CN213968093U - 一种动力电池托盘激光清洗系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动力电池托盘激光清洗系统，包括：控制模块，用于发送控制指令和接收信息，并进行分析处理；激光发生器，与控制模块连接，用于输出激光；光束整形模块，与激光发生器连接，用于接收激光，并且对激光进行整形处理；二维扫描模块，与光束整形模块连接，用于接收光束整形模块整形后的激光，并将激光聚焦发射到待清洗托盘上；工作站，与控制模块连接，用于放置托盘，设定激光发生器的各项参数，使发射出的激光满足设定要求，通过激光对动力电池托盘上的氧化层进行清除处理。本实用新型采用激光代替传统的人工操作，清洗更加知彻底，而且节省时间，提高了清洗效率，自动化控制，节省人力成本。
Description
技术领域
本实用新型属于激光应用技术领域，具体地说是一种动力电池托盘激光清洗系统。
背景技术
近年来，得益于国家供给侧改革和社会经济转型升级，新能源汽车、动力电池等行业取得了快速发展。虽然在全国的汽车保有量面前，新能源汽车的数量还未达到一定的规模，但是随着未来中国汽车技术发展的趋势和越来越严格的油耗排放法规，新能源汽车已经成为不可逆的未来发展趋势。
电动汽车电池箱体底部托盘是电动汽车电池储存场所的支撑及承载部件，主要采用6系铝型材是电动汽车的动力支持结构，对于整车的性能具有很大的影响。
在电池箱体托盘的生产制造过程中，需要用到CMT焊接工艺将各组件连接起来。由于铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷，都会降低焊接部位的性能。因此焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，以确保后续焊接工序的质量。同时在焊接过程中，熔融金属与焊缝底下的空气氧化，上浮到焊缝的表面，出现黑色氧化物,其主要成分是氧化镁氧化锰等氧化物，这些污染物也会对产品的质量造成一定的影响。因此在电池托盘的焊接工序前后都需要对产品表面进行清洁。
在以往的清洗方式上常采用机械刷磨的方式进行处理，先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15mm～0.2mm的铜丝刷进行人工刷磨，直至露出金属光泽为止。这种生产工艺不但效率低而且对产品本身也会带来一定的损伤，另外使用的化学药剂不但对操作人员身体上带来危害，而且对环境也造成了污染。
实用新型内容
为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种动力电池托盘激光清洗系统，自动化操作，清洗效率高，节省人力成本，降低生产成本，提升清洗品质。
为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：
一种动力电池托盘激光清洗系统，包括：
控制模块，用于发送控制指令和接收信息，并进行分析处理；
激光发生器，与控制模块连接，用于输出激光；
光束整形模块，与激光发生器连接，用于接收激光，并且对激光进行整形处理；
二维扫描模块，与光束整形模块连接，用于接收光束整形模块整形后的激光，并将激光聚焦发射到待清洗托盘上；
工作站，与控制模块连接，用于放置托盘。
进一步进，还包括机械手，该机械手与控制模块连接。
进一步进，还包括监控模块，监控模块与控制模块连接，实时监控清洗过程，并将监控到的数据信息发送回给控制模块。
进一步进，还包括集尘装置，该集尘装置与控制模块连接，用于收集清洗过程中产生的灰尘杂质。
进一步进，所述机械手为四轴机械手或六轴机械手。
进一步进，所述工作站为装设有液压缸的工作站。
进一步进，所述激光发生器连接有冷却模块，该冷却模块用于对激光发生器进行冷却降温。
本实用新型采用激光清洗代替传统的人工清洗方式，在限定的参数条件下，通过激光出射在动力电池托盘上，对氧化层进行扫描清除，解决了生产效率低、降低清洗过程对产品本身的损伤，提高产品质量，确保产品生产工艺的一致性，而且不需要使用到化学药剂，降低生产过程中对人体造成的伤害，减少对环境的污染。
附图说明
附图1为本实用新型系统示意图；
附图2为本实用新型中系统搭载的整体结构示意图；
附图3为激光在不同功率密度下的清洗频率的示意图；
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
如附图1-3所示，一种动力电池托盘的激光清洗系统，控制模块，用于发送控制指令和接收信息，并进行分析处理；激光发生器，与控制模块连接，用于输出激光；光束整形模块，与激光发生器连接，用于接收激光，并且对激光进行整形处理；二维扫描模块，与光束整形模块连接，用于接收光束整形模块整形后的激光，并将激光聚焦发射到待清洗托盘上；工作站，与控制模块连接，用于放置托盘。工作站可设置具有相应的机械结构，比如可装设液压缸，旋转电机等，带动托盘进行转动或者其他位移动作。其中，
激光发生器主要负责激光的产生与输出，并通过对各项参数的调制，为产品的加工提供优质能量源。
光束整形模块主要作用是将输出激光光束转化为能量均匀分布的平顶光斑，以优化工艺效果，更加有利于激光清洗。
二维扫描模块包括振镜和场镜两个部件，将整形后的激光束入射到振镜上，再反射至场镜上，通过控制振镜和场镜的反射角度，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦在产品上实现清洗作业。
工作站主要通过预先设定的应用控制来完成各项运动指令，实现自动化清洗作业，减少劳动力，增加生产效率。
控制模块可为计算机，或者智能终端，内部设有对应的控制程序，主要是将激光控制软件、机械手控制程序、工作站控制程序进行功能、数据及信号的分析、处理并进行系统化融合从而实现全方位流程控制，通过控制模块向激光发生器、工作站发送命令，并且接收反馈的信息，从而实现精准的控制。
进一步进，还包括机械手，该机械手与控制模块连接，机械手为四轴机械手或六轴机械手。通过机械手，可以控制激光发生器的出射方向，机械手可以抓取激光发射器的出射管路，从而使激光光束按照设定路径扫描清洗。
进一步进，还包括监控模块，监控模块与控制模块连接，实时监控清洗过程，并将监控到的数据信息发送回给控制模块。监控模块对各个部件进行数据采集，查看运行状态，以及激光清洗状态，从而便于调整控制，确保清洗质量。
进一步进，还包括集尘装置，该集尘装置与控制模块连接，用于收集清洗过程中产生的灰尘杂质，集尘装置可以为各类型的吸尘器，或者其他公知的吸尘设备。
进一步进，所述工作站为装设有液压缸的工作站，还可以设置电机，能够带动动力电池托盘旋转等，满足清洗过程中动作需求。
进一步进，所述激光发生器连接有冷却模块，该冷却模块用于对激光发生器进行冷却降温，保证激光发生器在其温度范围内正常运行。
此外，在具体布置时，对于激光发生器、机械手等部件都可以灵活配置，位置根据需要来设定。
在具体设置专门的清洗站时，可以按照需要搭配设定各个装置器件。比如，选取激光清洗机、六轴机械手、旋转平台、托盘载具，旋转平台上设两个托盘载具，可以对两个托盘进行清洗，托盘载具上旋转清洗的托盘。六轴机械手设在旋转平台两侧，激光清洗机设在另外一侧，六轴机械手可以抓取托盘，以及改变激光出射管路的位置，旋转平台带动托盘载具旋转，实现对托盘的全方位扫描清洗。旋转平台可以通过设置电机带动转轴旋转来实现托盘载具的旋转。以上各装置器件都为现有公知产品。
本实用新型具体操作时：
将动力电池托盘放置在工作站上，并使工作站带动动力电池托盘以 20mm/S的速度移动。
调整激光发生器的各项参数，具体为：输出功率为160W，脉冲频率为35KHZ，单脉冲能量为10mJ，脉冲宽度200ns。设定激光的清洗路径，使激光按照设定的清洗路径扫描。
激光发生器采用线性扫描方式进行扫描，将激光发射到动力电池托盘表面，对氧化层进行清洗，清洗时间为15分钟，清除动力电池托盘表面的氧化层。
通过对激光的功率、脉冲步骤、脉冲宽度进行特定的限定，能够确保完成最佳质量的清洗。
经托盘横梁焊接后产生的黑色氧化物清洗前后对比，托盘表面氧化物激光清洗的前后对比，从实验后效果可以得到激光清洗可以对托盘表面附着的氧化物进行有效清除。
采用激光只需要15分钟左右的清洗时间，比传统的人工刷洗所需要的45分钟的时间远远缩短，采用激光清洗比人工刷洗的效率大大提高。
实验过程中随着激光功率的增加，在频率不变的情况下，激光脉冲能量将会增加，膜层脱离率将增加，但是功率过高后，氧化膜完全剥离，光能转变的热能被基材吸收，基材金属过度融化并发生氧化，因此可以判断出当功率密度达到某一阀值时，功率密度继续提高，清洗效率将不再提升，所以当调整工艺参数时并非功率越高清洗效率越快，因此，在本申请上述限定的激光的参数，并非是随意限定，而是具有特定范围才能达到较佳的清洗质量。
在激光清洗过程中，伴随着激光能量的增长，铝合金表面粗糙度不断增加。表面形貌的变化，可以看出，铝合金表面氧化层在剥离过程中，表面粗糙度将会轻微增加，此时粗糙度增加主要是由于氧化层与基材间针孔“爆破”使铝合金表面产生凹陷；在功率达到铝合金损伤阈值后，表面粗糙度显著增加，此时粗糙度增加是由于铝合金表面形成了规则阵列的光斑作用痕迹，该痕迹的深度随着功率的增加而增大，宏观上粗糙度也进一步增大，当然激光清洗后的粗糙度要远低于机械刷磨。因此，通过以上限定的各项参数，才能够确保清洗后产品的质量。
由此可见，通过采用激光清洗托盘表面的氧化物，用激光清洗新能源汽车电池托盘不管在品质上还是在效率上都远远优于传统人工刷磨，因此可以肯定用激光清洗替代新能源汽车电池托盘是可行的，并且有效的。
需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (7)
1.一种动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，所述系统包括：
控制模块，用于发送控制指令和接收信息，并进行分析处理；
激光发生器，与控制模块连接，用于输出激光；
光束整形模块，与激光发生器连接，用于接收激光，并且对激光进行整形处理；
二维扫描模块，与光束整形模块连接，用于接收光束整形模块整形后的激光，并将激光聚焦发射到待清洗托盘上；
工作站，与控制模块连接，用于放置托盘。
2.根据权利要求1所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，还包括机械手，该机械手与控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，还包括监控模块，监控模块与控制模块连接，实时监控清洗过程，并将监控到的数据信息发送回给控制模块。
4.根据权利要求1所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，还包括集尘装置，该集尘装置与控制模块连接，用于收集清洗过程中产生的灰尘杂质。
5.根据权利要求2所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，所述机械手为四轴机械手或六轴机械手。
6.根据权利要求1所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，所述工作站为装设有液压缸的工作站。
7.根据权利要求1所述的动力电池托盘激光清洗系统，其特征在于，所述激光发生器连接有冷却模块，该冷却模块用于对激光发生器进行冷却降温。
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