CN108816964A - 随机激光清洗装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机激光清洗装置与方法，该装置包括：一激光器，该激光器中存在声光调Q并与声光调Q驱动电源相连，还存在激光模块并与激光模块驱动电源相连，同时激光器与一水冷机相连，用于激光器中激光模块、声光调Q和镜片的冷却；一激光清洗头，通过一传能光纤与激光器相连；一执行机构，激光清洗头安装在该执行机构上，用于控制激光清洗头的运动路径；一执行机构伺服控制系统，与执行机构相连，用于控制执行机构实现运动；一随机信号发生器，连接执行机构伺服控制系统与声光调Q驱动电源，控制激光清洗过程。通过本技术方案，可实现清洗后的工件表面无规则清洗痕迹，表面均匀，美观度较传统激光清洗高，大大提高激光清洗的实用性。

Description

随机激光清洗装置与方法
技术领域
本发明属于激光应用技术领域，尤其涉及一种随机激光清洗装置与方法。
背景技术
激光清洗作为一种新型的表面清洗技术，由于其绿色无污染，越来越受到关注，并应用于航空、汽车、模具、轨道交通等领域清洗。
激光清洗采用脉冲激光，通过高速振镜，将激光束聚焦并快速扫描，完成对工件表面的清洗。高速移动的激光将工件表面的污渍、锈迹、油漆等材料通过烧蚀汽化，或等离子体冲击波将待清除材料从工件表面剥离。
通常激光清洗头将激光束快速扫描，光斑在短时间内排列形成一条线。操作者手持或由执行机构加持清洗头前后移动，使快速扫描形成的条状光斑前后移动，从而完成大面积清洗。激光清洗过程中，光斑扫描形成一条线状的清洗痕迹，工件清洗完成后，往往能够有明显的规则条纹状清洗痕迹，这种痕迹导致清洗表面在在不同的角度观察会产生不同的效果，美观性差。渴望能够改善这种规则的清洗痕迹。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种随机激光清洗装置与方法，通过对激光清洗工艺关键参数的随机化，使得激光清洗过程脉冲激光束的重复频率、搭接中心间距随机，从而形成随机的清洗表面，从不同的方向观察清洗后表面，均获得一致的视觉体验。
本发明的目的在于提供一种随机激光清洗装置与方法。
一种随机激光清洗装置，包括：
一激光器，该激光器中存在声光调Q并与声光调Q驱动电源相连，该激光器中还存在激光模块并与激光模块驱动电源相连，激光器同时与一水冷机相连，用于激光器中激光模块、声光调Q和镜片的冷却；
一激光清洗头，通过一传能光纤与激光器相连；
一执行机构，激光清洗头安装在该执行机构上，用于控制激光清洗头的运动路径；
一执行机构伺服控制系统，与执行机构相连，用于控制执行机构实现运动；
一随机信号发生器，连接执行机构伺服控制系统与声光调Q驱动电源，控制激光清洗过程。
进一步的，激光器为二极管泵浦全固态准连续激光器或光纤脉冲激光器。
进一步的，激光清洗头内装有一维振镜或二维振镜，实现对目标的定位。
进一步的，执行机构是机床、十字滑轨或工业机器人。
一种随机激光清洗方法，包括：
步骤一：激光器通过声光调Q产生脉冲激光。
进一步的，通过随机信号发生器控制声光调Q驱动电源产生随机重复频率的脉冲激光。
进一步的，设置重复频率范围W1-W2，通过随机信号发生器，控制重复频率在W1-W2范围内随机产生。
步骤二：对该脉冲激光通过水冷机进行冷却，通过传能光纤将该脉冲激光传输至激光清洗头。
步骤三：执行机构夹持激光清洗头沿垂直激光扫描方向移动。
进一步的，通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在垂直于一维激光扫描方向运动速度随机，形成随机的搭接间距。
进一步的，将随机的搭接间距限定在激光束焦班直径d的0.5倍至1.5倍之间，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
进一步的，激光清洗头为一维振镜时，通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在垂直于一维激光扫描方向运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍；
激光清洗头为二维振镜时，通过随机信号发生器控制该二维振镜的振镜电机驱动卡，控制振镜电机的转速，使二维振镜电机运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
采用上述技术方案后的有益效果是：提出一种随机激光清洗工件表面的方法与装置，通过设置激光清洗过程中脉冲激光束运动的随机性，可实现清洗后的工件表面无规则清洗痕迹，表面均匀，美观度较传统激光清洗高的效果，大大提高了激光清洗的实用性。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明，其中：
图1是本发明实施例的装置结构及方法测试原理示意图；
图2是通过随机信号发生器改变脉冲激光重复频率形成的激光光斑痕迹；
图3是通过随机信号发生器改变脉冲激光重复频率与执行机构运动搭接间距形成的激光光斑痕迹；
图4是热轧板表面氧化膜照片(5倍显微镜照片)；
图5是存在激光条状痕迹的热轧板清洗表面(5倍显微镜照片)；
图6是随机激光清洗热轧板表面照片(5倍显微镜照片)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例涉及一种随机激光清洗装置与方法。
根据本发明实施例的一方面，提供一种随机激光清洗装置，包括：
一激光器6，激光器6中存在声光调Q并与声光调Q驱动电源4相连，激光器6中还存在激光模块并与激光模块驱动电源5相连，同时激光器6与一水冷机7相连，用于激光器中激光模块、声光调Q和镜片的冷却；
一激光清洗头8，通过一传能光纤2与激光器6相连；
一执行机构10，激光清洗头8安装在该执行机构10上，用于控制激光清洗头8的运动路径；
一执行机构伺服控制系统1，与执行机构10相连，用于控制执行机构10实现精密运动；
一随机信号发生器3，连接执行机构伺服控制系统1与声光调Q驱动电源4，控制激光清洗过程。
进一步的，激光器为二极管泵浦全固态准连续激光器或光纤脉冲激光器。
本实施例中，激光器6为二极管泵浦全固态准连续激光器。
进一步的，激光清洗头内装有一维振镜或二维振镜，实现对目标的精确定位。
本实施例中，激光清洗头8内装光纤标准插头、准直器、1维或2维振镜、场镜等，可将激光器进行扩束聚焦，在工件9表面上形成聚焦的激光光斑。
进一步的，执行机构是机床、十字滑轨或工业机器人。
本实施例中，执行机构10是且不限于机床、十字滑轨或工业机器人。
一种随机激光清洗方法，包括：
步骤一：激光器通过声光调Q产生脉冲激光。
本实施例中，激光器6，激光器中声光调Q连接声光调Q驱动电源4，激光模块连接激光模块驱动电源5，产生脉冲激光，激光平均功率100W-1000W连续可调。
进一步的，通过随机信号发生器控制声光调Q驱动电源产生随机重复频率的脉冲激光。
本实施例中，激光器6通过随机信号发生器3控制声光调Q驱动电源4产生随机脉冲重复频率。
进一步的，设置重复频率范围W1～W2，通过随机信号发生器，控制重复频率在W1～W2范围内随机产生。
本实施例中，为保护激光器，设置一定的重复频率范围20kHz-25kHz，通过随机信号发生器3，控制重复频率在20kHz-25kHz范围内随机产生，当激光扫描速度一定时，重复频率较低时，作用在工件表面的激光痕迹为椭圆形甚至直线型，重复频率较高时，作用在工件表面的激光痕迹为圆形或轻微椭圆形，如图2所示。
步骤二：对该脉冲激光通过水冷机进行冷却，通过传能光纤将该脉冲激光传输至激光清洗头。
本实施例中，激光器6与水冷机7相连，进行冷却。激光器6产生的脉冲激光通过传能光纤2传输至激光清洗头8。
步骤三：执行机构夹持激光清洗头沿垂直激光扫描方向移动。
本实施例中，激光清洗头8安装在执行机构10上，执行机构10通过其伺服控制系统1实现精密运动。
进一步的，通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在垂直于一维激光扫描方向运动速度随机，形成随机的搭接间距。
本实施例中，通过随机信号发生器3控制执行机构伺服控制系统1，使执行机构10在垂直于激光清洗头8一维激光扫描方向运动的搭接间距在一定范围内随机。
进一步的，将随机的搭接间距限定在激光束焦班直径d介于0.5倍至1.5之间，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
本实施例中，为确保清洗无死角，将随机中心搭接间距限定在激光束焦班直径1mm的0.5倍～1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍。随机的脉冲重复频率与随机的搭接间距形成的激光清洗痕迹如图3所示。
进一步的，激光清洗头为一维振镜时，通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在沿垂直于一维激光扫描方向运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍；
激光清洗头为二维振镜时，通过随机信号发生器控制该二维振镜的振镜电机驱动卡，控制振镜电机的转速，使二维振镜电机运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
对平面状热轧板表面氧化膜进行清洗，氧化膜原始形貌照片如图4所示。采用传统的激光清洗方法，即随机信号发生器不工作，激光清洗后，工件表面无氧化膜，但会留下比较规则的清洗痕迹，如图5所示。
采用本发明随机激光清洗方法，激光器平均功率设置为600W，激光束焦班直径1mm，声光调Q重复频率20kHz-25kHz内随机选择，激光清洗头一维清洗扫描速度为Vx＝525mm/s，一维扫描宽度D＝60mm，执行机构运动速度为Vy＝(3mm/s～5mm/s)范围内随机选择，经过计算搭接率为一个范围：R＝(d/Vy)/(D/Vx)＝(1mm/3～5mm/s)/(60mm/525)＝1.75-3。激光清洗后热轧板表面无氧化膜，也没有清洗痕迹，如图6所示。
本发明的有益效果是，可实现清洗后的工件表面无规则清洗痕迹，表面均匀，美观度较传统激光清洗高，大大提高激光清洗的实用性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随机激光清洗装置，其特征在于，所述装置包括：
一激光器，所述激光器中存在声光调Q并与声光调Q驱动电源相连，所述激光器中还存在激光模块并与激光模块驱动电源相连，同时激光器与一水冷机相连，用于激光器中激光模块、声光调Q和镜片的冷却；
一激光清洗头，通过一传能光纤与所述激光器相连；
一执行机构，所述激光清洗头安装在所述该执行机构上，用于控制所述激光清洗头的运动路径；
一执行机构伺服控制系统，与所述执行机构相连，用于控制所述执行机构实现运动；
一随机信号发生器，连接所述执行机构伺服控制系统与声光调Q驱动电源，控制激光清洗过程。
2.根据权利要求1所述的随机激光清洗装置，其特征在于，所述激光器为二极管泵浦全固态准连续激光器或光纤脉冲激光器。
3.根据权利要求1所述的随机激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗头内装有一维振镜或二维振镜，实现对目标的定位。
4.根据权利要求1所述的随机激光清洗装置，其特征在于，所述执行机构是机床、十字滑轨或工业机器人。
5.一种随机激光清洗方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：激光器通过声光调Q产生脉冲激光；
步骤二：所述脉冲激光通过水冷机进行冷却，通过传能光纤将所述脉冲激光传输至激光清洗头；
步骤三：执行机构夹持激光清洗头沿垂直激光扫描方向移动。
6.根据权利要求5所述的随机激光清洗方法，其特征在于，所述步骤一还包括：
通过随机信号发生器控制声光调Q驱动电源产生随机重复频率的脉冲激光。
7.根据权利要求5所述的随机激光清洗方法，其特征在于，所述步骤三还包括：
通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在垂直于一维激光扫描方向运动速度随机，形成随机的搭接间距。
8.根据权利要求6所述的随机激光清洗方法，其特征在于，所述方法还包括：
设置重复频率范围W1-W2，通过随机信号发生器，控制重复频率在W1-W2范围内随机产生。
9.根据权利要求7所述的随机激光清洗方法，其特征在于，所述方法还包括：
将随机的搭接间距限定在激光束焦班直径d的介于0.5倍至1.5倍之间，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
10.根据权利要求5至9中任一所述随机激光清洗方法，其特征在于：
激光清洗头为一维振镜时，通过随机信号发生器控制执行机构伺服控制系统，使执行机构在沿垂直于一维激光扫描方向运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍；
激光清洗头为二维振镜时，通过随机信号发生器控制所述二维振镜的振镜电机驱动卡，控制振镜电机的转速，使二维振镜电机运动的搭接间距在一定范围内随机，这个范围设定为激光束焦班直径d的0.5倍-1.5倍以内，平均值为激光束焦班直径d的1倍。
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