样口与中腔室内的下隔板水平对齐拼连，支撑托板和下隔板上设有连续的导轨，而上样抽屉的底部设有与导轨配合的滑槽。

更进一步的，本发明中还包括设于支撑托板上连接驱动所述上样抽屉进出中腔室的上样抽屉驱动装置，并且上样抽屉上设有位于上样托盘底部的压力开关，该压力开关和上样抽屉驱动装置均与控制器电连接，上样抽屉驱动装置为气缸或电动推杆。

进一步的，本发明中所述上样抽屉上设有与进样口配合的抽屉前面板，该抽屉前面板四周设有橡胶吸盘，当上样抽屉进入中腔室内时，橡胶吸盘与进样口四周的箱体壁吸合，使得抽屉前面板遮盖并密封进样口。

进一步的，本发明中所述保护气体供给装置包括设于充气口上的充气接口及经管路与充气接口相连的保护气体高压气瓶或保护气体生成机，充气接口上设有电磁阀，电磁阀与控制器电连接，而所述排气口上还设有止回阀。

进一步的，本发明中所述保护气体供给装置供给的保护气体为氮气或氩气，而箱体内的氧气含量控制在5%以下。

进一步的，本发明中所述运动模组具体采用下述结构形式，包括平移驱动机构、升降驱动机构和旋转驱动机构，旋转驱动机构包括旋转电机和与旋转电机的转轴相连的激光清洗头定位座，激光清洗头固定在该激光清洗头定位座上；升降驱动机构包括旋转电机定位座和连接驱动旋转电机定位座上下活动的升降电机，旋转电机固定在旋转电机定位座上；所述平移驱动机构包括升降电机定位座和连接驱动升降电机定位座活动的电动丝杠副或直线电机，所述升降电机固定在升降电机定位座上，所述旋转电机、升降电机和电动丝杠副或直线电机均与控制器电连接。

进一步的，本发明中还包括设于箱体外的机柜，所述控制器和激光器均位于机柜内，机柜上设有与控制器电连接的触控屏。操作人员能够通过触控屏操作并监测激光器、运动模组、滤尘风机、排风扇、保护气体供给装置、气压传感器和氧含量检测传感器的运转，使用非常便利。

本发明的工作原理如下：

初始时，先进行上样操作，待清洗的铝合金制品或铜合金制品样件同常规技术一样采用工装固定在上样托盘上，而上样托盘放置于上样抽屉内与上样托盘配合的凹槽内固定，然后由人工推入箱体的中腔室内；或者对于优化过的自动上料模组，那么当控制器通过压力开关检测到上样托盘上放置有样件后即控制上样抽屉驱动装置驱动上样抽屉自动插入箱体，省去人工作业。

所述中腔室也即清洗腔室，在激光清洗头工作前，我们先要进行气体置换，即工人操作控制器先打开充气接口上的电磁阀，使得保护气体（氮气或氩气）被持续通入箱体内，同时打开排气口上的排风扇排出箱体内原有空气，并通过氧含量检测传感器实时检测箱体内氧含量，待箱体内氧含量满足要求后，激光清洗头即在运动模组带动下对样件表面实施清洗作业，该过程同常规技术一样完全由控制器（PLC）控制。

需要说明在激光清洗的过程中，氧含量检测传感器实时检测箱体内氧气含量，并通过调节保护气体通入的风量始终确保箱体内氧含量在5%以下。且过滤模组也同时运转，过滤模组内的滤尘风机启动后，通过进风罩和进风管将中腔室内夹带激光清洗产生的粉尘碎屑的气体吸入滤尘风机内部，过滤掉粉尘碎屑后，洁净的气体从出风管和出风罩又排回中腔室，即气流在箱体内部不停循环运转持续清理碎屑和粉尘。

清洗完毕后，控制器关闭电磁阀和滤尘风机，并通过运动模组操控激光清洗头复位。工人就能将清洗完毕的样件取出箱体。整个清洗过程各模组的运转均由控制器控制，当然工人亦可通过触控屏操控并调整各组件的具体工作参数（例如激光器运行功率、运动模组的各向行程、排风扇及滤尘风机的排风量，电磁阀的开度等）。

本发明的优点是：

1．本发明工作时采用置换气体的方式向箱体内通入保护气体，配合氧气含量检测装置将氧气含量控制在5%以下，有效防止氧气与铝合金制品表面重新接触氧化，从而确保无氧化激光清洗的顺利进行，不仅工作效能高，而且相比常规技术中抽真空的形式，本发明由于无真空度要求，故对于箱体厚度和激光清洗头强度无高要求，省去前期的抽真空环节，能够提高工作效率并节约生产成本。

2. 本发明中的激光清洗头被置于箱体内，相比现有技术，一方面使其得到很好的保护，另一方面激光清洗头射出的激光束直接与箱体内上样托盘上的样件接触，无阻隔损耗，能够提高工作效能，并且激光清洗头和运动模组均安置在箱体内不受干扰，实际使用时无需像常规技术那样调试，能够提高工作效率。

3. 本发明中设计专门的过滤模组来清除激光清洗产生的碎屑和粉尘，相比现有的除粉装置，该过滤模组采用滤尘风机使得除尘和过滤同步进行，且气流在箱体内部不停循环运转持续清理碎屑和粉尘，运转流畅，除尘效率非常的高。并且由于本案的工作模式无真空度要求，故该过滤模组对于气流的抽吸运转能够与保护气体的通入同步进行，而无需考虑破坏真空度的问题，确保工作过程流畅。

4. 本发明中设计有专门的上料模组进行上料，操作简单，且上料过程不影响箱体内部腔室的密封性能，既提高了工作效率，又能确保装置工作可靠性。而在优化方案中，上料采用自动化控制，当控制器通过压力开关检测到托盘上放置有样件后控制上样抽屉驱动装置驱动上样抽屉自动插入箱体，省去人工作业，过程更加方便，效率更高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例中上样模组的侧向结构示意图（省略箱体内其它组件）。

其中：1、箱体；2、激光清洗头；3、上隔板；4、下隔板；5、进样口；6、上样抽屉；6a、抽屉前面板；7、上样托盘；8、排气口；9、充气口；10、排风扇；11、氧含量检测传感器；12、气压传感器；13、进风罩；14、出风罩；15、滤尘风机；16、进风管；17、出风管；18、支架；19、支撑托板；20、导轨；21、抽屉驱动装置；22、压力开关；23、管路；24、保护气体高压气瓶；25、电磁阀；26、旋转电机；27、升降电机；28、升降电机定位座；29、直线电机；30、机柜；31、触控屏；32、充气接口。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，是本发明采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备的一种具体实施方式，主要用于铝合金制品表面氧化膜的清洗，具体产品为汽车控制器上使用的铝合金散热板件。其同常规技术一样具有箱体1、设于箱体1内的激光清洗头2和连接驱动激光清洗头2运动的运动模组，以及电连接激光清洗头2的激光器。箱体1是采用铝合金框架、钣金外壳和密封胶条拼装构成的密闭腔体。箱体1外并排设置机柜30，机柜30内设置控制器和激光器，控制器为工业PLC控制器，激光器与之电连接。机柜30上设有与内部工业PLC控制器电连接的触控屏31。

本发明的核心改进在于设置了上样模组、过滤模组和保护气体供给装置，所述箱体1内部藉由上、下隔板3、4分隔成上、中、下三个腔室a、b、c，运动模组安装在上隔板3上，而激光清洗头2经上隔板3上的开槽伸入中腔室b内；箱体1上设有与中腔室b相通的进样口5。

其中的上样模组由与进样口5配合的上样抽屉6、上样托盘7和经由支架18固定在箱体1外壁上的支撑托板19共同构成。上样抽屉6内设有与上样托盘7配合的凹槽以固定上样托盘7。支撑托板19穿过进样口5与中腔室b内的下隔板4水平对齐拼连，支撑托板19和下隔板4上设有连续的两条平行导轨20，而上样抽屉6的底部设有与导轨20配合的滑槽，如图1所示。

所述上样抽屉6上设有与进样口5配合的抽屉前面板6a，该抽屉前面板6a四周设有橡胶吸盘（图中未画出），当上样抽屉6进入中腔室b内时，橡胶吸盘与进样口5四周的箱体1壁吸合，使得抽屉前面板6a遮盖并密封进样口5。

同时箱体1上设有与中腔室b连通的排气口8和充气口9，排气口8上设置排风扇10，并且所述排气口8上还设有止回阀（图中未画出）。而充气口9与保护气体供给装置相连，并且中腔室b内还设有氧含量检测传感器11和气压传感器12。本实施例中所述保护气体供给装置包括设于充气口9上的充气接口32及经管路23与充气接口32相连的保护气体高压气瓶24，充气接口32上设有电磁阀25，电磁阀25和排风扇10均与机柜30内的控制器电连接，所述氧含量检测传感器11和气压传感器12也均与控制器电连接。

本实施例中的过滤模组的构成如下：其具有设于中腔室b内并位于上样托盘7两侧的进、出风罩13、14和设于下腔室c内的滤尘风机15，滤尘风机15的进、出口分别经进、出风管16、17与进、出风罩13、14相连。所述滤尘风机15与机柜30内的控制器电连接。

本实施例中所述运动模组参见常规技术，由平移驱动机构、升降驱动机构和旋转驱动机构，旋转驱动机构由旋转电机26和与旋转电机26的转轴相连的激光清洗头定位座（图中不可见）构成，激光清洗头2固定在该激光清洗头定位座上。升降驱动机构由旋转电机定位座和连接驱动旋转电机定位座（图中不可见）上下活动的升降电机27构成，旋转电机26固定在旋转电机定位座上。所述平移驱动机构由升降电机定位座28和连接驱动升降电机定位座28活动的直线电机29构成，所述升降电机27固定在升降电机定位座28上。所述旋转电机26、升降电机27和直线电机29均与控制器电连接。

本发明的工作原理如下：

初始时，先进行上样操作，待清洗的铝合金制品样件同常规技术一样采用工装固定在上样托盘7上，而上样托盘7放置于上样抽屉6内与上样托盘7配合的凹槽内固定，然后由人工推入箱体1的中腔室b内。

所述中腔室b也即清洗腔室，在激光清洗头2工作前，我们先要进行气体置换，即工人操作控制器先打开充气接口32上的电磁阀25，使得保护气体（氮气或氩气）被持续通入箱体1内，同时打开排气口8上的排风扇10排出箱体1内原有空气，并通过氧含量检测传感器11实时检测箱体1内氧含量，待箱体1内氧含量满足要求后，激光清洗头2即在运动模组带动下对样件表面实施清洗作业，该过程同常规技术一样完全由控制器（PLC）控制。

需要说明在激光清洗的过程中，氧含量检测传感器11实时检测箱体1内氧气含量，并通过调节保护气体通入的风量始终确保箱体1内氧含量低于0.1%。且过滤模组也同时运转，过滤模组内的滤尘风机15启动后，通过进风罩13和进风管16将中腔室b内夹带激光清洗产生的粉尘碎屑的气体吸入滤尘风机15内部，过滤掉粉尘碎屑后，洁净的气体从出风管17和出风罩14又排回中腔室b，即气流在箱体1内部不停循环运转持续清理碎屑和粉尘。

清洗完毕后，控制器关闭电磁阀25和滤尘风机15，并通过运动模组操控激光清洗头2复位。工人就能将清洗完毕的样件取出箱体1。整个清洗过程各模组的运转均由控制器控制，当然工人亦可通过触控屏31操控并调整各组件的具体工作参数（例如激光器运行功率、运动模组的各向行程、排风扇10及滤尘风机15的排风量，电磁阀25的开度等）。

实施例2：结合图2所示，本实施例相比实施例1，其不同点在于其上样模组在支撑托板19上还设置有连接驱动所述上样抽屉6进出中腔室b的上样抽屉驱动装置21，并且上样抽屉6上设有位于上样托盘7底部的压力开关22，该压力开关22和上样抽屉驱动装置21均与控制器电连接，上样抽屉驱动装置21为气缸。由于增加了这一自动化上样机构，因此在上样操作过程中，控制器通过压力开关22检测到上样托盘7上放置有样件后即控制上样抽屉驱动装置21（气缸）驱动上样抽屉6自动插入箱体1，省去人工作业，本实施例其余同实施例1，可以参见实施例1的描述。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，包括箱体（1）、设于箱体（1）内的激光清洗头（2）和连接驱动激光清洗头（2）运动的运动模组，以及电连接激光清洗头（2）的激光器；其特征在于还包括上样模组、过滤模组和保护气体供给装置，所述箱体（1）内部藉由上、下隔板（3、4）分隔成上、中、下三个腔室（a、b、c），运动模组安装在上隔板（3）上，而激光清洗头（2）经上隔板（3）上的开槽伸入中腔室（b）内；箱体（1）上设有与中腔室（b）相通的进样口（5），上样模组包括与进样口（5）配合的上样抽屉（6），上样抽屉（6）内固定用于定位样件的上样托盘（7）；同时箱体（1）上设有与中腔室（b）连通的排气口（8）和充气口（9），排气口（8）上设置排风扇（10），而充气口（9）与保护气体供给装置相连，并且中腔室（b）内设有氧含量检测传感器（11）和气压传感器（12）；过滤模组包括设于中腔室（b）内并位于上样托盘（7）两侧的进、出风罩（13、14）和设于下腔室（c）内的滤尘风机（15），滤尘风机（15）的进、出口分别经进、出风管（16、17）与进、出风罩（13、14）相连；还包括控制器，其与激光器、运动模组、滤尘风机（15）、排风扇（10）、保护气体供给装置、气压传感器（12）和氧含量检测传感器（11）均电连接。

2.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于所述上样模组还包括经由支架（18）固定在箱体（1）外壁上的支撑托板（19），该支撑托板（19）穿过进样口（5）与中腔室（b）内的下隔板（4）水平对齐拼连，支撑托板（19）和下隔板（4）上设有连续的导轨（20），而上样抽屉（6）的底部设有与导轨（20）配合的滑槽。

3.根据权利要求2所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于还包括设于支撑托板（19）上连接驱动所述上样抽屉（6）进出中腔室（b）的上样抽屉驱动装置（21），并且上样抽屉（6）上设有位于上样托盘（7）底部的压力开关（22），该压力开关（22）和上样抽屉驱动装置（21）均与控制器电连接，上样抽屉驱动装置（21）为气缸或电动推杆。

4.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于所述上样抽屉（6）上设有与进样口（5）配合的抽屉前面板（6a），该抽屉前面板（6a）四周设有橡胶吸盘，当上样抽屉（6）进入中腔室（b）内时，橡胶吸盘与进样口（5）四周的箱体（1）壁吸合，使得抽屉前面板（6a）遮盖并密封进样口（5）。

5.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于所述保护气体供给装置包括设于充气口（9）上的充气接口（32）及经管路（23）与充气接口（32）相连的保护气体高压气瓶（24）或保护气体生成机，充气接口（32）上设有电磁阀（25），电磁阀（25）与控制器电连接，而所述排气口（8）上还设有止回阀。

6.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于所述保护气体供给装置供给的保护气体为氮气或氩气，而箱体（1）内的氧气含量控制在5%以下。

7.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于所述运动模组包括平移驱动机构、升降驱动机构和旋转驱动机构，旋转驱动机构包括旋转电机（26）和与旋转电机（26）的转轴相连的激光清洗头定位座，激光清洗头（2）固定在该激光清洗头定位座上；升降驱动机构包括旋转电机定位座和连接驱动旋转电机定位座上下活动的升降电机（27），旋转电机（26）固定在旋转电机定位座上；所述平移驱动机构包括升降电机定位座（28）和连接驱动升降电机定位座（28）活动的电动丝杠副或直线电机（29），所述升降电机（27）固定在升降电机定位座（28）上，所述旋转电机（26）、升降电机（27）和电动丝杠副或直线电机（29）均与控制器电连接。

8.根据权利要求1所述的采用保护气体氛围的无氧化激光清洗设备，其特征在于还包括设于箱体（1）外的机柜（30），所述控制器和激光器均位于机柜（30）内，机柜（30）上设有与控制器电连接的触控屏（31）。