用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置及方法

本发明涉及金属激光除锈技术，适用于各种不同曲面金属的激光无损除锈，特别涉及一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置及方法。

背景技术：

1、金属材料及其合金因其优良的力学性能在工业领域中广泛应用，使用过程中不可避免的表面生锈而降低材料性能，通常需要对其表面除锈，然后再对其表面处理后使用。通常材料表面锈蚀分布不均匀，目前的去除方法很难避免不损伤金属基材本身，及待清洗金属材料自身的形状多变引起的除锈不彻底等等问题依然没有得到根本解决。300m高强度钢是一种典型的金属合金材料，因其优异的力学性能被应用在航空航天、交通等领域。选用300m高强度钢为一特例详细展开论述。

2、300m高强度钢又称为低合金高强度钢，通常用于作为飞机起落架材料，起落架作为飞机而言是非常重要的部件，由于飞机频繁的起飞与降落，因此对于起落架的强度及疲劳寿命要求非常高。由于发动机起落架长时间暴露在变化万千的环境中，其表面很容易产生锈蚀等后来之物，其表面的锈蚀也极易影响起落架的性能，所以对于金属表面锈蚀去除技术的发展至关重要。传统的清洗方法有物理打磨、化学药剂除锈以及吹砂等清洗手段，物理打磨效率低费时费力、化学药剂除锈对于环境污染大、吹砂则是容易在去除锈蚀后对金属基材造成损伤。

3、因此相比之下采用激光清洗的新型除锈技术用于去除飞机起落架表面的锈蚀非常必要。但由于起落架结构多数都呈曲率不同的圆管状金属结构，目前，对于清洗不同曲率圆管状金属表面的锈蚀采用已有的手持式激光枪进行人为式手持激光枪清洗，虽然人为式手持激光清洗枪可以清洗曲面的大部分待清洗物，但由于人为手持激光枪进行除锈很难做到激光焦距的统一，从而导致清洗不干净、容易对金属造成二次损伤等一序列不良影响，为了控制焦距的统一采用简单的平面激光清洗装置进行不同曲率曲面金属激光除锈又是不可能的。

4、针对不同曲率的金属表面锈蚀的去除除了难以采用已有的技术实现表面锈蚀的完全去除下还不损伤基材外，对于不同曲率金属由于其不平整形状还有工件完全固定困难、工件固定不稳易滑跑等容易引起激光清洗锈蚀错位等问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置及方法，实现均匀完全的、等焦距而无损的高效率清洗金属表面锈蚀。

2、本发明的目的是这样实现的。一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置，包括底座、旋转筒、伸缩臂和工件放置台，所述底座呈棱台状，一侧连接有一对平行的滑轨，另一侧连接有控制台，底座上方与所述旋转筒底部的下垫块固定连接，旋转筒的转筒外壁连接有所述伸缩臂，伸缩臂根部下方设有斜撑杆与转筒外壁连接，所述转筒呈圆筒状，其中间设有旋转轴，旋转轴的上下端通过转动轴承与转筒内壁连接，转动轴承的上下端头装有轴端接头，上端的轴端接头与上垫块连接，下端的轴端接头与下垫块连接；所述伸缩臂外端头安装有电磁吸盘，电磁吸盘与所述工件放置台的高磁性方板外平面连接，高磁性方板的下边垂直连接有半圆状台板，半圆状台板的上表面设有针状弹簧，针状弹簧上放置有待除锈工件；所述滑轨外端设有激光操作台，激光操作台上方安装有带十字轨的多维度激光除锈台，多维度激光除锈台上面安装有“7”字形的激光器，激光器的端头与待除锈工件的外侧相对。

3、进一步，所述控制台与激光操作台通过电缆连接。

4、进一步，所述伸缩臂水平设置于转筒的一侧。

5、一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈方法，其步骤如下：

6、1)启动设备，将待除锈工件通过高强度轻质针状弹簧固定于工件放置台的半圆状台板上；

7、2)在激光操作台上打开校准光斑，调整激光光斑置于待除锈工件左上角；

8、3)在金属激光能量损伤阈值库中，找到待除锈工件的激光能量损伤阈值；

9、4)在激光操作台上设定相关激光参数，使得激光能量为待除锈工件激光能量损伤阈值的60%-90%；

10、5)测得待除锈工件的曲率并获取除锈所需的激光焦距值，当激光除锈面为凸面或凹面时，分别通过控制台设置旋转筒的自转角速度或通过控制台设置多维度位移台的自转角速度；

11、6)根据待除锈工件除锈所需的激光焦距值，通过控制台控制伸缩臂的伸缩量、可推拉式圆筒的推拉量以及控制台控制多维度激光除锈台的激光器位置实现实时等焦距除锈；

12、7）根据表面除锈情况，判断是否需要多次清洗待除锈工件，直至除锈完全，关闭设备。

13、进一步，所述相关激光参数包括激光功率、脉冲频率、光斑半径影响的激光能量密度以及扫描速度、线间距影响的光斑搭接率。

14、本发明可按预设角速度旋转，可实现多级伸缩，工件放置台通过电磁吸盘与伸缩臂外端头磁性连接并采用具有高强度、高弹性且轻质的针状弹簧紧固工件；由装置伸缩、推拉、位移和自转的相互配合，实现等焦距下的光斑照射待除锈金属的所有待除锈区域，实时等激光焦距去除锈蚀，同时可根据待除锈工件形状自由位移，通过设置激光能量小于待除锈工件能量阈值，解决了工件不规则形状及锈蚀分布不均匀带来的工件清洗困难和工件基材易受损问题。实现了各种不同曲率金属均匀、完全、等焦距且无损的高效率表面锈蚀，应用效果显著，具有绿色、环保、高效率、智能化和可续持性为一体的优异特点。

技术特征：

1.一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置，其特征在于，包括底座（1）、旋转筒（2）、伸缩臂（3）和工件放置台（4），所述底座（1）呈棱台状，一侧连接有一对平行的滑轨（6），另一侧连接有控制台（5），底座（1）上方与所述旋转筒（2）底部的下垫块（21）固定连接，旋转筒（2）的转筒（23）外壁连接有所述伸缩臂（3），伸缩臂（3）根部下方设有斜撑杆（32）与转筒（23）外壁连接，所述转筒（23）呈圆筒状，其中间设有旋转轴（22），旋转轴（22）的上下端通过转动轴承（24）与转筒（23）内壁连接，转动轴承（24）的上下端头装有轴端接头（25），上端的轴端接头（25）与上垫块（26）连接，下端的轴端接头（25）与下垫块（21）连接；所述伸缩臂（3）外端头安装有电磁吸盘（31），电磁吸盘（31）与所述工件放置台（4）的高磁性方板（41）外平面连接，高磁性方板（41）的下边垂直连接有半圆状台板（42），半圆状台板（42）的上表面设有针状弹簧（43），针状弹簧（43）上放置有待除锈工件（44）；所述滑轨（6）外端设有激光操作台（8），激光操作台（8）上方安装有带十字轨的多维度激光除锈台（7），多维度激光除锈台（7）上面安装有“7”字形的激光器（9），激光器（9）的端头与待除锈工件（44）的外侧相对。

2.根据权利要求1所述的用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置，其特征在于，所述控制台（5）与激光操作台（8）通过电缆连接。

3.根据权利要求1所述的用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置，其特征在于，所述伸缩臂（3）水平设置于转筒（23）的一侧。

4.一种按照权利要求1所述的用于金属曲面的等焦距激光无损除锈方法，其特征在于，其步骤如下：

5.根据权利要求4所述的用于金属曲面的等焦距激光无损除锈方法，其特征在于，所述相关激光参数包括激光功率、脉冲频率、光斑半径影响的激光能量密度以及扫描速度、线间距影响的光斑搭接率。

技术总结本发明公开了一种用于金属曲面的等焦距激光无损除锈装置及方法，旋转筒的转筒外壁连接有伸缩臂，伸缩臂外端头安装有电磁吸盘，电磁吸盘与工件放置台的高磁性方板外平面连接，针状弹簧上放置有待除锈工件；控制台上方安装有带十字轨的多维度激光除锈台，激光器的端头与待除锈工件的外侧相对。根据待除锈工件除锈所需的激光焦距值，通过控制台控制伸缩臂的伸缩量、可推拉式圆筒的推拉量以及控制台控制多维度激光除锈台上激光器的位置实现实时环绕式等焦距除锈。解决了工件不规则形状及锈蚀分布不均匀带来的工件清洗困难和工件基材易受损问题。实现了各种不同曲率金属均匀、完全、等焦距且无损的高效率表面锈蚀，应用效果显著。技术研发人员：李多生,吴猛,叶志国,叶寅,陈加伟受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2