CN111203415B - 一种复合材料工件表面清洁系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料工件表面清洁系统及方法，系统包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置；超声振动装置包括载物平台、上盖、箱体和超声换能器；超声换能器安装在箱体内；载物平台下端安装在超声换能器上；上盖下端安装在箱体上；上盖内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器；温度控制模块主要构件为温度传感器；冷却模块包括涡流管、空气压缩装置和高压空气电磁阀；涡流管安装在箱体上，并连通箱体的冷却气体进入口；高压空气电磁阀一端连接涡流管，另一端连接所述空气压缩装置；控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器连接；本发明能够完成对要求干燥的工件的复杂加工表面进行深度清洁。

Description

一种复合材料工件表面清洁系统及方法
技术领域
本发明属于工件表面清洗领域，具体涉及一种复合材料工件表面清洁系统及方法。
背景技术
现有的工件表面清洁方法，以高压空气或超声振动的水流直接对表面进行清洁，但当复合材料工件(如纤维增强复合材料等)要求进行干式切削加工时，尤其当工件表面结构复杂时，切削加工过程中产生的粉状切屑会附着在工件表面，甚至压入工件表面。这便无法通过液体超声波对表面进行清洗，难以通过上述方法对具有特殊要求的工件表面进行深度清洁。
因此，现有技术中需要一种能够克服上述问题的复合材料工件表面清洁系统及方法。
发明内容
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种复合材料工件表面清洁系统，包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置。
所述超声振动装置包括载物平台、上盖、箱体和超声换能器。
所述箱体下端封闭，上端敞口。所述箱体下端安装在水平面上。所述箱体侧壁上设有冷却气体进入口，以及若干个热交换气体出口。
所述超声换能器安装在箱体内。
所述载物平台下端安装在超声换能器上。
所述上盖下端敞口，上端设有高压空气射流窗口。所述上盖下端安装在箱体上。所述上盖内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器。
所述温度控制模块主要构件为温度传感器。所述温度传感器安装在载物平台上。
所述冷却模块包括涡流管、空气压缩装置和高压空气电磁阀。
所述涡流管安装在箱体上，并连通箱体的冷却气体进入口。所述高压空气电磁阀一端连接涡流管，另一端连接所述空气压缩装置。
所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器连接。
工作时，待清洁的工件放置在载物平台上。所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口向工件表面喷射高压气流。开启超声换能器，所述超声换能器产生竖直方向的振动。所述超声换能器带动载物平台一起振动，使载物台与工件表面产生撞击。
所述控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。所述空气压缩装置向涡流管输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体中，并从热交换气体出口排出箱体外部。
所述温度传感器测量载物平台的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。所述控制模块实时判断载物平台的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，所述控制模块输出控制指令停止超声换能器的振动，直至载物平台的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。
所述颗粒物浓度传感器对上盖内的颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块。所述控制模块实时判断上盖内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小。若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器继续运行。若|Δwmax|≤Ew，所述控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若t≤tset，所述控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，所述控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，所述控制模块停止计时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。
进一步，所述热交换气体出口的数量为三个。将所述热交换气体出口的出口面积记为S1,将冷却气体进入口的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3。
进一步，所述载物平台下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器上具有内螺纹，载物平台通过螺纹连接在超声换能器上。
进一步，所述上盖侧壁上设有供颗粒物浓度传感器穿过的矩形窗口。所述颗粒物浓度传感器通过粘接剂固定于上盖内壁。所述矩形窗口和颗粒物浓度传感器之间采用硅橡胶进行密封，颗粒物浓度传感器的线缆通过微型粘扣固定于上盖内壁上，并通过接线端子I引出上盖外部。
进一步，所述高压空气射流装置为吹尘枪或万向高压空气喷嘴。
进一步，所述载物平台上端设置有限位组件。所述限位组件为矩形框体。
进一步，所述温度传感器通过螺纹连接方式固定在载物平台的限位组件上，并与载物平台接触。
进一步，所述控制模块包括PLC控制器、继电器I和继电器II。
所述继电器I连接颗粒物浓度传感器。所述PLC控制器通过向继电器I发送信号来控制颗粒物浓度传感器的开闭。
所述继电器II连接超声换能器的驱动电源。所述PLC控制器通过向继电器II发送信号来控制超声换能器的启停。
本发明还公开一种复合材料工件表面清洁系统的使用方法，包括如下步骤：
1)取下上盖，将待清洁的工件放置在载物平台上，盖上上盖。
2)使用高压吹气装置对工件表面进行喷射高压气流。
3)开启超声换能器，超声换能器产生竖直方向的振动，超声换能器带动载物平台一起振动，使载物平台与工件表面产生撞击。
4)通过控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。打开空气压缩装置向涡流管输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体中，并从热交换气体出口排出箱体外部。
5)通过温度传感器测量载物平台的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。控制模块实时判断载物平台的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，控制模块输出控制指令，停止超声换能器的振动，直至载物平台的温度降至室温时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。
6)通过颗粒物浓度传感器对上盖内的颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块。控制模块实时判断上盖内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|和颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小。若|Δwmax|＞Ew，驱动超声换能器继续运行。若|Δwmax|≤Ew，控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行，并控制整个清洁系统停止运行，清洗结束。若t≤tset，控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，控制模块停止计时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。
进一步，在步骤2)中，高压吹气装置对工件表面喷射方向不断变化的高压气流。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，具有如下优点：
1)通过驱动超声换能器产生振动，带动载物台一起振动，载物台与工件下表面产生频繁撞击，并结合高压空气对杂物的冲击扰动，工件表面的杂物容易脱离工件表面，并最终被高压气流带吹走,满足对要求干式切削的复合材料工件复杂加工表面进行深度清洁。
2)通过载物台温度的变化，超声换能器自动调整启停状态，进而防止超声换能器因长时间连续工作出现故障。
3)通过监测工件清洁空间的颗粒物浓度变化，实现超声换能器的自动启停。
4)通过冷却模块，实现超声换能器的高效冷却效果，延长超声换能器的连续工作时长。
附图说明
图1为本发明的工件表面清洁系统的结构示意图；
图2为本发明上盖的结构示意图；
图3为本发明箱体的结构示意图；
图4为本发明的控制模块控制的控制关系示意图；
图5为本发明的操作步骤流程和控制逻辑框图；
图6为本发明的冷却气体进入口和热交换气体出口的关系示意图。
图中：载物平台1、限位组件101、上盖2、高压空气射流窗口201、颗粒物浓度传感器202、进气检测口2021、出气检测口2022、线缆203、微型粘扣204、接线端子I205、把手206、箱体3、冷却气体进入口301、热交换气体出口302、接线端子II303、超声换能器4、压电陶瓷片401、涡流管5、高压空气进气口501和温度传感器6。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种复合材料工件表面清洁系统，包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置。
参见图1，所述超声振动装置包括载物平台1、上盖2、箱体3和超声换能器4。
参见图3，所述箱体3下端封闭，上端敞口。所述箱体3下端固定在水平面上。所述箱体3侧壁上具有冷却气体进入口301，以及三个热交换气体出口302。将所述热交换气体出口302的出口面积记为S1,将冷却气体进入口301的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3。所述箱体3侧壁上还固定有接线端子II303。
所述超声换能器4有四个，四个超声换能器4呈并联方式水平固定在超声振动装置的箱体3内，振动频率为20KHz。四个超声换能器4的线缆通过接线端子II303引出，连接超声换能器4的驱动电源。将四个超声换能器4分别记为第一超声换能器、第二超声换能器、第三超声换能器和第四超声换能器。将三个热交换气体出口302分别记为第一热交换气体出口、第二热交换气体出口和第三热交换气体出口。参见图6，冷却气体进入口301中心，与呈对角排列的第一超声换能器和第三超声换能器的中心、第二热交换气体出口中心在水平面的投影位于同一直线上；第一热交换气体出口中心与第一超声换能器和第二超声换能器的中心在水平面的投影位于同一直线上；第三热交换气体出口的中心与第一超声换能器和第四超声换能器的中心在水平面的投影位于同一直线上。值得说明的是，热交换气体出口302与超声换能器4的压电陶瓷片401的距离不宜过进，优选为1-1.3倍的压电陶瓷片401直径，可实现冷却气体与箱体3中的各压电陶瓷片401均换热充分，尽可能少的出现气体涡流，降温效果明显。
所述载物平台1下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器4上具有内螺纹，载物平台1通过螺纹连接在超声换能器4上，超声换能器4与载物平台1的接触表面涂有粘接剂，进一步的使超声换能器4与载物平台1紧密连接，保证超声传递过程均匀。
所述载物平台1上端凸起有限位组件101。所述限位组件101为矩形框体。优选材料钛合金，整体尺寸200mm×200mm。限位组件101高5mm，宽10mm，内轮廓尺寸为148×148mm，模态优。
参见图2，所述上盖2下端敞口，上端加工有高压空气射流窗口201。所述上盖2下端卡合在箱体3上。所述上盖2内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器202。所述上盖2两侧具有把手206。所述上盖2侧壁上设有供颗粒物浓度传感器202穿过的矩形窗口。所述颗粒物浓度传感器202通过粘接剂固定于上盖2内壁，颗粒物浓度传感器202的进气检测口2021在上盖2内部，颗粒物浓度传感器202的出气检测口2022在上盖2外部。所述矩形窗口和颗粒物浓度传感器202之间采用硅橡胶进行密封，颗粒物浓度传感器202的线缆203通过微型粘扣204固定于上盖2内壁上，并通过接线端子I205引出上盖2外部。
所述温度控制模块主要构件为温度传感器6。所述温度传感器6通过螺纹连接方式固定在载物平台1的限位组件101上，并与载物平台1接触，所述温度传感器6为优选为热电偶传感器。
所述冷却模块包括涡流管5、空气压缩装置和高压空气电磁阀。
所述涡流管5一端插入在在箱体3的冷却气体进入口301中，连通箱体3内部。所述涡流管5上具有高压空气进气口501。所述高压空气电磁阀一端连接涡流管5，另一端连接所述空气压缩装置。
所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器4连接。具体的，所述控制模块包括PLC控制器、继电器I和继电器II。
所述继电器I连接颗粒物浓度传感器202。所述PLC控制器通过向继电器I发送信号来控制颗粒物浓度传感器202的开闭。
所述继电器II连接超声换能器4的驱动电源。所述PLC控制器通过向继电器II发送信号来控制超声换能器4的启停。
所述PLC控制器通过向高压空气电磁阀发送信号来控制高压空气电磁阀的开闭。
参见图4和图5，工作时，待清洁的工件放置在载物平台1上。所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口201向工件表面喷射高压气流，所述高压空气射流装置为吹尘枪，通过吹尘枪对工件表面喷射方向不断变化的高压气流，以适应工件的复杂表面。开启超声换能器4，所述超声换能器4产生竖直方向的振动。所述超声换能器4带动载物平台1一起振动，使载物平台1与工件表面产生频繁撞击，其频率和程度分别由载物平台1的振动频率、工件质量和振幅等共同决定，再加上高压射流气体对工件表面轻微压入的切屑等杂物的冲击扰动，使这些杂物能够更容易与表面脱离，进而被高压气流带走。
所述PLC控制器输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。所述空气压缩装置向涡流管5输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体3中，对连续长时间工作的超声换能器4进行降温处理，并从热交换气体出口302排出箱体3外部。
由于载物平台1与工件的频繁撞击，以及超声换能器4的压电陶瓷工作时产生的热量对载物平台1传递的热量，均导致载物平台1的温度逐渐升高。为了防止工件下表面和压电陶瓷温度过高。通过温度传感器6测量载物平台1的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。所述PLC控制器实时判断载物平台1的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，所述PLC控制器发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至载物平台1的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器4振动。本实施例中，压电陶瓷的最大工作温度为60℃，因此Tmax设为60℃。若监测温度≥48℃，则发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至监测载物平台1的温度降至室温时(本实施例中，通入的冷却气体温度一般低于5℃)，再次使超声换能器4振动。
所述颗粒物浓度传感器202对上盖2内的PM0.3颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至PLC控制器。所述PLC控制器实时判断上盖2内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小，其中，|Δwmax|需通过计算当前时刻和上一时刻清洁空间内的颗粒物最大浓度差的绝对值获取，所述的颗粒物最大浓度wmax.n，是不同颗粒物浓度传感器202返回的最大值，即wmax.n＝max{wmax1.n，wmax2.n，wmax3.n}。若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器4继续运行。若|Δwmax|≤Ew，所述PLC控制器开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行，并控制整个清洁系统停止运行，清洗结束。若t≤tset，所述PLC控制器每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，所述PLC控制器继续计时并判断，直至PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，所述PLC控制器停止计时，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4振动。
本实施例中，所述颗粒物浓度传感器202的测量误差为±10ug/m3，因此Ew设定为20ug/m3。若|Δwmax|＞20,则驱动超声换能器4继续运行；若|Δwmax|≤20,则开始计时并判断计时时间是否小于设定时间tset(本实施例中，tset设为10s),同时每隔时间间隔Δt(本实施例中，Δt设为1s)，判断|Δwmax|-20是否小于或等于0，若小于或等于0，则继续计时与判断，直至关闭超声换能器4；一旦|Δwmax|-20大于0，则停止计时，继续开启超声换能器4；整个清洁系统中，高压空气电磁阀与超声换能器4同步启停。
本实施例公开的复合材料工件表面清洁系统，通过驱动超声换能器4产生振动，带动载物平台1一起振动，载物平台1与工件下表面产生频繁撞击，并结合高压空气对杂物的冲击扰动，工件表面的杂物容易脱离工件表面，并最终被高压气流带吹走,满足对要求干式切削的复合材料工件复杂加工表面进行深度清洁。同时，通过载物平台1温度的变化，超声换能器4自动调整启停状态，进而防止超声换能器4因长时间连续工作出现故障。通过监测工件清洁空间的颗粒物浓度变化，实现超声换能器4的自动启停。通过冷却模块，实现超声换能器4的高效冷却效果，延长了超声换能器4的连续工作时长。
实施例2：
本实施例提供一种较为基础的实现方式，一种复合材料工件表面清洁系统，包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置。
参见图1，所述超声振动装置包括载物平台1、上盖2、箱体3和超声换能器4。
参见图3，所述箱体3下端封闭，上端敞口。所述箱体3下端固定在水平面上。所述箱体3侧壁上具有冷却气体进入口301，以及三个热交换气体出口302。将所述热交换气体出口302的出口面积记为S1,将冷却气体进入口301的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3。所述箱体3侧壁上还固定有接线端子II303。
所述超声换能器4有四个，四个超声换能器4呈并联方式水平固定在超声振动装置的箱体3内，振动频率为20KHz。四个超声换能器4的线缆通过接线端子II303引出，连接超声换能器4的驱动电源。将四个超声换能器4分别记为第一超声换能器、第二超声换能器、第三超声换能器和第四超声换能器。将三个热交换气体出口302分别记为第一热交换气体出口、第二热交换气体出口和第三热交换气体出口。参见图6，冷却气体进入口301中心，与呈对角排列的第一超声换能器和第三超声换能器的中心、第二热交换气体出口中心在水平面的投影位于同一直线上；第一热交换气体出口中心与第一超声换能器和第二超声换能器的中心在水平面的投影位于同一直线上；第三热交换气体出口的中心与第一超声换能器和第四超声换能器的中心在水平面的投影位于同一直线上。值得说明的是，热交换气体出口302与超声换能器4的压电陶瓷片401的距离不宜过进，优选为1-1.3倍的压电陶瓷片401直径，可实现冷却气体与箱体3中的各压电陶瓷片401均换热充分，尽可能少的出现气体涡流，降温效果明显。
所述载物平台1下端固定在超声换能器4上。
参见图2，所述上盖2下端敞口，上端加工有高压空气射流窗口201。所述上盖2下端卡合在箱体3上。所述上盖2内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器202。所述上盖2两侧具有把手206。
所述温度控制模块主要构件为温度传感器6。所述温度传感器6安装在载物平台1上。
所述冷却模块包括涡流管5、空气压缩装置和高压空气电磁阀。
所述涡流管5一端插入在在箱体3的冷却气体进入口301中，连通箱体3内部。所述涡流管5上具有高压空气进气口501。所述高压空气电磁阀一端连接涡流管5，另一端连接所述空气压缩装置。
所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器4连接。
参见图4和图5，工作时，待清洁的工件放置在载物平台1上。所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口201向工件表面喷射方向不断变化的高压气流，以适应工件的复杂表面。开启超声换能器4，所述超声换能器4产生竖直方向的振动。所述超声换能器4带动载物平台1一起振动，使载物平台1与工件表面产生频繁撞击，其频率和程度分别由载物平台1的振动频率、工件质量和振幅等共同决定，再加上高压射流气体对工件表面轻微压入的切屑等杂物的冲击扰动，使这些杂物能够更容易与表面脱离，进而被高压气流带走。
所述PLC控制器输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。所述空气压缩装置向涡流管5输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体3中，对连续长时间工作的超声换能器4进行降温处理，并从热交换气体出口302排出箱体3外部。
由于载物平台1与工件的频繁撞击，以及超声换能器4的压电陶瓷工作时产生的热量对载物平台1传递的热量，均导致载物平台1的温度逐渐升高。为了防止工件下表面和压电陶瓷温度过高。通过温度传感器6测量载物平台1的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。所述PLC控制器实时判断载物平台1的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，所述PLC控制器发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至载物平台1的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器4振动。本实施例中，压电陶瓷的最大工作温度为60℃，因此Tmax设为60℃。若监测温度≥48℃，则发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至监测载物平台1的温度降至室温时(本实施例中，通入的冷却气体温度一般低于5℃)，再次使超声换能器4振动。
所述颗粒物浓度传感器202对上盖2内的PM0.3颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至PLC控制器。所述PLC控制器实时判断上盖2内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小，其中，|Δwmax|需通过计算当前时刻和上一时刻清洁空间内的颗粒物最大浓度差的绝对值获取，所述的颗粒物最大浓度wmax.n，是不同颗粒物浓度传感器202返回的最大值，即wmax.n＝max{wmax1.n，wmax2.n，wmax3.n}。若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器4继续运行。若|Δwmax|≤Ew，所述PLC控制器开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行，并控制整个清洁系统停止运行，清洗结束。若t≤tset，所述PLC控制器每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，所述PLC控制器继续计时并判断，直至PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，所述PLC控制器停止计时，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4振动。
本实施例中，所述颗粒物浓度传感器202的测量误差为±10ug/m3，因此Ew设定为20ug/m3。若|Δwmax|＞20,则驱动超声换能器4继续运行；若|Δwmax|≤20,则开始计时并判断计时时间是否小于设定时间tset(本实施例中，tset设为10s),同时每隔时间间隔Δt(本实施例中，Δt设为1s)，判断|Δwmax|-20是否小于或等于0，若小于或等于0，则继续计时与判断，直至关闭超声换能器4；一旦|Δwmax|-20大于0，则停止计时，继续开启超声换能器4；整个清洁系统中，高压空气电磁阀与超声换能器4同步启停。
本实施例通过驱动超声换能器4产生振动，带动载物平台1一起振动，载物平台1与工件下表面产生频繁撞击，使工件表面的杂物脱离，进而被高压气流吹走，满足对要求干燥的工件的复杂加工表面进行深度清洁。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述载物平台1下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器4上具有内螺纹，载物平台1通过螺纹连接在超声换能器4上，超声换能器4与载物平台1的接触表面涂有粘接剂，进一步的使超声换能器4与载物平台1紧密连接，保证超声传递过程均匀。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述上盖2侧壁上设有供颗粒物浓度传感器202穿过的矩形窗口。所述颗粒物浓度传感器202通过粘接剂固定于上盖2内壁，颗粒物浓度传感器202的进气检测口2021在上盖2内部，颗粒物浓度传感器202的出气检测口2022在上盖2外部。所述矩形窗口和颗粒物浓度传感器202之间采用硅橡胶进行密封，颗粒物浓度传感器202的线缆203通过微型粘扣204固定于上盖2内壁上，并通过接线端子I205引出上盖2外部。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述高压空气射流装置为万向高压空气喷嘴，通过万向高压空气喷嘴对工件表面喷射方向不断变化的高压气流，以适应工件的复杂表面。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述载物平台1上端凸起有限位组件101。所述限位组件101为矩形框体，限位组件101拐角处采用圆角过渡。优选材料钛合金，整体尺寸200mm×200mm。限位组件101高5mm，宽10mm，内轮廓尺寸为148×148mm，模态优。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述温度传感器6通过螺纹连接方式固定在载物平台1的限位组件101上，并与载物平台1接触，所述温度传感器6为优选为热电偶传感器。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述控制模块包括PLC控制器、继电器I和继电器II。
所述继电器I连接颗粒物浓度传感器202。所述PLC控制器通过向继电器I发送信号来控制颗粒物浓度传感器202的开闭。
所述继电器II连接超声换能器4的驱动电源。所述PLC控制器通过向继电器II发送信号来控制超声换能器4的启停。
所述PLC控制器通过向高压空气电磁阀发送信号来控制高压空气电磁阀的开闭。
实施例9：
本实施例公开一种复合材料工件表面清洁系统的使用方法，包括如下步骤：
1)取下上盖2，将待清洁的工件放置在载物平台1上，再盖上上盖2。
2)使用高压吹气装置对工件表面进行喷射高压气流。
3)开启超声换能器4，超声换能器4产生竖直方向的振动，超声换能器4带动载物平台1一起振动，使载物平台1与工件表面产生撞击。
4)通过控制模块的PLC控制器输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。打开空气压缩装置向涡流管5输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体3中，对连续长时间工作的超声换能器4进行降温处理，并从热交换气体出口302排出箱体3外部。
5)通过温度传感器6测量载物平台1的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块的PLC控制器。控制模块的PLC控制器实时判断载物平台1的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，控制模块的PLC控制器发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至载物平台1的温度降至室温时，控制模块的PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4振动。本实施例中，压电陶瓷的最大工作温度为60℃，因此Tmax设为60℃。若监测温度≥48℃，则控制模块的PLC控制器发送信号使继电器II断路，停止超声换能器4的振动，直至监测载物平台1的温度降至室温时(本实施例中，通入的冷却气体温度一般低于5℃)，再次使超声换能器4振动。
6)通过颗粒物浓度传感器202对上盖2内的PM0.3颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块的PLC控制器。所述PLC控制器实时判断上盖2内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小，其中，|Δwmax|需通过计算当前时刻和上一时刻清洁空间内的颗粒物最大浓度差的绝对值获取，所述的颗粒物最大浓度wmax.n，是不同颗粒物浓度传感器202返回的最大值，即wmax.n＝max{wmax1.n，wmax2.n，wmax3.n}。若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器4继续运行。若|Δwmax|≤Ew，所述PLC控制器开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行，并控制整个清洁系统停止运行，清洗结束。若t≤tset，所述PLC控制器每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，所述PLC控制器继续计时并判断，直至PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，所述PLC控制器停止计时，所述PLC控制器输出控制指令驱动超声换能器4振动。
本实施例中，所述颗粒物浓度传感器202的测量误差为±10ug/m3，因此Ew设定为20ug/m3。若|Δwmax|＞20,则驱动超声换能器4继续运行；若|Δwmax|≤20,则开始计时并判断计时时间是否小于设定时间tset(本实施例中，tset设为10s),同时每隔时间间隔Δt(本实施例中，Δt设为1s)，判断|Δwmax|-20是否小于或等于0，若小于或等于0，则继续计时与判断，直至关闭超声换能器4；一旦|Δwmax|-20大于0，则停止计时，继续开启超声换能器4；整个清洁系统中，高压空气电磁阀与超声换能器4同步启停。
本实施例公开的复合材料工件表面清洁系统的使用方法，通过驱动超声换能器4产生振动，带动载物平台1一起振动，载物平台1与工件下表面产生频繁撞击，使工件表面的杂物脱离，进而被高压气流吹走，步骤简单，能够满足对要求干燥的工件的复杂加工表面进行深度清洁。
实施例10：
本实施例主要步骤同实施例9，进一步，在步骤2)中，高压吹气装置为吹尘枪，使用吹尘枪对工件表面喷射方向不断变化的高压气流，以适应工件的复杂表面。

Claims (9)

1.一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置；
所述超声振动装置包括载物平台(1)、上盖(2)、箱体(3)和超声换能器(4)；
所述箱体(3)下端封闭，上端敞口；所述箱体(3)下端安装在水平面上；所述箱体(3)侧壁上设有冷却气体进入口(301)，以及若干个热交换气体出口(302)；所述热交换气体出口(302)的数量为三个；将所述热交换气体出口(302)的出口面积记为S1,将冷却气体进入口(301)的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3；
所述超声换能器(4)安装在箱体(3)内；所述载物平台(1)下端安装在超声换能器(4)上；
所述上盖(2)下端敞口，上端设有高压空气射流窗口(201)；所述上盖(2)下端安装在箱体(3)上；所述上盖(2)内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器(202)；
所述温度控制模块主要构件为温度传感器(6)；所述温度传感器(6)安装在载物平台(1)上；
所述冷却模块包括涡流管(5)、空气压缩装置和高压空气电磁阀；
所述涡流管(5)安装在箱体(3)上，并连通箱体(3)的冷却气体进入口(301)；所述高压空气电磁阀一端连接涡流管(5)，另一端连接所述空气压缩装置；
所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器(4)连接；
工作时，待清洁的工件放置在载物平台(1)上；所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口(201)向工件表面喷射高压气流；开启超声换能器(4)，所述超声换能器(4)产生竖直方向的振动；所述超声换能器(4)带动载物平台(1)一起振动，载物平 台(1)与工件表面产生撞击；
所述控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开；所述空气压缩装置向涡流管(5)输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体(3)中，并从热交换气体出口(302)排出箱体(3)外部；
所述温度传感器(6)测量载物平台(1)的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块；所述控制模块实时判断载物平台(1)的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5；若达到温度阈值Tmax的4/5，所述控制模块输出控制指令，停止超声换能器(4)的振动，直至载物平台(1)的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动；
所述颗粒物浓度传感器(202)对上盖(2)内的颗粒物浓度进行实时测量，并将测量信息输出至控制模块；所述控制模块实时判断上盖(2)内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小；若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器(4)继续运行；若|Δwmax|≤Ew，所述控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小；若t＞tset，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行，整个清洁系统停止运行，清洗结束；若t≤tset，所述控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值；若|Δwmax|-Ew≤0，所述控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行；若|Δwmax|-Ew＞0，所述控制模块停止计时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述载物平台(1)下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器(4)上具有内螺纹，载物平台(1)通过螺纹连接在超声换能器(4)上。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述高压空气射流装置为吹尘枪或万向高压空气喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述上盖(2)侧壁上设有颗粒物浓度传感器(202)穿过的矩形窗口；所述颗粒物浓度传感器(202)通过粘接剂固定于上盖(2)内壁；所述矩形窗口和颗粒物浓度传感器(202)之间采用硅橡胶进行密封，颗粒物浓度传感器(202)的线缆(203)通过微型粘扣(204)固定于上盖(2)内壁上，并通过接线端子I(205)引出上盖(2)外部。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述载物平台(1)上端设置有限位组件(101)；所述限位组件(101)为矩形框体。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述温度传感器(6)通过螺纹连接方式固定在载物平台(1)的限位组件(101)上，并与载物平台(1)接触。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述控制模块包括PLC控制器、继电器I和继电器II；
所述继电器I连接颗粒物浓度传感器(202)；所述PLC控制器通过向继电器I发送信号来控制颗粒物浓度传感器(202)的开闭；
所述继电器II连接超声换能器(4)的驱动电源；所述PLC控制器通过向继电器II发送信号来控制超声换能器(4)的启停。
8.一种基于权利要求1所述复合材料工件表面清洁系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取下上盖(2)，将待清洁的工件放置在载物平台(1)上，再盖上上盖(2)；
2)使用高压吹气装置对工件表面进行喷射高压气流；
3)开启超声换能器(4)，超声换能器(4)产生竖直方向的振动，超声换能器(4)带动载物平台(1)一起振动，使载物平台(1)与工件表面产生撞击；
4)通过控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开；打开空气压缩装置向涡流管(5)输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体(3)中，并从热交换气体出口(302)排出箱体(3)外部；
5)通过温度传感器(6)测量载物平台(1)的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块；控制模块实时判断载物平台(1)的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5；若达到温度阈值Tmax的4/5，控制模块输出控制指令，停止超声换能器(4)的振动，直至载物平台(1)的温度降至室温时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动；
6)通过颗粒物浓度传感器(202)对上盖(2)内的颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块；控制模块实时判断上盖(2)内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|和颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小；若|Δwmax|＞Ew，驱动超声换能器(4)继续运行；若|Δwmax|≤Ew，控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小；若t＞tset，控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行，整个清洁系统停止运行，清洗结束；若t≤tset，控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值；若|Δwmax|-Ew≤0，控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行；若|Δwmax|-Ew＞0，控制模块停止计时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料工件表面清洁系统的使用方法，其特征在于：在步骤2)中，高压吹气装置对工件表面喷射方向不断变化的高压气流。
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