CN103894372B - 传输镜表面灰尘在线观察和去除装置及其实施方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高功率激光装置中的传输镜表面灰尘在线观察和去除装置及其实施方法，该装置包括吹扫系统、照明系统、集尘系统和三套相同的支撑定位系统。本发明具有构思巧妙，简单易行，能实时、在线检查和去除传输镜表面灰尘，观测精度高；去除效率高，避免了传输镜表面的二次污染和对其他光学元器件的污染。适用于任意角度摆放的传输镜。

Description

传输镜表面灰尘在线观察和去除装置及其实施方法

技术领域

本发明涉及高功率激光装置，特别是一种高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置及其实施方法。

背景技术

高功率激光装置是一为惯性约束聚变和高能物理研究提供极高温度和压力条件的激光装置。而传输镜是引导光束从主放大器到靶室，并且形成光路的最终的关键环节。目前这些传输镜在使用过程中需要承担的能量密度为几J/cm²，但是未来这些传输镜需要承担的能量密度为十几J/cm²，或者更高，在这种情况下，为防止传输镜表面的破坏和延长传输镜的使用寿命，严格清洁控制是很有必要的。

目前传输镜中常见的灰尘大都是由于自然降尘或者操作过程中遗落的金属屑以及纤维，常用在线灰尘观察和除尘手段是：手持矿灯检测和手持无尘布擦拭。该种方法观察污染物的精度和光照有很大关系，观察精度不高，并且手工擦拭时由于用力不均等常导致硬质污染物划伤传输镜表面，为此美国利弗莫尔国家实验室设计了一套适用于NIF装置的传输镜表面杂质在线观察和去除系统。虽然该系统借助高功率吧灯可以发现10um及更大尺寸的颗粒，但是该吧灯制作成本昂贵；虽然该系统借助高速气流几乎可以100%去除30um以上的颗粒，但是吹扫后的颗粒物重新返回了环境，造成了其他光学元件的污染，并且传输镜表面的二次污染难以避免。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术的问题，提供一种高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置及其实施方法。该装置和方法具有构思巧妙，简单易行，能实时、在线检查和去除传输镜表面灰尘，观测精度高；去除效率高，避免了传输镜表面的二次污染和对其他光学元器件的污染。

本发明的技术解决方案如下：

一种高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置，其特点在于该装置包括吹扫系统、照明系统、集尘系统和三套相同的支撑定位系统：

所述的支撑定位系统包括底座、支撑杆、固定连接杆、螺母a、螺母b、螺栓和两个夹具，所述的支撑杆通过螺纹垂直地连接在底座上；两个相同的夹具经螺栓和螺母b连接，可绕螺栓轴向旋转；一个夹具固定于支撑杆上，高度可调，并且可绕支撑杆的轴向旋转；另一夹具固定所述的固定连接杆，该固定连接杆可绕自身轴向旋转和移动；螺母a与固定连接杆螺纹连接；

所述的吹扫系统包括高压气瓶、减压阀、导气管、风刀和固定连接块a，所述的高压气瓶经减压阀通过导气管与风刀的进风口相连，所述的风刀与固定连接块a焊接在一起，该固定连接块a通过螺母和固定连接杆安装在支撑定位系统的支撑杆上；

所述的照明系统包括LED灯带、灯管、紧定螺钉、定位杆和固定连接块b。LED灯带沿灯管轴向布置；定位杆经紧定螺钉固定在灯管含有定位线的端面，并且可绕紧定螺钉的轴向旋转；所述的固定连接块b与灯管焊接在一起，该固定连接块b通过螺母和固定连接杆安装在支撑定位系统的支撑杆上；

所述的集尘系统包括集尘罩、吸尘器和固定连接块c，所述的集尘罩的出口通过管道与吸尘器连接，所述的集尘罩与固定连接块c焊接在一起，该固定连接块c通过螺母和固定连接杆安装在支撑定位系统的支撑杆上。

上述高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置的使用方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①连接好集尘系统、照明系统、吹扫系统和三套支撑定位系统，并将集尘系统、照明系统和吹扫系统分别固定在支撑定位系统的支撑杆上；

②将固定于支撑定位系统的照明系统置于传输镜的一侧；将固定于支撑定位系统的集尘系统和吹扫系统置于所述的传输镜的相对的两侧；

③通过支撑定位系统调节照明系统的高度，调节定位杆，使定位杆的底边C与定位线D重合，而后由紧定螺钉固定；调节所述的集尘罩的高度使集尘罩的内底边B以及定位杆的底边C与传输镜的上表面A共面；调节风刀出口中心线与传输镜的表面A平行并且达到设定的工作距离，完成安装定位；

④打开照明系统，肉眼以相对于传输镜上表面Aθ1度角对灰尘进行观察；

⑤打开集尘系统的吸尘器；

⑥打开吹扫系统中高压气瓶中的高压气，调整减压阀的工作压力，打开风刀进行吹扫，所述的吸尘器通过集尘罩对灰尘进行收集，完成去除传输镜表面的灰尘。

所述LED灯带是由一系列总功率为5W、掠射角θ2为2-5°的LED灯组成，提供均匀、高亮白光；定位杆由紧定螺钉固定并且可绕紧定螺钉轴向旋转，当定位杆底边C同时与定位线D和传输镜上表面A重合时，则保证了LED灯底边E与传输镜上表面A重合。

肉眼观察相对于传输镜上表面A的观察角θ1为10-20°。

所述风刀是一商用风刀，长度可以拼接，范围为100mm-630mm；风刀含一量程为10mm的标尺，用来设定风刀出口中心线与传输镜上表面A的距离。

高压气经所述减压阀减压后沿带气管进入风刀的压力为7atm-11atm。

所述集尘罩的长度与传输镜对应边的长度之比为6：5。

本发明的优点是：

构思巧妙，简单易行，能实时、在线检查和去除传输镜表面灰尘，观测精度高；去除效率高，避免了传输镜表面的二次污染和对其他光学元器件的污染。

附图说明

图1为本发明高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置示意图；

图2为照明系统示意图；

其中，1为集尘系统，2为集尘器，3为固定连接杆，4为支撑杆，5为螺母a，6为固定连接块c，7为集尘罩，8为传输镜，9为高速气流幕，10为灰尘，11为螺母b，12为固定连接块b，13为照明系统，14为螺栓，15为导气管，16为减压阀，17为吹扫系统，18为高压气瓶，19为夹具，20为固定连接块a，21风刀，22为支撑定位系统，23为底座，24为风刀出口，25为标尺，26为定位杆，27为紧定螺钉，28为灯管，29为LED灯带。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参看图1、图2，由图可见，本发明高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置，该装置包括吹扫系统17、照明系统13、集尘系统1和三套相同的支撑定位系统22：

所述的支撑定位系统22包括底座23、支撑杆4、固定连接杆3）螺母a5、螺母b11、螺栓14和两个夹具19，所述的支撑杆4通过螺纹垂直地连接在底座23上；两个相同的夹具19经螺栓14和螺母b11连接，可绕螺栓14轴向旋转；一个夹具19固定于支撑杆4上，高度可调，并且可绕支撑杆4的轴向旋转；另一夹具19固定所述的固定连接杆3，该连接杆3可绕自身轴向旋转和移动；螺母a5与固定连接杆3螺纹连接；

所述的吹扫系统17包括高压气瓶18、减压阀16、导气管15、风刀21和固定连接块a20，所述的高压气瓶18经减压阀16通过导气管15与风刀21的进风口相连接，所述的风刀21与固定连接块a20焊接在一起，该固定连接块a20通过螺母a5和固定连接杆3安装在支撑定位系统22的支撑杆4上；

所述的照明系统13包括LED灯带29、灯管28、紧定螺钉27、定位杆26和固定连接块b12。LED灯带29沿灯管28轴向布置；定位杆26经紧定螺钉27固定在灯管28含有定位线D的端面，并且可绕紧定螺钉27的轴向旋转；所述的固定连接块b12与灯管28焊接在一起，该固定连接块b12通过螺母a5和固定连接杆3安装在支撑定位系统22的支撑杆4上；

所述的集尘系统1包括集尘罩7、吸尘器2和固定连接块c6，所述的集尘罩7通过管道与吸尘器2连接，所述的集尘罩7与固定连接块c6焊接在一起，该固定连接块c6，通过螺母a5和固定连接杆3安装在支撑定位系统22的支撑杆4上。

所述的高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置的使用方法，该方法包括下列步骤：

①连接好集尘系统1、照明系统13、吹扫系统17和三套支撑定位系统22，并将集尘系统1、照明系统13和吹扫系统分别固定在支撑定位系统22的支撑杆4上；

②将固定于支撑定位系统22的照明系统13置于传输镜8的一侧；将固定于支撑定位系统22的集尘系统1和吹扫系统17置于所述的传输镜8的相对的另两侧；

③通过支撑定位系统22调节照明系统13的高度，调节定位杆26，使定位杆26的底边C与定位线D重合，而后由紧定螺钉27固定；调节所述的集尘罩7的高度使集尘罩7的内底边B以及定位杆26的底边C与传输镜8的上表面A共面，而后由紧定螺钉27固定；调节风刀出口24中心线与传输镜8的表面A平行并且达到设定的工作距离，而后由紧定螺钉27固定，完成安装定位；

④打开照明系统13，肉眼以相对于传输镜8上表面Aθ1度角对灰尘10进行观察；

⑤打开集尘系统1的吸尘器2；

⑥打开吹扫系统17中高压气瓶18中的高压气，调整减压阀16的工作压力，打开风刀21进行吹扫，所述的吸尘器2通过集尘罩7对灰尘（10）进行收集，完成去除传输镜表面的灰尘。

所述LED灯带29是由一系列总功率为5W、掠射角θ2为2-5°的LED灯组成，提供均匀、高亮白光；定位杆26由紧定螺钉27固定并且可绕紧定螺钉27轴向旋转，当定位杆26底边C同时与定位线D和传输镜8上表面A重合时，则保证了LED灯底边E与传输镜8上表面A重合。

肉眼相对于传输镜8上表面A的观察角θ1为10-20°。

所述风刀21是一商用风刀，长度可以拼接，范围为100mm-630mm；风刀21含一量程为10mm的标尺，用来设定风刀出口24中心线与传输镜8上表面A的距离。

高压气经所述减压阀16减压后沿带气管15进入风刀21的压力为7atm-11atm。

所述集尘罩的长度与传输镜8对应边的长度之比为6：5。

实施例中：

300mm*400mm的传输镜，水平摆放，选择传输镜表面距离风刀不同位置作为观察点（直径为1cm的圆，如图1）。

连接好集尘系统1、照明系统13、吹扫系统17和支撑定位系统22，并用螺母a和固定连接杆将固定连接块a、b和c固定，实现将吹扫系统17、照明系统13和集尘系统1固定于支撑定位系统22；

将固定于支撑定位系统22的照明系13统置于在传输镜8长度为400mm的一侧，将固定于支撑定位系统22的集尘系统1和吹扫系统17置于传输镜8宽度为300mm的对立两侧；两夹具19呈90°夹角由螺栓14和螺母b11固定；调节照明系统13上的定位杆26，使得底边C与定位线D重合，而后由紧盯螺钉24固定；调节夹具19夹持支撑4的高度以及绕支持杆4轴的旋向，以及沿自身轴向移动固定连接杆3，使得集尘罩4内底边B以及定位杆26的底边C与传输镜的上表面A共面，风刀出口24中心线与表面A平行并且达到设定的工作距离，最终完成安装定位；

在传输镜8上表面A上助照明系统13以倾斜角θ1为20°的角度观察各观测点的灰尘；

打开高压气瓶18，调整减压阀16，使得经过导气管15的气体压力为9atm；打开风刀21进行吹扫，吹扫时间为1秒；

借助照明系统13以倾斜角θ1为20°的角度观察经吹扫后各观察点的灰尘。

结果发现，整个传输镜表面10um以上的颗粒几乎可以被看到，并且50um以上灰尘的去除率将近100%，15um及其以上尺寸灰尘去除率达到88.8%。

上述详细描述仅是示范性描述，本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims (7)

1.一种高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置，其特征在于该装置包括吹扫系统(17)、照明系统(13)、集尘系统(1)和三套相同的支撑定位系统(22)：

所述的支撑定位系统(22)包括底座(23)、支撑杆(4)、固定连接杆(3)、螺母a(5)、螺母b(11)、螺栓(14)和两个夹具(19)，所述的支撑杆(4)通过螺纹垂直地连接在底座(23)上；两个相同的夹具(19)经螺栓(14)和螺母b(11)连接，可绕螺栓(14)轴向旋转；一个夹具(19)固定于支撑杆(4)上，高度可调，并且可绕支撑杆(4)的轴向旋转；另一夹具(19)固定所述的固定连接杆(3)，该连接杆(3)可绕自身轴向旋转和移动；螺母a(5)与固定连接杆(3)螺纹连接；

所述的吹扫系统(17)包括高压气瓶(18)、减压阀(16)、导气管(15)、风刀(21)和固定连接块a(20)，所述的高压气瓶(18)经减压阀(16)通过导气管(15)与风刀(21)的进风口相连接，所述的风刀(21)与固定连接块a(20)焊接在一起，该固定连接块a(20)通过螺母a(5)和固定连接杆(3)安装在支撑定位系统(22)的支撑杆(4)上；

所述的照明系统(13)包括LED灯带(29)、灯管(28)、紧定螺钉(27)、定位杆(26)和固定连接块b(12)；LED灯带(29)沿灯管(28)轴向布置；定位杆(26)经紧定螺钉(27)固定在灯管(28)含有定位线(D)的端面，并且可绕紧定螺钉(27)的轴向旋转；所述的固定连接块b(12)与灯管(28)焊接在一起，该固定连接块b(12)通过螺母a(5)和固定连接杆(3)安装在支撑定位系统(22)的支撑杆(4)上；

所述的集尘系统(1)包括集尘罩(7)、吸尘器(2)和固定连接块c(6)，所述的集尘罩(7)通过管道与吸尘器(2)连接，所述的集尘罩(7)与固定连接块c(6)焊接在一起，该固定连接块c(6)通过螺母a(5)和固定连接杆(3)安装在支撑定位系统(22)的支撑杆(4)上。

2.权利要求1所述的高功率激光装置中传输镜表面灰尘在线观察和去除装置的实施方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①连接好集尘系统(1)、照明系统(13)、吹扫系统(17)和三套支撑定位系统(22)，并将集尘系统(1)、照明系统(13)和吹扫系统分别固定在支撑定位系统(22)的支撑杆(4)上；

②将固定于支撑定位系统(22)的照明系统(13)置于传输镜(8)的一侧；将固定于支撑定位系统(22)的集尘系统(1)和吹扫系统(17)置于所述的传输镜(8)的相对的另两侧；

③通过支撑定位系统(22)调节照明系统(13)的高度，调节定位杆(26)，使定位杆(26)的底边C与定位线D重合，而后由紧定螺钉(27)固定；调节所述的集尘罩(7)的高度使集尘罩(7)的内底边B以及定位杆(26)的底边C与传输镜(8)的上表面A共面；调节风刀出口(24)中心线与传输镜(8)的表面A平行并且达到设定的工作距离，完成安装定位；

④打开照明系统(13)，肉眼以相对于传输镜(8)上表面Aθ1度角对灰尘(10)进行观察；

⑤打开集尘系统(1)的吸尘器(2)；

⑥打开吹扫系统(17)中高压气瓶(18)中的高压气，调整减压阀(16)的工作压力，打开风刀(21)进行吹扫，所述的吸尘器(2)通过集尘罩(7)对灰尘(10)进行收集，完成去除传输镜表面的灰尘。

3.根据权利要求2所述的实施方法，其特征在于：所述LED灯带(29)是由一系列总功率为5W、掠射角θ2为2-5°的LED灯组成，提供均匀、高亮白光；定位杆(26)由紧定螺钉(27)固定并且可绕紧定螺钉(27)轴向旋转，当定位杆(26)底边C同时与定位线D和传输镜(8)上表面A重合时，则保证了LED灯底边E与传输镜(8)上表面A重合。

4.根据权利要求2所述的实施方法，其特征在于：肉眼相对于传输镜(8)上表面A的观察角θ1为10-20°。

5.根据权利要求2所述的实施方法，其特征在于：所述风刀(21)是一商用风刀，长度可以拼接，范围为100mm-630mm；风刀(21)含一量程为10mm的标尺，用来设定风刀出口(24)中心线与传输镜(8)上表面A的距离。

6.根据权利要求2所述的实施方法，其特征在于：高压气经所述减压阀(16)减压后沿导气管(15)进入风刀(21)的压力为7atm-11atm。

7.根据权利要求2至6任一项所述的实施方法，其特征在于：所述集尘罩的长度与传输镜(8)对应边的长度之比为6：5。