專利名稱：一種激光除銹裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光除銹的裝置，特別涉及一種用于筒型金屬內(nèi)壁等特殊表面的激光 除銹裝置。
背景技術(shù)：
在金屬生產(chǎn)、工程建筑、船舶制造等與金屬使用密切相關(guān)的行業(yè)，有效地去除金屬 銹蝕層一直是大家關(guān)注的難題。特別是在一些特殊表面如鋼管內(nèi)壁，除銹難度較大。但在 很多工程應(yīng)用中，這些特殊表面又是決定器件或設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的除 銹方法包括機(jī)械除銹法、化學(xué)除銹法、噴砂除銹法、高壓水射流除銹法等。因為化學(xué)除銹法 對金屬產(chǎn)生傷害且易對環(huán)境造成影響等；高壓水射流除銹設(shè)備價格昂貴，需耗費大量的水， 表面需及時進(jìn)行二次處理以防止再度生銹等；噴砂除銹法勞動強(qiáng)度大，只能離線清洗，難以 清洗特殊形狀的工件等；在中國專利文獻(xiàn)中已有報道的鋼管表面除銹通常使用機(jī)械清洗 法。如專利號為 200920040568. 0,200920144309. 2,200620054194. 4,200420068594. 1 和 200720175257. 6等中國實用新型專利都公開了用于鋼管除銹的設(shè)備，它們均采用機(jī)械或手 動與機(jī)械相結(jié)合的方式進(jìn)行除銹，具有一定的除銹效果，結(jié)構(gòu)簡單，但受到儀器的限制，只 能用于清除簡單結(jié)構(gòu)形狀的工件的外表面，應(yīng)用范圍較窄。激光除銹是最近幾年發(fā)展起來的一種新穎除銹法，具有清洗效果好；可以根據(jù)銹 蝕程度控制清洗強(qiáng)度；金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而改變金屬微米級表層的結(jié)構(gòu)，形成一 層保護(hù)層以防止金屬進(jìn)一步銹蝕，提高金屬構(gòu)件抗腐蝕能；安全可靠，成本低、耗電少，使 用移動方便靈活等優(yōu)點。申請?zhí)枮?00810056852. 7的中國發(fā)明專利申請公布了一種瓦 級全固態(tài)紫外激光清洗機(jī)及激光清洗方法，用于集成電路等微電子基板清洗。申請?zhí)枮?200610065407. 8的中國發(fā)明專利申請公布了一種便攜式激光清洗系統(tǒng)，用于對道路、廣告 牌等物體表面的污垢進(jìn)行有效清除。以上發(fā)明專利申請雖然利用激光技術(shù)實現(xiàn)了對物體表 面的清洗，但難于對小型或微型金屬筒型內(nèi)壁等特殊部位進(jìn)行清洗，由于筒型金屬內(nèi)壁在 清洗過程中存在難于操作和觀察等問題，也一直是激光除銹中的難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是結(jié)合激光除銹法的優(yōu)點，提供一種能夠自動控制精確定位和有效 進(jìn)行筒型金屬內(nèi)壁等特殊表面的激光除銹裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案包括激光器控制器，激光器，聲傳感器，工作臺控制器，工作臺， 除銹頭和中央處理器；除銹頭固定在導(dǎo)光管一端，其出光口與放置于工作臺上的金屬件表 面垂直，激光器發(fā)射的激光通過導(dǎo)光管引入除銹頭；聲傳感器固定于該除銹頭上，并通過信 號傳輸線將探測信號輸入中央控制器；中央控制器通過信號線與所述激光器控制器和工作 臺控制器相連。本發(fā)明的中央控制器可以設(shè)置激光輸出參數(shù)，工作臺移動參數(shù)和除銹閾值，并根 據(jù)上述參數(shù)向激光器發(fā)出控制信號，接收并判斷聲傳感器的信號是否達(dá)到除銹閾值，向工作臺控制器發(fā)送位移信號。本發(fā)明的除銹頭可以由全反射鏡和聚焦調(diào)節(jié)器組成，全反射鏡將激光束反射到與 聚焦調(diào)節(jié)器進(jìn)光口平面垂直的方向，此聚焦調(diào)節(jié)器可以用于調(diào)節(jié)激光聚焦點的位置。本發(fā)明的除銹頭也可以由凹面反射鏡組成，該凹面反射鏡用于將光束聚焦于金屬 件表面。本發(fā)明的工作臺為五軸工作臺，可以在所述工作臺控制器的控制下沿X軸、Y軸、Z 軸移動和沿Z軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明采用導(dǎo)光管和除銹頭的結(jié)構(gòu)，能將激光器發(fā)射的激光匯聚到筒型金屬的 內(nèi)壁，通過工作臺的移動帶動金屬件的移動，從而實現(xiàn)對筒型金屬內(nèi)壁的激光除銹，克服了 筒型金屬內(nèi)壁難于除銹的問題。2)本發(fā)明的除銹頭可以采用聚焦調(diào)節(jié)器和反射鏡結(jié)合的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦點的 調(diào)節(jié)，提高除銹的效率，也可以配合工作臺的移動，擴(kuò)大使用范圍。3)本發(fā)明的除銹頭可以采用凹面反射鏡，結(jié)構(gòu)簡單，且可以做到很小，適用于微小 筒型金屬的內(nèi)壁除銹。4)本發(fā)明采用中央處理器控制激光器的輸出強(qiáng)度和頻率等參數(shù)，通過工作臺控制 器發(fā)送位移信號，實現(xiàn)除銹頭在待除銹金屬上的精確定位和自動控制。5)本發(fā)明采用聲傳感器探測除銹過程中發(fā)出的聲音，并與預(yù)先設(shè)定的除銹閾值進(jìn) 行比較，由于待除銹金屬的銹蝕層與基體的密度不同，因而聲波的信號不同，從而實現(xiàn)了對 除銹結(jié)果的自動檢測，解決了難于判斷銹蝕層是否被除凈的問題。


圖1激光除銹裝置示意2凹面反射鏡除銹頭示意3聲傳感器信號4圓筒內(nèi)壁除銹示意中1激光器控制器，2激光器，3激光束，4導(dǎo)光管，5全反射鏡，6聚焦調(diào)節(jié)裝置， 7金屬件，8工作臺，9工作臺控制器，10中央控制器，11聲傳感器，12除銹頭，13信號傳輸 線，14凹面反射鏡，15金屬圓筒，16圓筒內(nèi)壁
具體實施例方式
如圖1所示激光除銹裝置包括激光器控制器1，激光器2，聲傳感器11，工作臺控制 器9，工作臺8，中央控制器10和除銹頭12 ；除銹頭12固定于導(dǎo)光管4，其出光口與放置于 工作臺8上的金屬件7表面垂直，導(dǎo)光管4的轉(zhuǎn)角處安裝45度角的全反射鏡5 ；聲傳感器 11固定于該除銹頭12上，并通過信號傳輸線13將探測信號輸入中央控制器10 ；中央控制 器10通過信號線與所述激光器控制器1和工作臺控制器9相連。 激光除銹裝置的工作方式是將金屬件7放到工作臺8上，將除銹頭12移動到待除 銹金屬7開始除銹的位置，并調(diào)節(jié)除銹頭12與待金屬件7間距離，使輸出的激光聚焦到待 除銹金屬7表面；根據(jù)待金屬件7性質(zhì)和形狀，通過中央處理器10設(shè)置激光輸出參數(shù)，工作臺移動參數(shù)和除銹閾值，并啟動除銹程序；中央控制器10根據(jù)上述參數(shù)向激光器控制器1 發(fā)出控制信號，接收并判斷聲傳感器11的信號是否達(dá)到除銹閾值，向工作臺控制器9發(fā)送 位移信號，從而工作臺8帶動待金屬件7產(chǎn)生位移，使除銹頭12相對移動到下一個除銹位 置點；重復(fù)上述過程，直到達(dá)到設(shè)定的最終移動參數(shù)的要求或者手動停止除銹過程。通過聲傳感器11測定銹蝕層是否除凈的原理是由于待金屬件7的基體與銹的成 分不同，從而導(dǎo)致了其密度的不同，因此在激光作用到銹和基體的聲音信號不同。在正式除 銹前，可以采取實驗的方式獲得除銹閾值和激光強(qiáng)度參數(shù)，即在待除銹金屬上選擇幾個點 進(jìn)行除銹，通過設(shè)定固定的激光強(qiáng)度對除銹點除銹，觀察獲取的聲音信號來確定閾值。如 圖3所示，在固定激光強(qiáng)度沖擊下，前三次聲音信號的幅度是依次變化的，從第四次開始聲 音信號幅度趨于穩(wěn)定，從而可以確定從第四次聲音信號開始已經(jīng)把物體表面銹蝕層清除干 凈，此聲音信號的幅度即為此激光強(qiáng)度下的除銹閾值。如圖2所示，激光除銹裝置可以更換固定焦距的除銹頭12，其采用凹面反射鏡14 將導(dǎo)光管4傳送過來的機(jī)構(gòu)聚集到除銹面。此種除銹頭12可以制作的更小，適用于小型或 微型筒型金屬的內(nèi)壁除銹。本發(fā)明中的導(dǎo)光管4的形狀并不固定，其主要是將激光器2發(fā)出的激光束3引入 到除銹頭12中。如圖4所示，是對金屬圓筒15進(jìn)行除銹的實施例。對圓筒內(nèi)壁16進(jìn)行除銹，為了 減少工作臺的移動，可以選擇將金屬圓筒15放置于工作臺上，使其軸心與工作臺8的Z軸 旋轉(zhuǎn)軸心重合，將導(dǎo)光管道4的豎直部分與金屬圓筒15的軸心重合，調(diào)節(jié)除銹頭12的聚焦 調(diào)節(jié)器6，使輸出的激光聚焦到圓筒內(nèi)壁16。通過在固定激光強(qiáng)度下的多次沖擊獲取的聲 音信號，測定激光強(qiáng)度和除銹閾值；測量圓筒15的直徑D、高度H和沖擊光斑的直徑d，通過 弧度計算公式，計算出每次需移動的角度a、每圈移動次數(shù)η = 360/a和移動圈數(shù)N = H/d， 通過中央處理器10設(shè)置激光強(qiáng)度、除銹閾值和移動參數(shù)，并啟動除銹程序。中央控制器10 根據(jù)上述參數(shù)向激光器控制器1發(fā)出控制信號，接收并判斷聲傳感器11的信號是否達(dá)到除 銹閾值，向工作臺控制器9發(fā)送位移信號，從而工作臺8帶動金屬圓筒15產(chǎn)生位移，使除銹 頭12相對移動到下一個除銹位置點；重復(fù)上述過程，直到達(dá)到設(shè)定的最終移動參數(shù)的要求 或者手動停止除銹過程。本發(fā)明的激光除銹裝置采用聲傳感器探測除銹過程中發(fā)出的聲音，并與預(yù)先設(shè)定 的除銹閾值進(jìn)行比較的方式，解決了難于判斷銹蝕層是否被除凈的問題；采用中央處理器 控制方式實現(xiàn)了激光除銹的自動控制和除銹頭在待除銹金屬上的精確定位除銹；采用導(dǎo)光 管和除銹頭的結(jié)構(gòu)，能將激光器發(fā)射的激光匯聚到筒型金屬的內(nèi)壁，通過工作臺的移動帶 動待除銹金屬的移動，從而實現(xiàn)對筒型金屬內(nèi)壁的激光除銹，克服了筒型金屬內(nèi)壁難于除 銹的問題；除銹頭采用聚焦調(diào)節(jié)器和反射鏡結(jié)合的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦點的調(diào)節(jié)，可以更好 的配合工作臺，減少工作臺的移動，提高除銹的效率。
權(quán)利要求
一種激光除銹裝置，包括激光器控制器，激光器，聲傳感器，工作臺控制器，工作臺；其特征在于還包括除銹頭和中央處理器，所述除銹頭固定于導(dǎo)光管一端，其出光口與放置于工作臺上的金屬件表面垂直，所述激光器發(fā)射的激光通過所述導(dǎo)光管引入該除銹頭；所述聲傳感器固定于除銹頭上，通過信號傳輸線將探測信號輸入中央控制器；所述中央控制器通過信號線與所述激光器控制器和工作臺控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光除銹裝置，其特征在于所述中央控制器可以設(shè)置激光器 輸出參數(shù)、工作臺移動參數(shù)和除銹閾值，并根據(jù)上述參數(shù)向激光器發(fā)出控制信號，接收并判 斷聲傳感器的信號是否達(dá)到除銹閾值，向工作臺控制器發(fā)送移動信號；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述激光除銹裝置，其特征在于所述除銹頭主要由全反射鏡和聚 焦調(diào)節(jié)器組成，所述全反射鏡將激光束反射到與所述聚焦調(diào)節(jié)器進(jìn)光口平面垂直的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述激光除銹裝置，其特征在于所述除銹頭主要由凹面反射鏡組 成，用于將激光聚焦于金屬件表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述激光除銹裝置，其特征在于所述工作臺為五軸工作臺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光除銹裝置，包括中央控制器、激光器、工作臺控制器、工作臺、聲傳感器和除銹頭，導(dǎo)光管將激光引入筒型除銹頭，其出光口與筒型金屬內(nèi)壁垂直，通過聲傳感器、中央控制器和工作臺的結(jié)合，實現(xiàn)了激光除銹過程的自動控制和精確定位。該裝置解決了對筒型金屬內(nèi)壁等特殊表面除銹的難題。
文檔編號B23K26/04GK101947694SQ20101029035
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者佟艷群, 姚紅兵, 張朝陽, 張永康, 王飛 申請人:江蘇大學(xué)