一种激光清洗装置及清洗方法与流程

本发明涉及激光清洗领域，特别涉及一种激光清洗装置及清洗方法。

背景技术：

工件的加工过程中会产生大量的杂质，例如对于热轧钢板轧制过程中产生的fe3o4黑色氧化膜，而针对fe3o4黑色氧化膜多采用酸液清洗的方式进行清洗，即使用含盐酸或磷酸铬酐的溶液进行清洗，但是这种清洗方式会因酸液挥发导致使用效率低下，成本上升，并且清洗使用的酸液对环境造成严重污染和对设备造成腐蚀，清洗后还需要进行废液处理，又进一步提升清洗成本，而且，热轧钢板酸液清洗的工艺需要经过1～2分钟，以及之后繁重的废液处理工作。

目前也有很多的研究在改善酸液清洗的方式，例如，申请号为cn200410027206.x的热轧钢板清洗剂，使用不同配方的化学试剂对热轧钢板进行清洗，该清洗剂采用硫酸(比重1.84)15％～28％的氯离子，水32～71％，总酸度为40～60点，工作温度为20～80摄氏度，能有效代替浓盐酸进行清洗，其中氯离子可以氯化锂、氯化钠、氯化铵、盐酸等氯化物中获得。该清洗剂的氯化氢等有害气体挥发量减少80％以上，改善环境污染，延长了设备的使用寿命；申请号为cn201010227925.1，一种热轧双相不锈钢板的酸洗方法，采用双混酸酸洗，在预酸洗和最终酸洗段均采用hno3+hf混合溶液进行酸洗；其中，在预酸洗阶段，预酸洗液：hno3，140～180g/l；hf，80～100g/l；酸中金属离子含量：5～40g/l；在最终酸洗阶段，最终酸洗液：hno3，200～280g/l；hf，55～75g/l；酸中金属离子含量：5～40g/l；钢板经过预酸洗和最终酸洗工艺段的时间是11.3～34分钟。本发明可以将每块钢板的在线酸洗节奏时间缩短至10min以内，大幅度提高了生产效率，酸洗表面质量满足现场和用户要求，钢板在辊道上连续前进，无需来回摆动，并且省去了专门的钝化处理工序，显著降低了生产成本；但是仍然存在清洗过程需要耗时长、并且需要进行酸夜清洗，需要大量化学试剂，生产成本高的缺点。

激光清洗是一种新型高效的环保清洗技术,可利用激光的方向性和高亮度来清除掉材料表面的污染物。激光清洗作为一种新型高效环保的清洗技术，现阶段，也有一些使用激光清洗来清洗热轧钢板的研究，例如，申请号cn201610167791.6，一种超短脉冲激光振镜式扫描去除热轧钢板涂层的方法，包括以下步骤：1)：对待焊接的具有al-si涂层的热轧钢板的表面进行清洗；2)：将清洗后的热轧钢板固定在工装夹具上，调节激光器发出的超短脉冲激光垂直于热轧钢板设置；3)：按照预设的超短脉冲激光振镜式去除al-si涂层的工艺参数，打开激光器对热轧钢板的al-si涂层进行去除；4)：关闭激光器，取下al-si涂层热轧钢板，即完成去除热轧钢板的al-si涂层的过程。本发明的方法无需采用分光装置，振镜式扫描法能量密度较大，去除效率高，去除涂层的尺寸可调节，并且可以通过控制激光功率控制其去除厚度，但是无法实现在热轧钢生产线上对热轧钢板的高效清洗。

技术实现要素：

本发明目的是为了实现在生产线上对待清洗物体的高效清洗，提供一种激光清洗装置及清洗方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种激光清洗装置，包括支架、位置传感器、控制器、氧化皮收集装置、多个激光清洗头、多个激光清洗头摆动电机和多个图像传感器；

所述支架，用于将所述激光清洗装置安装于待清洗物体的生产线上；

所述摆动电机固定连接在所述支架上；所述摆动电机的输出轴与所述激光清洗头的摆动中心连接，用于调整所述激光清洗头的摆动角度，所述图像传感器与所述激光清洗头连接，所述氧化皮收集装置可拆卸的连接在所述支架上，并位于所述激光清洗头的下方；

所述位置传感器，用于检测待清洗物体是否进入清洗区域，并将检测结果传输给所述控制器；

所述图像传感器，用于获取所述待清洗物体经激光清洗后的图像；

所述控制器，用于在待清洗物体进入清洗区域时，控制所述激光清洗头进行激光清洗，控制所述氧化皮收集装置收集激光清洗过程产生的氧化皮；所述控制器还用于控制所述摆动电机调整所述激光清洗头的摆动角度；所述控制器还用于分析所述图像传感器获取的图像，进行清洗结果的判断。

可选的，所述激光清洗头包括激光器、光束振镜扫描器；

所述激光器的激光输出端与所述光束振镜扫描器的激光输入端正对设置，所述激光器用于产生激光；

所述光束振镜扫描器，用于接收所述激光器产生的激光并将所述激光辐照到所述待清洗物体上，对所述待清洗物体进行激光清洗；

可选的，所述光束振镜扫描器包括第一振镜、第二振镜、第一振镜电机、第二振镜电机和场镜，所述第一振镜电机的输出轴与所述第一振镜的中心轴连接，所述第二振镜电机的输出轴与所述第二振镜的中心轴连接，所述第一振镜的中心与所述第二振镜的中心的连线与所述第一振镜的中心轴垂直，所述第一振镜的中心与所述第二振镜的中心的连线与所述第二振镜的中心轴相互垂直，所述第一振镜的中心轴与所述第二振镜的中心轴相互垂直，所述第二振镜的中心与所述场镜的中心的连线与所述第二振镜的中心轴垂直，所述第二振镜的中心与所述场镜的中心的连线与所述第一振镜的中心与所述第二振镜的中心的连线垂直，所述场镜垂直于所述第二振镜的中心与所述场镜的中心的连线。

可选的，所述支架为单排支架或双排支架。

可选的，所述激光清洗装置还包括报警器，所述报警器的控制端与所述控制器连接，用于根据所述控制器的判断结果，进行报警。

一种激光清洗方法，所述清洗方法应用于权利要求1-5任意一项所述的激光清洗装置，包括如下步骤：

通过所述激光清洗装置的支架将所述激光清洗装置安装于所述待清洗物体生产线的传送带上；

通过所述激光清洗装置的位置传感器检测待清洗物体是否进入清洗区域；

当检测到所述待清洗物体进入清洗区域时，通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的激光清洗头进行激光清洗，控制所述激光清洗装置的氧化皮收集装置收集激光清洗过程产生的氧化皮；

通过所述激光清洗装置的图像传感器获取所述待清洗物体清洗后的图像；

通过所述激光清洗装置的控制器分析所述待清洗物体清洗后的图像，判断清洗结果。

可选的，通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的激光清洗头进行激光清洗的过程中，还通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的摆动电机调整所述激光清洗装置的激光清洗头的摆动角度，还通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的第一振镜电机使所述激光清洗装置的第一振镜摆动，控制所述激光清洗装置的第二振镜电机使所述激光清洗装置的第二振镜摆动。

可选的，所述激光清洗头进行激光清洗的方式为两排独立矩形区域组合清洗方式或两排独立线性扫描清洗方式或单排独立矩形区域组合清洗方式或单排线性扫描清洗方式；两排独立矩形区域组合清洗方式或两排独立线性扫描清洗方式时，所述激光清洗装置的支架为双排支架，所述激光清洗装置的激光清洗头排列设置于所述激光清洗装置的双排支架上；单排独立矩形区域组合清洗方式或单排线性扫描清洗方式时，所述激光清洗装置的支架为单排支架，所述激光清洗装置的激光清洗头排列设置于所述激光清洗装置的单排支架上。

可选的，通过所述控制器分析所述待清洗物体清洗后的图像，判断清洗结果的具体步骤包括：

通过所述激光清洗装置的控制器对所述待清洗物体清洗后的图像进行灰度处理，得到灰度值图像；

将所述灰度值图像与所述待清洗物体表面干净时的图像的灰度值图像进行对比，判断二者的符合度是否达到设定值；

若达到所述设定值则判断清洗结果为合格，若没有达到所述设定值则判断清洗结果为不合格。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

发明公开了一种激光清洗装置及清洗方法，通过所述支架将所述激光清洗装置安装于待清洗物体传送带上，通过所述位置传感器检测待清洗物体是否进入清洗区域，可以实现待清洗物体在生产线上的清洗，通过多个激光清洗头进行激光清洗，并可通过摆动电机实现所述激光清洗头的摆动角度的调整，可以提高清洗效率和清洗质量，并通过图像传感器获取清洗后的图像进行分析，进一步保证了清洗质量，采用本发明的装置和方法可以实现所述待清洗物体在生产线上的快速高效的清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要的附图作简单介绍。显而易见，下面描述的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这个附图获得其他附图。

图1为本发明提供的激光清洗装置实施例1的结构图；

图2为本发明提供的激光清洗装置的光束振镜扫描器的结构图；

图3为本发明提供的激光清洗装置实施例2的结构图；

图4为本发明提供的激光清洗方法的流程图；

图5为本发明提供的激光清洗方法的四种清洗方式示意图。

其中，101为支架、102为位置传感器、103为氧化皮收集装置、104为激光清洗头、105为摆动电机；200为激光器、201为第一振镜、202为第一振镜电机、203为第二振镜、204为第二振镜电机、205为场镜；(a)图为两排独立矩形区域组合清洗方式示意图、(b)图为两排独立线性扫描清洗方式示意图、(c)图为单排独立矩形区域组合清洗方式示意图、(d)图为单排线性扫描清洗方式示意图。

具体实施方式

本发明目的是提供一种激光清洗装置及清洗方法，以实现在生产线上对待清洗物体的高效清洗。

为使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种激光清洗装置，包括支架101、位置传感器102、控制器、氧化皮收集装置103、多个激光清洗头104、多个摆动电机105和多个图像传感器；

所述支架101，用于将所述激光清洗装置安装于待清洗物体的生产线上；

所述摆动电机105固定连接在所述支架101上；所述摆动电机105的输出轴与所述激光清洗头104的摆动中心连接，用于调整所述激光清洗头104的摆动角度，所述图像传感器与所述激光清洗头104连接，所述氧化皮收集装置103可拆卸的连接在所述支架101上，并位于所述激光清洗头104的下方；

所述位置传感器102，用于检测待清洗物体是否进入清洗区域，并将检测结果传输给所述控制器，具体为所述位置传感器为光电传感器，当探测到待清洗物体到达清洗区域时，将信号反馈给所述控制器；

所述图像传感器，用于获取所述待清洗物体经激光清洗后的图像；

所述控制器，用于在待清洗物体进入清洗区域时，控制所述激光清洗头104进行激光清洗，控制所述氧化皮收集装置103收集激光清洗过程产生的氧化皮；所述控制器还用于控制所述摆动电机105调整所述激光清洗头104的摆动角度；所述控制器还用于分析所述图像传感器获取的图像，进行清洗结果的判断。

可选的，所述激光清洗头包括激光器、光束振镜扫描器；

所述激光器的激光输出端与所述光束振镜扫描器的激光输入端正对设置，所述激光器用于产生激光；具体的，所述激光器可以选择的种类为脉冲光纤激光器、脉冲yag激光器以及脉冲co2激光器，所述激光器发出的激光的波长为1064nm，功率为200-1200w。

所述光束振镜扫描器，用于接收所述激光器产生的激光并将所述激光辐照到所述待清洗物体上，对所述待清洗物体进行激光清洗；具体的，所述光束振镜扫描器为二维振镜扫描器，所述激光扫描器也叫激光振镜，所述二维振镜由x-y光学扫描头,驱动器和光学反射镜片组成，控制器提供的信号通过驱动驱动器，驱动光学扫描头，进行光学扫描，从而在x-y平面控制激光束的偏转，二维振镜扫描频率20～1000hz重复频率为20～2000khz内可调，脉宽在10ns到250ns之间可调，本发明中所述光学扫描头包括第一振镜和第二振镜，所述驱动器为第一振镜电机和第二振镜电机，所述光学反射镜片为场镜。

可选的，如图2所示，所述光束振镜扫描器包括第一振镜201、第二振镜203、第一振镜电机202、第二振镜电机204和场镜205，所述第一振镜电机202的输出轴与所述第一振镜201的中心轴连接，所述第二振镜电机204的输出轴与所述第二振镜203的中心轴连接，所述第一振镜201的中心与所述第二振镜203的中心的连线与所述第一振镜201的中心轴垂直，所述第一振镜201的中心与所述第二振镜203的中心的连线与所述第二振镜203的中心轴相互垂直，所述第一振镜201的中心轴与所述第二振镜203的中心轴相互垂直，所述第二振镜203的中心与所述场镜205的中心的连线与所述第二振镜203的中心轴垂直，所述第二振镜203的中心与所述场镜205的中心的连线与所述第一振镜201的中心与所述第二振镜203的中心的连线垂直，所述场镜205垂直于所述第二振镜203的中心与所述场镜205的中心的连线；具体的，所述第一振镜201的中心轴为x轴。所述第二振镜203的中心轴为y轴。

可选的，所述支架为单排支架，具体的，多个激光清洗头104、多个摆动电机105和多个图像传感器具体数量为5个，当所述支架为单排支架时，5个所述摆动电机并排固定在所述单排支架上，5个所述激光器分别连接相应的激光清洗头，光束经过第一振镜入射到第二振镜，可实现大范围、超高速、高精度与高重复性的激光光束扫描。振镜包括振镜电机与振镜，振镜并安装在振镜电机的旋转轴上，通过振镜电机的旋转摆动，振镜实现摆动，从而实现大角度、高速的光束扫描。

可选的，所述激光清洗装置还包括报警器，所述报警器的控制端与所述控制器连接，用于根据所述控制器的判断结果，进行报警。

如图3所示，作为另一中实时例，所述支架还可以为双排支架，多个激光清洗头104、多个摆动电机105和多个图像传感器具体数量为5个，当所述支架为双排支架时，5个所述摆动电机并排固定在所述双排支架上，具体为前排支架固定有3个，后排支架固定有2个，所述待检测物体到来的方向为前方。

如图4所示，一种激光清洗方法，所述清洗方法应用于所述的激光清洗装置，包括如下步骤：

步骤401通过所述激光清洗装置的支架将所述激光清洗装置安装于所述待清洗物体生产线的传送带上；

步骤402通过所述激光清洗装置的位置传感器检测待清洗物体是否进入清洗区域；

步骤403当检测到所述待清洗物体进入清洗区域时，通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的激光清洗头进行激光清洗，控制所述激光清洗装置的氧化皮收集装置收集激光清洗过程产生的氧化皮；

步骤404通过所述激光清洗装置的图像传感器获取所述待清洗物体清洗后的图像；

步骤405通过所述激光清洗装置的控制器分析所述待清洗物体清洗后的图像，判断清洗结果。

可选的，步骤403所述通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的激光清洗头进行激光清洗的过程中，还通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的摆动电机调整所述激光清洗装置的激光清洗头的摆动角度，还通过所述激光清洗装置的控制器控制所述激光清洗装置的第一振镜电机使所述激光清洗装置的第一振镜摆动，控制所述激光清洗装置的第二振镜电机使所述激光清洗装置的第二振镜摆动，即控制器同时控制二维振镜进行不同清洗区域的清洗，实现四种不同的清洗方式的清洗。

可选的，如图5所示所述激光清洗头进行激光清洗的方式为两排独立矩形区域组合清洗方式((a)图)或两排独立线性扫描清洗方式((b)图)或单排独立矩形区域组合清洗方式((c)图)或单排线性扫描清洗方式((d)图)；两排独立矩形区域组合清洗方式或两排独立线性扫描清洗方式时，所述激光清洗装置的支架为双排支架，所述激光清洗装置的激光清洗头排列设置于所述激光清洗装置的双排支架上；单排独立矩形区域组合清洗方式或单排线性扫描清洗方式时，所述激光清洗装置的支架为单排支架，所述激光清洗装置的激光清洗头排列设置于所述激光清洗装置的单排支架上。具体的，所述矩形扫描区域需要进行xy轴振镜的相互配合，可以清洗更大的区域，达到更好的清洗效果，并且根据热轧钢板行进速度调整振镜扫描速度，形成矩形清洗区域，与单纯线扫描相比，可以更为方便地调整工艺。

可选的，通过所述控制器分析所述待清洗物体清洗后的图像，判断清洗结果的具体步骤包括：

通过所述激光清洗装置的控制器对所述待清洗物体清洗后的图像进行灰度处理，得到灰度值图像；

将所述灰度值图像与所述待清洗物体表面干净时的图像的灰度值图像进行对比，判断二者的符合度是否达到设定值；

若达到所述设定值则判断清洗结果为合格，若没有达到所述设定值则判断清洗结果为不合格，所述设定值为95％。

所述清洗方法的步骤还包括通过所述激光清洗装置的报警器根据所述清洗结果进行报警，具体为所述报警器为大功率led灯，当所述清洗结果为合格时，所述报警器发绿光，当所述清洗结果为不合格时，所述报警器发红光。

所述清洗方法的步骤还包括对于不同的清洗结果的待清洗物体的处理方式，当所述清洗结果为合格时，所述待清洗物体清洗完成，并传送到下一工序；当所述清洗结果为不合格时，使所述传送带反转一定距离，对所述待清洗物体进行重新清洗，并调整激光清洗的参数，以保证清洗的合格率。

所述激光清洗装置和激光清洗方式可应用于生产线上的热轧钢板的清洗，但不仅限于热轧钢板的清洗。所述热轧钢板为用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却(计算机控制冷却速率)和卷取机卷取、成为直发卷。热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过支架将多激光可调节激光清洗头系统安装在热轧钢板流水线上，缩短清洗氧化膜的时间，省去了酸洗工艺，可以直接去除表面氧化膜后进入下一道工序，大大减少了时间，并且不再需要对废弃酸液进行再处理，大大降低了生产成本，大大避免了酸洗处理的化学污染，不产生有毒废弃物，使用氧化膜收集装置，可以实现无污染操作，极大改善工作环境。由于多激光清洗头系统耦合在热轧钢板生产线上十分方便，并且通过自带的图像识别传感器可以对氧化膜清洗效果实现实时监控，大大提高了生产的自动化水平，降低了劳动强度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用具体个例对技术原理、实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是为了帮助理解本发明技术方法及核心思想，描述的实施例仅仅是本发明的个例，不是全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。