CN106180080A - 一种防损伤的激光清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防损伤的激光清洗装置，包括激光器、光束整形系统、扫描振镜系统、聚焦系统和控制系统，由所述激光器出射的激光束依次通过所述光束整形系统和扫描振镜和聚焦系统聚焦在待清洗工件表面，所述控制系统控制所述激光器和扫描振镜系统实时动态调整激光束焦点位置以完成清洗工作；所述光束整形系统用于将入射的高斯光束先整形为平顶光束再进行匀束变换，使激光边缘更加锐利且光强更加均匀，使用经变换的激光束可清洗物体表面而不造成损伤；所述检偏单元可隔离被激光表面反射的激光，避免反射的激光损伤光学器件。

Description

一种防损伤的激光清洗装置
技术领域
本发明属于激光应用技术领域，涉及一种激光清洗设备，尤其涉及一种可无伤清洗物体表面的物体表面激光清洗装置。
背景技术
物体基材如物体模具、焊缝表面、车身外壳、轮船外壳、橡胶制品表面、塑料制品表面、飞机蒙皮等，作为工业清洗中常见的对象在实际应用中容易产生油污、锈层，残留油漆，胶水、灰尘等污染物，从而导致其表面粗糙度和力学性能变化，影响使用性能，因此在使用一段时间后或在表面预处理前都需要对其表面进行清洗。由于清洗对象、清洗污垢、清洗工艺和清洗要求的特殊性，决定了物体清洗有别于一般的化学清洗和软表面清洗。传统的物体清洗方法虽然种类较多，应用范围较广，但是都存在自身的局限性，如机械清洗方法无法满足高清洁度高效率的清洗要求，且容易损伤物体基底材料；而湿化学清洗方法容易导致环境污染，清洗效率和清洁度也很有限；超声波清洗方法对微米级的污物颗粒无能为力，清洗后工件的干燥也是一大难题。
随着激光技术的发展，出现了使用激光清洗物体表面的清洗设备，如中国专利文献CN201410378197.2公开的一种光纤激光清洗机，CN201420434451.1公开的一种便携式激光清洗机，CN201310648282.1公开的一种手持式激光清洗机的光学整型装置等，以上激光现有清洗设备都可以实现物体表面清洁，但是在实际清洗过程中物体表面产生黑点或者发生灼伤现象。因此需要设计一种无损清洗物体表面的激光清洗装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本发明提供了一种物体表面污物的激光清洗装置，由此解决现有技术清洗过程中物体基材表面易被激光灼烧破坏的问题，从而获得接近于基材原始表面粗糙度及物体亮泽的清洗表面，达到理想的清洗效果和清洗效率。
本发明采取的技术方案为：
一种防损伤的激光清洗装置，包括激光器、光束整形系统、扫描振镜系统、聚焦系统和控制系统，由所述激光器出射的激光束依次通过所述光束整形系统和扫描振镜，再通过所述聚焦系统聚焦在待清洗工件表面，所述控制系统控制所述激光器和扫描振镜系统实时动态调整激光束焦点位置以完成清洗工作；所述光束整形系统包括扩束单元、平顶光束变换单元和匀束光束变换单元；所述扩束单元和平顶光束变换单元用于将入射的高斯光束整形为平顶光束；所述匀束光束变换单元用于将入射的激光束进行匀束。
优选地，所述平顶光束变换单元为衍射光学元件（Diffraction OpticalElement, DOE），由一块平顶镜片构成。
优选地，所述匀束光束变换单元为DOE，由一组匀束镜片构成。
优选地，所述光束整形系统还包括检偏单元，所述检偏单元用于将待清洗工件表面反射的激光与所述激光器隔离；进一步优选地，所述检偏单元由平行放置的二正交偏振镜片构成；另一进一步优选地，所述检偏单元由平行放置一偏振镜片和一反射镜片构成。
作为前述技术方案的优选，所述聚焦系统包括可更换的聚焦镜头。
作为前述技术方案的优选，所述聚焦系统为变焦透镜，所述变焦透镜设置于所述扫描振镜末端，随所述扫描振镜转动。
本发明技术方案的有益效果为：
本发明采用几组光学变换系统将高斯波形的激光束变成平顶光束波形，再经过匀束变换使激光边缘更加锐利且光强更加均匀，使用经变换的激光光束可清洗物体表面而不造成损伤；设置检偏单元隔离被激光表面反射的激光，避免反射激光进入激光器损伤光学器件。
附图说明
图1为本发明实施例物体表面激光清洗装置的结构框图；
图2为本发明实施例激光清洗装置的光束整形系统结构框图；
图3为本发明实施例激光束变换示意图。
其中：
1．激光器；2．光束整形系统；21．扩束单元；22．平顶光束变换单元；23．匀束光束变换单元；24．检偏单元；3．扫描振镜；4．聚集系统；5．控制系统；6．待清洗工件；L．激光光路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的一种防损伤的激光清洗装置，包括激光器1、光束整形系统2、扫描振镜3、聚焦系统4和控制系统5；
光束整形系统2设置于激光光路L中，用于对激光光束进行整形，如图2所示，包括扩束单元21、平顶光束变换单元22、匀束光束变换单元23和检偏单元24；如图3所示，激光依次通过扩束单元21和平顶光束变换单元22，原来高斯波形的激光束整形为平顶光束波形，再通过匀束光束变换单元23，平顶光束经匀束变换使光强更加均匀，经变换的激光束边缘更加锐利，便于在激光清洗过程中精确控制激光烧灼范围，从而避免损伤物体基材；作为一种实施方式，平顶光束变换单元22由一块DOE平顶镜片构成，匀束光束变换单元23由一组DOE匀束镜片构成；检偏单元10用以防止待清洗工件6表面反射的激光光路L逆向的激光对光学器件造成损伤，可以由平行放置的二正交偏振镜片构成，也可以由平行放置的一偏振镜片和一反射镜片构成。
扫描振镜3在控制系统5控制下按照清洗要求转动，调整激光焦点位置。
聚焦系统4设置于所述扫描振镜3的出射光路上，可随扫描振镜3转动；聚焦系统4可以使激光聚焦成很小的光斑照射在待清洗工件6表面，可以消除色差，同时也能够消除球差、慧差等像差，保证了当激光束焦点落在工件表面时在工件表面所成的像在一定范围内仍然清晰可见，从而能实现精密清洗；所述聚焦系统4可以设置离焦量，当待清洗工件6表面聚焦的激光可能对物体基材造成损伤时，可以通过调整离焦量，使激光在工件表面偏离一定距离，保证既可以完成清洗工作，又不致损伤工件。
作为一种实施方式，聚焦系统4包括可移动镜头，所述可移动镜头可以根据待清洗工件6的清洗幅面选择聚焦镜头；因为镜头越小，同等清洗情况下所需的激光功率越小，成本越低，在允许的情况下更换镜头，可使清洗成本更低。
作为一种实施方式，所述聚焦系统4使用设置在扫描振镜3末端的变焦透镜，所述变焦透镜与扫描振镜3合成一体可使清洗设备更为简化便捷，利于马路、船舶等需要便携式清洗设备的场合。
控制系统5通过控制激光器1和扫描振镜3，实时调整激光束焦点位置并完成清洗工作。
本实施例激光清洗装置工作时，激光器1发射激光束，激光束依次通过所述光束整形系统2、扫描振镜3和聚焦系统4直至到达待清洗工件6；具体的，激光束自激光器1出射，经过光学整形系统2内的扩束单元21、平顶光束变换单元22、匀束光束变换单元23和检偏单元24，再经过扫描振镜3和聚焦系统4到达待清洗工件6表面；所述扫描振镜3在所述控制系统5的作用下，沿着待清洗工件6的待清洗表面扫描。
上述各实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种防损伤的激光清洗装置，包括激光器(1)、光束整形系统(2)、扫描振镜系统(3)、聚焦系统(4)和控制系统(5)，由所述激光器(1)出射的激光束依次通过所述光束整形系统(2)和扫描振镜(3)，再通过所述聚焦系统(4)聚焦在待清洗工件(6)表面，所述控制系统(5)控制所述激光器(1)和扫描振镜系统(3)实时动态调整激光束焦点位置以完成清洗工作；其特征在于：
所述光束整形系统(2)包括扩束单元(21)、平顶光束变换单元(22)和匀束光束变换单元(23)；所述扩束单元(21)和平顶光束变换单元(22)用于将入射的高斯光束整形为平顶光束；所述匀束光束变换单元(23)用于将入射的激光束进行匀束。
2.根据权利要求1所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述平顶光束变换单元(22)为衍射光学元件，由一块平顶镜片构成。
3.根据权利要求1所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述匀束光束变换单元(23)为衍射光学元件，由一组匀束镜片构成。
4.根据权利要求1所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述光束整形系统(2)还包括检偏单元(10)，所述检偏单元(10)用于将待清洗工件(6)表面反射的激光与所述激光器(1)隔离。
5.根据权利要求4所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述检偏单元(10)由平行放置的二正交偏振镜片构成。
6.根据权利要求4所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述检偏单元(10)由平行放置一偏振镜片和一反射镜片构成。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述聚焦系统(4)包括可更换的聚焦镜头。
8.根据权利要求1至6任一项所述的一种防损伤的激光清洗装置，其特征在于，所述聚焦系统(4)为变焦透镜，所述变焦透镜设置于所述扫描振镜(3)末端，随所述扫描振镜(3)转动。
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