CN216299866U - 一种在线式轮胎模具激光清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种在线式轮胎模具激光清洗设备，其包括冷水机、移载小车、Z轴升降单元、六轴机器人、机器人控制柜、除尘系统、X轴半径调节装置、防碰撞机构、光路系统、D轴调焦机构、B轴激光管、A轴光束出口调节装置、气路系统与控制系统、自定心系统等。该设备主要用于全部或部分清除各类轮胎模具中因轮胎制造流程（硫化）缘故堆积在模具上的残留物，也可用于清理锈迹、油污、油漆等。该设备可进行在线或线下轮胎模具的激光清洗。

Description

一种在线式轮胎模具激光清洗设备

技术领域：

本实用新型属于激光清洗设备技术领域，涉及一种在线式轮胎模具激光清洗设备。

背景技术：

在汽车轮胎的制作过程中，模具是很重要的机械设备。在轮胎生产中，轮胎模具内雕的凹槽内会留存橡胶或其他残留物，可能导致生产出来的产品成为次品。因此，保持轮胎模具的清洁尤其重要。而以往常用的喷砂法、化学清洗法、干冰清洗等技术，都不能从根本上解决轮胎模具清洗的问题。激光清洗技术是利用高能量的激光束照射到物体的表面，使其表面的锈斑、涂漆层或污渍层等发生瞬间剥离或汽化等物理化学反应，从而达到非接触清洗目的的一种先进清洗技术。因此，行业内企业将激光清洗技术应用于模具清洗就成为必然选择之一。

在轮胎生产企业中，需清洁的轮胎模具通常是采用铝合金、灰铸铁或者钢制成的。本实用新型使用的术语“轮胎模具”包括平板型、环形筒状。轮胎清洗时常需要停止生产，将模具拆卸、清洗后再组装；这种做法不仅耗费大量的人力物力，中断生产的时间代价也非常昂贵。然后，能够实现在线清洗轮胎模具的设备未见报道。

2018年11月15日公开的公告号为CN109435115A的专利一种用于轮胎模具的清洗设备，虽然也是在整机支架上安装了激光清洗头，但是整体支架只能带动激光清洗头进行升降的操作，而水平移动需要额外的X1、Y1加工平台进行水平横向与纵向平移，操作繁琐，且容易产生偏移误差。

发明内容：

实用新型目的：

本实用新型的主要目的是提供一种在线式轮胎模具激光清洗设备，用于在轮胎硫化生产线上多角度清洗轮胎模具；在清洗过程中避免拆卸轮胎模具，进一步降低工人劳动强度、节省拆卸时间、提升清洗效率。

技术方案：

一种在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述清洗设备的主体为移载小车，Z轴升降单元的底部固定在移载小车的中部，六轴机器人第1轴的底座倒挂安装在Z轴升降单元的滑台底部，六轴机器人的第六轴与模具清洗头连接；

移载小车左边安装有供设备冷却的冷水机和机器人控制柜，后边安装有用于发射激光的激光器和用于清洗产生废气收集的除尘系统。

所述Z轴升降单元的主体框架设置有导向凹槽，导向框架的复合轴承在导向凹槽中沿上下滑动，主体框架与导向框架之间安装有控制导向框架升降运动的液压缸，导向框架上设置链轮与滑台，主体框架与滑台通过链轮链条相连。

所述模具清洗头中，X轴半径调节装置的滑台通过螺栓与光路上支架连接，光路上支架与光路下支架通过3个防碰撞机构相连；B轴激光管安装在在光路下支架下方，通过轴承过渡连接，B轴激光管采用伺服电机+齿轮或伺服电机+同步带驱动，可旋转角度最少为360度；B轴激光管的管壁外侧设置有激光测距传感器，激光测距传感器的下方安装有气幕吹扫装置，气幕吹扫装置的头部具有多组狭小缝隙；A轴光束出口调节装置与B轴激光管通过啮合装置连接，其中啮合装置通过电机驱动，A轴光束出口调节装置绕与B轴激光管的相交轴线进行旋转，旋转角度范围至少为360度；

模具清洗头的光路系统置于X轴半径调节装置的滑台上，其中扫描振镜安装在光路上支架上，燕尾滑台安装在光路下支架的内部并通过伺服电机驱动进行上下移动，燕尾滑台的上方连接有可移动凸透镜，可移动凸透镜随着燕尾滑台移动，燕尾滑台与可移动凸透镜组成D轴调焦机构；在B轴激光管的内部设置有固定凸透镜，固定凸透镜与可移动凸透镜同轴，固定凸透镜的正下方安装有聚焦镜，反射镜一安装在B轴激光管的底端，与B轴激光管的轴线成45度角；

在A轴光束出口调节装置内部倾斜的安装有反射镜二，反射镜二与反射镜一成90度夹角；反射镜二的上方安装有用于隔离光路内部镜片与外界的接触的窗口镜片，窗口镜片的边缘压装有气保护座，气保护座与窗口镜片间具有一周狭小缝隙；气路接口设置于B轴激光管的管壁上，至少有一路通道通入到B轴激光管的内部。

所述Z轴升降单元，采用复合轴承与轨道做导向，利用液压缸作为升降动力源，配合链轮链条提供双倍升降行程，为六轴机器人提供升降运动；所述除尘系统，至少有一套除尘系统收集口位于模具清洗头上，加工废气由此收集；所述六轴机器人为六轴工业机器人。

所述X轴半径调节装置，安装于六轴机器人第六轴底端，采用线性模组，皮带轮驱动，电机驱动，用于模具清洗时的清洗半径控制；所述燕尾滑台与可移动凸透镜组成的D轴调焦机构至少含有一个伸缩机构，至少一个凸透镜置于伸缩机构上，采用成套调节机构，电机减速器驱动；所述B轴激光管和A轴光束出口调节装置，均采用皮带轮组传动，电机减速器驱动，电机带编码器控制，半闭环控制；设置于B轴激光管侧方的激光测距传感器，多点检测传感器与模具表面的距离，进行模具清洗头圆心的检测，六轴机器人的第六轴与模具同轴。

所述模具清洗头的光路系统的光路出口路径中设置有正压保护气幕装置，设备B轴底端设置有气幕吹扫装置。

所述A轴光束出口调节装置中至少一个啮合部件与B轴激光管耦合在一起，A轴光束出口调节装置的轴线与B轴激光管轴线垂直相交。

所述B轴激光管包括至少一个激光测距传感器。

所述A轴光束出口调节装置与B轴激光管内部连通，A轴光束出口调节装置的气保护座与窗口镜片之间存在狭小缝隙，B轴激光管内部的压缩空气从缝隙喷出形成气幕，保护出口光学镜片。

气幕吹扫装置位于B轴激光管底端，其中至少一个通入B轴激光管内部，一个通往狭小缝隙。

优点及效果：

本实用新型具有以下优点和有益效果：

1、该设备自动化程度高，可在线清洗，提高清洗效率。

2、采用六轴工业机器人，为模具清洗头提供多自由度调节，有很高的自由度，适合于几乎任何轨迹或角度的工作，可以自由编程，完成全自动化的工作提高生产效率，可控制的错误率。具有很高的可达性，可以进入封闭空间内作业，而直角坐标式机器人不能进行此类作业。

3、主要用于在生成线上全部或部分清除各类轮胎模具中因轮胎制造流程(硫化)缘故堆积在模具上的残留物，也可用于清理锈迹、油污、油漆等。

4、该设备可进行线下激光清洗轮胎模具。

附图说明：

图1是在线式轮胎模具激光清洗设备的主体视图；

图2是在线式轮胎模具激光清洗设备的模具清洗头；

图3是在线式轮胎模具激光清洗设备的模具清洗头剖视图。

附图标记说明：

1—移载小车，2—冷水机，3—激光器，4—机器人控制柜，5—除尘系统，6—Z轴升降单元，6A—主体框架，6B—导向框架，6C—液压缸，6D—滑台，7—六轴机器人，8—模具清洗头，9—X轴半径调节装置，10—光路上支架，11—防碰撞机构，12—光路下支架，13—B轴激光管，14—A轴光束出口调节装置，15—激光测距传感器，16—气幕吹扫装置，17—扫描振镜，18—燕尾滑台,18a—伺服电机，19—可移动凸透镜，20—固定凸透镜，21—聚焦镜，22—反射镜一，23—反射镜二，24—窗口镜片，25—气保护座，26—气路接口。

具体实施方式：

下面结合本实用新型实施例中附图和技术方案详细说明本实用新型的实施过程，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种在线式轮胎模具激光清洗设备，包括激光器、冷水机、移载小车、Z轴升降单元、六轴机器人、机器人控制柜、除尘系统、X轴半径调节装置、防碰撞机构、光路系统、D轴调焦机构、B轴激光管、A轴光束出口调节装置、气路清洁系统、气保护、控制系统、自定心系统；

激光器，不限于光纤型激光器，可为CO₂激光器、固态激光器；出光类型可为连续型、脉冲型。激光器为设备提供用于清洗的激光光源。

冷水机，用于激光器和光路系统的加热和冷却，使激光器在适合的温度下运行。

移载小车，为在线式轮胎模具激光清洗设备承载主体，其它特征皆至于移载小车上方；移载小车可自动寻址导航，根据模具清洗需要自动前往模具所在的硫化机处。

Z轴升降单元，设置于移载小车上，采用复合轴承与轨道做导向，利用液压缸作为升降动力源，配合链轮链条提供双倍升降行程，为六轴机器人提供升降运动；置于Z轴升降单元上方的滑台与机器人底座相连。

六轴机器人，采用六轴工业机器人，为模具清洗头提供多自由度调节。

除尘系统，至少有一套除尘系统收集口位于模具清洗头上。所述模具清洗头设置有除尘收集口，加工废气由此收集。

X轴半径调节装置，X轴采用线性模组，皮带轮驱动，电机驱动；安装于机器人第六轴上，且X轴半径调节位于机器人第六轴底端，机器人第六轴可以带动X轴半径调节装置旋转。X轴半径调节装置用于模具清洗时的清洗半径控制。

防碰撞机构，模具清洗头配备了一个碰撞探测系统(接近开关)，以防止激光头在水平和垂直方向无意中发生偏移。激光头碰撞大概会导致其受损或者无法正常工作。碰撞探测系统至少设置有三个碰撞传感器。每个传感器都将探测出最细小的偏移。如果发现了这样的偏移，机器的运动将被立刻停止。接着将发出一声报警声，而且在操作工位的显示屏上将显示一个出错反馈消息。每次碰撞都将被记录在案。

光路系统，通过多组光学镜片对激光器发出的光束进行整形，进而将光束达到可用于清洗的大小。所述光路系统置于X轴半径调节滑台上，以便于可以相对于所述移载小车上下、水平及旋转移动。

D轴调焦机构，D轴采用成套调节机构，电机减速器驱动。调焦机构运动稳定，可直接连接调焦镜片，尺寸紧凑。所述D轴调焦机构至少含有一个伸缩机构，其中至少一个凸透镜置于伸缩机构上，以便于调节出射激光的焦点位置。

B轴激光管，采用皮带轮组传动，电机减速器驱动。电机带编码器控制，半闭环控制。所述B轴激光管绕B轴激光管轴线至少能够旋转360°。

A轴光束出口调节装置，采用皮带轮组传动，电机减速器驱动。电机带编码器控制，半闭环控制。所述A轴出口光束中至少一个啮合部件与B轴机械的耦合在一起，以便于A轴轴线与所述B轴激光管轴线垂直相交。

气路清洁系统，设备光路系统光路出口路径中设置有正压保护气幕装置。设备B轴底端设置有工件灰尘吹扫装置。

自定心系统，通过设置于B轴激光管侧方的激光测距传感器，多点检测传感器与模具表面的距离，进行模具清洗头圆心的检测，进而使机器人第六轴与模具同轴。

气保护的气体是从光路结构内部吹出来，经过气保护装置输出，正压气体通入光路结构内部可以保护光路内部结构不受污染。

进一步，利用移载小车实现轮胎模具激光清洗设备的自动寻址移动，达到轮胎模具的在线激光清洗，移载小车不限于自动移载小车，无动力移载小车等形式。

进一步，Z轴升降单元，升降动力源不限于液压缸、液压缸+链轮链条、伺服电机+滚珠丝杠形式、伺服电机+链轮链条、伺服电机+齿轮齿条等形式。

进一步，所述A轴出口光束调节装置至少可以绕其轴线能够旋转360°

进一步，所述B轴激光管包括至少一个激光测距传感器。

进一步，所述气保护系统位于B轴激光管底端，其中至少一个通入B轴激光管内部，一个通往喷嘴。

进一步，所述A轴与B轴激光管内部连通，其中，A轴出口边缘存在狭小缝隙，使B轴激光管内部的压缩空气可以从缝隙喷出形成气幕，便于保护出口光学镜片。

本实用新型所提供的在线式轮胎模具清洗设备，具有以下优点：

该设备自动化程度高，可在线清洗，提高清洗效率；主要用于在生成线上全部或部分清除各类轮胎模具中因轮胎制造流程(硫化)缘故堆积在模具上的残留物。也可用于清理锈迹、油污、油漆等。该设备可进行线下激光清洗轮胎模具。

下面结合图1-图3对本实用新型进行详细说明。

参考图1，在线式轮胎模具激光清洗设备大体上包括作为设备主体的移载小车1，其上方安装有供设备冷却的冷水机2，用于发射激光的激光器3，机器人控制柜4，用于清洗产生废气收集的除尘系统5。

Z轴升降单元6底部固定在移载小车1的中部，主要用于升降六轴机器人7，扩展六轴机器人7的行程范围。Z轴升降单元6的主体框架6A设置有导向凹槽，导向框架6B的复合轴承在导向凹槽中滑动，限制导向框架6B只能沿上下滑动。主体框架6A与导向框架6B之间安装有液压缸6C，用于控制导向框架6B升降运动。导向框架6B上设置链轮与滑台6D，主体框架6A与滑台6D通过链轮链条相连，使滑台6D的升降位移是导向框6B位移的2倍。

六轴机器人7倒挂安装在滑台6D底部，跟随滑台6D进行升降运动，其中模具清洗头8与六轴机器人7的第6轴相连。使模具清洗头8可以跟随机器人7做姿态变换。

参考图2，在线式轮胎模具激光清洗设备的模具清洗头8大体上包括X轴半径调节装置9；X轴半径调节装置9通常采用滚珠丝杠、同步带等方式驱动，X轴半径调节装置9的滑台通过螺栓连接有光路上支架10，进而带动光路上支架10进行伸缩运动；光路上支架10与光路下支架12通过3个防碰撞机构11相连；防碰撞机构11内部设置有高精度传感器用于检测光路下支架12发生碰撞时的窜动量，进而控制系统停机，避免设备进一步碰撞损坏。

B轴激光管13在光路下支架12下方，通过轴承过渡连接；B轴激光管13常采用伺服电机+齿轮或伺服电机+同步带驱动，可旋转角度最少为360度。B轴激光管13的管壁外侧设置有激光测距传感器15，通过设备控制系统的特殊算法可计算出轮胎模具的轴心位置。激光测距传感器15的下方安装有气幕吹扫装置16；气幕吹扫装置16的头部具有多组狭小缝隙，便于压缩空气通过缝隙时产生气幕。

A轴光束出口调节装置14与B轴激光管13通过啮合装置连接，其中啮合装置通过电机驱动，使A轴光束出口调节装置14绕与B轴激光管13的相交轴线进行旋转，旋转角度范围至少为360度。

参考图3，模具清洗头的光路系统部分大体包括安装在光路上支架10上的扫描振镜17，在扫描振镜17下部是燕尾滑台18，其中燕尾滑台18安装在光路下支架12的内部，通过伺服电机18a驱动燕尾滑台18进行上下移动。燕尾滑台18的上方连接有可移动凸透镜19，随着燕尾滑台18移动，进行光路焦距的调节，燕尾滑台18与可移动凸透镜19即为D轴调焦机构。

在B轴激光管13的内部设置有固定凸透镜20；固定凸透镜20与可移动凸透镜19同轴，固定凸透镜20的正下方安装有聚焦镜21，反射镜一22倾斜的安装在B轴激光管13的底端，反射镜一22与B轴激光管13的轴线成45度角。

在A轴光束出口调节装置14内部倾斜的安装有反射镜二23，其中，反射镜二23与反射镜一22成90度夹角。反射镜二23的上方安装有窗口镜片24，用于隔离光路内部镜片与外界的接触。同时，窗口镜片24的边缘压装有气保护座25；气保护座25与窗口镜片24间具有一周狭小缝隙，利于压缩空气通过。

气路接口26设置于B轴激光管13的管壁上；其中，至少有一路通道通入到B轴激光管13的内部，压缩气体从气路接口26进入，最终从气保护座25喷射而出，形成气保护。

激光光束从扫描振镜17的侧方摄入到扫描振镜17内部，经过扫描振镜17内部镜片反射后照射至可移动凸透镜19，可移动凸透镜19将光束进行先聚焦到焦点，然后发散的照射到固定凸透镜20上；固定凸透镜20再将光束整形成平行光，继续向下传输进而照射到聚焦镜21；聚焦镜21将平行的光束进行聚焦，聚焦光束在经过反射镜一22与反射镜二23反射，最终通过窗口镜片24同轴输出；聚焦镜21采用大焦距凸透镜，将经过聚焦镜21聚焦的光束最终在窗口镜片24上方汇聚于一处。

B轴激光管13可带动反射镜一22进行360度旋转。A轴光束出口调节装置14可带动反射镜二23进行360度旋转，将经过反射镜22、23反射的光束改变方向，以便将光束从不同的角度照射轮胎模具上，来适应轮胎模具多方向的纹路清洗。

可移动凸透镜19由伺服电机驱动可以上下移动，同时与固定凸透镜20配合，利用光学特性可将经过聚焦镜21聚焦的光斑位置进行伸缩，来适应轮胎模具的复杂性。

本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本实用新型书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述清洗设备的主体为移载小车(1)，Z轴升降单元(6)的底部固定在移载小车(1)的中部，六轴机器人(7)第1轴的底座倒挂安装在Z轴升降单元(6)的滑台(6D)底部，六轴机器人(7)的第六轴与模具清洗头(8)连接；

移载小车(1)左边安装有供设备冷却的冷水机(2)和机器人控制柜(4)，后边安装有用于发射激光的激光器(3)和用于清洗产生废气收集的除尘系统(5)。

2.根据权利要求1所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述Z轴升降单元(6)的主体框架(6A)设置有导向凹槽，导向框架(6B)的复合轴承在导向凹槽中沿上下滑动，主体框架(6A)与导向框架(6B)之间安装有控制导向框架(6B)升降运动的液压缸(6C)，导向框架(6B)上设置链轮与滑台(6D)，主体框架(6A)与滑台(6D)通过链轮链条相连。

3.根据权利要求1所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述模具清洗头(8)中，X轴半径调节装置(9)的滑台通过螺栓与光路上支架(10)连接，光路上支架(10)与光路下支架(12)通过3个防碰撞机构(11)相连；B轴激光管(13)安装在在光路下支架(12)下方，通过轴承过渡连接，B轴激光管(13)采用伺服电机+齿轮或伺服电机+同步带驱动，可旋转角度最少为360度；B轴激光管(13)的管壁外侧设置有激光测距传感器(15)，激光测距传感器(15)的下方安装有气幕吹扫装置(16)，气幕吹扫装置(16)的头部具有多组狭小缝隙；A轴光束出口调节装置(14)与B轴激光管(13)通过啮合装置连接，其中啮合装置通过电机驱动，A轴光束出口调节装置(14)绕与B轴激光管(13)的相交轴线进行旋转，旋转角度范围至少为360度；

模具清洗头(8)的光路系统置于X轴半径调节装置(9)的滑台上，其中扫描振镜(17)安装在光路上支架(10)上，燕尾滑台(18)安装在光路下支架(12)的内部并通过伺服电机(18a)驱动进行上下移动，燕尾滑台(18)的上方连接有可移动凸透镜(19)，可移动凸透镜(19)随着燕尾滑台(18)移动，燕尾滑台(18)与可移动凸透镜(19)组成D轴调焦机构；在B轴激光管(13)的内部设置有固定凸透镜(20)，固定凸透镜(20)与可移动凸透镜(19)同轴，固定凸透镜(20)的正下方安装有聚焦镜(21)，反射镜一(22)安装在B轴激光管(13)的底端，与B轴激光管(13)的轴线成45度角；

在A轴光束出口调节装置(14)内部倾斜的安装有反射镜二(23)，反射镜二(23)与反射镜一(22)成90度夹角；反射镜二(23)的上方安装有用于隔离光路内部镜片与外界的接触的窗口镜片(24)，窗口镜片(24)的边缘压装有气保护座(25)，气保护座(25)与窗口镜片(24)间具有一周狭小缝隙；气路接口(26)设置于B轴激光管(13)的管壁上，至少有一路通道通入到B轴激光管(13)的内部。

4.根据权利要求1所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述Z轴升降单元(6)，采用复合轴承与轨道做导向，利用液压缸(6C)作为升降动力源，配合链轮链条提供双倍升降行程，为六轴机器人(7)提供升降运动；所述除尘系统(5)，至少有一套除尘系统收集口位于模具清洗头(8)上，加工废气由此收集；所述六轴机器人(7)为六轴工业机器人。

5.根据权利要求3所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述X轴半径调节装置(9)，安装于六轴机器人(7)第六轴底端，采用线性模组，皮带轮驱动，电机驱动，用于模具清洗时的清洗半径控制；所述燕尾滑台(18)与可移动凸透镜(19)组成的D轴调焦机构至少含有一个伸缩机构，至少一个凸透镜置于伸缩机构上，采用成套调节机构，电机减速器驱动；所述B轴激光管(13)和A轴光束出口调节装置(14)，均采用皮带轮组传动，电机减速器驱动，电机带编码器控制，半闭环控制；设置于B轴激光管(13)侧方的激光测距传感器(15)，多点检测传感器与模具表面的距离，进行模具清洗头圆心的检测，六轴机器人(7)的第六轴与模具同轴。

6.根据权利要求3所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述模具清洗头(8)的光路系统的光路出口路径中设置有正压保护气幕装置，设备B轴底端设置有气幕吹扫装置(16)。

7.根据权利要求3所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述A轴光束出口调节装置(14)中至少一个啮合部件与B轴激光管(13)耦合在一起，A轴光束出口调节装置(14)的轴线与B轴激光管(13)轴线垂直相交。

8.根据权利要求3所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述B轴激光管(13)包括至少一个激光测距传感器(15)。

9.根据权利要求3所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：所述A轴光束出口调节装置(14)与B轴激光管(13)内部连通，A轴光束出口调节装置(14)的气保护座(25)与窗口镜片(24)之间存在狭小缝隙，B轴激光管(13)内部的压缩空气从缝隙喷出形成气幕，保护出口光学镜片。

10.根据权利要求6或9所述的在线式轮胎模具激光清洗设备，其特征在于：气幕吹扫装置(16)位于B轴激光管(13)底端，其中至少一个通入B轴激光管(13)内部，一个通往狭小缝隙。

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