【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械设备，尤其涉及激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置及方法。
技术介绍
1、在航空航天领域，由于发动机的涡轮叶片长期服役于高温高压等恶劣环境，常采用热障涂层表面防护技术来延长其使用寿命。然而在长期的服役过程中，热障涂层会逐渐出现破损、剥落等失效情况，严重影响涡轮叶片的使用性能。同时，涡轮叶片的造价高昂，为降低成本、提高叶片的利用率，需要及时对其表面失效的热障涂层进行清洗处理。
2、目前常规的清洗方法有传统钢刷与喷丸化学清洗以及超临界二氧化碳清洗，其中传统钢刷高速旋转易对基底造成损伤，化学清洗对工艺执行标准要求较高，同时在化学清洗过程中难以防止腐蚀涂层的同时不会对基底造成损伤，超临界co2清洗面对复杂结构零件，存在清洗死角，不适宜用于清洗多孔类的工件。所以现在开始使用激光进行清洗，但是传统的激光清洗方式主要由人工手持激光器进行清洗操作，但由于叶片的形状多变，人工清洗耗时耗力的同时，工作人员会近距离接触激光，然后导致工作人员容易被激光误伤的问题发生。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决传统的激光清洗方式主要由人工手持激光器进行清洗操作，但由于叶片的形状多变，人工清洗耗时耗力的同时，工作人员会近距离接触激光，然后导致工作人员容易被激光误伤的问题发生问题，而提出的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置及方法。
2、为解决上述问题，本专利技术采用了如下技术方案：激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置及方法，包括叶片夹持平台、惰
3、上述部件所达到的效果为：可以通过计算机对激光器、红外线测距传感器、扫描振镜、工业摄像头、机械臂、激光清洗器进行控制，使叶片在惰性气体循环通风箱内部被激光进行清洗，避免工作人员靠近激光，然后工作人员被激光误伤的情况发生，从而提升清洗装置的安全性。
4、优选的，所述机械臂装置为五轴机械臂，所述机械臂包括底座上的旋转部、下臂、上臂与下臂间旋转部、上臂、上臂旋转部。
5、上述部件所达到的效果为：通过使用五轴机械臂，可以多角度地对激光器输出端进行调整，从而提升清理装置的使用效果。
6、优选的，所述惰性气体循环通风箱其上方有透明玻璃制造而成，所述惰性气体循环通风箱外侧设有密闭环境送风机，所述惰性气体循环通风箱内部抽真空后通入惰性气体。
7、上述部件所达到的效果为：通过透明玻璃可以方便工作人员对清洗中的叶片进行观察。
8、优选的，所述叶片夹持平台的表面设有夹持叶片装置，所述夹持叶片装置包括支架，所述支架与叶片夹持平台固定连接，所述支架的一侧固定连接有电机，所述电机的输出端固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮的一侧固定连接有夹持块，所述夹持块的两臂螺纹连接有螺栓。
9、上述部件所达到的效果为：在固定叶片的时候，将叶片放到夹持块中间，然后转动两个螺栓，使两个螺栓与叶片抵接固定，然后完成叶片的固定，在需要转动叶片的时候，启动支架表面的电机，使电机带动第一齿轮转动，然后第一齿轮带动夹持块转动，然后完成叶片角度的改变，通过使用夹持叶片装置，可以对叶片进行夹持固定，并且改变叶片夹持后的角度，从而方便清洗装置对叶片进行多角度的清洗。
10、优选的，所述支架的一侧转动连接有第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮啮合。
11、上述部件所达到的效果为：通过使用第二会残留，可以使转动过程中大齿轮角速度减小。
12、优选的，两个所述螺栓相互靠近的一侧固定连接有硅胶片，所述硅胶片的尺寸大于螺栓的尺寸。
13、上述部件所达到的效果为：在使用螺栓对叶片进行夹持固定的时候，可以通过螺栓一侧的硅胶片，来对叶片表面进行保护，避免叶片表面出现损伤。
14、优选的，一种清洗方法，包括以下步骤：
15、步骤一、通过初期实验，确定激光清洗以镍基合金为基底的热障涂层实验参数；
16、步骤二、使用三维扫描仪，获取涡轮叶片点云文件，将点云文件导入geomagic软件进行拟合，获得solidworks三维模型文件；
17、步骤三、将模型文件导入到机械臂控制系统中，规划清洗路径；
18、步骤四、打开计算机、机械臂、激光清洗器开关；
19、步骤五、将发动机涡轮叶片通过夹持叶片装置，给夹持在叶片夹持平台上，然后将叶片夹持平台放入惰性气体循环通风箱中，然后将惰性气体循环通风箱内部抽真空，在抽真空后往惰性气体循环通风箱内部注入惰性气体；
20、步骤六、在计算机上输入机械臂装置、扫描振镜、红外测距的控制程序，将扫描振镜移动到叶片正上方，调整位置到待清洗表面初始点；
21、步骤七、打开密闭环境送风机，启动激光器，设置参数，同时启动运行机械臂对叶片表面进行清洗；
22、步骤八、经过一次清洗后工业摄像头拍摄试样表面，将所拍画面传入计算机，识别清洗区域是否清晰干净，对未清洗干净或清洗残留区域识别通过图像拼接技术反馈到路径规划系统中；
23、步骤九、对反馈未清洗干净或残留部分的不规则区域，激光设备按照该区域轮廓的残留涂层进行清洗，重复此操作直至完全清洗试样表面热障涂层；
24、步骤十、将发动机涡轮叶片从夹持叶片装置的表面取下来。
25、优选的，所述实验参数：激光功率20w，重复频率400khz，脉冲宽度400ns，扫描速度500mm/s-700mm/s，光斑搭接率98.25%—98.75%，所述将涡轮叶片分为6个5mm×60mm的区域，所述机械臂直线运行速度2mm/s。
26、上述部件所达到的效果为：通过计算机，来对设备设置合适的参数，来方便激光器输出端，来对叶片表面进行稳定的清洗。
27、优选的，所述红外测距程序使用单片机反馈到计算机上，以此保证激光对叶片清洗过程中，其焦距保持一致。
28、上述部件所达到的效果为：可以通过红外线测距传感器，来准确地对激光器输出端与叶片的距离进行准确的定位，从而使激光器输出端更好地通过激光对叶片进行清洗。
29、优选的，所述激光器为纳秒连续光纤激光器，所述扫描振镜为激光扫描振镜，所述惰性气体通风箱通入氦气。
30、上述部件所达到的效果为：通过氦气化学性质不活泼，通常状态下不与其它本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：包括叶片夹持平台（1）、惰性气体循环通风箱（9）和计算机（11），所述叶片夹持平台（1）的一侧设有激光清洗器（12），所述激光清洗器（12）远离叶片夹持平台（1）的一侧设有底座（2），所述底座（2）的一侧设有机械臂（3），所述机械臂（3）远离底座（2）的一端设有法兰盘（4），所述法兰盘（4）的表面法兰连接有激光器（5），所述激光器（5）的一侧设有激光器（5）输出端，所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有红外线测距传感器（6），所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有扫描振镜（7），所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有工业摄像头（8），所述惰性气体循环通风箱（9）的一侧设有密闭环境送风机（10），所述计算机（11）与激光清洗器（12）电性连接，所述计算机（11）与红外线测距传感器（6）电性连接，所述计算机（11）与扫描振镜（7）电性连接，所述计算机（11）与工业摄像头（8）电性连接，所述激光器（5）通过光纤和激光清洗器（12）连接。
2.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片
3.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述惰性气体循环通风箱（9）其上方有透明玻璃制造而成，所述惰性气体循环通风箱（9）外侧设有密闭环境送风机（10），所述惰性气体循环通风箱（9）内部抽真空后通入惰性气体。
4.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述叶片夹持平台（1）的表面设有夹持叶片装置（13），所述夹持叶片装置（13）包括支架（1301），所述支架（1301）与叶片夹持平台（1）固定连接，所述支架（1301）的一侧固定连接有电机（1302），所述电机（1302）的输出端固定连接有第一齿轮（1303），所述第一齿轮（1303）的一侧固定连接有夹持块（1304），所述夹持块（1304）的两臂螺纹连接有螺栓（1305）。
5.根据权利要求4所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述支架（1301）的一侧转动连接有第二齿轮（1306），所述第二齿轮（1306）与第一齿轮（1303）啮合。
6.根据权利要求4所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：两个所述螺栓（1305）相互靠近的一侧固定连接有硅胶片（1307），所述硅胶片（1307）的尺寸大于螺栓（1305）的尺寸。
7.一种清洗方法，其特征在于：用于权利要求1-7任一所述激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于：所述实验参数：激光功率20W，重复频率400kHz，脉冲宽度400ns，扫描速度500mm/s-700mm/s，光斑搭接率98.25%—98.75%，所述将涡轮叶片分为6个5mm×60mm的区域，所述机械臂（3）直线运行速度2mm/s。
9.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于：所述红外测距程序使用单片机反馈到计算机（11）上，以此保证激光对叶片清洗过程中，其焦距保持一致。
10.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于：所述激光器（5）为纳秒连续光纤激光器（5），所述扫描振镜（7）为激光扫描振镜（7），所述惰性气体通风箱通入氦气。
...【技术特征摘要】
1.激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：包括叶片夹持平台（1）、惰性气体循环通风箱（9）和计算机（11），所述叶片夹持平台（1）的一侧设有激光清洗器（12），所述激光清洗器（12）远离叶片夹持平台（1）的一侧设有底座（2），所述底座（2）的一侧设有机械臂（3），所述机械臂（3）远离底座（2）的一端设有法兰盘（4），所述法兰盘（4）的表面法兰连接有激光器（5），所述激光器（5）的一侧设有激光器（5）输出端，所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有红外线测距传感器（6），所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有扫描振镜（7），所述激光器（5）表面激光器（5）输出端的一侧设有工业摄像头（8），所述惰性气体循环通风箱（9）的一侧设有密闭环境送风机（10），所述计算机（11）与激光清洗器（12）电性连接，所述计算机（11）与红外线测距传感器（6）电性连接，所述计算机（11）与扫描振镜（7）电性连接，所述计算机（11）与工业摄像头（8）电性连接，所述激光器（5）通过光纤和激光清洗器（12）连接。
2.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述机械臂（3）装置为五轴机械臂（3），所述机械臂（3）包括底座（2）上的旋转部、下臂、上臂与下臂间旋转部、上臂、上臂旋转部。
3.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述惰性气体循环通风箱（9）其上方有透明玻璃制造而成，所述惰性气体循环通风箱（9）外侧设有密闭环境送风机（10），所述惰性气体循环通风箱（9）内部抽真空后通入惰性气体。
4.根据权利要求1所述的激光清洗发动机涡轮叶片表面热障涂层的清洗装置，其特征在于：所述叶片夹持平台（1）的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李多生，钟宏平，叶志国，叶寅，邱延钦，吴猛，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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