一种复合材料工件表面清洁系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复合材料工件表面清洁系统及方法，系统包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置；超声振动装置包括载物平台、上盖、箱体和超声换能器；超声换能器安装在箱体内；载物平台下端安装在超声换能器上；上盖下端安装在箱体上；上盖内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器；温度控制模块主要构件为温度传感器；冷却模块包括涡流管、空气压缩装置和高压空气电磁阀；涡流管安装在箱体上，并连通箱体的冷却气体进入口；高压空气电磁阀一端连接涡流管，另一端连接所述空气压缩装置；控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器连接；本发明专利技术能够完成对要求干燥的工件的复杂加工表面进行深度清洁。

A cleaning system and method of composite workpiece surface

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料工件表面清洁系统及方法
本专利技术属于工件表面清洗领域，具体涉及一种复合材料工件表面清洁系统及方法。
技术介绍
现有的工件表面清洁方法，以高压空气或超声振动的水流直接对表面进行清洁，但当复合材料工件(如纤维增强复合材料等)要求进行干式切削加工时，尤其当工件表面结构复杂时，切削加工过程中产生的粉状切屑会附着在工件表面，甚至压入工件表面。这便无法通过液体超声波对表面进行清洗，难以通过上述方法对具有特殊要求的工件表面进行深度清洁。因此，现有技术中需要一种能够克服上述问题的复合材料工件表面清洁系统及方法。
技术实现思路
为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种复合材料工件表面清洁系统，包括超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置。所述超声振动装置包括载物平台、上盖、箱体和超声换能器。所述箱体下端封闭，上端敞口。所述箱体下端安装在水平面上。所述箱体侧壁上设有冷却气体进入口，以及若干个热交换气体出口。所述超声换能器安装在箱体内。所述载物平台下端安装在超声换能器上。所述上盖下端敞口，上端设有高压空气射流窗口。所述上盖下端安装在箱体上。所述上盖内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器。所述温度控制模块主要构件为温度传感器。所述温度传感器安装在载物平台上。所述冷却模块包括涡流管、空气压缩装置和高压空气电磁阀。所述涡流管安装在箱体上，并连通箱体的冷却气体进入口。所述高压空气电磁阀一端连接涡流管，另一端连接所述空气压缩装置。所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器连接。工作时，待清洁的工件放置在载物平台上。所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口向工件表面喷射高压气流。开启超声换能器，所述超声换能器产生竖直方向的振动。所述超声换能器带动载物平台一起振动，使载物台与工件表面产生撞击。所述控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。所述空气压缩装置向涡流管输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体中，并从热交换气体出口排出箱体外部。所述温度传感器测量载物平台的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。所述控制模块实时判断载物平台的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，所述控制模块输出控制指令停止超声换能器的振动，直至载物平台的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。所述颗粒物浓度传感器对上盖内的颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块。所述控制模块实时判断上盖内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小。若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器继续运行。若|Δwmax|≤Ew，所述控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若t≤tset，所述控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，所述控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，所述控制模块停止计时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。进一步，所述热交换气体出口的数量为三个。将所述热交换气体出口的出口面积记为S1,将冷却气体进入口的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3。进一步，所述载物平台下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器上具有内螺纹，载物平台通过螺纹连接在超声换能器上。进一步，所述上盖侧壁上设有供颗粒物浓度传感器穿过的矩形窗口。所述颗粒物浓度传感器通过粘接剂固定于上盖内壁。所述矩形窗口和颗粒物浓度传感器之间采用硅橡胶进行密封，颗粒物浓度传感器的线缆通过微型粘扣固定于上盖内壁上，并通过接线端子I引出上盖外部。进一步，所述高压空气射流装置为吹尘枪或万向高压空气喷嘴。进一步，所述载物平台上端设置有限位组件。所述限位组件为矩形框体。进一步，所述温度传感器通过螺纹连接方式固定在载物平台的限位组件上，并与载物平台接触。进一步，所述控制模块包括PLC控制器、继电器I和继电器II。所述继电器I连接颗粒物浓度传感器。所述PLC控制器通过向继电器I发送信号来控制颗粒物浓度传感器的开闭。所述继电器II连接超声换能器的驱动电源。所述PLC控制器通过向继电器II发送信号来控制超声换能器的启停。本专利技术还公开一种复合材料工件表面清洁系统的使用方法，包括如下步骤：1)取下上盖，将待清洁的工件放置在载物平台上，盖上上盖。2)使用高压吹气装置对工件表面进行喷射高压气流。3)开启超声换能器，超声换能器产生竖直方向的振动，超声换能器带动载物平台一起振动，使载物平台与工件表面产生撞击。4)通过控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开。打开空气压缩装置向涡流管输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体中，并从热交换气体出口排出箱体外部。5)通过温度传感器测量载物平台的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块。控制模块实时判断载物平台的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5。若达到温度阈值Tmax的4/5，控制模块输出控制指令，停止超声换能器的振动，直至载物平台的温度降至室温时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。6)通过颗粒物浓度传感器对上盖内的颗粒物浓度进行实时监测，并将测量信息输出至控制模块。控制模块实时判断上盖内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|和颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小。若|Δwmax|＞Ew，驱动超声换能器继续运行。若|Δwmax|≤Ew，控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小。若t＞tset，控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行，并控制整个清洁系统停止运行，清洗结束。若t≤tset，控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值。若|Δwmax|-Ew≤0，控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器停止运行。若|Δwmax|-Ew＞0，控制模块停止计时，控制模块输出控制指令驱动超声换能器振动。进一步，在步骤2)中，高压吹气装置对工件表面喷射方向不断变化的高压气流。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，具有如下优点：1)通过驱动超声换能器产生振动，带动载物台一起振动，载物台与工件下表面产生频繁撞击，并结合高压空气对杂物的冲击扰动，工件表面的杂物容易脱离工件表面，并最终被高压气流带吹走,满足对要求干式切削的复合材料工件复杂加工表面进行深度清洁。2)通过载物台温度的变化，超声换能器自动调整启停状态，进而防止超声换能器因长时间连续工作出现故障。3)通过监测工件清洁空间的颗粒物浓度变化，实现超声换能器的自动启停。4)通过冷却模块，实现超声换能器的高效冷却效果，延长超声换能器的连续工作时长。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：包括所述超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置；/n所述超声振动装置包括载物平台(1)、上盖(2)、箱体(3)和超声换能器(4)；/n所述箱体(3)下端封闭，上端敞口；所述箱体(3)下端安装在水平面上；所述箱体(3)侧壁上设有冷却气体进入口(301)，以及若干个热交换气体出口(302)；/n所述超声换能器(4)安装在箱体(3)内；所述载物平台(1)下端安装在超声换能器(4)上；/n所述上盖(2)下端敞口，上端设有高压空气射流窗口(201)；所述上盖(2)下端安装在箱体(3)上；所述上盖(2)内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器(202)；/n所述温度控制模块主要构件为温度传感器(6)；所述温度传感器(6)安装在载物平台(1)上。/n所述冷却模块包括涡流管(5)、空气压缩装置和高压空气电磁阀；/n所述涡流管(5)安装在箱体(3)上，并连通箱体(3)的冷却气体进入口(301)；所述高压空气电磁阀一端连接涡流管(5)，另一端连接所述空气压缩装置；/n所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器(4)连接；/n工作时，待清洁的工件放置在载物平台(1)上；所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口(201)向工件表面喷射高压气流；开启超声换能器(4)，所述超声换能器(4)产生竖直方向的振动；所述超声换能器(4)带动载物平台(1)一起振动，载物台(1)与工件表面产生撞击；/n所述控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开；所述空气压缩装置向涡流管(5)输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体(3)中，并从热交换气体出口(302)排出箱体(3)外部；/n所述温度传感器(6)测量载物平台(1)的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块；所述控制模块实时判断载物平台(1)的温度是否达到设定的温度阈值T...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：包括所述超声振动装置、温度控制模块、冷却模块、控制模块和高压空气射流装置；
所述超声振动装置包括载物平台(1)、上盖(2)、箱体(3)和超声换能器(4)；
所述箱体(3)下端封闭，上端敞口；所述箱体(3)下端安装在水平面上；所述箱体(3)侧壁上设有冷却气体进入口(301)，以及若干个热交换气体出口(302)；
所述超声换能器(4)安装在箱体(3)内；所述载物平台(1)下端安装在超声换能器(4)上；
所述上盖(2)下端敞口，上端设有高压空气射流窗口(201)；所述上盖(2)下端安装在箱体(3)上；所述上盖(2)内壁上设置有若干个颗粒物浓度传感器(202)；
所述温度控制模块主要构件为温度传感器(6)；所述温度传感器(6)安装在载物平台(1)上。
所述冷却模块包括涡流管(5)、空气压缩装置和高压空气电磁阀；
所述涡流管(5)安装在箱体(3)上，并连通箱体(3)的冷却气体进入口(301)；所述高压空气电磁阀一端连接涡流管(5)，另一端连接所述空气压缩装置；
所述控制模块分别与高压空气电磁阀和超声换能器(4)连接；
工作时，待清洁的工件放置在载物平台(1)上；所述高压空气射流装置经高压空气射流窗口(201)向工件表面喷射高压气流；开启超声换能器(4)，所述超声换能器(4)产生竖直方向的振动；所述超声换能器(4)带动载物平台(1)一起振动，载物台(1)与工件表面产生撞击；
所述控制模块输出控制指令驱动高压空气电磁阀打开；所述空气压缩装置向涡流管(5)输送高压空气，高压空气经过涡流变换后，将高压空气转换为低温冷气送入箱体(3)中，并从热交换气体出口(302)排出箱体(3)外部；
所述温度传感器(6)测量载物平台(1)的温度信息，并将测量的温度信息输出至控制模块；所述控制模块实时判断载物平台(1)的温度是否达到设定的温度阈值Tmax的4/5；若达到温度阈值Tmax的4/5，所述控制模块输出控制指令，停止超声换能器(4)的振动，直至载物平台(1)的温度降至室温时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动；
所述颗粒物浓度传感器(202)对上盖(2)内的颗粒物浓度进行实时测量，并将测量信息输出至控制模块；所述控制模块实时判断上盖(2)内的颗粒物浓度变化的绝对值|Δwmax|与颗粒物浓度传感器测量误差Ew的大小；若|Δwmax|＞Ew，所述驱动超声换能器(4)继续运行；若|Δwmax|≤Ew，所述控制模块开始计时并判断计时时间t与设定时间tset的大小；若t＞tset，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行，整个清洁系统停止运行，清洗结束；若t≤tset，所述控制模块每隔时间间隔Δt，判断|Δwmax|-Ew的差值；若|Δwmax|-Ew≤0，所述控制模块继续计时并判断，直至控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)停止运行；若|Δwmax|-Ew＞0，所述控制模块停止计时，所述控制模块输出控制指令驱动超声换能器(4)振动。


2.根据权利要求2所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述热交换气体出口(302)的数量为三个；将所述热交换气体出口(302)的出口面积记为S1，将冷却气体进入口(301)的入口面积记为S2，S2/6＜S1＜S2/3。


3.根据权利要求1所述的一种复合材料工件表面清洁系统，其特征在于：所述载物平台(1)下端焊有短外螺纹牙棒，所述超声换能器(4)上具有内螺纹，载物平台(1)通过螺纹连接在超声换能器(4)上。


4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华军，渠达，郑伟，宋阳，刘磊，夏露严，
申请(专利权)人：重庆大学，航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50