CN109877117A - 一种激光清洗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光清洗系统及方法，光谱仪通过第一激光探头收集第一调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，进行比较，能够判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数，控制激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除，待清洗完成后，从第二调Q激光器投射另外一束激光，通过第二激光探头收集光谱信息，分析涂层的厚度及元素比例，从而判断是否清洗干净，是否需要二次清洗。采用激光诱导击穿光谱技术可以达到预处理的效果，且对样品表面损伤小，能够实现在线非接触检测。

Description

一种激光清洗系统及方法

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，尤其涉及一种激光清洗系统及方法。

背景技术

激光清洗作为一种绿色环保型清洗方法，被誉为“21 世纪最具潜力清洗技术”。与传统的清洗方法相比，具有清洗效果好、控制精度高、应用范围广、运行成本低、清洗效率高、不污染环境等优点。

然而在激光清洗前，存在一个相对不可或缺的步骤，即需要对每个工件表面进行分析和判断而后通过调整相应参数，才能获得最佳激光清洗工艺参数。整个过程相对复杂繁琐，极大降低激光清洗的工作效率。

采用传统在线监测方法又会增大设备复杂程度，操作风险过程繁琐，加设备成本，不利于激光清洗产业化推广。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种激光清洗系统，包括：连接机构，控制终端，光谱仪以及第一激光探头；

连接机构上设有第一调Q激光器以及激光清洗头；

光谱仪，第一调Q激光器以及激光清洗头分别与控制终端通信连接；

光谱仪与第一激光探头通信连接；

控制终端控制第一调Q激光器向清洗样品上投射第一预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第一激光探头收集第一调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除。

进一步需要说明的是，本发明还包括：第二激光探头；

连接机构上还设有第二调Q激光器；

第二调Q激光器与控制终端通信连接；

光谱仪与第二激光探头通信连接；

控制终端还用于待完成一次清洗后，控制终端控制第二调Q激光器向清洗样品上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第二激光探头收集第二调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；

如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值。

进一步需要说明的是，控制终端设有数据库；

数据库用于储存控制终端接收的数据信息以及各类数据的预设阈值信息。

进一步需要说明的是，连接机构包括：基座，基座上连接有两根平行设置的立柱，两根平行设置立柱之间连接有水平横梁；

水平横梁上设有水平传动机构，水平传动机构上连接有升降吊杆，升降吊杆设有升降传动机构，激光清洗头与升降传动机构移动连接；

水平横梁设有水平驱动电机；

升降吊杆设有升降驱动电机；

控制终端通过控制水平驱动电机运行，使升降吊杆沿着水平传动机构水平移动；

控制终端通过控制升降驱动电机运行，使激光清洗头沿着升降传动机构升降移动。

进一步需要说明的是，水平传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动；

升降传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动。

进一步需要说明的是，基座上设有基座滑轨；

两根立柱的底部分别设有立柱驱动电机以及立柱行走轮；

控制终端通过控制立柱驱动电机运行，使两根立柱通过立柱行走轮与基座滑轨配合，同步沿着基座滑轨移动；

基座上还设有清洗样品安置位。

进一步需要说明的是，连接机构上还设有驱动第一调Q激光器在连接机构上移动的第一激光器移动机构；

连接机构上还设有驱动第二调Q激光器在连接机构上移动的第二激光器移动机构。

进一步需要说明的是，本发明还包括：第一传输光纤和第二传输光纤；

第一激光探头通过第一传输光纤与光谱仪通信连接；

第二激光探头通过第二传输光纤与光谱仪通信连接；

或，

第一激光探头和第二激光探头分别通过无线通信方式与光谱仪通信连接。

本发明还提供一种激光清洗方法，方法包括：

控制终端接收激光清洗启动信息；

控制终端控制第一调Q激光器向清洗样品上投射预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第一激光探头收集第一调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除。

待完成一次清洗后，控制终端控制第二调Q激光器向清洗样品上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第二激光探头收集第二调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；

如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明涉及的激光清洗系统相比之前的激光清洗需要对样品表面进行预处理，采用激光诱导击穿光谱技术可以达到预处理的效果，且对样品表面损伤小，能够实现在线非接触检测。此外激光诱导击穿光谱技术与激光清洗技术都需要用到高能激光脉冲，实现了对清洗样品表面锈迹、涂层等表面去除。

激光诱导击穿光谱技术与激光清洗技术都需要用到高能激光脉冲，二者能够完美匹配，实现了对清洗样品表面锈迹、涂层等表面去除，以实现清洗效果。

清洗结束后就能对清洗结果进行分析判断，能够根据清洗结果来判断是否需要重新清洗，能够极大提高激光清洗效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述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为激光清洗系统示意图；

图2为连接机构结构示意图；

图3为连接机构结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种激光清洗系统，如图1至3所示，包括：连接机构11，控制终端6，光谱仪5以及第一激光探头3；

连接机构11上设有第一调Q激光器1以及激光清洗头7；光谱仪5，第一调Q激光器1以及激光清洗头7分别与控制终端6通信连接；光谱仪5与第一激光探头3通信连接；控制终端6控制第一调Q激光器1向清洗样品12上投射第一预设阈值的光谱量值，光谱仪5通过第一激光探头3收集第一调Q激光器1投射在清洗样品12上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端6；控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除，以实现清洗效果。

预设输出激光参数包括：功率、脉冲能量、速度、光斑直径、脉冲宽度等。

进一步本发明还包括：第二激光探头9；连接机构11上还设有第二调Q激光器8；第二调Q激光器8与控制终端6通信连接；光谱仪5与第二激光探头9通信连接；

控制终端6还用于待完成一次清洗后，控制终端6控制第二调Q激光器8向清洗样品12上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪5通过第二激光探头9收集第二调Q激光器8投射在清洗样品12上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端6；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值，以实现清洗效果。

这样控制终端6可以交替设置第一调Q激光器1和第二调Q激光器8向清洗样品12上投射第一预设阈值的光谱量值，满足当前的检测需求，能够动态调节第一调Q激光器1和第二调Q激光器8输出的光谱量值。

连接机构11上还设有驱动第一调Q激光器1在连接机构11上移动的第一激光器移动机构；连接机构11上还设有驱动第二调Q激光器8在连接机构11上移动的第二激光器移动机构。

本发明还可以实现第一调Q激光器1，第二调Q激光器8以及激光清洗头7分别可以在连接机构11上移动。移动方式可以为升降，水平移动等等，调节位置角度。第一调Q激光器1和第二调Q激光器8可以实现同时同步的动态检测清洗样品表面杂质情况。也可实现第一调Q激光器1或第二调Q激光器8单一的动态检测清洗样品表面杂质情况。也可以实现基于一个范围的监测，即第一调Q激光器1检测一个范围，第二调Q激光器8检测一个范围，在检测范围内出现超阈值情况，均做清除处理。

本发明中的调Q激光器基于Q开关技术，是将一般输出的连续 激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光 源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。

而光谱仪以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上或扫描某一波段进行强度测定。这样光谱仪可以给控制终端6提供相应的参数数据信息。

控制终端6例如可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

所述代码或指令可以是软件和/或固件由处理电路包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路ASICs，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

控制终端6设有数据库；数据库用于储存控制终端6接收的数据信息以及各类数据的预设阈值信息。

数据库作为计算机可读介质的计算机程序产品可以形成一部分，其可以包括包装材料。数据的计算机可读介质可以包括计算机存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，非易失性随机存取存储器(NVRAM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，闪存，磁或光学数据存储介质，和类似物。在一些实施例中，一种制造产品可包括一个或多个计算机可读存储媒体。

这样，本发明激光诱导击穿光谱技术作为检查技术的超新星，基本可以满足上述需求。利用高能激光脉冲作用于物体表面，烧蚀气化表面微量样品，形成超高温等离子体，向外有效发射跃迁光谱，由于每种元素有其专属的发射光谱“指纹”，通过分析采集的发射光谱信息来定性和定量样品元素。该技术不需要对样品进行预处理，对样品表面损伤小，能够实现在线非接触检测，其检测速度快。由于激光清洗同样需要高能激光脉冲，故二者能够完美匹配，不需要增加太多额外设备，就能实现对样品的在线实时测量。

本发明还包括：第一传输光纤4和第二传输光纤10；第一激光探头3通过第一传输光纤4与光谱仪5通信连接；第二激光探头9通过第二传输光纤10与光谱仪5通信连接；或，第一激光探头3和第二激光探头9分别通过无线通信方式与光谱仪5通信连接。

本发明中，连接机构11包括：基座21，基座21上连接有两根平行设置的立柱22，两根平行设置立柱22之间连接有水平横梁23；水平横梁23上设有水平传动机构，水平传动机构上连接有升降吊杆24，升降吊杆24设有升降传动机构，激光清洗头7与升降传动机构移动连接；水平横梁23设有水平驱动电机26；升降吊杆24设有升降驱动电机25；控制终端6通过控制水平驱动电机26运行，使升降吊杆24沿着水平传动机构水平移动；控制终端6通过控制升降驱动电机25运行，使激光清洗头7沿着升降传动机构升降移动。

水平传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动；升降传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动。

基座21上设有基座滑轨27；两根立柱22的底部分别设有立柱驱动电机以及立柱行走轮；控制终端6通过控制立柱驱动电机运行，使两根立柱22通过立柱行走轮与基座滑轨27配合，同步沿着基座滑轨27移动；基座21上还设有清洗样品12安置位28。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明还提供一种激光清洗方法，方法包括：

控制终端接收激光清洗启动信息；

控制终端控制第一调Q激光器向清洗样品上投射预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第一激光探头收集第一调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除。

待完成一次清洗后，控制终端控制第二调Q激光器向清洗样品上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第二激光探头收集第二调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；

如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值。

这里控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与预设阈值进行比对；当待清洗样品上的涂层的厚度或各类元素比例超出预设阈值时，控制终端控制激光清洗头移动到第一调Q激光器所检测的位置区域，并配置激光清洗头输出的激光功率、脉冲能力以及通过水平驱动电机，升降驱动电机，立柱驱动电机调节激光清洗头位置，移动速度；控制终端控制激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除，以实现清洗效果。

激光清洗方法可以实现类似X轴运动、Y轴运动、Z轴运动的三维调节结构动态的调节第一调Q激光器1，第二调Q激光器8以及激光清洗头7位置，便于对清洗样品12表面杂质的检测和去除。

能够分析不同样品材料和污染物种类进行激光清洗工艺调整，实现对样品的前期在线非接触实时检测以及后期清洗效果的实时分析。本发明将激光诱导击穿光谱技术和激光清洗技术相结合，能够有助于提高激光清洗效率，有利于推动激光清洗的信息化和智能化，具有重大的研究意义和经济价值。

本发明中，第一调Q激光器1和第二调Q激光器8激光输出能量范围为50mJ-200mJ。从激光清洗头7出射的大功率激光功率从200W-1000W。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光清洗系统，其特征在于，包括：连接机构（11），控制终端（6），光谱仪（5）以及第一激光探头（3）；

连接机构（11）上设有第一调Q激光器（1）以及激光清洗头（7）；

光谱仪（5），第一调Q激光器（1）以及激光清洗头（7）分别与控制终端（6）通信连接；

光谱仪（5）与第一激光探头（3）通信连接；

控制终端（6）控制第一调Q激光器（1）向清洗样品（12）上投射第一预设阈值的光谱量值，光谱仪（5）通过第一激光探头（3）收集第一调Q激光器（1）投射在清洗样品（12）上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端（6）；

控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除。

2.根据权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，

还包括：第二激光探头（9）；

连接机构（11）上还设有第二调Q激光器（8）；

第二调Q激光器（8）与控制终端（6）通信连接；

光谱仪（5）与第二激光探头（9）通信连接；

控制终端（6）还用于待完成一次清洗后，控制终端（6）控制第二调Q激光器（8）向清洗样品（12）上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪（5）通过第二激光探头（9）收集第二调Q激光器（8）投射在清洗样品（12）上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端（6）；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；

如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值。

3.根据权利要求1或2所述的激光清洗系统，其特征在于，

控制终端（6）设有数据库；

数据库用于储存控制终端（6）接收的数据信息以及各类数据的预设阈值信息。

4.根据权利要求1或2所述的激光清洗系统，其特征在于，

连接机构（11）包括：基座（21），基座（21）上连接有两根平行设置的立柱（22），两根平行设置立柱（22）之间连接有水平横梁（23）；

水平横梁（23）上设有水平传动机构，水平传动机构上连接有升降吊杆（24），升降吊杆（24）设有升降传动机构，激光清洗头（7）与升降传动机构移动连接；

水平横梁（23）设有水平驱动电机（26）；

升降吊杆（24）设有升降驱动电机（25）；

控制终端（6）通过控制水平驱动电机（26）运行，使升降吊杆（24）沿着水平传动机构水平移动；

控制终端（6）通过控制升降驱动电机（25）运行，使激光清洗头（7）沿着升降传动机构升降移动。

5.根据权利要求4所述的激光清洗系统，其特征在于，

水平传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动；

升降传动机构采用齿轮齿条传动，或链传动，或带传动。

6.根据权利要求4所述的激光清洗系统，其特征在于，

基座（21）上设有基座滑轨（27）；

两根立柱（22）的底部分别设有立柱驱动电机以及立柱行走轮；

控制终端（6）通过控制立柱驱动电机运行，使两根立柱（22）通过立柱行走轮与基座滑轨（27）配合，同步沿着基座滑轨（27）移动；

基座（21）上还设有清洗样品（12）安置位（28）。

7.根据权利要求2所述的激光清洗系统，其特征在于，

连接机构（11）上还设有驱动第一调Q激光器（1）在连接机构（11）上移动的第一激光器移动机构；

连接机构（11）上还设有驱动第二调Q激光器（8）在连接机构（11）上移动的第二激光器移动机构。

8.根据权利要求2所述的激光清洗系统，其特征在于，

还包括：第一传输光纤（4）和第二传输光纤（10）；

第一激光探头（3）通过第一传输光纤（4）与光谱仪（5）通信连接；

第二激光探头（9）通过第二传输光纤（10）与光谱仪（5）通信连接；

或，

第一激光探头（3）和第二激光探头（9）分别通过无线通信方式与光谱仪（5）通信连接。

9.一种激光清洗方法，其特征在于，方法包括：

控制终端接收激光清洗启动信息；

控制终端控制第一调Q激光器向清洗样品上投射预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第一激光探头收集第一调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较，判断涂层厚度及涂层种类，根据判断结果预设输出激光的参数：激光清洗头射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除。

10.根据权利要求9所述的激光清洗方法，其特征在于，方法还包括：

待完成一次清洗后，控制终端控制第二调Q激光器向清洗样品上投射第二预设阈值的光谱量值，光谱仪通过第二激光探头收集第二调Q激光器投射在清洗样品上的光谱信息，并将所述光谱信息传送至控制终端；

控制终端再次分析清洗样品的待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素的比例，将待清洗样品上的涂层的厚度和各类元素比例对应与已存好的数据进行比较判断是否满足预设参数阈值，如满足预设参数阈值，停止清洗；

如不满足预设参数阈值，根据判断结果预设输出激光的参数，激光清洗头再次射出预设能量强度的一束激光，把待清洗样品上的涂层从清洗样品表面去除；循环上述进程直至满足预设参数阈值。