CN206661840U - 一种复合材料表面涂层激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合材料表面涂层激光清洗装置，包括控制系统、光束传输系统以及设置于机器人的器械臂上的激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统，激光器系统包括激光谐振装置和激光发射终端，激光谐振装置产生激光通过光束传输系统传输至激光发射终端，激光谐振装置、和机器人均连接控制系统的控制端，控制系统的信号接收端分为两路，一路连接激光扫描仪接收清洗件扫描信息，另一路与图像采集系统相连接收实时采集的清洗件图像信息，激光发射终端的发射口与零件台相对，零件台的一侧设有感温系统和冷却系统。该装置通过激光对复合材料的表面涂层除漆，并清除回收除漆产生的裂解产物，具有去除效率高、清除效果均匀、避免造成坏境污染的优点。

Description

一种复合材料表面涂层激光清洗装置

技术领域

本实用新型属于材料修复技术领域，具体涉及一种复合材料损伤区域的激光去除装置。

背景技术

复合材料，特别是碳纤维复合材料，由于具有比强度和比模量高、结构尺寸稳定性好、可设计性强、抗疲劳性能优以及耐腐蚀等优点，在工业领域得到了广泛的应用。

据申请人了解，传统复合材料表面涂层的清洗方法主要包括化学试剂去除法、手工打磨法和喷砂除漆法。然而化学试剂去除法去除时会造成复合材料基体的破坏；手工打磨法不仅去除效率低、涂层清除不均匀，而且打磨出的粉尘会对环境造成污染并且对其他精密部位造成破坏；喷砂除漆法喷出的颗粒不便回收，且会对环境造成污染。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，复合材料表面涂层的除漆效率低，涂层清除不均匀，并对环境会造成污染。

克服现有技术的缺点，提供一种复合材料表面涂层激光清洗装置，通过激光对复合材料的表面涂层除漆，并清除回收除漆产生的裂解产物，具有去除效率高、清除效果均匀、避免造成坏境污染的优点。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种复合材料表面涂层激光清洗装置，包括控制系统、光束传输系统以及设置于机器人的器械臂上的激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统，激光器系统包括激光谐振装置和激光发射终端，激光谐振装置产生激光通过光束传输系统传输至激光发射终端，激光谐振装置、和机器人均连接控制系统的控制端，控制系统的信号接收端分为两路，一路连接激光扫描仪接收清洗件扫描信息，另一路与图像采集系统相连接收实时采集的清洗件图像信息，激光发射终端的发射口与零件台相对，零件台的一侧设有感温系统和冷却系统。

本实用新型进一步限定的技术方案是：还包括废弃物处理系统，废弃物处理系统包括保护罩和除尘模块，保护罩的一面连接机器人的机械臂，激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统位于保护罩内，保护罩的下端为可调节尺寸的耐高温石英玻璃台，其上端为耐高温塑料膜。

作为本发明的进一步改进，进一步的，激光扫描仪包括三维扫描系统、激光非接触式测量头和对准装置，三维扫描系统为扫描振镜，扫描振镜由发射镜、偏折镜、接收镜以及滤镜组成，激光非接触式测量头与激光器系统一体，产生的激光束经由对准装置通过发射镜和偏折镜照射到清洗件，再经过清洗件表面漫反射后通过接收镜和滤镜形成图像信息传送到控制器。

作为本发明的进一步改进，进一步的，感温系统为红外测温传感器，冷却系统为气体送风装置，气体送风装置的吹风口位于清洗件清洗面的背面。

作为本发明的进一步改进，进一步的，激光器系统的输出功率为5W-2000W。

作为本发明的进一步改进，进一步的，光束传输系统为传能光纤，光束传输系统将激光通过光纤耦合聚集后导入传能光纤内传输至所述激光发射终端。

作为本发明的进一步改进，进一步的，机器人为六轴机器人。

作为本发明的进一步改进，进一步的，零件台为可旋转式，其下端具有可与之形成移动副的轨道。

本实用新型的有益效果是：

1）该装置可扫描复杂复合材料表面涂层形貌并将信息传输至控制系统进行建模分析，而后控制携带激光系统的自动化机械手对复合材料零件进行激光除漆，实现复合材料表面涂层的全自动化高效清洁清除功能。

2）激光除漆是利用激光的振动效应和烧蚀效应移除复合材料表面待清除涂层部位，具有清除效率高，产生污染物少的优点。

3）整个清除流程在封闭式保护罩内完成，通过除尘系统清除产生的裂解污染产物，避免坏境污染。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图。

图2为本实用新型的激光扫描仪工作示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

请参阅图1所示，本实施例提供的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，包括控制系统、光束传输系统以及设置于机器人的器械臂上的激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统，激光器系统包括激光谐振装置和激光发射终端，激光谐振装置产生激光通过光束传输系统传输至激光发射终端，激光谐振装置、和机器人均连接控制系统的控制端，控制系统的信号接收端分为两路，一路连接激光扫描仪接收清洗件扫描信息，另一路与图像采集系统相连接收实时采集的清洗件图像信息，激光发射终端的发射口与零件台相对，零件台的一侧设有感温系统和冷却系统。

以下将对上述装置中的各系统的组成及运行方式等进行详细说明。

本装置中控制系统采用计算机软件控制，其接收端接收激光扫描仪、感温系统和图像采集系统传输的信息，经过分析处理后向装置中各系统传输指令。

本装置中还包括废弃物处理系统，废弃物处理系统包括保护罩和除尘模块，保护罩的一面连接机器人的机械臂，激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统位于保护罩内，保护罩的下端为可调节尺寸的耐高温石英玻璃台，其上端为耐高温塑料膜。

激光扫描仪包括三维扫描系统、激光非接触式测量头和对准装置，三维扫描系统为扫描振镜。请参阅图2，扫描振镜由发射镜、偏折镜、接收镜以及滤镜组成，激光非接触式测量头与激光器系统一体，产生的激光束经由对准装置通过发射镜和偏折镜照射到清洗件，再经过清洗件表面漫反射后通过接收镜和滤镜形成图像信息传送到控制器。

感温系统在清洗过程中实时测量清洗件背面温度，当温度达到93℃时停止清洗；冷却系统的吹风口位于清洗件清洗面的背面。感温系统为红外测温传感器，冷却系统为气体送风装置，气体送风装置的吹风口位于清洗件清洗面的背面。

激光器系统的输出功率为5W-2000W，可采用准分子激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器中的一种。激光器系统以下参数均可以通过控制系统进行调整：激光波长、脉冲宽度、重复频率、单脉冲能量、平均功率等。

光束传输系统为传能光纤，光束传输系统将激光通过光纤耦合聚集后导入传能光纤内传输至激光发射终端。

机器人为六轴机器人，六轴机器人受控制器指令控制。

零件台为可旋转式，其下端具有可与之形成移动副的轨道。

图像采集系统可跟踪除漆后零件表面形貌，并将图像进行采集，之后将采集到的图像与预先设置的图像进行对比，如果达到预先设置的条件则自动停止激光除漆，这样不仅降低了激光除漆过程中错误的发生，而且可以实现选择性除漆，如只清除面漆或者是完全清除复合材料零件表面涂层。图像采集系统的摄像头安装于机器臂前段。

该装置的使用方法如下：

1）将清洗件和机器人机械臂放置于封闭式保护罩内，开启除尘系统和冷却系统；

2）激光扫描仪通过发射调整激光束扫描清洗件，并根据清洗件表面漫反射将信息通过光束传输系统传送到控制系统；

3）控制系统根据接收到的信息立三维数模并设置清洗路径；

4）打开激光器系统的激光谐振装置发射激光沿设置的清洗路径进行清洗，清洗过程中启动图像采集系统和感温系统对清洗件进行实时的图像采集和清洗面背面的温度检测；

5）判断清洗面背面温度是否高于93℃，若是，则停止清洗，否则，继续清洗并判断采集的图像是否与预设图形匹配，若是，则停止清洗，否则，继续清洗。

具体实施方式如下：

激光器采用固体激光器中的Nd：YAG激光器，波长为1064nm，输出功率为500W，脉冲频率为5KHZ，脉宽为12ns。所使用的零件台为可旋转台面。

清洗件的复合材料为碳纤维复合材料，表面涂层为黄绿色底漆和灰色面漆。

首先将清洗件零件放置于零件台上，并将保护罩开启，整个零件台位于保护罩内，开启除尘系统、冷却系统。之后，将机器手臂放入保护罩内。其中，激光扫描仪和激光终端距离零件表面150mm。开动激光扫描仪，开始对零件表面进行扫描，将得到的数据传输给计算机控制系统。计算机处理系统得到零件表面三维数模，设置扫描路径，开动图像采集系统和感温系统，开动激光谐振系统，发射光束，按照设定好的路径开始扫描。扫描同时，感温系统对零件扫描背面进行实时监控，图像采集系统对表面形貌进行采集并传输到计算机处理系统中，与预先设定好的图像进行对比。当图像匹配时，停止激光清洗。最终，在整个过程中，感温系统得到最高温度为63.1℃，远低于93.3℃的要求。最终，清洗件表面涂层上的面漆已被完全清洗，而底漆仍然保持完好。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，包括控制系统、光束传输系统以及设置于机器人的器械臂上的激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统，所述激光器系统包括激光谐振装置和激光发射终端，所述激光谐振装置产生激光通过所述光束传输系统传输至所述激光发射终端，所述激光谐振装置、和所述机器人均连接所述控制系统的控制端，所述控制系统的信号接收端分为两路，一路连接所述激光扫描仪接收清洗件扫描信息，另一路与所述图像采集系统相连接收实时采集的清洗件图像信息，所述激光发射终端的发射口与零件台相对，所述零件台的一侧设有感温系统和冷却系统。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，还包括废弃物处理系统，所述废弃物处理系统包括保护罩和除尘模块，所述保护罩的一面连接所述机器人的机械臂，所述激光器系统，激光扫描仪和图像采集系统位于所述保护罩内，所述保护罩的下端为可调节尺寸的耐高温石英玻璃台，其上端为耐高温塑料膜。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述激光扫描仪包括三维扫描系统、激光非接触式测量头和对准装置，所述三维扫描系统为扫描振镜，所述扫描振镜由发射镜、偏折镜、接收镜以及滤镜组成，所述激光非接触式测量头与所述激光器系统一体，产生的激光束经由对准装置通过所述发射镜和所述偏折镜照射到清洗件，再经过清洗件表面漫反射后通过所述接收镜和所述滤镜形成图像信息传送到控制器。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述感温系统为红外测温传感器，所述冷却系统为气体送风装置，所述气体送风装置的吹风口位于清洗件清洗面的背面。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述激光器系统的输出功率为5W-2000W。

6.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述光束传输系统为传能光纤，所述光束传输系统将激光通过光纤耦合聚集后导入传能光纤内传输至所述激光发射终端。

7.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述机器人为六轴机器人。

8.根据权利要求1所述的一种复合材料表面涂层激光清洗装置，其特征在于，所述零件台为可旋转式，其下端具有可与之形成移动副的轨道。