BE1026814B1

BE1026814B1 - LASER-BASED SURFACE TREATMENT

Info

Publication number: BE1026814B1
Application number: BE20185841A
Authority: BE
Inventors: Pieter Cretskens; Emmanuel Flaam
Original assignee: Netalux Nv
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-30
Also published as: BE1026814A1

Abstract

In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor behandelen van een oppervlak, waarbij het behandelen gebeurt middels een laserstraal verkregen uit een laserbron, welke laserstraal daarbij het oppervlak aftast en met het oppervlak interageert. In het bijzonder worden er een eerste en een tweede laserstraal gebruikt, waarbij de eerste laserstraal verschilt van de tweede laserstraal in minstens één kenmerk gekozen uit: een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel en/of een tastsnelheid. In een verder aspect heeft de uitvinding nog betrekking op een inrichting voor het behandelen van een oppervlak.In a first aspect, the invention relates to a method for treating a surface, wherein the treatment is carried out by means of a laser beam obtained from a laser source, the laser beam thereby scanning the surface and interacting with the surface. In particular, a first and a second laser beam are used, the first laser beam differing from the second laser beam in at least one feature selected from: a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed. In a further aspect, the invention also relates to a device for treating a surface.

Description

LASERGEBASEERDE BEHANDELING VAN OPPERVLAKKENLASER-BASED SURFACE TREATMENT

TECHNISCH DOMEINTECHNICAL DOMAIN

De uitvinding heeft betrekking op een lasergebaseerde behandeling van oppervlakken. Onder andere kan de uitvinding verband houden met het verwijderen van oppervlaktelagen zoals coatings, verontreinigingen en gecontamineerde oppervlaktelagen. Ook kan de uitvinding worden toegepast voor activatie van opperlakken, of voor het lokaal doen smelten van oppervlaktelagen. De uitvinding is tot geen van deze behandelingen gelimiteerd.The invention relates to a laser-based treatment of surfaces. Among other things, the invention may be related to the removal of surface layers such as coatings, impurities and contaminated surface layers. The invention can also be used for activation of surface coatings, or for local melting of surface layers. The invention is not limited to any of these treatments.

STAND DER TECHNIEKSTATE OF THE ART

Oppervlakken kunnen worden behandeld door interactie van het oppervlak met een laserstraal. Volgens een aantal gekende mechanismen laten oppervlaktelagen los t.g.v. thermische spanningen, sublimeren of verdampen zij, ioniseren zij en/of ondergaan zij een chemische reactie. Gelijksoortige behandelingen kunnen gericht zijn op de activatie van oppervlakken, of op het toepassen van een lokale smeltbehandeling van het oppervlak (bv. voor een gecontroleerde diffusie van een gas in het oppervlak). De uitvinding is tot geen van deze gelimiteerd. “Laserablatie” verwijst specifiek naar het verwijderen van materiaal aan een oppervlak, via bestraling met een laser.Surfaces can be treated by interaction of the surface with a laser beam. According to a number of known mechanisms, surface layers release due to thermal stresses, sublimate or evaporate, ionize and / or undergo a chemical reaction. Similar treatments can be aimed at the activation of surfaces, or the application of a local melt treatment of the surface (eg for a controlled diffusion of a gas into the surface). The invention is not limited to any of these. "Laser ablation" refers specifically to the removal of material from a surface, by irradiation with a laser.

Apparatuur voor het behandelen van oppervlakken, bijvoorbeeld voor het verwijderen van oppervlaktelagen, en voor het decontamineren van oppervlakken, is eveneens gekend uit de stand der techniek.Equipment for treating surfaces, for example for removing surface layers, and for decontaminating surfaces, is also known in the art.

Zo beschrijft DE 20 2017 103 770 U1 een draagbaar laserapparaat dat optioneel op een robotarm kan worden gemonteerd. Dergelijke apparatuur kan worden ingezet voor het weghalen van verflagen, voor het ontvetten, voor verwijdering van roest en dergelijke.For example, DE 20 2017 103 770 U1 describes a portable laser device that can be optionally mounted on a robot arm. Such equipment can be used for removing paint layers, for degreasing, for removing rust and the like.

Verder beschrijft WO 2018 167 712 A1 een laserapparaat met een laserbron voor het genereren van een gepulste laserstraal, met een regelaar voor het afregelen van een focale afstand, met beweegbare spiegelsystemen voor het afbuigen van de laserstraal, en met op zijn minst één sensor. Deze laatste voorziet een signaal dat met een opperlakkarakteristiek is gerelateerd. Een controle-eenheid verzorgt daarbij de ogenblikkelijke aansturing van het apparaat, op basis van het gemeten signaal.Furthermore, WO 2018 167 712 A1 describes a laser device with a laser source for generating a pulsed laser beam, with a controller for adjusting a focal distance, with movable mirror systems for deflecting the laser beam, and with at least one sensor. The latter provides a signal which is related to a surface coating characteristic. A control unit takes care of the immediate control of the device, based on the measured signal.

BE2018/5841BE2018 / 5841

Tot slot beschrijft DE 10 113 494 A1 nog apparaat voor verwijdering van oppervlaktelagen. Het apparaat omvat een laserbron die met een lichtgeleider is gekoppeld. Ingekoppelde laserstralen worden tot aan een draagbare laserbehandelingskop geleid, voor behandeling van het oppervlak. Toepassingen situeren zich weerom binnen de verwijdering van roest en verf. Eventueel schadelijke stoffen kunnen worden ingezogen, waarbij zij via een leiding langsheen de lichtgeleider worden afgevoerd.Finally, DE 10 113 494 A1 also describes a device for removing surface layers. The device includes a laser source coupled to a light guide. Coupled laser beams are fed to a portable laser treatment head for surface treatment. Applications are again situated within the removal of rust and paint. Possibly harmful substances can be sucked in, whereby they are removed via a pipe along the light guide.

Voor een aantal veeleisende toepassingen is het echter noodzakelijk dat oppervlaktelagen met de grootste doeltreffendheid worden verwijderd. Bij reiniging van RVS oppervlakken in de farmaceutische industrie is een minimum vereiste decontaminatiegraad van 95% of hoger geen uitzondering. Het zelfde geldt voor het verwijderen van schadelijke oppervlaktelagen zoals toxische coatings en radioactieve contaminatie. Voor heel wat toepassingen blijkt de doeltreffendheid van gekende laserapparatuur dan ook ontoereikend.However, for some demanding applications it is necessary to remove surface layers with the greatest effectiveness. When cleaning stainless steel surfaces in the pharmaceutical industry, a minimum required decontamination degree of 95% or higher is no exception. The same goes for removing harmful surface layers such as toxic coatings and radioactive contamination. Therefore, the effectiveness of known laser equipment proves to be insufficient for many applications.

Lasergebaseerde behandeling van oppervlakken kan o.a. worden beoordeeld op de doeltreffendheid (zowel bij vlakke als gebogen oppervlakken en/of bij oppervlakken met facetten), de snelheid, de efficiëntie, de gebruiksvriendelijkheid, het veiligheidsrisico voor operator en omgeving, de capaciteit, de autonomie, en de wendbaarheid ervan. Ook kan het toepassingsbereik van belang zijn, met een zo groot mogelijke verscheidenheid aan oppervlakken en oppervlaktelagen die kunnen worden behandeld. Voor een aantal toepassingen kan het van belang zijn dat het substraat zo min mogelijk wordt gewijzigd, bijvoorbeeld met oog op behoud van de mechanische eigenschappen. Zelfs bij lasergebaseerde verwijdering van oppervlaktelagen aan oppervlakken, wordt bij voorkeur slechts een minimum aan substraat weggehaald. In het andere geval komt er een grotere hoeveelheid interactieproducten vrij die eventueel moeten worden uitgefilterd. Naast de omvang, kan ook de aard en afvoer van deze restproducten worden beoordeeld. Optioneel gaat het om toxische restproducten.Laser-based treatment of surfaces can be assessed on effectiveness (both flat and curved surfaces and / or faceted surfaces), speed, efficiency, user-friendliness, safety risk for operator and environment, capacity, autonomy, and its agility. The range of application can also be important, with the widest possible variety of surfaces and surface layers that can be treated. For a number of applications it may be important that the substrate is changed as little as possible, for example with a view to retaining the mechanical properties. Even with laser-based removal of surface layers on surfaces, preferably only a minimum of substrate is removed. Otherwise, a larger amount of interaction products is released which may have to be filtered out. In addition to the size, the nature and disposal of these residual products can also be assessed. Optionally, this concerns toxic residual products.

Nu beoogt de huidige uitvinding een nieuwe werkwijze en inrichting voor lasergebaseerde behandeling van oppervlakken, bijvoorbeeld voor lasergebaseerde verwijdering van oppervlaktelagen. Bij voorkeur zijn daarbij één of meerdere van bovengenoemde eigenschappen verbeterd.Now, the present invention contemplates a new method and apparatus for laser-based surface treatment, for example, for laser-based surface layer removal. Preferably, one or more of the above properties are improved.

BE2018/5841BE2018 / 5841

SAMENVATTING VAN DE UITVINDINGSUMMARY OF THE INVENTION

Daartoe voorziet de uitvinding in een eerste aspect een werkwijze volgens conclusie 1, voor het behandelen van een oppervlak. In het bijzonder wordt er een eerste en een tweede laserstraal worden gebruikt. De eerste laserstraal verschilt van de tweede laserstraal in minstens één kenmerk gekozen uit: een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel en/of een tastsnelheid.To this end, the invention provides in a first aspect a method according to claim 1, for treating a surface. In particular, a first and a second laser beam are used. The first laser beam differs from the second laser beam in at least one characteristic selected from: a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed.

De uitvinders stelden immers vast dat de doeltreffendheid niet noodzakelijk verhoogt bij een sterkere concentratie van de aangewende lichtenergie, bijvoorbeeld via een hogere pulsfrequentie (i.e. een kortere opeenvolging van de pulsen), via een lagere tastsnelheid (i.e. een grotere ruimtelijke overlap tussen de pulsen), via een hogere pulsenergie (i.e. een hogere energie per puls), of via een hogere lichtintensiteit (voor een continu-laser). Vaak geeft een al te hoge energieconcentratie sneller aanleiding tot (eventueel ongewenste) wijzigingen aan het substraat, en/of tot het onherroepelijk insmelten van contaminanten.Indeed, the inventors found that the effectiveness does not necessarily increase with a higher concentration of the applied light energy, for example via a higher pulse frequency (ie a shorter succession of pulses), via a lower scanning speed (ie a greater spatial overlap between the pulses), via a higher pulse energy (ie a higher energy per pulse), or via a higher light intensity (for a continuous laser). Often too high an energy concentration gives rise faster to (possibly undesired) changes to the substrate, and / or to the irreversible melting down of contaminants.

Nu voorziet de uitvinding een oppervlakbehandeling in minstens twee stappen. Bijvoorbeeld gaat het om een behandeling voor het verwijderen van een oppervlaktelaag aan een oppervlak. In een eerste, veeleer grove behandelingsstap wordt een overgroot deel van de oppervlaktelaag weggehaald aan een relatief hoge snelheid. In een daarop volgende, tweede en fijnere behandelingsstap, kan een restdeel van de oppervlaktelaag worden verwijderd. Dit, met een sterk verbeterde doeltreffendheid als globaal resultaat.Now the invention provides a surface treatment in at least two steps. For example, it is a treatment for removing a surface layer from a surface. In a first, rather coarse treatment step, a large part of the surface layer is removed at a relatively high speed. In a subsequent, second and finer treatment step, a residual part of the surface layer can be removed. This, with greatly improved effectiveness as a global result.

Verder stelden de uitvinders vast dat het ruimtelijk profiel van de laserstralen in belangrijke mate de behandeling beïnvloed. In een verdere uitvoeringsvorm volgens conclusie 2, omvatten de eerste en de tweede laserstraal een onderling verschillend laserprofiel.Furthermore, the inventors determined that the spatial profile of the laser beams significantly influences the treatment. In a further embodiment according to claim 2, the first and the second laser beam comprise a mutually different laser profile.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding nog een inrichting volgens conclusie 14.In a second aspect, the invention provides a further device according to claim 14.

BESCHRIJVING VAN DE FIGURENDESCRIPTION OF THE FIGURES

Figuur 1A is een schematische weergave van een oppervlak met oppervlaktelaag, volgens een mogelijke uitvoeringsvorm.Figure 1A is a schematic representation of a surface with surface layer, according to a possible embodiment.

BE2018/5841BE2018 / 5841

Figuren 1B-C tonen schematische weergaven van het oppervlak volgens Fig. 1A, na een lasergebaseerde verwijdering van de oppervlaktelaag volgens de stand der techniek (prior art).Figures 1B-C show schematic representations of the surface of Fig. 1A, after a laser-based removal of the surface layer according to the prior art (prior art).

Figuren 2A-B illustreren een aantal mogelijke uitvoeringsvormen van de verwijdering van de oppervlaktelaag volgens Fig. 1A.Figures 2A-B illustrate a number of possible embodiments of the removal of the surface layer according to Figs. 1A.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVINGDETAILED DESCRIPTION

De uitvinding betreft een werkwijze en een inrichting voor het verwijderen van een oppervlaktelaag van een oppervlak, waarbij het verwijderen gebeurt middels een laserstraal verkregen uit een laserbron.The invention relates to a method and an apparatus for removing a surface layer from a surface, wherein the removal takes place by means of a laser beam obtained from a laser source.

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding. Voor een betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende termen expliciet uitgelegd.Unless otherwise defined, all terms used in the description of the invention, including technical and scientific terms, have the meaning generally understood by those skilled in the art of the invention. For a better assessment of the description of the invention, the following terms are explicitly explained.

“Een”, ”de” en “het” refereren in dit document naar zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, “een segment” betekent een of meer dan een segment.“A”, “the” and “it” refer to both singular and plural in this document unless the context clearly assumes otherwise. For example, “a segment” means one or more than a segment.

Wanneer “ongeveer”, “rond” of “bij benadering” in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term “ongeveer”, “rond” of “bij benadering” gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.When "about", "round" or "approximate" is used in this document with a measurable quantity, a parameter, a duration or moment, and the like, then variations of +/- 20% or less, preferably + are meant / -10% or less, more preferably +/- 5% or less, even more preferably +/- 1% or less, and even more preferably +/- 0.1% or less than and of the quoted value, insofar as such variations apply in the described invention. However, this should be understood to mean that the value of the quantity using the term "approximately", "round" or "approximate" is itself specifically disclosed.

De termen “omvatten”, “omvattende”, “bestaan uit”, “bestaande uit”, “voorzien van”, “bevatten”, “bevattende”, “behelzen”, “behelzende”, “inhouden”, “inhoudende” zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.The terms "include", "include", "consist of", "consist of", "include", "contain", "contain", "include", "include", "contain", "contain" are synonyms and are inclusive or open terms that indicate the presence of what follows, and that do not exclude or prevent the presence of other components, features, elements, members, steps, known from or described in the prior art.

BE2018/5841BE2018 / 5841

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.Quoting numerical intervals through the endpoints includes all integers, fractions, and / or real numbers between the endpoints, including these endpoints.

Een “gepulste laserstraal” geeft zijn optisch vermogen vrij in opeenvolgende laserpulsen. De betekenis van volgende termen m.b.t. gepulste laserstralen wordt hierin verder gespecifieerd; de “pulsfrequentie” of “herhalingsfrequentie” is de tijdsfrequentie waarmee de genoemde pulsen optreden. De “pulsenergie” slaat op de totale lichtenergie die in de afzonderlijke pulsen is vervat. De “pulsvorm” omvat informatie die verband houdt met het tijdsverloop van de lichtenergie, per puls. De pulsvorm moet daarbij breed worden begrepen, en kan bijvoorbeeld verwijzen naar de totale tijdsduur van elke puls (e.g. onder de vorm van een FWHM-waarde m.b.t. de lichtenergie). Als alternatief verwijst de pulsvorm naar het daadwerkelijk verloop van de lichtenergie in de tijd. Echter, de pulsvorm is tot geen van deze gelimiteerd. Het “spectrum” omvat informatie die verband houdt met de spectrale inhoud van de pulsen. Het spectrum moet breed worden begrepen, en kan bijvoorbeeld verwijzen naar een centrale golflengte van de laserstraal, en optioneel ook naar een spectrale breedte van de laserstraal. Echter, het spectrum is hiertoe geenszins gelimiteerd.A “pulsed laser beam” releases its optical power in successive laser pulses. The meaning of the following terms regarding pulsed laser beams is further specified herein; the "pulse frequency" or "repetition frequency" is the time frequency at which the said pulses occur. The “pulse energy” refers to the total light energy contained in the individual pulses. The "pulse shape" contains information related to the time course of the light energy, per pulse. The pulse shape should be broadly understood, and may refer, for example, to the total duration of each pulse (e.g., in the form of an FWHM value related to light energy). Alternatively, the pulse shape refers to the actual course of the light energy over time. However, the pulse shape is not limited to any of these. The "spectrum" includes information related to the spectral content of the pulses. The spectrum must be broadly understood, and may refer, for example, to a central wavelength of the laser beam, and optionally also to a spectral width of the laser beam. However, the spectrum is by no means limited to this.

Het “laserprofiel” houdt verband met een intensiteitsverdeling in dwarse doorsnede van de laserstraal, op een vooropgestelde locatie langsheen het pad ervan (bv. ter hoogte van een bestraald oppervlak). Zoals gekend in de lasertechnologie, worden er verschillende “types” van laserprofielen onderscheiden. Een aantal voorbeelden van gekende types laserprofielen zijn: een Gaussisch laserprofiel, een tophat laserprofiel, een ringvormig laserprofiel en een Bessels laserprofiel. Onderhavige uitvinding is tot geen van deze gelimiteerd; optioneel worden bijvoorbeeld hogere orde lasermodes aangewend, met hogere orde intensiteitsverdelingen. Geschikte laserprofielen, net als methodieken om overeenkomstige laserstralen te genereren, om te vormen, te transporteren en/of te focussen, zijn gekend door de vakman.The “laser profile” is related to a cross-sectional intensity distribution of the laser beam, at a predetermined location along its path (eg at an irradiated surface). As known in laser technology, different “types” of laser profiles are distinguished. Some examples of known types of laser profiles are: a Gaussian laser profile, a tophat laser profile, an annular laser profile and a Bessels laser profile. The present invention is not limited to any of these; optionally, higher order laser modes are used, with higher order intensity distributions. Suitable laser profiles, as well as methods for generating, converting, transporting and / or focusing corresponding laser beams, are known to the person skilled in the art.

Het “laserprofiel” dient daarbij breed te worden begrepen. Bijvoorbeeld kan het laserprofiel informatie omvatten die verband houdt met het (benaderde) type van laserprofiel, zoals hierboven beschreven. I.h.b. kan het laserprofiel informatie omvatten m.b.t. een vorm van de ruimtelijke intensiteitsverdeling, met name of deze verdeling veeleer uitgesmeerd is, dan wel gelokaliseerd/puntig is. In plaats daarvan of daarenboven, kan het laserprofiel informatie omvatten met betrekking tot de breedte van de laserstraal (i.e. de straalbreedte), bijvoorbeeld de 1/e²-breedte, de FWHMbreedte, of eender welke andere geschikte breedtewaarde, gekend in deThe “laser profile” should be broadly understood. For example, the laser profile may include information related to the (approximate) type of laser profile, as described above. In particular, the laser profile may contain information regarding a form of the spatial intensity distribution, in particular whether this distribution is rather smeared or localized / pointed. Alternatively or in addition, the laser profile may include information regarding the width of the laser beam (ie the beam width), for example the 1 / e ² width, the FWHM width, or any other suitable width value known in the

BE2018/5841 lasertechnologie. Dat een laserstraal (gepulste laser of continu-laser) “een welbepaald laserprofiel omvat”, moet hierin worden begrepen als dat de intensiteitsverdeling van de laserstraal in een dwarse doorsnede bij benadering voldoet aan de eigenschappen (e.g. het type, de straalbreedte, de uniformiteit van bestraling) die voor dat “laserprofiel” worden gespecifieerd. Bij gebruik van een laser voor het verwijderen van oppervlaktelagen, gaat het bij voorkeur om een dwarse doorsnede ter hoogte van, of nabij het relevante oppervlak.BE2018 / 5841 laser technology. The fact that a laser beam (pulsed laser or continuous laser) "comprises a well-defined laser profile" is to be understood herein as that the intensity distribution of the laser beam in a transverse cross-section approximates the properties (eg type, beam width, uniformity of irradiation) that are specified for that “laser profile”. When using a laser to remove surface layers, it is preferably a transverse section at or near the relevant surface.

Een “oppervlak” kan bijvoorbeeld slaan op een volledig oppervlak van een te behandelen werkstuk, of slechts op één of meerdere, te behandelen delen ervan. De uitvinding is hiertoe niet gelimiteerd. Bij voorkeur omvat het oppervlak een oppervlaktelaag.For example, a "surface" can refer to a complete surface of a workpiece to be treated, or only to one or more parts of it to be treated. The invention is not limited to this. Preferably, the surface comprises a surface layer.

De “oppervlaktelaag” kan een afzonderlijke laag zijn die is aangehecht op een onderliggende structuur van het oppervlak (= het substraat), bijvoorbeeld een afzonderlijke verflaag. Optioneel hebben de oppervlaktelaag en het substraat daarbij een verschillende opbouw, samenstelling en/of oorsprong. Optioneel bestaat daarbij een duidelijke grens tussen de oppervlaktelaag en het substraat. Als alternatief is er veeleer een geleidelijke overgang tussen de “oppervlaktelaag” en de onderliggende structuur van het oppervlak. Een voorbeeld is de diffusie van kleine, radioactieve deeltjes in betonnen oppervlak, waarbij de concentratie geleidelijk afneemt met toenemende diepte. Optioneel kan daarbij alsnog een grens worden gedefinieerd, bijvoorbeeld op basis van een drempelconcentratie. Dit zou toelaten om een bovenlaag aan te duiden als “oppervlaktelaag”. De onderliggende structuur maakt dan deel uit van het substraat. Overigens is het niet noodzakelijk zo dat de oppervlaktelaag zelf een aaneengesloten structuur vormt. De term “oppervlaktelaag”, zoals hierin gebruikt, kan eveneens slaan op partikels en/of componenten die verspreid op een substraat zijn aangehecht. De uitvinding is tot geen van deze gelimiteerd.The "surface layer" can be a separate layer adhered to an underlying structure of the surface (= the substrate), for example a separate paint layer. Optionally, the surface layer and the substrate have a different structure, composition and / or origin. Optionally, there is a clear boundary between the surface layer and the substrate. Alternatively, there is rather a gradual transition between the "surface layer" and the underlying structure of the surface. An example is the diffusion of small, radioactive particles into concrete surface, where the concentration gradually decreases with increasing depth. Optionally, a limit can still be defined, for example on the basis of a threshold concentration. This would allow to designate a top layer as a “surface layer”. The underlying structure then forms part of the substrate. Incidentally, it is not necessary that the surface layer itself forms a contiguous structure. The term "surface layer", as used herein, can also refer to particles and / or components that are adhered dispersed on a substrate. The invention is not limited to any of these.

Een oppervlaktelaag kan ruim worden begrepen als een aanhechting, omvat door een oppervlak, en waarvan minstens de gedeeltelijke verwijdering wordt beoogd. Bij voorkeur heeft de oppervlaktelaag minstens een opbouw of samenstelling die verschilt t.o.v. een onderliggende structuur van het oppervlak (e.g. het substraat). Optioneel kan er steeds een oppervlaktelaag en een substraat worden onderscheiden. Een oppervlak kan ook één of meerdere oppervlaktelagen omvatten.A surface layer can be broadly understood as an adhesion, encompassed by a surface, and at least the partial removal of which is intended. Preferably, the surface layer has at least a structure or composition that differs from an underlying structure of the surface (e.g., the substrate). Optionally, a surface layer and a substrate can always be distinguished. A surface can also comprise one or more surface layers.

De termen “automatisch” en afgeleide termen, zoals doorheen dit document gebruikt, verwijzen naar om het even welke werkwijze en/of inrichting die geen menselijke input vergt, bij de uitvoering respectievelijk de werking ervan. Optioneel is menselijke inputThe terms “automatic” and derived terms, as used throughout this document, refer to any method and / or device that does not require human input in its implementation or operation, respectively. Human input is optional

BE2018/5841 wel vereist of mogelijk, voorafgaand het uitvoeren van de werkwijze en/of voorafgaand aan het in werking getreden zijn van de inrichting.BE2018 / 5841 is required or possible, before carrying out the method and / or before the device has come into operation.

In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor het behandelen van een oppervlak, bijvoorbeeld voor het verwijderen van een oppervlaktelaag of contaminatie van een oppervlak, waarbij het behandelen gebeurt middels een laserstraal verkregen uit een laserbron, welke laserstraal daarbij het oppervlak aftast en met het oppervlak interageert. In het bijzonder worden een eerste en een tweede laserstraal gebruikt, waarbij de eerste laserstraal verschilt van de tweede laserstraal in minstens één kenmerk gekozen uit: een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel en/of een tastsnelheid.In a first aspect, the invention relates to a method for treating a surface, for instance for removing a surface layer or contamination from a surface, wherein the treatment is carried out by means of a laser beam obtained from a laser source, the laser beam thereby scanning the surface and with surface interacts. In particular, a first and a second laser beam are used, the first laser beam differing from the second laser beam in at least one feature selected from: a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed.

Volgens een niet-limitatieve uitvoeringsvorm gaat het om een eerste en een tweede, gepulste laserstraal. De uitvinding voorziet daarbij een werkwijze omvattende (a) het afleveren van een eerste gepulste laserstraal aan een oppervlak met een oppervlaktelaag of contaminatie, welke laserstraal een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm en een spectrum omvat, en welke laserstraal ter hoogte van het oppervlak een laserprofiel vertoont, en (b) het onderling bewegen van de laserstraal en het oppervlak waarbij de laserstraal het oppervlak aftast, aan een overeenkomstige tastsnelheid, en waarbij de laserstraal met het oppervlak interageert. In het bijzonder wordt nog een tweede, gepulste laserstraal afgeleverd aan het oppervlak, en onderling bewogen met het oppervlak, voor aftasting van en interactie met het oppervlak. Daarbij verschilt de tweede laserstraal van de eerste laserstraal in minstens een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel of een tastsnelheid.According to a non-limitative embodiment, it concerns a first and a second pulsed laser beam. The invention thereby provides a method comprising (a) delivering a first pulsed laser beam to a surface with a surface layer or contamination, which laser beam comprises a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape and a spectrum, and which laser beam at the surface has a laser profile, and (b) moving the laser beam and the surface together whereby the laser beam scans the surface, at a corresponding sensing speed, and the laser beam interacts with the surface. In particular, a second, pulsed laser beam is delivered to the surface, and moved with the surface, for scanning and interaction with the surface. The second laser beam differs from the first laser beam in at least a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile or a scanning speed.

Bij voorkeur bezitten de genoemde laserstralen een voldoend hoge energie; wanneer zij op het oppervlak invallen, interageren zij met het oppervlak ter hoogte van een “interactiezone”. Typisch worden de laserstralen in of nabij deze zone gefocust. Uiteindelijk zal dit aanleiding geven tot een minstens gedeeltelijke en minstens tijdelijke wijziging van het oppervlak. Bijvoorbeeld gaat het om de verwijdering van een oppervlaktelaag, of het smelten van een oppervlaktelaag aan het oppervlak. Typisch is de interactiezone aanzienlijk veel kleiner dan het te behandelen oppervlak. Met oog op de behandeling van uitgestrekte oppervlakken, wordt het oppervlak dus door de laserstralen “afgetast”. De interactiezone beweegt zich daarbij met een bepaalde tastsnelheid over het oppervlak. “Tastsnelheid”, zoals hierin gebruikt, kan naar de tijdsgemiddelde tastsnelheid verwijzen. In een mogelijke uitvoeringsvorm wordt een laserstraal op gecontroleerde wijze afgebogen, d.m.v. een optische module. Een hieruit resulterende, heen- en weergaande beweging leidt tot een hoofdzakelijk lijnvormigePreferably said laser beams have a sufficiently high energy; when they hit the surface, they interact with the surface at an “interaction zone”. Typically, the laser beams are focused in or near this zone. Ultimately, this will give rise to an at least partial and at least temporary change of the surface. For example, it concerns the removal of a surface layer, or the melting of a surface layer on the surface. Typically, the interaction zone is considerably smaller than the surface to be treated. Thus, in view of the treatment of extended surfaces, the surface is "scanned" by the laser beams. The interaction zone moves over the surface at a certain probing speed. "Probe speed," as used herein, may refer to the time average probe speed. In a possible embodiment, a laser beam is deflected in a controlled manner, by means of an optical module. A resulting reciprocating movement results in a substantially linear shape

BE2018/5841 aftasting. Bovendien, bij een voortbewegen van de optische module wordt de lijnvorm in dwarse richting uitgesmeerd tot een strook. Het is dan voornamelijk de heen- en weergaande bewegingscomponent die hierin bijdraagt tot de (gemiddelde) tastsnelheid. Uiteraard beperkt de uitvinding zich geenszins tot deze beweging en dit mechanisme voor aftasting. Bij voorkeur echter, gaat het in elk geval om een niet-willekeurige aftasting.BE2018 / 5841 scan. In addition, as the optical module advances, the line shape is spread transversely into a strip. It is then mainly the reciprocating movement component that contributes to the (average) probing speed. Of course, the invention is by no means limited to this movement and this scanning mechanism. Preferably, however, it is in any case a non-random scan.

Zoals gekend in de laserreiniging, leidt de interactie met een laserstraal tot de lokale verhitting van het oppervlak. Afhankelijk van de aard van het oppervlak (i.e. oppervlaktelaag + substraat), wordt de oppervlaktelaag daarbij minstens gedeeltelijk verwijderd. Niet-limiterende voorbeelden van oppervlaktelagen zijn vetlagen, roest, coatings zoals verflagen, lasresten, en/of radioactieve oppervlaktecontaminaties. Mogelijks verdampt/sublimeert de oppervlaktelaag, ondergaat de oppervlaktelaag een chemische reactie, of laat zij los t.g.v. thermische spanningen. Optioneel voorziet de uitvinding een afzuiging en filtering van een daarbij ontstaan interactieproduct (e.g. een gasvormig, een nevelig of stoffig product).As known in the laser cleaning, the interaction with a laser beam leads to the local heating of the surface. Depending on the nature of the surface (i.e. surface layer + substrate), the surface layer is thereby at least partially removed. Non-limiting examples of surface layers are grease layers, rust, coatings such as paint layers, welding residues, and / or radioactive surface contaminations. The surface layer may evaporate / sublimate, the surface layer will undergo a chemical reaction, or it will release due to thermal stresses. Optionally, the invention provides a suction and filtering of a resulting interaction product (e.g. a gaseous, a misty or dusty product).

De “doeltreffendheid” is een maat voor het welslagen van de uiteindelijke behandeling. In het bijzonder voor laserreiniging (i.e. lasergebaseerde verwijdering van oppervlaktelagen aan oppervlakken), kan de “decontaminatiegraad” worden gebruikt als synoniem voor doeltreffendheid. Bijvoorbeeld wordt daarbij geduid op de resterende massa aan oppervlaktelaag na de behandeling, t.o.v. de oorspronkelijke massa aanwezig op het oppervlak.The “effectiveness” is a measure of the success of the final treatment. In particular for laser cleaning (ie laser-based removal of surface layers from surfaces), the "decontamination degree" can be used as a synonym for effectiveness. For example, this refers to the residual mass of surface layer after the treatment, relative to the original mass present on the surface.

Bij voorkeur wordt er gebruik gemaakt van een gepulste laser. Dit laat toe om hogere hoeveelheden lichtenergie toe te dienen in kortere tijdsperiodes (nl. de duur van de puls). Dit laat een thermische relaxatie van het oppervlak toe, tussen de pulsen in. Echter, de uitvinding is hier geenszins toe gelimiteerd.Preferably, a pulsed laser is used. This allows to deliver higher amounts of light energy in shorter periods of time (i.e. the duration of the pulse). This allows a thermal relaxation of the surface in between the pulses. However, the invention is by no means limited to this.

Zoals hierboven beschreven, voorziet de huidige uitvinding een oppervlakbehandeling in minstens twee stappen. Een dergelijke werkwijze zou toelaten om in een eerste, veeleer grove behandelingsstap een overgroot deel van de oppervlaktelaag weg te halen, aan een relatief hoge snelheid. In een daarop volgende, tweede en fijnere behandelingsstap, zou een restdeel van de oppervlaktelaag kunnen worden weggehaald. Dit, met een sterk verbeterde doeltreffendheid als globaal resultaat van de laserbehandeling. Algemeen worden daartoe twee of meerdere, onderling verschillende laserstralen aangewend. In geval van het lokaal smelten van een oppervlaktelaag onder een welbepaalde atmosfeer (e.g. N2), voor diffusie van de betrokken gassen in hetAs described above, the present invention provides a surface treatment in at least two steps. Such a method would make it possible to remove a large part of the surface layer in a first, rather coarse treatment step, at a relatively high speed. In a subsequent, second and finer treatment step, a residual portion of the surface layer could be removed. This, with greatly improved effectiveness as a global result of the laser treatment. In general, two or more mutually different laser beams are used for this. In case of local melting of a surface layer under a specific atmosphere (e.g. N2), for diffusion of the gases involved in the

BE2018/5841 oppervlak, kan er een meer complex concentratieprofiel aan het oppervlak worden geconstrueerd in twee of meerdere stappen. De uitvinding is tot geen van deze toepassingen gelimiteerd. Bijvoorbeeld kan de uitvinding ook worden toegepast voor lasergebaseerde activatie van oppervlakken.BE2018 / 5841 surface, a more complex surface concentration profile can be constructed in two or more steps. The invention is not limited to any of these applications. For example, the invention can also be used for laser-based activation of surfaces.

Optioneel zijn de eerste en de tweede laserstraal afkomstig uit een afzonderlijke, eerste en een tweede laserbron. Dit is echter niet noodzakelijk het geval; een laserstraal afkomstig uit éénzelfde bron kan worden gewijzigd d.m.v. verdere optische elementen. In eerste instantie is de uitvinding niet gelimiteerd tot een welbepaalde eigenschap (e.g. pulsfrequentie, pulsenergie, pulsvorm, spectrum, laserprofiel of tastsnelheid) waarin de laserstralen verschillen. Verder is de uitvinding daarbij niet gelimiteerd tot welbepaalde onderdelen (e.g. de bron of bronnen, of verdere optische elementen) die verantwoordelijk zijn voor dit verschil in laserstralen.Optionally, the first and second laser beam are from a separate, first and a second laser source. However, this is not necessarily the case; a laser beam from the same source can be changed by means of further optical elements. In the first instance, the invention is not limited to a specific property (e.g. pulse frequency, pulse energy, pulse shape, spectrum, laser profile or scanning speed) in which the laser beams differ. Furthermore, the invention is not limited to specific parts (e.g. the source or sources, or further optical elements) that are responsible for this difference in laser beams.

Optioneel worden er drie of meer dan drie, onderling verschillende laserstralen aangewend.Optionally, three or more than three different laser beams are used.

Bij voorkeur gaat het om laserstralen met een centrale golflengte gelegen tussen 400 nm en 3000 nm, bij verdere voorkeur tussen 1000 nm en 1100 nm, bij verdere voorkeur tussen 1060 nm en 1070 nm (e.g. een Nd:YAG laser), en/of tussen 1025 nm en 1035 nm (e.g. een Yb:YAG laser). Echter kan de uitvinding onder andere worden toegepast met gebruik van een IR-laser (e.g. centrale golflengte ~1064 nm), een groene laser (e.g. centrale golflengte ~532 nm), een UV-laser (e.g. centrale golflengte ~355 nm), en eender welke combinatie daarvan. Bij voorkeur gaat het om laserstralen met een pulsduur van minimaal 10 ns en maximaal 1600 ns, bij voorkeur tussen 20 ns en 500 ns, bij verdere voorkeur tussen 50 ns en 150 ns. Bij voorkeur gaat het om laserstralen met een pulsfrequentie gelegen tussen 2 kHz en 2000 kHz, bij verdere voorkeur tussen 10 kHz en 100 kHz. Bij voorkeur gaat het om laserstralen met een gemiddeld vermogen tussen 10 W en 5000 W, bij verdere voorkeur tussen 20 W en 1000 W, bijvoorbeeld ongeveer 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 100 W, 150 W, 200 W, 500 W, 1000 W, 2000 W, 5000 W, of eender welke waarde daartussen. Bij voorkeur gaat het om laserstralen met een pulsenergie gelegen tussen 0,1 mJ en 200 mJ. Optioneel wordt er een pulsenergie van meer dan 100 mJ toegepast.These are preferably laser beams with a central wavelength between 400 nm and 3000 nm, more preferably between 1000 nm and 1100 nm, more preferably between 1060 nm and 1070 nm (eg an Nd: YAG laser), and / or between 1025 nm and 1035 nm (eg a Yb: YAG laser). However, the invention can be applied, inter alia, using an IR laser (eg central wavelength ~ 1064 nm), a green laser (eg central wavelength ~ 532 nm), a UV laser (eg central wavelength ~ 355 nm), and any combination thereof. These are preferably laser beams with a pulse duration of at least 10 ns and at most 1600 ns, preferably between 20 ns and 500 ns, more preferably between 50 ns and 150 ns. These are preferably laser beams with a pulse frequency between 2 kHz and 2000 kHz, more preferably between 10 kHz and 100 kHz. These are preferably laser beams with an average power between 10 W and 5000 W, more preferably between 20 W and 1000 W, for example about 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 100 W, 150 W, 200 W, 500 W, 1000 W, 2000 W, 5000 W, or any value in between. These are preferably laser beams with a pulse energy between 0.1 mJ and 200 mJ. Optionally, a pulse energy of more than 100 mJ is applied.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm wordt de werkwijze toegepast voor het verwijderen van een oppervlaktelaag aan het oppervlak. Daarbij werd een sterk verhoogde decontaminatiegraad vastgesteld, bij een adequate keuze van twee of meerdere laserstralen op basis van de aard van het oppervlak.In a further or alternative embodiment, the method is used to remove a surface layer from the surface. A strongly increased degree of decontamination was determined, with an adequate choice of two or more laser beams based on the nature of the surface.

BE2018/5841BE2018 / 5841

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvatten de eerste en de tweede laserstraal een onderling verschillend laserprofiel. Optioneel is de intensiteitsverdeling van de eerste laserstraal meer uniform, vergeleken met de tweede laserstraal. Optioneel is de intensiteitsverdeling van de tweede laserstraal meer geconcentreerd, vergeleken met de eerste laserstraal. Dit maakt een behandeling in twee stappen, zoals hierboven beschreven, mogelijk. Echter, als alternatief bezit de tweede laserstraal een meer uniforme intensiteitsverdeling, vergeleken met de eerste laserstraal. Of is de intensiteitsverdeling van de eerste laserstraal meer geconcentreerd, vergeleken met de tweede laserstraal.In a further or alternative embodiment, the first and the second laser beam comprise a mutually different laser profile. Optionally, the intensity distribution of the first laser beam is more uniform, compared to the second laser beam. Optionally, the intensity distribution of the second laser beam is more concentrated compared to the first laser beam. This allows a two-step treatment as described above. However, alternatively, the second laser beam has a more uniform intensity distribution compared to the first laser beam. Or, the intensity distribution of the first laser beam is more concentrated, compared to the second laser beam.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm zijn de eerste en/of tweede laserstraal gepulste laserstralen. In een mogelijke uitvoeringsvorm zijn beide laserstralen gepulste laserstralen, met hierboven vermelde voordelen. Echter is de uitvoeringsvorm hier niet toe gelimiteerd.In a further or alternative embodiment, the first and / or second laser beam are pulsed laser beams. In a possible embodiment, both laser beams are pulsed laser beams, with the above stated advantages. However, the embodiment is not limited to this.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de eerste laserstraal een grotere straalbreedte dan de tweede laserstraal. Bij voorkeur is de straalbreedte van de eerste laserstraal minstens 50% groter dan de straalbreedte van de tweede laserstraal, bij verdere voorkeur minstens 100%, bij verdere voorkeur minstens 150% en bij verdere voorkeur minstens 200% groter. Dit maakt een behandeling in twee stappen, zoals hierboven beschreven, mogelijk. Als alternatief bezit de tweede laserstraal een grotere straalbreedte dan de eerste laserstraal.In a further or alternative embodiment, the first laser beam comprises a wider beam width than the second laser beam. Preferably, the beam width of the first laser beam is at least 50% greater than the beam width of the second laser beam, more preferably at least 100%, more preferably at least 150%, and more preferably at least 200% greater. This allows a two-step treatment as described above. Alternatively, the second laser beam has a wider beam width than the first laser beam.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvatten de eerste en de tweede laserstraal respectievelijk een tophat laserprofiel en een Gaussisch laserprofiel. Een “tophat” laserprofiel omvat een hoofdzakelijk uniforme intensiteitsverdeling in een schijfvormige doorsnede. Daarbij laat het een meer gelijkmatige behandeling toe. Dit maakt een behandeling in twee stappen, zoals hierboven beschreven, mogelijk.In a further or alternative embodiment, the first and the second laser beam comprise a tophat laser profile and a Gaussian laser profile, respectively. A “tophat” laser profile comprises a substantially uniform intensity distribution in a disc-shaped section. In addition, it allows a more even treatment. This allows a two-step treatment as described above.

Optioneel vindt het lasergebaseerd verwijderen van de oppervlaktelaag plaats binnen een afgesloten omsluiting (ook wel: containment). Een dergelijke omsluiting heeft als voordeel dat het de omgeving volledig afschermt. Het risico op contact met mogelijks schadelijke interactieproducten (e.g. chroom-6 of radioactieve producten) en/of UV straling kan daarbij worden verkleind. Optioneel heerst er binnen het containment een lagere druk dan erbuiten; bijvoorbeeld bedraagt het drukverschil minstens 10 Pa, bij verdere voorkeur minstens 20 Pa en maximaal 400 Pa, bijvoorbeeld tussen 40 Pa, 60 Pa of 80 Pa. Een dergelijke onderdruk zou kunnen worden gerealiseerd middels eenOptionally, the laser-based removal of the surface layer takes place within a closed enclosure (also known as: containment). Such an enclosure has the advantage that it completely shields the environment. The risk of contact with potentially harmful interaction products (e.g. chromium-6 or radioactive products) and / or UV radiation can thereby be reduced. Optionally, there is less pressure within the containment than outside; for example, the pressure difference is at least 10 Pa, further preferably at least 20 Pa and at most 400 Pa, for example between 40 Pa, 60 Pa or 80 Pa. Such an underpressure could be realized by means of a

BE2018/5841 installatie voor afzuiging en filtering. Optioneel omvat de werkwijze nog de stappen van het insluizen van werkstukken (of te behandelen oppervlakken) d.m.v. een sluissysteem, en het uitsluizen van de behandelde werkstukken/oppervlakken.BE2018 / 5841 installation for extraction and filtering. Optionally, the method also comprises the steps of enclosing workpieces (or surfaces to be treated) by means of a lock system, and the lock-out of the treated workpieces / surfaces.

Overigens kan een dergelijke omsluiting algemeen worden toegepast bij laserbehandeling, dus ook bij laserbehandeling via slechts éénzelfde laserstraal.Incidentally, such an enclosure can be used generally in laser treatment, so also in laser treatment via only one laser beam.

De omsluiting kan bijvoorbeeld een handschoenkast omvatten. Dit laat de operator toe om via een paar handschoenen, van buitenaf, de laserapparatuur te bedienen die zich binnen de omsluiting bevindt. Daarbij bestaat geen risico op contact met mogelijks schadelijke interactieproducten. Als alternatief is de laserapparatuur volledig buiten de omsluiting voorzien, en is de omsluiting minstens gedeeltelijk transparant voor de gebruikte laserstraling. Dit laat een behandeling van het oppervlak middels laserstralen toe, doorheen de transparante wand van de omsluiting. Bevuiling van laserapparatuur met mogelijks schadelijke interactieproducten wordt daarbij rigoureus vermeden. Optioneel is een dergelijke omsluiting voorzien van een anti-reflectiecoating. Optioneel wordt er een luchtstroom voorzien langs een oppervlak van de behuizing, voor luchtkoeling en luchtspoeling van dat binnenoppervlak.The enclosure can for instance comprise a glove box. This allows the operator to operate the laser equipment contained within the enclosure using a pair of gloves from the outside. There is no risk of contact with potentially harmful interaction products. Alternatively, the laser equipment is provided completely outside the enclosure, and the enclosure is at least partially transparent to the laser radiation used. This allows treatment of the surface by laser beams through the transparent wall of the enclosure. Contamination of laser equipment with potentially harmful interaction products is thereby rigorously avoided. Optionally, such an enclosure is provided with an anti-reflection coating. Optionally, an airflow is provided along a surface of the housing, for air cooling and air flushing of that inner surface.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm wordt minstens één laserstraal onderling bewogen met het oppervlak d.m.v. een gerobotiseerde module (e.g. een robotarm), waarbij het oppervlak optioneel door een omsluiting zoals hierboven beschreven is omsloten. Optioneel is ook de gerobotiseerde module zelf omsloten door de omsluiting. Dit laatste is echter niet noodzakelijk het geval; een gedeeltelijk transparante omsluiting zou toelaten om alle laserapparatuur buiten de omsluiting te voorzien, zoals hierboven beschreven.In a further or alternative embodiment, at least one laser beam is mutually moved with the surface by means of a robotized module (e.g. a robot arm), the surface optionally enclosed by an enclosure as described above. Optionally, the robotized module itself is also enclosed by the enclosure. However, the latter is not necessarily the case; a partially transparent enclosure would allow to provide all laser equipment outside the enclosure as described above.

Bij voorkeur is een dergelijke, gerobotiseerde module minstens gedeeltelijk geautomatiseerd, en volstaan de vrijheidsgraden ervan voor de volledige behandeling van het oppervlak. Dit heeft als voordeel dat menselijke tussenkomst tot een minimum wordt herleid; het veiligheidsrisico wordt verder verlaagd. Voor grote werkstukken zou de robotarm aan het werkstuk zelf kunnen worden bevestigd, bijvoorbeeld via magneten, grijpmiddelen en dergelijke.Preferably, such a robotized module is at least partially automated, and its degrees of freedom are sufficient for complete surface treatment. This has the advantage that human intervention is minimized; the security risk is further reduced. For large workpieces, the robot arm could be attached to the workpiece itself, for example via magnets, gripping means and the like.

Optioneel zijn een eerste en tweede laserbehandelingskop (voor vrijgave van een eerste en tweede laserstraal) beide op eenzelfde robotarm voorzien. Bij gelijktijdige aansturing van de laserbehandelingskoppen, en bij een geschikte beweging door de robotarm, kan een constante tussentijd voor laserbehandelingen worden gerealiseerd. Als alternatief worden de laserbehandelingskoppen op afzonderlijke robotarmen voorzien. OverigensOptionally, a first and second laser treatment head (for releasing a first and second laser beam) are both provided on the same robot arm. With simultaneous control of the laser treatment heads, and with a suitable movement by the robot arm, a constant interval for laser treatments can be realized. Alternatively, the laser treatment heads are provided on separate robotic arms. Moreover

BE2018/5841 kan een robotarm algemeen worden toegepast bij laserbehandeling, dus ook bij laserbehandeling via slechts éénzelfde laserstraal.BE2018 / 5841, a robot arm can be generally used for laser treatment, so also for laser treatment using only the same laser beam.

Bijvoorbeeld wordt de gerobotiseerde module aangestuurd vanuit een automatische stuureenheid. Voor de behandeling van complexe oppervlakken, dient deze stuureenheid op zijn minst te beschikken over voldoende informatie wat betreft de positie, de oriëntatie, de vorm en de afmetingen van het te behandelen oppervlak. Daarenboven steunt laserreiniging veelal op een focus van laserstralen, op het oppervlak. Rekening houdende met de scherptediepte, de focale afstand en met het bereik van eventuele autofocus-systemen, is er een bepaalde werkafstand met een zekere marge voorgeschreven. Dit maakt dat de geometrie van het oppervlak met een voldoend grote accuraatheid en precisie moet gekend zijn. Enkel dan kunnen de benodigde bewegingen van de laserbehandelingskop worden bepaald.For example, the robotized module is controlled from an automatic control unit. For the treatment of complex surfaces, this control unit must have at least sufficient information regarding the position, orientation, shape and dimensions of the surface to be treated. In addition, laser cleaning often relies on a focus of laser beams, on the surface. Taking into account the depth of field, the focal distance and the range of any autofocus systems, a certain working distance with a certain margin is prescribed. This means that the geometry of the surface must be known with sufficient accuracy and precision. Only then can the necessary movements of the laser treatment head be determined.

In principe zou een driedimensionale voorstelling van het oppervlak, bijvoorbeeld een CAD tekening alvast volstaan voor weergave van alle informatie wat betreft de vorm en afmetingen van het object. Als alternatief worden er tijdens de behandeling meetgegevens verzameld met betrekking tot de geometrie van het oppervlak.In principle, a three-dimensional representation of the surface, for example a CAD drawing, would suffice to display all information regarding the shape and dimensions of the object. Alternatively, measurement data regarding surface geometry is collected during treatment.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het automatisch verzamelen van positionele informatie met betrekking tot een veelheid aan punten gelegen op het oppervlak, en het opmaken van een driedimensionale voorstelling van het oppervlak. Bijvoorbeeld omvat de werkwijze het opmeten van een puntenwolk van voldoend hoge densiteit. Deze puntenwolk beschrijft de positie van een groot aantal punten die op het oppervlak zijn gelegen. Bovendien laat de puntenwolk toe om een voorstelling voor het oppervlak te construeren, bijvoorbeeld aan de hand van een eindig-elementenmodel. Bij voorkeur omvat de voorstelling minstens een computerleesbare voorstelling die een automatische sturing toelaat.In a further or alternative embodiment, the method comprises automatically collecting positional information regarding a plurality of points located on the surface, and drawing up a three-dimensional representation of the surface. For example, the method comprises measuring a point cloud of sufficiently high density. This point cloud describes the position of a large number of points located on the surface. In addition, the point cloud allows to construct a representation for the surface, for example by means of a finite element model. Preferably, the representation comprises at least a computer-readable representation that permits automatic control.

Optioneel wordt de puntenwolk opgemeten aan de hand van een meetmodule (e.g. een laserscanner) met een afstandsmeter (e.g. op basis van driehoeksmeting). Uiteraard verschillen dergelijke laserstralen van de genoemde eerste/tweede laserstraal, in die zin dat hun interactie met het oppervlak niet leidt tot de verwijdering van een oppervlaktelaag. De betrokken energieën en/of intensiteiten zijn daartoe ontoereikend.Optionally, the point cloud is measured using a measuring module (e.g. a laser scanner) with a distance meter (e.g. based on triangulation). Of course, such laser beams differ from said first / second laser beam in that their interaction with the surface does not lead to the removal of a surface layer. The energies and / or intensities involved are insufficient for this.

De verwijdering van de oppervlaktelaag wordt niet enkel beïnvloed door de oppervlaktelaag zelf, maar ook door het onderliggend substraat. Bijvoorbeeld maakt een reflecterend substraat een meer efficiënte toediening van lichtenergie aan deThe removal of the surface layer is influenced not only by the surface layer itself, but also by the underlying substrate. For example, a reflective substrate allows a more efficient application of light energy to the

BE2018/5841 oppervlaktelaag mogelijk. Algemeen gesproken zou de benodigde energie-input dus afnemen, met een toename van de reflectiviteit van het substraat. Volgens een ander voorbeeld beïnvloeden de vormgeving en thermische conductiviteit van het substraat de mate waarin warmte wordt afgevoerd, naar en in het substraat. Voor eenzelfde temperatuursverhoging in de oppervlaktelaag moet er dus meer energie worden toegediend, naarmate de thermische conductiviteit van het substraat stijgt, en/of naarmate de materiaaldikte ervan toeneemt.BE2018 / 5841 surface layer possible. Generally speaking, the required energy input would thus decrease, with an increase in the reflectivity of the substrate. In another example, the shape and thermal conductivity of the substrate affect the rate of heat dissipation to and in the substrate. Thus, for the same increase in temperature in the surface layer, more energy must be applied as the thermal conductivity of the substrate increases, and / or as its material thickness increases.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het automatisch verzamelen van meetgegevens met betrekking tot de aard van het oppervlak, in een veelheid aan punten gelegen op het oppervlak, en het opmaken van een voorstelling m.b.t. de aard van het oppervlak. Een dergelijke voorstelling omvat bij voorkeur meetgegevens m.b.t. tot de oppervlaktelaag en/of meetgegevens m.b.t. het substraat.In a further or alternative embodiment, the method comprises automatically collecting measurement data regarding the nature of the surface, in a plurality of points located on the surface, and drawing up a representation of the nature of the surface. Such a representation preferably includes measurement data relating to the surface layer and / or measurement data relating to the substrate.

In het bijzonder wordt het oppervlak bij voorkeur op een geschikte wijze gekwantificeerd, bijvoorbeeld a.d.h.v. een laagdikte voor de oppervlaktelaag, een reflectiviteit van het substraat, een reflectiviteit van de oppervlaktelaag, een oppervlakteconcentratie aan contaminanten, een radioactieve oppervlaktecontaminatie (in Bq) of eenvoudigweg a.d.h.v. een merker (‘gecontamineerd’ of ‘nietgecontamineerd’). De uitvinding is tot geen van deze gelimiteerd. Kwantificatie laat toe om de eigenschappen/aard van het oppervlak in kaart te brengen; bijvoorbeeld wordt hogervermelde, driedimensionale voorstelling van het oppervlak daartoe verder aangevuld met meetgegevens m.b.t. de oppervlaktelaag en/of het substraat.In particular, the surface is preferably quantitated in a suitable manner, e.g. by means of a layer thickness for the surface layer, a reflectivity of the substrate, a reflectivity of the surface layer, a surface concentration of contaminants, a radioactive surface contamination (in Bq) or simply by means of a marker ("contaminated" or "non-contaminated"). The invention is not limited to any of these. Quantification allows to map the properties / nature of the surface; for example, the above-mentioned, three-dimensional representation of the surface is further supplemented with measurement data relating to the surface layer and / or the substrate.

Een dergelijke karakterisatie van de vormgeving van het oppervlak enerzijds, en de aard van het oppervlak anderzijds, laat een meer gerichte sturing van laserbewerkingskop(pen) toe. Onder andere kunnen daarbij de instelparameters (het traject en de snelheid van de laserbewerkingskoppen, een pulsfrequentie, pulsenergie, pulsvorm, spectrum, laserprofiel en/of tastsnelheid) optimaal worden afgeregeld, rekening houdende met deze karakterisatie. Optioneel wordt de aard van het substraat (e.g. hout, beton, een welbepaalde metaallegering) automatisch herkend (e.g. akoestisch), waarbij de instelparameters overeenkomstig worden aangepast. Optioneel wordt de decontaminatiegraad in real time beoordeeld (e.g. op basis van lichtspectroscopie), waarbij de instelparameters overeenkomstig worden aangepast.Such a characterization of the surface design on the one hand, and the nature of the surface on the other, allows for more targeted control of laser processing head (s). Among other things, the setting parameters (the range and speed of the laser processing heads, a pulse frequency, pulse energy, pulse shape, spectrum, laser profile and / or scanning speed) can be optimally adjusted, taking this characterization into account. Optionally, the nature of the substrate (e.g. wood, concrete, a specific metal alloy) is automatically recognized (e.g. acoustic), with the adjustment parameters adjusted accordingly. Optionally, the degree of decontamination is assessed in real time (e.g. based on light spectroscopy), with the adjustment parameters adjusted accordingly.

Kennis over het oppervlak laat bovendien een meer selectieve behandeling/verwijdering toe, bijvoorbeeld enkel daar waar de kwantificatie een drempelwaarde overschrijdt. Optioneel wordt voorgenoemde, driedimensionale voorstelling van het oppervlakKnowledge about the surface also allows for more selective treatment / removal, for example only where quantification exceeds a threshold value. The aforementioned three-dimensional representation of the surface is optional

BE2018/5841 daartoe opgedeeld in minstens één te behandelen zone (e.g. een gecontamineerde zone) en in minstens één goed-bevonden zone (e.g. een niet-gecontamineerde zone), op basis van de voorstelling van de oppervlaktelaag. Bij voorkeur worden enkel de te behandelen zones ook daadwerkelijk behandeld. Hiermee kan een tijdswinst worden geboekt.BE2018 / 5841 divided for this purpose into at least one zone to be treated (e.g. a contaminated zone) and in at least one approved zone (e.g. a non-contaminated zone), based on the representation of the surface layer. Preferably, only the zones to be treated are actually treated. This allows time savings to be made.

Eventueel ontstane interactieproducten, bij het verwijderen van oppervlaktelagen, zouden lokaal kunnen worden afgezogen, nabij de interactiezone. Vervolgens worden zij uitgefilterd. Een groot voordeel is dat er (met uitzondering van de filters) geen secundair afval ontstaat. Dit, in tegenstelling tot bv. zandstralen, of het weghalen van oppervlaktelagen d.m.v. afstripbare coatings. Wanneer nu enkel de gecontamineerde zones selectief worden behandeld, kunnen de filtersystemen nog efficiënter worden ingezet. Zij worden immers louter benut voor het filteren van daadwerkelijk (potentieel) verontreinigde lucht. Bovendien is er geen risico op contaminatie naar zones die oorspronkelijk niet-gecontamineerd waren. De interactieproducten worden immers lokaal ingezogen en afgevoerd, nog tijdens het weghalen van de oppervlaktelaag aan gecontamineerde zones. Bij de gekende werkwijzen, daarentegen, is een globale behandeling van volledige objectoppervlakken doorgaans noodzakelijk.Any resulting interaction products, when removing surface layers, could be locally extracted, near the interaction zone. They are then filtered out. A major advantage is that (with the exception of the filters) no secondary waste is generated. This, in contrast to, for example, sandblasting, or the removal of surface layers by means of strippable coatings. If only the contaminated zones are now treated selectively, the filter systems can be used even more efficiently. After all, they are only used for filtering actually (potentially) polluted air. In addition, there is no risk of contamination to zones that were originally uncontaminated. After all, the interaction products are drawn in and removed locally, even while removing the surface layer from contaminated areas. In the known methods, on the other hand, a global treatment of entire object surfaces is usually necessary.

Optioneel omvat de driedimensionale voorstelling een grafische voorstelling. Bijvoorbeeld zou een operator door middel van een VR-bril (of ander VR-middel) de oppervlaktelaag kunnen spotten, en door middel van een draagbaar apparaat handmatig verwijderen.Optionally, the three-dimensional representation includes a graphic representation. For example, an operator could spot the surface layer using VR glasses (or other VR means), and manually remove them using a portable device.

Naast het voorafgaand verzamelen van meetgegevens, kan het verzamelen van meetgegevens tijdens en/of na behandeling grote voordelen opleveren. Optioneel wordt de oppervlaktetemperatuur continu gemonitord, en/of worden de vrijgekomen interactieproducten continu geanalyseerd. A.d.h.v. dergelijke meetgegevens zou bijvoorbeeld een (eventueel ongewenste) wijziging aan het oppervlak/substraat ogenblikkelijk kunnen worden vastgesteld. Ook nog kan een continue analyse toelaten om de instelparameters continu te sturen, en om deze sturing te beoordelen (bijvoorbeeld a.d.h.v. een bepaalde decontaminatiegraad).In addition to the prior collection of measurement data, the collection of measurement data during and / or after treatment can yield major advantages. Optionally, the surface temperature is continuously monitored, and / or the released interaction products are continuously analyzed. A.d.h.v. such measurement data, for example, a (possibly undesirable) change to the surface / substrate could be determined immediately. A continuous analysis can also allow for continuous control of the setting parameters and for assessing this control (for example on the basis of a certain degree of decontamination).

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het via een communicatiemodule opladen, naar een centrale database, van:In a further or alternative embodiment, the method comprises uploading, via a communication module, to a central database:

- meetgegevens m.b.t. het oppervlak, welke meetgegevens voorafgaand aan het behandelen middels een laserstraal worden verzameld,- surface measurement data, which measurement data is collected by laser beam prior to treatment,

BE2018/5841BE2018 / 5841

- meetgegevens m.b.t. het oppervlak, welke meetgegevens tijdens en/of na het behandelen middels een laserstraal worden verzameld, en- surface measurement data, which measurement data are collected during and / or after treatment by means of a laser beam, and

- instelparameters m.b.t. een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel en/of een tastsnelheid van de gebruikte laserstraal of laserstralen.- setting parameters with regard to a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed of the laser beam or beams used.

De “centrale database” kan bijvoorbeeld worden geraadpleegd vanuit één of meerdere, soortgelijke inrichtingen voor verwijdering van oppervlaktelagen (e.g. voor opladen en/of opvragen van informatie). Een (niet-lokale) database die vanuit twee of meerdere inrichting wordt geraadpleegd, maakt bovendien de uitwisseling van gegevens tussen soortgelijke installaties mogelijk. Daarbij kunnen historische gegevens over de aard van oppervlakken, instelparameters en daarbij gerealiseerde contaminatielagen worden benut voor het bepalen van de optimale instelparameters bij een huidige oppervlakbehandeling. Bij voorkeur gaat het om een zelflerend systeem van één of meerdere inrichtingen. Het opslaan van dergelijke gegevens naar, en het opvragen van dergelijke gegevens uit een database, maakt een leerproces mogelijk. Daarbij wordt een automatisch geoptimaliseerde behandeling van het oppervlak, op basis van automatisch verzamelde meetgegevens beoogd.For example, the “central database” can be accessed from one or more similar devices for surface layer removal (eg for uploading and / or requesting information). A (non-local) database that is consulted from two or more establishments also allows the exchange of data between similar installations. Historical data about the nature of surfaces, setting parameters and the contamination layers realized during this process can be used to determine the optimal setting parameters for current surface treatment. It is preferably a self-learning system of one or more devices. Saving such data to, and retrieving such data from a database, enables a learning process. An automatically optimized surface treatment based on automatically collected measurement data is envisaged.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het via een communicatiemodule opvragen of afleiden, uit de centrale database, van een optimale instelparameter m.b.t. een pulsfrequentie, een pulsenergie, een pulsvorm, een spectrum, een laserprofiel en/of een tastsnelheid van een te gebruiken laserstraal, voor het behandelen van het oppervlak, bijvoorbeeld voor het verwijderen van de oppervlaktelaag en/of de contaminatie.In a further or alternative embodiment, the method comprises requesting or deriving, via a communication module, an optimum setting parameter with regard to a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed of a to be used, from the central database. laser beam, for treating the surface, for example for removing the surface layer and / or the contamination.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de oppervlaktelaag een radioactieve contaminatie. Een “radioactieve contaminatie”, zoals hierin gebruikt, moet worden begrepen als de aanwezigheid van radioactieve substanties, waar hun aanwezigheid onbedoeld of ongewild is (bron: IAEA). Onderhavige werkwijze leent zich in het bijzonder tot de verwijdering van radioactief gecontamineerde oppervlaktelagen.In a further or alternative embodiment, the surface layer comprises a radioactive contamination. A “radioactive contamination”, as used herein, is to be understood as the presence of radioactive substances, where their presence is unintentional or unintended (source: IAEA). The present method is particularly suitable for the removal of radioactively contaminated surface layers.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding een inrichting voor het behandelen van een oppervlak, bijvoorbeeld voor het verwijderen van een oppervlaktelaag en/of een contaminatie van een oppervlak, de inrichting omvattende een eerste optische module met een laserbron voor het genereren van een eerste laserstraal, verder geconfigureerd voor het richten en focussen van de laserstraal op een werkafstand vanaf de inrichting, voor interactie met het oppervlak. In het bijzonder omvat de inrichting verder nog eenIn a second aspect, the invention provides a device for treating a surface, for example for removing a surface layer and / or a contamination from a surface, the device comprising a first optical module with a laser source for generating a first laser beam, further configured to aim and focus the laser beam at a working distance from the device for interaction with the surface. In particular, the device further includes one

BE2018/5841 tweede optische module, voor het genereren, richten en focussen van een tweede laserstraal. Bij voorkeur is de inrichting onder meer geschikt voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze, waarbij dezelfde kenmerken en voordelen kunnen worden hernomen.BE2018 / 5841 second optical module, for generating, aiming and focusing a second laser beam. Preferably, the device is suitable, inter alia, for carrying out the above-described method, wherein the same features and advantages can be repeated.

Optioneel zijn een eerste en een tweede laserbehandelingskop vast ten opzichte van elkaar gepositioneerd, daarbij geconfigureerd voor gelijktijdige bediening. Bij een gecontroleerde beweging van de behandelingskoppen bestaat daarbij een vaste tussentijd tussen de eerste en de tweede laserbehandeling.Optionally, a first and a second laser treatment head are fixedly positioned relative to each other, configured for simultaneous operation. With a controlled movement of the treatment heads, there is a fixed interval between the first and the second laser treatment.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm zijn de genoemde optische modules geconfigureerd voor het genereren van laserstralen met een onderling verschillend, eerste en tweede laserprofiel. In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm zijn de genoemde optische modules geconfigureerd voor het genereren van gepulste laserstralen met een onderling verschillende pulsfrequentie, pulsenergie, pulsvorm, spectrum, laserprofiel en/of tastsnelheid.In a further or alternative embodiment, said optical modules are configured to generate laser beams with a mutually different first and second laser profile. In a further or alternative embodiment, said optical modules are configured to generate pulsed laser beams with mutually different pulse frequency, pulse energy, pulse shape, spectrum, laser profile and / or scanning speed.

In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de inrichting nog een communicatiemodule voor uitwisseling van gegevens met een centrale database. In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de inrichting nog een meetmodule voor het verzamelen van meetgegevens m.b.t. het oppervlak en/of de oppervlaktelaag. In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de inrichting nog een 3D-scanner voor het inlezen van een puntenwolk m.b.t. het oppervlak. In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm omvat de inrichting nog een afgesloten omsluiting, voor het omsluiten van het oppervlak tijdens de laserbehandeling. In een verdere of alternatieve uitvoeringsvorm, is minstens een deel van de optische module voorzien op een gerobotiseerde module, voor het bewegen van de erdoor gegenereerde laserstraal t.o.v. het oppervlak. Optioneel zijn een eerste en een tweede laserbehandelingskop voorzien op eenzelfde robotarm. Optioneel zijn zij op afzonderlijke robotarmen voorzien.In a further or alternative embodiment, the device also comprises a communication module for exchanging data with a central database. In a further or alternative embodiment, the device comprises a measuring module for collecting measurement data regarding the surface and / or the surface layer. In a further or alternative embodiment, the device further comprises a 3D scanner for reading in a point cloud with regard to the surface. In a further or alternative embodiment, the device also comprises a closed enclosure, for enclosing the surface during the laser treatment. In a further or alternative embodiment, at least part of the optical module is provided on a robotized module for moving the laser beam generated by it relative to the surface. Optionally, a first and a second laser treatment head are provided on the same robot arm. They are optionally provided on separate robot arms.

Bij voorkeur omvat de inrichting een afzuig- en filtersysteem, voor het afzuigen en uitfilteren van potentieel schadelijke interactieproducten. Optioneel omvat het genoemde filtersysteem één of meerdere HEPA-filters en/of actieve koolfilters. Optioneel wordt het filtersysteem aangevuld met een systeem voor gaswassing. De uitvinding is tot geen van deze gelimiteerd. Optioneel zijn er nog detectiesystemen voorzien voor het detecteren van interactieproducten en/of een concentratie aan contaminatie. Bijvoorbeeld zou er aan de filteruitgang een detectiesysteem voor radioactieve contaminatie kunnen worden voorzien.Preferably, the device comprises an extraction and filter system for extracting and filtering out potentially harmful interaction products. The said filter system optionally comprises one or more HEPA filters and / or activated carbon filters. The filter system is optionally supplemented with a gas scrubbing system. The invention is not limited to any of these. Optionally, detection systems are also provided for detecting interaction products and / or a concentration of contamination. For example, a detection system for radioactive contamination could be provided at the filter output.

BE2018/5841BE2018 / 5841

Bij voorkeur omvat de inrichting een koelsysteem om een constante werktemperatuur van de optische module(s) te bewaken.Preferably, the device includes a cooling system to monitor a constant operating temperature of the optical module (s).

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende voorbeelden die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.In what follows, the invention is described by means of non-limiting examples illustrating the invention, which are not intended or should be interpreted to limit the scope of the invention.

Figuur 1A is een schematische weergave van een oppervlak 1 met oppervlaktelaag 2, volgens een mogelijke uitvoeringsvorm. Het oppervlak 1 omvat verder nog een substraat 3, waarbij de oppervlaktelaag 2 op het substraatoppervlak 4 is aangehecht. Het getoonde substraatoppervlak 4 heeft een zekere oppervlakteruwheid die zich laat kenmerken door pieken 5 en dalen 6. De oppervlaktelaag 2 is tot in deze dalen 6 doorgedrongen. Bijvoorbeeld zou het kunnen gaan om een roest- of verflaag, of om radioactieve afzettingen op een metalen of betonnen substraat.Figure 1A is a schematic representation of a surface 1 with surface layer 2, according to a possible embodiment. The surface 1 further comprises a substrate 3, the surface layer 2 being adhered to the substrate surface 4. The substrate surface 4 shown has a certain surface roughness which can be characterized by peaks 5 and valleys 6. The surface layer 2 has penetrated into these valleys 6. For example, it could be a layer of rust or paint, or radioactive deposits on a metal or concrete substrate.

Figuren 1B-C tonen schematische weergaven van het oppervlak 1 volgens Fig. 1A, na een lasergebaseerde verwijdering van de oppervlaktelaag 2 volgens de stand der techniek (prior art). De doeltreffendheid van gekende methoden is echter veelal ontoereikend. Bijvoorbeeld, zoals getoond in Fig. 1B, blijft er een aanzienlijke restcontaminatie 7 achter in de dalen 6. Optioneel zou het oppervlak 1 volgens Fig. 1A intenser kunnen worden gereinigd, bijvoorbeeld d.m.v. een laserstraal met een hogere pulsenergie, een hogere pulsfrequentie of een lagere tastsnelheid. Echter, zoals getoond in Fig. 1C, kan een al te geconcentreerde toediening van energie aanleiding geven tot microsmelten; het oorspronkelijk substraatoppervlak 4 smelt en loopt uit, waarbij het een gewijzigd substraatoppervlak 4’ vormt. Diep ingesloten delen van de oppervlaktelaag 2 raken ingesmolten. Dergelijke restcontaminaties 7’ zijn erg moeilijk te verwijderen. Voor een aantal veeleisende toepassingen, bijvoorbeeld in de verwijdering van radioactieve oppervlaktecontaminatie, en in de farmacie, zijn dergelijke restcontaminaties 7’ zijn ontoelaatbaar.Figures 1B-C show schematic representations of the surface 1 according to fig. 1A, after a laser-based removal of the surface layer 2 according to the prior art (prior art). However, the effectiveness of known methods is often insufficient. For example, as shown in Fig. 1B, a significant residual contamination 7 remains in the valleys 6. Optionally, the surface 1 according to FIG. 1A can be cleaned more intensively, for example by means of a laser beam with a higher pulse energy, a higher pulse frequency or a lower scanning speed. However, as shown in Fig. 1C, an overly concentrated application of energy can lead to micro-melting; the original substrate surface 4 melts and tapers to form a modified substrate surface 4 ". Deeply enclosed parts of the surface layer 2 become fused. Such residual contaminations 7 are very difficult to remove. For a number of demanding applications, for example in the removal of radioactive surface contamination, and in pharmacy, such residual contaminations 7 are not permitted.

Echter, een al te invasieve behandeling van een “glad” oppervlak 1, met een lage oppervlakteruwheid, kan eveneens aanleiding geven tot het insmelten van de oppervlaktelaag 2, met vorming van ingesloten restcontaminaties 7’.However, an overly invasive treatment of a “smooth” surface 1, with a low surface roughness, can also lead to the fusion of the surface layer 2, forming enclosed residual contaminations 7 ".

Figuren 2A-B illustreren een aantal mogelijke uitvoeringsvormen van de verwijdering van de oppervlaktelaag 2 volgens Fig. 1A. Telkens wordt daartoe een eerste laserstraal 8 en een tweede laserstraal 9 toegepast, de tweede 9 verschillend van de eerste 8. InFigures 2A-B illustrate a number of possible embodiments of the removal of the surface layer 2 according to Figs. 1A. Each time a first laser beam 8 and a second laser beam 9 are used for this purpose, the second 9 different from the first 8. In

BE2018/5841 de figuren strekken de laserstralen 8, 9 zich hoofdzakelijk orthogonaal op het globale opperlak 1 uit. Uiteraard is de uitvinding hiertoe niet gelimiteerd.BE2018 / 5841 the figures, the laser beams 8, 9 extend mainly orthogonally on the global surface 1. The invention is of course not limited to this.

In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 2A, omvat de eerste laserstraal 8 een tophat laserprofiel 10, terwijl de tweede laserstraal 9 een Gaussisch laserprofiel 11 omvat. De maximale intensiteit van de eerste laserstraal 8 is de helft hoger dan deze van de tweede laserstraal 9. Verdere eigenschappen zoals de pulsfrequentie, de pulsenergie en de FWHM-straalbreedtes 12 zijn nagenoeg hetzelfde. In een eerste behandelingsstap 15 wordt het oppervlak 1 afgetast middels de eerste laserstraal 8, aan een eerste tastsnelheid 13. Het tophat laserprofiel 10 van de eerste laserstraal 8 biedt een nagenoeg uniforme intensiteit binnen een cirkelvormige doorsnede. De eerste laserstraal 8 is daarbij geschikt voor een grove, relatief snelle, en min of meer gelijkmatige behandeling van het oppervlak 1. Het merendeel van de oppervlaktelaag 2 wordt verwijderd, zonder daarbij het substraat 3 en substraatoppervlak 4 al te veel te wijzigen. Eventuele interactieproducten 14 kunnen optioneel worden afgezogen. Vervolgens, in een tweede behandelingsstap 16, wordt het resulterend oppervlak 1 afgetast middels de tweede laserstraal 9, aan een tweede tastsnelheid 13. De eerste 8 en tweede laserstraal 9 hebben nagenoeg dezelfde FWHM-straalbreedtes 12. Het Gaussisch intensiteitsprofiel van de tweede laserstraal 9 is daarbij inherent puntiger. De tweede laserstraal 9 is geschikt voor een fijnere en meer lokale oppervlaktebehandeling, bijvoorbeeld tot in de dalen 6. Met een dergelijk behandelingsproces in twee stappen, kan een meer doeltreffende reiniging van het oppervlak 1 worden bewerkstelligd. Bovendien zou de procestijd fel toenemen bij gebruik van louter de tweede laserstraal 9.In the embodiment according to FIG. 2A, the first laser beam 8 comprises a tophat laser profile 10, while the second laser beam 9 comprises a Gaussian laser profile 11. The maximum intensity of the first laser beam 8 is half higher than that of the second laser beam 9. Other properties such as the pulse frequency, the pulse energy and the FWHM beam widths 12 are almost the same. In a first treatment step 15, the surface 1 is scanned by the first laser beam 8, at a first scanning speed 13. The tophat laser profile 10 of the first laser beam 8 offers a substantially uniform intensity within a circular cross section. The first laser beam 8 is suitable for a coarse, relatively fast and more or less uniform treatment of the surface 1. The majority of the surface layer 2 is removed, without changing the substrate 3 and substrate surface 4 too much. Optional interaction products 14 can optionally be aspirated. Then, in a second treatment step 16, the resulting surface 1 is scanned by the second laser beam 9, at a second scanning speed 13. The first 8 and second laser beam 9 have substantially the same FWHM beam widths 12. The Gaussian intensity profile of the second laser beam 9 is inherently more pointed. The second laser beam 9 is suitable for a finer and more local surface treatment, for example down to the valleys 6. With such a two-step treatment process, a more effective cleaning of the surface 1 can be achieved. In addition, the process time would increase sharply if only the second laser beam 9 was used.

In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 2B, omvat de eerste laserstraal 8 een grotere straalbreedte 12 dan de tweede laserstraal 9. Beide omvatten een Gaussisch laserprofiel 11. De maximale intensiteit van de tweede laserstraal 9 is de helft hoger dan deze van de eerste laserstraal 8. Verdere eigenschappen zoals de pulsfrequentie en de pulsenergie zijn nagenoeg dezelfde. Optioneel omvat de tweede laserstraal 9 een kleinere centrale golflengte, hetgeen een nauwere focus toelaat. Tijdens de eerste behandelingsstap 15, is de eerste laserstraal 8 met zijn grotere straalbreedte 12 geschikt voor een grove verwijdering van de oppervlaktelaag 2. Tijdens de tweede behandelingsstap 16 wordt het daaruit verkregen oppervlak 1 nog bestraald met de fijnere en meer puntige, tweede laserstraal 9.In the embodiment according to FIG. 2B, the first laser beam 8 comprises a larger beam width 12 than the second laser beam 9. Both comprise a Gaussian laser profile 11. The maximum intensity of the second laser beam 9 is half higher than that of the first laser beam 8. Further properties such as the pulse frequency and the pulse energy is almost the same. Optionally, the second laser beam 9 has a smaller central wavelength, which allows for a closer focus. During the first treatment step 15, the first laser beam 8 with its larger beam width 12 is suitable for a coarse removal of the surface layer 2. During the second treatment step 16, the surface 1 obtained therefrom is still irradiated with the finer and more pointed second laser beam 9.

De genummerde elementen op de figuren zijn:The numbered elements on the figures are:

1. Oppervlak1. Surface

BE2018/5841BE2018 / 5841

2. Oppervlaktelaag2. Surface layer

3. Substraat3. Substrate

4. Substraatoppervlak4. Substrate surface

5. Piek5. Peak

6. Dal6. Valley

7. Restcontaminatie7. Residual contamination

8. Eerste laserstraal8. First laser beam

9. Tweede laserstraal9. Second laser beam

10. Tophat laserprofiel10. Tophat laser profile

11. Gaussisch laserprofiel11. Gaussian laser profile

12. Straalbreedte12. Beam width

13. Tastsnelheid13. Probe speed

14. Interactieproduct14. Interaction product

15. Eerste behandeling15. First treatment

16. Tweede behandeling16. Second treatment

Het is verondersteld dat de huidige uitvinding niet beperkt is tot de uitvoeringsvormen die hierboven beschreven zijn en dat enkele aanpassingen of veranderingen aan de beschreven voorbeelden kunnen toegevoegd worden zonder de toegevoegde conclusies te herwaarderen.It is believed that the present invention is not limited to the embodiments described above and that some modifications or changes to the described examples can be added without revaluating the added claims.

Claims

CONCLUSIONS

A method for treating a surface (1), wherein the treatment is carried out by means of a laser beam (8, 9) obtained from a laser source, the laser beam (8) thereby scanning the surface (1) and with the surface (1 ) interacts, characterized in that a first (8) and a second (9) laser beam are used, the first laser beam (8) being different from the second laser beam (9) in at least one characteristic selected from: a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed.

The method according to previous claim 1, wherein the first (8) and the second (9) laser beam comprise a mutually different laser profile.

The method according to any one of claims 1-2, wherein the first (8) and / or second (9) laser beam are pulsed laser beams.

The method of any one of claims 1 to 3, wherein the first (8) and second (9) laser beam are obtained from a first and a second laser source, respectively.

The method according to any one of claims 1-4, wherein the first laser beam (8) comprises a wider beam width (12) than the second laser beam (9).

The method of any one of claims 1 to 5, wherein the first (8) and second (9) laser beam comprise a tophat laser profile (10) and a Gaussian laser profile (11), respectively.

The method according to any one of claims 1-6, wherein at least one laser beam (8, 9) is mutually moved with the surface (1) by means of a robotised module, and wherein the surface (1) and the robotised module are enclosed in an enclosure.

The method of any one of claims 1-7, further comprising collecting positional information regarding a plurality of points located on the surface (1), and drawing up a three-dimensional representation of the surface (1).

The method of claim 8, further comprising collecting measurement data regarding the nature of the surface

BE2018 / 5841 (1), in a plurality of points located on the surface (1), and drawing up a representation regarding the nature of the surface (1).

The method of preceding claims 8 and 9, wherein the representation of the surface (1) is divided into at least one zone to be treated and at least one approved zone, based on the nature of the surface (1).

The method according to any of the preceding claims, further comprising uploading, via a communication module, to a central database, of:

- surface measurement data (1), which measurement data is collected prior to treatment by a laser beam (8, 9),

- surface measurement data (1), which measurement data is collected during and / or after treatment by means of a laser beam (8, 9), and

- setting parameters with regard to a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed of the laser beam or beams used.

The method according to preceding claim 11, further comprising requesting or deriving, via a communication module, an optimum setting parameter with respect to a pulse frequency, a pulse energy, a pulse shape, a spectrum, a laser profile and / or a scanning speed of a laser beam, for surface treatment (1).

The method of any preceding claim, wherein treating the surface (1) comprises removing a surface layer (2) from the surface (1).

A device for treating a surface (1), the device comprising a first optical module with a laser source for generating a first laser beam (8), further configured to aim and focus the laser beam (8) on a working distance from the device, for interaction with the surface (1), characterized in that the device further comprises a second optical module, for generating, aiming and focusing a second laser beam (9).

The device of claim 14, wherein said optical modules are configured to generate laser beams (8, 9) with a mutually different first and second laser profile.

BE2018 / 5841

The device according to any one of claims 14-15, wherein at least a part of an optical module is provided on a robotized module, for moving the laser beam (8, 9) generated by it relative to the surface (1).

The device of any one of claims 14-16, further comprising a communication module for exchanging data with a central database.