CN114653677A - 一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征在于，包括多工位夹具转盘单元、清洗单元以及视觉检测单元，所述清洗单元包括激光清洗单元和超声清洗单元，超声清洗单元中产生的微小气核进入发动机连杆小端头的衬套缝隙中，通过激光清洗单元对发动机连杆中衬套缝隙内的微小气核进行激光照射，利用激光激发微小气核形成空化气泡，该装置采用超声波辅助激光诱导空化方式进行清洗，利用激光诱导空化作用，使气核更容易产生，提高了清洗效果；同时可针对发动机连杆的两端面同时进行激光清洗，提高了清洗效率。

Description

一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置

技术领域

本发明属于汽车零件清洗技术领域，涉及一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置。

背景技术

连杆作为汽车发动机的重要零部件，工作中承受着很高的周期性载荷，其受力非常复杂，因此对连杆的装配要求很高。发动机连杆在进行一系列的机加工过程中，工件表面及缝隙处留有大量的残余金属碎屑及防锈油污垢，不仅容易划伤连杆精度要求极高的大小头内表面，还不利于连杆工作时的热量传递，严重影响连杆与发动机及曲轴装配后的工作性能。故在连杆加工完成后与打包保存前需增加一道总成清洗工序，以保证连杆进行装配前的表面清洁度。

激光加工是目前成熟的一种主流加工方式，其利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，通过光热效应进行加工。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料，且具备加工精度高、加工质量好的优势。随着激光设备能够国产化后，激光加工广泛应用于各种加工场合，包括清洗领域。

超声波清洗技术是利用超声波在液体中的空化作用、加速作用及直进流作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，因此清洗速度快，清洗效果好。同时它节省溶剂、热能、工作场地和人工，也无须人手接触清洗液，绿色安全。

但同时上述加工方式也各有其缺点，超声波清洗方式适用于大批量清洗，但针对发动机连杆小端头的衬套缝隙中的残留大量金属颗粒及污垢难以有效清除；而激光清洗可针对难以清洗的地方，例如发动机连杆的衬套缝隙，进行针对清洗，但不适用于大批量清洗，清洗效率较低，因此需要通过一种方式将两者进行有效结合，利用各清洗方式的优势，实现发动机连杆全面且高效的清洗过程。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其采用超声波辅助激光诱导空化方式进行清洗，利用激光诱导空化作用，使气核更容易产生，提高了清洗效果；同时可针对发动机连杆的两端面同时进行激光清洗，提高了清洗效率。

本发明具体公开一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其包括多工位夹具转盘单元、清洗单元以及视觉检测单元，

所述多工位夹具转盘单元包括夹具转盘、伺服电机组件、连杆夹具单元以及固定支架，所述夹具转盘上设置有至少三个工位，所述连杆夹具单元位于夹具转盘的工位上，所述连杆夹具单元固定夹持发动机连杆并放置于清洗单元中进行清洗；所述伺服电机组件安设于固定支架上，且所述伺服电机组件连接所述夹具转盘的圆心位置，通过伺服电机组件驱动夹具转盘旋转；

所述清洗单元包括激光清洗单元和超声清洗单元，所述超声清洗单元包括清洗槽，所述激光清洗单元设置于清洗槽侧壁，超声清洗单元中产生的微小气核进入发动机连杆小端头的衬套缝隙中，通过激光清洗单元对发动机连杆中衬套缝隙内的微小气核进行激光照射，利用激光激发微小气核形成空化气泡。

进一步的，所述超声波清洗单元中清洗槽包括内层清洗壳体和外层清洗壳体，所述内层清洗壳体用于盛装清洗液，所述内层清洗壳体套设于外层清洗壳体内，且所述内层清洗壳体和外层清洗壳体之间设有容纳腔，所述容纳腔内设有超声波环能器以及支撑体，所述支撑体位于内层清洗壳体的底部，所述支撑体用于保持内层清洗壳体与外层清洗壳体的间距固定，所述超声波换能器安设于内层清洗壳体的侧壁上。

进一步的，所述夹具转盘上设有四个工位，分别包括第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位，所述第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位等间隔分布于夹具转盘上，所述第一工位和第三工位相对水平设置，所述第二工位和第四工位相对竖直设置；所述第一工位用于将发动机连杆安设于夹具转盘上；所述第二工位用于将发动机连杆放置于清洗单元中进行清洗；所述第三工位用于将发动机连杆由夹具转盘拆卸。

进一步的，所述激光清洗单元包括旋转电机、激光控制器、YAG激光器、分束镜、多个全反镜以及多个聚焦透镜，其中所述旋转电机连接有轴心位置中空的空心轴，所述空心轴伸入发动机连杆小端头的通孔中，且所述空心轴与发动机连杆小端头的通孔轴心重合；所述YAG激光器发出激光，激光经过分束镜分为两股激光束，一股激光束经分束镜反射并经过全反镜、聚焦透镜聚焦于发动机连杆一侧面的衬套缝隙上，另一股激光束经分束镜透射并经过全反镜、聚焦透镜聚焦于发动机连杆另一侧面的衬套缝隙上；所述激光控制器控制YAG激光器的激光发射功率。

进一步的，所述视觉检测单元包括激光笔和检测相机，所述激光笔与激光清洗单元位置保持固定，所述激光笔发射激光光束至发动机连杆上形成光斑，检测相机采集发动机连杆上光斑位置拟合出发动机连杆小端头通孔的圆心位置，并控制连杆夹具调整发动机连杆中小端头通孔的圆心位置。

进一步的，所述激光单元中旋转电机的空心轴上设有定位标记，所述检测相机将采集空心轴上定位标记与发动机连杆的相对位置，并控制连杆夹具单元调整发动机连杆与空心轴的相对位置。

进一步的，所述连杆夹具单元包括连杆夹具和夹具运动组件，所述夹具运动组件包括Y轴支撑架、Y轴丝杆、Y轴运动块、Z轴丝杆以及夹具连接板，所述Y轴运动块通过Y轴丝杆连接于Y轴支撑架上，且通过Y轴丝杆旋转将驱动Y轴运动块沿竖直方向移动，所述夹具连接板通过Z轴丝杆连接于Y轴运动块上，通过Z轴丝杆旋转将驱动夹具连接板沿水平方向直线运动，且所述夹具连接板的下部与连杆夹具固定。

进一步的，所述连杆夹具包括连杆固定板，所述连杆固定板上设有压紧夹块、至少两个第一定位柱以及一个第二定位柱，其中第二定位柱用于配合发动机连杆大端头的通孔，第一定位柱则用于限制发动机连杆左右位移；所述压紧夹块活动连接于连杆固定板上，旋转所述压紧夹块将发动机连杆压紧，实现发动机连杆Z轴方向固定。

1)本发明的发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置采用超声波辅助激光诱导空化方式进行清洗，其利用空化作用对连杆小端头通孔与衬套缝隙处进行强有力地清洗，同时可针对发动机连杆整体进行全面清洗，实现清洗过程的自动化并提高了生产效率。。

2)本发明的发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置采用360度旋转的激光头，通过将激光分为两束，并以一定激光入射角度同时照射在发动机连杆两端的缝隙位置，从而实现对发动机连杆衬套缝隙进行快速同步清洗，大大提高清洗效率和清洗质量。

3)本发明的发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置中连杆夹具可快速将发动机连杆与激光头进行定位和配合；同时采用视觉检测单元配合清洗，可实现快速上下料、位置检测及补偿、对连杆两端面衬套缝隙进行同步清洗等的一系列加工动作，以提高清洗效果。

附图说明

图1为本实施例中发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置的侧视示意图；

图2为本实施例中发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置的主视示意图；

图3为本实施例中激光清洗单元的结构示意图；

图4为本实施例视觉检测单元中光斑与小端头通孔圆心的正确位置示意图；

图5为本实施例视觉检测单元中光斑与小端头通孔圆心位置不符合误差要求的示意图；

图6为本实施例中激光笔与激光清洗单元相对位置的示意图；

图7为本实施例中空心轴上定位标记的示意图；

图8为本实施例中超声波清洗单元的示意图；

图9为本实施例中连杆夹具的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例：

结合图1-2所示，本实施例中具体公开了一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其包括多工位夹具转盘13单元1、清洗单元2以及视觉检测单元3。

其中所述多工位夹具转盘13单元1包括夹具转盘13、伺服电机组件12、连杆夹具单元14以及固定支架11，所述夹具转盘13上设置有至少三个工位，所述连杆夹具单元14位于夹具转盘13的工位上，所述连杆夹具单元14固定夹持发动机连杆并放置于清洗单元2中进行清洗；所述伺服电机组件12安设于固定支架11上，且所述伺服电机组件12连接所述夹具转盘13的圆心位置，通过伺服电机组件12驱动夹具转盘13旋转。

更具体一点的是，在本实施例中所述夹具转盘13上设有四个工位，如图2所示，分别包括第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位，所述第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位等间隔分布于夹具转盘13上，所述第一工位和第三工位相对水平设置，所述第二工位和第四工位相对竖直设置；所述第一工位用于将发动机连杆安设于夹具转盘13上；所述第二工位用于将发动机连杆放置于清洗单元2中进行清洗；所述第三工位用于将发动机连杆由夹具转盘13拆卸；而第四工位则属于过渡工位。当夹具转盘13进行工作时，首先将发动机连杆放置在第一工位上，并通过连杆夹具单元14固定，伺服电机组件12驱动转盘旋转90°，发动机连杆到达第二工位，同时第一工位继续安装新的待清洗的发动机连杆；到达第二工位的发动机连杆由连杆夹具单元14夹持进入清洗单元2内进行清洗，当清洗完成后，第二工位的连杆夹具单元14将发动机连杆由清洗单元2中取出；伺服电机组件12继续驱动夹具转盘13转动90°，清洗完成的发动机连杆到达第三工位，将发动机连杆拆卸下夹具转盘13，同时第一工位重新装上的发动机连杆进入第二工位进行新一轮的清洗，然后第一工位继续上料，依次重复上述过程即可实现不间断清洗过程。

进一步的是，本实施例中所述清洗单元2包括激光清洗单元和超声清洗单元，所述超声清洗单元包括清洗槽，所述激光清洗单元设置于清洗槽侧壁，超声清洗单元中产生的微小气核进入发动机连杆小端头的衬套缝隙中，通过激光清洗单元对发动机连杆中衬套缝隙内的微小气核进行激光照射，利用激光激发微小气核形成空化气泡。具体的，结合图8所示，所述超声波清洗单元2中清洗槽包括内层清洗壳体209和外层清洗壳体208，所述内层清洗壳体209用于盛装清洗液，所述内层清洗壳体209套设于外层清洗壳体208内，且所述内层清洗壳体209和外层清洗壳体208之间设有容纳腔，所述容纳腔内设有超声波环能器210以及支撑体211，所述支撑体211位于内层清洗壳体209的底部，所述支撑体211用于保持内层清洗壳体209与外层清洗壳体208的间距固定，所述超声波换能器安设于内层清洗壳体209的侧壁上，为保持内层清洗壳体209之间互相影响，在容纳腔中设有隔音棉214。当超声波在清洗液中的能量达到阈值时，会在清洗液中产生微小气核，气核在能量的激励下迅速长大、塌缩、溃灭，在整个过程中清洗液会发生一系列的化学物理效应及热效应，从而产生自由基，能与污垢发生反应使其降解，气泡在溃灭的瞬间产生高速微水射流，作用在工件表面上能起到十分有效的清洁效果。在本实施例中超声清洗单元中还包括超声波发生器212和PC端213，所述超声波发生器212与超声波环能器210连接，通过超声波发生器212和PC端213可控制超声波环能器210的功率。

进一步的，结合图3所示，所述激光清洗单元包括旋转电机201、激光控制器204、YAG激光器203、分束镜202、多个全反镜206以及多个聚焦透镜207，其中所述旋转电机201连接有轴心位置中空的空心轴2011，所述空心轴2011伸入发动机连杆小端头的通孔中，且所述空心轴2011与发动机连杆小端头的通孔轴心重合；所述YAG激光器203发出激光，激光经过分束镜202分为两股激光束，一股激光束经分束镜202反射并经过全反镜206、聚焦透镜207聚焦于发动机连杆一侧面的衬套缝隙上，另一股激光束经分束镜202透射并经过全反镜206、聚焦透镜207聚焦于发动机连杆另一侧面的衬套缝隙上；所述激光控制器204控制YAG激光器203的激光发射功率。当超声波结合激光诱导空化作用时，能更容易诱导气核的产生，阈值更低，所需超声的激励声压和激光功率更低，在减弱激光对工件的影响的同时还能节约能耗，整个加工效率也有所提高。

此外本实施例中所述视觉检测单元3包括激光笔和检测相机301，如图4-5所示，所述激光笔与激光清洗单元位置保持固定，所述激光笔发射激光光束至发动机连杆上形成光斑，检测相机301采集发动机连杆上光斑位置拟合出发动机连杆小端头通孔的圆心位置，并控制连杆夹具单元14调整发动机连杆中小端头通孔的圆心位置。进一步的，结合图6-7所示，所述激光清洗单元中旋转电机201的空心轴2011上设有定位标记2012，所述检测相机301将采集空心轴2011上定位标记2012与发动机连杆的相对位置，并控制连杆夹具单元14调整发动机连杆与空心轴2011的相对位置。通过固定激光笔与激光清洗单元的相对位置，激光笔发射出的光束照射到发动机连杆上，检测相机301将采集到光斑在发动机连杆上的位置，并拟合出小头孔的圆心，计算判断光斑与圆心的距离及与竖直方向的夹角是否符合设定值误差范围，不符合则通过调控连杆夹具单元14位置对发动机连杆在x-y平面的位置进行补偿，直至光斑与圆心位置符合预期设定值。同时本实施例中还将根据检测相机301所采集到的照片，进行判断发动机连杆与激光清洗单元中空心轴2011上标定位置处的距离是否符合设定值误差范围，若不符合则将控制连杆夹具单元14沿Z轴方向位移，对发动机连杆进行Z轴方向的位置补偿。

进一步的，结合图9所示，本实施例中所述连杆夹具单元14包括连杆夹具和夹具运动组件，所述夹具运动组件包括Y轴支撑架1401、Y轴丝杆1402、Y轴运动块1403、Z轴丝杆1409以及夹具连接板1404，所述Y轴运动块1403通过Y轴丝杆1402连接于Y轴支撑架1401上，且通过Y轴丝杆1402旋转将驱动Y轴运动块1403沿竖直方向移动，所述夹具连接板1404通过Z轴丝杆1409连接于Y轴运动块1403上，通过Z轴丝杆1409旋转将驱动夹具连接板1404沿水平方向直线运动，且所述夹具连接板1404的下部与连杆夹具固定。更详细的是，所述连杆夹具包括连杆固定板1405，所述连杆固定板1405上设有压紧夹块1407、至少两个第一定位柱1408以及一个第二定位柱1406，其中第二定位柱1406用于配合发动机连杆大端头的通孔，第一定位柱1408则用于限制发动机连杆左右位移；所述压紧夹块1407活动连接于连杆固定板1405上，旋转所述压紧夹块1407将发动机连杆压紧，实现发动机连杆Z轴方向固定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征在于，包括多工位夹具转盘单元、清洗单元以及视觉检测单元，

所述多工位夹具转盘单元包括夹具转盘、伺服电机组件、连杆夹具单元以及固定支架，所述夹具转盘上设置有至少三个工位，所述连杆夹具单元位于夹具转盘的工位上，所述连杆夹具单元固定夹持发动机连杆并放置于清洗单元中进行清洗；所述伺服电机组件安设于固定支架上，且所述伺服电机组件连接所述夹具转盘的圆心位置，通过伺服电机组件驱动夹具转盘旋转；

所述清洗单元包括激光清洗单元和超声清洗单元，所述超声清洗单元包括清洗槽，所述激光清洗单元设置于清洗槽侧壁，超声清洗单元中产生的微小气核进入发动机连杆小端头的衬套缝隙中，通过激光清洗单元对发动机连杆中衬套缝隙内的微小气核进行激光照射，利用激光激发微小气核形成空化气泡。

2.根据权利要求1所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述超声波清洗单元中清洗槽包括内层清洗壳体和外层清洗壳体，所述内层清洗壳体用于盛装清洗液，所述内层清洗壳体套设于外层清洗壳体内，且所述内层清洗壳体和外层清洗壳体之间设有容纳腔，所述容纳腔内设有超声波环能器以及支撑体，所述支撑体位于内层清洗壳体的底部，所述支撑体用于保持内层清洗壳体与外层清洗壳体的间距固定，所述超声波换能器安设于内层清洗壳体的侧壁上。

3.根据权利要求1所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述夹具转盘上设有四个工位，分别包括第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位，所述第一工位、第二工位、第三工位以及第四工位等间隔分布于夹具转盘上，所述第一工位和第三工位相对水平设置，所述第二工位和第四工位相对竖直设置；所述第一工位用于将发动机连杆安设于夹具转盘上；所述第二工位用于将发动机连杆放置于清洗单元中进行清洗；所述第三工位用于将发动机连杆由夹具转盘拆卸。

4.根据权利要求1所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述激光清洗单元包括旋转电机、激光控制器、YAG激光器、分束镜、多个全反镜以及多个聚焦透镜，其中所述旋转电机连接有轴心位置中空的空心轴，所述空心轴伸入发动机连杆小端头的通孔中，且所述空心轴与发动机连杆小端头的通孔轴心重合；所述YAG激光器发出激光，激光经过分束镜分为两股激光束，一股激光束经分束镜反射并经过全反镜、聚焦透镜聚焦于发动机连杆一侧面的衬套缝隙上，另一股激光束经分束镜透射并经过全反镜、聚焦透镜聚焦于发动机连杆另一侧面的衬套缝隙上；所述激光控制器控制YAG激光器的激光发射功率。

5.根据权利要求1所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述视觉检测单元包括激光笔和检测相机，所述激光笔与激光清洗单元位置保持固定，所述激光笔发射激光光束至发动机连杆上形成光斑，检测相机采集发动机连杆上光斑位置拟合出发动机连杆小端头通孔的圆心位置，并控制连杆夹具调整发动机连杆中小端头通孔的圆心位置。

6.根据权利要求4所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述激光单元中旋转电机的空心轴上设有定位标记，所述检测相机将采集空心轴上定位标记与发动机连杆的相对位置，并控制连杆夹具单元调整发动机连杆与空心轴的相对位置。

7.根据权利要求1所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述连杆夹具单元包括连杆夹具和夹具运动组件，所述夹具运动组件包括Y轴支撑架、Y轴丝杆、Y轴运动块、Z轴丝杆以及夹具连接板，所述Y轴运动块通过Y轴丝杆连接于Y轴支撑架上，且通过Y轴丝杆旋转将驱动Y轴运动块沿竖直方向移动，所述夹具连接板通过Z轴丝杆连接于Y轴运动块上，通过Z轴丝杆旋转将驱动夹具连接板沿水平方向直线运动，且所述夹具连接板的下部与连杆夹具固定。

8.根据权利要求7所述发动机连杆超声波辅助激光诱导空化气泡清洗装置，其特征为：所述连杆夹具包括连杆固定板，所述连杆固定板上设有压紧夹块、至少两个第一定位柱以及一个第二定位柱，其中第二定位柱用于配合发动机连杆大端头的通孔，第一定位柱则用于限制发动机连杆左右位移；所述压紧夹块活动连接于连杆固定板上，旋转所述压紧夹块将发动机连杆压紧，实现发动机连杆Z轴方向固定。

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