CN111889457B - 一种大幅面自动化激光清洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大幅面自动化激光清洗装置及方法，该装置中清洗头为振镜头，振镜头内包括反射镜片；清洗头控制卡为可编程镜片控制卡，清洗头的控制端与清洗头控制卡的输出端连接，清洗头控制卡用于调节清洗头的出光参数；运动平台用于承载待清洗工件，运动平台的控制端与运动平台控制卡的输出端连接；清洗头控制卡和运动平台控制卡均与控制器连接，控制器内存储待清洗工件的清洗图形；控制器用于根据清洗图形和运动平台当前时刻的运动参数调节清洗头的出光参数，使清洗头的出光范围与清洗图形的边界匹配，并确定运动平台下一时刻的运动参数。本发明可提高清洗效率。

Description

一种大幅面自动化激光清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及激光清洗领域，特别是涉及一种大幅面自动化激光清洗装置及方法。

背景技术

随着激光清洗的应用越来越广泛，为了便于操作，目前的激光清洗多选用出光幅面较小的镜头，同时出光镜头里反射镜片的振动运动形式单一，没有过多通过控制板卡开发反射镜片的运动功能。

在清洗幅面较大(超出扫描头扫描范围)的工件时，目前主要选用以下两种方法：(1)手持式：采用人手持清洗头的方式人工清洗，清洗效率低而且由于清洗头重量较重，人在清洗时难免抖动，导致激光焦点不能时刻保持在加工面上，进而会导致清洗效果不均匀的现象。(2)配合运动机构清洗：将清洗头自身出光区域设置好后，通过清洗头和运动机构(直线电机、传送带等)的相对运动实现大幅面清洗，此种方式虽然保证了焦点始终在工件表面，但是对需清洗的范围形状要求很高，必须要求需要清洗的范围为规则矩形，若为异形，则会以二次加工或者再次调整清洗头自身出光范围的拼接方式来进行清洗，会导致有些区域多次清洗出现过洗影响清洗效果的情况，同时效率低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种大幅面自动化激光清洗装置及方法，以提高清洗效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大幅面自动化激光清洗装置，包括：清洗头、清洗头控制卡、运动平台控制卡、运动平台和控制器；

所述清洗头为振镜头，所述振镜头内包括反射镜片；所述清洗头控制卡为可编程镜片控制卡，所述清洗头的控制端与所述清洗头控制卡的输出端连接，所述清洗头控制卡用于调节所述清洗头的出光参数；所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；

所述运动平台用于承载待清洗工件，所述运动平台的控制端与所述运动平台控制卡的输出端连接，所述运动平台控制卡用于调节所述运动平台的运动参数；

所述清洗头控制卡和所述运动平台控制卡均与所述控制器连接，所述控制器内存储所述待清洗工件的清洗图形；所述控制器用于根据所述清洗图形和所述运动平台当前时刻的运动参数调节所述清洗头的出光参数，使所述清洗头的出光范围与所述清洗图形的边界匹配，并确定所述运动平台下一时刻的运动参数。

可选的，所述振镜头内包括两个反射镜片，两个反射镜片均与所述清洗头控制卡的输出端连接。

可选的，所述运动平台的控制端通过运动机构与所述运动平台控制卡的输出端连接，所述运动平台控制卡通过调节所述运动机构的运动参数来调节所述运动平台的运动轨迹。

本发明还包括一种大幅面自动化激光清洗方法，所述大幅面自动化激光清洗方法应用于上述的大幅面自动化激光清洗装置，所述大幅面自动化激光清洗方法包括：

根据待清洗工件确定清洗图形；所述清洗图形为与所述待清洗工件的清洗表面一致的图形；

根据清洗头的最大扫描范围确定所述清洗图形的第一清洗区域；所述第一清洗区域为所述清洗头最大扫描范围覆盖的区域；

根据所述第一清洗区域，确定所述清洗图形的边界区域；所述清洗图形的边界区域为所述清洗图形中除所述第一清洗区域之外的区域；

根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数；

在所述边界区域处，根据所述清洗头的出光参数和运动平台的移动参数分别调节所述清洗头控制卡的输出参数和运动平台控制卡的输出参数，对所述待清洗工件的边界位置进行清洗；

在所述第一清洗区域处，调节所述清洗头处于最大扫描范围，对所述待清洗工件的非边界位置进行清洗。

可选的，所述根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数，具体包括：

确定运动平台的当前位置；所述运动平台的初始位置为原点坐标位置；

根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数；所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；所述清洗头的出光范围和出光形状与当前位置处的边界区域匹配；

根据当前位置处的清洗头的出光参数，结合所述边界区域，确定所述运动平台的下一位置；

根据所述运动平台的下一位置与当前位置，生成所述运动平台的移动参数；

将所述运动平台的下一位置作为当前位置，返回根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数的步骤。

可选的，所述根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数，之后还包括：

根据所述第一清洗区域确定所述第一清洗区域处所述清洗头的出光参数和运动平台的移动参数；

根据所述边界区域处所述运动平台的移动参数和所述第一清洗区域处所述运动平台的移动参数，确定所述运动平台的运动轨迹；

根据所述边界区域处所述清洗头的出光参数和所述第一清洗区域处所述清洗头的出光参数，确定所述运动轨迹上每个位置点的出光参数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明对待清洗工件进行大幅面的清洗时，待清洗工件移动的坐标值或坐标值范围是不断变化，同时调控软件收集坐标值信号，根据坐标值信号调用对应的清洗头出光参数调节信号，传递给清洗头控制卡，清洗头控制卡控制清洗头摆动，实现不同清洗区域的清洗。以上过程均是连续进行，无需切换运动轨迹与清洗图形，无需中途断光，可以对规则或者异形大幅面清洗范围一次性清洗完成，无需调整工件和清洗头的相对方向，也无需对清洗头出光区域进行二次调整，进而调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大幅面自动化激光清洗装置的结构示意图；

图2为本发明反射镜片与镜片控制卡的位置关系示意图；

图3为本发明大幅面自动化激光清洗装置中各组件之间的连接关系示意图；

图4为本发明大幅面自动化激光清洗方法的流程示意图；

图5为本发明清洗图形的示意图；

图6为本发明调整出光参数的示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过软件对超过清洗头出光范围但需要清洗的位置进行出光路径优化，使时刻在调整的清洗头出光范围大小及形状与承载工件的运动平台下的X轴、Y轴运动机构的运动特性相匹配，进而使清洗范围按需要扩大，最后清洗出效果均匀的大幅面工件。此装置不仅能完成需清洗范围为矩形的清洗，同时也能完成其它需清洗范围为异形的清洗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明大幅面自动化激光清洗装置的结构示意图。如图1所示，本发明大幅面自动化激光清洗装置包括：清洗头1、清洗头控制卡(图中未标注)、运动平台控制卡(图中未标注)、运动平台2和控制器(图中未标注)。

所述清洗头1为振镜头，所述振镜头内包括两个反射镜片。所述清洗头控制卡为可编程镜片控制卡，如图2所示，两个反射镜片的控制端均与镜片控制卡的输出端连接，镜片控制卡通过调节两个反射镜片摆动的频率、角度等参数，调节所述清洗头1的出光参数；所述清洗头1的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状。

所述运动平台2用于承载待清洗工件，所述运动平台2的控制端通过运动机构与所述运动平台控制卡的输出端连接，运动机构包括X轴运动机构和Y轴运动机构，所述运动平台控制卡通过调节X轴运动机构和Y轴运动机构的运动参数来调节所述运动平台2的运动参数，进而对待清洗工件进行移动。

如图3所示，所述清洗头控制卡和所述运动平台控制卡均与所述控制器连接，所述控制器集成于电脑中，所述控制器内存储所述待清洗工件的清洗图形；所述控制器用于根据所述清洗图形和所述运动平台2当前时刻的运动参数调节所述清洗头1的出光参数，使所述清洗头1的出光范围与所述清洗图形的边界匹配，并确定所述运动平台2下一时刻的运动参数。

采用上述装置对待清洗工件进行大幅面清洗时，具体流程如图4所示，包括以下步骤：

步骤100：根据待清洗工件确定清洗图形。所述清洗图形为与所述待清洗工件的清洗表面一致的图形，根据待清洗工件的表面形状，可以采用绘制的方式，将待清洗工件的清洗面绘制成相应的清洗图形，也可以采用输入参数等其他方式得到待清洗工件对应的清洗图形。清洗图形与待清洗工件相关，可以为规则形状的图形，也可以为不规则的异形图形。清洗图形的面积超出清洗头的最大扫描范围也可以，本发明主要是针对清洗图形大于清洗头最大扫描范围的情况，对待清洗工件进行清洗。

步骤200：根据清洗头的最大扫描范围确定清洗图形的第一清洗区域。所述第一清洗区域为所述清洗头最大扫描范围覆盖的区域。

步骤300：根据第一清洗区域，确定清洗图形的边界区域。所述清洗图形的边界区域为所述清洗图形中除所述第一清洗区域之外的区域，如图5所示，图中以清洗图形为圆形，第一清洗区域即清洗头最大扫描范围覆盖的区域为方形为例，则边界区域为方形之外的区域，通常边界区域为不规则的形状。

步骤400：根据清洗图形的边界区域，确定边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数。移动平台移动到每一个位置时，根据待清洗工件所处的位置，调整清洗头的出光参数，使出光形状与当前位置待清洗工件的边界即清洗图形的边界区域形状匹配，出光范围与当前位置边界区域的范围匹配，覆盖当前位置的边界区域，同时不会对已经清洗的区域进行过清洗。

具体过程如下：

确定运动平台的当前位置。所述运动平台的初始位置为原点坐标位置。

根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数。所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；所述清洗头的出光范围和出光形状与当前位置处的边界区域匹配。如图6中(a)部分所示，此时清洗头的出光范围和出光形状与清洗区域一的形状和范围匹配。

根据当前位置处的清洗头的出光参数，结合所述边界区域，确定所述运动平台的下一位置。

根据所述运动平台的下一位置与当前位置，生成所述运动平台的移动参数，运动平台根据该移动参数移动到下一位置。

根据所述运动平台的下一位置和下一位置处的边界区域，确定下一位置处的清洗头的出光参数。如图6中(b)部分所示，运动平台移动到下一位置时，待清洗工件的清洗目标为清洗区域二，此时，清洗头的出光范围和出光形状与清洗区域二的形状和范围匹配。

基于上述步骤，依次完成对边界区域清洗时清洗头出光参数和运动平台移动参数的确定过程。然后在第一清洗区域内采用清洗头最大扫描范围进行清洗的策略，确定第一清洗区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数，进而根据边界区域处运动平台的移动参数和第一清洗区域处运动平台的移动参数，确定运动平台的运动轨迹，同时根据所述边界区域处所述清洗头的出光参数和所述第一清洗区域处所述清洗头的出光参数，将运动轨迹上每个位置点的出光参数与相应的位置点对应，之后将运动平台的运动轨迹和对应的出光参数进行存储。

步骤500：在边界区域处，根据清洗头的出光参数和运动平台的移动参数分别调节清洗头控制卡的输出参数和运动平台控制卡的输出参数，对待清洗工件的边界位置进行清洗；在第一清洗区域处，调节清洗头处于最大扫描范围，对待清洗工件的非边界位置进行清洗。对待清洗工件进行清洗时，按照前述存储的运动平台的运动轨迹和对应的出光参数调整运动平台和清洗头，按照上述清洗策略实现对待清洗工件的大幅面清洗，同时避免对已清洗区域过清洗的问题。

下面提供一个具体实施例进一步说明本发明的方案，本实施例采用相关的软件实现上述过程。具体过程如下：

(1)在电脑上的对应清洗软件内根据编写待清洗工件对应的清洗图形，即使清洗图形的面积超出振镜头的极限扫描范围亦可。运动平台的X/Y运动轴通过控制卡与电脑连接，电脑上安装有相应的调控软件，该调控软件可以同时控制振镜里反射镜片的运动特性和运动平台的X/Y轴的运动特性，振镜里反射镜片的运动特性包括振镜出光角度、范围、形状、大小等，运动平台的X/Y轴的运动特性包含运动速度、频率和矢量等。

(2)在清洗工件超过振镜极限扫描范围时，以调控软件为载体，通过工件的运动特性和振镜头里反射镜片的摆动特性的相互配合的方式实现，具体步骤如下：

1)参数设置：先将清洗图形的形状、尺寸等数据导入到电脑内清洗软件内。

2)软件读取：电脑内控制卡上的调控软件读取清洗图形和尺寸数据。

3)原点找零：将工件放置在X/Y轴载物台上，X/Y轴伺服驱动使运动平台带动工件运动到原点位置，即为零点位置。

4)调控软件收集X/Y轴运动时反馈给X/Y轴运动控制卡的信号，来识别工件当前及定位的坐标值，工件的位坐标置由接近开关感应识别。

5)清洗图形的大小边界是取决于振镜里镜片的摆动特性，同时镜片的摆动特性是由镜片控制卡来控制的，而镜片控制卡接收调控软件的信号，即调控软件通过镜片控制卡来决定反射镜片的摆动特性，进而确定清洗图形的大小和边界。通过振镜出光与运动平台携带工件运动的协同联动，实现大尺寸工件表面的连续清洗。

6)调控软件记录第5)步中所需的清洗范围即反射镜片摆动特性，并将工件运动时的一组组坐标值与反射镜片的摆动特性一一对应，经算法优化后实现出光清洗与工件运动的联动。

7)调控软件完成计算环节，可以开始清洗。整个清洗过程中，振镜头固定，通过运动平台运动，实现大尺寸工件表面的连续清洗、工件表面不间断。

在进行大幅面的清洗时，工件移动的坐标值或坐标值范围是不断变化，同时调控软件收集坐标值信号，根据坐标值信号调用对应的反射镜片摆动特性信号，传递给镜片控制卡，镜片控制卡控制反射镜片摆动。以上过程均是连续进行，无需切换运动轨迹与清洗图形，无需中途断光。通过上述功能可以对规则或者异形大幅面清洗范围一次性清洗完成，无需调整工件和清洗头的相对方向，也无需对清洗头出光区域进行二次调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种大幅面自动化激光清洗装置，其特征在于，包括：清洗头、清洗头控制卡、运动平台控制卡、运动平台和控制器；

所述清洗头为振镜头，所述振镜头内包括反射镜片；所述清洗头控制卡为可编程镜片控制卡，所述清洗头的控制端与所述清洗头控制卡的输出端连接，所述清洗头控制卡用于调节所述清洗头的出光参数；所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；

所述运动平台用于承载待清洗工件，所述运动平台的控制端与所述运动平台控制卡的输出端连接，所述运动平台控制卡用于调节所述运动平台的运动参数；

所述清洗头控制卡和所述运动平台控制卡均与所述控制器连接，所述控制器内存储所述待清洗工件的清洗图形；所述控制器用于根据所述清洗图形和所述运动平台当前时刻的运动参数调节所述清洗头的出光参数，使所述清洗头的出光范围与所述清洗图形的边界匹配，并确定所述运动平台下一时刻的运动参数；

所述大幅面自动化激光清洗装置的清洗过程为：

根据待清洗工件确定清洗图形；所述清洗图形为与所述待清洗工件的清洗表面一致的图形；

根据清洗头的最大扫描范围确定所述清洗图形的第一清洗区域；所述第一清洗区域为所述清洗头最大扫描范围覆盖的区域；

根据所述第一清洗区域，确定所述清洗图形的边界区域；所述清洗图形的边界区域为所述清洗图形中除所述第一清洗区域之外的区域；

根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数；具体过程为：确定运动平台的当前位置；所述运动平台的初始位置为原点坐标位置；根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数；所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；所述清洗头的出光范围和出光形状与当前位置处的边界区域匹配；根据当前位置处的清洗头的出光参数，结合所述边界区域，确定所述运动平台的下一位置；根据所述运动平台的下一位置与当前位置，生成所述运动平台的移动参数；将所述运动平台的下一位置作为当前位置，返回根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数的步骤；

在所述边界区域处，根据所述清洗头的出光参数和运动平台的移动参数分别调节所述清洗头控制卡的输出参数和运动平台控制卡的输出参数，对所述待清洗工件的边界位置进行清洗；

在所述第一清洗区域处，调节所述清洗头处于最大扫描范围，对所述待清洗工件的非边界位置进行清洗。

2.根据权利要求1所述的大幅面自动化激光清洗装置，其特征在于，所述振镜头内包括两个反射镜片，两个反射镜片均与所述清洗头控制卡的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的大幅面自动化激光清洗装置，其特征在于，所述运动平台的控制端通过运动机构与所述运动平台控制卡的输出端连接，所述运动平台控制卡通过调节所述运动机构的运动参数来调节所述运动平台的运动参数。

4.一种大幅面自动化激光清洗方法，其特征在于，所述大幅面自动化激光清洗方法应用于权利要求1-3任一项所述的大幅面自动化激光清洗装置，所述大幅面自动化激光清洗方法包括：

根据待清洗工件确定清洗图形；所述清洗图形为与所述待清洗工件的清洗表面一致的图形；

根据清洗头的最大扫描范围确定所述清洗图形的第一清洗区域；所述第一清洗区域为所述清洗头最大扫描范围覆盖的区域；

根据所述第一清洗区域，确定所述清洗图形的边界区域；所述清洗图形的边界区域为所述清洗图形中除所述第一清洗区域之外的区域；

根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数；

在所述边界区域处，根据所述清洗头的出光参数和运动平台的移动参数分别调节所述清洗头控制卡的输出参数和运动平台控制卡的输出参数，对所述待清洗工件的边界位置进行清洗；

在所述第一清洗区域处，调节所述清洗头处于最大扫描范围，对所述待清洗工件的非边界位置进行清洗。

5.根据权利要求4所述的大幅面自动化激光清洗方法，其特征在于，所述根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数，具体包括：

确定运动平台的当前位置；所述运动平台的初始位置为原点坐标位置；

根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数；所述清洗头的出光参数包括出光角度、出光范围和出光形状；所述清洗头的出光范围和出光形状与当前位置处的边界区域匹配；

根据当前位置处的清洗头的出光参数，结合所述边界区域，确定所述运动平台的下一位置；

根据所述运动平台的下一位置与当前位置，生成所述运动平台的移动参数；

将所述运动平台的下一位置作为当前位置，返回根据所述运动平台的当前位置和所述当前位置处的边界区域，确定所述当前位置处的清洗头的出光参数的步骤。

6.根据权利要求4所述的大幅面自动化激光清洗方法，其特征在于，所述根据所述清洗图形的边界区域，确定所述边界区域处清洗头的出光参数和运动平台的移动参数，之后还包括：

根据所述第一清洗区域确定所述第一清洗区域处所述清洗头的出光参数和运动平台的移动参数；

根据所述边界区域处所述运动平台的移动参数和所述第一清洗区域处所述运动平台的移动参数，确定所述运动平台的运动轨迹；

根据所述边界区域处所述清洗头的出光参数和所述第一清洗区域处所述清洗头的出光参数，确定所述运动轨迹上每个位置点的出光参数。

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