CN211437286U - 一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，包括变位机和激光清洗装置，变位机用于装夹待清洗的铝合金工件，激光清洗装置包括激光清洗机主机和机械手，激光清洗机主机包括激光发射器和激光清洗头，激光清洗头安装于机械手末端，变位机位于激光清洗头出光方向，激光发射器产生的激光通过激光清洗头辐照于变位机上的铝合金工件的待清洗区域表面。本实用新型将铝合金工件装夹于变位机上，将激光清洗装置的激光清洗头挂载于机械手上，通过变位机对铝合金工件进行旋转、翻转、平移或升降，通过机械手带动激光清洗头运动，从而调整铝合金工件的清洗面，调节激光清洗的焦距，清洗过程中能有效保持激光清洗的焦距始终符合要求，清洗过程稳定。

Description

一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置

技术领域

本实用新型属于激光加工的技术领域，具体设计一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置。

背景技术

铝合金工件在胶接前需要进行表面处理，其目的在于改变表面粗糙度，增加有效胶接面积，提高表面附着力，形成一个适于粘接且具有高内聚强度的表面氧化层，能有效地改进后续铝合金工件胶接过程的胶接强度和耐久性，提高表面防腐能力。

传统方法对铝合金工件在胶接前进行表面处理，一般采用溶剂脱脂和化学处理相结合的方法，即先经碱洗除油污和溶解铝合金工件表面的自然氧化膜，再进行化学氧化或电化学氧化，在其表面生成一层有利于胶接的人工氧化膜；但是清洗用的溶剂和化学处理的废液均会存在环境污染问题，难以满足环保要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，通过激光束对铝合金工件表面进行清洗，铝合金表面吸收激光能量后能瞬间发生烧蚀，出现有序或无序纹路，增加有效接触面积，从而提高工件表面附着力，解决后续铝合金工件表面进行胶接处理时附着力低的问题，且激光清洗过程高效稳定，自动化程度高，方便集成烟雾净化器去有效处理清洗过程中产生的粉尘等颗粒污染物，避免造成人体或环境的污染。本实用新型的技术方案如下：

一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，所述装置包括变位机和激光清洗装置，所述变位机用于装夹待清洗的铝合金工件，以带动所述铝合金工件旋转、翻转、平移或升降，所述激光清洗装置包括激光清洗机主机和机械手，所述激光清洗机主机为一体化集成设备，包括激光发射器和用于将激光发射器产生的激光射出的激光清洗头，所述激光清洗头安装于所述机械手的手臂末端，所述变位机位于所述激光清洗头出光方向，所述激光发射器产生的激光通过激光清洗头辐照于变位机上的铝合金工件的待清洗区域表面。

进一步地，所述变位机为多自由度变位机。

进一步地，所述激光清洗头内置有扫描振镜，所述激光清洗机主机还包括对应的控制系统，所述控制系统用于控制激光发射器输出激光的相关参数以及扫描振镜输出激光的扫描参数。

进一步地，所述激光发射器包括激光器、传输光纤以及输出光隔离器，所述激光器产生的激光经传输光纤传输到输出光隔离器，并经输出光隔离器传输到激光清洗头，通过激光清洗头射出。

进一步地，所述激光器为光纤激光器或纳秒级脉冲式激光器。

进一步地，所述激光清洗头包括光学镜组、扫描振镜和透镜，所述激光发射器产生的激光依次经光学镜组和扫描振镜传输到透镜，经透镜出来辐照到待清洗的铝合金工件。

进一步地，所述光学镜组为激光束准直器、激光束扩束器或激光束整形器。

进一步地，所述扫描振镜包括平面X和Y方向两组扫描电机，以实现输出激光在平面区域范围内的动态扫描。

进一步地，所述透镜为F-theta场镜。

进一步地，所述激光清洗头轴线与铝合金工件待清洗区域法线成夹角α设置，所述夹角α为：0°≤α≤45°。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型将所述铝合金工件装夹于所述变位机上，将激光清洗装置的激光清洗头挂载于所述机械手上，通过变位机对铝合金工件进行旋转、翻转、平移或升降，通过机械手带动激光清洗头运动，从而调整铝合金工件的清洗面，调节激光清洗的焦距，清洗过程中能有效保持激光清洗的焦距始终符合要求，清洗过程稳定。通过激光束对铝合金工件表面进行清洗，铝合金表面吸收激光能量后能瞬间发生烧蚀，出现有序或无序纹路，增加有效接触面积，从而提高工件表面附着力。另外，相比于传统的使用溶剂和化学处理方式而产生的废液污染环境的问题，本实用新型可方便地集成烟雾净化器，能有效处理清洗过程中产生的粉尘等颗粒污染物，避免造成人体或环境的污染。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种提高铝合金表面附着力的激光清洗装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光清洗头的工作位置及角度示意图。

附图标记说明：1、激光器；2、控制系统柜；3、传输光纤；4、输出光隔离器；5、光学镜组；6、扫描振镜；7、透镜；8、变位机；9、铝合金工件；10、机械手；11、激光清洗头；12、激光束。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种提高铝合金工件9表面附着力的激光清洗装置，包括变位机8和激光清洗装置，所述变位机8用于装夹待清洗的铝合金工件9，以带动所述铝合金工件9旋转、翻转、平移或升降，所述激光清洗装置包括激光清洗机主机和机械手10，所述激光清洗机主机为一体化集成设备，包括激光发射器和用于将激光发射器产生的激光射出的激光清洗头11，所述激光清洗头11安装于所述机械手10的手臂末端，所述变位机8位于所述激光清洗头11出光方向，所述激光发射器产生的激光通过激光清洗头11辐照于变位机8上的铝合金工件9的待清洗区域表面。

本实用新型将所述铝合金工件9装夹于所述变位机8上，将激光清洗装置的激光清洗头11挂载于所述机械手10上，通过变位机8对铝合金工件9进行旋转、翻转、平移或升降，从而调整铝合金工件9的清洗面，通过机械手10带动激光清洗头11运动，调节激光清洗的焦距，自动化程度高，通过计算机对机械手10和变位机8进行联动控制，能够对复杂工件表面进行清洗，清洗过程中能有效保持激光清洗的焦距始终符合要求，清洗过程稳定。通过激光束12对铝合金工件9表面进行清洗，铝合金表面吸收激光能量后能瞬间发生烧蚀，出现有序或无序纹路，增加有效接触面积，从而提高工件表面附着力。另外，相比于传统的使用溶剂和化学处理方式而产生的废液污染环境的问题，本实用新型可方便地集成烟雾净化器，能有效处理清洗过程中产生的粉尘等颗粒污染物，避免造成人体或环境的污染。

其中，所述变位机8采用现有的变位机8，对工件进行旋转、翻转、平移或升降为变位机8的基本功能，本实用新型包含现有变位机8对工件的所有变位操作及控制，所述变位机8优选为多自由度变位机8。

其中，所述激光发射器优选为光纤激光器1，激光波长为1064nm。

优选地，所述激光清洗头11内置有扫描振镜6，所述激光清洗机主机还包括对应的控制系统，所述激光发射器与所述扫描振镜6均与所述控制系统连接，所述激光发射器与所述所述控制系统均位于控制系统柜2内；控制系统用于对激光发射器的输出激光的相关参数以及对扫描振镜6的输出激光扫描参数进行控制调整。

优选地，所述激光发射器包括激光器1、传输光纤3以及输出光隔离器4，所述激光器1产生的激光经传输光纤3传输到输出光隔离器4，并经输出光隔离器4传输到激光清洗头11，通过激光清洗头11射出。

优选地，所述激光器1为光纤激光器1或纳秒级脉冲式激光器1。

所述纳秒级脉冲式激光器1产生的纳秒激光束12的参数为：激光平均功率50-500W，脉冲频率可调范围10-4000KHz，脉冲宽度1-500ns，单脉冲能量0.5-50mJ。

优选地，所述激光清洗头11包括光学镜组5、扫描振镜6和透镜7，所述激光发射器产生的激光依次经光学镜组5和扫描振镜6传输到透镜7，经透镜7出来辐照到待清洗的铝合金工件9。

优选地，所述光学镜组5为激光束12准直器、激光束12扩束器或激光束12整形器。

优选地，所述扫描振镜6包括平面X和Y方向两组扫描电机，以实现输出激光在平面区域范围内的动态扫描。

优选地，所述透镜7为F-theta场镜。

如图2所示，优选地，所述激光清洗头11轴线与铝合金工件9待清洗区域法线成夹角α设置，所述夹角α为：0°≤α≤45°。

本实用新型的工作原理如下：

(1)通过变位机8对铝合金工件9进行装夹，铝合金工件9包括环状、筒状、柱状等形状，所述变位机8装夹铝合金工件9后不仅限于进行旋转、翻转、平移、升降功能调节；

(2)开启激光清洗装置和变位机8的电源，并设置好激光器1的参数、激光清洗头11的扫描振镜6的参数以及调节好变位机8对工件装夹后的动作；通过操作机械手10带着激光清洗头11向工件待清洗区域移动至合适的焦距，并调整激光清洗头11的角度，使激光清洗头11射出的激光束12与工件待清洗区域法线形成夹角α，夹角α为：0°≤α≤45°；

(3)通过对激光清洗头11的扫描振镜6的设置，使得激光束12可对工件待清洗区域进行选区范围内的平面动态扫描，并按照设定的激光平均功率、脉冲宽度、脉冲频率以及扫描速度与扫描范围对工件待清洗区域进行清洗；

(4)通过控制系统对输出激光参数与振镜参数的调节使得工件待清洗区域表面发生烧蚀，出现有序或无序纹路，增加有效接触面积，以提高铝合金工件9的表面附着力；

(5)铝合金工件9清洗完成时，通过CCD相机采集工件已清洗区域的表面与周边未清洗区域的表面的对比度并结合粗糙度测试仪，来综合判断工件表面是否已达到提高表面附着力的效果，例如，当采集到的对比度与粗糙度Ra值接近于标定基准对比度与标定粗糙度Ra值时，清洗完毕，激光清洗装置停止工作，否则继续进行清洗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述装置包括变位机和激光清洗装置，所述变位机用于装夹待清洗的铝合金工件，以带动所述铝合金工件旋转、翻转、平移或升降，所述激光清洗装置包括激光清洗机主机和机械手，所述激光清洗机主机为一体化集成设备，包括激光发射器和用于将激光发射器产生的激光射出的激光清洗头，所述激光清洗头安装于所述机械手的手臂末端，所述变位机位于所述激光清洗头出光方向，所述激光发射器产生的激光通过激光清洗头辐照于变位机上的铝合金工件的待清洗区域表面。

2.根据权利要求1所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述变位机为多自由度变位机。

3.根据权利要求1所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗头内置有扫描振镜，所述激光清洗机主机还包括对应的控制系统，所述控制系统用于控制激光发射器输出激光的相关参数以及扫描振镜输出激光的扫描参数。

4.根据权利要求1所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述激光发射器包括激光器、传输光纤以及输出光隔离器，所述激光器产生的激光经传输光纤传输到输出光隔离器，并经输出光隔离器传输到激光清洗头，通过激光清洗头射出。

5.根据权利要求4所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述激光器为光纤激光器或纳秒级脉冲式激光器。

6.根据权利要求1所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗头包括光学镜组、扫描振镜和透镜，所述激光发射器产生的激光依次经光学镜组和扫描振镜传输到透镜，经透镜出来辐照到待清洗的铝合金工件。

7.根据权利要求6所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述光学镜组为激光束准直器、激光束扩束器或激光束整形器。

8.根据权利要求3或6所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述扫描振镜包括平面X和Y方向两组扫描电机，以实现输出激光在平面区域范围内的动态扫描。

9.根据权利要求6所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述透镜为F-theta场镜。

10.根据权利要求1所述的提高铝合金工件表面附着力的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗头轴线与铝合金工件待清洗区域法线成夹角α设置，所述夹角α为：0°≤α≤45°。

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