CN115121552B - 一种丝材环向激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丝材环向激光清洗装置，包括激光清洗头、防激光反射腔、反射镜基座及反射镜；激光清洗头安装于防激光反射腔的上方且用于发射清洗光源，至少一个反射镜基座可转动地连接于防激光反射腔，反射镜安装于反射镜基座且用于反射清洗光源到丝材上。该丝材环向激光清洗装置的目的是解决激光清洗焊丝时由于无法使焊丝环向全覆盖清洗而导致效率低的问题。

Description

一种丝材环向激光清洗装置

技术领域

本发明涉及激光加工清洗技术领域，具体涉及一种丝材环向激光清洗装置。

背景技术

焊丝是焊接领域经常用到的一种填料手段。航空、航天结构件焊接时，焊丝作为不可缺少的一种填料方式，被广泛应用。焊丝使用前，为了避免引入二次污染，保证焊接的高质量，需要对焊丝进行表面处理，去除表面的油污、氧化层等杂志。一般焊丝在商品出厂前均对焊丝进行扒皮或酸洗，去除表面氧化层与油污。对于缠绕成盘的焊丝，使用单位采购后因为缺少专业的缠绕丝设备，无法自行将焊丝酸洗后缠绕成卷，因此焊丝采购后一般都不再进行表面处理，直接用于焊接。焊丝在空气中长时间久置表面会发生氧化，产生氧化膜，直接影响焊接质量。尤其对于航空焊接件而言焊缝质量、力学性能要求极高，因此久置的焊丝如何在不破坏原来缠绕丝状态下进行焊前表面清洗，成为一个航空产品焊接中的一个技术难题。

近年来发展的激光清洗技术是利用高能激光束照射工件表面(瞬间峰值最大功率可达兆瓦级)，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净的工艺过程。目前现有技术下的激光清洗，激光照射无法使得环向零件表面全部覆盖，因此无法一次全部清洗干净环向零件表面。

目前发展的激光清洗技术，由于受到激光照射面的限制，激光清洗在清洗环向零件时无法使得零件环向全覆盖清洗。因此激光清洗在清洗焊丝时，需要多角度清洗才能使得焊丝表面全角度覆盖，效率极低。因此，传统的激光清洗技术在焊丝清洗时难以得到应用。

因此，发明人提供了一种丝材环向激光清洗装置。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种丝材环向激光清洗装置，解决了激光清洗焊丝时由于无法使焊丝环向全覆盖清洗而导致效率低的技术问题。

(2)技术方案

本发明提供了一种丝材环向激光清洗装置，包括激光清洗头、防激光反射腔、反射镜基座及反射镜；

所述激光清洗头安装于所述防激光反射腔的上方且用于发射清洗光源，至少一个所述反射镜基座可转动地连接于所述防激光反射腔，所述反射镜安装于所述反射镜基座且用于反射所述清洗光源到丝材上。

进一步地，所述丝材环向激光清洗装置还包括多组设置于所述防激光反射腔端部的转动连接机构，两个所述反射镜基座分别通过对应的转动连接机构可转动地连接于所述防激光反射腔。

进一步地，所述转动连接机构包括反射腔转轴、第一连接杆、连接轴、第二连接杆及电动反射镜转轴；

所述第一连接杆的一端通过所述反射腔转轴转动连接于所述防激光反射腔，所述第一连接杆的另一端通过所述连接轴转动连接于所述第二连接杆的一端，所述第二连接杆的另一端通过所述电动反射镜转轴转动连接于所述反射镜基座。

进一步地，所述反射镜与水平面呈30°～60°夹角。

进一步地，所述反射镜基座的转动角度为10°～20°。

进一步地，所述反射镜基座通过水冷方式对所述反射镜进行散热。

进一步地，所述反射镜基座包括环形中空腔、水冷装置入水口及水冷装置出水口，所述环形中空腔开设于所述反射镜基座内部，所述水冷装置入水口、所述水冷装置出水口均贯穿于所述反射镜基座且与所述环形中空腔连通。

进一步地，所述丝材环向激光清洗装置还包括除尘装置，所述除尘装置用于清除粉尘。

进一步地，所述丝材环向激光清洗装置还包括在线检测装置，所述线检测装置用于对焊丝的清洗状态进行实时检测。

进一步地，所述线检测装置包括CCD摄像头、红外温度仪及表面粗糙度仪，所述CCD摄像头、所述红外温度仪及所述表面粗糙度仪均安装于所述防激光反射腔且朝向所述丝材。

(3)有益效果

综上，本发明用双侧激光反射镜反射设计以及电动反射镜旋转设计，反射镜基座在微型电机驱动下可高速做往复回转运动，使得激光照射面角度适应性更好。可以使得激光作用到丝材环向全位置，从而一次性清洗干净丝材周向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种丝材环向激光清洗装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种丝材环向激光清洗装置中的反射镜基座的正视图；

图3是本发明实施例提供的一种丝材环向激光清洗装置中的反射镜基座的俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种丝材环向激光清洗装置的应用场景图。

图中：

1-激光清洗头；2-防激光反射腔；3-反射腔转轴；4-第一连接杆；5-连接轴；6-第二连接杆；7-电动反射镜转轴；701-电动反射镜马达；8-反射镜基座；801-环形中空腔；802-水冷装置入水口；803-水冷装置出水口；9-反射镜；10-丝材；11-清洗光源；12-除尘装置；13-在线检测系统；14-焊接系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例提供的一种丝材环向激光清洗装置的结构示意图，该装置可以包括激光清洗头1、防激光反射腔2、反射镜基座8及反射镜9；激光清洗头1安装于防激光反射腔2的上方且用于发射清洗光源11，至少一个反射镜基座8可转动地连接于防激光反射腔2，反射镜9安装于反射镜基座8且用于反射清洗光源11到丝材10上。

在上述实施方式中，针对激光清洗技术在清洗焊丝时无法使得焊丝环向全覆盖清洗，需要多角度清洗才能使得焊丝表面全角度覆盖，效率低等特点，设计了一种特定的焊丝激光清洗装置，可一次实现焊丝的环向全覆盖清洗，显著简化丝材清洗流程。

如图1所示，采用双侧激光反射镜反射设计以及电动反射镜旋转设计，反射镜基座8在微型电机驱动下可高速做往复回转运动，使得激光照射面角度适应性更好。可以使得激光作用到丝材环向全位置，从而一次性清洗干净丝材周向。

其中，防激光反射腔2作为载体，连接反射腔转轴3，并起到防止激光散射保护作用，其主要材质采用黄铜62材料。

电动反射镜转轴7由微型的电动反射镜马达701驱动，可以使得反射镜基座8绕着电动反射镜转轴7做高速往复回转运动，回转角度±45度。其主要材质采用黄铜62材料制造。

反射镜基座8作为反射镜9的载体，采用水冷设计，反射镜基座8的水冷装置入水口801及水冷装置出水口802，可对反射镜9进行散热，同时反射镜基座8在微型电动反射镜马达701驱动下可高速绕电动反射镜转轴7做往复回转运动，其主要材质采用黄铜62材料。

反射镜9主要采用紫铜镀膜制造，用于清洗光源的反射，激光反射率99.8％以上。

清洗光源11可采用波长1064nm、脉宽130ns、激光频率5～50KHz可调的300W激光光源。

在一些可选的实施例中，丝材环向激光清洗装置还包括多组设置于防激光反射腔2端部的转动连接机构，两个反射镜基座8分别通过对应的转动连接机构可转动地连接于防激光反射腔2。

在一些可选的实施例中，如图1所示，转动连接机构包括反射腔转轴3、第一连接杆4、连接轴5、第二连接杆6及电动反射镜转轴7；

第一连接杆4的一端通过反射腔转轴3转动连接于防激光反射腔2，第一连接杆4的另一端通过连接轴5转动连接于第二连接杆6的一端，第二连接杆6的另一端通过电动反射镜转轴7转动连接于反射镜基座8。

具体地，反射腔转轴3主要作用是使得连接杆4可进行旋转，调节连接杆4的角度，其主要材质采用黄铜62材料。

第一连接杆4主要作用是连接反射腔转轴3与连接轴5，其主要材质采用黄铜62材料。

连接轴5主要作用是使得连接杆6可进行旋转，调节连接杆6的角度。其主要材质采用黄铜62材料。

第二连接杆6主要作用是使得连接轴5与反射镜转轴7连接，其主要材质采用黄铜62材料。

在一些可选的实施例中，反射镜9与水平面呈30°～60°夹角。其中，优选为45°，能够保证反射激光可以全面覆盖焊丝。

在一些可选的实施例中，反射镜基座8的转动角度为10°～20°。其中，优选为15°，能够保证反射激光可以全面覆盖焊丝。

在一些可选的实施例中，反射镜基座8通过水冷方式对反射镜9进行散热。其中，水冷的方式进行散热能够节省成本，并且散热效果好。

在一些可选的实施例中，如图2-3所示，反射镜基座8包括环形中空腔801、水冷装置入水口802及水冷装置出水口803，环形中空腔801开设于反射镜基座8内部，水冷装置入水口801、水冷装置出水口802均贯穿于反射镜基座8且与环形中空腔801连通。

具体地，反射镜基座8为中空结构，其内部存储冷却水，通过水冷装置入水口802进入环形中空腔801，更换时通过水冷装置出水口803流出，采用机械加工出内部凹槽，采用钎焊方式进行封闭防止漏水。

在一些可选的实施例中，丝材环向激光清洗装置还包括除尘装置12，除尘装置12用于清除粉尘。其中，除尘装置12的功率500W，吸力1～50L/s可调，主要作用是清除激光清洗作业过程中产生的粉尘，防止粉尘污染激光清洗头与反射镜片。

在一些可选的实施例中，丝材环向激光清洗装置还包括在线检测装置13，线检测装置13用于对焊丝的清洗状态进行实时检测。

在一些可选的实施例中，线检测装置13包括CCD摄像头、红外温度仪及表面粗糙度仪，CCD摄像头、红外温度仪及表面粗糙度仪均安装于防激光反射腔2且朝向丝材10。

具体地，线检测装置13能够检测焊丝的表面温度，表面粗糙度，氧化层去除状态。

焊接过程中需要清洗焊丝时，焊丝清洗流程如下：

S1、焊丝进行激光清洗时，调节连接杆4，连接杆6，反射镜基座8，使得反射镜基座处于开敞状态，便于丝材内置于反射区域内；

S2、将焊丝10内置于反射区域内；

S3、调节反射镜基座8的反射角度与水平面呈45°夹角，使得反射激光可以全面覆盖焊丝；

S4、设置激光清洗参数，功率200W，激光频率45KHz，扫描速度8000mm/s，送丝速度3m/min，反射镜转轴7往复频率为100次/分钟，回转角度15°；

S5、开启除尘装置12；

S6、开启在线检测系统13，检测清洗过程中的焊丝表面粗糙度、温度、氧化层去除情况；

S7、开始焊丝清洗作业；

S8、在线检测系统13对焊丝清洗过程进行实时检测，当表面粗糙度、氧化层、温度满足要求合格时，焊丝通过送丝系统传递给焊接系统14(如图3所示)进行焊接。当检测不合格时，重新进行清洗、检测直至满足要求；

S9、焊丝清洗干净后，通过送丝系统传递给焊接系统进行焊接使用。

实施例

采用黄铜62材料制造，防激光反射腔2一个，反射腔。转轴3两个，连接杆4两个，连接轴5两个，连接杆6两个，电动反射镜转轴7两个，反射镜基座8两个，采用紫铜进行镀膜制造反射镜9两个，采用CCD摄像头、红外温度仪、表面粗糙度仪组成在线检测装置13。

水冷装置采用同飞MCW-10型水冷机对激光反射镜基座8水冷环进行冷却，激光清洗光源采用锐科300W纳秒激光器，脉宽130ns，频率5～50KHz。

焊接送丝装置采用福尼斯送丝装置，采用锐科4000W激光器作为焊接光源，HIGHYAG焊接头进行填丝焊接，焊丝采用TC4牌号φ1.0mm直径。

焊丝清洗验证1

设置送丝速度为3m/min，激光清洗功率设置为300W，激光频率设置为45KHz，扫描速度8000mm/s，电动反射镜转轴7往复频率为100次/分钟，回转角度15度。焊丝清洗后，焊丝全向表面呈亮白色金属光泽，表面光滑、无烧蚀、凹坑。

采用1.5mmTC4板材作为焊接板材，进行填丝焊接，设置焊接功率3000W，焊接速度2.5m/min，焊接的板材经过X光探伤满足HB/Z20017中Ⅰ级焊缝标准。焊丝清洗过程形成的系统参数如表1所示。

表1丝材清洗系统参数

焊丝清洗验证2

设置送丝速度为2.5m/min，激光清洗功率设置为250W，激光频率设置为40KHz，扫描速度7000mm/s，电动反射镜转轴7往复频率为80次/分钟，回转角度15度。焊丝清洗后，焊丝全向表面呈亮白色金属光泽，表面光滑、无烧蚀、凹坑。

采用1.5mmTC4板材作为焊接板材，进行填丝焊接，设置焊接功率3000W，焊接速度2.5m/min，焊接的板材经过X光探伤满足HB/Z20017中Ⅰ级焊缝标准。焊丝清洗过程形成的系统参数如表2所示。

表2丝材清洗系统参数

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种丝材环向激光清洗装置，其特征在于，包括激光清洗头(1)、防激光反射腔(2)、反射镜基座(8)及反射镜(9)；

所述激光清洗头(1)安装于所述防激光反射腔(2)的上方且用于发射清洗光源(11)，至少一个所述反射镜基座(8)可转动地连接于所述防激光反射腔(2)，所述反射镜(9)安装于所述反射镜基座(8)且用于反射所述清洗光源(11)到丝材(10)上；

还包括多组设置于所述防激光反射腔(2)端部的转动连接机构，两个所述反射镜基座(8)分别通过对应的转动连接机构可转动地连接于所述防激光反射腔(2)；

所述转动连接机构包括反射腔转轴(3)、第一连接杆(4)、连接轴(5)、第二连接杆(6)及电动反射镜转轴(7)；

所述第一连接杆(4)的一端通过所述反射腔转轴(3)转动连接于所述防激光反射腔(2)，所述第一连接杆(4)的另一端通过所述连接轴(5)转动连接于所述第二连接杆(6)的一端，所述第二连接杆(6)的另一端通过所述电动反射镜转轴(7)转动连接于所述反射镜基座(8)。

2.根据权利要求1所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜(9)与水平面呈30°～60°夹角。

3.根据权利要求1所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜基座(8)的转动角度为10°～20°。

4.根据权利要求1所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜基座(8)通过水冷方式对所述反射镜(9)进行散热。

5.根据权利要求4所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜基座(8)包括环形中空腔(801)、水冷装置入水口(802)及水冷装置出水口(803)，所述环形中空腔(801)开设于所述反射镜基座(8)内部，所述水冷装置入水口(802)、所述水冷装置出水口(803)均贯穿于所述反射镜基座(8)且与所述环形中空腔(801)连通。

6.根据权利要求1所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，还包括除尘装置(12)，所述除尘装置(12)用于清除粉尘。

7.根据权利要求1所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，还包括在线检测装置(13)，所述线检测装置(13)用于对焊丝的清洗状态进行实时检测。

8.根据权利要求7所述的丝材环向激光清洗装置，其特征在于，所述线检测装置(13)包括CCD摄像头、红外温度仪及表面粗糙度仪，所述CCD摄像头、所述红外温度仪及所述表面粗糙度仪均安装于所述防激光反射腔(2)且朝向所述丝材(10)。

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