一种轮胎模具线下激光自动清洗设备及清洗方法

技术领域

本发明涉及轮胎模具清理技术领域，特别是一种轮胎模具线下激光自动清洗设备及清洗方法。

背景技术

橡胶轮胎在周期性制造过程中，因生产用的轮胎模具反复在高压、高温环境下使用，会逐渐在模具表面附着一层橡胶、脱模剂等杂物，积累到一定程度会影响新胎生产的品质，从而形成次品胎或着废品胎。所以，必须对其表面残留的杂物进行周期性的清除。传统的清洗模式主要有：喷砂清洗法、干冰清洗法等。这些方法具有效率低、成本高、有损模具、人工劳动强度大等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种轮胎模具线下激光自动清洗设备及清洗方法，本激光自动清洗设备可以无序摆放轮胎模具，并可对轮胎模具全成型面自动识别和自动清洗。本发明还提出了上述轮胎模具线下激光自动清洗设备的使用方法、以及对应的轮胎模具花纹的清洗工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种轮胎模具线下激光自动清洗设备，包括

输送线体，其输送方向为第一方向；

清洗执行单元，设置在输送线体侧面，所述清洗执行单元的具有可发射激光光束的清洗执行末端；

视觉设备，安装于清洗执行末端，用于设觉识别并引导所述清洗执行单元带动清洗执行末端按照预定路径移动。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述输送线体包括三个独立动作且输送面依次连接的输送线，所述输送线的首个为输入输送线，第二个为清洗位，第三个为输出输送线。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述输送线包括

方管骨架，拼装为框架式结构；

头尾组件，有两组且分别安装在框架式结构顶部的起始端和终止端，且头尾组件均包括链轮；

直板滚子链条，回转的套装在两组头尾组件的链轮上；

减速电机，其输出端与所述直板滚子链条传动连接，以驱动所述直板滚子链条回转；

涨紧轮机构，其包括至少一个涨紧轮，其涨紧轮与所述直板滚子链条啮合。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述头尾组件、涨紧轮机构和直板滚子链条有两组，且分别设置在方管骨架第二方向的两侧，所述第二方向在水平面内垂直于第一方向；

两个所述直板滚子链条的外侧均设置有侧挡板，且两个侧挡板的起始端和末尾端均弯折并形成敞开状。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述输送线用于输送托盘，每一所述输送线的中部具有到位检测开关。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述清洗执行单元包括机器人，其包括动作执行末端，所述清洗执行末端设置在动作执行末端。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述清洗执行单元还包括吸负压装置，所述吸负压装置包括吸气管路，吸气管路的气体吸收端安装在清洗执行末端。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述清洗执行单元和激光清洗工位对应的输送线体外部罩装安全防护房。。

在第二个技术方案中，一种轮胎模具线下激光自动清洗设备的使用方法，使用如在第一个技术方案中所述的轮胎模具线下激光自动清洗设备，所述使用方法包括如下步骤：

S1、将花纹块模具L1或为侧板模具L2放置在托盘上，将托盘运输至输送线体的起始端；

S2、根据模具摆放类别，向清洗执行单元的控制部件输入对应的执行命令；

S3、控制托盘移动到清洗位，当清洗位的输送线检测到托盘后停止运行，清洗执行单元的视觉设备对清洗位的托盘上的模具拍照，获取轮胎磨具的相关尺寸数据；

S4、清洗执行单元的控制部件生成模具模型及清洗轨迹，并发送运行指令到清洗执行单元，清洗执行单元带动清洗执行末端产生激光光束并作用到模具表面，通过激光辐照能量使模具表面的污物瞬间蒸发或剥离，从而达到快速清洗的目的。

在第三个技术方案中，一种轮胎模具花纹的清洗工艺，使用如在第一个技术方案中所述的轮胎模具线下激光自动清洗设备，包括如下步骤：所述清洗工艺包括

对应花纹块模具，执行如下四个工艺：

工艺一、平行圆弧轨迹：控制激光光束末端焦点与花纹块模具表面重合，光线轴与花纹块模具圆弧方向保持垂直，激光光束与花纹块模具表面的法向面成一定角度，激光光束沿着花纹块模具圆弧方向来回做圆周运动，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具表面；

工艺二、平行垂直圆弧轨迹：控制激光光束末端焦点与花纹块模具表面重合，光线轴与花纹块模具圆弧方向保持平行，激光光束与花纹块模具表面的法向面成一定角度，激光光线轴与花纹块模具圆弧方向保持平行，并来回运动；清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具L1表面；

工艺三、第一斜向轨迹：控制激光光束末端焦点与花纹块模具表面重合，激光光束与花纹块模具表面的法向面成一定角度，激光光束与花纹块模具圆弧方向保持一定角度，从花纹块模具一个顶角来回运动至另一个顶角，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具表面；

工艺四、第二斜向轨迹：以轮胎模具曲形面花纹面的环形中心线为中心，镜像的设置工艺三中的激光光束的照射方向为工艺四种激光光束的照射方向，控制激光光束从花纹块模具一个顶角来回运动至另一个顶角，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具表面；

对应侧板模具：控制激光光束末端焦点与侧板模具表面重合,激光光束与侧板模具表面的法向面成一定角度，激光光束位于侧板模具圆周的某一处，光线轴与侧板模具径向方向重合，激光光束在机器人带动下绕侧板模具做往返圆周运动，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个侧板模具表面。

使用本发明的有益效果是：

本发明轮胎模具线下激光自动清洗设备以及使用方法，通过激光清洗轮胎磨具成型面的方式，避免传统喷砂清洗法损伤模具成型面的问题、以及干冰清洗法成本高的问题。同时本自动清洗设备还具有视觉设备，可进行视觉识别，可在托盘上无序摆放轮胎模具，视觉设备看根据轮胎模型成型面的位置自动调整工艺执行路线，全过程自动化。

本轮胎模具花纹的清洗工艺，根据花纹块模具和侧板模具对应设置不同的清洗工艺，可确保两种类型的轮胎模具的成型面杂物清理全面。

附图说明

图1为本发明轮胎模具线下激光自动清洗设备的结构俯视图；

图2为拆散的轮胎模具及模具托盘结构；

图3为输送线体结构图；

图4为输送线单体结构图；

图5为清洗执行单元的示意图；

图6为集成控制柜结构图；

图7为花纹块清洗轨迹之一平行圆弧轨迹示意图；

图8为花纹块清洗轨迹之二垂直圆弧轨迹示意图；

图9为花纹块清洗轨迹之三斜向轨迹的示意图；

图10为花纹块清洗轨迹之四斜向轨迹的示意图；

图11为侧板清洗轨迹示意图；

图12为激光光束及光线轴示意图。

附图标记包括：

1-激光发生器，2-清洗执行单元，3-输送线体，4-烟尘净化器，5-稳压电源，6-安全防护房，7-集成控制柜；

11-水冷机，12-电柜空调，13-气动三联件，14-电柜体；

21-机器人，22-清洗头，23-3D相机，24-吸风抽尘管路，25-管线包，26-底座，27-伺服电机，28-中空旋转台，29-清洗头过渡板，30-法兰连接板，31-托盘，32-主梁型钢，33-头尾组件，34-方管骨架，35-减速电机，36-传动链轮，37-直板滚子链条，38-传动轴，39-轴承座，40-涨紧轮机构，41-侧挡板，42-调整脚杯，43-到位检测开关，61-工控机，62-彩色显示器，80-激光光束，81-光线轴；

L1-花纹块模具，L2-侧板模具；

S1、S2、S3-输送线。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

为解决现有技术中轮胎模具清理效率低、成本高、有损模具、人工劳动强度大的问题。本实施例提出了一种轮胎模具线下激光自动清洗设备及清洗方法。

实施例1

如图1所示，本实施例提出的一种轮胎模具线下激光自动清洗设备包括激光发生器1、清洗执行单元2、输送线体3、烟尘净化器4、稳压电源5、安全防护房6和集成控制柜7。

具体的，输送线体3为单向输送的线体，输送线体3用于输送托盘31，如图2所示，托盘31的顶面为承托面，其承托有花纹块模具L1和/或侧板模具L2，如图3所示，输送线体3包括三个可独立运转的输送线S1、S2、S3，其中中间的输送线S2为清洗位。在输送线体3对应清洗位处的侧面安装有清洗执行单元2，清洗执行单元2的作用是对清洗位的托盘31上的模具进行激光清洗。在输送线S2以及清洗执行单元2的外罩有安全防护房6。其他的主要设备，如激光发生器1、烟尘净化器4、集成控制柜7和稳压电源5均设置在安全防护房6的外部。

如图4所示，图4为单个输送线的示意图。输送线S1、S2、S3的主体支撑结构为方管骨架，方管骨架的顶部设置两个相互平行且水平设置的主梁型钢32，主梁型钢32的前端和后端均设置头尾组件33，头尾组件33包括用于支撑、以及传动直板滚子链条回转的齿轮，支撑直板滚子链条回转的安装在主梁型钢32的前端和后端的齿轮上。在直板滚子链条的外侧设置侧挡板41，侧挡板41的起始端和末尾端均弯折并形成敞开状，引导侧挡板41端部弯折具有导向的作用，引导托盘31进入到直板滚子链条上。侧挡板41的另一作用是放置托盘31在输送的过程中移动路线偏移。直板滚子链条的驱动装置是减速电机，减速电机安装在输送线体3下部，减速电机的输出端具有驱动链轮。在方管骨架内部还具有一个传动轴38，传动轴38的设置方向为水平设置且垂直于第一方向，传动轴38通过轴承座39以及轴承转动支撑，轴承座39上安装有传动链轮，该传动链轮与减速电机上的驱动链轮通过一传动链条动力连接，传动轴38在通过链条传动的方式驱动一个输送线S1、S2、S3上的两个直板滚子链条同步运转。

在一个主梁型钢32的内侧的中部设置有到位检测开关43，到位检测开关43用于与集成控制柜7信号连接，当托盘31移动到位后触发到位检测开关43，到位检测开关43发送检测信号至集成控制柜7，集成控制柜7下达指令以使输送线体3对应的输送线S1、S2、S3暂停动作。在方管骨架的下方的边角处设有调整脚杯42，调整脚杯42用于调节输送线S1、S2、S3的高度，使三个输送线S1、S2、S3首尾对齐。在直板滚子链条的回转移动路径上还设有涨紧轮机构40，涨紧轮机构40通过涨紧轮与直板滚子链条啮合，使直板滚子链条保持涨紧，避免直板滚子链条跳齿。

清洗执行单元2包括工业机器人21、清洗头22、3D相机23、吸风抽尘管路24和管线包25。机器人21通过底座26固定在地面上，法兰连接板30固定在机器人21末端，中空旋转台28一端固定在法兰连接板30，一端连接清洗头过渡板29，进而与清洗头22连接，清洗头22用于产生作用于花纹块模具L1或侧板模具L2的激光光束80。通过激光辐照能量使模具表面的污物瞬间蒸发或剥离，从而达到快速、自动洁净表面的目的。伺服电机27连接中空旋转台28，伺服电机27转动带动中空旋转台28旋转偏转角度，进一步的带动清洗头22偏转，进一步的可以控制激光光线与模具面清洗的夹角。3D相机23固定法兰连接板30上，在机器人21移动下可对清洗工位的模具进行拍照计算。抽尘管路通过关卡固定在清洗头22上，抽尘管路一端连接除尘器进风口，另一端吸尘口对准激光清洗点，可随清洗头22来回移动清洗进行随动抽尘处理。

如图6所示，集成控制柜7是集成激光器参数控制、3D相机23控制、PLC控制、气源控制、水冷机11控制、等系统一体电气集成的控制系统。集成控制柜7硬件主要由激光器发生器、水冷机11、电柜空调12、气动三联件13、电柜体14、3D相机23控制器(图中未示出)以及其它电气元件组成。

集成控制柜7内激光器参数控制，用于设置激光头的激光清洗参数，激光清洗参数包括激光平均功率(如激光平均功率≥1000W)、功率可调范围(如功率10％-100％，且渐变可调)、重复频率(如10-50KHz，且渐变可调)、扫描宽度(如10-150mm)、焦距(如210mm)等中的一种或几种。

集成控制柜7内3D相机23控制可控制触发相机在不同姿态下拍照，并进行模具相关尺寸点云数据的存储，同时3D相机2323拍照可记录托盘31上的模具在空间的具体位置。

集成控制柜7内PLC控制可用于输送线S1、输送线S2、输送线S3的转速、启停的控制；亦可用于设置清洗执行单元2上的伺服电机27偏转，进一步的控制清洗头22偏转，进一步的可以控制激光光线与模具面清洗的夹角。

集成控制柜7内气源控制可控制安全防护房6两侧防护门(未示出)升降、烟尘净化器4反吹供气控制、清洗头22保护吹气。

烟尘净化器4为高负压型，用于激光清洗过程所产生的烟尘进行收集净化处理，其过滤效率达到99％，过滤精度达到0.3-1um。

稳压电源5用于设备供电稳压，稳压精度在±2-5％之间，并具可调节性。

安全防护房6用于隔绝激光清洗区域与上下料区域，确保机器人21运行区域及激光清洗区域与人工操作无交集空间，让人机操作安全更有保障。安全防护房6采用方管焊接做支撑骨架，外用钣金固定，安全防护房6内置照明灯、监控摄像头，房内照明充足，全景视频监控，监控显示可在安全防护房6左侧彩色显示器62上实时查看。

如图1所示，工控机61内装有专用的轮胎模具模型生成软件(未示出)和清洗轨迹规划软件(未示出)，其中轮胎模具模型生成软件可自动提取3D相机23拍照获取的模具点云数据并进行处理、计算，进一步的生成模具尺寸。根据模具尺寸数据进一步的生成模具模型。清洗轨迹规划软件可根据模具模型生成软件生成的模具模型自动规划清洗轨迹路径，无需人工示教。

实施例2

本实施例提出了上述实施例1中轮胎模具线下激光自动清洗设备的使用方法，具体如下。

S1、人工将摆放在托盘31的模具或为花纹块模具L1或为侧板模具L2，整体叉车叉至输送线S1；

S2、在工控机61界面输入对应的模具型号，根据模具摆放类别选择不同清洗模式(或为花纹块清洗、或为侧板清洗、或为花纹块+侧板清洗模式)；

S3、点击工控机61面板启动按钮，安全防护房6两侧安全门自动升起，输送线S1、输送线S1启动运行，输送线S1将托盘31及模具传送至输送线S2；同时可继续在输送线S1上再转运一托盘31模具，以提高设备使用效率；

S3、当输送线S2上的到位检测开关43检测到托盘31时立即停止运行，同时安全防护房6两侧安全门自动落下以隔离清洗区域；

S4、机器人21带动3D相机23对清洗工位托盘31上的模具进行拍照，获取相关尺寸数据；

S5、系统经过轮胎模具模型生成软件和清洗轨迹规划软件，自动生成模具模型及清洗轨迹，通过工控机61发送运行指令到机器人21，机器人21带动清洗头22，清洗头22产生激光光束80并作用到模具表面，通过激光辐照能量使模具表面的污物瞬间蒸发或剥离，从而达到快速清洗的目的。

实施例3

本实施例提出了一种轮胎模具花纹的清洗工艺，使用上述实施例1中的轮胎模具线下激光自动清洗设备，结合图7-图12所示，具体如下。

清洗工艺包括对应花纹块模具L1，执行如下四个工艺：

如图7所示，工艺一、平行圆弧轨迹：控制激光光束80末端焦点与花纹块模具L1表面重合，光线轴81与花纹块模具L1圆弧方向保持垂直，激光光束80与花纹块模具L1表面的法向面成一定角度，激光光束80沿着花纹块模具L1圆弧方向来回做圆周运动，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具L1表面；

如图8所示，工艺二、平行垂直圆弧轨迹：控制激光光束80末端焦点与花纹块模具L1表面重合，光线轴81与花纹块模具L1圆弧方向保持平行，激光光束80与花纹块模具L1表面的法向面成一定角度，激光光线轴81与花纹块模具L1圆弧方向保持平行，并来回运动；清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具L1表面；

如图9所示，工艺三、第一斜向轨迹：控制激光光束80末端焦点与花纹块模具L1表面重合，激光光束80与花纹块模具L1表面的法向面成一定角度，激光光束80与花纹块模具L1圆弧方向保持一定角度，从花纹块模具L1一个顶角来回运动至另一个顶角，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具L1表面；

如图10所示，工艺四、第二斜向轨迹：以轮胎模具曲形面花纹面的环形中心线为中心，镜像的设置工艺三中的激光光束80的照射方向为工艺四种激光光束80的照射方向，控制激光光束80从花纹块模具L1一个顶角来回运动至另一个顶角，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个花纹块模具L1表面；

如图11所示，对应侧板模具L2：控制激光光束80末端焦点与侧板模具L2表面重合,激光光束80与侧板模具L2表面的法向面成一定角度，激光光束80位于侧板模具L2圆周的某一处，光线轴81与侧板模具L2径向方向重合，激光光束80在机器人21带动下绕侧板模具L2做往返圆周运动，清洗轨迹组需确保全部覆盖整个侧板模具L2表面。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。