CN109433745A - 大型构件长焦深线光斑激光清洗方法 - Google Patents

大型构件长焦深线光斑激光清洗方法 Download PDF

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郭斌
徐杰
单德彬
张东赫
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Abstract

本发明公开了大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，包括以下步骤：将大型复杂曲面工件放置在工作台上，调节激光清洗工作头对准所述大型复杂曲面工件，调节所述激光清洗工作头与所述大型复杂曲面工件中待清洗表面的距离，使所述待清洗表面均位于焦深范围内，保持激光光束所照射区域激光能量密度相等；启动光纤激光器给所述激光清洗工作头提供激光光束，所述激光光束提供的能量高于所述待清洗表面的阈值且低于所述大型复杂曲面工件基体的损伤阈值，同时保持所述激光光束的焦深≥60mm；所述激光清洗工作头沿扫描路径进行清洗，从而使本发明适用于大型复杂曲面，且其清洗效率高、清洗质量好。

Description

大型构件长焦深线光斑激光清洗方法
技术领域
本发明涉及激光清洗技术领域，特别是涉及大型构件长焦深线光斑激光清洗方法。
背景技术
针对飞机、高铁、轮船等结构的大型复杂构件表面，传统清洗方式多为机械清洗与化学药剂清洗。构件清洗面积大、表面结构复杂，其清洗过程劳动量大，工作环境恶劣，容易对环境造成威胁。随着人们对环保以及安全意识的日益增强，激光清洗技术逐渐进入到人们的视野。目前激光清洗技术在国内一些行业已得到应用，市场上也出现了一些激光清洗设备，目前市场较为常见的激光清洗方法为通过扫描振镜的方式进行清洗，但对于大型复杂构件来说，存在着以下问题：(1)工作头输出光束能量分布不均匀而导致清洗不均匀；(2)工作头输出光束焦深短，对于曲面或是复杂构件出现清洗不均匀、不彻底的情况，因此对于大型复杂构件的激光清洗，清洗效率较低，基体易损伤，清洗质量较差。
发明内容
本发明的目的是提供大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，以解决上述现有技术存在的问题，使本发明适用于大型复杂曲面，且其清洗效率高、清洗质量好。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，包括以下步骤：将大型复杂曲面工件放置在工作台上，调节激光清洗工作头对准所述大型复杂曲面工件，调节所述激光清洗工作头与所述大型复杂曲面工件中待清洗表面的距离，使所述待清洗表面均位于焦深范围内，保持激光光束所照射区域激光能量密度相等；启动光纤激光器给所述激光清洗工作头提供激光光束，所述激光光束提供的能量高于所述待清洗表面的阈值且低于所述大型复杂曲面工件基体的损伤阈值，同时保持所述激光光束的焦深≥60mm；所述激光清洗工作头沿扫描路径进行清洗。
进一步，所述光纤激光器至少包括一台，所述光纤激光器输出光斑为圆形或方形高斯光斑。
进一步，所述激光光束的线光斑尺寸为：光斑长度≥100mm，宽度≤0.3mm。
进一步，焦距范围内所述激光光束的光斑能量均匀性不小于85％。
进一步，所述扫描路径的方向为所述大型复杂曲面工件的污染物厚度或污染物清洗难度沿所述激光光束的光斑宽度方向。
进一步，所述扫描路径为S型路径。
进一步，所述激光清洗工作头内设有控制系统并能控制所述光纤激光器的输出参数与所述激光清洗工作头的运动轨迹及速度，当所述控制系统中激光测距传感器测量所述大型复杂曲面工件处于所述激光光束的焦深范围内时，进行正常的激光清洗工作；当所述激光测距传感器测量所述大型复杂曲面工件不处于激光焦深范围内时，所述控制系统发出信号，将所述激光清洗工作头移动使所述大型复杂曲面工件处于所述激光光束的焦深范围内，再进行清洗工作。
进一步，采用所述大型复杂曲面工件的表面颜色对比检测激光清洗质量。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明将大型复杂曲面工件放置在工作台上，调节激光清洗工作头与待清洗表面至合适距离，使待清洗表面均位于焦深范围内，保持激光光束所照射区域激光能量密度相等，并保持激光光束的焦深≥60mm，在此条件下，激光清洗工作头沿扫描路径进行清洗，使激光清洗工作头适用于大型复杂曲面工件的清洗，且其清洗效率高、清洗质量好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1为本发明的清洗状态示意图；
图2为本发明中扫描路径的示意图；
其中：1-激光清洗工作头，2-大型复杂曲面工件，3-光纤激光器，4-光学系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，以解决上述现有技术存在的问题，使本发明适用于大型复杂曲面，且其清洗效率高、清洗质量好。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图2所示：本实施例提供了大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，包括以下步骤：将大型复杂曲面工件2放置在工作台上，调节激光清洗工作头1对准大型复杂曲面工件2，调节激光清洗工作头1与大型复杂曲面工件2中待清洗表面的距离，使待清洗表面均位于焦深范围内，保持激光光束所照射区域激光能量密度相等；启动光纤激光器3给激光清洗工作头1提供激光光束，激光光束提供的能量高于待清洗表面的阈值且低于大型复杂曲面工件2基体的损伤阈值，保持激光光束的焦深≥60mm，以适应高低起伏复杂曲面的清洗，同时还能对金属表面油漆、污物、锈蚀等对象进行清洗，并能达到较好的清洗效果和清洗效率。激光清洗工作头1沿扫描路径进行清洗，本实施例可以将扫描路径设置为S型路径，具体如图2所示，且扫描路径的方向为大型复杂曲面工件2的污染物厚度或污染物清洗难度沿激光光束的光斑宽度方向。并在清洗完毕后，可以采用大型复杂曲面工件2的表面颜色对比检测激光清洗质量。通过具体实施发现带有大型复杂曲面的金属表面油污、涂层和锈蚀等对象的清洗效率可达50m2/h，清洗质量不低于Sa3.0级。
具体的，光纤激光器3至少包括一台，光纤激光器3可以选择脉冲光纤激光器，优选为秒脉冲光线激光器，平均功率不低于200w，光纤激光器3输出光斑为圆形或方形高斯光斑。光纤激光器输出的激光光束经过光学系统4的光束整形调控，使激光光束的光斑尺寸为：光斑长度≥100mm，宽度≤0.3mm，光斑长度能够保证清洗面积，从而提高清洗效率，而光斑宽度能够保证光斑能量密度，以提高清洗效果和清洗质量，因此，本实施例既能保证清洗效果又保证清洗效率。焦距范围内激光光束的光斑能量均匀性不小于85％，并根据污染物厚度或污染物的清洗难度选择合适的光斑搭接率，从而保证清洗的均匀性和清洗质量。
本实施例中，激光清洗工作头1内还可以设有控制系统，清洗过程中可以实时调控光纤激光器3的输出参数与激光清洗工作头1的运动轨迹及速度，当控制系统中激光测距传感器测量大型复杂曲面工件2处于激光光束的焦深范围内时，进行正常的激光清洗工作；当激光测距传感器测量大型复杂曲面工件2不处于激光焦深范围内时，控制系统发出信号，将激光清洗工作头1移动使大型复杂曲面工件2处于激光光束的焦深范围内，保证清洗效果的前提下，再进行清洗工作。如此，可以提高清洗清洗效率并能保证清洗效果。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：包括以下步骤：将大型复杂曲面工件放置在工作台上，调节激光清洗工作头对准所述大型复杂曲面工件，调节所述激光清洗工作头与所述大型复杂曲面工件中待清洗表面的距离，使所述待清洗表面均位于焦深范围内，保持激光光束所照射区域激光能量密度相等；启动光纤激光器给所述激光清洗工作头提供激光光束，所述激光光束提供的能量高于所述待清洗表面的阈值且低于所述大型复杂曲面工件基体的损伤阈值，同时保持所述激光光束的焦深≥60mm；所述激光清洗工作头沿扫描路径进行清洗。
2.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：所述光纤激光器至少包括一台，所述光纤激光器输出光斑为圆形或方形高斯光斑。
3.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：所述激光光束的线光斑尺寸为：光斑长度≥100mm，宽度≤0.3mm。
4.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：焦距范围内所述激光光束的光斑能量均匀性不小于85％。
5.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：所述扫描路径的方向为所述大型复杂曲面工件的污染物厚度或污染物清洗难度沿所述激光光束的光斑宽度方向。
6.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：所述扫描路径为S型路径。
7.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：所述激光清洗工作头内设有控制系统并能控制所述光纤激光器的输出参数与所述激光清洗工作头的运动轨迹及速度，当所述控制系统中激光测距传感器测量所述大型复杂曲面工件处于所述激光光束的焦深范围内时，进行正常的激光清洗工作；当所述激光测距传感器测量所述大型复杂曲面工件不处于激光焦深范围内时，所述控制系统发出信号，将所述激光清洗工作头移动使所述大型复杂曲面工件处于所述激光光束的焦深范围内，再进行清洗工作。
8.根据权利要求1所述的大型构件长焦深线光斑激光清洗方法，其特征在于：采用所述大型复杂曲面工件的表面颜色对比检测激光清洗质量。
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