本發(fā)明涉及一種零件的激光精密清洗裝置及方法，屬于激光清洗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

零部件的表面質(zhì)量將直接影響其使用性能，特別是在一些特定領(lǐng)域，零件的表面清潔度、表層組織性能對(duì)其應(yīng)用具有決定性影響，比如光學(xué)器件、電子產(chǎn)品、高真空濺射用靶材等。傳統(tǒng)的清洗方法如化學(xué)侵蝕、機(jī)械打磨等，不僅容易引起應(yīng)力腐蝕裂紋，引入新污染物，去除不均勻，效率低下，且無(wú)法精確控制，清洗效果不理想。

隨著激光清洗技術(shù)的發(fā)展，其具有無(wú)需使用化學(xué)藥劑和清洗液，不產(chǎn)生二次污染，無(wú)研磨和接觸過(guò)程，能夠清除各種材料表面的各種污染物，清洗效率高，清潔度高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的激光清洗裝置，一種是手持式激光清洗裝置，該裝置攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，但是難以實(shí)現(xiàn)激光清洗過(guò)程的均勻穩(wěn)定控制，適用于對(duì)表面清洗質(zhì)量要求不高的小尺寸零件進(jìn)行清洗；另一種是專(zhuān)利號(hào)為“ZL201210582940.7”的三維激光清洗裝置，該裝置通過(guò)聚焦透鏡和顯微成像透鏡固定在一起對(duì)零件表面形狀進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)三維清洗，由于對(duì)零件的結(jié)構(gòu)不清楚，清洗過(guò)程中需要實(shí)時(shí)對(duì)零件表面形貌進(jìn)行判斷，降低了加工效率，同時(shí)，由于聚焦鏡在掃描振鏡后，此種光路系統(tǒng)的激光加工區(qū)域受限于聚焦鏡的大小，無(wú)法對(duì)大面積零件進(jìn)行快速清洗，且，對(duì)于具有清洗難度的零件，利用固定的激光工藝參數(shù)進(jìn)行反復(fù)多次清洗，達(dá)到清潔目的，存在過(guò)度清洗、清洗效果不理想的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于提供一種零件的激光精密清洗裝置及方法，通過(guò)對(duì)零件依次進(jìn)行粗化清洗和精細(xì)清洗兩個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的高效、徹底清洗，可達(dá)到良好的清洗效果。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種零件的激光精密清洗裝置，包括激光器、三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括模型獲取單元、參數(shù)設(shè)置單元、數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)讀取及輸出單元，

模型獲取單元，用于獲取待清洗零件的三維模型；

參數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)，并生成相應(yīng)的粗化加工層數(shù)據(jù)，用于設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)，并生成相應(yīng)的精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，

數(shù)據(jù)庫(kù)，用于保存該粗化加工層數(shù)據(jù)和精細(xì)加工層數(shù)據(jù)；

參數(shù)讀取及輸出單元，用于讀取該粗化加工層數(shù)據(jù)和精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，并輸出至該激光器及三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，

所述三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)根據(jù)所述粗化加工層數(shù)據(jù)對(duì)零件進(jìn)行整體、快速清洗，之后，所述三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)根據(jù)所述精細(xì)加工層數(shù)據(jù)對(duì)零件的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)清洗。

所述粗化激光清洗參數(shù)包括第一激光功率、第一脈沖寬度、第一激光焦斑、第一掃描速度、第一填充間距、第一掃描次數(shù)。

所述精細(xì)激光清洗參數(shù)包括第二激光功率、第二脈沖寬度、第二激光焦斑、第二掃描速度、第二填充間距、第二掃描次數(shù)。

所述第一激光功率不小于第二激光功率，所述第一脈沖寬度不小于第二脈沖寬度，所述第一激光焦斑不小于第二激光焦斑，所述第一掃描速度不小于第二掃描速度，所述第一填充間距不小于第二填充間距，所述第一掃描次數(shù)與第二掃描次數(shù)為1-10次。

零件的激光精密清洗方法，包括：

S1、獲取待清洗零件的三維模型；

S2：設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)，生成粗化加工層數(shù)據(jù)，以三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)根據(jù)該粗化加工層數(shù)據(jù)對(duì)零件進(jìn)行整體性清洗；

S3：設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)，生成精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，以該三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)根據(jù)該精細(xì)加工層數(shù)據(jù)對(duì)零件的特定區(qū)域進(jìn)行清洗。

所述粗化激光清洗參數(shù)包括第一激光功率、第一脈沖寬度、第一激光焦斑、第一掃描速度、第一填充間距、第一掃描次數(shù)。

所述精細(xì)激光清洗參數(shù)包括第二激光功率、第二脈沖寬度、第二激光焦斑、第二掃描速度、第二填充間距、第二掃描次數(shù)。

所述第一激光功率不小于第二激光功率，所述第一脈沖寬度不小于第二脈沖寬度，所述第一激光焦斑不小于第二激光焦斑，所述第一掃描速度不小于第二掃描速度，所述第一填充間距不小于第二填充間距，所述第一掃描次數(shù)與第二掃描次數(shù)為1-10次。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、利用三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，根據(jù)零件的三維模型，對(duì)零件整體進(jìn)行精準(zhǔn)仿形清洗，尤其對(duì)非平面的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，可保證清洗效果；

2、利用三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大幅面的掃描加工過(guò)程，能夠?qū)Υ蟪叽?、小尺寸、特殊結(jié)構(gòu)的零件進(jìn)行清洗；

3、先對(duì)零件進(jìn)行整體、大功率快速的清洗，能夠去除大部分表面污染物，對(duì)于難清洗的區(qū)域污染物雖然不能清洗完全，但是激光作用下，污染物與零件基體的結(jié)合發(fā)生松動(dòng)，然后對(duì)特定區(qū)域的殘存污染物進(jìn)行精細(xì)、低功率慢速清洗，精準(zhǔn)去除污染物，不僅可提高清洗效率，且清洗徹底；

4、利用三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)對(duì)激光輸出光束進(jìn)行精準(zhǔn)控制，既可保證大面積表面清洗質(zhì)量的均勻性和一致性，避免過(guò)度清洗或者清洗不足，又可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)選擇性區(qū)域清洗，滿足零件表面的特殊清洗要求，實(shí)現(xiàn)定域精準(zhǔn)清洗，不會(huì)損傷零件基體。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的激光精密清洗裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的激光精密清洗方法流程示意圖。

圖3是本發(fā)明一具體實(shí)施例的清洗流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的零件的激光精密清洗裝置，包括激光器、三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)聚焦鏡組、X軸振鏡、Y軸振鏡、振鏡控制單元，動(dòng)態(tài)聚焦鏡組包括Z軸振鏡、兩片聚焦鏡；Z軸振鏡、兩片聚焦鏡、X軸振鏡、Y軸振鏡順序設(shè)置于激光器發(fā)出的激光光路上；振鏡控制單元分別與X軸振鏡、Y軸振鏡、Z軸振鏡的伺服電機(jī)相連接，用于通過(guò)控制伺服電機(jī)動(dòng)作而調(diào)整X軸振鏡、Y軸振鏡及Z軸振鏡的鏡片的位置，使得激光光束聚焦于待清洗物體表面的不同位置上，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的激光清洗過(guò)程。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括模型獲取單元、參數(shù)設(shè)置單元、數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)讀取及輸出單元，

模型獲取單元，用于獲取待清洗零件的三維模型；

參數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)，并生成相應(yīng)的粗化加工層數(shù)據(jù)，用于設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)，并生成相應(yīng)的精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，

數(shù)據(jù)庫(kù)，用于保存粗化加工層數(shù)據(jù)和精細(xì)加工層數(shù)據(jù)；

參數(shù)讀取及輸出單元，用于讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的粗化加工層數(shù)據(jù)和精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，輸出至激光器以控制器輸出功率，并輸出至振鏡控制單元；振鏡控制單元先根據(jù)粗化加工層數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)物體表面進(jìn)行整體的粗化清洗過(guò)程，然后根據(jù)精細(xì)加工層數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)未清洗徹底的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化清洗過(guò)程。

如圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)的零件的激光精密清洗方法，包括以下步驟：

S1：獲取待清洗零件的三維模型；

該三維模型可以通過(guò)導(dǎo)入已有的三維模型獲取，也可以通過(guò)三維掃描設(shè)備對(duì)物體進(jìn)行掃描，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)重構(gòu)三維模型獲取。

S2：設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)，生成粗化加工層數(shù)據(jù)，對(duì)零件進(jìn)行整體的粗化清洗；

將待清洗的零件放置在激光清洗工作臺(tái)上，調(diào)整聚焦位置，使得物體實(shí)物與其三維模型相對(duì)于激光入射光的位置一致；設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)，包括第一激光功率、第一脈沖寬度、第一激光焦斑、第一掃描速度、第一填充間距、第一掃描次數(shù)等；根據(jù)設(shè)置的粗化激光清洗參數(shù)，生成粗化加工層數(shù)據(jù)，并保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，該粗化加工層數(shù)據(jù)包括位置參數(shù)(整個(gè)零件表面)及相對(duì)應(yīng)的激光清洗參數(shù)。

讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的粗化加工層數(shù)據(jù)，輸出至三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，系統(tǒng)的振鏡控制單元根據(jù)粗化加工層數(shù)據(jù)，對(duì)零件表面進(jìn)行全面、快速的清洗，提高清洗效率。

S2：設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)，生成精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，對(duì)零件進(jìn)行局部的精細(xì)化清洗。

粗化清洗結(jié)束后，能夠清洗掉零件表面絕大部分易于清洗的污物，對(duì)于零件表面殘余的具有清洗難度的污物，僅針對(duì)該特定區(qū)域進(jìn)行二次精細(xì)化清洗。設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)，包括第二激光功率、第二脈沖寬度、第二激光焦斑、第二掃描速度、第二填充間距、第二掃描次數(shù)等；根據(jù)設(shè)置的精細(xì)激光清洗參數(shù)，生成精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，并保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，該精細(xì)加工層數(shù)據(jù)包括位置參數(shù)(零件上存在污物的特定區(qū)域)及相對(duì)應(yīng)的激光清洗參數(shù)。

讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，輸出至三維動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，系統(tǒng)的振鏡控制單元根據(jù)精細(xì)加工層數(shù)據(jù)，對(duì)零件表面上存在污物的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)、慢速清洗，徹底清除污物。

其中，對(duì)于粗化激光清洗參數(shù)和精細(xì)激光清洗參數(shù)，第一激光功率不小于第二激光功率，第一脈沖寬度不小于第二脈沖寬度，第一光斑直徑不小于第二光斑直徑，第一掃描速度不小于第二掃描速度，第一填充間距不小于第二填充間距，第一掃描次數(shù)與第二掃描次數(shù)均設(shè)置在1～10次之間，根據(jù)零件的污染程度，通過(guò)工藝試驗(yàn)最終確定。

如圖3所示，于一具體實(shí)施例中，零件7的表面71存在污物91、92、93，清洗過(guò)程如下：首先獲取零件的三維模型，

然后設(shè)置粗化激光清洗參數(shù)如下，激光功率為200W，脈沖寬度在100ns，掃描速度在3000mm/s，激光表面聚焦光斑直徑在0.2mm，填充間距為0.15mm，掃描次數(shù)為一次，對(duì)零件進(jìn)行整體快速的清洗；

粗化清洗結(jié)束后，零件表面的部分區(qū)域仍存在少量的污物911、921，設(shè)置精細(xì)激光清洗參數(shù)如下：激光功率為150W，脈沖寬度在20ns，掃描速度在1000mm/s，激光表面聚焦光斑直徑在0.1mm，填充間距為0.06mm，掃描次數(shù)為兩次，對(duì)存在污物的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)清洗，徹底清洗潔凈零件表面。

對(duì)于存在孔洞的異形結(jié)構(gòu)零件，根據(jù)零件的三維模型，控制激光器對(duì)孔洞位置不開(kāi)光束，避免掃損工作臺(tái)。

本發(fā)明的零件的激光精密清洗裝置及方法，先對(duì)零件進(jìn)行整體的粗化清洗，然后對(duì)存在污物的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化清洗，不僅可大幅提升清洗效率，且不會(huì)出現(xiàn)過(guò)清洗、清洗不徹底的問(wèn)題，清洗效果良好。

以上所述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見(jiàn)的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。