CN109465252A - 超声辅助激光水下清洗装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声辅助激光水下清洗装置和方法，清洗加工模块包括工件、水箱和平场聚焦透镜，工件放置于水箱内的水下，平场聚焦透镜设于水面上方；工作台模块包括可在X/Y向移动的平台，水箱放置于平台上；超声能量模块包括超声换能器，超声换能器附着于水箱上；其激光扫描模块包括振镜和多边形扫描反射镜，多边形扫描反射镜可转动的设于平场聚焦透镜上方，振镜对应于多边形扫描反射镜设置；振镜将入射激光束向多边形扫描反射镜反射，多边形扫描反射镜将入射激光束向平场聚焦透镜反射，平场聚焦透镜将两次反射的入射激光束转变为工作激光束打在工件上而产生空化气泡。本发明提高了清洗效率和效果，增加了工件的使用寿命。

Description

超声辅助激光水下清洗装置及方法
技术领域
本发明涉及激光清洗辅助机构，具体为一种超声辅助激光水下清洗装置及方法。
背景技术
激光清洗是工业清洗领域中的一个重要方向，它具有以下几个优点：
1、保护环境。
2、非接触式清洗，对基材损伤小。
3、较高灵活性、稳定性和自动化。
4、清洗质量好。
然而，随着激光清洗的领域不断扩大，激光清洗的工件涉及到了精密仪器，对于精密仪器，热影响是不能接受的；此外，当在空气中易被氧化的工件被清洗时，工件在被清洗过后很快再次被污染，由于激光在空气中清洗过后仍有余温残留，加速了清洗表面被氧化，从而降低了激光清洗效率和精度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种降低热影响、不易氧化、清洗效率高的超声辅助激光水下清洗装置及方法。
能够解决上述技术问题的超声辅助激光水下清洗装置，其技术方案包括激光扫描模块、清洗加工模块、超声能量模块以及工作台模块，其中：
1、所述清洗加工模块包括工件、水箱和平场聚焦透镜，所述工件放置于水箱内的水下，所述平场聚焦透镜设于水面上方与工件相对。
2、所述工作台模块包括可在X/Y向移动的平台，所述水箱放置于平台上。
3、所述超声能量模块包括超声换能器，所述超声换能器附着于水箱上并通过线路连接超声波发生器。
4、所述激光扫描模块包括振镜和多边形扫描反射镜，所述多边形扫描反射镜可转动的设于平场聚焦透镜上方，多边形扫描反射镜的转动轴线为Y向，所述振镜对应于多边形扫描反射镜设置。
所述振镜将入射激光束向正多边形扫描反射镜反射，多边形扫描反射镜将入射激光束再次向平场聚焦透镜反射，所述平场聚焦透镜将两次反射的入射激光束转变为工作激光束打在工件上而产生空化气泡。
优化方案中，所述振镜于正多边形扫描反射镜侧旁下方设置，垂直的入射激光束向下照射在振镜上。
采用上述超声辅助激光水下清洗装置对工件进行激光清洗，其清洗方式为：
1、清洗开始时，入射激光束通过振镜反射到旋转的多边形扫描反射镜(3)上、再从多边形扫描反射镜上反射到平场聚焦透镜上，入射激光束经平场聚焦透镜聚焦后转变为工作激光束，工作激光束打在工件上产生空化气泡，由于多边形扫描反射镜的高速旋转，工作激光束在工件上快速作X向扫描而使空化气泡形成清洗工件的气泡脉动。
2、清洗的同时启动超声波发生器，水箱上的超声换能器开始工作，使空化气泡的脉动变得更剧烈，脉动周期变得更长，从而提高空化气泡去除杂质的能力，空化气泡脉动剧烈破碎后产生的较高压强有助于工件被清洗表面的强化，提高其可靠性和力学性能，超声换能器促进了水的缓慢流动，有助于使水中杂质偏离工作激光束，减少杂质对工作激光束的干涉，提高入射激光束的利用率。
3、平台作X移动以扩大工作激光束的长度清洗范围，平台作Y移动以扩大工作激光束的宽度清洗范围。
本发明的有益效果：
1、本发明超声辅助激光水下清洗装置及方法，采用水的冷却作用减少了清洗过程的热影响，避免了易氧化的工件清洗表面与氧气的直接接触；超声能量的加入使气泡的空化作用得到提高和延长，因而提高了清洗效率，同时使气泡脉动增强，作用在清洗表面的压强有了显著的提高，对清洗表面起到了一定的强化作用，使其力学性能有所提升。
2、本发明提高了入射激光束的清洗效率和效果，延缓了工件表面被再次污染，增加了工件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的结构示意图。
图2为图1实施方式的工作原理图。
图号标识：1、入射激光束；2、振镜；3、多边形扫描反射镜；4、平场聚焦透镜；5、水箱；6、工件；7、平台；8、超声换能器；9、超声波发生器；10、空化气泡；11、工作激光束；12、水。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明超声辅助激光水下清洗装置，包括激光扫描模块、清洗加工模块、超声能量模块以及工作台模块。
所述清洗加工模块包括工件6(长度方向为X向、宽度方向为Y向)、水箱5和平场聚焦透镜4(对于一定的入射光偏转速度对应着一定的扫描速度，因此可用等角速度的入射光实现线性扫描)，所述水箱5内盛有水12，所述工件6放置于水12下，所述平场聚焦透镜4与工件6前部相对设于水面上方，如图1、图2所示。
所述工作台模块包括可在X/Y向移动的平台7，所述水箱5放置固定在平台7上，如图1所示。
所述超声能量模块包括超声换能器8，所述超声换能器8附着固定于水箱5的外箱壁上，超声换能器8通过线路连接超声波发生器9，如图1所示。
所述激光扫描模块包括振镜2和多边形扫描反射镜3，所述多边形扫描反射镜3可转动的设于平场聚焦透镜4上方，多边形扫描反射镜3的转动轴线为Y向，所述振镜2于多边形扫描反射镜3右侧下方设置，所述振镜2将垂直的入射激光束1向多边形扫描反射镜3下部反射，多边形扫描反射镜3将入射激光束1向平场聚焦透镜4反射，所述平场聚焦透镜4将两次反射的入射激光束1转变为工作激光束11打在工件6上而产生空化气泡10，如图1、图2所示。
采用本发明超声辅助激光水下清洗装置清洗工件6的方式为：
清洗开始时，入射激光束1通过振镜2反射到旋转的多边形扫描反射镜3上，再从多边形扫描反射镜3上反射到平场聚焦透镜4上，入射激光束1经过平场聚焦透镜4后转变为工作激光束11，当工作激光束11打在水箱5中的工件11表面时会产生空化气泡10，当工作激光束11的第一个脉冲打到工件6前端面上时产生第一个空化气泡10，由于多边形扫描反射镜3的高速旋转使得工作激光束11快速沿X向在工件6上从前端面向后进行扫描，即当工作激光束11快速移动距离为第一个最大空化气泡10的2倍半径(2R)距离时，工作激光束11的第二次脉冲随即产生，接着产生第二个空化气泡10产生，以此类推，由于空化气泡10生成不在同一时间，当气泡脉动时就会形成如图1所示的空化气泡10，从而实现激光高效的扫描清洗。
清洗的同时，启动超声波发生器9而使水箱5上的超声换能器8开始工作，由于超声能量的作用使空化气泡10的脉动变得更剧烈，脉动周期更长，从而提高了空化气泡10去除杂质的能力，空化气泡10脉动剧烈破碎后产生了较高的压强也有助于清洗表面被强化，提高了清洗表面的可靠性和力学性能；此外，由于超声能量在水12中传播会产生声流，声流使得水12具有一定的缓慢流动，有助于使水12中的杂质偏离工作激光束11，减少了对工作激光束11的干涉，从而提高了入射激光束1的利用率。
由于平场聚焦透镜4的清洗范围有限，若需清洗面积较大的工件6，平台7可以配合激光扫描而作X/Y向的相关移动，从而提高清洗范围。
例如，当工件6长度大于平场聚焦透镜4的扫描长度时，平台7沿X向进给一个以上扫描长度距离；当工件6宽度大于平场聚焦透镜4的扫描宽度时，平台7沿Y向进给一个以上扫描宽度距离。

Claims (3)

1.超声辅助激光水下清洗装置，包括激光扫描模块、清洗加工模块、超声能量模块以及工作台模块，其中：
所述清洗加工模块包括工件(6)、水箱(5)和平场聚焦透镜(4)，所述工件(6)放置于水箱(5)内的水(12)下，所述平场聚焦透镜(4)设于水面上方与工件(6)相对；
所述工作台模块包括可在X/Y向移动的平台(7)，所述水箱(5)放置于平台(7)上；
所述超声能量模块包括超声换能器(8)，所述超声换能器(8)附着于水箱(5)上并通过线路连接超声波发生器(9)；
所述激光扫描模块包括振镜(2)和多边形扫描反射镜(3)，所述多边形扫描反射镜(3)可转动的设于平场聚焦透镜(4)上方，多边形扫描反射镜(3)的转动轴线为Y向，所述振镜(2)对应于多边形扫描反射镜(3)设置；
所述振镜(2)将入射激光束(1)向多边形扫描反射镜(3)反射，多边形扫描反射镜(3)将入射激光束(1)向平场聚焦透镜(4)反射，所述平场聚焦透镜(4)将两次反射的入射激光束(1)转变为工作激光束(11)打在工件(6)上而产生空化气泡(10)。
2.根据权利要求1所述的超声辅助激光水下清洗装置，其特征在于：所述振镜(2)于正多边形扫描反射镜(3)侧旁下方设置，垂直的入射激光束(1)向下射在振镜(2)上。
3.超声辅助激光水下清洗方法，其特征在于采用了如权利要求1或2所述的超声辅助激光水下清洗装置，其清洗的方式为：
①、清洗开始时，入射激光束(1)通过振镜(2)反射到旋转的多边形扫描反射镜(3)上、再从多边形扫描反射镜(3)上反射到平场聚焦透镜(4)上，入射激光束(1)经平场聚焦透镜(4)聚焦后转变为工作激光束(11)，工作激光束(11)打在工件(6)上产生空化气泡(10)，由于多边形扫描反射镜(3)的高速旋转，工作激光束(11)在工件(6)上快速作X向扫描而使空化气泡(10)形成清洗工件(6)的气泡脉动；
②、清洗的同时启动超声波发生器(9)，水箱(10)上的超声换能器(8)开始工作，使空化气泡(10)的脉动变得更剧烈，脉动周期变得更长，从而提高空化气泡(10)去除杂质的能力，空化气泡(10)脉动剧烈破碎后产生的较高压强有助于工件(6)被清洗表面的强化，提高其可靠性和力学性能，超声换能器(8)促进水(12)的缓慢流动，有助于使水(12)中杂质偏离工作激光束(11)，减少杂质对工作激光束(11)的干涉，提高入射激光束(1)的利用率；
③、平台(7)作X移动以扩大工作激光束(11)的长度清洗范围，平台(7)作Y移动以扩大工作激光束(11)的宽度清洗范围。
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