CN214976348U - 激光清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光清洗设备，包括三轴运动平台、3D视觉系统、激光加工系统以及除尘装置，三轴运动平台用于装夹工件并驱动所述工件在X轴和Y轴构成的二维平面运动以及绕与所述二维平面垂直的Z轴旋转；3D视觉系统用于对所述工件进行图像采集和处理，得到所述工件的三维轮廓数据和待清洗位置数据；激光加工系统获取所述工件的三维轮廓数据和待清洗位置数据，生成对应的图档信息，根据所述图档信息，控制激光发射组件发射激光对所述工件的待清洗位置进行清洗；除尘装置用于去除激光清洗时产生的粉尘和烟雾。在三轴运动平台、3D视觉系统以及除尘装置的共同作用下，保证激光加工系统对工件进行高质量的清洗。

Description

激光清洗设备

技术领域

本实用新型涉及激光清洗技术领域，尤其涉及一种激光清洗设备。

背景技术

激光清洗即使用高能量的激光束在产品表面扫描，使产品表面的油污、碳沉积物、涂层、带有其他有机或无机杂质的氧化物粒子发生振动、气化、蒸发、燃烧等一系列复杂的物理化学过程，使污垢层最终脱离产品表面，从而实现对表面的清洗，具有无研磨、非接触和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。

现有的激光清洗器在对产品结构复杂处或者形状突变处清洗时存在盲区，无法精确的定位产品，而且在激光对产品表面清洗时，污垢层气化蒸发，产生大量细微的粉尘及烟雾，粉尘和烟雾沉积在运动平台和聚焦镜头上影响激光清洗精度，降低产品表面的清洗质量。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种激光清洗设备，用于解决现有的激光清洗器在清洗结构复杂或形状突变的产品表面时无法精确定位产品以及激光清洗时产生的粉尘和烟雾沉积在运动平台和聚焦镜头上影响激光清洗精度，降低产品表面的清洗质量的问题。

根据本实用新型实施例，该激光清洗设备包括：

三轴运动平台，用于装夹产品并驱动所述产品在由X轴和Y轴构成的二维平面内运动以及驱动所述产品绕与所述二维平面垂直的Z轴旋转；

3D视觉系统，用于对所述产品进行图像采集和处理，得到所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据；

激光加工系统，获取所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据，生成对应的图档信息，根据所述图档信息，控制激光加工系统中的激光发射组件发射激光对所述产品的待清洗位置进行清洗；以及

除尘装置，用于去除激光清洗时产生的粉尘和烟雾。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述三轴运动平台包括第一直线模组、第二直线模组、旋转模组和治具，所述第一直线模组沿X轴设置，所述第二直线模组沿Y轴设置在所述第一直线模组上，所述旋转模组沿Z轴设置在所述第二直线模组上，所述治具安装在所述旋转模组上，用于装夹所述产品。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述激光清洗设备还包括升降机构和安装在所述升降机构上的升降板，所述升降机构用于驱动所述升降板沿Z轴靠近和远离所述三轴运动平台，所述激光发射组件安装在所述升降板上。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述激光发射组件包括激光器、聚焦镜头以及依次设置在所述激光器和所述聚焦镜头之间且用于引导激光束的折光腔、扩束镜和振镜头。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述3D视觉系统包括3D相机、图像采集卡、运动控制卡和工控机，所述运动控制卡与所述三轴运动平台电连接，用于控制所述三轴运动平台的运动，所述3D相机安装在所述升降板上，所述图像采集卡用于对所述3D相机输出的视频信号进行采集，所述工控机用于对所述图像采集卡采集的视频信号进行处理分析，得到所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述3D相机和所述激光发射组件的聚焦镜头在Z轴方向错开设置。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述升降板包括第一板体和与所述第一板体的一端垂直连接的第二板体，所述第一板体垂直Z轴方向设置，所述激光发射组件设置在所述第一板体上，所述3D相机设置在所述第二板体上，所述聚焦镜头和所述3D相机均朝向所述三轴运动平台设置。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述除尘装置包括支架、设置在所述支架上的安装座以及安装在所述安装座上的抽风头，所述抽风头靠近所述产品设置。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述支架包括固定部、活动部以及连接所述固定部与所述活动部的连接件，所述活动部能够相对于所述固定部在Z轴方向运动，所述安装座设置在所述活动部上。

在所述激光清洗设备的一些实施例中，所述除尘装置还包括过滤器和抽风机，所述抽风头、所述过滤器和所述抽风机通过管道依次连通。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

三轴运动平台配合3D视觉系统能够获取产品表面的三维轮廓数据，避免在结构复杂处或者形状突变处存在盲区，除尘装置能够将激光清洗时产生的粉尘和烟雾及时排走，避免粉尘和烟雾沉积在三轴运动平台和聚焦镜头上影响清洗精度，在三轴运动平台、3D视觉系统以及除尘装置的共同作用下，保证激光加工系统对产品进行高质量的清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本实用新型一实施例示出的激光清洗设备的整体结构示意图；

图2是本实用新型一实施例示出的激光清洗设备的三轴运动平台的部分结构示意图；

图3是本实用新型一实施例示出的激光清洗设备的激光发射组件的结构示意图；

图4是升降板与激光发射组件和3D相机的连接结构图；

图5是本实用新型一实施例示出的激光清洗设备的除尘装置的部分结构示意图。

主要元件符号说明：

100-机箱；101-可调节支脚；102-滚轮；

200-三轴运动平台；201-第一直线模组；202-第二直线模组；203-旋转模组；204-治具；

300-3D相机；301-安装架；

400-激光发射组件，401-激光器；402-折光腔；403-扩束镜；404-振镜头；405-聚焦镜头；

500-除尘装置；501-支架；5011-固定部；50111-腰圆孔；5012-活动部；5013-连接件；502-安装座；503-抽风头；5031-抽吸孔；5032-管接头；

600-升降机构；

700-升降板；701-第一板体；702-第二板体。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有的激光清洗器在对产品结构复杂处或者形状突变处清洗时存在盲区，无法精确的定位产品，而且在激光对产品表面清洗时，污垢层气化蒸发，产生大量细微的粉尘及烟雾，粉尘和烟雾沉积在运动平台和聚焦镜头405上影响激光清洗精度，降低产品表面的清洗质量。对此，本实用新型的激光清洗设备在三轴运动平台200、3D视觉系统以及除尘装置500的共同作用下，保证激光加工系统对产品进行高质量的清洗。

在一种实施例中，如图1所示，该激光清洗设备包括机箱100、三轴运动平台200、3D视觉系统、激光加工系统以及除尘装置500。

该机箱100底部设置有可调节支脚101和滚轮102，通过可调节支脚101能够对整个设备起到稳定的支撑，保证激光清洗加工的稳定性，通过滚轮102可保证设备的平稳和快速运动，机箱100内部可用于安装各类电器元件及控制模块。

该三轴运动平台200设置在机箱100上，用于装夹产品并驱动产品在由X轴和Y轴构成的二维平面内运动以及驱动产品绕与二维平面垂直的Z轴旋转；

该3D视觉系统用于对产品进行图像采集和处理，得到产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据；

该激光加工系统获取产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据，生成对应的图档信息，根据图档信息，控制激光加工系统中的激光发射组件400发射激光对产品的待清洗位置进行清洗；

该除尘装置500设置在机箱100上，用于去除激光清洗时产生的粉尘和烟雾。

在本实用新型实施例中，通过三轴运动平台200配合3D视觉系统能够获取产品表面的三维轮廓数据，避免在结构复杂处或者形状突变处存在盲区，除尘装置500能够将激光清洗时产生的粉尘和烟雾及时排走，避免粉尘和烟雾沉积在三轴运动平台200和聚焦镜头405上影响清洗精度，在三轴运动平台200、3D视觉系统以及除尘装置500的共同作用下，保证激光加工系统对产品进行高质量的清洗。

在一种具体的实施例中，如图1-2所示，三轴运动平台200包括第一直线模组201、第二直线模组202、旋转模组203和治具204，第一直线模组201沿X轴设置在机箱100上，第二直线模组202沿Y轴设置在第一直线模组201上，旋转模组203沿Z轴设置在第二直线模组202上，治具204安装在旋转模组203上，用于装夹产品。

具体来说，产品装夹到治具204后，通过旋转模组203能够驱动产品绕Z轴旋转，通过第二直线模组202能够驱动产品沿Y轴运动，通过第一直线模组201能够驱动产品沿X轴运动，通过运动控制卡控制三轴运动平台200带动产品运动以实现3D视觉系统的扫描和激光加工系统加工，优选的，第一直线模组201和第二直线模组202通过直线电机驱动，重复定位精度±2μm，旋转模块通过直驱旋转电机驱动，重复定位精度±2arcsec，采用直线电机和直驱旋转电机可基本消除三轴运动平台200的运动产生的偏差。

在本实施例的技术方案中，通过三轴运动平台200实现装夹产品并驱动产品在X轴和Y轴构成的二维平面运动以及绕与二维平面垂直的Z轴旋转，使得产品的表面特征能够更好地呈现在3D视觉系统的扫描区域中，从而更好地对产品进行图像采集和处理，以得到完整的产品三维轮廓数据和待清洗位置数据。

在一种具体的实施例中，如图1所示，激光清洗设备还包括升降机构600和安装在升降机构600上的升降板700，升降机构600固定在机箱100上，用于驱动升降板700沿Z轴靠近和远离三轴运动平台200。激光发射组件400和3D相机300均固定在升降板700上，在升降机构600的作用下能够调节升降板700与治具204的相对位置，使产品处于3D相机300和激光发射组件400的焦深范围，从而保证激光清洗加工的正常进行。

在一些具体的实施例中，如图3所示，激光发射组件400包括激光器401、聚焦镜头405以及依次设置在激光器401和聚焦镜头405之间且用于引导激光束的折光腔402、扩束镜403和振镜头404。

具体的，激光器401为紫外波段的激光器，波长355nm，紫外激光属于冷光源，可以被材料较好的吸收，且对材料的破坏性小，广泛的运用于塑料、金属、陶瓷、玻璃等材料表面精细打标。当然，激光器401也可为绿光或者红外波段的激光器，聚焦镜头405为与激光器401波段配套的F254镜头，其加工范围170mm*170mm，可对产品完成一次性激光加工，其中振镜头404为2D振镜。

在一些具体的实施例中，如图1所示，3D视觉系统包括3D相机300、图像采集卡(图中未示出)、运动控制卡(图中未示出)和工控机(图中未示出)，运动控制卡与三轴运动平台200电连接，用于控制三轴运动平台200的运动，图像采集卡用于对3D相机300输出的视频信号进行采集，工控机用于对图像采集卡采集的视频信号进行处理分析，得到产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据。

具体来说，3D相机300为结构光3D相机300，X轴方向的分辨率为0.02mm，Z轴方向的分辨率为0.5μm，该3D相机300能够沿X轴方向完成线扫描，配合三轴运动平台200的第二直线模组202运动，可完成对产品部分区域的扫描，通过第一直线模组201和第二直线模组202的运动，可使产品的整个表面特征呈现在3D相机300的扫描区域中，从而完成整个产品表面的3D扫描，并通过视觉系统完成产品表面形状的3D重构，还原产品表面真实的三维轮廓。

在一些实施例中，如图1和图5所示，激光发射组件400的聚焦镜头405和3D相机300在Z轴方向错开设置，错开设置能够避免聚焦镜头405和3D相机300工作时相互影响。

具体来说，升降板700包括第一板体701和与第一板体701的一端垂直连接的第二板体702，第一板体701垂直Z轴方向设置，激光发射组件400设置在第一板体701上，3D相机300通过安装架301固定在第二板体702上，聚焦镜头405和3D相机200均朝向三轴运动平台200设置。

在本实施例的技术方案中，通过结构简单的升降板700来安装激光发射组件400和3D相机300，并使聚焦镜头405和3D相机300在Z轴方向错开设置，不仅方便调节聚焦镜头405和3D相机300的焦距，而且节省安装空间，降低结构成本。

在一些具体的实施例中，如图1和图5所示，除尘装置500包括支架501、设置在支架501上的安装座502以及安装在安装座502上的抽风头503，支架501安装在机箱100上，抽风头503靠近产品设置，除尘装置500还包括过滤器和抽风机，抽风头503、过滤器和抽风机通过管道依次连通。

具体来说，抽风头503具有内部中空的抽风部，抽风部上均匀设有抽吸孔5031，为使抽风部能够更快更好地将激光清洗时产生的烟雾和粉尘抽走，将抽风部设置为环状，并在抽风部上沿周向均匀开设抽吸孔5031，抽风头503还具有与抽风部内部连通的管接头5032，用于连接管道将烟雾和粉尘通过抽风机产生的负压排走，避免粉尘和烟雾沉积在三轴运动平台200和聚焦镜头405上影响清洗精度，过滤器起到过滤粉尘和烟雾的作用，保证激光清洗环境的洁净。

在一些实施例中，如图1和图5所示，支架501包括固定部5011、活动部5012以及连接固定部5011与活动部5012的连接件5013，固定部5011固定在机箱100上，活动部5012能够相对于固定部5011在Z轴方向运动，安装座502设置在活动部5012上。

具体来说，固定部5011上设有腰圆孔50111，腰圆孔50111的长度方向与Z轴方向平行，活动部5012上设有与腰圆孔50111对应的圆孔，连接件5013为螺栓和螺母，螺栓的螺杆部分穿过腰圆孔50111和圆孔后与螺母螺接，通过拧松螺母能够使固定部5011在Z轴方向运动，进而调节抽风头503与治具204上产品之间的间距，使得抽风头503能够更好地将激光清洗时产生的粉尘和烟雾排走。

该设备具体使用时，首先将产品装夹到治具204上，通过第一直线模组201和第二直线模组202将产品送至3D相机300下方，3D相机300配合第一直线模组201、第二直线模组202以及旋转模组203的运动对产品表面进行扫描，图像采集卡将3D相机300输出的视频信号输送至工控机进行处理分析，最终得到产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据，并将数据传输给到激光加工系统，生成对应的图档信息，根据图档信息，激光发射组件400配合三轴运动平台200发射激光对产品表面的待清洗位置进行清洗，激光加工过程中产生的大量粉尘烟雾通过除尘装置500带走，避免粉尘和烟雾沉积在三轴运动平台200和聚焦镜头405上影响清洗精度。在三轴运动平台200、3D视觉系统以及除尘装置500的共同作用下，保证激光加工系统对产品进行高质量的清洗。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.激光清洗设备，其特征在于，包括：

三轴运动平台，用于装夹产品并驱动所述产品在由X轴和Y轴构成的二维平面内运动以及驱动所述产品绕与所述二维平面垂直的Z轴旋转；

3D视觉系统，用于对所述产品进行图像采集和处理，得到所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据；

激光加工系统，根据所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据，生成对应的图档信息，根据所述图档信息，控制激光加工系统中的激光发射组件发射激光对所述产品的待清洗位置进行清洗；以及

除尘装置，用于去除激光清洗时产生的粉尘和烟雾。

2.根据权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述三轴运动平台包括第一直线模组、第二直线模组、旋转模组和治具，所述第一直线模组沿X轴设置，所述第二直线模组沿Y轴设置在所述第一直线模组上，所述旋转模组沿Z轴设置在所述第二直线模组上，所述治具安装在所述旋转模组上，用于装夹所述产品。

3.根据权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光清洗设备还包括升降机构和安装在所述升降机构上的升降板，所述升降机构用于驱动所述升降板沿Z轴靠近和远离所述三轴运动平台，所述激光发射组件安装在所述升降板上。

4.根据权利要求3所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器、聚焦镜头以及依次设置在所述激光器和所述聚焦镜头之间且用于引导激光束的折光腔、扩束镜和振镜头。

5.根据权利要求3所述的激光清洗设备，其特征在于，所述3D视觉系统包括3D相机、图像采集卡、运动控制卡和工控机，所述运动控制卡与所述三轴运动平台电连接，用于控制所述三轴运动平台的运动，所述3D相机安装在所述升降板上，所述图像采集卡用于对所述3D相机输出的视频信号进行采集，所述工控机用于对所述图像采集卡采集的视频信号进行处理分析，得到所述产品的三维轮廓数据和待清洗位置数据。

6.根据权利要求5所述的激光清洗设备，其特征在于，所述3D相机和所述激光发射组件的聚焦镜头在Z轴方向错开设置。

7.根据权利要求6所述的激光清洗设备，其特征在于，所述升降板包括第一板体和与所述第一板体的一端垂直连接的第二板体，所述第一板体垂直Z轴方向设置，所述激光发射组件设置在所述第一板体上，所述3D相机设置在所述第二板体上，所述聚焦镜头和所述3D相机均朝向所述三轴运动平台设置。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的激光清洗设备，其特征在于，所述除尘装置包括支架、设置在所述支架上的安装座以及安装在所述安装座上的抽风头，所述抽风头靠近所述产品设置。

9.根据权利要求8所述的激光清洗设备，其特征在于，所述支架包括固定部、活动部以及连接所述固定部与所述活动部的连接件，所述活动部能够相对于所述固定部在Z轴方向运动，所述安装座设置在所述活动部上。

10.根据权利要求9所述的激光清洗设备，其特征在于，所述除尘装置还包括过滤器和抽风机，所述抽风头、所述过滤器和所述抽风机通过管道依次连通。

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