本發(fā)明屬于復合齒輪技術領域，更具體地，涉及一種清洗裝置以及進行復合齒輪焊前激光清洗的方法。

背景技術：

在許多汽車齒輪的設計制造中，為了減小齒輪冷加工以及熱加工的難度，提高生產效率，經常將齒輪分為各自獨立的兩個部分分別進行加工，然后將兩部分復合在一起，形成一個整體，構成復合齒輪。采用激光焊接技術進行齒輪總成技術的連接，可提高齒輪的產品精度，簡化產品結構及制造工藝，能方便地滿足產品開發(fā)與試制中零部件結構的不斷調整及樣件制造的需要，不斷提高產品制造與開發(fā)水平。齒輪在進行激光焊接前，齒輪焊接的地方周圍有油污、銹斑、氧化物以及其他污物等需要去除，齒輪焊接前進行清洗，能夠有效地減少氣孔，更利于焊接，使得焊縫質量高、平滑且無氣孔，獲得穩(wěn)定性和質量最佳的可見焊縫。

通常齒輪用的焊前清洗的方法一般是超聲波清洗和化學清洗。

化學清洗可以除去多數物理清洗不易除去的污染物，可以有效去除齒輪上的油污、切削屑、粉塵等雜質，使其潔凈度達到要求，并且成本相對比較低。但是其工作量較大，并且不同的污染物要選用不同的清潔劑，清洗后產生的廢液也會污染環(huán)境，還有可能導致齒輪表面的二次污染，齒輪表面也有一定的損傷。

超聲波清洗是一種物理清洗方法，主要是通過超聲波產生的高頻振動將污染物振落以達到清洗的目的。超聲波清洗裝置設計先進，性能穩(wěn)定可靠，使得清洗工藝得以簡化，降低了清洗的工作強度。除此之外，超聲波清洗能很好的解決復雜零件孔、邊、角等其他設備不易到達的位置的清洗難題，但是，超聲波清洗噪音較大，并且長時間使用超聲波工具進行清洗也會對人體健康造成一定的損害，其次，超聲波清洗時會根據污染物不同選擇不同的清洗液，常用的超聲波清洗液主要有石油溶劑清洗液、化學清洗液、三氯乙烯和水等，這些清洗液不僅污染環(huán)境，還有可能導致齒輪二次污染。

總之，上述清洗齒輪的方法都能較好的清除了齒輪表面的污染物，但是不同程度存在各自的問題，限制了其在齒輪焊前清洗的應用及限制。因此，不管是從清洗效率、人體健康和環(huán)境保護等方面，急需開發(fā)新的齒輪焊前清洗的方法。

技術實現要素：

針對現有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種復合齒輪焊前激光清洗的方法，旨在解決現有技術中化學清洗會污染環(huán)境，還有可能導致齒輪表面的二次污染，齒輪表面也有一定的損傷的問題。

本發(fā)明提供了一種用于復合齒輪焊前激光清洗的清洗裝置，包括：第一夾具、第二夾具、激光振鏡頭、吸塵裝置、第一自動旋轉軸和第二自動旋轉軸；所述第一夾具用于將復合齒輪中第一齒輪固定在所述第一自動旋轉軸上，所述第一齒輪與所述第一夾具之間以及所述第一夾具與所述第一自動旋轉軸之間均沒有相對運動；所述第二夾具用于將復合齒輪中第二齒輪固定在所述第二自動旋轉軸上，所述第二齒輪與所述第二夾具之間以及所述第二夾具與所述第二自動旋轉軸之間均沒有相對運動；所述激光振鏡頭用于產生清洗齒輪待清洗表面污物的激光；所述吸塵裝置用于吸收激光清洗時所產生的污染物顆粒。

更進一步地，所述激光振鏡頭距離齒輪的距離和位置、激光束的寬度以及激光束與待清洗表面的角度可以調節(jié)。

更進一步地，激光振鏡頭采用的激光器是納秒脈沖光纖激光器、CO₂激光器、YAG激光器或半導體激光器。

更進一步地，激光器出射的激光脈沖的寬度為10ns～200ns；頻率為10KHZ～650KHZ；脈沖能量為0.8mJ～100mJ。

更進一步地，激光器的光斑直徑為0.05mm～3mm。激光振鏡頭發(fā)出的線光斑的長度為0.08mm～80mm，激光振鏡頭為二維平面振鏡頭，掃描速度為3000mm/S～30000mm/S。所述激光束的平均功率為10W～1500W，所述自動旋轉軸轉速為3m/min～25m/min。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的清洗裝置進行復合齒輪焊前激光清洗的方法，復合齒輪包括：第一齒輪和第二齒輪，且第一齒輪與第二齒輪軸連接處的直徑大小相同；所述方法包括下述步驟：

(1)通過將第一夾具固定在第一自動旋轉軸上使所述第一夾具與所述第一自動旋轉軸之間沒有相對運動，通過將第二夾具固定在第二自動旋轉軸上使所述第二夾具與所述第二自動旋轉軸之間沒有相對運動；

并通過將所述第一齒輪固定在所述第一夾具上使得第一齒輪與第一夾具之間沒有相對運動；通過將所述第二齒輪固定在所述第二夾具上使得所述第二齒輪與所述第二夾具之間沒有相對運動；

(2)通過調整激光振鏡頭的位置使激光光束的光軸與所述復合齒輪的待清洗表面相交，且在交點處形成夾角α，且使得吸塵裝置的吸嘴指向所述交點，并使得所述吸嘴與所述待清洗表面成90°的夾角；

(3)打開激光振鏡頭、吸塵裝置、第一自動旋轉軸和第二自動旋轉軸的電源，并設置好激光器的參數以及第一自動旋轉軸和第二自動旋轉軸的轉速；

(4)通過打開第一自動旋轉軸和第二自動旋轉軸的開關使其自動旋轉并分別帶動第一齒輪和第二齒輪開始旋轉，通過打開激光振鏡頭開關使得激光器出光并照射到待清洗表面，并按照設定的激光光束平均功率和掃描速度對待清洗表面進行清洗，使得待清洗表面的污染物吸收激光能量后產生振動、熔化、燃燒或氣化，最終使污染物脫離材料表面；

(5)當清洗完后，以波長為200nm～2500nm的光源照射到清洗后的表面，并采集表面對此波長的反射率，當所有的反射率接近于基材對此光源反射率時，清洗完畢，否則返回至步驟(4)。

更進一步地，夾角α為：30°≤α≤45°。

更進一步地，激光器產生的激光為納秒激光。

更進一步地，在步驟(5)之后，當清洗完畢后，將第一齒輪和第二齒輪分別從第一夾具和第二夾具上卸下。

通過本發(fā)明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，具有如下技術優(yōu)點：

(1)本發(fā)明采用的是短脈沖(納秒)激光，可以使齒輪待清洗表面的污染物吸收激光能量后，產生振動、熔化、燃燒，甚至氣化等一系列復雜的物理化學過程，最終使污染物脫離材料表面，即使激光作用在清洗后的表面，絕大部分都是被反射掉，對齒輪不會造成損傷。

(2)本發(fā)明為非接觸式的清洗方法，無需清洗液，配備的吸塵系統(tǒng)將氣化的污染物以及剝離的污染物顆?；厥?，不污染環(huán)境，屬于綠色的清洗技術。

(3)本發(fā)明在進行激光清洗時，自動旋轉軸帶動齒輪旋轉，激光振鏡頭調整好位置后(使激光束恰好與齒輪待清洗表面相交)固定，整個清洗過程無需人工操作，簡單方便，自動化程度高。

(4)本發(fā)明中激光振鏡頭是線光斑，大大的提高了清洗效率。

(5)通過對比基材與清洗后表面對特定波長光源的反射率，可以有效判斷清洗的效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的復合齒輪焊前激光清洗步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的第一齒輪與第一夾具固定在自動旋轉軸示意圖；其中(a)為第一夾具固定在第一自動旋轉軸上；(b)為第一齒輪固定在第一夾具上；

圖3是本發(fā)明實施例提供的第二齒輪與第二夾具固定在自動旋轉軸示意圖；其中(a)為第二夾具固定在第二自動旋轉軸上；(b)為第二齒輪固定在第二夾具；

圖4是本發(fā)明實施例提供的復合齒輪中第一齒輪的激光清洗示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的復合齒輪中第二齒輪的激光清洗示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的復合齒輪待清洗表面污染物剝離示意圖；其中(a)為高脈沖能量的激光作用在待清洗的工件表面；(b)為待清洗工件表面的污染物吸收激光后氣化蒸發(fā)、振動脫落；(c)為污染物清洗干凈后，90％的激光被基材反射掉，基材無損傷。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種復合齒輪焊前激光清洗的方法，是一種高效、高質、環(huán)保、穩(wěn)定的齒輪焊前激光清洗工藝，解決目前超聲波清洗和化學清洗存在的工序多、污染環(huán)境、穩(wěn)定性差、表面劃痕損傷等問題。

本發(fā)明提供了一種清洗裝置，包括：第一夾具、第二夾具、激光振鏡頭、吸塵裝置、第一自動旋轉軸和第二自動旋轉軸。第一夾具是將第一齒輪固定在第一自動旋轉軸的工具，第一夾具與第一齒輪和第一自動旋轉軸之間沒有相對運動，也就是第一自動旋轉軸的轉速即為第一齒輪清洗時旋轉的轉速；第二夾具是將第二齒輪固定在第二自動旋轉軸的工具，第二夾具與第二齒輪和第二自動旋轉軸之間沒有相對運動，也就是第二自動旋轉軸的轉速即為第二齒輪清洗時旋轉的轉速；激光振鏡頭發(fā)出激光清洗齒輪待清洗表面的污物，激光振鏡頭距離齒輪的距離和位置、激光束的寬度以及激光束與待清洗表面的角度可以調節(jié)，吸塵裝置主要吸收激光清洗時所產生的污染物顆粒。

在本發(fā)明實施例中，基于該清洗裝置進行清洗的操作過程如下：

(1)固定位置：設置齒輪和激光振鏡頭的位置，通過夾具將齒輪固定在一個自動旋轉軸上，通過調整振鏡頭的位置，使激光光束的光軸與所述齒輪的待清洗表面相交，并且在交點處形成夾角α，30°≤α≤45°；設置吸塵裝置的吸嘴指向所述交點，并使得所述吸嘴與所述待清洗表面成90°的夾角β。

(2)設置功率：設定所述激光束的平均功率和清洗速度。

(3)設置自動旋轉軸轉速：根據設定的激光束的平均功率和清洗速度，設置自動旋轉軸轉速。

(4)進行清洗：使其上述自動旋轉軸帶動夾具及其齒輪旋轉，隨后按照設定的激光光束平均功率和掃描速度對待清洗表面進行清洗，如圖1所示。

(5)清洗效果檢測：以特定波長的光源照射到清洗后的表面，采集表面對此波長的反射率，形成有關反射率的一個三維圖像，據反射率的變化來判斷清洗的效果，當所有的反射率接近于基材對此光源反射率時，也就是當所有點的清洗值大于90％時即為清洗干凈(令任意一個點的反射率除以基材對此光源的反射率所獲得的數值，稱為清洗值)，否則繼續(xù)清洗直至清洗值大于90％即可。

由上可知，本發(fā)明實例中，采用的是短脈沖(納秒)激光，可以使齒輪待清洗表面的污染物吸收激光能量后，產生振動、熔化、燃燒，甚至氣化等一系列復雜的物理化學過程，最終使污染物脫離材料表面，即使激光作用在清洗后的表面，絕大部分都是被反射掉，對齒輪不會造成損傷。該方法為非接觸式的清洗方法，無需清洗液，配備的吸塵系統(tǒng)將氣化的污染物以及剝離的污染物顆?；厥?，不污染環(huán)境，屬于綠色的清洗技術。該方法在進行激光清洗時，自動旋轉軸帶動齒輪旋轉，激光振鏡頭調整好位置后(使激光束恰好與齒輪待清洗表面相交)固定，整個清洗過程無需人工操作，簡單方便，自動化程度高。

因此，本發(fā)明是一種高效、高質、環(huán)保、穩(wěn)定的齒輪焊前激光清洗工藝，解決了超聲波清洗和化學清洗存在的工序多、污染環(huán)境、穩(wěn)定性差、表面劃痕損傷等問題。

本發(fā)明實施實例中，激光振鏡頭采用的激光器是納秒脈沖光纖激光器、CO₂激光器、YAG激光器、半導體激光器等；激光脈沖寬度為10ns～200ns；頻率為10KHZ～650KHZ；脈沖能量為0.8mJ～100mJ。

本發(fā)明實施實例中，激光器的光斑直徑為0.05mm～3mm。激光振鏡頭發(fā)出的線光斑的長度為0.08mm～80mm，激光振鏡頭為二維平面振鏡頭，掃描速度為3000mm/S～30000mm/S。所述激光束的平均功率為10W～1500W，所述自動旋轉軸轉速為3m/min～25m/min。

本發(fā)明實施實例中，待清洗表面包括復合齒輪中焊縫周圍距離焊縫中心15mm內的區(qū)域，吸塵系統(tǒng)的功率為0.1KW～0.5KW。

本發(fā)明實施實例中，上述復合齒輪中第一齒輪的鋼材主要為Mn-Cr系、Cr系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Mo系、Mn-Cr系、Mn-Cr-B系、Mn-Cr-Ti系、Cr-Ni系等；上述復合齒輪中第二齒輪的鋼材主要為Mn-Cr系、Cr系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Mo系、Mn-Cr系、Mn-Cr-B系、Mn-Cr-Ti系、Cr-Ni系等。

本發(fā)明實施實例中，上述污染物主要為銹蝕、油污、油漆、切削屑、粉塵以及其他污染物等。

本發(fā)明實施實例中，如果污染物的厚度小于15μm，清洗一遍即可；如果污染物的厚度超過15μm，清洗多遍，直至清洗干凈。

本發(fā)明實例中，復合齒輪清洗后，以波長為200nm～2500nm的光源照射到清洗后的表面，采集表面對此波長的反射率，根據反射率的變化來判斷清洗的效果，當所有的反射率接近于基材對此光源反射率時，也就是當所有點的清洗值大于90％時即為清洗干凈(令任意一個點的反射率除以基材對此光源的反射率所獲得的數值，稱為清洗值)，否則繼續(xù)清洗直至清洗值大于90％即可。

如圖2、圖3所示，本發(fā)明實例中，上述夾具與自動旋轉軸通過軸連接將夾具固定在自動旋轉軸上；上述復合齒輪中第一齒輪與第二齒輪中的軸連接處直徑大小相同；上述復合齒輪軸連接處的直徑與其夾具的軸連接處直徑大小相同，通過軸連接將齒輪固定在夾具上，它們之間沒有相對運動，即自動旋轉軸的轉速即為齒輪清洗時旋轉的轉速。

如圖4、圖5所示，本發(fā)明實例中，激光束的光軸與吸嘴的中心線位于同一平面內，而它們與待清洗表面之間的夾角的設計使得互不干涉并且提升清洗效率。

本發(fā)明中，復合齒輪即為通過激光焊接將第一齒輪和第二齒輪連接在一起形成的新的齒輪，第一齒輪與第二齒輪軸連接處直徑大小相同；第一夾具是將第一齒輪固定在第一自動旋轉軸上的工具，第一夾具與第一齒輪之間沒有相對運動，如圖2所示；第二夾具是將第二齒輪固定在第二自動旋轉軸上的工具，第二夾具與第二齒輪之間沒有相對運動，如圖3所示。針對復合齒輪焊前激光清洗的方法，具體包括如下步驟：

步驟一：首先將第一夾具(第二夾具)固定在第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)上，使第一夾具(第二夾具)與第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)之間沒有相對運動，然后將復合齒輪中第一齒輪(第二齒輪)固定在第一夾具(第二夾具)上，第一齒輪與第一夾具之間沒有相對運動，如圖2(圖3)所示。

步驟二：調整振鏡頭的位置，使激光光束的光軸與所述齒輪的待清洗表面相交，并且在交點處形成夾角α，30°≤α≤45°；并吸塵裝置的吸嘴指向所述交點，并使得所述吸嘴與所述待清洗表面成90°的夾角β，如圖4(圖5)所示。

步驟三：打開激光振鏡頭、吸塵裝置和第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)的電源，設置好激光器的參數以及第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)的轉速。

步驟四：打開第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)的開關使其自動旋轉軸帶動第一齒輪(第二齒輪)開始旋轉打開激光振鏡頭開關，使其出光，第一齒輪(第二齒輪)開始清洗。

步驟五：清洗后先關閉激光振鏡頭開關，然后再關閉第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)的開關，等第一自動旋轉軸(第二自動旋轉軸)停止轉動，以波長為200nm～2500nm的光源照射到清洗后的表面，采集表面對此波長的反射率，當所有的反射率接近于基材對此光源反射率時，也就是當所有點的清洗值大于90％時即為清洗干凈(令任意一個點的反射率除以基材對此光源的反射率所獲得的數值，稱為清洗值)，否則繼續(xù)進行步驟四以及后續(xù)步驟，直至清洗值大于90％即可。

步驟六：當第一齒輪(第二齒輪)清洗干凈，將第一齒輪(第二齒輪)從第一夾具(第二夾具)卸下，清洗完畢。

圖6為復合齒輪待清洗表面污染物剝離示意圖，如圖所示，齒輪待清洗表面的污染物吸收激光能量后溫度急劇升高，進而產生膨松、氣化、熱沖擊與熱振動、聲波震碎等一系列變化，最終使得污染物脫離清洗表面。由于金屬材料表面的污染物和金屬基體對激光的吸收率是不同的，并且污染物對激光的吸收率遠大于金屬基體對激光的吸收。由于這種吸收的差異，污染物吸收了激光大部分的能量后迅速氣化，金屬基體基本不吸收激光能量，因而基材不會造成損傷，從而達到清洗的效果。

由以上可知：本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明實例中，采用的是短脈沖(納秒)激光，可以使齒輪待清洗表面的污染物吸收激光能量后，產生振動、熔化、燃燒，甚至氣化等一系列復雜的物理化學過程，最終使污染物脫離材料表面，即使激光作用在清洗后的表面，絕大部分都是被反射掉，對齒輪不會造成損傷。

(2)本發(fā)明實施實例為非接觸式的清洗方法，無需清洗液，配備的吸塵系統(tǒng)將氣化的污染物以及剝離的污染物顆粒回收，不污染環(huán)境，屬于綠色的清洗技術。

(3)本發(fā)明實施實例在進行激光清洗時，自動旋轉軸帶動齒輪旋轉，激光振鏡頭調整好位置后(使激光束恰好與齒輪待清洗表面相交)固定，整個清洗過程無需人工操作，簡單方便，自動化程度高。

(4)本發(fā)明實施實例中激光振鏡頭是線光斑，大大的提高了清洗效率。通過對比基材與清洗后表面對特定波長光源的反射率，可以有效判斷清洗的效果。

本發(fā)明使用激光作用在清洗污染物，激光照射到基材上，絕大部分都是被反射掉，對齒輪不會造成損傷。用激光進行清洗為非接觸式的清洗方法，無需清洗液，配備的吸塵系統(tǒng)將氣化的污染物以及剝離的污染物顆粒回收，不污染環(huán)境，屬于綠色的清洗技術。進行激光清洗時，自動旋轉軸帶動齒輪旋轉，激光振鏡頭調整好位置后(使激光束恰好與齒輪待清洗表面相交)固定，整個清洗過程無需人工操作，簡單方便，自動化程度高。激光振鏡頭是線光斑，大大的提高了清洗效率。通過對比基材與清洗后表面對特定波長光源的反射率，可以有效判斷清洗的效果。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。