CN112827944A - 一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置及方法,属于除锈装置技术领域。该装置中光束调整传输单元连接激光器,激光器下方设置位移平台,位移平台上放置工件放置夹紧器,用于夹持工件,位移平台连接清洗质量检测保护单元和机械臂,机械臂连接激光器,机械臂和激光器之间设置自动控制操作反馈单元。该装置利用光束调整传输单元对锈化工件表面进行检测,信号传输回自动控制操作反馈单元后,通过光震动、光分解、高温汽化、光剥离等物理作用,达到对零件表面污染层的彻底清洗。本发明安全环保、能够非接触式清洗、全自动化光束识别反馈清洗、不伤基材表面、清洗效率高。
Description
技术领域
本发明涉及除锈装置技术领域,特别是指一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置及方法。
背景技术
金属表面的除锈技术也称为金属表面的清洗技术。随着现代科学技术的迅速发展,对金属表面的清洗方法逐渐增多,手段更为先进,工作强度大大降低,特别是采用激光对物体表面的清洗已经拓展应用到非金属材质表面。
激光清洗技术,就是利用激光产生的具有极高能量密度的光束直接照射在被清洗物体表面,污染表面(这里指锈蚀层)吸收激光能量后迅速升温,进而产生一系列物理化学效应,如燃烧气化、热冲击与热振动、声波振碎等,来最终达到使污物与工件脱离的目的,同时不会对工件表面产生损伤。与传统的除锈方法相比,激光除锈具有很多无可比拟的优点:激光除锈无光化学反应,不需要使用任何有害的化学清洗剂,对环境无污染;激光可以通过光纤传输,且可与机器手或机器人相配合,实现远距离操作,并能在一些危险的场所保证操作人员的安全性,例如核反应堆冷凝管的除锈;如果选取激光参量适当,激光除锈后还会改变材料表层的结构并在材料表面产生一层氧化物,该氧化物能防止材料本身进一步生锈。
美国和欧洲的国家在激光清洗方面一直走在前列。俄罗斯专家较早的研究出一种快速清除数吨重的金属部件上的锈蚀的新方法:将使用在金属处理工艺中的激光设备进行改进,使激光装置产生适当的激光束能量,并照射金属工件表面。金属工件表面上的污物由于受到剧烈加热而导致气化,适当的物理作用力就可以将其轻易去除。这就是早期的激光清洗模式。法国科学家用激光清洗技术来清洗城墙。美国科学家用激光来清除航空器上的油漆和铁锈。目前国际上已经有了专门的激光清洗会议,2018年4月19日至2018年4月20日在江苏大学召开了“2018年度国际激光清洗技术研讨会”。
随着科学技术的发展,人们的环保和安全仪式逐步增强,各国的环境保护法规要求也越来越严格,工业生产中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。由于可通过设定不同的参数,调整激光束能量,激光清洗技术可适用于各种材质物体表面清洗,并已成功拓展用于清洗模具、武器装备、飞机表面、楼宇外墙、电子工业、精密仪器等非金属材料表面,被认为是最可靠、最有效的解决办法,具有广阔的市场前景和社会价值。
目前,对激光除锈的研究还不够完善,没有形成一套完整的体系,且激光除锈的设备体系较少,设备类型比较单一,因此亟待完善解决激光除锈的多种设备体系问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置及方法。
该装置包括激光器、光束调整传输单元、清洗质量检测保护单元、自动控制操作反馈单元和位移平台,光束调整传输单元连接激光器,激光器下方设置位移平台,位移平台上放置工件放置夹紧器,工件放置夹紧器用于夹持工件,位移平台连接清洗质量检测保护单元和机械臂,机械臂连接激光器,机械臂和激光器之间设置自动控制操作反馈单元。
其中,激光器包括激光源、激光增益介质、泵浦源、电光调制器件,光束调整传输单元包括光束发射器、光束接收器、光束反馈处理器。
清洗质量监测保护单元及自动控制操作反馈单元包括反馈信号接收器、智能化信息计算处理器、信号传出器、机械臂。
激光增益介质为Nd:YAG晶体,结构为四能级系统,室温条件下以最强的4F3/2→4F11/2跃迁产生1064nm波长的激光振荡,输出单色性好的1064nm激光。
泵浦源为半导体808nm,其同等功率下的热负载是氙灯泵浦的1/5,更利于激光工作在高重频条件下。
电光调制器件为BBO或者RTP晶体,配合高精度的Q驱动电路,实现激光脉冲宽度(半功率点全宽)10-20ns输出。
激光器采用种子源激光经板条放大级多次(一般为50~100次)放大实现在工作频率10Khz的条件下单脉冲能量10-20mj的激光输出,平均输出功率在100-200W,峰值功率100MW。
激光器的激光传导采用导光臂输出,导光臂为5-7关节的光路自由传导装置,能够固定或手持。
应用该装置的方法,具体为:利用光束调整传输单元中的传输器对锈化的工件表面进行检测,将信号传输回自动控制操作反馈单元后通过对机械臂的控制对激光器发射出的激光的强度和位置进行调节,并通过光震动、光分解、高温汽化、光剥离物理作用,对零件表面污染层进行彻底清洗。
光束调整传输单元通过发出和接收光束对锈化工件表面的光束反馈信息,在光束反馈处理器中形成预图像,再经与清洗质量监测保护单元及自动控制操作反馈单元在除锈过程中产生的图像进行对比调整,达到智能化信息反馈互补的作用。
在激光器的输出端安装片光源镜头,片光源将入射的圆形激光整形成片状激光输出,片光源镜头厚度1-2mm,片光源镜头张角实现5-50度的度量,同时设计片光源镜头的工作距离1-4m,同一张角下工作距离越远,片光长轴辐射面越大。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,不仅可以实现全自动大幅面激光除锈的功能,还可以充分利用本装置在工件表面形成的致密的氧化膜达到阻止工件二次锈化的功能,实现一次除锈终生免锈的效果。
附图说明
图1为本发明的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置结构示意图;
图2为本发明的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置系统示意图。
其中:1-激光器;2-光束调整传输单元;3-激光;4-工件;5-工件放置夹紧器;6-位移平台;7-机械臂;8-清洗质量检测保护单元;9-自动控制操作反馈单元。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置及方法。
如图1和图2所示,该装置包括激光器1、光束调整传输单元2、清洗质量检测保护单元8、自动控制操作反馈单元9和位移平台6,光束调整传输单元2连接激光器1,激光器1下方设置位移平台6,位移平台6上放置工件放置夹紧器5,工件放置夹紧器5用于夹持工件4,位移平台6连接清洗质量检测保护单元8和机械臂7,机械臂7连接激光器1,机械臂7和激光器1之间设置自动控制操作反馈单元9。
其中,激光器1包括激光源、激光增益介质、泵浦源、电光调制器件,光束调整传输单元2包括光束发射器、光束接收器、光束反馈处理器。
激光增益介质为Nd:YAG晶体,结构为四能级系统,室温条件下以最强的4F3/2→4F11/2跃迁产生1064nm波长的激光振荡,输出单色性好的1064nm激光。
泵浦源为半导体808nm。
电光调制器件在具体应用中选用RTP晶体,配合高精度的Q驱动电路,实现激光脉冲宽度10-20ns输出。
激光器1采用种子源激光经板条放大级80次放大实现在工作频率10Khz的条件下单脉冲能量10-20mj的激光输出,平均输出功率在100-200W,峰值功率100MW。
激光器1的激光传导采用导光臂输出,导光臂为5-7关节的光路自由传导装置,能够固定或手持。
该装置在具体应用中,首先,利用光束调整传输单元2中的传输器对锈化的工件4表面进行检测,将信号传输回自动控制操作反馈单元9后通过对机械臂7的控制对激光器1发射出的激光3的强度和位置进行调节,并通过光震动、光分解、高温汽化、光剥离等物理作用,对工件表面污染层进行彻底清洗。
光束调整传输单元2通过发出和接收光束对锈化工件4表面的光束反馈信息,在光束反馈处理器中形成预图像,再经与清洗质量监测保护单元8及自动控制操作反馈单元9在除锈过程中产生的图像进行对比调整,达到智能化信息反馈互补的作用。
在实际应用中,还可以在激光器1的输出端安装片光源镜头,片光源将入射的圆形激光整形成片状激光输出,片光源镜头厚度1-2mm,片光源镜头张角实现5-50度的度量,同时设计片光源镜头的工作距离1-4m。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:包括激光器(1)、光束调整传输单元(2)、清洗质量检测保护单元(8)、自动控制操作反馈单元(9)和位移平台(6),光束调整传输单元(2)连接激光器(1),激光器(1)下方设置位移平台(6),位移平台(6)上放置工件放置夹紧器(5),工件放置夹紧器(5)用于夹持工件(4),位移平台(6)连接清洗质量检测保护单元(8)和机械臂(7),机械臂(7)连接激光器(1),机械臂(7)和激光器(1)之间设置自动控制操作反馈单元(9)。
2.根据权利要求1所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述激光器(1)包括激光源、激光增益介质、泵浦源、电光调制器件,光束调整传输单元(2)包括光束发射器、光束接收器、光束反馈处理器。
3.根据权利要求2所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述激光增益介质为Nd:YAG晶体,结构为四能级系统,室温条件下以最强的4F3/2→4F11/2跃迁产生1064nm波长的激光振荡,输出单色性好的1064nm激光。
4.根据权利要求2所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述泵浦源为半导体808nm。
5.根据权利要求2所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述电光调制器件为BBO或者RTP晶体,配合高精度的Q驱动电路,实现激光脉冲宽度10-20ns输出。
6.根据权利要求1所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述激光器(1)采用种子源激光经板条放大级50~100次放大实现在工作频率10Khz的条件下单脉冲能量10-20mj的激光输出,平均输出功率在100-200W,峰值功率100MW。
7.根据权利要求1所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置,其特征在于:所述激光器(1)的激光传导采用导光臂输出,导光臂为5-7关节的光路自由传导装置,能够固定或手持。
8.应用权利要求1所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈装置的方法,其特征在于:利用光束调整传输单元(2)中的传输器对锈化的工件(4)表面进行检测,将信号传输回自动控制操作反馈单元(9)后通过对机械臂(7)的控制对激光器(1)发射出的激光(3)的强度和位置进行调节,并通过光震动、光分解、高温汽化、光剥离物理作用,对零件表面污染层进行彻底清洗。
9.根据权利要求8所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈方法,其特征在于:所述光束调整传输单元(2)通过发出和接收光束对锈化工件(4)表面的光束反馈信息,在光束反馈处理器中形成预图像,再经与清洗质量监测保护单元(8)及自动控制操作反馈单元(9)在除锈过程中产生的图像进行对比调整,达到智能化信息反馈互补的作用。
10.根据权利要求8所述的高强度智能化全自动大幅面激光除锈方法,其特征在于:在激光器(1)的输出端安装片光源镜头,片光源将入射的圆形激光整形成片状激光输出,片光源镜头厚度1-2mm,片光源镜头张角实现5-50度的度量,同时设计片光源镜头的工作距离1-4m。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210525 |