CN111069185A

CN111069185A - 一种绕组线的激光清洗装置和方法

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Publication number: CN111069185A
Application number: CN201911189627.5A
Authority: CN
Inventors: 罗雅
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明涉及一种绕组线的激光清洗装置和方法，用于清洗绕线组上的漆膜，所述激光清洗装置包括六轴机械臂、安装在六轴机械臂上的激光加工头和控制器，所述激光加工头包括依次连接的激光器、光斑整形装置、聚焦透镜和保护镜片，所述光斑整形装置用于将圆形点状的激光光斑整形为线状光斑，所述六轴机械臂、激光器和光斑整形装置均连接所述控制器。与现有技术相比，本发明具有绿色环保、激光清洗效率高、自动化程度高、绕线组漆膜清洗范围广等优点。

Description

一种绕组线的激光清洗装置和方法

技术领域

本发明涉及绕组线清洗领域，尤其是涉及一种绕组线的激光清洗装置和方法。

背景技术

21世纪以来，随着经济的不断发展，汽车为人们的出行提供了方便，但是传统的燃油汽车在使用过程中产生了大量有害废气，并加剧对不可再生资源石油的依赖，为此，发展新能源汽车对于改善大气环境以及促进汽车的技术发展及结构升级优化具有非常重要的意义。

电动汽车，作为新能源汽车的一种，电力驱动及控制系统是其核心系统，而驱动电机是该系统的重要核心部件之一。由于电动汽车具有一定的负载要求、技术性能以及工作环境的特殊要求，驱动电机需要特殊的绕组线来延长电机的使用寿命。

电机绕组线最常见的为漆包线，由导体和绝缘层两部分构成，裸线为紫铜，经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。由于电机制造过程中，需要对绕组线的端部进行焊接，焊接过程中需要对漆膜进行清理。

目前常用的方法有以下几种：

1、机械脱漆

机械脱漆就是用机械摩擦的方式达到去除漆层的目的，通常包括手工打磨、动力工具、喷砂、高压水射流等方法。根据摩擦介质的不同，清除效果也不相同，一般均可清除到裸露的基材，并达到一定的粗糙度。

机械脱漆存在的缺点如下：

手工进行机械脱漆时只能针对小范围的油漆进行清理，劳动强度较大，清理效果一般，容易对基材造成损伤。

干喷砂在操作时易产生大量的砂尘，严重危害人体健康；湿喷砂虽克服了干喷砂会产生大量砂尘的缺点，但砂粒经喷砂后被水打湿，再使用时需要进行烘干，有些情况下还会受到客观条件的限制，如在室外操作时，冬季气温下降至0℃以下时，会因水出现结冰而不能正常工作。此外，这种方法对于精细结构的清洗存在局限。

高压水射流清洗技术由于其压力高、流速快，再使用时必须十分注意安全，除了水射流会直接伤人外，高压系统任何细小的泄露都会形成微射流，对人员造成潜在危险，此外需要对高压水射流清洗液进行回收。

2、脱漆剂

目前的脱漆剂有有机溶剂和无机碱两大类。有机溶剂主要利用有机溶剂对漆膜的溶胀作用，使漆膜脱离物体表面达到除漆的目的，其除漆效率高、腐蚀性小，可常温使用。无机碱类多以苛性钠等强碱性物质为主。

使用脱漆剂存在的缺点如下：

有机溶剂毒性较大、成本高、易燃，后续残留废弃物对环境有较大影响。无机碱类工艺需要在加热条件下才能有良好的效果，工艺复杂、操作繁琐、能耗高、处理效率低、使用范围小等缺点。

3、高温分解脱漆

高温分解脱漆是使漆层在足够高的温度和时间条件下，其中的有机高分子化合物发生降解、燃烧气化，不燃烧的成分生成焦状残渣，除漆过程在热清洁炉中完成。

高温分解脱漆存在的缺点如下：

高温分解脱漆因存在升温、保温、降温及后续喷淋清洗流程，整个过程耗时较长。因为是对绕组线额端部特定范围的清洗，该方法会造成其他区域的漆膜损坏，造成电机绕组线绝缘性损坏。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效稳定并且精确地清除绕组线表面的漆膜的绕组线的激光清洗装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种绕组线的激光清洗装置，用于清洗绕线组上的漆膜，所述激光清洗装置包括六轴机械臂、安装在六轴机械臂上的激光加工头和控制器，所述激光加工头包括依次连接的激光器、光斑整形装置、聚焦透镜和保护镜片，所述光斑整形装置用于将圆形点状的激光光斑整形为线状光斑，所述六轴机械臂、激光器和光斑整形装置均连接所述控制器。

激光清洗原理是，漆膜经过激光束照射之后发生分解气化脱离基体表面，从而达到清洗的目的。

进一步地，所述激光器为固体纳秒脉冲激光器。固体纳秒脉冲激光器发出端脉冲激光可以保证基体不发生损伤，同时对其他绝缘层不会造成损伤，保证电机绕组线的绝缘性。

进一步地，所述线状光斑的长度范围为0.8～70mm。

进一步地，所述激光器通过光纤连接所述光斑整形装置。激光通过光纤进行传输，可以与六轴机械臂及工装夹具配合使用，工装夹具用于将激光加工头安装在六轴机械臂上。

进一步地，所述激光加工头还包括保护气装置，该保护气装置包括依次连接的气源和气路，所述气路中连接有电磁阀，该电磁阀连接所述控制器，所述气源为纯净压缩空气、氮气或氩气，所述气源的流量为10～40L/min。

进一步地，所述激光加工头还包括吸尘装置，该吸尘装置连接所述控制器。

进一步地，所述激光加工头还包括激光测距传感器，该激光测距传感器连接所述控制器。

进一步地，所述激光清洗装置还包括回转变位机，该回转变位机连接所述控制器，所述绕线组固定连接所述回转变位机。

本发明还提供一种采用上述的激光清洗装置的激光清洗方法，该方法包括以下步骤：

激光清洗装置预设置步骤：在控制器中预先存储控制六轴机械臂带动激光加工头运动轨迹的程序；

激光参数调整步骤：根据被清洗绕线组上漆膜的性质，设置激光参数，包括脉冲宽度、重复频率、平均功率、扫描速度等。；

光斑整形装置调整步骤：调整光斑整形装置输出的线状光斑的长度；

激光清洗步骤：控制器根据预存储的程序，控制六轴机械臂带动激光加工头在被清洗绕线组表面扫描清洗。

当所述绕线组的材料为紫铜时，所述激光参数包括脉冲宽度为30ns、脉冲频率为10kHz和功率为170～250W。该参数经过大量的实验数据得出的最佳参数，不损伤紫铜基体，以及其他绝缘层，并能够对待焊区域达到清洗效果。

现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明激光清洗方法属于绿色清洗方法，通过六轴机械臂带动激光加工头可以针对指定位置的涂层进行清除，激光加工头内设有光斑整形装置，将激光转换为线光斑，工作效率相对于传统手工、喷砂有很大程度的提高。

(2)本发明激光清洗装置采用固体纳秒脉冲激光器发出的短脉冲激光可以保证基体不发生损伤，同时对其他绝缘层不会造成损伤，保证电机绕组线的绝缘性。

(3)本发明激光清洗装置所配备的吸尘装置在激光发射之前提前一定时间启动，完成加工后滞后一定时间关闭，保证了在整个加工过程中不会对周围环境造成二次污染；吸尘装置与保护气均通过程序进行控制，伴随加工过程自动启动与停止，即保护了绕线组基体，使得清洗绕线组之后基体上没有残留，又提高了本发明激光清洗方法的自动化程度。

(4)本发明激光清洗装置通过激光加工头配合六轴机械手臂及工装夹具便可实现，六轴机械手臂和工装夹具均为本领域常用装置，制造方便。

(5)电机绕组呈圆周分布，绕组线的截面为矩形，需要对矩形的四个面进行清洗，单独依靠六轴机械臂的运动，轨迹会受限，本发明激光清洗装置将绕线组固定连接在回转变位机上，通过回转变位机使得被清洗的绕线组也能作旋转变换动作，六轴机械臂加上回转变位机的联动，提高本发明激光加工头的加工范围，实现全位置的清洗。

(6)本发明激光清洗方法应用范围广，能够清洗不同种类的漆膜，针对不同漆膜的性质，可通过调整加工参数激保证最终的清洗效果。

(7)本发明激光清洗方法不仅能够满足绕组线端部焊接预处理的要求，同时能够精确清洗待处理面积，避免对其他绝缘层的损伤，同时可避免对环境的污染。

(8)本发明激光清洗方法针对绕线组的材料为紫铜时，提供的激光清洗参数，不损伤紫铜基体，以及其他绝缘层，并能够对待焊区域达到很好的清洗效果。

附图说明

图1为本发明激光清洗方法的流程图；

图2为本发明激光清洗装置使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例的目的是提供一种绕组线的激光清洗装置和方法，用于清洗新能源电动汽车电机用绕组线6，本实施例激光清洗方法能够高效稳定并且精确地清除绕组线表面的漆膜。具体地，漆膜经过激光束照射之后发生分解气化脱离基体表面，从而达到清洁的目的。

下面对本实施例激光清洗装置和方法进行详细描述：

1、激光清洗装置

如图1所示，本实施例绕组线的激光清洗装置包括六轴机械臂、安装在六轴机械臂5上的激光加工头和控制器，激光加工头包括依次连接的激光器1、光斑整形装置3、聚焦透镜和保护镜片4，光斑整形装置用于将圆形点状的激光光斑整形为线状光斑，六轴机械臂、激光器和光斑整形装置均连接控制器。本实施例采用工装夹具将激光加工头固定安装在六轴机械臂上。

本实施例所选激光器为固体纳秒脉冲激光器，所发射激光波长为1064nm，激光功率连续可调，重复频率可优化调节。脉冲激光在激光器内的谐振腔中产生，经过光纤2传输至激光加工头的光斑整形装置。

本实施例激光加工头安装在六轴机械手臂上，可通过控制机械手臂的运动在待清洗表面上移动，实现对指定位置的清洗，也可调节激光的入射角度。

光斑整形系统可将原圆形点状光斑整形成线状光斑且线光斑长度可根据需要调整，调整范围为0.8～70mm。光束整形后依次通过聚焦透镜和保护镜片最终照射在绝缘层上，使绝缘层发生分解气化。

激光加工头还包括保护气装置，用于释放保护气防止激光对绕组线造成损伤，保护气装置包括依次连接的气源和气路，气路中连接有电磁阀，该电磁阀连接控制器，气源为纯净压缩空气、氮气或氩气，气源的流量为10～40L/min；

吸尘装置，用于对激光清洗时产生的污物进行收集、过滤，从而避免了二次污染，保证整个清洗过程不会对周围环境及人员造成不利影响。

激光测距传感器，用于实时监测激光加工头与待清洗表面的距离，通过与机械手臂和其他工装夹具的配合使用可以使激光焦点在工作时始终位于待清洗表面上，激光测距传感器连接控制器。

回转变位机7，该回转变位机连接控制器，绕线组固定连接回转变位机。

2、激光清洗方法

如图2所示，采用本实施例激光清洗装置的激光清洗方法包括以下步骤：

激光清洗装置预设置步骤S1：在控制器中预先存储控制六轴机械臂带动激光加工头运动轨迹的程序，并调整吸尘装置输入端(吸嘴)、保护气装置输出端(压缩器喷嘴)和激光加工头，两两间的相对位置；

激光参数调整步骤S2：根据被清洗绕线组上漆膜的性质，设置激光参数，包括脉冲宽度、重复频率、平均功率、扫描速度等。本实施例提供一组激光清洗参数示例如下，脉冲宽度为30ns，脉冲频率10kHz，功率170～250W；

光斑整形装置调整步骤S3：启动光斑整形系统，调整光斑整形装置输出的线状光斑的长度，设置为10mm；

激光清洗步骤S4：控制器根据预存储的程序，控制六轴机械臂带动激光加工头在被清洗绕线组表面扫描清洗，漆膜发生分解气化后的物质通过吸尘装置进行收集。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种绕组线的激光清洗装置，用于清洗绕线组上的漆膜，其特征在于，所述激光清洗装置包括六轴机械臂、安装在六轴机械臂上的激光加工头和控制器，所述激光加工头包括依次连接的激光器、光斑整形装置、聚焦透镜和保护镜片，所述光斑整形装置用于将圆形点状的激光光斑整形为线状光斑，所述六轴机械臂、激光器和光斑整形装置均连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光器为固体纳秒脉冲激光器。

3.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述线状光斑的长度范围为0.8～70mm。

4.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光器通过光纤连接所述光斑整形装置。

5.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光加工头还包括保护气装置，该保护气装置包括依次连接的气源和气路，所述气路中连接有电磁阀，该电磁阀连接所述控制器，所述气源为纯净压缩空气、氮气或氩气，所述气源的流量为10～40L/min。

6.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光加工头还包括吸尘装置，该吸尘装置连接所述控制器。

7.根据权利要求1所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光加工头还包括激光测距传感器，该激光测距传感器连接所述控制器。

8.根据权利要求1至7任一所述的一种绕组线的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗装置还包括回转变位机，该回转变位机连接所述控制器，所述绕线组固定连接所述回转变位机。

9.一种采用权利要求1所述的激光清洗装置的激光清洗方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

激光参数调整步骤：根据被清洗绕线组上漆膜的性质，设置激光参数；

10.根据权利要求9所述的一种激光清洗方法，其特征在于，当所述绕线组的材料为紫铜时，所述激光参数包括脉冲宽度为30ns、脉冲频率为10kHz和功率为170～250W。