CN107900513A - 一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，包括：机壳；激光源，激光源设在机壳的左侧面上；电动缸，电动缸设在机壳内且位于激光源的右侧，电动缸的移动平台沿左右方向可往复移动；第一聚焦镜，第一聚焦镜设在移动平台上；第二聚焦镜，第二聚焦镜设在机壳内且位于电动缸的右侧；反射镜，反射镜设在机壳内且位于第二聚焦镜的右侧；振镜，振镜设在机壳内且位于反射镜的下方，机壳的右侧面具有与振镜相适配的通光口。根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，第一聚焦镜设在移动平台上，实现了激光束焦点在光轴方向上的往复运动，结合扫描振镜摆动，形成了激光束焦点在光轴横向与纵向上的分布，有效解决了激光束焦点难确定、复杂表面构件难清洗的问题。

Description

一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种可以实现高品质激光清洗的激光加工头装置。

背景技术

激光清洗是一种新兴的表面处理技术，其利用高能量激光束照射待清洗工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发、气化或剥离，高速有效地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达到清洁工件表面的目的。相比传统的清洗技术，如化学清洗、机械刷磨、流体颗粒冲刷、超声波清洗等，激光清洗不需要清洁液或其它化学溶液，清除污物的范围和适用的基材范围广泛，清洗的过程不损伤基材表面，具备清洗效果好、控制精度高、应用范围广、运行成本低、不污染环境等优点。

由于国外对激光清洗技术的研究较早，有些领域的清洗已经实现工业化。国外的激光清洗应用范围广泛，从厚锈层到抛光表面微细颗粒都可以去除，涉及到机械工业、微电子工业与艺术品的保护等方面，激光清洗的设备也随之迅速发展，装置、设备种类较多。我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚，基本上是跟踪国外的发展。虽然在较短时间内取得了一些成果，但是与国外相比存在明显的差距。因此，国内成熟的激光清洗设备并不多，大部分还处于实验室研究阶段，其清洗效率和稳定性有待进一步的提高。

尽管目前对激光清洗技术与装备的研究越来越深入，但现有的激光清洗设备仍存在着诸多问题，尤其是激光清洗加工头装置。具体表现在：第一，激光清洗加工头出射激光束的焦点位置不易确定，清洗过程中不易将焦点对准待清洗表面，导致清洗区域未处于激光束最高功率密度位置，不能获得良好的清洗效果，同时也造成了能量浪费，更多的热量传至基体使热影响区变大。尤其对于手持式激光清洗加工头，手部的颤抖会直接影响激光束焦点的作用位置，导致清洗不均匀。第二，对于复杂构件的激光清洗，由于构件表面存在大范围、不规则的起伏，导致激光束作用在构件表面的能量密度分布不均匀，直接影响清洗效果，因此，需要实时调整激光束焦点位置以保证清洗一致性，这不仅增加了工艺难度，也降低了清洗效率。

针对现有激光清洗装备所存在的问题，本发明提供一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，通过聚焦透镜在激光束光轴方向上的往复运动，形成激光束焦点在光轴方向上的振动，获得“长焦深”光斑，结合扫描振镜实现激光束焦点在光轴横向与纵向上的分布，实现均匀的高品质激光清洗，解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种可以实现高品质清洗的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置。

根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，包括：

机壳；

激光源，所述激光源设在所述机壳的左侧面上；

电动缸，所述电动缸设在所述机壳内且位于所述激光源的右侧，所述电动缸的移动平台沿左右方向可往复移动；

第一聚焦镜，所述第一聚焦镜设在所述移动平台上；

第二聚焦镜，所述第二聚焦镜设在所述机壳内且位于所述电动缸的右侧；

反射镜，所述反射镜设在所述机壳内且位于所述第二聚焦镜的右侧；

振镜，所述振镜设在所述机壳内且位于所述反射镜的下方，所述机壳的右侧面具有与所述振镜相适配的通光口。

有利地，所述激光源为脉冲式激光源或连续式激光源。

有利地，所述激光源为全固态、半导体、CO₂脉冲激光源。

有利地，所述的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置还包括第一光学传感报警器和第二光学传感报警器，所述第一光学传感报警器设在所述第一聚焦镜的边缘，所述第二光学传感报警器设在所述第二聚焦镜的边缘。

在激光清洗过程中，激光束焦点位置的控制直接影响着清洗效果。一方面，激光束焦点位置不易确定，可能导致待清洗区域不在激光束最高能量密度处，进而影响清洗效果；另一方面，对于复杂构件清洗对象，由于表面起伏导致清洗不均匀、一致性差，需要实时调整激光束焦点位置以适应构件表面三维复杂曲面变化，增加了工艺难度、降低了清洗效率。

根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，第一聚焦镜设在移动平台上，实现了激光束焦点在光轴方向上的往复运动，结合扫描振镜摆动，形成了激光束焦点在光轴横向与纵向上的分布，即与激光束传播方向相平行的扫描面，有效解决了激光束焦点难确定、复杂表面构件难清洗的问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明所涉及的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置示意图。

图2是聚焦镜位置变化引起的激光束焦点位置改变的示意图。

图3是采用本发明的激光加工头对滤网进行清洗的效果图。

图4是采用本发明的激光加工头对管道表面进行除锈的效果图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置。

如图1所示，根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，包括：机壳1，激光源2，电动缸3，第一聚焦镜4，第二聚焦镜5，反射镜6，振镜7。

具体而言，激光源2设在机壳1的左侧面上。

电动缸3设在机壳1内且位于激光源2的右侧，电动缸3的移动平台301沿左右方向可往复移动。

第一聚焦镜4设在移动平台301上。

第二聚焦镜5设在机壳1内且位于电动缸3的右侧。

反射镜6设在机壳1内且位于第二聚焦镜6的右侧。

振镜7设在机壳1内且位于反射镜6的下方，机壳1的右侧面具有与振镜7相适配的通光口101。

有利地，激光源2可以为脉冲式激光源或连续式激光源。进一步地，激光源2为全固态、半导体、CO₂脉冲激光源。

有利地，所述的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置还包括第一光学传感报警器(未示出)和第二光学传感报警器(未示出)，所述第一光学传感报警器设在第一聚焦镜4的边缘，所述第二光学传感报警器设在第二聚焦镜5的边缘。

换言之，如图1所示，根据本发明实施例的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置具备机壳1，激光源2，电动缸3，第一聚焦镜4，第二聚焦镜5，反射镜6，振镜7，以及其他公知的构件(在图1中并未示出)。其中，激光源2固定在机壳1左侧面，电动缸3固定在机壳1下底面上，第一聚焦镜4固定在电动缸3的移动平台301上，第二聚焦镜5固定在机壳1下底面上，反射镜6用于反射激光光束，振镜7用于产生快速扫描光斑。

激光源2可以是脉冲式激光源，亦可以是连续式激光源，优选地，采用全固态、半导体、CO₂脉冲激光源。

激光源2发射激光束，激光束依次经过第一聚焦镜4与第二聚焦镜5后入射至反射镜6，经反射镜6反射后入射至振镜7，最后通过振镜7反射经机壳1右侧面的通光口101射出，作用在待清洗工件表面进行激光清洗工作。由于振镜7的摆动，激光束在空间形成扫描光斑。

电动缸3用于产生激光束光轴方向上的高频率往复运动。第一聚焦镜4随电动缸3的移动平台301进行高频率往复运动，通过周期性改变第一聚焦镜4的位置实现激光加工头输出光束聚焦焦点长距离的周期性振动，结合振镜7摆动获得激光束焦点在光轴横向与纵向上的分布，形成与激光束传播方向相平行的扫描面。

第一聚焦镜4与第二聚焦镜5在光学镜片边缘安装有光学传感报警器，防止第一聚焦镜4往复运动振幅过大所导致的激光对镜架的辐照损伤。

以下为本发明具体实施例。使用本实施方式所涉及的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，进行激光清洗工艺实验。

实施例1

使用本发明提供的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置对滤网进行清洗，其中，滤网待清洗区域具有多层结构且表面起伏大。

采用Nd：YAG全固态纳秒激光源，输出功率200W，重频30kHz，脉宽120ns；电动缸往复运动频率30Hz，振幅5mm；振镜扫描频率30Hz，最终获得激光束焦点横向扫描光斑80mm，纵向扫描光斑8mm。

使用本发明一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置进行滤网清洗，加工头移动速度为10mm/s，最终实现对滤网的高品质均匀清洗，见图3。

实施例2

使用本发明提供的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置对管道表面进行除锈清洗，其中，管道表面为大曲率三维曲面。

采用纳秒光纤激光源，输出功率100W，重频20kHz，脉宽100ns；电动缸往复运动频率20Hz，振幅8mm；振镜扫描频率30Hz，最终获得激光束焦点横向扫描光斑80mm，纵向扫描光斑14mm。

使用本发明一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置进行管道表面除锈，加工头移动速度为8mm/s，最终实现对管道表面的高品质均匀除锈，见图4。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，其特征在于，包括：

机壳；

激光源，所述激光源设在所述机壳的左侧面上；

电动缸，所述电动缸设在所述机壳内且位于所述激光源的右侧，所述电动缸的移动平台沿左右方向可往复移动；

第一聚焦镜，所述第一聚焦镜设在所述移动平台上；

第二聚焦镜，所述第二聚焦镜设在所述机壳内且位于所述电动缸的右侧；

反射镜，所述反射镜设在所述机壳内且位于所述第二聚焦镜的右侧；

振镜，所述振镜设在所述机壳内且位于所述反射镜的下方，所述机壳的右侧面具有与所述振镜相适配的通光口。

2.根据权利要求1所述的一种可以实现高品质清洗的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，其特征在于，所述激光源为脉冲式激光源或连续式激光源。

3.根据权利要求2所述的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，其特征在于，所述激光源为全固态、半导体、CO₂脉冲激光源。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置，其特征在于，还包括第一光学传感报警器和第二光学传感报警器，所述第一光学传感报警器设在所述第一聚焦镜的边缘，所述第二光学传感报警器设在所述第二聚焦镜的边缘。