CN112077053B - 激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置和方法，包括移动平台，所述移动平台上固定有反应仓，所述反应仓内固定有碳纤维树脂基复合材料，所述碳纤维树脂基复合材料上方设置有激光清洗系统，所述反应仓上开设有入水口和出水口，所述入水口与进水管连接，所述出水口与输水管连接，所述入水口上安装有喷嘴，所述喷嘴正对所述碳纤维树脂基复合材料的待清洗表面，所述反应仓内设置有水质传感器，所述水质传感器与水质检测仪连接。本发明使用多用途可更换透镜对激光进行合理聚焦排列，有效满足航空材料清洗中大面积清洗与局部精密清洗并存的情况，在保证效率的同时同样适用高价值航空精密材料的清洗。

Description

激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置和方法

技术领域

本发明属于激光清洗技术领域，特指一种实时监测激光湿式清洗碳纤维树脂基航空复合材料的装置和方法。

背景技术

激光清洗由于具有无接触、无二次污染以及可清洗亚微米级的粒子，被认为是当今一种很有潜力的新型清洗方法。激光湿式清洗是在工件上覆上液膜，激光可经过调节聚焦选择照射在液膜上或直接作用于材料与液膜之间从而达到不同的清洗强度以满足不同需求。碳纤维树脂基材料作为航空工业中最广泛的高性能复合材料，在遇水环境并不会像传统金属材料一样生成氧化杂质，是为湿式激光清洗的适用材料。但现有技术中缺乏对激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的清洗过程进行适时监控的研究。

发明内容

本发明是为了优化现有激光清洗过程，提供了一种激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置和方法，可以实现实时反馈清洗质量。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置，包括移动平台，所述移动平台上固定有反应仓，所述反应仓内固定有碳纤维树脂基复合材料，所述碳纤维树脂基复合材料上方设置有激光清洗系统，所述反应仓上开设有入水口和出水口，所述入水口与进水管连接，所述出水口与输水管连接，所述入水口上安装有喷嘴，所述喷嘴正对所述碳纤维树脂基复合材料的待清洗表面，所述反应仓内设置有水质传感器，所述水质传感器与水质检测仪连接。

上述方案中，所述进水管通过水泵与储液罐连接，所述输水管与废水蓄水池连接。

上述方案中，所述进水管上安装有阀门，所述阀门与控制器连接，所述控制器还与移动平台、水质检测仪和水泵连接。

上述方案中，所述激光清洗系统包括激光控制器、激光器和透镜舱，所述透镜舱内依次安装有凹透镜和凸透镜，透镜可拆卸安装在所述透镜舱的出口处，所述凹透镜、所述凸透镜和所述透镜的中心位于同一种直线上。

本发明还提供了激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测方法，包括以下步骤：S1：面对不同结构待清洗表面，选择安装合适的透镜安装在透镜舱上，调整好透镜仓位置、角度以及激光参数；S2：控制器打开阀门，水泵通过进水管将清洗液从储液罐吸入并经过入水口喷射液膜至待清洗表面，出水口调节开度，使反应仓中液体没过水质传感器后液面不再上升；S3：打开激光器，控制器控制移动平台的位移使待清洗表面与激光光斑接触，控制移动平台的运动，使激光在待清洗表面上充分位移覆盖进行清洗，通过判断清洗过程中水质传感器反馈给水质检测仪的杂质含量的变化来决定是否完成清洗，清洗后的残余废水通过输水管运送至废水蓄水池以供后续处理。

本发明的有益效果：(1)本发明装置及方法，通过更换透镜仓上不同规格的透镜，实现将经上位机1与激光控制器2调整好参数的激光束经透镜仓扩散增加覆盖面积后通过透镜8聚焦成符合材料表面清洗要求的光斑排列，可以满足激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料不同形貌表面的清洗需求。(2)在反应仓内增设一个水质传感器，能够实现实时反馈清洗状态，避免过度清洗，保护材料基面减少能源浪费。(3)操作简单直观，通过控制器实现全过程的控制，降低了对操作人员的专业度需求。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图中：1-上位机；2-激光控制器；3-水质检测仪；4-激光器；5-透镜舱；6-凹透镜；7-凸透镜；8-透镜；9-待清洗表面；10-水质传感器；11-反应仓；12-出水口；13-输水管；14-废水蓄水池；15-移动平台；16-液膜；17-入水口；18-进水管；19-阀门；20-储液罐；21-水泵；22-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明装置作进一步详细说明。

如图1所示，一种激光湿式清洗碳纤维树脂基航空复合材料的监测装置，包括激光清洗系统、控制检测系统、供水系统。所述激光清洗系统由激光器、透镜舱、激光控制器、透镜、上位机等组成。所述透镜组中激光器4与凹透镜6、凸透镜7、透镜8的中心位于同一种直线上，凹透镜6、凸透镜7安装在透镜仓5内，透镜8螺纹安装于透镜舱5上。透镜组将经上位机1与激光控制器2调整好参数的激光束扩散增加覆盖面积后通过凹透镜6、凸透镜7、透镜8后聚焦成符合材料表面清洗要求的光斑排列，并将其作用于待清洗表面9和液膜16中。所述控制检测系统由控制器、移动平台、水质检测仪、水质传感器等组成。所述水质传感器10安置于反应仓11内壁，传感器检测水体16中的溶液成分变化反馈给水质检测仪3，控制器22通过水质检测仪3反馈的杂质含量，决定移动平台15的运行和通过上位机1与激光控制器2决定激光的发射状态。所述供水系统由水泵、阀门、反应仓、供水管、蓄水池等组成。所述水泵21通过进水管18将清洗液从储液罐20吸入并经过入水口17运送至反应仓11，控制器22可改变阀门19的开度从而改变液膜流速。出水口12位于反应仓11下方通过输水管13连接至废水蓄水池14。

优选的，反应仓与多用途可更换透镜采用螺纹连接并于连接处加装橡皮垫圈等密封措施。

优选的，反应仓内部架设镂空支架，用于支撑工件同时保证清洗液的流通。

利用该装置加工操作时，包括如下步骤：S1：面对不同结构待清洗表面9，选择安装合适的多用途可更换透镜8，调整好透镜仓5位置、角度以及激光参数。S2：控制器22打开阀门19，水泵21通过进水管18将清洗液从储液罐20吸入并经过入水口17喷射液膜至待清洗表面9，出水口12调节开度，使反应仓11中液体没过水质传感器10后液面不再上升。S3：打开激光器，控制器22控制移动平台15的位移使待清洗表面9与激光光斑接触，控制移动平台的运动，使激光在待清洗表面9上充分位移覆盖进行清洗。通过判断清洗过程中水质传感器10反馈给水质检测仪3的杂质含量的变化来决定是否完成清洗。清洗后的残余废水通过输水管13运送至废水蓄水池14以供后续处理。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书内容等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置，包括移动平台(15)，所述移动平台(15)上固定有反应仓(11)，所述反应仓(11)内固定有碳纤维树脂基复合材料，所述碳纤维树脂基复合材料上方设置有激光清洗系统，其特征在于,所述反应仓(11)上开设有入水口(17)和出水口(12)，所述入水口(17)与进水管(18)连接，所述出水口(12)与输水管(13)连接，所述入水口(17)上安装有喷嘴，所述喷嘴正对所述碳纤维树脂基复合材料的待清洗表面（9），所述反应仓(11)内设置有水质传感器(10)，所述水质传感器(10)与水质检测仪(3)连接；所述进水管(18)通过水泵(21)与储液罐(20)连接，所述输水管(13)与废水蓄水池(14)连接；所述进水管(18)上安装有阀门(19)，所述阀门(19)与控制器(22)连接，所述控制器(22)还与移动平台(15)、水质检测仪(3)和水泵(21)连接；所述激光清洗系统包括激光控制器(1)、激光器(4)和透镜舱(5)，所述透镜舱(5)内依次安装有凹透镜(6)和凸透镜(7)，透镜（8）可拆卸安装在所述透镜舱(5)的出口处，所述凹透镜(6)、所述凸透镜(7)和所述透镜（8）的中心位于同一种直线上。

2.一种利用权利要求1所述的激光湿式清洗碳纤维树脂基复合材料的监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：面对不同结构待清洗表面（9），选择安装合适的透镜(8)安装在透镜舱(5)上，调整好透镜舱(5)位置、角度以及激光参数；

S2：控制器（22）打开阀门（19），水泵(21)通过进水管(18)将清洗液从储液罐（20）吸入并经过入水口（17）喷射液膜至待清洗表面（9），出水口（12）调节开度，使反应仓（11）中液体没过水质传感器(10)后液面不再上升；

S3：打开激光器，控制器（22）控制移动平台（15）的位移使待清洗表面（9）与激光光斑接触，控制移动平台的运动，使激光在待清洗表面（9）上充分位移覆盖进行清洗，通过判断清洗过程中水质传感器（10）反馈给水质检测仪(3)的杂质含量的变化来决定是否完成清洗，清洗后的残余废水通过输水管（13）运送至废水蓄水池（14）以供后续处理。

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