CN110976437A - 一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊前预处理设备技术领域，尤其是一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，包括变位机及装置系统、激光清洗主机；所述变位机及装置系统包括防护机箱、变位机转台、模组系统、悬吊架组件、人机操控单元；所述变位机转台包括柔性卡爪、手动卡盘、电动旋转台、手动翻转机构、限位锁紧机构、角度刻度指示盘、底座，所述底座上通过手动翻转机构、限位锁紧机构配合安装有电动旋转台，所述电动旋转台上安装有手动卡盘，所述柔性卡爪与手动卡盘之间通过螺栓连接，所述手动翻转机构上设置有角度刻度指示盘。本发明具有返修率低、生产效率高、自动化程度高、环境污染小等优点。

Description

一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备
技术领域
本发明涉及焊前预处理设备技术领域，尤其涉及一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备。
背景技术
铝合金具有轻质高强等良好的力学和加工性能，在航空航天、高速列车、汽车等领域广泛应用，由于铝合金的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等表面性能不太理想，需要通过阳极氧化物或表面涂层加以改进，提高铝合金的外观和使用性能，然而，航空航天以及高速列车等重要铝合金结构件焊接前都需要局部清除其表面的氧化物，如果采用传统人工清理比较好耗时费力，因此迫切需要高效可靠的铝合金氧化物局部清理方法。
传统的焊前清理方法主要是利用机械打磨、化学清洗等方式进行清洗。在工业污染日益严重，环保法令愈发严格的今天，工业生产中化学试剂的使用将越来越少，绿色无污染的工业清洗方式将成为未来生产中的重要需求。本发明专利主要是采用非接触、无污染和高质效的激光预处理以解决上述问题。
激光清洗技术是指利用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈蚀或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净清洗对象的工艺流程。利用激光清洗技术进行焊前预处理具有清洗效率高、清洗质量好、绿色环保与易实现自动化的优点，具有广泛的应用前景。以铝质材料为例，激光清洗可以有效去除铝合金表面附着的氧化层及其他污染物，使铝合金展露基材表面。清洗完成后的表面被轻微强化和粗化，更加有利于焊接，相比未清洗焊缝，激光清洗后，焊缝内部气孔缺陷大大减少，焊缝拉伸性能显著提升。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提出的问题，而提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，包括变位机及装置系统、激光清洗主机；
所述变位机及装置系统包括防护机箱、变位机转台、模组系统、悬吊架组件、人机操控单元；
所述变位机转台包括柔性卡爪、手动卡盘、电动旋转台、手动翻转机构、限位锁紧机构、角度刻度指示盘、底座，所述底座上通过手动翻转机构、限位锁紧机构配合安装有电动旋转台，所述电动旋转台上安装有手动卡盘，所述柔性卡爪与手动卡盘之间通过螺栓连接，所述手动翻转机构上设置有角度刻度指示盘；
所述模组系统包括X轴模组、Y轴微调滑台、Z轴模组、角度转台、清洗头夹具，所述Y轴微调滑台上安装有Z轴模组，所述Z轴模组安装有X轴模组，所述X轴模组上安装有角度转台，所述角度转台上固定安装有清洗头夹具；
所述激光清洗主机包括控制器、光纤激光器、激光清洗头、烟尘净化器、吸尘管，所述激光清洗头夹持固定在模组系统中的清洗头夹具上，所述控制器连接有电源，所述控制器通过导线电性连接有光纤激光器，所述光纤激光器通过光纤连接有激光清洗头，所述烟尘净化器上固定安装有吸尘管。
优选的，所述人机操控单元包括触控显示模块、按钮、三色报警灯、机箱、悬臂，所述悬臂上端固定安装有机箱，所述机箱顶端固定设有三色报警灯，所述机箱上固定安装有触控显示模块，所述触控显示模块下方的迹象上固定设有若干个按钮。
优选的，所述悬吊架组件包括桅杆、滑轨、弹簧平衡器，所述桅杆上端固定安装有滑轨，所述滑轨上安装有弹簧平衡器；
优选的，所述激光器为百纳秒级光纤脉冲激光器。
优选的，所述激光清洗头中封装光学系统由隔离器、匀化器、XY振镜和F透镜组成。
优选的，所述防护机箱底部设有调平脚轮。
本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，有益效果在于：
1、返修率低，生产效率高
本发明可以减少激光铝合金焊接过程气孔、夹渣等焊接缺陷，提高焊接质量和稳定性，减少返修率，提高生产效率；
2、人工劳动强度低，自动化程度高
本发明中工件为人工上下料，只需一键操作实现工件自动化清洗，操作简单，清洗效率高；
3、工作时焦距稳定
本发明中激光清洗头通过夹持器安装于模组系统上，通过严格的轨迹控制可以保持焦距稳定；
4、环境污染小
吸尘装置收集清洗过程中的镀锌层、油污及污物，经过过滤后排出净化的空气，对环境和人体损害少。
附图说明
图1为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的整体结构示意图；
图2为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的变位机及装置系统结构示意图；
图3为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的结构示意图激光清洗主机结构示意图；
图4为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的模组系统结构示意图；
图5为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的人机操控单元结构示意图；
图6为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的变位机转台结构示意图一；
图7为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的变位机转台结构示意图二；
图8为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的悬吊架组件结构示意图；
图9为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的激光预处理效果示意图；
图10为本发明提出的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备的整体结构原理图。
图中：变位机及装置系统1、激光清洗主机2、人机操控单元3、变位机转台4、悬臂吊5、模组系统6、防护机箱7、调平脚轮8、烟尘净化器9、激光器10、控制器11、吸尘管12、清洗头13、清洗头夹具14、角度转台15、Z轴模组16、X轴模组17、Y轴微调滑台18、机箱19、触控显示模块20、按钮21、悬臂22、三色报警灯23、角度刻度指示盘24、手动翻转机构25、限位锁紧机构26、底座27、手动卡盘28、电动旋转台29、柔性卡爪30、滑轨31、桅杆32、弹簧平衡器33、隔离器34、匀化器35、XY振镜36、F透镜37。
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。
实施例1
参照图1-10，一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，1、一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，包括，其特征在于，包括变位机及装置系统1、激光清洗主机2；
变位机及装置系统1包括防护机箱7、变位机转台4、模组系统6、悬吊架组件5、人机操控单元3；防护机箱7主要用于清洗过程中对激光清洗头13、操作人员的保护，以及防止残留烟尘的扩散。
变位机转台4包括柔性卡爪30、手动卡盘28、电动旋转台29、手动翻转机构25、限位锁紧机构26、角度刻度指示盘24、底座27，底座27上通过手动翻转机构25、限位锁紧机构26配合安装有电动旋转台29，电动旋转台29上安装有手动卡盘28，柔性卡爪30与手动卡盘28之间通过螺栓连接，手动翻转机构25上设置有角度刻度指示盘24；变位机转台4用于工件的装夹旋转，柔性卡爪30由卡爪、导杆、弹簧、基体等组成，卡爪为非金属材料加工制作，转动手动卡盘28带动柔性卡爪30移动夹紧工件。手动翻转机构25为为涡轮蜗杆结构，通过手柄可轻松使转台在0-90°轻松翻转，通过角度刻度指示盘24方便读取角度值，然后利用限位锁紧机构26将角度固定在所使用的角度。
模组系统6包括X轴模组17、Y轴微调滑台18、Z轴模组16、角度转台15、清洗头夹具14，Y轴微调滑台18上安装有Z轴模组16，Z轴模组16安装有X轴模组17，X轴模组17上安装有角度转台15，角度转台15上固定安装有清洗头夹具14；模组系统6用于夹持固定激光清洗头13，并带动激光清洗头13完成清洗头姿态的变换。
激光清洗主机2包括控制器11、光纤激光器10、激光清洗头13、烟尘净化器9、吸尘管12，激光清洗头13夹持固定在模组系统6中的清洗头夹具4上，控制器11连接有电源，控制器11通过导线电性连接有光纤激光器10，光纤激光器10通过光纤连接有激光清洗头13，烟尘净化器9上固定安装有吸尘管12。控制器11用于对激光清洗头13的激光进行调整；控制器11可以实现与光纤激光器10与烟尘净化器9的互信，通过控制激光器出光与工件旋转速度以及激光清洗头13运动轨迹和姿态。吸尘管12包括防火吸尘软管、吸尘口以及吸尘口夹具，吸尘口夹具与激光清洗头13固定，所述吸尘口安装于吸尘口夹具。中采用吸尘管12和烟尘净化器9，收集清洗过程中产生的氧化物、灰尘，提高光路空气洁净度，提高清洗效果，经过过滤后排出净化的空气，对环境和人体损害少。
人机操控单元3包括触控显示模块20、按钮21、三色报警灯23、机箱19、悬臂22，悬臂22上端固定安装有机箱19，机箱19顶端固定设有三色报警灯23，机箱19上固定安装有触控显示模块20，触控显示模块20下方的迹象19上固定设有若干个按钮21。人机操控单元3为悬臂摇摆结构，其功能主要用于不同工件自动清洗程序的选择控制，以及清洗头姿态的手动调节，可通过按钮21实现模组、转台的粗调、微调。
悬吊架组件5包括桅杆32、滑轨31、弹簧平衡器33，桅杆32上端固定安装有滑轨31，滑轨31上安装有弹簧平衡器33；悬吊架组件5用于模组系统6在运动中为光纤电缆拉拽提供保护。
激光器10为百纳秒级光纤脉冲激光器。激光平均功率为30W～500W，可调脉宽为100～300ns，激光重复频率为10～500kHz，激光光斑直径为0.03mm～1mm，单脉冲能量为0.06～50mJ。
激光清洗头13中封装光学系统由隔离器34、匀化器35、XY振镜36和F透镜37组成。其内置的振镜系统，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。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，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。
本发明的原理是：通过变位机及装置系统上的转台夹持工件，使工件转动，变位机及装置系统上的模组系统夹持清洗头，并带动清洗头完成清洗头姿态的变换，利用脉冲激光束辐照，使得工件表面氧化物、油污等污物吸收激光能量汽化蒸发或者振动破碎剥离，并通过吸尘设备完成收集，实现铝合金零件待焊区域的激光自动预处理。
本发明在使用时,使用步骤如下:
(1)检查并开启设备，设定工艺参数，分别设定平均功率为100W，脉宽为100ns，激光重复频率为200kHz，激光光斑直径为0.07mm，脉冲能量为1mJ，使激光束垂直入射。
(2)将被清洗工件装夹至变位机及装置系统转台上；
(3)完成前期设备检查后，通过控制器选择零件清洗程序，设备自动调节激光清洗头的位置，保证焦距的稳定长度，并控制转台转速。
(4)激光清洗系统开始工作，激光器启动，吸尘装置启动，待焊区域氧化物及油污激光清洗工作开始。
(5)激光清洗完成预定清洗程序后，关闭激光器，激光清洗头振镜系统停止工作，激光清洗工作停止。
(6)观察清洗后的效果，更换待清洗工件。
(7)重复进行(2)～(5)的过程，完成连续工件待焊区域氧化物及油污激光清洗工作。
实施例2
参照图1-3，作为本发明的另一优选实施例，与实施例1的区别在于，防护机箱7底部设有调平脚轮8。平脚轮8的设置可以方便装置的整体移动。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，包括变位机及装置系统(1)、激光清洗主机(2)；
所述变位机及装置系统(1)包括防护机箱(7)、变位机转台(4)、模组系统(6)、悬吊架组件(5)、人机操控单元(3)；
所述变位机转台(4)包括柔性卡爪(30)、手动卡盘(28)、电动旋转台(29)、手动翻转机构(25)、限位锁紧机构(26)、角度刻度指示盘(24)、底座(27)，所述底座(27)上通过手动翻转机构(25)、限位锁紧机构(26)配合安装有电动旋转台(29)，所述电动旋转台(29)上安装有手动卡盘(28)，所述柔性卡爪(30)与手动卡盘(28)之间通过螺栓连接，所述手动翻转机构(25)上设置有角度刻度指示盘(24)；
所述模组系统(6)包括X轴模组(17)、Y轴微调滑台(18)、Z轴模组(16)、角度转台(15)、清洗头夹具(14)，所述Y轴微调滑台(18)上安装有Z轴模组(16)，所述Z轴模组(16)安装有X轴模组(17)，所述X轴模组(17)上安装有角度转台(15)，所述角度转台(15)上固定安装有清洗头夹具(14)；
所述激光清洗主机(2)包括控制器(11)、光纤激光器(10)、激光清洗头(13)、烟尘净化器(9)、吸尘管(12)，所述激光清洗头(13)夹持固定在模组系统(6)中的清洗头夹具(4)上，所述控制器(11)连接有电源，所述控制器(11)通过导线电性连接有光纤激光器(10)，所述光纤激光器(10)通过光纤连接有激光清洗头(13)，所述烟尘净化器(9)上固定安装有吸尘管(12)。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，所述人机操控单元(3)包括触控显示模块(20)、按钮(21)、三色报警灯(23)、机箱(19)、悬臂(22)，所述悬臂(22)上端固定安装有机箱(19)，所述机箱(19)顶端固定设有三色报警灯(23)，所述机箱(19)上固定安装有触控显示模块(20)，所述触控显示模块(20)下方的迹象(19)上固定设有若干个按钮(21)。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，所述悬吊架组件(5)包括桅杆(32)、滑轨(31)、弹簧平衡器(33)，所述桅杆(32)上端固定安装有滑轨(31)，所述滑轨(31)上安装有弹簧平衡器(33)。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，所述激光器(10)为百纳秒级光纤脉冲激光器。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，所述激光清洗头(13)中封装光学系统由隔离器(34)、匀化器(35)、XY振镜(36)和F透镜(37)组成。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金零件待焊区域的激光自动预处理设备，其特征在于，所述防护机箱(7)底部设有调平脚轮(8)。
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