CN107252797B - 宽焦域激光清洗方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽焦域激光清洗方法及装置，通过X、Y轴振镜实现激光扫描运动，同时，控制Z轴振镜始终保持高速直线往复运动，实现激光聚焦光斑于扫描平面内在零件表面的上下位置之间进行高速振动，保证能够在某一振动位置聚焦于零件表面，利用高能量密度的激光实现零件表面的清洗；本发明无需预先输入待清洗零件的精确三维模型，不要求激光聚焦光斑在扫描过程中精确地聚焦于零件表面，相较于已有的激光清洗装置，操作简单方便，能够实现复杂三维零件表面的高效清洗。

Description

宽焦域激光清洗方法及装置
技术领域
本发明涉及一种零件的激光清洗方法及装置，特别是涉及一种宽焦域激光清洗方法及装置，属于激光清洗技术领域。
背景技术
零件使用一定时间后，会因表面存在锈蚀、油渍等污染物，洁净度下降，直接影响其使用性能。传统的零件清洗方法如化学侵蚀、机械打磨等，不仅容易引起应力腐蚀裂纹，导致零件破损，而且因使用化学清洗液而引入新的污染物，整个清洗过程无法精确控制，污物去除不均匀，清洗效果不理想，清洗效率低下。
随着激光清洗技术的发展，激光扫描清洗以无需使用化学药剂和清洗液，不产生二次污染，无研磨和接触过程，可清除各种材料表面的各种污染物，清洗效率高，清洁度高等优点，具有广泛的应用前景。
现有的激光扫描清洗装置通常是利用单轴或二维振镜进行扫描运动，工作效率不高，难以清洗三维物体表面，应用领域受到了极大的限制。利用三维动态聚焦系统进行激光清洗，能够实现三维物体表面的清洗，但是，为了实现在物体表面的精准聚焦，需要获取零件的精准尺寸，操作比较复杂，另一方面，对于工业化尤其是精密制造业中应用的零件表面的清洗，如果激光聚焦光斑不能便捷、稳定地聚焦在零件表面，就无法实现高效地清洗。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种宽焦域激光清洗方法及装置，在激光清洗过程中，激光焦点在扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅高速振动，振动过程中，能够在某一振动位置聚焦于零件表面，实现对零件表面的清洗，无需输入零件的三维模型，操作简单方便，清洗效果良好。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种宽焦域激光清洗方法，
激光焦点在扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅振动，振动过程中，当激光聚焦光斑位于零件表面时，对零件表面实现有效清洗，
该扫描平面由激光束经过光路系统后形成的光斑中心位置与激光束在零件表面沿一定方向运动形成的激光扫描线所确定。
激光焦点的振动频率范围为0-500Hz。
激光焦点的振动频率范围为10-100HZ。
激光焦点的振幅范围为0-150mm。
一种宽焦域激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，三维动态聚焦扫描系统包括动态聚焦镜组、X轴振镜、Y轴振镜、振镜控制单元，动态聚焦镜组包括Z轴振镜、两片聚焦镜，
控制Z轴振镜的直线往复运动，实现激光聚焦光斑在扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅振动，振动过程中，当激光聚焦光斑位于零件表面时，对零件表面进行清洗，
该扫描平面由激光经过Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜入射至Y轴振镜上形成的光斑中心与激光束在零件表面沿一定方向运动形成的激光扫描线所确定。
控制激光焦点的振动频率范围为0-500Hz，
控制激光焦点的振动频率范围为10-100HZ。
控制激光焦点的振幅范围为0-150mm。
所述三维动态聚焦扫描系统作为激光扫描头，配置为手持式，或桌面式清洗机，或清洗工作站。
本发明的优点是：
1、本发明的宽焦域激光清洗方法及装置，通过X、Y轴振镜实现激光扫描线的运动，同时，控制Z轴振镜始终保持高速直线往复运动，实现激光聚焦光斑在扫描平面内在零件表面的上下位置之间进行高速振动，保证能够在某一振动位置聚焦于零件表面，利用高能量密度的激光实现零件表面的清洗；
2、本发明的宽焦域激光清洗方法及装置，无需预先输入待清洗零件的精确三维模型，即不要求激光聚焦光斑在扫描过程中精确地聚焦于零件表面，相较于已有的激光清洗装置，操作简单方便，能够实现复杂三维零件表面的高效清洗。
附图说明
图1是本发明的宽焦域激光清洗装置的简化结构示意图。
图2是本发明的宽焦域激光清洗方法的原理示意图。
图3是图2所示零件表面的激光扫描路径投影到XOY平面上的二维扫描路径示意图。
图4是利用本发明的宽焦域激光清洗方法清洗不规则零件表面的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，是实现宽焦域激光清洗方法的宽焦域激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统。三维动态聚焦扫描系统包括动态聚焦镜组、X轴振镜、Y轴振镜、振镜控制单元，动态聚焦镜组包括Z轴振镜、两片聚焦镜；Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜、Y轴振镜顺序设置于激光器发出的激光光路上；振镜控制单元分别与X轴振镜、Y轴振镜、Z轴振镜的伺服电机相连接，用于通过控制伺服电机动作而调整X轴振镜、Y轴振镜及Z轴振镜的镜片的位置，使得激光光束聚焦于待清洗物体表面的不同位置上，实现对物体表面的激光清洗过程。
如图2所示，本发明公开的宽焦域激光清洗方法，包括，激光经过Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜入射至Y轴振镜上形成的光斑中心C与激光束在零件表面沿一定方向运动形成的激光扫描线5确定一扫描平面4，激光焦点在该扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅高速振动，振动过程中，当激光焦点处的聚焦光斑位于零件表面时，对零件表面进行清洗。通过振动扫描方式，能够于零件表面形成较为宽泛的激光扫描范围，在零件表面的清洗区域形成一定空间的宽焦域2，通过激光在宽焦域内的高能量汇聚，达到高效理想的清洗效果。具体的说：
如图2、3所示，利用宽焦域激光清洗装置对零件表面1的清洗区域进行逐行扫描清洗，在装置的控制下，具体的激光扫描聚焦光束6在线扫描清洗零件表面1所在的位置时，将于扫描平面4内在零件表面的上、下位置之间以一定振幅高速振动，激光焦点处的聚焦光斑在波峰31与波谷32之间振动，当聚焦光斑位于零件表面1的加工位置30时，能够实现对零件表面该位置的高效清洗。
如图4所示，利用本发明的方法对零件表面的凹坑位置进行清洗，激光扫描线5是一个折线，从Y轴振镜射出的激光在宽焦域2所在的聚焦区域内能够实现在位置71至位置72的聚焦，实现有效清洗。
激光清洗过程中，利用宽焦域激光清洗装置，通过振镜控制单元控制Z轴振镜动作，控制激光焦点的振动频率范围为0-500Hz，优选的，振动频率范围为10-100HZ，例如，激光扫描长度是100mm，扫描速度为100mm/s，激光扫描过程中，激光焦点的振动频率为100Hz，则激光焦点沿该激光扫描线的上、下共振动100次。通过振镜控制单元控制Z轴振镜动作，控制激光焦点在扫描空间的振幅范围为0-150mm。
根据实际使用需求，三维动态聚焦扫描系统可以配置成激光扫描头，结合激光清洗的辅助结构(如除尘机构、传送机构等)组成激光清洗头，激光清洗头可以是手持式，人工操作清洗小型、少量的零件，也可以搭建在工作台上作为桌面式清洗机，实现零件的批量清洗，也可以搭建大的箱体结构或是配置于大型厂房作为清洗工作站，对大型零件进行清洗。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.宽焦域激光清洗方法，其特征在于，
激光聚焦光斑在扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅振动，振动过程中，当激光聚焦光斑位于零件表面时，对零件表面实现有效清洗，
该扫描平面由激光束经过光路系统后形成的光斑中心位置与激光束在零件表面沿一定方向运动形成的激光扫描线所确定。
2.根据权利要求1所述的宽焦域激光清洗方法，其特征在于，激光焦点的振动频率范围为0-500Hz。
3.根据权利要求2所述的宽焦域激光清洗方法，其特征在于，激光焦点的振动频率范围为10-100HZ。
4.根据权利要求1所述的宽焦域激光清洗方法，其特征在于，激光焦点的振幅范围为0-150mm。
5.宽焦域激光清洗装置，包括激光器、三维动态聚焦扫描系统、计算机控制系统，三维动态聚焦扫描系统包括动态聚焦镜组、X轴振镜、Y轴振镜、振镜控制单元，动态聚焦镜组包括Z轴振镜、两片聚焦镜，其特征在于，
控制Z轴振镜的直线往复运动，实现激光聚焦光斑在扫描平面内在零件表面的上下位置之间以一定振幅振动，振动过程中，当激光聚焦光斑位于零件表面时，对零件表面进行清洗，
该扫描平面由激光经过Z轴振镜、两片聚焦镜、X轴振镜入射至Y轴振镜上形成的光斑中心与激光束在零件表面沿一定方向运动形成的激光扫描线所确定。
6.根据权利要求5所述的宽焦域激光清洗装置，其特征在于，控制激光焦点的振动频率范围为0-500Hz。
7.根据权利要求6所述的宽焦域激光清洗装置，其特征在于，控制激光焦点的振动频率范围为10-100HZ。
8.根据权利要求5所述的宽焦域激光清洗装置，其特征在于，控制激光焦点的振幅范围为0-150mm。
9.根据权利要求5所述的宽焦域激光清洗装置，其特征在于，所述三维动态聚焦扫描系统作为激光扫描头，配置为手持式，或桌面式清洗机，或清洗工作站。
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