CN108405486B - 激光清洗装置及激光清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光清洗装置及激光清洗方法。激光清洗装置包括移动平台、激光器、分光镜、反射镜、振镜、驱动件及保护机构。移动平台用于放置工件且带动工件沿第一方向运动。激光器用于产生激光。分光镜与激光器对应设置，分光镜将激光分为第一清洗激光及第二清洗激光，且第一清洗激光的光量大于第二清洗激光的光量。反射镜用于反射第二清洗激光。振镜设置于第一清洗激光及第二清洗激光的光路上，第一清洗激光经过振镜反射后能够入射到工件上，反射镜反射的第二清洗激光经过振镜反射后能够入射到工件上。驱动件与振镜相连接，驱动件用于驱动振镜摆动，以使第一清洗激光和第二清洗激光沿第二方向往复扫描。保护机构用于向工件施加保护气体。

Description

激光清洗装置及激光清洗方法

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装置及激光清洗方法。

背景技术

铝合金作为工业中应用最广泛的一种有色金属，具有密度低、强度高、成型性能好和抗蚀性能好等特点，在轨道交通、航空航天及汽车制造等工业领域得到了广泛的应用。但是，由于铝元素比较活泼，铝合金表面在常温下容易氧化形成氧化层。铝合金表面氧化层极易吸附环境中的油污和水份，且氧化层熔点远远高于铝合金的熔点。铝合金在焊接的过程中，受表面氧化层的影响，焊缝常常会产生气孔和夹渣等缺陷。因此，铝合金在焊接前，通常需要去除表面的氧化层。

激光清洗技术可以用于清洗铝合金表面的氧化层，其清洗机理是通过激光对铝合金表面的热作用使铝合金表面的氧化层被去除。激光清洗铝合金表面氧化层的过程中，需要施加保护气体，以防止铝合金与氧气发生反应再次形成新的氧化物。但是，激光清洗铝合金表面氧化层的过程中，铝合金表面的温度较高，虽然施加有保护气体，铝合金还是容易与氧气发生反应再次形成新的氧化物，铝合金清洗效果不佳。

发明内容

基于此，有必要针对传统的激光清洗方法清洗铝合金表面的氧化层，清洗效果不佳的问题，提供一种激光清洗装置及激光清洗方法。

一种激光清洗装置，包括：

移动平台，用于放置工件，所述移动平台能够带动所述工件沿第一方向运动；

激光器，用于产生激光；

分光镜，与所述激光器对应设置，所述分光镜用于将所述激光分为第一清洗激光及第二清洗激光，且所述第一清洗激光的光量大于所述第二清洗激光的光量；

反射镜，用于反射所述第二清洗激光；

振镜，设置于所述第一清洗激光及所述第二清洗激光的光路上，所述第一清洗激光经过所述振镜反射后能够入射到所述工件上，所述反射镜反射的所述第二清洗激光经过所述振镜反射后能够入射到所述工件上；

驱动件，所述驱动件与所述振镜相连接，所述驱动件用于驱动所述振镜摆动，以使所述第一清洗激光和所述第二清洗激光沿第二方向往复扫描；及

保护机构，所述保护机构用于向所述工件施加保护气体。

在其中一个实施例中，还包括第一聚焦镜，所述第一聚焦镜设置于所述分光镜与所述振镜之间，所述第一聚焦镜用于聚焦所述第一清洗激光。

在其中一个实施例中，所述第一聚焦镜的焦距，等于所述第一聚焦镜到所述振镜的距离与所述振镜到所述工件的距离之和。

在其中一个实施例中，还包括第二聚焦镜，所述第二聚焦镜设置于所述反射镜与所述振镜之间，所述第二聚焦镜用于聚焦所述第二清洗激光。

在其中一个实施例中，所述第二聚焦镜的焦距，等于所述第二聚焦镜到所述振镜的距离与所述振镜到所述工件的距离之和。

在其中一个实施例中，还包括控制器，所述控制器与所述移动平台及所述激光器通信连接，所述控制器用于控制所述激光器及所述移动平台。

在其中一个实施例中，所述第一清洗激光的光量为所述激光光量的60％-95％，所述第二清洗激光的光量为所述激光光量的5％-30％。

在其中一个实施例中，所述反射镜反射后的所述第二清洗激光与所述第一清洗激光相平行。

在其中一个实施例中，所述激光通过所述分光镜分为反射光和透射光，所述反射光为所述第一清洗激光，所述透射光为所述第二清洗激光。

一种利用如上述任意一项所述激光清洗装置对工件进行清洗的方法，包括以下步骤：

将工件放置于移动平台上；

启动所述激光清洗装置，第一清洗激光和第二清洗激光沿第二方向往复扫描，保护机构向所述工件施加保护气体；及

所述移动平台带动所述工件沿第一方向运动，所述第一清洗激光清洗所述工件表面的氧化层形成第一清洗区域，所述第二清洗激光清洗所述第一清洗区域再生的氧化物。

上述激光清洗装置及激光清洗方法，第一清洗激光清洗工件表面的氧化层形成第一清洗区域。由于第一清洗激光的光量较高，因此第一清洗激光在工件表面的激光功率密度较高，导致工件表面的温度较高，虽然保护机构施加有保护气体，但是第一清洗区域还是容易形成新的氧化物。第二清洗激光用于清洗第一清洗区域再生的氧化物。第二清洗激光的光量较小，第二清洗激光在工件表面的激光功率密度较低，因此工件表面的温度较低，且保护机构施加有保护气体，从而可以避免工件再生氧化物。工件通过两次清洗，可以保证工件清洗干净，工件的清洗效果较佳。并且，激光清洗装置清洗效率较高，清洗工件的过程中不会产生二次污染。

附图说明

图1为一实施方式中激光清洗装置的结构示意图；

图2为一实施方式中激光清洗方法的流程图；

图3为图1所示激光清洗装置清洗工件的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式中的激光清洗装置100，用于清洗工件200表面的氧化层，特别是用于清洗铝合金表面的氧化层。具体地，该激光清洗装置100包括移动平台110、激光器120、分光镜130、反射镜140、振镜150、驱动件160及保护机构170。

移动平台110用于放置工件200，移动平台110能够带动工件200沿第一方向运动。一实施方式中，第一方向为Y轴方向，移动平台110带动工件200沿Y轴方向匀速移动。

激光器120用于产生激光122。一实施方式中，激光器120产生的激光122为准直过的平行激光束。激光器120为脉冲激光器。具体地，激光器120可以为光学激光器、半导体激光器或者二氧化碳激光器。激光器120的功率不小于100W，以保证铝合金表面的氧化层能够被清洗。

分光镜130与激光器120对应设置。激光器120产生的激光122能够入射到分光镜130上，分光镜130将激光122分为第一清洗激光124及第二清洗激光126，且第一清洗激光124的光量大于第二清洗激光126的光量。一实施方式中，激光器120产生的激光122通过分光镜130分为反射光和透射光。其中，反射光为第一清洗激光124，透射光为第二清洗激光126。

具体地，分光镜130包括透明的主体及反射膜，反射膜设置于主体上。通过在主体上镀上不同的反射膜，可以改变第一清洗激光124的光量与第二清洗激光126的光量的比例。一实施方式中，激光器120产生的激光122入射到分光镜130上的入射角度为45度。为了保证良好的清洗效率和清洗质量，第一清洗激光124的光量为激光122光量的60％-95％，第二清洗激光126的光量为激光122光量的5％-30％。

反射镜140与分光镜130平行设置，且位于第二清洗激光126的光路上，以用于反射第二清洗激光126。一实施方式中，第二清洗激光126经过反射镜140反射后，第二清洗激光126与第一清洗激光124相平行，以方便振镜150的设置，保证第一清洗激光124和第二清洗激光126在振镜150上的入射角相同。反射镜140的镜片反射率大于99％，以使第二清洗激光126基本被全部反射，提高第二清洗激光126的利用率。

振镜150设置于第一清洗激光124及第二清洗激光126的光路上。第一清洗激光124经过振镜150反射后能够入射到工件200上，反射镜140反射后的第二清洗激光126经过振镜150反射后能够入射到工件200上。

驱动件160与振镜150相连接，驱动件160用于驱动振镜150往复摆动，以使第一清洗激光124和第二清洗激光126沿第二方向往复扫描。一实施方式中，由于第一清洗激光124和第二清洗激光126在振镜150上的入射角相同，因此第一清洗激光124和第二清洗激光126扫描的范围相同。一实施方式中，驱动件160为电机。第二方向为X轴方向，第二方向与第一方向相垂直。

保护机构170用于向工件200施加保护气体。具体地，保护气体可以为氩气或者氮气，保护气体的气压为0.3-0.6MPa。保护气体可以对工件200已清洗区域进行气体保护，防止工件200已清洗区域与氧气发生反应生成新的氧化物，同时可以加快已清洗区域冷却。

一实施方式中，激光清洗装置100还包括第一聚焦镜182，第一聚焦镜182设置于分光镜130与振镜150之间，第一聚焦镜182用于聚焦第一清洗激光124，以将平行的激光束聚焦形成聚焦光斑，在焦点位置得到相对较高的激光功率密度。一实施方式中，第一聚焦镜182为凸透镜。第一聚焦镜182的焦距等于第一聚焦镜182到振镜150的距离与振镜150到工件200的距离之和。工件200位于第一聚焦镜182的焦点上，从而达到清洗工件200表面的目的，同时也保证了较高的清洗效率。

一实施方式中，激光清洗装置100还包括第二聚焦镜184，第二聚焦镜184设置于反射镜140与振镜150之间，第二聚焦镜184用于聚焦第二清洗激光126，以将平行的激光束聚焦形成聚焦光斑，在焦点位置得到相对较低的激光功率密度。一实施方式中，第二聚焦镜184也为凸透镜，第二聚焦镜184的光学特性与第一聚焦镜182一致。第二聚焦镜184的焦距等于第二聚焦镜184到振镜150的距离与振镜150到工件200的距离之和。工件200位于第二聚焦镜184的焦点上，相对较低的激光功率密度可以去除掉再生的氧化物，同时不会再生氧化物。

一实施方式中，激光清洗装置100还包括控制器190，控制器190与移动平台110及激光器120通信连接，控制器190用于控制激光器120及移动平台110。控制器190可以调节激光器120产生的激光122的参数，控制器190也可以控制移动平台110的运动参数。

请参阅图2，本发明还提供一种激光清洗方法。为实现该激光清洗方法，其采用上述激光清洗装置100。该激光清洗方法具体包括如下步骤：

步骤S110：将工件200放置于移动平台110上。

具体地，将工件200水平放置到移动平台110上，且将工件200需要清洗的表面与振镜150相对。当需要清洗工件200其他的表面时，翻转工件200即可

步骤S120：启动激光清洗装置100，第一清洗激光124和第二清洗激光126沿第二方向往复扫描，保护机构170向工件200施加保护气体。

具体地，激光清洗装置100启动后，激光器120射出激光122，分光镜130将激光122分为第一清洗激光124和第二清洗激光126。驱动件160驱动振镜150摆动，从而可以使第一清洗激光124和第二清洗激光126沿第二方向往复扫描。同时，保护机构170向工件200施加惰性气体氩气。一实施方式中，第一清洗激光124和第二清洗激光126沿X轴方向往复扫描，第一清洗激光124和第二清洗激光126的扫描范围相同。

步骤S130：移动平台110带动工件200沿第一方向运动，第一清洗激光124清洗工件200表面的氧化层形成第一清洗区域210，第二清洗激光126清洗第一清洗区域210再生的氧化物。

请一并参阅图3，具体地，移动平台110带动工件200沿Y轴方向运动时，工件200首先会经过第一清洗激光124。由于第一清洗激光124的光量较高，因此第一清洗激光124在工件200表面的激光功率密度较高，其清洗作用较强，第一清洗激光124能够去除工件200表面的氧化层。第一清洗激光124清洗工件200表面的氧化层形成第一清洗区域210。

但是，第一清洗激光124去除氧化层形成第一清洗区域210的过程中，由于第一清洗激光124在工件200表面的激光功率密度较高，导致工件200表面的温度较高，虽然保护机构170施加有保护气体，但是第一清洗区域210还是容易形成新的氧化物。

然后，工件200经过第二清洗激光126，由于第二清洗激光126的光量较小，第二清洗激光126在工件200表面的激光功率密度较低，其清洗作用较弱，第二清洗激光126用于去除第一清洗区域210形成的新的氧化物。第二清洗激光126会清洗第一清洗区域210的氧化物形成第二清洗区域220，从而完成整个清洗过程。

第二清洗激光126去除第一清洗区域210氧化物的过程中，由于第二清洗激光126在工件200表面的激光功率密度较低，因此工件200表面的温度较低，工件200不易与氧气发生反应生成新的氧化物，且保护机构170施加有保护气体，从而可以避免第二清洗区域220形成新的氧化物，保证工件200清洗干净。

上述激光清洗装置100及激光清洗方法，工件200通过两次清洗，可以保证工件200清洗干净，工件200的清洗效果较佳。并且，激光清洗装置100清洗效率较高，清洗工件200的过程中不会产生二次污染。保护气体可以加快工件200的冷却，清洗的过程中不会损伤基材。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光清洗装置，其特征在于，包括：

移动平台，用于放置工件，所述移动平台能够带动所述工件沿第一方向运动；

激光器，用于产生激光；

分光镜，与所述激光器对应设置，所述分光镜用于将所述激光分为第一清洗激光及第二清洗激光，且所述第一清洗激光的光量大于所述第二清洗激光的光量；

反射镜，用于反射所述第二清洗激光；

振镜，设置于所述第一清洗激光及所述第二清洗激光的光路上，所述第一清洗激光经过所述振镜反射后能够入射到所述工件上，所述反射镜反射的所述第二清洗激光经过所述振镜反射后能够入射到所述工件上；

驱动件，所述驱动件与所述振镜相连接，所述驱动件用于驱动所述振镜摆动，以使所述第一清洗激光和所述第二清洗激光沿第二方向往复扫描；及

保护机构，所述保护机构用于向所述工件施加保护气体；

其中，第二清洗激光相对较低的激光功率密度可以去除掉再生的氧化物，同时不会再生氧化物。

2.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括第一聚焦镜，所述第一聚焦镜设置于所述分光镜与所述振镜之间，所述第一聚焦镜用于聚焦所述第一清洗激光。

3.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，所述第一聚焦镜的焦距，等于所述第一聚焦镜到所述振镜的距离与所述振镜到所述工件的距离之和。

4.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括第二聚焦镜，所述第二聚焦镜设置于所述反射镜与所述振镜之间，所述第二聚焦镜用于聚焦所述第二清洗激光。

5.根据权利要求4所述的激光清洗装置，其特征在于，所述第二聚焦镜的焦距，等于所述第二聚焦镜到所述振镜的距离与所述振镜到所述工件的距离之和。

6.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述移动平台及所述激光器通信连接，所述控制器用于控制所述激光器及所述移动平台。

7.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，所述第一清洗激光的光量为所述激光光量的60％-95％，所述第二清洗激光的光量为所述激光光量的5％-30％。

8.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜反射后的所述第二清洗激光与所述第一清洗激光相平行。

9.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，所述激光通过所述分光镜分为反射光和透射光，所述反射光为所述第一清洗激光，所述透射光为所述第二清洗激光。

10.一种利用如权利要求1～9任意一项所述激光清洗装置对工件进行清洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将工件放置于移动平台上；

启动所述激光清洗装置，第一清洗激光和第二清洗激光沿第二方向往复扫描，保护机构向所述工件施加保护气体；及

所述移动平台带动所述工件沿第一方向运动，所述第一清洗激光清洗所述工件表面的氧化层形成第一清洗区域，所述第二清洗激光清洗所述第一清洗区域再生的氧化物。

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