CN110730694A - 激光清洗装置及激光清洗方法 - Google Patents

Abstract

在激光清洗装置(100)中，具有：作业台(12)，其对被清洗部件(23A)进行保持；加热装置，其对被清洗部件(23A)进行加热；送风机构(3)，其向被清洗部件(23A)的表面送风出气体(22)；激光照射部(1)，其向被清洗部件(23A)的表面照射激光(21)；以及移动机构(15)，其使照射至被清洗部件(23A)的表面的激光(21)的光斑(S)相对于被清洗部件(23A)而相对移动。

Description

激光清洗装置及激光清洗方法

技术领域

本发明涉及通过照射激光，从而对金属部件进行脱脂的激光清洗装置，以及使用了该激光清洗装置的激光清洗方法。

背景技术

如钢材这样其本身不具有防锈功能的金属部件容易生锈，因此在从制造商出厂时，在表面涂敷有防锈油。另外，在对金属部件进行加工时，使用切削油、冲压油，因此在金属部件的表面会附着油分。对于附着有油分的金属部件的表面而言，粘接剂容易剥离。因此，在对附着有油分的金属部件进行粘接的情况下，需要经过将在金属部件的表面附着的油分去除的脱脂清洗工艺。

以往，作为脱脂清洗技术，广泛地利用使用清洗液的湿式清洗，但对于使用清洗液的方法而言，制造成本的上升、制造工时的增加、环境对策这样的负担大。因此，作为不使用清洗液的干式清洗技术，使用激光清洗。

激光清洗是利用在将高能量密度的激光照射至物质时，构成物质被爆炸性地放出的被称为激光烧蚀的现象的清洗方法。但是，在激光清洗中，存在飞散的油分的再次附着这样的课题。因此，公开了通过使吸引单元和送风单元追随激光的扫描部位，从而对伴随激光的照射而飞散的油分的再次附着进行抑制的技术(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利第5302724号公报

发明内容

但是，在专利文献1所记载的激光清洗装置中，从被清洗部件即金属部件去除的油分的一部分有时再次附着于金属部件中的已清洗的部分。另外，仅通过激光的照射，有时不能将油分完全去除，发生清洗不均。另外，由于被清洗部件即金属部件中的被照射激光的部位和周围的部位的温度差，有可能在金属部件发生变形。

本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其得到能够对所去除的油分的再次附着及油分的清洗不均进行抑制，并且对被清洗部件即金属部件产生变形进行抑制的激光清洗装置。

本发明所涉及的激光清洗装置，其具有：作业台，其对被清洗部件进行保持；加热装置，其对被清洗部件进行加热；送风机构，其向被清洗部件的表面送风出气体；激光照射部，其向被清洗部件的表面照射激光；以及移动机构，其使照射至被清洗部件的表面的激光的光斑相对于被清洗部件相对移动。

发明的效果

本发明得到一种激光清洗装置，其使附着于被清洗部件的油分的温度上升，使流动性变得良好，由此能够防止被清洗部件的清洗不均。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光清洗装置的概略的图。

图2是从正面方向观察而说明实施方式1所涉及的激光清洗装置的作用的示意图。

图3是从侧面方向观察而说明实施方式1所涉及的激光清洗装置的作用的示意图。

图4是说明使用了实施方式1的激光清洗装置的清洗工序的图。

图5是表示实施方式1的激光清洗装置的第1变形例的图。

图6是表示实施方式1的激光清洗装置的第2变形例的图。

图7是表示实施方式1的激光清洗装置的第3变形例的图。

图8是表示实施方式1的激光清洗装置的第4变形例的图。

图9是表示本发明的实施方式2所涉及的激光清洗装置的概略的图。

图10是从正面方向观察而说明实施方式2所涉及的激光清洗装置的作用的示意图。

图11是从侧面方向观察而说明实施方式2所涉及的激光清洗装置的作用的示意图。

图12是表示实施方式2的激光清洗装置的第1变形例的图。

图13是表示实施方式2的激光清洗装置的第2变形例的图。

图14是表示本发明的实施方式3所涉及的激光清洗装置的概略的图。

图15是表示本发明的实施方式4所涉及的激光清洗装置的概略的图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的激光清洗装置的优选的实施方式进行说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光清洗装置100的概略的图。另外，图2是从正面观察激光清洗装置100的作用的示意图，图3是从侧面观察激光清洗装置100的作用的示意图。如图1所示，激光清洗装置100具有基座11、激光单元1、柱13、作业台12和XY台15。

在基座11安装有柱13和XY台15。激光单元1支撑于柱13。另外，作业台12固定于XY台15之上。

如图2及图3所示，激光单元1向保持于作业台12的被清洗部件即金属部件23A照射激光21。此外，激光单元1的激光光源及激光驱动装置配置于激光清洗装置100的外部。作为激光光源而使用YAG激光(波长1064nm)。此外，激光光源也可以是二氧化碳激光(波长10.6μm)。

如图3所示，激光单元1具有偏转机构，该偏转机构使激光21的光斑S以一定的角度往复扫描，使用了电流镜。激光21的光斑S的直径能够通过更换在激光光学系统中使用的透镜而进行变更。此外，激光21的偏转机构并不限定于扫描方式，也可以是扩散方式。

作业台12具有对金属部件23A进行保持的未图示的保持机构。另外，XY台15能够通过未图示的驱动装置，在图1中由箭头表示的X方向及Y方向进行移动。作业台12伴随XY台15的移动而进行移动，由此能够使金属部件23A在XY方向移动。此外，XY台15的移动速度设为不会发生清洗不均的速度。

根据以上的结构，例如，使激光21在Y方向扫描，使作业台12在X方向移动，由此能够在保持于作业台12上的金属部件23A的矩形的范围进行激光21的照射。

另外，柱13具有使激光单元1上下升降的升降机构。激光单元1通过柱13的升降机构，相对于作业台12上的被清洗部件能够在上下方向进行移动。由此，即使金属部件23A为具有凹凸的形状，也能够将激光21的焦点对准金属部件23A的表面。

另外，激光清洗装置100具有送风机构3和吸引机构5。送风单元3通过送风单元保持机构4而支撑于基座11。另一方面，吸引单元5通过吸引单元保持机构6而支撑于基座11。送风单元保持机构4能够对送风单元3的位置及送风角度进行调整。另一方面，吸引单元保持机构6能够对吸引单元5的位置及送风角度进行调整。

图2及图3是表示对在保持于作业台12上的金属部件23A的表面附着的油分24，从送风单元3送风出气体22，并且照射激光21的状态的示意图。图2示出相对于激光的行进方向从侧面侧观察的情况，图3示出相对于激光的行进方向从正面侧观察的情况。

如图2及图3所示，送风单元3向保持于作业台12上的金属部件23A的表面送风出气体22。送风单元3具有未图示的热源，气体22在送风单元3内加热后被送风。对气体22进行加热的温度设为是从附着于金属部件23A的油分24通过送风出气体22而开始流动的40℃附近至小于附着于金属部件23A的油分24的燃点(大约200℃)的范围。下面，将油分24开始流动的温度称为流动开始温度。流动开始温度是有效利用在JIS 2246所记载的防锈油的流下点试验方法中记载的方法而得到的温度。

使用了激光清洗装置100的金属部件23A的清洗工序，首先，通过从送风单元3送出的被加热的气体22使流动性提高的油分24飞散。接下来，对在金属部件23A的表面残留的油分24，照射激光21，按照上述的顺序，进行油分24的去除。由此，能够从金属部件23A的表面高效地、均匀地将油分24去除。如果该顺序相反，则油分24的去除会发生不均，因此送风单元3的位置及送风方向的调整变得重要。

在图2中，在对金属部件23A进行清洗时，一边使XY台15向箭头D的方向移动一边进行。于是，激光21的光斑S在作业台12上相对地向与箭头D相反的方向移动。在该情况下，关于将气体22向金属部件23A送风的位置，如图2所示，对送风单元保持机构4进行调整，以使得在金属部件23A的表面上，成为激光21的光斑S行进的方向的前方。

此外，关于将气体22向金属部件23A送风的位置，如果从激光21的光斑S大幅地分离，则根据金属部件23A的形状而清洗效率变差。因此，在实施方式1的激光清洗装置100中，如图2所示，对送风单元保持机构4进行调整，以使得从送风单元3送出的气体22横穿激光21的光路，向附着于金属部件23A的油分24照射。在这里，由于气体22横穿激光21的光路引起的、向激光21的功率及光斑S的形状的影响小至能够忽略的程度。

另外，在水平面内，从送风单元3送风的气体22所吹到的范围，设定为比激光21的光斑S扫描的范围宽。而且，与金属部件23A的表面垂直的方向上的、气体22被送风的范围，设定为高于从金属部件23A的表面至附着于金属部件23A的油分24的厚度为止的高度。并且，从送风单元3送风的气体22的方向和金属部件23A的表面所成的角度设定为小于或等于70°。其目的在于，抑制油分24飞散到激光21的光斑S的行进方向的后方，油分24再次附着。

另一方面，吸引单元5对从金属部件23A的表面飞散的油分24等飞散物25进行吸引。吸引单元5如图1所示，配置于作业台12的上方。吸引单元5通过吸引单元保持机构6，调整为能够吸引飞散物25的位置及姿态。另外，吸引单元保持机构6具有对吸引的飞散物25进行回收的配管。

根据以上述方式构成的实施方式1的激光清洗装置100，具有：柱13，其固定于基座11；激光单元1，其支撑于柱13；XY台15；作业台12，其固定于XY台15；送风单元3，其将气体22加热而送风；以及吸引单元5。由此，实施方式1的激光清洗装置100向附着于金属部件23A的表面的油分24从送风单元3送风出被加热的气体22，加热油分24，并且使其飞散。而且，通过XY台15使金属部件23A移动，并且通过激光单元1对在金属部件23A的表面残留的油分24照射激光21，使油分24从金属部件23A的表面飞散。并且，将从金属部件23A的表面飞散的油分24等飞散物25由吸引单元5吸引而回收。由此，不会使飞散的油分24再次附着于金属部件23A的表面，另外，能够将油分24均匀地去除。并且，能够抑制发生由于被照射激光21的部分和其他部分的温度差引起的金属部件23A的变形。

接下来，使用图4，说明使用实施方式1所涉及的激光清洗装置100实施被清洗部件的清洗的工序(S1～S7)。

首先，基于作为被清洗部件的金属部件23A的表面形状，对激光单元1的焦点、送风单元3及吸引单元5的位置及角度进行调整。接下来，将金属部件23A通过未图示的保持件保持于作业台12(S1)。

接下来，向金属部件23A从送风单元3送风出被加热的气体22，使金属部件23A及油分24的温度上升(S2)。此时的温度是基于附着于金属部件23A的油分24的种类而设定的。在附着于金属部件23A的油分24是在常温下流动性高的油分24的情况下，将温度设定得低，在常温下流动性低的油分24的情况下，将温度设定得高。但是，保持为小于油分24的燃点。

金属部件23A及油分24的温度上升，由此从送风单元3送风的气体22使附着于金属部件23A的油分24飞散(S3)。与此同时，开始由吸引单元5进行的飞散物25的吸引(S4)。

接下来，开始XY台15的移动，并且开始来自激光单元1的激光21的照射(S5)。直至激光21的光斑S在金属部件23A的表面扫描结束为止，继续进行送风单元3的气体22的送风和吸引单元5的飞散物25的吸引(S6)。而且，将清洗后的金属部件23A输送至下一工序(S7)。通过以上步骤，附着于金属部件23A的表面的油分24的清洗结束。

此外，在实施方式1的激光清洗装置100中，如图2及图3所示，没有使激光21偏转时的、激光21相对于作业台12的照射角度是垂直的，但并不限定于此。例如，没有使激光21偏振时的、激光21相对于作业台12的照射角度也可以在得到激光烧蚀的效果的范围设定角度。

另外，在实施方式1的激光清洗装置100中，送风单元3及吸引单元5分别配置有1个，但并不限定于此。例如，送风单元3和吸引单元5可以与激光单元1的配置相应地，各自配置大于或等于2个，也可以仅将送风单元3和吸引单元5中的一者配置大于或等于2个。

另外，在实施方式1所涉及的激光清洗装置100中，通过从送风单元3送风的被加热的气体22对金属部件23A及油分24进行了加热，但进行加热的方法并不限定于此。例如，可以如图5所示的第1变形例的激光清洗装置110那样，在作业台12的上方配置加热器单元16，对金属部件23A及油分24进行加热。

加热器单元16通过远红外线的辐射热，对金属部件23A及油分24进行加热。加热器单元16成为长方体的形状，如图5所示，沿在清洗金属部件23A的时使XY台15移动的X方向，配置长度方向。另外，加热器单元16也可以如图5所示，以长度方向成为平行的方式配置2个。加热器单元16的数量并不限定于2个，形状也并不限定于长方体。例如，加热器单元16的数量可以大于或等于3个，形状只要是能够将金属部件23A的表面高效地加热的形状，可以是任意的形状。并且，也可以在通过送风单元3送风被加热的气体22的基础上，还配置加热器单元16。由此，即使在根据油分24的种类，通过被加热的气体22而油分24的温度上升需要时间的情况下，通过加热器单元16，能够加快油分24的温度上升，能够缩短清洗工序所花费的时间。

并且，如图6所示的第2变形例的激光清洗装置120那样，可以在作业台12自身中配置加热器单元17。加热器单元17具有能够同时对作业台12的保持金属部件23A的整个范围进行加热的加热器。由此，能够将金属部件23A及油分24的整体均匀地加热，并且能够在维持对油分24的加热的状态下，照射激光21。由此，能够从金属部件23A的表面均匀地将油分24去除。

另外，如图7所示的第3变形例的激光清洗装置130那样，作为金属部件23A的输送机构，可以配置机器人臂18。机器人臂18具有多个轴和关节，前端部能够在三维方向移动。机器人臂的前端部安装与用途相对应的配件，由此能够与人类的手臂及手的动作同样地，进行抓、放、搬运等作业。通过使用机器人臂18，从而能够自动且连续地处理金属部件23A。机器人臂18通过未图示的保持机构对金属部件23A进行保持，向作业台12上的任意的位置输送金属部件23A。

另外，如图8所示的第4变形例的激光清洗装置140那样，可以配置由刮刀、毛刷或者布等构成的异物去除机构7。由此，能够将附着于金属部件23A的表面的油分以外的难以通过送风及激光照射去除的异物26通过异物去除机构7去除。

实施方式2.

图9是实施方式2所涉及的激光清洗装置200的概略图。实施方式2所涉及的激光清洗装置200与实施方式1的激光清洗装置100的不同点在于，不使激光21进行扫描，而是具有对被清洗对象即圆筒状的金属部件23B进行保持而旋转的旋转装置14。其他结构与实施方式1相同。另外，图10是从正面观察激光清洗装置200的作用的示意图，图11是从侧面观察激光清洗装置200的作用的示意图。

实施方式2所涉及的激光清洗装置200，具有在作业台12之上能够装卸地固定的旋转装置14。旋转装置14具有通过未图示的保持机构对圆筒状的金属部件23B进行保持，以金属部件23B的旋转轴为中心进行旋转的功能。旋转装置14的保持机构具有与车床的卡盘相同的机构。

如图10及图11所示，激光清洗装置200通过旋转装置14，使金属部件23B向箭头R的方向旋转。而且，通过送风单元3，向附着于圆筒状的金属部件23B的表面的油分24送风出被加热的气体22，对金属部件23B及油分24进行加热。而且，金属部件23B及油分24的温度上升，由此从送风单元3送风的气体22使油分24从金属部件23B的表面飞散。与此同时，通过吸引单元5，开始飞散物25的吸引。接下来，使XY台15向箭头D的方向移动，并且通过激光单元1，向金属部件23B的油分24照射激光21。此外，通过旋转装置14使金属部件23B旋转的方向可以是与箭头R相反的方向。

由此，根据实施方式2的激光清洗装置200，能够向圆筒状的金属部件23B的表面的油分24均匀地送风出气体22，并且使油分24飞散并吸引油分24。另外，能够向金属部件23B的油分24均匀地照射激光21。由此，能够从金属部件23B将油分24均匀地去除，并且能够抑制从金属部件23B飞散的油分24再次附着于金属部件23B。并且，能够抑制发生由金属部件23B中的被照射激光21的部分和其他部分的温度差引起的金属部件23B的变形。

另外，在实施方式2中，从送风单元3送风出被加热的气体22，对金属部件23B和油分24进行了加热，但并不限定于此。例如，如图12所示的第1变形例的激光清洗装置210那样，也可以在作业台12的上方配置加热器单元16，对金属部件23B和油分24进行加热。并且，也可以使用加热的气体22的送风和加热器单元16这两者进行加热。

另外，作为实施方式2所涉及的金属部件23B的输送机构，可以如图13所示的第2变形例的激光清洗装置220那样，配置机器人臂18。

实施方式3.

图14是表示实施方式3所涉及的激光清洗装置300的概略图。实施方式3所涉及的激光清洗装置300与实施方式1的不同点在于，将激光单元1由机器人臂19支撑。机器人臂19的结构与在实施方式2的第2变形例中示出的机器人臂18相同。其他结构与实施方式1相同。

机器人臂19通过未图示的保持机构对激光单元1进行保持。而且，能够以与激光正交的轴为中心，使激光单元1旋转。由此，在实施方式3所涉及的激光清洗装置300中，能够将激光单元1的激光的照射位置及激光的照射角度通过机器人臂19进行控制。由此，根据实施方式3所涉及的激光清洗装置300，即使针对在实施方式1中无法照射激光的具有台阶等形状的金属部件23A，也能够照射激光。

此外，在实施方式3中，能够通过机器人臂19，使激光单元1在XYZ方向移动。因此，可以取代柱13及XY台15，将机器人臂19用作移动机构。

实施方式4.

图15是实施方式4所涉及的激光清洗装置400的概略图。

实施方式4所涉及的激光清洗装置400与实施方式3的激光清洗装置300的不同点在于，具有对被清洗对象即圆筒状的金属部件23B进行保持而使其旋转的旋转装置14。其他结构与实施方式3相同。

由此，根据实施方式4所涉及的激光清洗装置400，即使针对在实施方式2中无法照射激光的、具有台阶等形状的金属部件23A，也能够照射激光。

另外，根据实施方式4所涉及的激光清洗装置400，与实施方式2的激光清洗装置200同样地，能够向圆筒状的金属部件23B的表面的油分24均匀地送风出气体22，并且使油分24飞散并吸引油分24。另外，能够向金属部件23B的油分24均匀地照射激光21。由此，能够从金属部件23B将油分24均匀地去除，并且能够抑制从金属部件23B飞散的油分24再次附着于金属部件23B。并且，能够抑制发生由金属部件23B中的被照射激光21的部分和其他部分的温度差引起的金属部件23B的变形。

标号的说明

1激光单元(激光照射部)，3送风单元(送风机构、加热装置)，4送风单元保持机构，5吸引单元(吸引机构)，6吸引单元保持机构，7异物去除机构，11基座，12作业台，13柱(移动机构)，14旋转装置(移动机构)，15XY台(移动机构)，16、17加热器单元(加热装置)，18、19机器人臂(输送机构)，21激光，22气体，23A、23B金属部件(被清洗部件)，24油分(附着物)，25飞散物，100、110、120、130、140、200、210、220、300、400激光清洗装置，S光斑。

Claims (14)

1.一种激光清洗装置，其向被清洗部件的表面照射激光，

从所述被清洗部件的表面去除附着物，

该激光清洗装置具有：

作业台，其对所述被清洗部件进行保持；

加热装置，其对所述被清洗部件进行加热；

送风机构，其向所述被清洗部件的表面送风出气体；

激光照射部，其向所述被清洗部件的表面照射所述激光；以及

移动机构，其使照射至所述被清洗部件的表面的所述激光的光斑相对于所述被清洗部件而相对移动。

2.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其中，

所述移动机构具有使所述激光照射部向彼此正交的3轴方向中的、任意的1轴或者2轴或者3轴的方向移动的机构。

3.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其中，

所述移动机构具有以与所述激光正交的轴为中心，使所述激光照射部旋转的机构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述加热装置是由所述送风机构加热后的所述气体的送风、设置于所述作业台或所述被清洗部件的周围的加热器、在设置所述激光清洗装置的房间或者分区中设置的空调设备中的任意者。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述加热装置将所述附着物的温度加热到40℃至小于所述附着物的燃点的温度为止。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述送风机构向所述被清洗部件的表面中的、所述光斑的行进方向的前方送风出所述气体。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光清洗装置，其中，

向所述被清洗部件送风的所述气体，将向所述被清洗部件照射的所述激光的光路横穿。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述送风机构的沿所述被清洗部件的表面的方向的送风范围，比所述激光的沿所述被清洗部件的表面的方向的照射范围宽。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述送风机构的相对于所述被清洗部件的表面垂直的方向的送风范围，比从所述被清洗部件的表面至所述附着物的表面宽。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述送风机构的所述气体相对于所述被清洗部件的表面的送风角度为0°至70°的范围。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光清洗装置，其中，

所述激光照射部向通过所述送风机构送风出所述气体后的所述被清洗部件的表面照射所述激光。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的激光清洗装置，其中，

具有吸引机构，该吸引机构对通过所述送风而产生的飞散物及通过所述激光的照射而产生的飞散物进行吸引。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的激光清洗装置，其中，

具有输送机构，该输送机构对所述被清洗部件进行输送。

14.一种激光清洗方法，其是使用权利要求1至13中任一项所述的激光清洗装置的激光清洗方法，

该激光清洗方法具有下述工序：

将所述被清洗部件输送至所述激光清洗装置并进行保持的工序；

对附着于所述被清洗部件的附着物进行加热的工序；

将加热至大于或等于流动开始温度的温度的所述附着物通过所述送风机构的送风而吹飞的工序；

将通过所述送风而被吹飞的所述附着物由吸引单元进行吸引的工序；

向通过所述送风而将所述附着物削减后的区域照射所述激光的工序；

将通过所述激光的照射而产生的飞散物由所述吸引单元进行吸引的工序；以及

将清洗完的所述被清洗部件输送至下一工序的工序。

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