本發(fā)明涉及一種利用激光技術(shù)在復(fù)合材料零件表面進(jìn)行脫漆處理的方法及裝置。

背景技術(shù)：

近年來，復(fù)合材料以其優(yōu)越的性能在飛機(jī)上得到了廣泛和大量的應(yīng)用，甚至復(fù)合材料的應(yīng)用水平已成為飛機(jī)先進(jìn)程度的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中在大飛機(jī)用量比例比較突出的有a400m軍用運(yùn)輸機(jī)（35～40%）、b787（50%）、c919客機(jī)（12%）、ma700（在研15%）。

復(fù)合材料（compositematerials）：是將兩種或兩種以上的性質(zhì)不同的材料通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。它保持了原組分材料的特性，同時(shí)具備了原組分材料所不具備的性能，主要包括基體（樹脂膠液）和增強(qiáng)體（增強(qiáng)纖維）。

隨著復(fù)合材料應(yīng)用量的提高，在飛機(jī)飛行過程中發(fā)現(xiàn)部分功能性零件掉漆問題比較嚴(yán)重，飛行一段時(shí)間就需要進(jìn)行維護(hù)。通常的維護(hù)方法主要是對(duì)零件損壞漆層進(jìn)行退除，重新噴涂新的漆層，從而滿足該零件的力學(xué)強(qiáng)度和功能性需求。

目前國(guó)內(nèi)復(fù)合材料零件脫漆采用的是傳統(tǒng)的手工打磨法脫漆。化學(xué)溶劑法、噴丸噴砂法均不適用復(fù)合材料零件脫漆。

傳統(tǒng)的手工打磨去除復(fù)合材料表面漆層的方法耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、打磨后表面質(zhì)量難以控制，且對(duì)環(huán)境和操作人員身體傷害大。

現(xiàn)在國(guó)際上使用一種非接觸、無打磨、安全環(huán)保的激光清洗技術(shù)進(jìn)行脫漆。

國(guó)外采用激光技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)復(fù)合材料表面除漆的研究和應(yīng)用較早。

自從1974年j.a.fox在樹脂、玻璃以及金屬基材上進(jìn)行表面漆層去除工作后，激光除漆技術(shù)得到了科研人員的廣泛關(guān)注和研究，特別是針對(duì)飛機(jī)表面漆層的去除。

該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用也很早，如美國(guó)猶他州希爾空軍基地的ogden空軍修理廠在1995年就裝備了激光自動(dòng)除漆系統(tǒng)，應(yīng)用于機(jī)頭雷達(dá)罩的除漆。

國(guó)內(nèi)尚無復(fù)合材料表面激光脫漆的研究報(bào)道。由于復(fù)合材料與其表面噴涂的功能性涂料（如：抗靜電彈性涂料、抗雨蝕涂料等）對(duì)激光的吸收率非常接近，用激光去除表面涂層（一般稱漆層）而又不使復(fù)合材料基體不受損失的難度很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了替代傳統(tǒng)的手工打磨去除復(fù)合材料表面漆層，本發(fā)明提供一種飛除復(fù)合材料表面激光脫漆方法和脫漆的裝置。

復(fù)合材料零件表面脫漆處理裝置，包括工作臺(tái)、三維桁架、激光器、激光掃描裝置、除塵器、水冷裝置和控制系統(tǒng)，其中，所述三維桁架包括x軸桁架、y軸桁架和z軸桁架；工作臺(tái)平行于水平面設(shè)置，x軸桁架與工作臺(tái)平行地設(shè)置在同一水平面上，其中x軸桁架位于整個(gè)三維桁架的底部，其頂部設(shè)有沿x軸方向延伸的滑槽；z軸桁架滑動(dòng)設(shè)置于x軸桁架頂部的滑槽中；y軸桁架通過滑塊與z軸桁架相連，其中滑塊沿z軸方向滑動(dòng)，y軸桁架沿y軸方向與滑塊滑動(dòng)相連；激光器固定設(shè)置于y軸桁架上，激光掃描裝置固定設(shè)置在激光器出光口上，當(dāng)y軸桁架沿y軸方向滑動(dòng)時(shí)，所述激光器及激光掃描裝置的投影均落在工作臺(tái)上；所述除塵器設(shè)有一個(gè)吸風(fēng)管和一個(gè)吹風(fēng)管，吸風(fēng)管和吹風(fēng)管均設(shè)置y軸桁架上，且分別對(duì)稱地設(shè)置在激光掃描裝置的兩側(cè)；所述水冷裝置包括制冷機(jī)和循環(huán)管回路，所述循環(huán)管回路分別套設(shè)于激光器或控制系統(tǒng)外部所述激光器、激光掃描裝置、x軸桁架、y軸桁架、z軸桁架、除塵器和水冷裝置均分別連接在控制系統(tǒng)上。

優(yōu)選地，所述激光器為二氧化碳激光發(fā)生器。

進(jìn)一步地，所述激光掃描裝置包括掃描振鏡和微型電機(jī)，所述掃描振鏡和微型電機(jī)均集成在同一模塊中。

進(jìn)一步地，所述x軸桁架的x軸方向移動(dòng)速度為8-12mm/s。

優(yōu)選地，除塵器的吸風(fēng)口與激光器中激光的聚焦面之間的距離為30-50mm。

本發(fā)明所述復(fù)合材料零件表面脫漆處理裝置，控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的漆層組合來調(diào)整激光器內(nèi)激光參數(shù)和三維桁架的運(yùn)動(dòng)軌跡，移動(dòng)平穩(wěn)，控制精度高，選擇適宜的移動(dòng)速度和離焦量從而實(shí)現(xiàn)滿足復(fù)合材料去除表面膠液殘留或漆層所需的溫度梯度，干凈環(huán)保。

本發(fā)明復(fù)合材料零件表面脫漆處理的方法，包括以下步驟：

（1）將待除漆工件放置在工作臺(tái)上，通過激光掃描裝置掃描脫漆零件輪廓形狀、表面特征、待脫漆區(qū)域信息，并將上述信息編制在控制系統(tǒng)中，用以設(shè)定三維桁架的運(yùn)動(dòng)軌跡程序；

（2）在控制系統(tǒng)中根據(jù)漆層種類、漆層組合及漆層厚度設(shè)定激光器中的激光參數(shù)，激光的激發(fā)電流為35-40ma；激光掃描裝置的運(yùn)行速度為6000-9000mm/s；掃描線距為0.3mm；

（3）啟動(dòng)激光器預(yù)熱3分鐘，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，除塵器和水冷裝置同步打開，三維桁架啟動(dòng)，控制系統(tǒng)控制三維桁架的x軸桁架、y軸桁架、z軸桁架分別沿x軸、y軸、z軸三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，使激光器按設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，與工件形狀吻合；

（4）到達(dá)控制系統(tǒng)中設(shè)定的脫漆起始位置前1秒鐘激光器發(fā)出脈沖激光，脈沖激光束傳遞到工件待脫漆表面，進(jìn)行脫漆作業(yè)；除塵器吸風(fēng)口吸收煙霧微塵，水冷裝置的循環(huán)管回路為激光器進(jìn)行冷卻。

（5）脫漆完成，控制系統(tǒng)關(guān)閉，工作停止。

進(jìn)一步地，所述激光的激發(fā)電流為35-40ma；激光掃描裝置的運(yùn)行速度為6000-9000mm/s；掃描線距為0.3mm。

本發(fā)明所述復(fù)合材料零件表面脫漆處理方法具有以下有益效果：（1）不損傷基體，激光去除殘留膠液或涂層是無直接接觸，對(duì)基體不產(chǎn)生機(jī)械損傷，增加溫度梯度避免了基體受熱損傷；（2）表面質(zhì)量好，通過控制系統(tǒng)控制三維桁架動(dòng)作，可使激光頭和工件表面始終保持穩(wěn)定的距離，使得脫漆效果最佳；（3）環(huán)保無污染，清除過程中產(chǎn)生的煙霧微塵被同步吸收凈化，對(duì)環(huán)境不造成污染；（4）操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高；（5）效率高，每分鐘去除膠液殘留或涂層面積可達(dá)100平方分米甚至更高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是三維桁架的方向圖。

圖中：1-控制系統(tǒng)；2-x軸桁架；3-y軸桁架；4-z軸桁架；5-激光掃描裝置；6-三維桁架；7-工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本發(fā)明所述復(fù)合材料零件表面脫漆處理裝置，復(fù)合材料零件表面脫漆處理裝置，包括工作臺(tái)7、三維桁架6、激光器、激光掃描裝置5、除塵器、水冷裝置和控制系統(tǒng)1，其中，所述三維桁架6包括x軸桁架2、y軸桁架3和z軸桁架4；工作臺(tái)7平行于水平面設(shè)置，x軸桁架2與工作臺(tái)7平行地設(shè)置在同一水平面上，其中x軸桁架2位于整個(gè)三維桁架6的底部，其頂部設(shè)有沿x軸方向延伸的滑槽；z軸桁架4滑動(dòng)設(shè)置于x軸桁架2頂部的滑槽中；y軸桁架3通過滑塊與z軸桁架4相連，其中滑塊沿z軸方向滑動(dòng)，y軸桁架沿y軸方向與滑塊滑動(dòng)相連；激光器固定設(shè)置于y軸桁架3上，激光掃描裝置5固定設(shè)置在激光器出光口上，當(dāng)y軸桁架3沿y軸方向滑動(dòng)時(shí)，所述激光器及激光掃描裝置5的投影均落在工作臺(tái)7上；所述除塵器設(shè)有一個(gè)吸風(fēng)管和一個(gè)吹風(fēng)管，吸風(fēng)管和吹風(fēng)管均設(shè)置y軸桁架3上，且分別對(duì)稱地設(shè)置在激光掃描裝置5的兩側(cè)；所述水冷裝置包括制冷機(jī)和循環(huán)管回路，所述循環(huán)管回路分別套設(shè)于激光器或控制系統(tǒng)1外部所述激光器、激光掃描裝置5、x軸桁架2、y軸桁架3、z軸桁架4、除塵器和水冷裝置均分別連接在控制系統(tǒng)1上。所述水冷裝置的循環(huán)管回路為激光器冷卻，避免因溫度過高而導(dǎo)致設(shè)備損壞。所述激光器為二氧化碳激光發(fā)生器。所述激光掃描裝置5包括掃描振鏡和微型電機(jī)，所述掃描振鏡和微型電機(jī)均集成在同一模塊中。所述x軸桁架2的x軸方向移動(dòng)速度為8-12mm/s，除塵器的吸風(fēng)口與激光器中激光的聚焦面之間的距離為30-50mm?？梢约皶r(shí)有效的吸走激光脫漆產(chǎn)生的煙霧和漆片粉塵，同時(shí)可防止煙塵污染場(chǎng)鏡。

本發(fā)明復(fù)合材料零件表面脫漆處理的方法，包括以下步驟：

1）將待除漆工件放置在工作臺(tái)7上，通過激光掃描裝置5掃描脫漆零件輪廓形狀、表面特征、待脫漆區(qū)域信息，并將上述信息編制在控制系統(tǒng)1中，用以設(shè)定三維桁架6的運(yùn)動(dòng)軌跡程序；

2）在控制系統(tǒng)1中根據(jù)漆層種類、漆層組合及漆層厚度設(shè)定激光器中的激光參數(shù)，激光的激發(fā)電流為35-40ma；激光掃描裝置5的運(yùn)行速度為6000-9000mm/s；掃描線距為0.3mm；

3）啟動(dòng)激光器預(yù)熱3分鐘，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，除塵器和水冷裝置同步打開，三維桁架6啟動(dòng)，控制系統(tǒng)1控制三維桁架6的x軸桁架2、y軸桁架3、z軸桁架4，分別沿x軸、y軸、z軸三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，使激光器按設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，與工件形狀吻合；

4）到達(dá)控制系統(tǒng)1中設(shè)定的脫漆起始位置前1秒鐘激光器發(fā)出脈沖激光，脈沖激光束傳遞到工件待脫漆表面，進(jìn)行脫漆作業(yè)；除塵器吸風(fēng)口吸收煙霧微塵，水冷裝置的循環(huán)管回路為激光器進(jìn)行冷卻；

5）脫漆完成，控制系統(tǒng)1關(guān)閉，工作停止。