CN107597737A - 一种激光清洗过程实时监测方法 - Google Patents

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郑郧
陈晓刚
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Abstract

本发明公开了一种激光清洗过程实时监测方法，包括以下步骤：激光清洗设备组装：对激光器、激光头、第一传感器、第二传感器、第一前置放大器、第二前置放大器和声发射仪进行组装；设置声发射仪参数、设置激光器参数、清洗和监测，声发射仪实时对清洗过程的声发射信号进行分析处理，声发射仪的显示器显示声发射记数随时间的变化，当声发射计数值随时间的延长减小趋于平稳时，表明清洗已完成。通过上述方式，本发明所述的激光清洗过程实时监测方法，采用声发射仪对激光清洗过程中产生的声发射信号进行分析，可对激光清洗过程进行在线实时监测，根据声发射信号强度变化控制清洗过程并判断清洗效果，测试响应快，成本低。

Description

一种激光清洗过程实时监测方法
技术领域
本发明涉及激光清洗技术领域，特别是涉及一种激光清洗过程实时监测方法。
背景技术
激光清洗技术指采用高能激光束照射工件表面，使表面污物、涂层、锈蚀等发生瞬间蒸发或剥离，脱离工件表面，从而达到清洁化的过程。与传统的清洗方法相比，激光清洗具有以下特点：
（1）非接触式清洗，不损伤基材；
（2）洁净度高；
（3）绿色环保、对环境污染小；
（4）无耗材、设备运行成本低；
（5）可实现自动化清洗。
正是基于这些特点，激光清洗展示了良好的应用前景。
激光清洗机制复杂，目前还没有一个完善的理论模型来定量描述它，对于激光清洗效果的评定更多的是依赖个人经验。在激光清洗过程中，为使表面污物得到有效去除并不损伤基材，必须使激光能量密度介于清洗阈值和损伤阈值之间，同时还需控制激光脉冲照射时间。激光能量密度过高、照射时间过长，将导致基材损伤；能量密度过低、照射时间过短将导致污物清洗不干净。因此，对激光清洗过程进行实时监测非常重要。
二、缺陷及不足
目前常用的激光清洗检测方法有光谱分析法、激光诱导光谱衰减分析法（LIBS）、荧光诱导光谱分析法（LIF）、光学成像法（CCD）等。但以上监测技术设备昂贵、抗干扰能力差，算法复杂、信号处理繁琐，检测速率低，难以实现激光清洗的在线实时监测。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种激光清洗过程实时监测方法，降低监测技术设备成本，提升抗干扰能力，实现在线实时监测。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种激光清洗过程实时监测方法，包括以下步骤：
激光清洗设备组装：对激光器、激光头、第一传感器、第二传感器、第一前置放大器、第二前置放大器和声发射仪进行组装，把激光头置于锈蚀钢板的上方，并利用传导光纤与激光器相连接，第一传感器和第二传感器分别设置在锈蚀钢板上表面的两端，第一传感器和第二传感器分别与声发射仪之间采用信号线相连接，第一前置放大器串联在第一传感器与声发射仪之间的信号线上，第二前置放大器设置在第二传感器与声发射仪之间的信号线上；
设置声发射仪参数：调节第一前置放大器和第二前置放大器的增益40~45dB，采样频率2~4MHz，门槛值30~35dB，峰值限定时间PDT=150-200ms，撞击限定时间HDT=500-600ms，撞击闭锁时间HLT＝700-800ms；
设置激光器参数：调节激光器功率100~150W，脉宽10~20ns，重复频率5-10KHz；
清洗：开启声发射仪，开启激光器，采用脉冲激光连续作用于锈蚀钢板表面；
监测：声发射仪实时对清洗过程的声发射信号进行分析处理，声发射仪的显示器显示声发射记数随时间的变化，当声发射计数值随时间的延长减小趋于平稳时，表明清洗已完成。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光器为脉冲光纤激光器。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光器的波长1064nm，脉宽10~30ns连续可调，重复频率1~10KHz连续可调，最大功率200W。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一传感器和第二传感器分别为45~500KHz宽频带传感器。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光头一侧设置有工业悬臂，所述激光头设置在工业悬臂上进行高度调节。
在本发明一个较佳实施例中，所述锈蚀钢板的下方设置有输送带进行输送。
本发明的有益效果是：本发明指出的一种激光清洗过程实时监测方法，采用声发射仪对激光清洗过程中产生的声发射信号进行分析，可对激光清洗过程进行在线实时监测，根据声发射信号强度变化控制清洗过程并判断清洗效果，测试响应快，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种激光清洗过程实时监测方法中采用的系统一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明一种激光清洗过程实时监测方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~图2，以锈蚀钢板的清洗为例，本发明实施例包括：
实施例1：
激光清洗设备组装：对激光器1、激光头3、第一传感器9、第二传感器4、第一前置放大器8、第二前置放大器6和声发射仪7进行组装，把激光头3置于锈蚀钢板5的上方，并利用传导光纤2与激光器1相连接，所述激光器1为脉冲光纤激光器，所述激光器1的波长1064nm，脉宽10~30ns连续可调，重复频率1~10KHz连续可调，最大功率200W，所述激光头3一侧设置有工业悬臂，所述激光头3设置在工业悬臂上进行高度调节，调整激光头3与锈蚀钢板5的间距，使得激光焦点位于锈蚀钢板5的表面；
第一传感器9和第二传感器4分别设置在锈蚀钢板5上表面的两端，所述第一传感器9和第二传感器4分别为45~500KHz宽频带传感器，负责采集激光清洗过程中产生的声发射信号，第一传感器9和第二传感器4分别与声发射仪7之间采用信号线相连接，第一前置放大器8串联在第一传感器9与声发射仪7之间的信号线上，第二前置放大器6设置在第二传感器4与声发射仪7之间的信号线上，进行信号的放大；
设置声发射仪参数：调节第一前置放大器8和第二前置放大器6的增益40dB，采样频率2~4MHz，门槛值30dB，峰值限定时间PDT=150ms，撞击限定时间HDT=500ms，撞击闭锁时间HLT＝700ms；
设置激光器参数：调节激光器1功率100W，脉宽10ns，重复频率5KHz；
清洗：开启声发射仪7，开启激光器1，采用脉冲激光连续作用于锈蚀钢板5表面，所述锈蚀钢板5的下方设置有输送带进行输送，提升清洗效率；
监测：声发射仪7实时对清洗过程的声发射信号进行分析处理，声发射仪7的显示器显示声发射记数随时间的变化，当声发射计数值随时间的延长减小趋于平稳时，表明清洗已完成。
实施例2：
激光清洗设备组装：对激光器1、激光头3、第一传感器9、第二传感器4、第一前置放大器8、第二前置放大器6和声发射仪7进行组装，把激光头3置于锈蚀钢板5的上方，并利用传导光纤2与激光器1相连接，所述激光器1为脉冲光纤激光器，所述激光器1的波长1064nm，脉宽10~30ns连续可调，重复频率1~10KHz连续可调，最大功率200W，所述激光头3一侧设置有工业悬臂，所述激光头3设置在工业悬臂上进行高度调节，调整激光头3与锈蚀钢板5的间距，使得激光焦点位于锈蚀钢板5的表面；
第一传感器9和第二传感器4分别设置在锈蚀钢板5上表面的两端，所述第一传感器9和第二传感器4分别为45~500KHz宽频带传感器，负责采集激光清洗过程中产生的声发射信号，第一传感器9和第二传感器4分别与声发射仪7之间采用信号线相连接，第一前置放大器8串联在第一传感器9与声发射仪7之间的信号线上，第二前置放大器6设置在第二传感器4与声发射仪7之间的信号线上，进行信号的放大；
设置声发射仪参数：调节第一前置放大器8和第二前置放大器6的增益45dB，采样频率4MHz，门槛值35dB，峰值限定时间PDT=200ms，撞击限定时间HDT=600ms，撞击闭锁时间HLT＝800ms；
设置激光器参数：调节激光器1功率150W，脉宽20ns，重复频率10KHz；
清洗：开启声发射仪7，开启激光器1，采用脉冲激光连续作用于锈蚀钢板5表面，所述锈蚀钢板5的下方设置有输送带进行输送，提升清洗效率；
监测：声发射仪7实时对清洗过程的声发射信号进行分析处理，声发射仪7的显示器显示声发射记数随时间的变化，当声发射计数值随时间的延长减小趋于平稳时，表明清洗已完成，根据时间的长短，可以适当改变激光器1的功率，在不损坏工件材料的情况下，提升清洗工作效率。
综上所述，本发明指出的一种激光清洗过程实时监测方法，设备的使用和维护成本低，监测的速度快，可以实时进行激光清洗过程的监测，提升清洗工作的效率，避免工件的损伤。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光清洗过程实时监测方法，用于工件表面的清洗和监测，所述工件包括锈蚀钢板，其特征在于，包括以下步骤：
激光清洗设备组装：对激光器、激光头、第一传感器、第二传感器、第一前置放大器、第二前置放大器和声发射仪进行组装，把激光头置于锈蚀钢板的上方，并利用传导光纤与激光器相连接，第一传感器和第二传感器分别设置在锈蚀钢板上表面的两端，第一传感器和第二传感器分别与声发射仪之间采用信号线相连接，第一前置放大器串联在第一传感器与声发射仪之间的信号线上，第二前置放大器设置在第二传感器与声发射仪之间的信号线上；
设置声发射仪参数：调节第一前置放大器和第二前置放大器的增益40~45dB，采样频率2~4MHz，门槛值30~35dB，峰值限定时间PDT=150-200ms，撞击限定时间HDT=500-600ms，撞击闭锁时间HLT＝700-800ms；
设置激光器参数：调节激光器功率100~150W，脉宽10~20ns，重复频率5-10KHz；
清洗：开启声发射仪，开启激光器，采用脉冲激光连续作用于锈蚀钢板表面；
监测：声发射仪实时对清洗过程的声发射信号进行分析处理，声发射仪的显示器显示声发射记数随时间的变化，当声发射计数值随时间的延长减小趋于平稳时，表明清洗已完成。
2.根据权利要求1所述的激光清洗过程实时监测方法，其特征在于，所述激光器为脉冲光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的激光清洗过程实时监测方法，其特征在于，所述激光器的波长1064nm，脉宽10~30ns连续可调，重复频率1~10KHz连续可调，最大功率200W。
4.根据权利要求1所述的激光清洗过程实时监测方法，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器分别为45~500KHz宽频带传感器。
5.根据权利要求1所述的激光清洗过程实时监测方法，其特征在于，所述激光头一侧设置有工业悬臂，所述激光头设置在工业悬臂上进行高度调节。
6.根据权利要求1所述的激光清洗过程实时监测方法，其特征在于，所述锈蚀钢板的下方设置有输送带进行输送。
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