CN110262037A - 一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法，包括：将激光束入射到转动的反射镜B上，反射镜B的反射光束在反射镜C上形成一个椭圆光斑，椭圆光斑经转动的反射镜C反射后形成具有一定宽度的椭圆扫描带，椭圆扫描带在人工或机械臂移动下实现对污染面的面状清洗；本发明还提供一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，包括反射镜B和反射镜C，反射镜B和反射镜C分别通过电机A和电机B的旋转轴带动旋转，反射镜B、反射镜C分别与电机的旋转轴呈一定夹角设置；本发明实现了光束的均匀扫描，使清洗效率和清洗效果大大提高，清洗过程中避免对材料基底造成损伤；降低了对电机的性能要求和扫描反射镜要求。

Description

一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法与 装置

技术领域

本发明涉及一种实现激光均匀清洗的方法与装置，具体的说，涉及一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法与装置，属于光束扫描、激光清洗等技术领域。

背景技术

激光清洗作为一种新型表面清洗技术，具有无机械接触、无基底损伤、绿色环保、运行成本低等优点，在模具清洗、电子元器件制备、文物保护与修复、除漆除锈等领域应用前景十分广阔。因此，激光清洗技术及设备的研究与开发已经引起国内外研究人员的高度关注。

激光清洗主要是利用了激光能量密度高的特性，即将一束聚焦激光束直接辐照污染物（或漆、锈等），使污染物产生熔化、气化或者震动等物理或化学变化，从而使污染物与被污染物体脱离。在对大面积污染物（或漆、锈等）进行清洗（或清除）时，为降低激光清洗设备成本或减小设备体积，通常是使单一光束在某一个方向上快速来回运动，使辐照光束在待清洗物表面形成线状光斑，然后再使线状光斑运动，从而达到对整个污染面进行清洗的目的。因此，如何给激光束设计一种速度快、效率高、寿命长、结构简单且成本低的一维扫描装置是推动激光清洗技术快速发展与应用的关键问题之一。

目前，使激光束快速扫描的装置及其实现方法主要有平台扫描、振镜扫描和转镜扫描三种，其工作原理及优缺点具体如下：

平台扫描，通过移动平台带动激光束或待清洗物体发生平面运动，使激光束与待清洗物体发生相对运动，从而达到清洗目的。该方式原理简单，但设备占用空间大，不利于实现便携式操作。

振镜扫描，该方式常用于激光加工与标刻系统，具体方法是将一束激光打到振镜上，通过振镜的来回快速摆动使反射光斑变成线状光斑。该方式比平台扫描方式占用体积小，扫描速度快。但是，来回快速摆动的运动方式不仅会限制振镜的摆动速度还会影响振镜电机的使用寿命。

多面转镜扫描，为克服振镜扫描存在的缺陷，多面转镜装置与技术在某些领域得到发展和应用。由于转镜是单方向转动，所以电机使用寿命长易于实现。但是，多面转镜也存在一定缺陷：其一，制作工艺要求高，造价高昂；其二，光束入射点（或反射点）随反射面的转动而变化，不利于光束的均匀辐照；其三，扫描范围（或角度）不易改变，因为转镜的扫面范围（或角度）由反射面的数目决定，需要转镜面数比较多；其四，当光束口径比较大时，多面转镜体积会很大。

另外，上述扫描方式中首先是光斑快速往返运动形成一条线状光斑，然后线状光斑在人力或机械臂的作用下横向运动，从而对物体表面实现清洗。如果线状光斑横向运动速度不均匀，尤其对于由人力实现清洗的手持式激光清洗机，就会造成清洗不均匀，而且，如果线状光斑横向运动速度比较慢时有可能对材料基底造成损伤，使基底出现凹痕或者说出现“拉丝”现象。为防止“拉丝”现象出现，有方案提出利用双振镜快速来回摆动使光斑在待清洗物表面扫描出二维清洗光斑图样，这种方案在一定程度上能够抑制“拉丝”现象，但是对振镜及其控制系统性能要求比较高，而且激光清洗不同于激光打标，激光清洗一般需要连续长时间工作，很容易造成振镜电机和控制电路系统发热比较厉害，致使振镜电机和控制电路板性能降低或寿命缩短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法与装置，实现了光束的均匀扫描，使清洗效率和清洗效果大大提高，清洗过程中避免对材料基底造成损伤；降低对电机的性能要求；降低对扫描反射镜要求；器件少，结构简单，有助于降低系统成本与保证系统的长期稳定；质量轻，利于便携式，有利于做成手持式激光清洗设备。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法，包括：将激光束入射到转动的反射镜B上，反射镜B的反射光束在反射镜C上形成一个椭圆光斑，椭圆光斑经转动的反射镜C反射后形成具有一定宽度的椭圆扫描带，椭圆扫描带在人工或机械臂移动下实现对污染面的面状清洗。

一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，包括反射镜B和反射镜C，反射镜B和反射镜C分别通过电机A和电机B的旋转轴带动旋转，反射镜B、反射镜C分别与电机的旋转轴呈一定夹角设置。

进一步地，所述反射镜C的反射面与电机B旋转轴的夹角角度大于反射镜B的反射面与电机A旋转轴的夹角角度。

进一步地，所述反射镜C的反射光斑经场镜聚焦后输出一个椭圆形的光斑扫描轨迹。

进一步地，所述电机A和电机B的旋转轴均为单向旋转。

进一步地，所述反射镜B和反射镜C均为平面反光镜。

进一步地，该装置还包括反射镜A，反射镜A用于将水平入射的激光束反射到反射镜B上。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1.实现了光束的均匀扫描，使清洗效率大大提高，清洗过程中避免对材料基底造成损伤，清洗效果理想；本发明的光束扫描方式，在两个旋转反射镜的作用下，扫描光斑形成具有一定宽度的椭圆扫描带，在人工或机械臂移动下可实现对污染面形成面状清洗，解决了传统扫描方式中，扫描系统移动速度稍快容易形成的“斑马线”或移动速度不均匀形成“拉丝”的问题；

2.对电机性能要求低；本发明中完成光束扫描过程电机只需要单向旋转，控制系统一般只需能够改变电机的转速即可，因此，相对于传统振镜系统，本发明大大降低了对电机的性能要求，这不仅有利于提高电机的运行寿命还会显著降低电机价格，同时还大大简化了控制系统；

3.对扫描反射镜要求低；本发明中扫描反射镜只是普通的平面反射镜，相对于传统扫描方式中多面转镜来说，易于加工，成本大大降低

4.本发明装置中器件少，结构简单，有助于降低系统成本与保证系统的长期稳定；

5.质量轻，利于便携式；依据本发明光路设计十分有利于做成手持式激光清洗设备。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的的结构示意图；

图中，

1-反射镜A，2-电机A，3-反射镜B，4-电机B，5-反射镜C，6-场镜，7-光斑扫描轨迹。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法

本发明提供的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法，激光束入射到转动的反射镜B3上，反射镜B3的反射光束在反射镜C5上面形成一个椭圆光斑，椭圆光斑经转动的反射镜C5反射后形成具有一定宽度的椭圆扫描带，椭圆扫描带在人工或机械臂移动下实现对污染面形成面状清洗。

实施例2一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置

如图1所示，本发明提供一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，包括反射镜B3和反射镜C5，反射镜B3和反射镜C5分别通过电机A2和电机B4的旋转轴带动旋转，反射镜B3、反射镜C5分别与电机的旋转轴呈一定夹角设置，非垂直设置；反射镜C5的反射面与电机B4旋转轴的夹角角度大于反射镜B3的反射面与电机A2旋转轴的夹角角度；所述反射镜C5的反射光斑经场镜6聚焦后输出一个为椭圆形的光斑扫描轨迹7。

本发明提供的装置还包括反射镜A1，反射镜A1用于将水平入射的激光束反射到反射镜B3上，可以使入射的激光束与输出的激光束不在同一方向上。

所述电机A2和电机B4的旋转轴均为单向旋转。

所述反射镜B3和反射镜C5均为普通的平面反光镜。

通过调节旋转反射镜C5与场镜6的间距能够实现改变光斑扫描轨迹7的半径或宽度。

本发明中，激光束首先经反射镜A1反射入射到反射镜B3上，反射镜B3的反射面与电机A2的旋转轴并非垂直，因此，当反射镜B3随电机A2旋转时其反射光斑在反射镜C5上面形成一个椭圆光斑，该椭圆光斑经转动的反射镜C5反射后会绕一个大的椭圆运动起来，经场镜6聚焦后形成一个带有一定宽度的椭圆扫描带，椭圆扫描带在人工或机械臂移动下实现对污染面形成面状清洗。

本发明实现了光束的均匀扫描，使清洗效率大大提高，清洗过程中避免对材料基底造成损伤，清洗效果理想，解决了传统扫描方式中出现的“拉丝”现象；大大降低了扫描系统对电机和控制电路系统要求，本发明中完成光束扫描过程电机只需要单向旋转，控制系统一般只需能够改变电机的转速即可，相对于传统扫描方式，大大降低了对电机的性能要求，不仅提高了电机的运行寿命还会显著降低电机价格，同时还大大简化了控制系统；本发明中扫描反射镜只是普通的平面反射镜，相对于传统扫描方式中多面转镜来说，易于加工，成本大大降低；本发明装置器件少，结构简单，这有助于降低系统成本和保持系统的长期稳定；本发明质量轻，利于便携式，而且依据本发明光路设计十分有利于做成手持式激光清洗设备。

由上可见，本发明提供的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法与装置，整体结构简单稳定、易于实现、制造成本低。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的方法，其特征在于：包括：将激光束入射到转动的反射镜B（3）上，反射镜B（3）的反射光束在反射镜C（5）上形成一个椭圆光斑，椭圆光斑经转动的反射镜C（5）反射后形成具有一定宽度的椭圆扫描带，椭圆扫描带在人工或机械臂移动下实现对污染面的面状清洗。

2.一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：包括反射镜B（3）和反射镜C（5），反射镜B（3）和反射镜C（5）分别通过电机A（2）和电机B（4）的旋转轴带动旋转，反射镜B（3）、反射镜C（5）分别与电机的旋转轴呈一定夹角设置。

3.如权利要求2所述的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：所述反射镜C（5）的反射面与电机B（4）旋转轴的夹角角度大于反射镜B（3）的反射面与电机A（2）旋转轴的夹角角度。

4.如权利要求2所述的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：所述反射镜C（5）的反射光斑经场镜（6）聚焦后输出一个椭圆形的光斑扫描轨迹（7）。

5.如权利要求2所述的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：所述电机A（2）和电机B（4）的旋转轴均为单向旋转。

6.如权利要求2所述的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：所述反射镜B（3）和反射镜C（5）均为平面反光镜。

7.如权利要求2所述的一种基于两片单向旋转反射镜实现激光均匀清洗的装置，其特征在于：该装置还包括反射镜A（1），反射镜A（1）用于将水平入射的激光束反射到反射镜B（3）上。