零件的激光精密清洗装置及方法与流程

本发明涉及一种零件的激光精密清洗装置及方法，属于激光清洗技术领域。

背景技术：

零部件的表面质量将直接影响其使用性能，特别是在一些特定领域，零件的表面清洁度、表层组织性能对其应用具有决定性影响，比如光学器件、电子产品、高真空溅射用靶材等。传统的清洗方法如化学侵蚀、机械打磨等，不仅容易引起应力腐蚀裂纹，引入新污染物，去除不均匀，效率低下，且无法精确控制，清洗效果不理想。

随着激光清洗技术的发展，其具有无需使用化学药剂和清洗液，不产生二次污染，无研磨和接触过程，能够清除各种材料表面的各种污染物，清洗效率高，清洁度高等优点，具有广泛的应用前景。

现有的激光清洗装置，一种是手持式激光清洗装置，该装置携带方便，操作简单，但是难以实现激光清洗过程的均匀稳定控制，适用于对表面清洗质量要求不高的小尺寸零件进行清洗；另一种是专利号为“ZL201210582940.7”的三维激光清洗装置，该装置通过聚焦透镜和显微成像透镜固定在一起对零件表面形状进行判断，实现三维清洗，由于对零件的结构不清楚，清洗过程中需要实时对零件表面形貌进行判断，降低了加工效率，同时，由于聚焦镜在扫描振镜后，此种光路系统的激光加工区域受限于聚焦镜的大小，无法对大面积零件进行快速清洗，且，对于具有清洗难度的零件，利用固定的激光工艺参数进行反复多次清洗，达到清洁目的，存在过度清洗、清洗效果不理想的问题。

技术实现要素：

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种零件的激光精密清洗装置及方法，通过对零件依次进行粗化清洗和精细清洗两个过程，实现对零件的高效、彻底清洗，可达到良好的清洗效果。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种零件的激光精密清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，该计算机控制系统包括模型获取单元、参数设置单元、数据库、参数读取及输出单元，

模型获取单元，用于获取待清洗零件的三维模型；

参数设置单元，用于设置粗化激光清洗参数，并生成相应的粗化加工层数据，用于设置精细激光清洗参数，并生成相应的精细加工层数据，

数据库，用于保存该粗化加工层数据和精细加工层数据；

参数读取及输出单元，用于读取该粗化加工层数据和精细加工层数据，并输出至该激光器及三维动态聚焦扫描系统。

进一步的，

所述三维动态聚焦扫描系统根据所述粗化加工层数据对零件进行整体、快速清洗，之后，所述三维动态聚焦扫描系统根据所述精细加工层数据对零件的特定区域进行精细清洗。

所述粗化激光清洗参数包括第一激光功率、第一脉冲宽度、第一激光焦斑、第一扫描速度、第一填充间距、第一扫描次数。

所述精细激光清洗参数包括第二激光功率、第二脉冲宽度、第二激光焦斑、第二扫描速度、第二填充间距、第二扫描次数。

所述第一激光功率不小于第二激光功率，所述第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，所述第一激光焦斑不小于第二激光焦斑，所述第一扫描速度不小于第二扫描速度，所述第一填充间距不小于第二填充间距，所述第一扫描次数与第二扫描次数为1-10次。

零件的激光精密清洗方法，包括：

S1、获取待清洗零件的三维模型；

S2：设置粗化激光清洗参数，生成粗化加工层数据，以三维动态聚焦扫描系统根据该粗化加工层数据对零件进行整体性清洗；

S3：设置精细激光清洗参数，生成精细加工层数据，以该三维动态聚焦扫描系统根据该精细加工层数据对零件的特定区域进行清洗。

所述粗化激光清洗参数包括第一激光功率、第一脉冲宽度、第一激光焦斑、第一扫描速度、第一填充间距、第一扫描次数。

所述精细激光清洗参数包括第二激光功率、第二脉冲宽度、第二激光焦斑、第二扫描速度、第二填充间距、第二扫描次数。

所述第一激光功率不小于第二激光功率，所述第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，所述第一激光焦斑不小于第二激光焦斑，所述第一扫描速度不小于第二扫描速度，所述第一填充间距不小于第二填充间距，所述第一扫描次数与第二扫描次数为1-10次。

本发明的优点是：

1、利用三维动态聚焦扫描系统，根据零件的三维模型，对零件整体进行精准仿形清洗，尤其对非平面的三维复杂结构零件，可保证清洗效果；

2、利用三维动态聚焦扫描系统，可实现大幅面的扫描加工过程，能够对大尺寸、小尺寸、特殊结构的零件进行清洗；

3、先对零件进行整体、大功率快速的清洗，能够去除大部分表面污染物，对于难清洗的区域污染物虽然不能清洗完全，但是激光作用下，污染物与零件基体的结合发生松动，然后对特定区域的残存污染物进行精细、低功率慢速清洗，精准去除污染物，不仅可提高清洗效率，且清洗彻底；

4、利用三维动态聚焦扫描系统对激光输出光束进行精准控制，既可保证大面积表面清洗质量的均匀性和一致性，避免过度清洗或者清洗不足，又可根据需要实现选择性区域清洗，满足零件表面的特殊清洗要求，实现定域精准清洗，不会损伤零件基体。

附图说明

图1是本发明的激光精密清洗装置的结构框图。

图2是本发明的激光精密清洗方法流程示意图。

图3是本发明一具体实施例的清洗流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明公开的零件的激光精密清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，三维动态聚焦扫描系统包括动态聚焦镜组、X轴振镜、Y轴振镜、振镜控制单元，动态聚焦镜组包括Z轴振镜、两片聚焦镜；Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜、Y轴振镜顺序设置于激光器发出的激光光路上；振镜控制单元分别与X轴振镜、Y轴振镜、Z轴振镜的伺服电机相连接，用于通过控制伺服电机动作而调整X轴振镜、Y轴振镜及Z轴振镜的镜片的位置，使得激光光束聚焦于待清洗物体表面的不同位置上，实现对物体表面的激光清洗过程。

计算机控制系统包括模型获取单元、参数设置单元、数据库、参数读取及输出单元，

模型获取单元，用于获取待清洗零件的三维模型；

参数设置单元，用于设置粗化激光清洗参数，并生成相应的粗化加工层数据，用于设置精细激光清洗参数，并生成相应的精细加工层数据，

数据库，用于保存粗化加工层数据和精细加工层数据；

参数读取及输出单元，用于读取数据库中的粗化加工层数据和精细加工层数据，输出至激光器以控制器输出功率，并输出至振镜控制单元；振镜控制单元先根据粗化加工层数据控制系统对物体表面进行整体的粗化清洗过程，然后根据精细加工层数据控制系统对未清洗彻底的特定区域进行精细化清洗过程。

如图2所示，本发明公开的零件的激光精密清洗方法，包括以下步骤：

S1：获取待清洗零件的三维模型；

该三维模型可以通过导入已有的三维模型获取，也可以通过三维扫描设备对物体进行扫描，根据扫描数据重构三维模型获取。

S2：设置粗化激光清洗参数，生成粗化加工层数据，对零件进行整体的粗化清洗；

将待清洗的零件放置在激光清洗工作台上，调整聚焦位置，使得物体实物与其三维模型相对于激光入射光的位置一致；设置粗化激光清洗参数，包括第一激光功率、第一脉冲宽度、第一激光焦斑、第一扫描速度、第一填充间距、第一扫描次数等；根据设置的粗化激光清洗参数，生成粗化加工层数据，并保存于数据库中，该粗化加工层数据包括位置参数(整个零件表面)及相对应的激光清洗参数。

读取数据库中的粗化加工层数据，输出至三维动态聚焦扫描系统，系统的振镜控制单元根据粗化加工层数据，对零件表面进行全面、快速的清洗，提高清洗效率。

S2：设置精细激光清洗参数，生成精细加工层数据，对零件进行局部的精细化清洗。

粗化清洗结束后，能够清洗掉零件表面绝大部分易于清洗的污物，对于零件表面残余的具有清洗难度的污物，仅针对该特定区域进行二次精细化清洗。设置精细激光清洗参数，包括第二激光功率、第二脉冲宽度、第二激光焦斑、第二扫描速度、第二填充间距、第二扫描次数等；根据设置的精细激光清洗参数，生成精细加工层数据，并保存于数据库中，该精细加工层数据包括位置参数(零件上存在污物的特定区域)及相对应的激光清洗参数。

读取数据库中的精细加工层数据，输出至三维动态聚焦扫描系统，系统的振镜控制单元根据精细加工层数据，对零件表面上存在污物的特定区域进行精细、慢速清洗，彻底清除污物。

其中，对于粗化激光清洗参数和精细激光清洗参数，第一激光功率不小于第二激光功率，第一脉冲宽度不小于第二脉冲宽度，第一光斑直径不小于第二光斑直径，第一扫描速度不小于第二扫描速度，第一填充间距不小于第二填充间距，第一扫描次数与第二扫描次数均设置在1～10次之间，根据零件的污染程度，通过工艺试验最终确定。

如图3所示，于一具体实施例中，零件7的表面71存在污物91、92、93，清洗过程如下：首先获取零件的三维模型，

然后设置粗化激光清洗参数如下，激光功率为200W，脉冲宽度在100ns，扫描速度在3000mm/s，激光表面聚焦光斑直径在0.2mm，填充间距为0.15mm，扫描次数为一次，对零件进行整体快速的清洗；

粗化清洗结束后，零件表面的部分区域仍存在少量的污物911、921，设置精细激光清洗参数如下：激光功率为150W，脉冲宽度在20ns，扫描速度在1000mm/s，激光表面聚焦光斑直径在0.1mm，填充间距为0.06mm，扫描次数为两次，对存在污物的特定区域进行精细清洗，彻底清洗洁净零件表面。

对于存在孔洞的异形结构零件，根据零件的三维模型，控制激光器对孔洞位置不开光束，避免扫损工作台。

本发明的零件的激光精密清洗装置及方法，先对零件进行整体的粗化清洗，然后对存在污物的特定区域进行精细化清洗，不仅可大幅提升清洗效率，且不会出现过清洗、清洗不彻底的问题，清洗效果良好。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。