CN111113792B - 一种螺杆激光清洗装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种螺杆激光清洗装置与方法，装置包括激光源、焦点随动模块、支撑及旋转驱动机构、焦点高度调整机构、平移电动滑台；待清洗螺杆设置于所述支撑及旋转驱动机构上，且以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；所述激光源固定放置于焦点随动模块上，所述焦点随动模块固定放置于所述焦点高度调整机构上，所述焦点高度模块固定放置于所述平移电动滑台上，所述平移电动滑台带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗螺杆轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动。

Description

一种螺杆激光清洗装置与方法

所属技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，尤其是涉及激光清洗设备及方法。

背景技术

挤出机广泛应用于塑料、橡胶、涂料、石油化纤、纸浆、制药、食品等领域的加工中的混炼、挤出、成型等工艺过程。螺杆是挤出机的最重要的部件，直接决定了挤出机的生产效率、塑化质量、熔体温度等。

在塑料、涂料的生产过程中，物料经过高温熔化处理后，螺杆通过剪切、压缩、输送等功能对物料进行加工改性或成型。然而，在实际的生产中，常常遇到本批次产品的生产任务完成，需要更换材料；或者机器需要关电停机，等待下次开机生产等情况。因此，为了保证螺杆的运动精度，避免积存的物料降解后包裹在螺杆表面，就必须在停机后对螺杆表面的物料进行清洗。

对螺杆的清洗，一般是人工手持用液化气等喷枪来烧螺杆，直至螺杆上的附着物碳化，再用铜刷清理，又或者采用自动化的控制，利用机械的金属刷、喷淋等手段实现螺杆表面的清洗。目前的清洗装置及方法，存在劳动强度大、清洗不全面，清洗效率低的缺陷，因此亟需研发一种清洗更全面，清洗效率高的注塑机螺杆清洗装置及方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种激光清洗装置及方法，以实现简化螺杆清洗流程，以及提高螺杆表面清洗效果的目的。

本发明的技术解决方案是：一种螺杆激光清洗装置，包括激光源、焦点随动模块、支撑及旋转驱动机构、焦点高度调整机构、平移电动滑台；

待清洗螺杆设置于所述支撑及旋转驱动机构上，且以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；所述激光源固定放置于焦点随动模块上，所述焦点随动模块固定放置于所述焦点高度调整机构上，所述焦点高度模块固定放置于所述平移电动滑台上，所述平移电动滑台带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗螺杆轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动。

所述激光源用于在水平面沿所述待清洗螺杆的径向方向，向待清洗螺杆表面发射激光束；所述焦点高度调整机构为升降位移台，用于改变激光源焦点的高度位置；

所述焦点随动模块包括前位激光测距仪、后位激光测距仪、前位激光测距仪位置调整机构、后位激光测距仪位置调整机构、随动位移台；所述前位激光测距仪固定放置于所述前位激光测距仪调整机构上，所述后位激光测距仪固定放置于所述后位激光测距仪位置调整机构上；所述前位激光测距仪、后位激光测距仪用于在水平面沿所述待清洗螺杆的径向方向进行测距；所述前位激光测距仪位置调整机构、后位激光测距仪位置调整机构分别用于调整所述前位激光测距仪、后位激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离；所述随动位移台用于根据所述前位激光测距仪和后位激光测距仪的测量结果，实时移动激光源，使所述待清洗螺杆表面接受的激光束一直处于有效的焦深范围内。

所述支撑及旋转驱动机构包括第一驱动轮、第一从动轮、第二驱动轮、第二从动轮、驱动轮和从动轮轴距调整机构和驱动机构；所述第一驱动轮、第二驱动轮同轴线设置，所述第一从动轮、第二从动轮同轴线设置，且所有驱动轮轴线和所有从动轮轴线均与所述待清洗螺杆的轴线平行；所述驱动轮和从动轮轴距调整机构用于调整主动轮轴线与从动轮轴线的距离，用于所述的不同直径的待清洗螺杆的支撑定位；所述第一驱动轮、第二驱动轮采用同步轴联动，所述第一从动轮、第二从动轮与由所述驱动机构驱使转动的驱动轮配合，用于带动所述待清洗螺杆的圆周方向转动。

所述激光源的清洗点和测距仪的测量点置于同一高度。

所述第一驱动轮、第一从动轮、第二驱动轮、第二从动轮直径相等，且均为聚氨酯材料。

所述激光源发出的激光束为脉冲式激光束或连续式激光束；所述激光束经准直聚焦且焦距可调。

经前、后激光测距仪位置调整机构调整后的所述前、后激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离为所述待清洗螺杆导程的整数倍。

还包括烟雾吸收器，用于吸收螺杆清洗过程中产生粉尘和颗粒。

一种利用所述装置进行激光清洗的方法，包括：

1)调整主动轮轴线与从动轮轴线的距离后，将所述待清洗螺杆放置于所述支承及旋转驱动机构上；

2)启动焦点高度调整机构，改变激光源清洗点的高度位置与待清洗螺杆的轴线同一高度；

3)调整所述前位激光测距仪、后位测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离，为所述待清洗螺杆导程的整数倍；启动所述前位激光测距仪，并调整随动位移台，使所述激光源与待清洗表面的距离为所述激光源的焦距。

4)启动所述支撑及旋转驱动机构的驱动机构，所述驱动机构带动所述待清洗螺杆以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；

5)启动电动滑台，所述电动滑台带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗管道轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动。

6)开启激光源，激光扫描方式为线扫描，且扫描方向与所述待清洗螺杆的轴线平行；开启激光源的同时，根据所述的前位测距仪数值的变化，焦点随动模块带动所述激光源随动。当清洗长度过半时，焦点随动模块根据所述的后位测距仪数值的变化带动所述激光源随动。

7)清洗完毕后，依次关闭所述激光源、焦点随动模块、电动滑台、支撑及旋转驱动机构、以及烟雾吸收器。

往复清洗时所述线扫描的线宽大于等于所述待清洗螺杆旋转一圈时间所述电动滑台移动的距离，用以保证激光清洗轨迹的搭接量大于零。

本发明的优点在于：

(1)、本发明通过设置焦点随动模块，在清洗的过程中随动调整激光源和待清洗表面的距离，使待清洗的螺杆的表面能够一直在激光源焦距范围内，解决了螺杆表面尺寸变化带来的清洗效果不佳的问题。

(2)、本发明利用驱动轮和从动轮的装夹方式，解决了传统卡盘装夹带来的一次加工多次装夹问题，以及在保证加工所需要的定位精度的前提下，大幅度提高了螺杆的装夹速度和效率。

(3)、本发明实现了螺杆表面的激光清洗，解决了传统清洗方式存在的劳动强度大、清洗质量差的问题，以及提高螺杆表面清洗效果的目的。

附图说明

图1是本发明一种螺杆激光清洗装置的结构示意图。

图2是本发明一种螺杆激光清洗装置的焦点随动模块的结构示意图。

图3是本发明一种螺杆激光清洗装置的支撑及旋转驱动机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种激光清洗装置的结构图，本实施例可适用于需要对螺杆表面进行激光清洗的情况。参考图1，本实施例提供的激光清洗装置包括：包括激光源2、焦点随动模块3、支撑及旋转驱动机构4、焦点高度调整机构5、平移电动滑台6；

所述激光源2用于在水平面沿所述待清洗螺杆1的径向方向，向待清洗螺杆1表面发射激光束；所述焦点高度调整机构5为升降位移台，用于改变激光源焦点的高度位置。

图2中，所述焦点随动模块3包括前位激光测距仪31、后位激光测距仪32、前位激光测距仪位置调整机构34、后位测距仪位置调整机构35、随动位移台33，激光测距仪位置调整机构34、35用于调整所述激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离；随动位移台33用于根据所述前位激光测距仪31和后位激光测距仪32的测量结果，实时前后移动激光源，使所述待清洗螺杆表面接受的激光束一直处于有效的焦深范围内；

图3中，所述支撑及旋转驱动机构4，包括第一驱动轮41、第一从动轮42、第二驱动轮44、第二从动轮46、驱动轮和从动轮轴距调整机构45和驱动机构43，所述第一驱动轮、第二驱动轮同轴线设置，且由同步轴连接；所述第一从动轮、第二从动轮同轴线设置，且所述同轴线均与所述待清洗螺杆1的轴线平行。所述驱动轮和从动轮轴距调整机构调整45主动轮轴线与从动轮轴线的距离，用于所述的待清洗螺杆1的支撑；所述从动轮42、46与由所述驱动机构43驱使转动的驱动轮41、44配合，用于带动所述待清洗螺杆1的圆周方向转动；

所述待清洗螺杆1设置于所述支撑及旋转驱动机构4上，且以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；所述激光源2固定放置于焦点随动模块3上，所述焦点随动模块3固定放置于所述焦点高度调整机构5上，所述焦点高度模块5固定放置于所述平移电动滑台6上，所述平移电动滑台6带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗螺杆轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动。进一步地，所述激光源的清洗点和测距仪的测量点置于同一高度。

可选的，所述多组驱动轮和多组从动轮直径相等，与待清洗的螺杆相摩擦，均为聚氨酯材料，具有耐磨损、与金属零件的粘性高等优点。

可选的，所述激光束为脉冲式激光束或连续式激光束；所述激光束经准直聚焦且焦距可调。所述激光束经准直聚焦且焦距可调。所述激光束经准直聚焦且焦距可调的好处在于，可使所述激光束能量最大化且经反射后精确聚焦于所述待清洗螺杆1上，从而提高螺杆的清洗效果。由于在实际应用中，脉冲式激光束和连续式激光束各具优势，因而，可以根据实际的具体工艺要求，适应性选择使用脉冲式激光束，还是连续式激光束。

可选的，所述激光测距仪位置调整机构调整后的所述激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离为所述待清洗螺杆的导程的整数倍，此时当待清洗螺杆旋转时，激光测距仪的距离变化可以实时测量激光源与当前清洗表面的距离的变化。

可选的，还包括烟雾吸收器，可以有效地吸收螺杆清洗过程中产生粉尘和颗粒。

本实施例一提供的激光清洗装置的工作原理如下：

首先，操作驱动轮和从动轮轴距调整机构45，调整主动轮轴线与从动轮轴线的距离后，将所述待清洗螺杆1放置于所述支撑及旋转驱动机构4上；

随后，启动焦点高度调整机构5，改变激光源焦点的高度位置与待清洗螺杆1的轴线同一高度；

调整所述前位激光测距仪31、后位激光测距仪32的测量点与所述激光源清洗点的水平距离，为所述待清洗螺杆导程的整数倍；启动所述前位激光测距仪31，并调整随动位移台33，使所述激光源与待清洗表面的距离为所述激光源的焦距。

启动所述支撑及旋转驱动机构的驱动机构43，所述驱动机构带动所述待清洗螺杆1以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；

启动平移电动滑台6，所述平移电动滑台6带动所述激光源2以第二预设速度沿所述待清洗管道1的轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源清洗点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动。

开启激光源2，激光扫描方式为线扫描，且扫描方向与所述待清洗螺杆1的轴线平行；开启激光源2的同时，根据所述的前位测距仪31数值的变化，焦点随动模块33带动所述激光源随动。当清洗长度过半时，焦点随动模块33根据所述的后位测距仪32数值的变化带动所述激光源2随动。

清洗完毕后，依次关闭所述激光源2、焦点随动模块33、平移电动滑台6、支撑及旋转驱动机构4、以及烟雾吸收器。

进一步地，往复清洗时所述线扫描的线宽大于等于所述待清洗螺杆2旋转一圈时间所述平移电动滑台6移动的距离，用以保证激光清洗轨迹的搭接量大于零。

例如，采用本实施例一提供的激光清洗装置及方法可以实现直径40mm，导程40mm的注塑机螺杆表面残余胶的去除。具体参数为，采用Nd：YAG全固态脉冲激光器，波长1064nm，输出功率50W，重频20kHz，脉宽120ns，扫描线宽120mm；螺杆转速为5r/min；平移电动滑台移动速率为10mm/s。

本发明实施例通过设置焦点随动模块，解决了螺杆表面尺寸变化带来的清洗效果不佳的问题；同时利用驱动轮和从动轮的装夹方式，解决了传统卡盘装夹带来的一次加工多次装夹问题；最终实现了螺杆表面的激光清洗，解决了传统清洗方式存在的劳动强度大、清洗质量差的问题，以及提高螺杆表面清洗效果的目的。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种螺杆激光清洗装置，其特征在于，包括激光源(2)、焦点随动模块(3)、支撑及旋转驱动机构(4)、焦点高度调整机构(5)、平移电动滑台(6)；还包括烟雾吸收器，用于吸收螺杆清洗过程中产生粉尘和颗粒；

待清洗螺杆(1)设置于所述支撑及旋转驱动机构(4)上，且以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；所述激光源(2)固定放置于焦点随动模块(3)上，所述焦点随动模块(3)固定放置于所述焦点高度调整机构(5)上，所述焦点高度调整机构(5)固定放置于所述平移电动滑台(6)上，所述平移电动滑台(6)带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗螺杆轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动；

所述激光源(2)用于在水平面沿所述待清洗螺杆(1)的径向方向，向待清洗螺杆(1)表面发射激光束；所述焦点高度调整机构(5)为升降位移台，用于改变激光源焦点的高度位置；

所述焦点随动模块(3)包括前位激光测距仪(31)、后位激光测距仪(32)、前位激光测距仪位置调整机构(34)、后位激光测距仪位置调整机构(35)、随动位移台(33)；所述前位激光测距仪(31)固定放置于所述前位激光测距仪调整机构(34)上，所述后位激光测距仪(32)固定放置于所述后位激光测距仪位置调整机构(35)上；所述前位激光测距仪(31)、后位激光测距仪(32)用于在水平面沿所述待清洗螺杆(1)的径向方向进行测距；所述前位激光测距仪位置调整机构(34)、后位激光测距仪位置调整机构(35)分别用于调整所述前位激光测距仪(31)、后位激光测距仪(32)的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆(1)的轴线方向的距离；所述随动位移台(33)用于根据所述前位激光测距仪(31)和后位激光测距仪(32)的测量结果，实时移动激光源(2)，使所述待清洗螺杆(1)表面接受的激光束一直处于有效的焦深范围内；

所述支撑及旋转驱动机构(4)包括第一驱动轮(41)、第一从动轮(42)、第二驱动轮(44)、第二从动轮(46)、驱动轮和从动轮轴距调整机构(45)和驱动机构(43)；所述第一驱动轮(41)、第二驱动轮(44)同轴线设置，所述第一从动轮(42)、第二从动轮(46)同轴线设置，且所有驱动轮轴线和所有从动轮轴线均与所述待清洗螺杆(1)的轴线平行；所述驱动轮和从动轮轴距调整机构(45)用于调整主动轮轴线与从动轮轴线的距离，用于所述待清洗螺杆的支撑定位；所述第一驱动轮(41)、第二驱动轮(44)采用同步轴联动，所述第一从动轮(42)、第二从动轮(46)与由所述驱动机构(43)驱使转动的驱动轮配合，用于带动所述待清洗螺杆(1)的圆周方向转动；

所述激光源(2)的清洗点和前、后激光测距仪的测量点置于同一高度；

所述第一驱动轮(41)、第一从动轮(42)、第二驱动轮(44)、第二从动轮(46)直径相等，且均为聚氨酯材料。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆激光清洗装置，其特征在于，所述激光源(2)发出的激光束为脉冲式激光束或连续式激光束；所述激光束经准直聚焦且焦距可调。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆激光清洗装置，其特征在于，经前、后激光测距仪位置调整机构调整后的所述前、后激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆(1)的轴线方向的距离为所述待清洗螺杆(1)导程的整数倍。

4.一种利用权利要求1所述装置进行激光清洗的方法，其特征在于，包括：

1)调整主动轮轴线与从动轮轴线的距离后，将所述待清洗螺杆放置于所述支撑及旋转驱动机构上；

2)启动焦点高度调整机构，改变激光源清洗点的高度位置，使之与待清洗螺杆的轴线在同一高度；

3)调整所述前位激光测距仪、后位激光测距仪的测量点与所述激光源清洗点沿所述待清洗螺杆的轴线方向的距离，为所述待清洗螺杆导程的整数倍；启动所述前位激光测距仪，并调整随动位移台，使所述激光源与待清洗表面的距离为所述激光源的焦距；

4)启动所述支撑及旋转驱动机构的驱动机构，所述驱动机构带动所述待清洗螺杆以第一预设速度绕所述待清洗螺杆轴线旋转；

5)启动平移电动滑台，所述平移电动滑台带动所述激光源以第二预设速度沿所述待清洗螺杆轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以形成所述激光源焦点和所述待清洗螺杆的相对螺旋运动；

6)开启激光源，激光扫描方式为线扫描，且扫描方向与所述待清洗螺杆的轴线平行；开启激光源的同时，根据所述的前位激光测距仪数值的变化，焦点随动模块带动所述激光源随动；当清洗长度过半时，焦点随动模块根据所述的后位激光测距仪数值的变化带动所述激光源随动；

7)清洗完毕后，依次关闭所述激光源、焦点随动模块、平移电动滑台、支撑及旋转驱动机构、以及烟雾吸收器。

5.根据权利要求4所述的激光清洗方法，其特征在于，往复清洗时所述线扫描的线宽大于等于所述待清洗螺杆旋转一圈时间所述平移电动滑台移动的距离，用以保证激光清洗轨迹的搭接量大于零。

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