一种高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及模具清洗的技术领域，尤其涉及一种高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置及方法。

背景技术

目前市场上已经存在一些技术，通过机器臂来控制激光器的运行。然而，机器臂的种类繁多，每种机器臂都有其特定的应用场景和限制。大部分机器臂设计都是在常温环境下工作的，这意味着它们可能无法适应一些高温或极端的工作环境。此外，尽管空调设备在很多工业应用中都是必不可少的，但并非所有空调都能在高温环境下稳定运行。很多空调设备在超过其设计温度范围时，可能会出现性能下降、故障甚至损坏的情况。

在高温环境下使用机器臂和激光器时，如果没有适当的冷却和防护措施，可能会导致设备性能下降、精度降低，甚至引发安全事故。因此，对于需要在高温环境下工作的机器臂和激光器，必须有专门的解决方案来应对这一挑战。这可能包括使用能够在高温环境下稳定工作的特殊空调设备，或者设计一些创新的冷却系统来降低设备的工作温度。

此外，远程操作系统也是一项重要的技术需求。通过远程操作系统，操作员可以在安全、舒适的环境中远程控制机器臂和激光器的运行，而无需亲自在现场操作。这不仅可以提高操作的安全性和便捷性，还可以降低人力成本和提高工作效率。

综上所述，尽管目前市场上已经存在一些用机器臂控制激光器的技术，但在高温环境下的应用仍然面临诸多挑战。为了解决这些问题，我们需要进一步研究和开发适应高温环境的机器臂、激光器和空调设备，并开发出可靠的远程操作系统。这将有助于推动这些技术在更多领域的应用和发展。

例如申请号为202023013457 .6的实用新型提供了一种水下激光清洗装置，涉及激光清洁设备技术领域，包括激光清洗机构、水循环过滤机构和防腐层，防腐层至少覆盖激光清洗机构与水接触的工作端面，激光清洗机构包括适于清洗待清洗基材的激光清洗工作头，激光清洗工作头的内部包括适于激光发射的第一腔室、适于水流清洗的第二腔室以及设置于第一腔室和第二腔室之间的密封件，第一腔室和第二腔室沿激光的发射方向从上到下设置，且第二腔室与水循环过滤机构相连通以适于水流的循环流通。该实用新型能够实现水流与激光复合清洗，在激光清洗和水流冲洗复合清洗的同时用水流带走清洗后的污物，保证激光到达待清洗基材表面的强度，同时具有防腐蚀功能。但是在水下清洗时不存在需要根据河底纹路更换清洗方式的问题，该实用新型所提出的装置虽然在水下效果较好，但是并不通用于轮胎清洗。

申请号为202121861591.3的实用新型公开了一种用于激光清洗机内部温湿度调节的循环控制系统，涉及激光清洗机技术领域，包括手持清洗头和机柜，所述机柜的内部设有进气主路和分支气路，所述机柜的前侧壁上设有压缩空气进气口，所述机柜的右侧壁上设置有制冷出气口，所述进气主路的首端与压缩空气进气口固定连接，所述分支气路的首端与进气主路连通，所述分支气路的末端与手持清洗头连通，所述进气主路连上设有过滤器和调压阀，所述分支气路上设有气动二联件，所述机柜的内部安装有空调、除湿装置、激光器防护壳、电气板、冷水机本体和冷水机排气风扇，该实用新型使用简单、体积小、安全可靠、温控精度高、效果好、兼容性强、适用范围广。虽然该实用新型使用水冷等方式对激光装置进行降温，但是该实用新型依然采用手持清洗头，容易造成清洗不均匀，清晰效果较差，且智能化程度较低。

发明内容

针对现有轮胎模具清洗方法清洗效果较差的技术问题，本发明提出一种高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置及方法，实现了机械自动化清洗，有效提升了清洗效果，避免激光头因高温受损。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置，包括机械臂、激光清洗机和计算机，机械臂一端设置有激光清洗头，激光清洗头与轮胎模具相对应，激光清洗机包括外壳，外壳内设置有激光器，激光器下侧设置有水冷机，水冷机一侧设置有空调，机械臂、激光器、激光清洗头、水冷机和空调均与计算机相连接，激光器与激光清洗头相连接。

优选地，所述激光清洗头与机械臂之间设置有铝板和水冷模块Ⅰ，铝板与机械臂相连接，水冷模块Ⅰ与激光清洗头相连接，铝板和水冷模块Ⅰ相连接，水冷模块Ⅰ与水冷机相连通。

优选地，所述激光器顶部设置有水冷模块Ⅱ，水冷模块Ⅰ和水冷机均与水冷模块Ⅱ相连通，水冷模块Ⅱ设置在外壳内部，外壳内还设置有隔热膜。

优选地，所述水冷机包括水冷机进水口、水冷机出水口、降温模块和水泵，水冷机进水口和水冷机出水口均与降温模块相连接，水泵设置在水冷机出水口处，降温模块与空调相对应，水泵与计算机相连接，水冷机进水口和水冷机出水口均与水冷模块Ⅱ相连接，水冷模块Ⅱ与水冷模块Ⅰ相连通。

优选地，所述空调包括空调外壳，空调外壳内设置有制冷模块，空调外壳一侧设置有进风口和冷气出风口，空调外壳另一侧设置有热气出风口，进风口、冷气出风口和热气出风口均与制冷模块相连通，制冷模块与计算机相连接，热气出风口穿过外壳与外部相连通。

优选地，所述机械臂包括底座，底座通过伺服电机Ⅰ与第二轴装配模块的一端相连接，第二轴装配模块的另一端通过伺服电机Ⅱ与第三轴大臂装配模块的一端相连接，第三轴大臂装配模块的另一端通过伺服电机Ⅲ与第四轴装配模块的一端相连接，第四轴装配模块的另一端通过伺服电机Ⅳ与第五轴前臂装配模块的一端相连接，第五轴前臂装配模块的另一端通过伺服电机Ⅴ与第六轴法兰装配模块相连接，第六轴法兰装配模块通过伺服电机Ⅵ与激光清洗头相连接，伺服电机Ⅰ、伺服电机Ⅱ、伺服电机Ⅲ、伺服电机Ⅳ、伺服电机Ⅴ和伺服电机Ⅵ均计算机相连接。

优选地，高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置的使用方法，具体步骤为：

S1：利用摄像头获取待清洗轮胎模具的花纹图像信息，判断轮胎模具类型；

S2：根据轮胎模具的花纹确定采用画圆清洗法或画Z字清洗法，并针对不同功能通过计算机对机械臂进行设置；

S3：启动自动激光清洗装置，对轮胎模具进行清洗。

根据权利要求7所述的高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置的使用方法，其特征在于，步骤S1所述根据模具的花纹确定清洗方式的具体方法为：若轮胎模具为圆形轮胎模具，则利用画圆清洗法对轮胎模具进行清洗；若轮胎模具为花块形模具，则利用画Z字清洗法对轮胎模具进行清洗。

优选地，所述针对不同功能对机械臂进行设置的方法为：

若轮胎模具为圆形模具，则采用画圆清洗法对轮胎模具进清洗，以机械臂初始状态时第六轴法兰装配模块所在平面的位置为原点，通过计算机设置初始圆心、画圆半径与激光移动速度；

若轮胎模具为花块形模具，则采用画Z字清洗法对轮胎模具进清洗，以机械臂初始状态时第六轴法兰装配模块所在平面的位置为原点，设定起点坐标、纵移距离和前进距离。

优选地，所述对轮胎模具进行清洗的方法为：

若轮胎模具为圆形模具，则机械臂的各个伺服电机根据计算机返回信息，计算机控制激光头启动后控制机械臂按设定的画圆半径以及激光移动速度进行移动，同时，机械臂根据激光移动速度控制激光清洗头向侧方平移，使激光清洗头可以完整清洗轮胎模具；

若轮胎模具为花块形模具，则机械臂的各个伺服电机根据起点坐标调整机械臂状态，使激光清洗头处于起点坐标上后向计算机返回信息，计算机启动激光头后机械臂首先根据前进距离调整激光清洗头在纵向移动一个前进距离，随后机械臂根据纵移距离和前进距离调整激光清洗头，使激光清洗头在纵向上移动一个纵移距离的同时在前进方向移动一个前进距离，随后交替以上移动过程，直至完成清洗。

本发明的有益效果为：

1、传统的轮胎模具清洗方式往往依赖于人工手持激光清洗头进行操作，这种方法不仅效率低下，而且清洗效果难以保证。人工操作的速度不稳定，容易导致清洗后的模具表面留下明显的痕迹，影响模具的使用效果。本申请将激光清洗头安装在机械臂上，并通过机械臂控制激光清洗头对轮胎模具进行清洗，增加清洗效率和效果，精确地控制激光清洗头的位置和移动速度，确保清洗过程的速度均匀、稳定。同时，机械臂的自动化操作也大大提高了清洗效率，减少了人工操作的繁琐和不确定性。

2、根据不同的轮胎模具可选用不同的方法进行清洗，灵活方便，在减少了对轮胎模具损伤的同时，有效提高了清洗效率与智能化程度。灵活方便的清洗方式不仅极大地提升了操作的便捷性，更在减少了对轮胎模具的潜在损伤方面发挥了显著作用，每种清洗方法都是针对特定类型的模具设计的，在精准地去除污渍的同时避免对模具造成不必要的磨损或刮伤。

3、本申请通过水冷的方式对激光头进行降温，并通过空调进一步提升水冷效果，有效避免激光头因高温受损，降低了装置成本，延长清洗装置整体的使用寿命。与传统的降温方法相比，本申请仅通过水冷和空调的配合使用，即可实现高效的降温效果。这种简单而有效的降温方案，不仅提高了清洗装置的工作稳定性，也为用户节省了大量的经济成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明机械臂的结构示意图。

图3为本发明空调的结构示意图。

图4为本发明画圆清洗法示意图。

图5为本发明画Z字清洗法示意图。

图中，1为机械臂，11为第四轴装配模块，12为第五轴前臂装配模块，13为第六轴法兰装配模块，14为第三轴大臂装配模块，15为第二轴装配模块，16为底座，2为铝板，3为激光清洗头，4为激光清洗机，5为水冷机，6为空调，61为进风口，62为冷气出风口，63为热气出风口，7为隔热膜，8为计算机，9水冷模块Ⅰ，10为轮胎模具，11为水冷模块Ⅱ，12为激光器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高温环境下轮胎模具自动激光清洗装置，包括机械臂1、激光清洗机和计算机8，机械臂1一端设置有激光清洗头3，激光清洗头3与轮胎模具10相对应，激光清洗机包括外壳，外壳内设置有激光器12、水冷机5和空调6，机械臂1、激光器12、激光清洗头3、水冷机5和空调6均与计算机8相连接，激光器12与激光清洗头3相连接，外壳内设置有隔热膜7。其中，机械臂1主要用于控制激光清洗轨迹，激光清洗机4对激光清洗头3进行降温。计算机8主要用于控制机械臂对轮胎模具10进行清洗，并控制水冷机5和空调6对激光清洗头3进行降温。激光器12主要用于生成激光，并将生成的激光由激光清洗头3输出。

激光清洗头3包括激光头和摄像头，摄像头和激光头均设置在第四轴装配模块13前端，摄像头和激光头均与计算机8相连接。外壳内设置有隔热膜7，隔热膜7主要用于隔绝热量、防火，有效的将内部冷气与外部热气隔离，防止外部气温影响降温效果。

激光清洗头3与机械臂1之间设置有铝板2和水冷模块Ⅰ 9，铝板2与机械臂1相连接，水冷模块Ⅰ 9与激光清洗头3相连接。其中，水冷模块Ⅰ 9主要用于对激光清洗头3进行散热降温，防止激光清洗头3上的激光头烧坏。水冷模块Ⅰ 9上设置有通水管道，通水管道两端分别设置有进水口和出水口，进水口与出水口均通过水管与水冷机5相连通。激光器12顶部设置有水冷模块Ⅱ 11，水冷模块Ⅰ 9和水冷机5均与水冷模块Ⅱ 11相连通，其中，水冷模块Ⅱ 11是由盘旋设置的水管组成，水冷模块Ⅱ 11主要用于为激光清洗头3降温。

水冷机5包括水冷机进水口、水冷机出水口、降温模块和水泵，水冷机进水口和水冷机出水口均与降温模块相连接，水泵设置在水冷机出水口处，降温模块设置在靠近空调6的一侧，水泵与计算机8相连接。水冷机5主要用于回收水冷模块9内出水口输出的水，对出水口输出的水进行降温，并通过水泵将降温后的水通过进水口送入水冷模块9。

本申请通过水冷的方式对激光头进行降温，并通过空调进一步提升水冷效果，有效避免激光头因高温受损，降低了装置成本，延长清洗装置整体的使用寿命。与传统的降温方法相比，本申请仅通过水冷和空调的配合使用，即可实现高效的降温效果。这种简单而有效的降温方案，不仅提高了清洗装置的工作稳定性，也为用户节省了大量的经济成本。

如图3所示，空调6包括空调外壳，空调外壳内设置有制冷模块，空调外壳一侧设置有进风口61和冷气出风口62，空调外壳另一侧设置有热气出风口63，进风口61、冷气出风口62和热气出风口63均与制冷模块相连通，制冷模块与计算机8相连接，热气出风口63穿过激光清洗机4的外壳，将热气排放在装置外部。

空调6主要用于对降温模块中的水进行降温。使用时，空气首先通过进风口61进入制冷模块，随后制冷模块对空气进行降温，并将热空气通过热气出风口63送出，将冷空气通过冷气出风口62送出，冷空气传输至降温模块处，对降温模块内部的水进行降温。

如图2所示，机械臂1包括底座16，底座16通过伺服电机Ⅰ与第二轴装配模块15的一端相连接，第二轴装配模块15的另一端通过伺服电机Ⅱ与第三轴大臂装配模块14的一端相连接，第三轴大臂装配模块14的另一端通过伺服电机Ⅲ与第四轴装配模块11的一端相连接，第四轴装配模块11的另一端通过伺服电机Ⅳ与第五轴前臂装配模块12的一端相连接，第五轴前臂装配模块12的另一端通过伺服电机Ⅴ与第六轴法兰装配模块13相连接，第六轴法兰装配模块13通过伺服电机Ⅵ与激光清洗头3相连接，伺服电机Ⅰ、伺服电机Ⅱ、伺服电机Ⅲ、伺服电机Ⅳ、伺服电机Ⅴ和伺服电机Ⅵ均计算机8相连接。

传统的轮胎模具清洗方式往往依赖于人工手持激光清洗头进行操作，这种方法不仅效率低下，而且清洗效果难以保证。人工操作的速度不稳定，容易导致清洗后的模具表面留下明显的痕迹，影响模具的使用效果。机器臂1的外形结构紧凑，伺服电机Ⅰ、伺服电机Ⅱ、伺服电机Ⅲ、伺服电机Ⅳ、伺服电机Ⅴ和伺服电机Ⅵ构成了机械臂1的各个关节，各关节均安装了高精度减速机，高速的关节速度能进行灵活的作业，机器臂采用六轴关节机器人结构，六个伺服电机通过减速机、同步带轮驱动六个关节轴的旋转。机器臂1拥有六个自由度，分别为旋转（X）、下臂（Y）、上臂（Z）、手腕旋转（U）、手腕摆动（V）和手腕回转（W）。

伺服电机Ⅰ、伺服电机Ⅱ、伺服电机Ⅲ、伺服电机Ⅳ、伺服电机Ⅴ和伺服电机Ⅵ均为绝对值电机，绝对值电机实现了位置，速度和力矩的闭环控制，同时，伺服电机克服了步进电机失步的问题、高速性能好，一般额度转速能达到2000~3000转、电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内、发热和噪音明显降低。

本申请将激光清洗头安装在机械臂上，并通过机械臂控制激光清洗头对轮胎模具进行清洗，增加清洗效率和效果，精确地控制激光清洗头的位置和移动速度，确保清洗过程的速度均匀、稳定。同时，机械臂的自动化操作也大大提高了清洗效率，减少了人工操作的繁琐和不确定性。

高温环境下轮胎模具10自动激光清洗装置的使用方法具体步骤为：

S1：利用摄像头获取待清洗轮胎模具10的花纹图像信息，判断轮胎模具10类型。

使用时，首先利用计算机8控制激光清洗头3的摄像头对激光清洗头3下方的轮胎模具10进行拍摄，获取轮胎模具10的图像信息，并将图像信息传输至计算机8，通过计算机8判断轮胎模具10为圆形模具或花块形模具。

S2：根据轮胎模具10的花纹确定采用画圆清洗法或画Z字清洗法，并针对不同功能对机械臂1进行设置。

利用远程端口和ip地址，通过网线将机械臂1和计算机8相连接，通过TCP通讯控制机械臂1，此时机械臂1处于初始状态。若轮胎模具10为圆形模具，则利用画圆清洗法对轮胎模具10进行清洗。设定初始圆心、画圆半径和激光移动速度后启动装置，以机械臂1初始状态时第六轴法兰装配模块13所在平面的位置为原点，设置初始圆心、画圆半径与激光移动速度。

若轮胎模具10为花块形模具，则采用画Z字清洗法对轮胎模具10进清洗，以机械臂1初始状态时第六轴法兰装配模块13所在平面的位置为原点，设定起点坐标、纵移距离和前进距离。

S3：启动装置，对轮胎模具10进行清洗。

在完成设置后，启动自动激光清洗装置，根据轮胎模具10种类对其进行清洗。

具体的，如图4所示，若轮胎模具10为圆形模具，则机械臂1的各个伺服电机根据画圆半径和初始圆心调整机械臂1状态，使激光清洗头3处于所要画的圆上后向计算机8返回信息，计算机8控制激光头启动后控制机械臂1按设定的画圆半径以及激光移动速度进行移动，同时，机械臂1根据激光移动速度控制激光清洗头3向侧方平移，使激光清洗头3可以完整清洗轮胎模具10。

如图5所示，若轮胎模具10为花块形模具，则机械臂1的各个伺服电机根据起点坐标调整机械臂1状态，使激光清洗头3处于起点坐标上后向计算机8返回信息，计算机8启动激光头后机械臂1首先根据前进距离调整激光清洗头3在纵向移动一个前进距离，随后机械臂1根据纵移距离和前进距离调整激光清洗头3，使激光清洗头3在纵向上移动一个纵移距离的同时在前进方向移动一个前进距离，随后交替以上移动过程，直至完成清洗。

灵活方便的清洗方式不仅极大地提升了操作的便捷性，更在减少了对轮胎模具的潜在损伤方面发挥了显著作用，每种清洗方法都是针对特定类型的模具设计的，在精准地去除污渍的同时避免对模具造成不必要的磨损或刮伤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。