一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置和方法，该装置包括：旋转装夹平台、龙门伺服机构、外侧激光清洗头、内测激光清洗头和环形工件；旋转装夹平台位于龙门伺服机构下方，用于对不同尺寸参数的环形工件进行装夹固定；环形工件安装在旋转装夹平台上，位于旋转装夹平台与龙门伺服机构之间；外侧激光清洗头和内测激光清洗头安装在龙门伺服机构上，外侧激光清洗头和内测激光清洗头在龙门伺服机构的控制下执行相应的清洗动作；外侧激光清洗头，用于对环形工件外侧进行激光清洗；内侧激光清洗头，用于对环形工件内侧进行激光清洗。本发明专利技术可实现不同尺寸环形工件的清洗路径自主规划和全自动清洗作业自动化激光清洗。

【技术实现步骤摘要】
一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置和方法
本专利技术属于激光加工
，尤其涉及一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置和方法。
技术介绍
环形工件广泛应用于航空、航天、船舶、石油等领域，大部分环形工件在工程应用之前都需要对其表面存在的机加液、油污等杂质进行去除、清洗等处理。随着激光清洗技术的发展，开始采用激光清洗技术替代传统的酸洗等化学处理的方式对环形工件进行表面处理作业。目前，行业内的激光清洗装置或设备大多采用手持激光清洗头进行人工清洗的作业形式，自动化水平较低。同时，不同操作者由于手工作业习惯和方式的差异，导致不同尺寸工件的清洗效果也不尽相同。另外，激光清洗过程中产生的粉尘、挥发物等均会对操作者造成较大的职业健康风险。所以，迫切需要一种自动化水平较高，适用性强、操作简便且对操作者健康无风险的自动激光清洗方案。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置和方法，可实现不同尺寸环形工件的清洗路径自主规划和全自动清洗作业自动化激光清洗。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，包括：旋转装夹平台、龙门伺服机构、外侧激光清洗头、内测激光清洗头和环形工件；其中，环形工件为外径D1、内径D2、高度H的典型环形工件；旋转装夹平台位于龙门伺服机构下方，用于对不同尺寸参数的环形工件进行装夹固定；环形工件安装在旋转装夹平台上，位于旋转装夹平台与龙门伺服机构之间；外侧激光清洗头和内测激光清洗头安装在龙门伺服机构上，外侧激光清洗头和内测激光清洗头在龙门伺服机构的控制下执行相应的清洗动作；外侧激光清洗头，用于对环形工件外侧进行激光清洗；内侧激光清洗头，用于对环形工件内侧进行激光清洗。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，旋转装夹平台，包括：转盘、三个直线模组和三个夹爪；三个直线模组呈120°均匀布置在转盘上，三个夹爪分别安装在3个直线模组上；其中，夹爪可在直线模组内滑动直线位移ΔS，与环形工件的外径D1相匹配，以实现对环形工件的装夹固定。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，龙门伺服机构，包括：外侧水平直线运动模组、内侧水平直线运动模组、外侧竖直直线运动模组和内侧竖直直线运动模组；外侧水平直线运动模组与内侧水平直线运动模组水平对接；外侧竖直直线运动模组搭载在外侧水平直线运动模组上，外侧激光清洗头安装在外侧竖直直线运动模组末端；内侧竖直直线运动模组搭载在内侧水平直线运动模组上，内侧激光清洗头安装在内侧竖直直线运动模组末端。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，外侧激光清洗头可在外侧竖直直线运动模组和外侧水平直线运动模组的控制下径向位移ΔX1、竖直位移ΔZ1，以与环形工件的外径D1和高度H相匹配；内侧激光清洗头可在内侧竖直直线运动模组和内侧水平直线运动模组的控制下径向位移ΔX2、竖直位移ΔZ2以与环形工件的内径D2和高度H相匹配。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，还包括：主控终端，用于对环形工件自动激光清洗装置进行控制。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，主控终端，包括：激光控制模块，用于控制外侧激光清洗头和内侧激光清洗头进行开、关光操作；伺服控制模块，用于根据环形工件的外径D1、内径D2、高度H，计算得到清洗参数信息；根据清洗参数信息，规划外侧激光清洗头和内测激光清洗头的激光清洗路径，并控制旋转装夹平台和龙门伺服机构进行相应动作，从而完成对环形工件的自动清洗作业；其中，清洗参数信息，包括：清洗环形工件所需的激光清洗层数n、外侧激光清洗头输出的外侧竖直清洗激光和内测激光清洗头输出的内测竖直清洗激光的宽度W、夹爪的直线位移ΔS、旋转装夹平台的转速θ、外侧激光清洗头的径向位移ΔX1和竖直位移ΔZ1、内侧激光清洗头的径向位移ΔX2和竖直位移ΔZ2。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，其中，m表示预先定义的激光线宽等分基数，v表示预先定义的等效平面最佳清洗线速度，表示向上取整，f表示激光焦距，LS表示夹爪在直线模组内的极限位置处时距离旋转装夹平台的旋转中心的距离，LH表示基准坐标原点(X0，Z0)距离旋转装夹平台工件安装面的距离；外侧水平直线运动模组、内侧水平直线运动模组、外侧竖直直线运动模组、内侧竖直直线运动模组、外侧激光清洗头和内侧激光清洗头均处于初始位置时，外侧激光清洗头的出光口中心与内侧激光清洗头的出光口中心的连线与旋转装夹平台旋转轴线的交点记作基准坐标原点(X0，Z0)，外侧激光清洗头的出光口中心记作外侧激光清洗头的坐标参考点(X1，Z1)，内侧激光清洗头的出光口中心记作内侧激光清洗头的坐标参考点(X2，Z2)；L1＝|X1-X0|，L2＝|X2-X0|。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，外侧激光清洗头输出长度30～100mm的外侧竖直清洗激光；内侧激光清洗头输出长度30～100mm的内测竖直清洗激光；外侧激光清洗头和内侧激光清洗头采用波长655～1024mm的光纤激光器作为激光光源。在上述尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置中，环形工件采用铝合金或不锈钢加工得到。本专利技术还公开了一种环形工件自动激光清洗装置的清洗方法，包括：获取环形工件的关键尺寸：环形工件的外径D1、内径D2和高度H；进行参数配置：激光线宽等分基数m，平面最佳清洗线速度v；根据环形工件的关键尺寸和参数配置，计算得到激光清洗层数n、外侧竖直清洗激光和内测竖直清洗激光的宽度W、旋转装夹平台的转速θ、夹爪的直线位移ΔS、外侧激光清洗头的径向位移ΔX1和竖直位移ΔZ1、内侧激光清洗头的径向位移ΔX2和竖直位移ΔZ2；初始化：将夹爪、外侧激光清洗头、内侧激光清洗头置于初始位置，将待清洗的环形工件置于旋转装夹平台的安装面上；启动环形工件自动激光清洗装置，三个夹爪由初始位置运动至装夹位置对环形工件进行装夹定位，外侧激光清洗头、内侧激光清洗头运动至清洗起始位；启动外侧激光清洗头和内侧激光清洗头，输出宽度为W的外侧竖直清洗激光和内测竖直清洗激光；同时，旋转装夹平台以转速θ旋转360°，完成一层激光清洗；关闭外侧激光清洗头和内侧激光清洗头，判断已完成清洗层数是否为n；若已完成清洗层数小于n，则控制外侧激光清洗头和内侧激光清洗头沿Z正方向移动距离W后，重复执行清洗操作；若已完成清洗层数等于n，则控制夹爪、外侧激光清洗头、内侧激光清洗头返回初始位置；将清洗完成的环形工件从旋转装夹平台卸载，激光清洗作业结束。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术公开了一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗方案，三个120°均布夹爪可对不同直径环形工件进行装夹定位，可广泛适用于各种尺寸环形工件的激光清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，包括：旋转装夹平台(1)、龙门伺服机构(2)、外侧激光清洗头(3)、内测激光清洗头(4)和环形工件(5)；其中，环形工件(5)为外径D1、内径D2、高度H的典型环形工件；/n旋转装夹平台(1)位于龙门伺服机构(2)下方，用于对不同尺寸参数的环形工件(5)进行装夹固定；/n环形工件(5)安装在旋转装夹平台(1)上，位于旋转装夹平台(1)与龙门伺服机构(2)之间；/n外侧激光清洗头(3)和内测激光清洗头(4)安装在龙门伺服机构(2)上，外侧激光清洗头(3)和内测激光清洗头(4)在龙门伺服机构(2)的控制下执行相应的清洗动作；/n外侧激光清洗头(3)，用于对环形工件(5)外侧进行激光清洗；/n内侧激光清洗头(4)，用于对环形工件(5)内侧进行激光清洗。/n

【技术特征摘要】
1.一种尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，包括：旋转装夹平台(1)、龙门伺服机构(2)、外侧激光清洗头(3)、内测激光清洗头(4)和环形工件(5)；其中，环形工件(5)为外径D1、内径D2、高度H的典型环形工件；
旋转装夹平台(1)位于龙门伺服机构(2)下方，用于对不同尺寸参数的环形工件(5)进行装夹固定；
环形工件(5)安装在旋转装夹平台(1)上，位于旋转装夹平台(1)与龙门伺服机构(2)之间；
外侧激光清洗头(3)和内测激光清洗头(4)安装在龙门伺服机构(2)上，外侧激光清洗头(3)和内测激光清洗头(4)在龙门伺服机构(2)的控制下执行相应的清洗动作；
外侧激光清洗头(3)，用于对环形工件(5)外侧进行激光清洗；
内侧激光清洗头(4)，用于对环形工件(5)内侧进行激光清洗。


2.根据权利要求1所述的尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，旋转装夹平台(1)，包括：转盘(11)、三个直线模组(12)和三个夹爪(13)；
三个直线模组(12)呈120°均匀布置在转盘(11)上，三个夹爪(13)分别安装在3个直线模组(12)上；其中，夹爪(13)可在直线模组(12)内滑动直线位移ΔS，与环形工件(5)的外径D1相匹配，以实现对环形工件(5)的装夹固定。


3.根据权利要求2所述的尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，龙门伺服机构(2)，包括：外侧水平直线运动模组(21)、内侧水平直线运动模组(22)、外侧竖直直线运动模组(23)和内侧竖直直线运动模组(24)；
外侧水平直线运动模组(21)与内侧水平直线运动模组(22)水平对接；
外侧竖直直线运动模组(23)搭载在外侧水平直线运动模组(21)上，外侧激光清洗头(3)安装在外侧竖直直线运动模组(23)末端；
内侧竖直直线运动模组(24)搭载在内侧水平直线运动模组(22)上，内侧激光清洗头(4)安装在内侧竖直直线运动模组(24)末端。


4.根据权利要求3所述的尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，
外侧激光清洗头(3)可在外侧竖直直线运动模组(23)和外侧水平直线运动模组(21)的控制下径向位移ΔX1、竖直位移ΔZ1，以与环形工件(5)的外径D1和高度H相匹配；
内侧激光清洗头(4)可在内侧竖直直线运动模组(24)和内侧水平直线运动模组(22)的控制下径向位移ΔX2、竖直位移ΔZ2以与环形工件(5)的内径D2和高度H相匹配。


5.根据权利要求4所述的尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，还包括：主控终端(6)，用于对环形工件自动激光清洗装置进行控制。


6.根据权利要求5所述的尺寸参数驱动的环形工件自动激光清洗装置，其特征在于，主控终端(6)，包括：
激光控制模块(61)，用于控制外侧激光清洗头(3)和内侧激光清洗头(4)进行开、关光操作；
伺服控制模块(62)，用于根据环形工件(5)的外径D1、内径D2、高度H，计算得到清洗参数信息；根据清洗参数信息，规划外侧激光清洗头(3)和内测激光清洗头(4)的激光清洗路径，并控制旋转装夹平台(1)和龙门伺服机构(2)进行相应动作，从而完成对环形工件(5)的自动清洗作业；其中，清洗参数信息，包括：清洗环形工件(5)所需的激光清洗层数n、外侧激光清洗头(3)输出的外侧竖直清洗激光(32)和内测激光清洗头(4)输出的内测竖直清洗激光(42)的宽度W、夹爪(13)的直线位移ΔS、旋转装夹平台(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯振兴，王军龙，李本海，李广，李凯，张路，吴鑫平，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11