机车风笛的激光清洁装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光清洁技术领域，具体而言，涉及一种机车风笛的激光清洁装置。


背景技术：

2.激光清洁设备，用于地铁、动车、机车等轨道交通工具的检修行业，对工件表面污渍进行自动化智能清洁，综合运用机器视觉技术、机器人智能控制技术、激光清洁技术，达到良好的清洁效果和高智能化的作业能力。
3.随着中国轨道交通的快速发展，越来越多轨道车辆检修段在各地建设并投入运用，在段内的各种车辆智能化检修设备也陆续投入使用。目前在多数车辆段内，对车辆配件的清洁作业还是基于人工，采用化学品清洁、液体固体喷射清洁、机械研磨清洁等方式。劳动强度大，清除效果不佳，作业环境恶劣，对环境和工人身体都造成不同程度的伤害，并且机车风笛通过上述的清洗方法进行清洗时，清洗的效果较差。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种机车风笛的激光清洁装置，以解决相关技术中的机车风笛清洁难度较大的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种机车风笛的激光清洁装置，包括：工作台；第一机械臂，设置于工作台上，第一机械臂上设置有用以抓取机车风笛的柔性夹爪；第二机械臂，第二机械臂设置于工作台上并与第一机械臂的间隔设置；激光清洁结构，设置于第二机械臂上；工业相机，设置于第二机械臂上，工业相机能够对机车风笛进行扫描，并检测机车风笛上的污渍大小；控制装置，控制第一机械臂和第二机械臂运动。
6.进一步地，机车风笛的激光清洁装置还包括防尘罩，防尘罩设于工作台上，第二机械臂位于防尘罩内。
7.进一步地，激光清洁结构包括激光光源及调整单元，调整单元包括放大光学单元、调整光学单元和聚焦光学单元中的至少一个。
8.进一步地，激光清洁结构包括激光光源及调整光学单元，调整光学单元包括激光吸收遮罩，在激光吸收遮罩中形成用于确定激光束形状的开口。
9.进一步地，激光清洁结构包括激光光源及聚焦光学单元，聚焦光学单元包括凸透镜以及改变凸透镜的位置的透镜移动单元。
10.进一步地，激光光源发射的激光的直径为d，其中，1cm≤d≤12cm。
11.进一步地，机车风笛的激光清洁装置还包括废物收集装置，废物收集装置设置于防尘罩上。
12.进一步地，废物收集装置设置于防尘罩的侧壁的底部，废物收集装置包括收集罩和吸风风机，吸风风机位于收集罩和防尘罩之间。
13.进一步地，第一机械臂和工作台之间设置有第一滑轨，第二机械臂和工作台之间
设置有第二滑轨，第一机械臂沿第一滑轨移动，第一滑轨沿工作台的长度方向延伸，第二滑轨位于第一滑轨的侧部，第二滑轨围绕在机车风笛的外周，第二机械臂沿第二滑轨移动。
14.进一步地，激光清洁结构发出的激光与机车风笛的内壁共面，或者激光清洁结构发出的激光与机车风笛的内壁之间具有夹角a，0
°
＜a≤15
°
。
15.应用本实用新型的技术方案，第一机械臂和第二机械臂均设置在工作台上，第一机械臂和第二机械臂间隔设置，激光清洁结构设置在第二机械臂上，第一机械臂上设置有用以抓取机车风笛的夹爪。控制装置能够控制第一机械臂和第二机械臂的运动。并且工业相机能够对机车风笛进行扫描，并检测处污渍的种类，这样能够提高清洁的效果，上述的激光清洁接结构能够有效地对机车风笛进行清洗，通过激光清洁结构能够有效地提高清洗的效果。因此本技术的技术方案有效地解决了相关技术中的机车风笛清洁难度较大的问题。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1示出了根据本实用新型的机车风笛的激光清洁装置的实施例的立体结构示意图；
18.图2示出了图1的机车风笛的激光清洁装置的侧视示意图；
19.图3示出了图1的机车风笛的激光清洁装置的透视示意图；
20.图4示出了图3的机车风笛的激光清洁装置的另一视角的透视示意图；
21.图5示出了图3的机车风笛的激光清洁装置的主视视角的透视示意图；
22.图6示出了采用图1的机车风笛的激光清洁装置进行清洁的流程图；以及
23.图7示出了图6中清洁流程中步骤s40的具体流程图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.10、工作台；20、第一机械臂；30、第二机械臂；40、激光清洁结构；50、防尘罩；60、废物收集装置；61、收集罩；62、吸风风机。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各
个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
29.在机车检修时，因检修作业及工序流程等原因，清除机车配件上的污渍、锈蚀几乎是无法避免的。在做好表面防护的同时，使用新型的清洁方式也成为机车检修作业的一种发展趋势。
30.传统的清洁方法都具有各自的局限性：超声波不能有效地清除纳米级微粒；机械清洁不能避免对基体造成的损伤，而且劳动强度大，噪声污染严重；化学清洁则常常会引入有毒的化学物质，而且获得的清洁度也很有限。研究表明:当微粒尺寸(0.5μm)减小时，将其从基体表面清除所需要的力迅速变大，用常规的清洁方法将很难获得满意的清洁效果。例如打磨清洁主要用于小部件清洁及局部清洁，如轴箱体配合面的局部锈蚀、车轮辐板内部清洁等的劳动条件差，且打磨过程中粉尘多，效率一般，多为手持式作业，故不适用于批量大面积清洁。
31.为了解决上述的问题，如图1至图5所示，在本实施例中，机车风笛的激光清洁装置，包括：工作台10、第一机械臂20、第二机械臂30、激光清洁结构40、工业相机以及控制装置。第一机械臂20设置于工作台10上，第一机械臂20上设置有用以抓取机车风笛的柔性夹爪。第二机械臂30设置于工作台10上并与第一机械臂20的间隔设置。激光清洁结构40设置于第二机械臂30上。工业相机设置于第二机械臂30上，工业相机能够对机车风笛进行扫描，并检测机车风笛上的污渍大小；控制装置控制第一机械臂20和第二机械臂30运动。
32.应用本实施例的技术方案，第一机械臂20和第二机械臂30均设置在工作台10上，第一机械臂20和第二机械臂30间隔设置，激光清洁结构40设置在第二机械臂30上，第一机械臂20上设置有用以抓取机车风笛的夹爪。控制装置能够控制第一机械臂20和第二机械臂30 的运动。并且工业相机能够对机车风笛进行扫描，并检测处污渍的大小，这样能够提高清洁的效果，上述的激光清洁结构能够有效地对机车风笛进行清洗，通过激光清洁结构能够有效地提高清洗的效果。因此本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的机车风笛清洁难度较大的问题。
33.上述的柔性夹爪是指每个爪子均可运动，这样能够更好地实现夹取的功能。同时扫描是指工业相机随着第二机械臂的运动实现对机车风笛的全面拍照。
34.激光清洁结构40对机车风笛进行清洗是激光清洁技术的一种具体应用，主要是利用脉冲高能激光束直接作用于风笛表面，使风笛表层的污渍发生瞬间振动剥离，从而实现表面清洁的一种工艺方法。激光清洁效率高且不会伤害工件表面，不需要任何溶剂的辅助，无污染，发射器不产生噪声，亦不产生对人体有害的低频声波，对人体和环境无害，是一种绿色环保的清洁技术。与传统清洁方法相比，激光清洁技术具有能量密度高、热畸变小、热输入控制性强等优势，在轨道交通等众多领域中具备取代传统清洁工艺的实力。
35.激光器发射的短脉冲、高能量密度光束被风笛表面上的污渍层吸收后产生极大的温度梯度，膨胀的等离子体形成冲击波，使污渍变成微小颗粒被振动弹出，从而达到清洁效
果。激光脉冲宽度必须足够短，确保其热影响区较小，以防止工件表面因热输入过大而产生热积累，造成表面损伤。
36.机车风笛在轨道交通机车以及牵引装备中主要用于警示和联络作用的功能。主要包括以下方面内容：利用压缩空气驱动风笛发出声响，以达到警示和联络作用。
37.为了提高清洁的效果，如图1至图5所示，在本实施例中，第二机械臂30上设置有吹风机，吹风机能够将沉积在机车风笛上的废物吹落。
38.为了避免废物污染环境，如图1至图5所示，在本实施例中，机车风笛的激光清洁装置还包括防尘罩50，防尘罩50罩设于工作台10上，第二机械臂30位于防尘罩50内。上述的防尘罩50能够有效地防止清洗下来的废物四处飘散，这样能够有效地提高整体环境卫生，进而能够保证整体结构的使用安全。
39.如图1至图5所示，在本实施例中，激光清洁结构40包括激光光源及调整单元，调整单元包括放大光学单元、调整光学单元和聚焦光学单元中的至少一个。上述的装置能够有效地提高激光清洁的效果。
40.如图1至图5所示，在本实施例中，激光清洁结构40包括激光光源及调整光学单元，调整光学单元包括激光吸收遮罩，在激光吸收遮罩中形成用于确定激光束形状的开口。上述的装置同样地能够提高激光清洁的效果。
41.如图1至图5所示，在本实施例中，激光清洁结构40包括激光光源及聚焦光学单元，聚焦光学单元包括凸透镜以及改变凸透镜的位置的透镜移动单元。上述的装置能够改变激光的角度，这样能够有效地提高激光清洁的效果，进而能够使得机车风笛的全部细节位置均被清洗干净。
42.如图1至图5所示，在本实施例中，激光光源发射的激光的直径为d，其中，1cm≤d≤ 12cm。上述的直径能够保证机车风笛的每一个位置均被清洗干净，并能够兼顾清洁面积。这样能够有效地提高清洁的效率。具体地，在本实施例中，直径d为3cm。
43.影响激光清洁效果最重要的因素是激光的功率密度。在进行激光清洁时，功率密度应该在一定范围内选取，其上限为基体的损伤阈值，下限为污染物的损伤阈值。在此范围内，随着功率密度的增大，清洁效果增强，如同时增加脉冲的数量，则清洁效果将会得到进一步提高。影响清洁效果的另一个重要因素是激光束的入射角。垂直入射时，微粒正下方的表面被遮住，不能接受激光的直接照射，而斜角入射时，激光束可直接照射微粒的正下方，恰在微粒和基体的界面处发挥作用，清洁效率比直射时提高了很多，而且对基体的损伤大大降低，甚至没有损伤。激光的波长也是影响清洁效果的一个因素，一般说来，激光的波长越短，清洁效果越好。
44.本实施例的激光清洁装置，其中激光源产生脉冲激光，脉冲激光的每脉冲的能量是50j 至100j。
45.为了便于废物的收集，如图1至图5所示，在本实施例中，机车风笛的激光清洁装置还包括废物收集装置60，废物收集装置60设置于防尘罩50上。上述的废物收集装置60能够将机车风笛产生的废物全部进行收集，这进一步保证整体环境的整洁度，并且降低了废物收集的难度。
46.为了提高废物收集的效率，如图1至图5所示，在本实施例中，废物收集装置60设置于防尘罩50的侧壁的底部，废物收集装置60包括收集罩61和吸风风机62，吸风风机62位于
收集罩61和防尘罩50之间。上述的废物收集装置60简单，高效。
47.为保证清洁作业效率，选用激光清洁机的参数为：最大激光功率200w，激光频率100khz 至200khz之间，脉冲宽度在60ns至100ns之间，保持扫描头与合口面间距在30cm至35cm 之间，作业面积均为100至110cm2之间，整体清洁作业速度为0.3m2/min。
48.如图1至图5所示，在本实施例中，第一机械臂20和工作台10之间设置有第一滑轨，第二机械臂30和工作台10之间设置有第二滑轨，第一机械臂20沿第一滑轨移动，第一滑轨沿工作台10的长度方向延伸，第二滑轨位于第一滑轨的侧部，第二滑轨围绕在机车风笛的外周，第二机械臂30沿第二滑轨移动。上述的第一滑轨的设置便于第一机械臂20抓取机车风笛后进行放置，第二滑轨环绕布置好的机车风笛的外周，第二机械臂30能够沿着第二滑轨移动，这样使得激光清洁结构40能够对机车风笛清洁更加彻底，进一步地保证了清洁的效果。
49.如图1至图5所示，在本实施例中，激光清洁结构发出的激光与机车风笛的内壁共面，或者激光清洁结构发出的激光与机车风笛的内壁之间具有夹角a，0
°
＜a≤15
°
。上述的设置能够提高清洁的效果，具体地在本实施例中，激光清洁结构发出的激光与机车风笛的内壁之间的夹角为10
°
。
50.图6示出了一种一种使用机车风笛的激光清洁装置的激光清洁方法，激光清洁方法包括以下步骤：步骤s10：通过第一机械臂20将一个机车风笛抓取至工作台10上；步骤s20：重复步骤s10，以通过多次抓取将多个机车风笛沿工作台10的长度方向放置在工作台10上；步骤s30：关闭防尘罩50，使防尘罩50罩住第二机械臂30和多个机车风笛；步骤s40：启动激光清洁结构40，通过第二机械臂30带动激光清洁结构40对每个风笛进行清洁；步骤s50：启动废物收集装置60。通过上述的方法，首先通过第一机械臂20将机车风笛抓取并放置到工作台10上，多次进行抓取，并将多个机车风笛沿工作台10的长度方向进行放置，这样能够使得机车风笛的每一个位置均被清洁到。再将防尘罩50关闭，接着启动激光清洁结构40，对机车风笛进行清洁。在清洁结束后，启动废物收集装置60对废物进行收集。
51.如图7所示，步骤s40包括以下步骤：步骤s41：第二机械臂30沿机车风笛的布置方向进行运动，以使激光清洁装置对机车风笛的外壁进行清洁；步骤s42：完成机车风笛的外壁的清洁后，第二机械臂30移动至机车风笛的顶部，以使激光清洁结构40朝向机车风笛的内部。步骤s43：依次对多个机车风笛的内部进行清洁。上述的步骤中，先对机车风笛的外表面进行清洗，在对机车风笛的内部进行清洗。对机车风笛的外表面进行清洗时，是同时对多个机车风笛的外表面进行清洗的，第二机械臂30围绕多个机车风笛进行运动。在对机车风笛内部进行清洗时需要单独对每一个机车风笛的内部进行清洗，这样能够有效地保证了清洗的干净度。
52.本实施例的技术方案还包括以下步骤：通过工业相机对风笛进行拍照，并将照片信息传递至处理器中进行立体建模，并且处理器通过云计算后确定运动轨迹，并实施激光清洁。通过上述的步骤能够有效地提高清洁的效率并且能够保证清洗足够干净。根据云计算后确定运动轨迹，第二机械臂30能够以上述的运动轨迹进行运动，并通过激光清洁结构40照射到机车风笛表面从而去除粘附在所述粉尘锈蚀等污渍。
53.本实施例的技术方案具有如下优点：清洁过程中不使用化学试剂，因此不会造成环境污染；无机械接触，降低了损伤基体的可能性，可清洁风笛里外表面，可控性好，三维立
体智能清洁，与机械人技术集成可以实现清洁过程的自动化、智能化。
54.本实施例的技术方案涉及的风笛激光清洁应用是工业生产领域的重要环节。它改变了机械清洁、化学清洁和超声波清洁等对环境污染和高精度要求方面的缺陷，是十多年来发展起来的新型清洁技术，它以自身的特点和优点得到了很好的应用，展示了广阔的应用发展前景。
55.推广应用风笛激光智能清洁应用技术将进一步提高车辆段检修设备自动化程度，提高机车配件清洁的实际效果，将产生巨大的经济效益和社会效益。
56.本实施例的技术方案还具有以下优点：
57.1、本实施例的技术方案是一种绿色节能高效的工业智能化产品，与化学品清洁、液体和固体强力冲击清洁等传统清洁方法相比，具有明显的优点。
58.2、本实施例的技术方案自动化程度高，属于全自动工作模式，可大批量作业。风笛就位后通过软件界面选择设置参数，一键启动即可自动完成整个清洁过程。设备配有指示灯，可提示设备作业状态。设备各系统有完全可靠的安全保护装置、保险措施、明显的警示标识，报警功能及断电保护功能，并设有紧急切断开关，在紧急情况下，能及时使设备停止运转，保证对设备及操作人员不会造成伤害。
59.3、本实施例的技术方案具有良好的人机交流界面，可选择激光清洁器路径，适应多种不同尺寸的风笛。也可以自主选择工作范围，进行局部清洁，工作方式灵活，极大的节约时间。
60.4、本实施例的技术方案采用逐行逐列扫描式清洁，行列之间均存在重叠区域。设备借助机器视觉技术进行自检清洁程度，并实时调整激光强度和清洁时间。清洁精度高，无遗漏，效果好，耗时短。
61.5、本实施例的技术方案配有激光遮挡装置，能最大限度的消除激光对操作人员及附近工作人员的危害。
62.6、本实施例的技术方案人工操作简单，易上手，对操作人员的技术要求不高，极大的提高了工作效率，减轻了人工作业强度。
63.7、本实施例的技术方案结构简单，所选用的机械、电气、电子元件等产品，性能稳定可靠。核心激光器采取全封闭式外光路系统，可达到终身免维护，性价比高。设备采用强制风冷，可连续使用，稳定性高，能耗小，节能环保。
64.8、激光清洁还能改变金属微米厚表层的结构，如同覆盖了保护层，有利于防止锈斑生成，即使是露天放置的金属构件，用激光清洁后也可以减少刷漆次数。
65.9、激光清洁技术是把高亮度和方向好的激光，通过光学聚集和光斑整形后形成具有特定光斑形状和能量分布的激光束，照射到污渍或锈蚀位置，吸收激光能量后，产生振动、熔化甚至气化等现象，使得污渍或锈蚀层脱离机车风笛，但是几乎不会损伤机车风笛。
66.本实施例的技术方案中的激光清洁结构40主要是清除表面层的吸附物质，如有害的氧化物、盐份、聚合物材料、吸收粒子、霉菌、其它的有机和无机物等污渍。对金属表面类，主要是清除腐蚀锈、铸件、表面油漆层和污渍层。对微电路衬底表面，主要是清除微米级外来微粒、灰尘、亚微米污染。对石类物品大理石、石灰石、云石、壁画等，主要是清除覆盖在石头花纹上的黑色表层。
67.本实施例的技术方案对机车风笛、接触器表面附着物的清洁进行了试验研究。初
步的试验结果表明，激光清洁是较为有效的表面清洁方法之一，同时也是对表面损坏较小的方法之一。除材料本身的性质外，激光波长和脉冲宽度是表面清洁的重要参数。处理易碎、坚硬的表面可选择较低的激光脉冲重复频率和较大的光束直径。脉冲激光器对金属、各类石头、玻璃、纸张、皮革、皮肤、纺织品、象牙、骨头等表面清除比短波长激光器更有效，采用更短的激光脉冲可以避免表面热损伤。采用波长可调的激光器可能更有助于提高表面附着物的清洁效率并可对表面基质材料的危害减至最低程度。根据试验研究，清洁前后样品表面对激光的吸收有较大的差别，利用此差别能够在线控制处理过程。一旦附着物清除后，后面的脉冲能量将大部分反射，处理过程便自动停止。
68.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
69.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
70.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
71.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。