CN110125097A - 一种手持式激光清洗机及污染物清除方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢材除锈设备技术领域，公开了一种手持式激光清洗机及污染物清除方法，调整激光参数，控制等离子体能量密度高于第一阈值且低于第二个阈值，去除污染层或氧化层；等离子体的出现还存在第二个阈值；根据污染层表面污染程度，选择脉冲次数进行污染层表面清洗。本发明无研磨、非接触性清洗，避免产生二次污染；清洗精度高，可控性强；无耗材，环保性强；手持易于操控，通电即可；清洗效率高，节省时间；系统稳定，使用寿命长；本发明激光机对钢材本身不会产影响，即使是表面的文字和螺栓等角落都可以被处理的干干净净。而且通过激光发生器上功能按钮切换，手持式激光清洗机可以转换成切割薄板功能。

Description

一种手持式激光清洗机及污染物清除方法

技术领域

本发明属于钢材除锈设备技术领域，尤其涉及一种手持式激光清洗机及污染物清除方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

钢材是在生产领域经常会用到的东西，但是钢材长时间暴露在空气中会因为水分的原因而产生锈迹，影响了它的使用性能。经常会有工人给生锈的钢材用刷子去除这些锈迹，工作量大但是收到效果却很小。传统清洗工业有各种各样的清洗方式，多是利用化学药剂和机械方法进行工件表面清洗。

在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天，工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁，且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，没有结合激光清洗解决传统清洗方式无法解决的问题。而且现有技术不能使铁锈被汽化，形成电浆脱离钢材表面。

(2)现有技术中，为研磨、接触性清洗，易产生二次污染；清洗精度低，可控性弱；耗材高，环保性差；操控差，清洗效率低。

(3)化学清洗的缺点是化学清洗液选择不当时，会对清洗物基体造成腐蚀破坏，造成损失。化学清洗产生的废液排放是造成环境污染的原因，因此化学清洗必须配备废水处理装置。另外化学药剂操作处理不妥时会对工人的健康、安全造成危害。物理清洗的缺点是在清洗结构复杂的设备内部时，其作用力有时不能均匀达到所有部位而出现“死角”。有时需要把设备解体进行清洗。

解决上述技术问题的难度：

目前无法高效率的大面积清洗。

解决上述技术问题的意义：

清洗后恢复物体原样，保持色泽，能够重新使用，提高经济效益。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种手持式激光清洗机及污染物清除方法。利用高能激光将锈迹烧毁达到除锈效果。

本发明是这样实现的，一种手持式激光清洗机的污染物清除方法，所述手持式激光清洗机的污染物清除方法包括：

调整激光参数，控制等离子体能量密度高于第一阈值且低于第二个阈值，去除污染层或氧化层。等离子体的出现还存在第二个阈值。

进一步，根据污染层表面污染程度，选择脉冲次数进行污染层表面清洗。

本发明的另一目的在于提供一种手持式激光清洗机，包括外壳，所述外壳内开有容纳腔。

容纳腔上置有光纤的输出端口。光纤的输入端口连接在激光器上。

准直透镜位于光纤的输出端口的激光输出方向上并固定在容纳腔内。

全反射镜位于所述准直透镜的输出光方向上。

所述全反射镜与所述准直透镜输出的平行光成45°角并固定在容纳腔内。

电机固定在所述容纳腔内。

振镜与所述电机连接。

所述振镜位于所述全反射镜的反射光路上，且在电机未驱动时，所述振镜的镜面与所述全反射镜的镜面平行。

聚焦透镜组位于所述振镜的输出光方向上并固定在所述容纳腔内。

窗口位于所述聚焦透镜组的输出光方向上并固定在所述容纳腔内。

吸尘管位于所述容纳腔的顶部。

所述吸尘管的入口连接吸尘设备，所述吸尘管的出口设置在所述窗口的上方。

吹气管位于所述吸尘管的下方。所述吹气管的入口连接吹气设备。

进一步，所述吹气管具有多个出口，多个出口均匀分布在窗口的边缘。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的汽车金属表面氧化层清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的铁路金属表面氧化层清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的船舶零部件表面镀层残留物清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的冶金涂层残留物清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的石化表面油污残留物清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的国防表面镀层残留物清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的航空航天涂层残留物清洗设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述手持式激光清洗机的汽车橡胶模具残留物清洗设备。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。同时，激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。激光清洗机，它的功率可以达到1000瓦，在使用时只要开启除锈机对着生锈的钢材扫一扫，当铁锈受到激光产生的高温时就会被汽化，形成电浆脱离钢材表面。

本发明的优点还有：

本发明无研磨、非接触性清洗，避免产生二次污染。清洗精度高，可控性强。无耗材，环保性强。手持易于操控，通电即可。清洗效率高，节省时间。系统稳定，使用寿命长。这个激光机对钢材本身不会产生影响，即使是表面的文字和螺栓等角落都可以被处理的干干净净。除锈机利用了金属对光的反射性来保护钢材不会受到损坏，工作效率也相当高，一扫而过就能使表面的锈迹脱落。使用时相当安全，更不会产生污染省时省力。

与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，本发明激光清洗设备具有明显的优点。绿色清洗：不使用任何化学药剂，清洗后的废物为固体无害粉末，可以彻底解决化学清洗带来的环境污染问题。无损伤清洗：清洗时非研磨，无接触，对基材无损伤。低成本清洗：设备运行时只消耗极少的电量。精密精准清洗：可以对指定区域进行精密精准清洗。自动化清洗：可配套自动化设备，实现自动化清洗。本发明通过激光发生器上功能按钮切换，手持式激光清洗机可以转换成切割薄板功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的手持式激光清洗机示意图。

图2是本发明实施例提供的外壳图。

图3是本发明实施例提供的手持式激光清洗机俯视图。

图中：1、外壳。2、光纤。3、准直透镜。4、全反射镜。5、振镜。6、聚焦透镜组。7、窗口。8、吸尘管。9、吹气管。

图4是本发明实施例提供的经激光清洗机处理前后的设备对比效果图。

图5是本发明实施例提供的经激光清洗机处理前后的传动齿轮对比效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，没有结合激光清洗解决传统清洗方式无法解决的问题。而且现有技术不能使铁锈被汽化，形成电浆脱离钢材表面。现有技术中，为研磨、接触性清洗，易产生二次污染。清洗精度低，可控性弱。耗材高，环保性差。操控差，清洗效率低。

为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细描述。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的手持式激光清洗机包括：外壳1，其具有容纳腔。

光纤2，其输入端口连接在激光器上，所述光纤的输出端口置于所述容纳腔内。

准直透镜3，其位于所述输出端口的激光输出方向上并固定在容纳腔内。

全反射镜4，其位于所述准直透镜的输出光方向上。

所述全反射镜与所述准直透镜输出的平行光成45°角并固定在容纳腔内。电机。其固定在所述容纳腔内。

振镜5。其与所述电机连接。所述振镜位于所述全反射镜的反射光路上，且在电机未驱动时，所述振镜的镜面与所述全反射镜的镜面平行。

聚焦透镜组6，其位于所述振镜的输出光方向上并固定在所述容纳腔内。

窗口7，其位于所述聚焦透镜组的输出光方向上并固定在所述容纳腔内。

吸尘管8，其位于所述容纳腔的顶部。所述吸尘管的入口连接吸尘设备，所述吸尘管的出口设置在所述窗口的上方。

吹气管9，其位于所述吸尘管的下方。所述吹气管的入口连接吹气设备，所述吹气管具有多个出口，其均匀分布在窗口的边缘。

本发明实施例提供的手持式激光清洗机的污染物清除方法，所述手持式激光清洗机的污染物清除方法包括：

调整激光参数，控制等离子体能量密度高于第一阈值且低于第二个阈值，去除污染层或氧化层。等离子体的出现还存在第二个阈值。

根据污染层表面污染程度，选择脉冲次数进行污染层表面清洗。

下面结合原理分析对本发明作进一步描述。

本发明的激光清洗机使用中，冲式的Nd:YAG激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性，基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应其原理如下：

a)激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收。

b)大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体)，产生冲击波。

c)冲击波使污染物变成碎片并被剔除。

d)光脉冲宽度必须足够短，以避免使被处理表面遭到破坏的热积累。

e)实验表明当金属表面上有氧化物时，等离子体产生于金属表面。

等离子体只在能量密度高于第一阈值的情况下产生，这个第一阈值取决于被去除的污染层或氧化层。这个阈值效应对在保证基底材料安全的情况下进行有效清洁非常重要。等离子体的出现还存在第二个阈值。如果能量密度超过这一阈值，则基底材料将被破坏。为在保证基底材料安全的前提下进行有效的清洁，必须根据情况调整激光参数，使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间。

每个激光脉冲去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚，则需要多个脉冲进行清洗。将表面清洗干净所需要的脉冲数量取决于表面污染程度。由两个阈值产生的一个重要结果是清洗的自控性。能量密度高于第一阈值的光脉冲将一直剔除污染物，直到达到基底材料为止。因为其能量密度低于基底材料的破坏阈值，所以基底不会受到破坏。

本发明的激光清洗机使用时，物体表面污染物吸收激光能量后气化挥发、瞬间受热膨胀而克服机体表面对污染物粒子的吸附力，使其脱离物体表面。

本发明的应用领域有汽车、铁路、船舶、冶金、石化、国防以及航空航天等领域的激光清洗、表面毛化等工艺中。

本发明的应用范围有金属表面氧化层(氧化铁、氧化铍等)清洗。零部件等表面除漆。表面油污、油脂清除。表面镀层、涂层清洗。橡胶模具残留物清洗。

在本发明实施例中，图4是本发明实施例提供的经激光清洗机处理前后的设备对比效果图。

图5是本发明实施例提供的经激光清洗机处理前后的传动齿轮对比效果图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手持式激光清洗机的污染物清除方法，其特征在于，所述手持式激光清洗机的污染物清除方法包括：

调整激光参数，控制等离子体能量密度高于第一阈值且低于第二个阈值，进行去除污染层或氧化层。

2.如权利要求1所述的手持式激光清洗机的污染物清除方法，其特征在于，根据污染层表面污染程度，选择脉冲次数进行污染层表面清洗。

3.一种手持式激光清洗机，包括外壳，其特征在于，所述外壳内开有容纳腔；

容纳腔上置有光纤的输出端口；光纤的输入端口连接在激光器上；

准直透镜位于光纤的输出端口的激光输出方向上并固定在容纳腔内；

全反射镜位于所述准直透镜的输出光方向上；

所述全反射镜与所述准直透镜输出的平行光成45°角并固定在容纳腔内；

电机固定在所述容纳腔内；

振镜与所述电机连接；

所述振镜位于所述全反射镜的反射光路上，且在电机未驱动时，所述振镜的镜面与所述全反射镜的镜面平行；

聚焦透镜组位于所述振镜的输出光方向上并固定在所述容纳腔内；

窗口位于所述聚焦透镜组的输出光方向上并固定在所述容纳腔内；

吸尘管位于所述容纳腔的顶部；

所述吸尘管的入口连接吸尘设备，所述吸尘管的出口设置在所述窗口的上方；

吹气管位于所述吸尘管的下方；所述吹气管的入口连接吹气设备。

通过功能按钮控制，可以转换功能切割1mm薄板。

4.如权利要求3所述的手持式激光清洗机，其特征在于，

所述吹气管具有多个出口，多个出口均匀分布在窗口的边缘。

5.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的汽车金属表面氧化层清洗设备。

6.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的铁路金属表面氧化层清洗设备。

7.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的船舶零部件表面镀层残留物清洗设备。

8.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的冶金涂层残留物清洗设备。

9.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的石化表面油污残留物清洗设备。

10.一种安装权利要求3所述手持式激光清洗机的国防表面镀层残留物清洗设备。