CN107695040A - 激光清洗系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种激光清洗系统，包括：光源单元，第一反射镜，第一驱动单元，第二反射镜，第二驱动单元，以及聚焦镜；该光源单元提供的激光束先后通过该第一反射镜和该第二反射镜，再通过该聚焦镜聚焦，可使激光束聚焦在清洗面；并且，该第一反射镜和该第二反射镜分别利用该第一驱动单元和该第二驱动单元驱动而按照设定的方式摆动，以使聚焦后的激光束在一定范围内，按照设定的回旋8字形清洗轨迹运动，实施清洗。以及，本发明还提出一种激光清洗方法。能够有效提高激光清洗效率，并改善激光清洗底纹效果。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工设备及方法，尤其涉及激光清洗系统及方法。
背景技术
激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。激光清洗不但可以用来清洗有机的污染物，也可以用来清洗无机物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。虽然激光清洗应用越来越多，但依然诟病于激光清洗效率问题，一直阻碍激光清洗设备更加广泛的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种激光清洗系统，能够有效提高激光清洗效率，并改善激光清洗底纹效果。
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种激光清洗方法，能够有效提高激光清洗效率，并改善激光清洗底纹效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光清洗系统，包括：光源单元，第一反射镜，第一驱动单元，第二反射镜，第二驱动单元，以及聚焦镜；该光源单元提供的激光束先后通过该第一反射镜和该第二反射镜，再通过该聚焦镜聚焦，可使激光束聚焦在清洗面；并且，该第一反射镜和该第二反射镜分别利用该第一驱动单元和该第二驱动单元驱动而按照设定的方式摆动，以使聚焦后的激光束在一定范围内，按照设定的回旋8字形清洗轨迹运动，实施清洗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光清洗方法，所述激光清洗方法包括：
①、从起点开始，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC；
②、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC；
③、当该第一反射镜反向运动距离达到设定值c时，该第一反射镜和该第二反射镜同时停止运动，则聚焦的激光束，可以在清洗表面形成完整的轨迹。
本发明的有益效果在于，通过巧妙地利用第一驱动单元驱动第一反射镜摆动以及第二驱动单元驱动第二反射镜摆动，使聚焦后的激光束在一定范围内，按照设定的回旋8字形清洗轨迹运动，实施清洗，能够有效提高激光清洗效率，并改善激光清洗底纹效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的激光清洗系统的光路示意图。
图2是本发明的单组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。
图3是本发明的两组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。
图4是本发明的三组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。
图5是本发明的四组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。
图6是采用传统的往复单线清洗轨迹的清洗效果示意图。
图7是采用本发明的回旋8字形清洗轨迹的清洗效果示意图。
图8是采用传统的往复单线清洗轨迹的清洗效果示意图。
图9是采用本发明的回旋8字形清洗轨迹的清洗效果示意图。
图10是采用传统的往复单线清洗轨迹的清洗效果示意图。
图11是采用本发明的回旋8字形清洗轨迹的清洗效果示意图。
图12是本发明的回旋8字形清洗轨迹的一种变形设计的实际拍照图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参见图1，图1是本发明的激光清洗系统的光路示意图。本发明提出一种激光清洗系统10，其包括：光源单元1，第一反射镜2，第一驱动单元3，第二反射镜4，第二驱动单元5，以及聚焦镜6。光源单元1提供的激光束9通过整形后，先后通过第一反射镜2和第二反射镜4，再通过聚焦镜6聚焦，可使激光束9聚焦在清洗面，实施清洗。
值得一提的是，第一反射镜2和第二反射镜4分别利用第一驱动单元3和第二驱动单元5驱动而按照设定的方式摆动，以使聚焦后的激光束9在一定范围内，按照设定的回旋8字形清洗轨迹运动，实施清洗。
该激光清洗系统10可以应用于手持式激光清洗，或者，应用于固定式激光清洗，或者，应用于其他形式的激光清洗。
该激光清洗系统10能够广泛应用于：激光除锈，激光除油污，激光除漆层，激光去胶层，激光去涂层，激光去镀层，激光焊接清洗，以及激光文物修复等类似于激光清洗的领域。
举例而言，第一驱动单元3和第二驱动单元5分别包括一个精密高速的电机，第一反射镜2的摆动由一个电机驱动；第二反射镜4的摆动由一个电机驱动。光源单元1可以采用固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器及自由电子激光器等激光器提供激光。另外，激光器可以是脉冲激光器，也可以是连续激光器，或者其他新型激光器。
参见图2，图是本发明的单组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。本发明提出一种激光清洗方法，使激光清洗轨迹包括至少一组回旋8字形清洗轨迹。
具体而言，假设：第一反射镜2的摆动极限幅度为a，第二反射镜4的偏摆幅度设定为b，设定的清洗区域长度为c，c≤a。该激光清洗方法包括：
①、从起点开始，第一驱动单元3驱动第一反射镜2从左到右匀速运动(沿X轴)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动(沿Y轴)，则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC；
②、当第一反射镜2运动距离达到设定值c时，第一驱动单元3驱动第一反射镜2反方向运动(原路原速返回)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动；则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC；
③、当第一反射镜2反向运动距离达到设定值c时，第一反射镜2和第二反射镜4同时停止运动，则聚焦的激光束9，可以在清洗表面形成完整的轨迹：去程曲线轨迹QC+回程曲线轨迹HC。
本发明将这种的聚焦的激光束9在聚焦平面形成的轨迹，命名为回旋8字形清洗轨迹。根据工艺效果需要，本发明可以通过改变设定，形成多组清洗轨迹。也即，由一组的回旋8字形清洗轨迹，变成两组、三组、四组甚至更多组的回旋8字形清洗轨迹。
参见图3，图3本发明的两组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。两组回旋8字形清洗轨迹形成方式如下：
①、从起点开始，第一驱动单元3驱动第一反射镜2从左到右匀速运动，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动，则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC1；
②、当第一反射镜2运动距离达到设定值c时，此时第一驱动单元3驱动第一反射镜2反方向运动(原路原速返回)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动；则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC1；
③、当第一反射镜2反向运动距离达到设定值c时，第一驱动单元3驱动第一反射镜2从左到右匀速运动，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动，则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC2；
④、当第一反射镜2运动距离达到设定值c时，第一驱动单元3驱动第一反射镜2反方向运动(原路原速返回)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b往复摆动；则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC2；
⑤、当第一反射镜2反向运动距离达到设定值c时，第一反射镜2和第二反射镜4同时停止运动，则聚焦的激光束9，可以在清洗表面形成完整的轨迹：去程曲线轨迹QC1+回程曲线轨迹HC1+去程曲线轨迹QC2+回程曲线轨迹HC2。
参见图4，图4是本发明的三组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。本发明可以在清洗表面形成完整的轨迹：去程曲线轨迹QC1+回程曲线轨迹HC1+去程曲线轨迹QC2+回程曲线轨迹HC2+去程曲线轨迹QC3+回程曲线轨迹HC3。
参见图5，图5是本发明的四组回旋8字形清洗轨迹的原理示意图。本发明可以在清洗表面形成完整的轨迹：去程曲线轨迹QC1+回程曲线轨迹HC1+去程曲线轨迹QC2+回程曲线轨迹HC2+去程曲线轨迹QC3+回程曲线轨迹HC3+去程曲线轨迹QC4+回程曲线轨迹HC4。
值得一提的是，对于多组回旋8字形清洗轨迹而言，需要避免轨迹起点位于轨迹的波峰和波谷等特殊位置，以免出现后续的清洗轨迹与先前的清洗轨迹出现完全重叠的情形。
本发明的有益效果在于，有效提高清洗效率，以及可有效避免斑马纹、避免爆点，有效改善清洗底纹。
一般污物和本材表面之间的结合力主要有共价键、双偶极子、毛细作用、氢键、范德瓦尔斯力和静电力。一般一遍很难彻底去除干净，需要进行二次清洗才能获得理想的清洗效果。传统的方式一般采用单线往复清洗来达到清洗效果。一方面清洗效率会降低很多，另一方面底纹质量很差，很难避免斑马纹及激光重点的出现。
采用本发明的回旋8字形轨迹的方式，激光的扫描路径为连续曲线，兼顾了效率和清洗效果。一方面，清洗区域为长方形的带状区域，大幅度减少了往复清洗的操作动作，大大的节省了清洗时间。通过与传统清洗方式对比测试，采用回旋“8”字轨迹的方式可以使激光清洗效率提高45％左右。
另一方面，对于易于清洗的脏污，前沿有效去除脏污，后沿清洗残留的脏污；对于较难清洗的脏污，激光前沿可快速有效打破脏污的共价键、双偶极子、毛细作用力氢键、范德瓦尔斯力和静电力等；后端持续加热污染物，污染物吸收激光能量后或汽化挥发、或瞬间受热膨胀而克服表面对粒子的吸附力，使其脱离物体表面,进而达到清洗的目的，实现高效清洗。如此，清洗过程可一气呵成，高效去污。
参见图6，传统的往复单线清洗，很容易形成斑马纹及重点，影响清洗产品的美观度及精细度。
参见图7，采用回旋8字形轨迹进行清洗，则不会出现斑马纹，去除漆层后镜面无激光清洗痕迹。这是因为回旋8字形轨迹是连续的闭合曲线：一方面可有效的防止轨迹拐点造成的激光能量累积而在清洗面形成的拐点痕迹；另一方面，也避免了其它方式频繁开关激光器造成能量不均形成的爆点(激光器在出光时能量较强)。
另外，采用该激光清洗系统10，可以有效降低激光清洗对基材损耗。该激光清洗系统10是全新的一种高效的填充方式，在保证清洗效果的前提下，可以用较低的激光功率达到理想的清洗效果，有效降低传统激光清洗对基材的损伤。
并且，采用该激光清洗系统10，使清洗操作更简单。传统的手持式往复激光清洗，由于激光清洗轨迹很细只有一条单线，往复清洗操作难度大，很难保证清洗效果的一致性，除锈的清洗效果参见图8，除油的清洗效果参见图10。而使用回旋8字形轨迹的方式清洗时，在振镜高速扫描时，清洗激光束几乎同时作用于同一清洗区域，清洗完成后才移动到另一片区域。这样在控制激光清洗效果一致性上，就变得简单的多，除锈的清洗效果参见图9，除油的清洗效果参见图11。
参见图12，图12是本发明的回旋8字形清洗轨迹的一种变形设计的实际拍照图。举例而言，这种清洗轨迹的形成方式如下：
①、从起点(即位于上方的左侧端头)开始，第一驱动单元3驱动第一反射镜2从左到右匀速运动，则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成去程直线轨迹QC1；
②、当第一反射镜2运动距离达到设定值c(即位于上方的右侧端头)时，此时第一驱动单元3驱动第一反射镜2反方向运动(原路原速返回)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b单向偏转；则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成回程直线轨迹HC1；
③、当第一反射镜2反向运动距离达到设定值c(即位于下方的左侧端头)时，第一驱动单元3驱动第一反射镜2从左到右匀速运动，则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成去程直线轨迹QC2；
④、当第一反射镜2运动距离达到设定值c(即位于下方的右侧端头)时，第一驱动单元3驱动第一反射镜2反方向运动(原路原速返回)，第二驱动单元5驱动第二反射镜4按照b反方向地单向偏转；则聚焦后的激光束9，可以在清洗表面形成回程直线轨迹HC2；
⑤、当第一反射镜2反向运动距离达到设定值c时，第一反射镜2和第二反射镜4同时停止运动，则聚焦的激光束9，可以在清洗表面形成完整的轨迹：去程直线轨迹QC1+回程直线轨迹HC1+去程直线轨迹QC2+回程直线轨迹HC2)。
可以理解的是，本发明所称的回旋8字形清洗轨迹，是指清洗轨迹包括至少一个8字形的图形。8字形中的线段，可以是曲线，可以是直线，也可以是折线。回旋8字形轨迹的生成方式方法可以多种多样，例如：三角波、余弦波、正弦波等。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光清洗系统，其特征在于，包括：光源单元，第一反射镜，第一驱动单元，第二反射镜，第二驱动单元，以及聚焦镜；该光源单元提供的激光束先后通过该第一反射镜和该第二反射镜，再通过该聚焦镜聚焦，可使激光束聚焦在清洗面；并且，该第一反射镜和该第二反射镜分别利用该第一驱动单元和该第二驱动单元驱动而按照设定的方式摆动，以使聚焦后的激光束在一定范围内，按照设定的回旋8字形清洗轨迹运动，实施清洗。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该第一驱动单元和该第二驱动单元驱动均选用电机进行驱动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该光源单元包括固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器或自由电子激光器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述的激光器是脉冲激光器，或者是连续激光器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该第一反射镜的摆动极限幅度为a，该第二反射镜的偏摆幅度设定为b，设定的清洗区域长度为c，c≤a。
6.一种激光清洗方法，其特征在于：所述激光清洗方法采用基于权利要求1至5任一项所述的激光清洗系统中，所述激光清洗方法包括：
①、从起点开始，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC；
②、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC；
③、当该第一反射镜反向运动距离达到设定值c时，该第一反射镜和该第二反射镜同时停止运动，则聚焦的激光束，可以在清洗表面形成完整的轨迹。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：该回旋8字形清洗轨迹的生成方法包括：
①、从起点开始，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC1；
②、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC1；
③、当该第一反射镜反向运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，该第二驱动单元驱动第二反射镜按照b往复摆动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程曲线轨迹QC2；
④、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b往复摆动；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程曲线轨迹HC2；
如此循环往复，直到该第一反射镜和该第二反射镜同时停止运动，则聚焦的激光束，可以在清洗表面形成完整的轨迹。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：该回旋8字形清洗轨迹的生成方法包括：
①、从起点开始，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程直线轨迹QC1；
②、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b单向偏转；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程直线轨迹HC1；
③、当该第一反射镜反向运动距离达到设定值c时，该第一驱动单元驱动该第一反射镜匀速运动，则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成去程直线轨迹QC2；
④、当该第一反射镜运动距离达到设定值c时，此时该第一驱动单元驱动该第一反射镜反方向运动，该第二驱动单元驱动该第二反射镜按照b反方向地单向偏转；则聚焦后的激光束，可以在清洗表面形成回程直线轨迹HC2；
⑤、当该第一反射镜反向运动距离达到设定值c时，该第一反射镜和该第二反射镜同时停止运动，则聚焦的激光束，可以在清洗表面形成完整的轨迹。
9.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于：该系统应用于手持式激光清洗，或者固定式激光清洗。
10.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于：该系统应用于激光除锈，激光除油污，激光除漆层，激光去胶层，激光去涂层，激光去镀层，激光焊接清洗，以及激光文物修复。
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