一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头

1.本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头。

背景技术：

2.激光清洗是利用激光能量密度高、光束方向可控性好和光斑聚焦能力强的特点，使受到激光辐照后的污物与基体表面间的结合力得到破坏，降低两者间的结合强度，使油污、锈斑、油漆、镀层等污物脱离基体表面，最终达到表面清洁的目的。相比于传统的机械清洗、化学试剂清洗等方式，激光清洗具有无污染、无接触、可靠性好、适用于多种材质表面等特点，在航空航天、汽车制造、航海船舶等工业领域存在广阔的发展空间。
3.现有技术中，大部分激光清洗加工头为手持式加工头，整个作业流程完全依靠操作人员人为判断(工件表面是否在合理的聚焦范围内、加工头是否垂直于工件表面、表面是否洁净)，导致体力耗费大、加工精度差、清洗效率低，仅适用于一些小型结构简单的零部件激光清洗。另外还有带有检测系统的激光清洗加工头，其在加工头内配置了检测系统，利用图像检测装置采集激光清洗表面图像来判断评价清洗质量。对于一些表面精度要求高的零部件来说，单一从表面图像上很难确定清洗阈值，会出现表面未洁净或清洗过度而损伤基材的问题。与此同时，此类激光加工头功能较为单一，在实际工程应用中，依赖于外接其他探测、检测仪器才能完成整套激光清洗作业，操作流程繁琐，效率低下。

技术实现要素：

4.本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，解决了工件表面清洗质量精度问题，同时提升了激光清洗效率。
5.本实用新型是通过如下技术方案实现的：
6.一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，包括加工头壳体、工业相机、反射镜座、保护风刀、彩相机、场镜、光源、激光诱导击穿光谱仪、三维扫描仪、扫描振镜、振镜固定座、激光束输入接口固定座、连接法兰和控制电路；
7.所述加工头壳体为箱型空腔外壳；所述连接法兰设置在加工头壳体一个侧面的外部，用于与各类数控加工设备连接；所述反射镜座为设置在加工头壳体一个带有通孔的侧面外部的箱型空腔壳体结构，反射镜座的箱型空腔壳体上有三个侧面分别与工业相机、激光束输入接口固定座、加工头壳体固定连接；所述反射镜座中安装有45
°
镀膜光学镜片，所述镀膜光学镜片使得经由激光束输入接口固定座输入的加工激光束发生全反射而进入加工头壳体的空腔内部，并使得除了加工激光束以外的其他波长范围光束发生透射而进入工业相机中；
8.所述振镜固定座为一两端开口的管道结构，连接在反射镜座与扫描振镜之间；使得经由激光束输入接口固定座传输进入的加工激光束经过反射镜座中45
°
镀膜光学镜片的反射后通过振镜固定座后入射至扫描振镜，经扫描振镜输出后再进入场镜，经场镜输出后
聚焦于工件表面；
9.所述彩相机安装在加工头壳体上，其相机采集镜头朝向工件表面，用于采集每次清洗后的表面图像；光源设置在与彩相机同侧的加工头壳体外部，用于辅助照明加工激光束扫描加工的工件表面区域；所述激光诱导击穿光谱仪安装在加工头壳体上，其光谱采集镜头朝向工件表面，用于旁轴采集加工激光束辐照工件表面产生的等离子体光谱；所述三维扫描仪安装在加工头壳体上，用于在清洗作业前进行待清洗工件的三维模型扫描、重构和建模。
10.本实用新型所述的适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头在激光清洗过程中可通过彩相机实时采集清洗后的表面图像，并调用激光诱导击穿光谱仪对污物元素进行定性、定量分析，从而更加精确判定污物是否清洗完全，解决了表面未完全清洗或损伤基材等问题。同时该全闭环激光清洗加工头还可与各类数控加工设备连接，增加了加工头的适用性和应用场景。
附图说明
11.图1为本实用新型所述全闭环激光清洗加工头整体外观图。
12.图2为本实用新型所述全闭环激光清洗加工头俯视图。
13.图3本实用新型所述全闭环激光清洗加工头立体装配图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
15.如图1-3所示，本实用新型提供了一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，包括加工头壳体、工业相机1、反射镜座2、保护风刀3、彩相机4、场镜5、光源6、激光诱导击穿光谱仪7、三维扫描仪8、扫描振镜9、振镜固定座10、激光束输入接口固定座11、连接法兰12和控制电路。
16.所述加工头壳体为箱型空腔外壳，壳体设置有安装螺纹孔位，用于安装固定内部光学、机械、电子元器件。
17.所述连接法兰12设置在加工头壳体一个侧面的外部，用于与各类数控加工设备连接，增加了加工头的适用性和应用场景。优选的，加工头安装在6自由度机器人，可实现大幅面曲面等工件的表面清洗。
18.所述反射镜座2为设置在加工头壳体一个带有通孔的侧面外部的箱型空腔壳体结构，反射镜座2的箱型空腔壳体上有三个侧面带有通孔，分别与工业相机1、激光束输入接口固定座11、加工头壳体通孔固定连接；所述反射镜座2中安装有45
°
镀膜光学镜片，该镀膜光学镜片使得经由激光束输入接口固定座11输入的加工激光束发生全反射而进入加工头壳体的空腔内部，并使得除了加工激光束以外的其他波长范围光束发生透射而进入工业相机1中。
19.所述振镜固定座10为一两端开口的管道结构，连接在反射镜座2与扫描振镜9之间；使得经由激光束输入接口固定座11传输进入的加工激光束经过反射镜座2中45
°
镀膜光学镜片的反射后通过振镜固定座10后入射至扫描振镜9，经扫描振镜9输出后再进入场镜5，经场镜5输出后聚焦于工件表面；通过扫描振镜9的扫描加工动作完成工件表面清洗；同时
根据光路可逆原理，加工激光束所聚焦的工件表面区域的成像光依次经由场镜5、扫描振镜9、振镜固定座10、反射镜座2后进入工业相机1中，并在工业相机1中成像，即工业相机1可以实时观察加工激光束扫描加工的工件表面区域图像，工业相机1为彩或黑白均可。由此，工业相机1采集从场镜5进入的光完成工件加工前的标定定位工作。
20.优选的，反射镜座2安装有冷却装置，保证镜片不受长时间加工热累积影响。
21.所述场镜5安装在扫描振镜9上，使激光束在整个加工平面内形成均匀大小的聚焦光斑。
22.所述保护风刀3安装在加工头壳体上，风刀出风口为扁长状，长度完全覆盖场镜5，使得在加工过程中，由保护风刀3吹出的保护气体从侧面吹向场镜5底部的镜片表面，避免产生的污物飞溅物、灰尘等附着在场镜5 上，从而实现有效的保护作用。
23.所述彩相机4安装在加工头壳体上，其相机采集镜头朝向工件表面，负责采集每次清洗后的表面图像，将基材和表面污物图像灰度化处理并比对其灰度值，用于表面清洁度的判断。光源6设置在与彩相机4同侧的加工头壳体外部，用于辅助照明加工激光束扫描加工的工件表面区域。
24.优选的，场镜5可以采用外置式结构安装，便于拆卸更换，可根据实际清洗工艺需求，更换合适焦距、扫描幅面的场镜。
25.所述激光诱导击穿光谱仪7(libs光谱仪)安装在加工头壳体上，其光谱采集镜头朝向工件表面，负责旁轴采集加工激光束辐照工件表面产生的等离子体光谱，从而实时检测加工激光束辐照工件表面区域所产生烧蚀产物的元素成分和含量，用于判断工件表面区域的油漆或锈层是否清洗干净，使得表面清洗精度进一步得到保证。
26.所述三维扫描仪8安装在加工头壳体上，在清洗作业前，负责整个待清洗工件的三维模型扫描、重构和建模。
27.本实用新型所述的激光清洗加工头在进行清洗作业时，将待清洗工件固定在加工平台上，光源6提供工件表面照明，工业相机1捕捉到工件表面图像，对工件位置进行标定定位，三维扫描仪8对工件进行三维扫描并重建成三位模型数据传输给控制软件(各类异形曲面零件也可以通过三维扫描进行模型构建)，根据清洗工艺要求，设定相关的清洗工艺参数(扫描速度、清洗功率、清洗叠加量等)，计算规划出激光扫描工艺路径，扫描振镜9根据工艺路径进行工件表面清洗加工。同时，彩相机4实时采集清洗后的表面图像，将清洗后的表面灰度值与基材灰度值进行对比，若两者灰度值接近阈值，判定为表面清洗洁净，加工头结束清洗任务。当工件表面精度要求较高时，彩相机的灰度值对比分辨率到达上限时，调用激光诱导击穿光谱仪7对污物元素进行定性、定量分析，从而更加精确判定污物是否清洗完全。
28.本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

技术特征：

1.一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，其特征在于，包括加工头壳体、工业相机(1)、反射镜座(2)、保护风刀(3)、彩相机(4)、场镜(5)、光源(6)、激光诱导击穿光谱仪(7)、三维扫描仪(8)、扫描振镜(9)、振镜固定座(10)、激光束输入接口固定座(11)、连接法兰(12)和控制电路；所述加工头壳体为箱型空腔外壳；所述连接法兰(12)设置在加工头壳体一个侧面的外部，用于与各类数控加工设备连接；所述反射镜座(2)为设置在加工头壳体一个带有通孔的侧面外部的箱型空腔壳体结构，反射镜座(2)的箱型空腔壳体上有三个侧面分别与工业相机(1)、激光束输入接口固定座(11)和加工头壳体固定连接；所述反射镜座(2)中安装有45
°
镀膜光学镜片，所述镀膜光学镜片使得经由激光束输入接口固定座(11)输入的加工激光束发生全反射而进入加工头壳体的空腔内部，并使得除了加工激光束以外的其他波长范围光束发生透射而进入工业相机(1)中；所述振镜固定座(10)为一两端开口的管道结构，连接在反射镜座(2)与扫描振镜(9)之间；使得经由激光束输入接口固定座(11)传输进入的加工激光束经过反射镜座(2)中45
°
镀膜光学镜片的反射后通过振镜固定座(10)后入射至扫描振镜(9)，经扫描振镜(9)输出后再进入场镜(5)，经场镜(5)输出后聚焦于工件表面；所述彩相机(4)安装在加工头壳体上，其相机采集镜头朝向工件表面，用于采集每次清洗后的表面图像；光源(6)设置在与彩相机(4)同侧的加工头壳体外部，用于辅助照明加工激光束扫描加工的工件表面区域；所述激光诱导击穿光谱仪(7)安装在加工头壳体上，其光谱采集镜头朝向工件表面，用于旁轴采集加工激光束辐照工件表面产生的等离子体光谱；所述三维扫描仪(8)安装在加工头壳体上，用于在清洗作业前进行待清洗工件的三维模型扫描、重构和建模。2.根据权利要求1所述的适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，其特征在于，反射镜座(2)安装有冷却装置。3.根据权利要求1所述的适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，其特征在于，所述保护风刀(3)安装在加工头壳体上，风刀出风口为扁长状，长度完全覆盖场镜(5)，用于在加工过程中由保护风刀(3)吹出的保护气体从侧面吹向场镜(5)底部的镜片表面。4.根据权利要求1所述的适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，其特征在于，场镜(5)采用外置式结构安装。

技术总结

本实用新型提供了一种适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头，包括加工头壳体、工业相机、反射镜座、保护风刀、彩相机、场镜、光源、激光诱导击穿光谱仪、三维扫描仪、扫描振镜、振镜固定座、激光束输入接口固定座、连接法兰和控制电路。本实用新型所述的适用于多种类零部件的全闭环激光清洗加工头在激光清洗过程中可通过彩相机实时采集清洗后的表面图像，并调用激光诱导击穿光谱仪对污物元素进行定性、定量分析，从而更加精确判定污物是否清洗完全，解决了表面未完全清洗或损伤基材等问题。同时该全闭环激光清洗加工头还可与各类数控加工设备连接，增加了加工头的适用性和应用场景。场景。场景。