CN209985921U - 内管壁激光清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于清洗设备技术领域，尤其涉及一种内管壁激光清洗设备，包括反射清洗装置、机架、激光器和激光清洗头，反射清洗装置包括第一Z轴线性模组、反射镜和连接杆件，第一Z轴线性模组安装于机架，连接杆件和第一Z轴线性模组连接，反射镜安装于连接杆件，激光清洗头通过反射镜将激光束反射至管状零件内管壁上。由于反射镜能够在连接杆件的推送下，深入至管状零件的深处，进而实现对管状零件深处内管壁的清洗，物质吸收入射光能量后，产生瞬间态超热，使内管壁基体表面蒸发如此便显著提升了对内管壁清洗的彻底性，又由于激光光束能够快速高效地实现对内管壁上诸如锈迹或氧化皮的清除，如此便也实现了对管状零件的内管壁的高效快速的清洗。

Description

内管壁激光清洗设备

技术领域

本实用新型属于清洗设备技术领域，尤其涉及一种内管壁激光清洗设备。

背景技术

在机械制造领域，零件完成加工后一般需要进行清洗以提升其表面的洁净度。现有技术中，对管状零件内壁进行清洗的方法一般有机械打磨和超声波清洗等常规清洗方式。

而管状零件的内管壁围成空间通常较为狭小，常规清洗方式往往难以实现对内管壁较为彻底的清洗作业，且机械清洗噪声大、污染重，清洗效率较低，对内管壁的清洗作业耗时较长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内管壁激光清洗设备，旨在解决现有技术中的常规清洗方式无法对管状零件的内管壁实现低噪声、低污染、彻底且高效的清洗的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种内管壁激光清洗设备，包括反射清洗装置、机架、激光器和安装于所述激光器上的激光清洗头，所述反射清洗装置包括第一Z轴线性模组、反射镜和用于伸入于管状零件内的连接杆件，所述第一Z轴线性模组安装于所述机架上，所述连接杆件的一端和所述第一Z轴线性模组的驱动端相连接并能够在所述第一Z轴线性模组的驱动下沿竖向方向运动，所述反射镜安装于所述连接杆件伸入所述管状零件内的一端，所述激光器安装于所述机架上，所述激光清洗头对应于所述反射镜设置，以通过所述反射镜将激光束反射至所述管状零件的内管壁上。

进一步地，所述内管壁激光清洗设备还包括旋转夹具，所述旋转夹具安装于所述机架上并用于夹持所述管状零件绕所述管状零件的中轴线水平旋转。

进一步地，所述连接杆件包括横向杆和连接于所述横向杆上并用于伸入所述管状零件内的竖向杆，所述横向杆安装于所述第一Z轴线性模组的驱动端上，所述旋转夹具用于夹持所述管状零件相对于所述竖向杆旋转，所述反射镜安装于所述竖向杆上。

进一步地，所述反射清洗装置还包括驱动气缸，所述驱动气缸安装于所述第一Z轴线性模组的驱动端上，所述驱动气缸的活塞杆和所述横向杆相连接并用于驱动所述横向杆沿所述管状零件的径向方向运动。

进一步地，所述内管壁激光清洗设备还包括第二Z轴线性模组，所述第二Z轴线性模组安装于所述机架上，所述激光器安装于所述第二Z轴线性模组的驱动端上。

进一步地，所述内管壁激光清洗设备还包括工作台，所述工作台可拆卸地安装于所述机架上，所述第一Z轴线性模组、所述激光器、所述旋转夹具和所述第二Z轴线性模组均可拆卸地安装于所述工作台上。

进一步地，所述内管壁激光清洗设备还包括控制模组，所述控制模组安装于所述机架内，所述第一Z轴线性模组、所述激光器、所述旋转夹具、所述驱动气缸和所述第二Z轴线性模组均与所述控制模组电连接。

进一步地，所述内管壁激光清洗设备还包括惰性气体保护装置，所述惰性气体保护装置安装于所述机架上，且所述惰性气体保护装置具有对应于所述管状零件设置的气体喷头。

本实用新型的有益效果：本实用新型的内管壁激光清洗设备，工作时，反射清洗装置的第一Z轴线性模组驱动连接杆件动作，连接杆件即可将与其连接的反射镜送入管状零件内并使其沿管状零件的中轴线运动，此时安装于激光器上的激光清洗头向反射镜发射激光光束，激光光束随即被反射镜反射至管状零件的内管壁上，进而实现对管状零件的内管壁进行激光清洗。而由于反射镜能够在连接杆件的推送下，深入至管状零件的深处，进而实现对管状零件深处内管壁的清洗，如此便显著提升了对内管壁清洗的彻底性，又由于激光光束能够快速高效地实现对内管壁上诸如锈迹或氧化皮的清除，如此便也实现了对管状零件的内管壁的高效快速的清洗，而由于激光清洗低噪音、低污染的特点，如此也保证了管状零件内管壁清洗过程的环保性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的内管壁激光清洗设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的内管壁激光清洗设备的爆炸结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大视图；

图4为本实用新型实施例提供的内管壁激光清洗设备的另一结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的内管壁激光清洗设备的第二分架、显示模组和控制模组的装配示意图。

其中，图中各附图标记：

10—反射清洗装置 11—第一Z轴线性模组 12—反射镜

13—连接杆件 14—驱动气缸 15—冷却装置

16—升降装置 17—惰性气体保护装置 18—气体喷头

20—机架 21—第一分架 22—第二分架

30—激光器 31—激光清洗头 40—旋转夹具

41—管状零件 42—装夹件 43—转动块

44—装配盒 50—第二Z轴线性模组 60—工作台

70—显示模组 71—支撑架 80—控制模组

81—电源模组 121—连接器 131—横向杆

132—竖向杆。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～5描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～3所示，本实用新型实施例提供了一种内管壁激光清洗设备，包括反射清洗装置10、机架20、激光器30和安装于激光器上的激光清洗头31。其中，反射清洗装置10包括第一Z轴线性模组11、反射镜12和用于伸入于管状零件41内的连接杆件13。第一Z轴线性模组11安装于机架20上，连接杆件13的一端和第一Z轴线性模组11的驱动端相连接并能够在第一Z轴线性模组11的驱动下沿管状零件41的中轴线方向运动，反射镜12安装于连接杆件13伸入管状零件41内的一端。激光器30安装于机架20上，激光清洗头31对应于反射镜12设置。其中，反射镜12相对于激光器30所发出的激光束倾斜设置以对激光束进行反射。以通过反射镜12将激光束反射至管状零件41的内管壁上。具体地，待清洗的管状零件41可放置于机架20或其他承载平台上，连接杆件13可为直杆件或呈“L”型的角杆件。当连接杆件13为直杆件上，激光器30和第一Z轴线性模组11可分别装设于管状零件41的两端，并使得第一Z轴线性模组11的进给方向和管状零件41的中轴线方向相同。如此，激光器30、管状零件41和第一Z轴线性模组11便能够沿直线排布，进而适于长度方向空间充裕而宽度方向空间不足的装配区域。

激光清洗技术是一种非接触式的清洗技术，与传统的清洗方法相比它能对各种表面污物进行清洗，对环境污染极小，同时可以做到不伤害基体。激光干式清洗过程中所消除的废料是固体粉末状，体积小，易于存放，对环境基本上不造成污染，在激光干式清洗过程中，相比于传统打磨清洗，其可减少96％的加工器件的微粒，如此便显著提升了零件清洗作业的环保性。而激光干式清洗的清洗效率高，且在清洗过程中无模具损坏、安全性高且能够节省原材料，特别适合于对由极高分辨率光刻制成的芯片的清洗，激光干式清洗能够不损坏芯片表面，且不留有痕迹。在本申请实施例中，采用激光清洗与惰性气体作为清洗零件的主要技术手段，激光+惰性气体的方法，即在激光辐射的同时，用惰性气体吹向基体表面，当污物从表面剥离后会立即被气体吹离表面，以避免表面再次污染和氧化。

而当管状零件41为金属件时，在激光清洗的过程中，激光的热作用可使金属表面发生相变硬化，并随后进行退火或淬火处理，如此可以改善材料的表面性质，进而提高管状零件41的内管壁的硬度、耐腐蚀和耐高温性能，且不影响管状零件41原有的韧性。在激光清洗时，可以根据待管状零件41的内管壁表面性能改性要求，确定激光表面性能的加工内容。

以下对本实用新型实施例提供的内管壁激光清洗设备作进一步说明：本实用新型的内管壁激光清洗设备，工作时，反射清洗装置10的第一Z轴线性模组11驱动连接杆件13动作，连接杆件13即可将与其连接的反射镜12送入管状零件41内并使其沿管状零件41的中轴线运动，此时安装于激光器30上的激光清洗头31向反射镜12发射激光光束，激光光束随即被反射镜12反射至管状零件41的内管壁上，进而实现对管状零件41的内管壁进行激光清洗。而由于反射镜12能够在连接杆件13的推送下，深入至管状零件41的深处，进而实现对管状零件41深处内管壁的清洗，如此便显著提升了对内管壁清洗的彻底性，又由于激光光束能够快速高效地实现对内管壁上诸如锈迹或氧化皮的清除，如此便也实现了对管状零件41的内管壁的高效快速的清洗，而由于激光清洗低噪音、低污染的特点，如此也保证了管状零件内管壁清洗过程的环保性。

在本实用新型的另一个实施例中，如图1和图2所示，内管壁激光清洗设备还包括旋转夹具40，旋转夹具40安装于机架20上并用于夹持管状零件41沿管状零件41的中轴线相对于连接杆件13旋转。具体地，旋转夹具40可包括装配盒44、驱动电机、转动块43和装夹件42，装配盒44安装于机架20上，驱动电机安装于装配盒44内，转动块43安装于驱动电机的输出轴上，装夹件42则安装于转动块43上并夹持住管状零件41。而通过在机架20上设置旋转夹具40，这样旋转夹具40即可在激光清洗作业时夹持并驱动管状零件41旋转，从而实现激光光束对管状零件41的内管壁的全覆盖。

在本实用新型的另一个实施例中，如图3所示，连接杆件13包括横向杆131和连接于横向杆131上并用于伸入管状零件41内的竖向杆132，横向杆131安装于第一Z轴线性模组11的驱动端上，旋转夹具40用于夹持管状零件41相对于竖向杆132旋转，反射镜12安装于竖向杆132上。具体地，通过将连接杆件13设置为横向杆131和竖向杆132的结合，这样横向杆131与第一Z轴线性模组11的驱动端连接，竖向杆132伸入管状零件41内，这样便能够使得第一Z轴线性模组11的进给方向平行于管状零件41的中轴线，进而使得第一Z轴线性模组11能够位于管状零件41的侧方，而激光器30则可位于管状零件41的上方，这样第一Z轴线性模组11、管状零件41和激光器30的安装位置彼此便不会发生冲突且能够充分利用机架20的装配空间。

进一步地，竖向杆132的下端安装有连接器121。连接器121内设置有翻转电机，反射镜12安装于翻转电机的输出轴上。如此，反射镜12即可相对于竖向杆132实现翻转，如此便进一步地提升了反射镜12相对于激光器30的反射角度调整的灵活性。

在本实用新型的另一个实施例中，如图1和图2所示，反射清洗装置10还包括驱动气缸14，驱动气缸14安装于第一Z轴线性模组11的驱动端上，驱动气缸14的活塞杆和横向杆131相连接并用于驱动横向杆131沿管状零件41的径向方向运动。具体地，通过在第一Z轴线性模组11的驱动端上装设驱动气缸14，这样驱动气缸14即可驱动横向杆131连带竖向杆132沿管状零件41的径向方向运动，从而使得安装于竖向杆132上的反射镜12能够实现相对于管状零件41的内管壁的距离的灵活调整，进而实现反射于反射镜12上的激光光束相对于管状零件41的内管壁的位置的灵活调整。

在本实用新型的另一个实施例中，如图1和图2所示，内管壁激光清洗设备还包括第二Z轴线性模组50，第二Z轴线性模组50安装于机架20上，激光器30安装于第二Z轴线性模组50的驱动端上。具体地，通过设置第二Z轴线性模组50，并将激光器30安装于第二Z轴线性模组50的驱动端上，如此便实现了对通过反射镜12作用于管状零件41的内管壁上的激光光束的焦距的调节。

在本实用新型的另一个实施例中，如图1和图2所示，内管壁激光清洗设备还包括工作台60，工作台60可拆卸地安装于机架20上，第一Z轴线性模组11、激光器30、旋转夹具40和第二Z轴线性模组50均可拆卸地安装于工作台60上。具体地，通过将上述部件可拆卸地安装于工作台60，再将工作台60可拆卸地安装于机架20上，如此便显著提升了内管壁激光清洗设备整体的快拆快装性能。

在本实用新型的另一个实施例中，如图5所示，内管壁激光清洗设备还包括控制模组80，控制模组80安装于机架20内，第一Z轴线性模组11、激光器30、旋转夹具40、驱动气缸14和第二Z轴线性模组50均与控制模组80电连接。具体地，控制模组80可以是由单片机或PLC控制单元等组成的工控电脑。其与一Z轴线性模组、激光器30、旋转夹具40、驱动气缸14和第二Z轴线性模组50电连接以对激光清洗流程进行精确控制。

进一步地，如图4所示，内管壁激光清洗设备还包括冷却装置15，冷却装置15与激光器30相连接，以为激光器30提供冷却媒介。如此，激光器30在工作时即可受到冷却媒介的冷却作用而实现即时散热，并保证激光器30的工作稳定性。冷却装置15可具体为冷水机。

在本实用新型的另一个实施例中，内管壁激光清洗设备还包括惰性气体保护装置17，惰性气体保护装置17安装于机架20上，且惰性气体保护装置17具有对应于管状零件41设置的气体喷头18。具体地，通过设置惰性气体保护装置17，这样在激光清洗过程中，即可对管状零件41受到激光光束照射的部位通以惰性气体形成保护气氛，避免管状零件41受到激光光束照射的部位与空气中氧气接触发生氧化。

在本实用新型的另一个实施例中，如图1、图2和图5所示，内管壁激光清洗设备还包括显示模组70，显示模组70设置于机架20上并与控制模组80电连接。具体地，通过加装显示模组70，这样操作人员即可通过显示模组70实现与控制模组80的交互，具体地，显示模组70连接有输入设备(比如键盘等)操作人员通过输入设备向控制模组80发出指令，指令反馈结果显示于显示模组70的显示器上。同时，显示模组70通过支撑架71安装于机架20或第一Z轴线性模组11上。

进一步地，如图4和图5所示，机架20可包括第一分架21和第二分架22，其中，第一分架21上安装有用于承托管状零件41的升降装置16，激光器30固定安装于升降装置16的正上方。第二分架22上安装有显示模组70，而第二分架22内则可安装有控制模组80和内管壁激光清洗设备内的用电装置供电的显示模组70。如此，通过将显示模组70、控制模组80和电源模组81独立装设于第二分架22上，这样便保证了显示模组70、控制模组80和电源模组81的装配空间。

在本实用新型的另一个实施例中，激光器30为光纤激光器。具体地，通过采用光纤激光器，由于激光束通过光纤传输，且激光束首先通过准直镜进行准直，这样便保证了激光束的传输质量，最后激光束通过光路调整系统，以使得激光束的光斑直径达到极细，因此激光束的热输入和功率密度都可以达到理程度，进而使得激光束的清洗力很强。同时，还可在激光清洗过程采用惰性气体保护(比如氩气)，这样可以有效地防止清洗表面的氧化。

进一步对，激光从激光发生器里发出经过光学系统传输，再经透镜聚焦到管状零件41的内管壁基体表面。由计算机控制激光能量、脉冲频率、作用时间以及工件的移动。激光清洗过程中的基本过程是，物质吸收入射光能量后，产生瞬间态超热，温度骤然升高，但不足以使管状零件41的内管壁基体表面蒸发(否则就会造成表面损伤)，但基体表面热膨胀会产生很大的加速度，使吸附的微粒被喷射出去。应该根据清洗工件的材料特性以及污染情况，选择适当的扫描速度和扫描次数。

同时，需要注意的是，激光清洗前激光大都经过一定的聚焦透镜组合进行会聚，而实际的激光清洗的过程中，一般都是在离焦的情况下进行的，离焦量越大，照在管状零件41上的光斑越大，扫描的面积越大，效率越高。而在总功率一定时，离焦量越小，激光的功率密度越大，清洗的能力越强。常用的聚焦方式有两种，一是采用普通的圆透镜，将激光聚焦成点。另外的就是采用柱透镜将光束整合成线型，这样能一定程度减少激光对管状零件41的影响，同时提高清洗效率。

在本实用新型的另一个实施例中，激光器30的激光光源为短脉冲激光源。具体地，通过将激光器30的激光光源设定为短脉冲激光源，那么得益于短脉冲激光源对表面造成的热影响区较小的特点，这样便在对管状零件41进行清洗的同时，也有效保证了管状零件41的内管壁不受激光烧灼损伤。进一步地，短脉冲激光的宽度覆盖了纳秒、微秒到毫秒波段范围。其可提供很高的峰值功率，因此能轻易的满足阈值的要求。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：包括反射清洗装置、机架、激光器和安装于所述激光器上的激光清洗头，所述反射清洗装置包括第一Z轴线性模组、反射镜和用于伸入于管状零件内的连接杆件，所述第一Z轴线性模组安装于所述机架上，所述连接杆件的一端和所述第一Z轴线性模组的驱动端相连接并能够在所述第一Z轴线性模组的驱动下沿竖向方向运动，所述反射镜安装于所述连接杆件伸入所述管状零件内的一端，所述激光器安装于所述机架上，所述激光清洗头对应于所述反射镜设置，以通过所述反射镜将激光束反射至所述管状零件的内管壁上。

2.根据权利要求1所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述内管壁激光清洗设备还包括旋转夹具，所述旋转夹具安装于所述机架上并用于夹持所述管状零件绕所述管状零件的中轴线水平旋转。

3.根据权利要求2所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述连接杆件包括横向杆和连接于所述横向杆上并用于伸入所述管状零件内的竖向杆，所述横向杆安装于所述第一Z轴线性模组的驱动端上，所述旋转夹具用于夹持所述管状零件相对于所述竖向杆旋转，所述反射镜安装于所述竖向杆上。

4.根据权利要求3所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述反射清洗装置还包括驱动气缸，所述驱动气缸安装于所述第一Z轴线性模组的驱动端上，所述驱动气缸的活塞杆和所述横向杆相连接并用于驱动所述横向杆沿所述管状零件的径向方向运动。

5.根据权利要求4所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述内管壁激光清洗设备还包括第二Z轴线性模组，所述第二Z轴线性模组安装于所述机架上，所述激光器安装于所述第二Z轴线性模组的驱动端上。

6.根据权利要求5所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述内管壁激光清洗设备还包括工作台，所述工作台可拆卸地安装于所述机架上，所述第一Z轴线性模组、所述激光器、所述旋转夹具和所述第二Z轴线性模组均可拆卸地安装于所述工作台上。

7.根据权利要求5所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述内管壁激光清洗设备还包括控制模组，所述控制模组安装于所述机架内，所述第一Z轴线性模组、所述激光器、所述旋转夹具、所述驱动气缸和所述第二Z轴线性模组均与所述控制模组电连接。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种内管壁激光清洗设备，其特征在于：所述内管壁激光清洗设备还包括惰性气体保护装置，所述惰性气体保护装置安装于所述机架上，且所述惰性气体保护装置具有对应于所述管状零件设置的气体喷头。

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