CN111644427A - 一种常压等离子体清洗系统 - Google Patents
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Abstract
一种常压等离子体清洗系统，属于常压等离子体清洗技术领域，具体方案如下：一种常压等离子体清洗系统，包括工作台、固定架、等离子体喷枪、等离子体发生器、移动机构和夹具体，所述固定架设置在工作台上，所述等离子体喷枪安装在固定架上，所述等离子体喷枪通过气管Ⅰ与等离子体发生器连接，所述等离子体发生器通过气管Ⅱ与气源相连，所述移动机构设置在工作台上，所述夹具体安装在移动机构上，所述夹具体位于等离子体喷枪的下方。本发明所设计的等离子体清洗系统简单可靠，灵活度大，速度调节范围广，负载能力强，运动控制简单，能够对各种金属零部件进行清洗，是一款环保经济、高效易操作的常压等离子体清洗系统。
Description
技术领域
本发明属于常压等离子体清洗技术领域，具体涉及一种常压等离子体清洗系统。
背景技术
在零件加工和应用过程中，产品表面不可避免地附着油脂等有机污染物，在特殊环境下，这些污染物将产生转移形成系统污染。这种污染对包含机械零件和光学元件的整个系统造成严重的影响，特别是在强激光装置中，会引起零(元)件的抗激光损伤阈值下降，显著降低其使用寿命。
随着对零件精度和表面质量要求的不断提高，与零件质量息息相关的洁净问题开始引起人们的重视。表面洁净度在国家安全、国防战略、国计民生等诸多领域的要求也越来越高，已经日益成为影响这些领域中大型高技术工程项目成败的关键，并受到了国际社会的高度关注。另外，在全球能源日益不足和污染严重的情况下，绿色环保高效的清洗技术越来越受到研究者和生产者的重视。以常压等离子体射流清洗技术去除表面有机污染物的工艺称之为常压等离子体清洗，它作为一种非接触式清洗方式，具有智能控制、高效环保的优势。因此，基于各个领域对以高效绿色的方式获得高表面清洁度的迫切需要，研制开发常压等离子体清洗系统已经成为清洗技术领域的重要课题之一。
常压等离子体清洗技术因为能够规避真空的缺点而被持续关注。国际上相关机构都在开发不同的常压等离子体清洗技术。现在常压等离子体清洗技术已经在半导体、光学、微电子、核工程、生物医疗等领域得到应用。其可以用于工业清洗，可以对生物化学污染进行清洗，也可以对细菌病毒等微生物进行处理，对放射性材料也可以进行化学刻蚀，对微电子元器件和多种液晶器件进行清理。在21世纪初，我国的相关专家开始对其进行多方面多层次的探讨，在常压等离子体清洗装备的研制、数控化和清洗理论等方面都进行卓有成效的研究，而目前对机械零件表面常压等离子体清洗工艺的研究还有很多不足。因而，研制开发相关的清洗系统对此技术的发展是迫切必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中缺少对机械零件表面进行经济高效地大面积常压等离子体清洗装置的问题，提供一种低成本、高效率、抗干扰的常压等离子体清洗系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种常压等离子体清洗系统，包括工作台、固定架、等离子体喷枪、等离子体发生器、移动机构和夹具体，所述固定架设置在工作台上，所述等离子体喷枪安装在固定架上，所述等离子体喷枪通过气管Ⅰ与等离子体发生器连接，所述等离子体发生器通过气管Ⅱ与气源相连，所述移动机构设置在工作台上，所述夹具体安装在移动机构上，所述夹具体位于等离子体喷枪的下方。
进一步的，所述等离子体喷枪固定在喷枪调整机构上，所述喷枪调整机构固定在固定架上。
进一步的，所述喷枪调整机构包括支撑隔离板，所述等离子体喷枪与支撑隔离板固定连接，所述支撑隔离板上设置有导向孔，所述固定架上设置有若干个调节孔，固定螺栓穿过导向孔与调节孔将支撑隔离板固定在固定架上。
进一步的，所述导向孔左右并列设置有两个，所述调节孔左右并列设置有两列，每列调节孔与位于同侧的导向孔对应设置。
进一步的，所述夹具体包括定位导向板、夹具底板和两个夹持板，所述定位导向板固定在夹具底板上，所述两个夹持板相对设置并沿定位导向板移动，所述两个夹持板通过锁紧螺钉固定在夹具底板上，所述夹具底板固定在移动机构上。
进一步的，所述两个夹持板的结构相同，均包括夹板和两个固定板，所述两个固定板分别位于定位导向板的前后两侧，所述夹板竖直设置，所述夹板的前后两端分别固定在两个固定板上，所述两个固定板上均左右方向设置有长条形的通孔，所述夹具底板上设置有两排螺纹孔，锁紧螺钉穿过通孔与螺纹孔将固定板固定在夹具底板上。
进一步的，所述移动机构包括移动机构Ⅰ和移动机构Ⅱ，所述移动机构Ⅰ固定在工作台上，所述移动机构Ⅱ设置在移动机构Ⅰ上，所述夹具体安装在移动机构Ⅱ上，所述移动机构Ⅰ驱动移动机构Ⅱ运动，所述移动机构Ⅱ驱动夹具体运动，所述移动机构Ⅰ和移动机构Ⅱ的驱动方向分别为水平面上两个相互垂直的方向。
进一步的，所述移动机构Ⅰ包括驱动机构Ⅰ、安装板Ⅰ和移动块Ⅰ，所述安装板Ⅰ固定在工作台上，所述驱动机构Ⅰ固定在安装板Ⅰ上，所述移动块Ⅰ安装在驱动机构Ⅰ上并受驱动机构Ⅰ驱动左右移动；所述移动机构Ⅱ包括驱动机构Ⅱ、安装板Ⅱ和移动块Ⅱ，所述安装板Ⅱ固定在移动块Ⅰ上，所述驱动机构Ⅱ固定在安装板Ⅱ上，所述移动块Ⅱ安装在驱动机构Ⅱ上并受驱动机构Ⅱ驱动前后移动，所述夹具体固定在移动块Ⅱ上。
进一步的，所述常压等离子体清洗系统还包括控制系统，所述控制系统与驱动机构Ⅰ和驱动机构Ⅱ电连接。
优选的，所述固定架为龙门架。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明通过对等离子体清洗装置进行设计建模，仿真校核，实际调试，实现了机械零件大面积等离子体清洗的功能，并且解决了等离子体的电磁干扰问题。本发明所设计的等离子体清洗系统简单可靠，灵活度大，速度调节范围广，负载能力强，运动控制简单，能够对各种金属零部件进行清洗，是一款环保经济、高效易操作的常压等离子体清洗系统。它适用于大面积零件表面的有机污染物的清洗，通过二维运动、三维可调实现深孔、异形曲面等复杂表面的洁净清洗，并且本发明通过集成运动控制可以实现自动化、按照规划路径进行精密清洗。
附图说明
图1为常压等离子体清洗系统轴测图；
图2为常压等离子体清洗系统主视图；
图3为夹具体轴测图；
图4为移动机构结构示意图；
图5为喷枪调整机构结构示意图；
图中，1、工作台，2、固定架，3、等离子体喷枪，4、等离子体发生器，5、移动机构，6、夹具体，7、气管，8、气源，9、控制系统，10、喷枪调整机构，11、支撑隔离板，12、导向孔，13、调节孔，14、固定螺栓，15、铜套，51、移动机构Ⅰ，52、移动机构Ⅱ，61、定位导向板，62、夹具底板，63、夹持板，64、锁紧螺钉，511、驱动机构Ⅰ，512、安装板Ⅰ，513移动块Ⅰ，521、驱动机构Ⅱ，522、安装板Ⅱ，523、移动块Ⅱ，621、螺纹孔，631夹板、632、固定板，633、通孔，5111、步进电机Ⅰ，5112、丝杠Ⅰ，5113、支撑光杠Ⅰ，5114、限位支撑板Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图1-5和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。在本发明的描述中，需要理解的是：术语“前”“后”“左”“右”等指示方位的词语只是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的具体限定。
以图3中示意，定位导向板61的安装方向为左右方向，每个夹持板63中的两个固定板632分别安装在定位导向板61的前方和后方。
具体实施方式一
一种常压等离子体清洗系统，包括工作台1、固定架2、等离子体喷枪3、等离子体发生器4、移动机构5和夹具体6，所述固定架2设置在工作台1上，所述等离子体喷枪3安装在固定架2上，所述等离子体喷枪3通过气管7与等离子体发生器4连接，所述等离子体发生器4通过气管7与气源8相连，所述移动机构5设置在工作台1上，所述夹具体6安装在移动机构5上，所述夹具体6位于等离子体喷枪3的下方。
进一步的，所述等离子体喷枪3固定在喷枪调整机构10上，所述喷枪调整机构10固定在固定架2上。
进一步的，所述喷枪调整机构10包括支撑隔离板11，所述等离子体喷枪3通过固定在支撑隔离板11上的铜套15与支撑隔离板11固定连接，所述支撑隔离板11上设置有竖直设置的长条形导向孔12，所述固定架2的顶端设置有若干个调节孔13，固定螺栓14穿过导向孔12与调节孔13将支撑隔离板11固定在固定架2上。
进一步的，所述导向孔12左右并列设置有两个，所述调节孔13左右并列设置有两列，每列调节孔13与位于同侧的导向孔12对应设置。
进一步的，所述固定架2为龙门架。
进一步的，所述支撑隔离板11为亚克力板，使等离子体喷枪3与固定架2两者之间不能相互导电，从而避免了金属材质的固定架带电造成复杂的屏蔽效应，解决了等离子体的电磁干扰问题。
待清洗的零件放置在夹具体6上，当需要调节清洗高度时，根据待清洗零件的位置，通过调节固定螺栓14固定在调节孔13的位置使支撑隔离板11上下移动，从而带动等离子体喷枪3上下移动，移动到合适的位置后，锁紧固定螺栓14，实现清洗高度的调节；当需要调节清洗角度时，按照需求将支撑隔离板11倾斜一定的角度，两个长条形的导向孔12随支撑隔离板11一同倾斜，每个长条形的导向孔12对应两排调节孔13中的两个调节孔13，锁紧固定螺栓14，使得等离子体喷枪3的喷口与清洗表面成特定角度。所述喷枪调整机构10可以实现清洗角度和高度的调节，等离子体喷枪3高度行程为160mm,可以实现绕z轴正负45度方向的调节。
具体实施方式二
本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，所述夹具体6包括定位导向板61、夹具底板62和两个夹持板63，所述定位导向板61左右方向固定在夹具底板62上，所述两个夹持板63相对设置并沿定位导向板61左右移动，所述两个夹持板63通过锁紧螺钉64固定在夹具底板62上，所述夹具底板62通过连接板固定在移动机构5上。待清洗零件放置在定位导向板61上，两个夹持板63沿定位导向板61向零件滑动，将零件夹持住，锁紧螺钉64旋入夹具底板62上的螺纹孔621内，将夹持板63固定在夹具底板62上。
优选的，定位导向板61、夹具底板62、两个夹持板63和连接板均为亚克力板。
进一步的，所述两个夹持板63的结构相同，均包括夹板631和两个固定板632，所述两个固定板632分别位于定位导向板61的前后两侧，所述夹板631竖直设置，所述夹板631的前后两端分别固定在两个固定板632上用于夹持待清洗的零件，所述两个固定板632上均左右方向设置有长条形的通孔633，所述夹具底板62上设置有两排螺纹孔621，锁紧螺钉64穿过通孔633与螺纹孔621将固定板632固定在夹具底板62上。优选的，所述夹板631和两个固定板632为一体结构。
所述夹具体6可以实现对最大长度尺寸280mm的零件的装夹，所述夹具体6全面采用亚克力板进行制造，有效的进行了绝缘处理，使得待清洗零件和移动机构5进行了隔离，有效避免了因待清洗零件带电对移动机构5造成影响。
具体实施方式三
本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，所述移动机构5包括移动机构Ⅰ51和移动机构Ⅱ52，所述移动机构Ⅰ51固定在工作台1上，所述移动机构Ⅱ52设置在移动机构Ⅰ51上，所述夹具体6安装在移动机构Ⅱ52上，所述移动机构Ⅰ51驱动移动机构Ⅱ52运动，所述移动机构Ⅱ52驱动夹具体6运动，所述移动机构Ⅰ51和移动机构Ⅱ52的驱动方向分别为水平面上两个相互垂直的方向。
进一步的，所述移动机构Ⅰ51包括驱动机构Ⅰ511、安装板Ⅰ512和移动块Ⅰ513，所述安装板Ⅰ512固定在工作台1上，所述驱动机构Ⅰ511安装在安装板Ⅰ512上，所述移动块Ⅰ513安装在驱动机构Ⅰ511上并受驱动机构Ⅰ511驱动左右移动；所述移动机构Ⅱ52包括驱动机构Ⅱ521、安装板Ⅱ522和移动块Ⅱ523，所述安装板Ⅱ522固定在移动块Ⅰ513上，所述驱动机构Ⅱ521安装在安装板Ⅱ522上，所述移动块Ⅱ523安装在驱动机构Ⅱ521上并受驱动机构Ⅱ521驱动前后移动，所述夹具体6固定在移动块Ⅱ523上。
进一步的，所述驱动机构Ⅰ511包括步进电机Ⅰ5111、联轴器Ⅰ、丝杠Ⅰ5112、限位支撑板Ⅰ5114和两条支撑光杠Ⅰ5113，所述步进电机Ⅰ5111固定在安装板Ⅰ512上，所述丝杠5112的一端通过联轴器Ⅰ与步进电机Ⅰ5111的输出轴固定连接，另一端通过轴承与限位支撑板Ⅰ5114连接，所述移动块Ⅰ513通过与丝杠Ⅰ5112相配合的螺母与丝杠Ⅰ5112传动连接，所述移动块Ⅰ513滑动连接在两条支撑光杠Ⅰ5113上，两条支撑光杠Ⅰ5113的两端分别固定在限位支撑板Ⅰ5114与步进电机Ⅰ5111上。
进一步的，所述驱动机构Ⅱ521与驱动机构Ⅰ511的结构相同。
调节等离子体清洗作业空间和清洗路径时，步进电机Ⅰ5111转动，通过联轴器Ⅰ驱动丝杠Ⅰ5112转动，丝杠Ⅰ5112通过相配合的螺母将转动转换为移动块Ⅰ513的左右移动，移动块Ⅰ513带动安装板Ⅱ522移动，驱动机构Ⅱ521与驱动机构Ⅰ511驱动方式相同，驱动机构Ⅱ521驱动移动块Ⅱ523前后移动，移动块Ⅱ523带动夹具体移动，从而实现待清洗零件在水平面上的前后左右平动，实现了水平面内工作空间的调节，本实施方式中等离子体清洗系统可以实现300*300mm工作空间的调整，适合尺寸小于300*300mm的工作表面的清洗作业。
具体实施方式四
本具体实施方式是对具体实施方式三的进一步限定，所述常压等离子体清洗系统还包括控制系统9，所述控制系统与驱动机构Ⅰ511和驱动机构Ⅱ521的步进电机电连接。通过编程控制，对步进电机的速度进行调节，实现两组步进电机联动，根据不同的工件大小，完成直线、曲线等各种路径的轨迹规划，可实现速度为0～100mm/s。控制系统9中可以储存若干个不同工件清洗轨迹，常用工件清洗时，仅需要调用相关程序即可完成自动化清洗。对不常用工件，仅需要输入长、宽、高等特征参数，就可以进行自动轨迹规划。本系统避免了人工重复清洗、漏洗等问题，可完成高效的大面积的清洗任务。
Claims (10)
1.一种常压等离子体清洗系统，其特征在于：包括工作台(1)、固定架(2)、等离子体喷枪(3)、等离子体发生器(4)、移动机构(5)和夹具体(6)，所述固定架(2)设置在工作台(1)上，所述等离子体喷枪(3)安装在固定架(2)上，所述等离子体喷枪(3)通过气管Ⅰ(7)与等离子体发生器(4)连接，所述等离子体发生器(4)通过气管Ⅱ与气源(8)相连，所述移动机构(5)设置在工作台(1)上，所述夹具体(6)安装在移动机构(5)上，所述夹具体(6)位于等离子体喷枪(3)的下方。
2.根据权利要求1所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述等离子体喷枪(3)固定在喷枪调整机构(10)上，所述喷枪调整机构(10)固定在固定架(2)上。
3.根据权利要求2所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述喷枪调整机构(10)包括支撑隔离板(11)，所述等离子体喷枪(3)与支撑隔离板(11)固定连接，所述支撑隔离板(11)上设置有导向孔(12)，所述固定架(2)上设置有若干个调节孔(13)，固定螺栓(14)穿过导向孔(12)与调节孔(13)将支撑隔离板(11)固定在固定架(2)上。
4.根据权利要求3所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述导向孔(12)左右并列设置有两个，所述调节孔(13)左右并列设置有两列，每列调节孔(13)与位于同侧的导向孔(12)对应设置。
5.根据权利要求1所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述夹具体(6)包括定位导向板(61)、夹具底板(62)和两个夹持板(63)，所述定位导向板(61)固定在夹具底板(62)上，所述两个夹持板(63)相对设置并沿定位导向板(61)移动，所述两个夹持板(63)通过锁紧螺钉(64)固定在夹具底板(62)上，所述夹具底板(62)固定在移动机构(5)上。
6.根据权利要求5所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述两个夹持板(63)的结构相同，均包括夹板(631)和两个固定板(632)，所述两个固定板(632)分别位于定位导向板(61)的前后两侧，所述夹板(631)竖直设置，所述夹板(631)的前后两端分别固定在两个固定板(632)上，所述两个固定板(632)上均左右方向设置有长条形的通孔(633)，所述夹具底板(62)上设置有两排螺纹孔(621)，锁紧螺钉(64)穿过通孔(633)与螺纹孔(621)将固定板(632)固定在夹具底板(62)上。
7.根据权利要求1所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述移动机构(5)包括移动机构Ⅰ(51)和移动机构Ⅱ(52)，所述移动机构Ⅰ(51)固定在工作台(1)上，所述移动机构Ⅱ(52)设置在移动机构Ⅰ(51)上，所述夹具体(6)安装在移动机构Ⅱ(52)上，所述移动机构Ⅰ(51)驱动移动机构Ⅱ(52)运动，所述移动机构Ⅱ(52)驱动夹具体(6)运动，所述移动机构Ⅰ(51)和移动机构Ⅱ(52)的驱动方向分别为水平面上两个相互垂直的方向。
8.根据权利要求7所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述移动机构Ⅰ(51)包括驱动机构Ⅰ(511)、安装板Ⅰ(512)和移动块Ⅰ(513)，所述安装板Ⅰ(512)固定在工作台(1)上，所述驱动机构Ⅰ(511)固定在安装板Ⅰ(512)上，所述移动块Ⅰ(513)安装在驱动机构Ⅰ(511)上并受驱动机构Ⅰ(511)驱动左右移动；所述移动机构Ⅱ(52)包括驱动机构Ⅱ(521)、安装板Ⅱ(522)和移动块Ⅱ(523)，所述安装板Ⅱ(522)固定在移动块Ⅰ(513)上，所述驱动机构Ⅱ(521)固定在安装板Ⅱ(522)上，所述移动块Ⅱ(523)安装在驱动机构Ⅱ(521)上并受驱动机构Ⅱ(521)驱动前后移动，所述夹具体(6)固定在移动块Ⅱ(523)上。
9.根据权利要求8所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述常压等离子体清洗系统还包括控制系统(9)，所述控制系统(9)与驱动机构Ⅰ(511)和驱动机构Ⅱ(521)电连接。
10.根据权利要求1所述的常压等离子体清洗系统，其特征在于：所述固定架(2)为龙门架。
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