CN110280536A - 激光清洗装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光清洗装置及清洗方法。该装置包括第一激光器、第二激光器、清洗头及控制系统。第一激光器产生第一激光用于对工件进行粗略清洗，第二激光器产生第二激光用于对工件进行精细清洗，第二激光器的功率小于第一激光器的功率，清洗头与第一激光器及第二激光器均连接，控制系统分别与第一激光器及第二激光器连接，能单独控制第一激光器与清洗头、第二激光器与清洗头的连通。上述的激光清洗装置中，通过控制系统分别控制第一激光器对工件进行粗略清洗，第二激光器激光对工件进行精确清洗，且互不干涉。既解决了低功率激光对氧化皮、油漆清洗效率低的问题，也解决了高功率激光清洗效果差的问题，提高了清洗质量与清洗效率。

Description

激光清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明涉及激光清洗领域，特别是涉及激光清洗装置及其清洗方法。

背景技术

随着国家对环境保护日益重视，采用机械打磨、酸洗磷化、超声波等清洗方式对材料表面的污染物进行清洗显然不能满足环保要求。激光清洗技术作为一种新型的绿色环保清洗技术，利用激光的高能量特点使被辐射的基材表面的污染物发生振动、燃烧、气化蒸发等一系列复杂的物理化学变化，使附着物或涂层迅速脱离基材表面，最终达到清除污染物的目的。

传统的激光清洗中，低功率的激光清洗设备难以将污染物清洗干净，而高功率的激光清洗设备由于能量较高造成材料清洗后容易出现黑化现象，影响了材料表面的光洁度，清洗效果欠佳。

发明内容

基于此，有必要提供一种清洗效果好的激光清洗装置及其清洗方法。

一种激光清洗装置，包括：

第一激光器，产生第一激光用于对工件进行粗略清洗

第二激光器，产生第二激光用于对所述工件进行精细清洗，所述第二激光器的功率小于所述第一激光器的功率；

清洗头，与所述第一激光器及所述第二激光器均连接；及

控制系统，分别与所述第一激光器及所述第二激光器连接，能单独控制所述第一激光器与所述清洗头、所述第二激光器与所述清洗头的连通。

上述的激光清洗装置中，通过控制系统控制高功率的第一激光器发出第一激光对工件附着物或涂层进行粗清洗，再通过控制低功率的第二激光器激光发出第二激光对粗清洗后的工件进行精确清洗，且两个清洗过程由控制系统独立控制，互不干涉。同时将高、低功率激光器通过同一个清洗头实现高速高效的清洗，既解决了低功率激光对氧化皮、油漆清洗效率低的问题，也解决了高功率激光清洗效果差的问题，最终提高了激光清洗质量与清洗效率，极大的扩大了激光清洗应用范围。

在其中一个实施例中，还包括振镜，所述振镜安装于所述清洗头中，所述第一激光、所述第二激光经所述振镜反射后从所述清洗头中出射，所述控制器与所述振镜连接，能控制所述振镜摆动。

在其中一个实施例中，还包括场镜，所述第一激光、所述第二激光从所述清洗头中出射后经所述场镜聚焦到所述工件上。

在其中一个实施例中，还包括光束整形系统，设于所述第一激光器及所述第二激光器与所述清洗头之间，所述第一激光、所述第二激光经过所述光束整形系统准直、扩束及整形后输出到所述清洗头中。

在其中一个实施例中，还包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却水及循环管道，所述循环管道与所述第一激光器连接以对所述第一激光器进行降温。

在其中一个实施例中，所述循环管道还与所述清洗头连接。

在其中一个实施例中，还包括反射镜，所述反射镜安装于所述清洗头中，所述第二激光经所述反射镜的反射入射到所述清洗头中。

在其中一个实施例中，所述反射镜为全反射镜。

一种利用上述激光清洗装置的清洗方法，包括以下步骤：

控制系统控制所述第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头；

所述清洗头出射所述第一激光对工件进行粗略清洗；

所述粗略清洗完成后所述控制系统控制所述第一激光器关闭；

所述控制系统控制所述第二激光器开启并与所述清洗头连通，使第二激光入射所述清洗头；

所述清洗头出射所述第二激光对所述工件进行精细清洗；及

所述精细清洗完成后所述控制系统控制所述第二激光器关闭。

在其中一个实施例中，所述控制系统控制第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头的步骤之前，还包括安装光束整形系统，以使所述第一激光通过所述光束整形系统后入射所述清洗头。

在其中一个实施例中，所述控制系统控制第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头的步骤，还包括：

安装振镜到所述清洗头中；

将所述控制系统与所述振镜连接；及

所述控制系统控制所述振镜的摆动。

在其中一个实施例中，所述清洗头出射所述第一激光对工件进行粗略清洗的步骤之后，还包括控制冷却系统对所述第一激光器及所述清洗头进行降温。

附图说明

图1为一实施方式激光清洗装置的结构示意图；

图2为一实施方式激光清洗方法的方法流程图；

图3为如图2所示步骤S110的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，一实施方式的激光清洗装置10用于对工件11表面附着的油漆、氧化皮等污染物进行清洗。激光清洗装置10包括第一激光器100、第二激光器200、清洗头300及控制系统400。第一激光器100与第二激光器200分别与清洗头300连接，控制系统400能控制第一激光器100或第二激光器200与清洗头300的连通。

其中，第一激光器100产生第一激光用于对工件11进行粗略清洗。第二激光器200产生第二激光用于对工件11进行精细清洗，第二激光器200的功率小于第一激光器100的功率。清洗头300与第一激光器100及第二激光器200均连接。控制系统400分别与第一激光器100及第二激光器200通信连接，控制系统400发送控制信号单独控制第一激光器100与清洗头300、第二激光器200与清洗头300的连通。具体地，第一激光器100的功率大于1000W，第二激光器200的功率小于200W，第一激光器100输出的激光光斑大，能量高，清洗效率快，用于工件11的粗略清洗。第二激光器200输出的激光光斑小，能量低，清洗效果好，用于基材精确清洗。

上述的激光清洗装置10中，通过控制系统400控制高功率的第一激光器100发出第一激光对工件11附着物或涂层进行粗清洗，再通过控制低功率的第二激光器200激光发出第二激光对粗清洗后的工件11进行精清洗，且两个清洗过程由控制系统400独立控制，互不干涉。同时将高、低功率激光器通过同一个清洗头300实现高速高效的清洗，既解决了低功率激光对氧化皮、油漆清洗效率低的问题，也解决了高功率激光清洗效果差的问题，最终提高了激光清洗质量与清洗效率，极大的扩大了激光清洗应用范围。

需要说明的是，第一激光器100对工件11的粗略清洗是否完成的判断可以通过人工观察完成，还可以通过CCD相机拍摄粗略清洗之前工件11表面附着的污染物与粗略清洗之后工件11表面附着的污染物进行比对，得出粗略清洗是否完成的判断，最后将控制信号传回控制系统400，从而控制第一激光器100的关闭及第二激光器200的开启。

在一个实施例中，激光清洗装置10还包括振镜310。振镜310安装于清洗头300中，第一激光、第二激光经振镜310反射后从清洗头300中出射，控制器与振镜310连接，能控制振镜310摆动。

具体地，第一激光器100与第二激光器200均为脉冲激光器，激光输出在工件11上时呈一个一个脉冲点，在对污染物进行清除时呈脉冲点的激光清除效率较低，振镜310通过控制系统400控制进行摆动使第一激光或者第二激光往复扫描，光斑以线排列的形式输出，可以较大的提高对工件11表面附着的污染物清洗的效率。另外，摆动速度大的振镜310清洗的效率更好。进一步地，振镜310与控制系统400的连接方式可以如此进行设置，振镜310可以安装于伺服电机上，伺服电机与控制系统400连接，控制系统400可以通过发送控制信号，控制伺服电机的摆动夹角和摆动速度，从而带动振镜310运动做往复摆动。

继续参见图1，在一个实施例中，激光清洗装置10还包括场镜320。场景可以安装于清洗头300的出光处，使得从清洗头300中出射的激光可以直接通过场镜320进行聚焦。第一激光、第二激光从清洗头300中出射后经场镜320聚焦到工件11上。场镜320将经振镜310反射后的激光聚焦，然后辐照在工件11上进行清洗，从而提升激光清洗效率和减小装置能耗。

在一个实施例中，激光清洗装置10还包括光束整形系统500。光束整形系统500设于第一激光器100及第二激光器200与清洗头300之间，第一激光、第二激光经过光束整形系统500准直、扩束及整形后输出到清洗头300中。第一激光器100及第二激光器200分别输出的第一激光及第二激光通过光束整形系统500进行准直、扩束、整形处理后能够输出准直度高、光斑更小的激光。同时将能量呈高斯分布的激光转变为平顶分布的激光，高斯分布的激光中心处能量过高，周围能量较低，使得清洗过程中清洗的效果不够均匀。而平顶分布的激光能量分布较为均匀，对工件11污染物的清洗的效果也较为均匀。光束整形系统500可以设置为两个，分别对应第一激光器100及第二激光器200，能够更好的进行适配。需要说明的是，第一激光器100输出的激光经光束整形系统500处理后直接辐射到清洗头300中的振镜310上进行往复扫描，光束整形系统500可以采用现有的结构，比如非球面镜整形系统就是一种结构相对简单、光能量损失较小的整形方法，它采用两片非球面镜即可将高斯光束整形为平顶光束，在此不过多赘述。

在一个实施例中，激光清洗装置10还包括反射镜330。为了使得第一激光与第二激光共同入射到清洗头300中，同时第一激光器100与第二激光器200之间的工位不产生干涉，采用反射镜330将第二激光进行反射到清洗头300中的方式。反射镜330安装于清洗头300中，第二激光经反射镜330的反射入射到清洗头300中。具体地，反射镜330可以选用为全反射镜330，全反射镜330的镜片反射率较高，以使第二清洗激光基本被全部反射，提高第二清洗激光的利用率。

需要说明的是，清洗头300的数目也可以设置为两个，第一激光器100与第二激光器200分别连接两个清洗头300，能够使得第一激光与第二激光同时从清洗头300中出射，第一激光与第二激光可以设置一定的时间差，使得第二激光紧跟着第一激光对工件11表面附着的污染物进行清除，较大程度的提升效率。

在一个实施例中，激光清洗装置10还包括冷却系统600。冷却系统600包括冷却水及循环管道，循环管道与第一激光器100连接以对第一激光器100进行降温。另外，循环管道还与清洗头300连接，以同时对清洗头300进行降温。冷却装置向第一激光器100、清洗头300提供冷却水，保证它们工作温度在正常范围内，防止第一激光器100和清洗头300温度过高而烧坏。

参见图2，本发明还提供一种激光清洗方法。为实现该激光清洗方法，其采用上述激光清洗装置10。该激光清洗方法具体包括如下步骤：

S110，控制系统400控制第一激光器100开启并与清洗头300连通，使第一激光入射清洗头300。

具体地，操作控制系统400给第一激光器100发送控制信号使第一激光器100开启，以连通第一激光器100与清洗头300，第一激光器100发射第一激光，第一激光入射到清洗头300中，准备对工件11进行清洗。

S130，清洗头300出射第一激光对工件11进行粗略清洗。

具体地，第一激光从清洗头300中出射，光斑照射到工件11表面的污染物上，第一激光器100输出的第一激光有着光斑大，能量高，清洗效率快的特点，用于工件11表面污染物的粗略清洗，能够快速并且高效地去除大部分工件11表面上附着的污染物。

S150，粗略清洗完成后控制系统400控制第一激光器100关闭。

具体地，附着大部分污染物从工件11剥离清除后，控制系统400将控制第一激光器100关闭，避免第一激光持续对工件11进行扫描，加大工件11乌化或黑化的程度。

S160，控制系统400控制第二激光器200开启并与清洗头300连通，使第二激光入射清洗头300。

具体地，操作控制系统400给第二激光器200发送控制信号使第二激光器200开启，以连通第二激光器200与清洗头300，第二激光器200发射第二激光，第二激光入射到清洗头300中，准备对工件11进行清洗。第二激光是通过设置在清洗头300中的反射镜330反射到清洗头300中，以避免与第一激光器100的安装位发生干涉。

S170，清洗头300出射第二激光对工件11进行精细清洗。

具体地，第二激光从清洗头300中出射，光斑照射到工件11表面的污染物上，第二激光器200输出的第二激光有着光斑小，能量低，清洗效果好的特点，用于工件11表面污染物的精确清洗，能够精细地去除工件11表面上附着的剩余污染物及工件11上的乌化或黑化。

S180，精细清洗完成后控制系统400控制第二激光器200关闭。

具体地，对氧化区域进行精确清洗，当乌化或黑化清除，工件11光亮，无污染物时控制系统400控制第二功率激光器关闭，清洗结束。

在一个实施例中，在步骤S110之前，还包括步骤S100，安装光束整形系统500，以使第一激光通过光束整形系统500后入射清洗头300。

具体地，将第一激光器100与光束整形系统500连接，第一激光经光束整形系统500处理后入射到清洗头300中，光束整形系统500能够对第一激光器100输出的第一激光进行准直，扩束成准直度高、光斑更小的输出光，并对能量呈高斯分布输出的光整形为能量呈平顶分布的输出光。

需要说明的是，光束整形系统500设置有两个，第二激光器200产生的第二激光也通过光束整形系统500入射到清洗头300中。

参见图3，在一个实施例中，步骤S110包括：

S111，安装振镜310到清洗头300中。

具体地，使得第一激光入射清洗头300后能照射到振镜310上，振镜310对第一激光进行扫描处理。

S112，将控制系统400与振镜310连接。

具体地，控制系统400与振镜310通讯连接，控制系统400发送信号能控制振镜310进行摆动。

S113，控制系统400控制振镜310的摆动。

具体地，振镜310摆动能使得第一激光往复扫描，光斑以线排列的形式输出，可以较大的提高对工件11表面附着的污染物清洗的效率。需要说明的是，第二激光入射到清洗头300中也会经过振镜310的处理，经过振镜310处理后再从清洗头300中出射照射到工件11上。

在一个实施例中，步骤S110之后，还包括步骤S120，安装场镜320在清洗头300与工件11之间。

具体地，使得从清洗头300出射的第一激光或者第二激光通过场镜320的聚焦，在投射到工件11上，通过场镜320的聚焦辐照到工件11上进行清洗，提升了清洗效率和降低了装置能耗。

在一个实施例中，步骤S130之后，还包括步骤S140，控制冷却系统600对第一激光器100及清洗头300进行降温。

具体地，将冷却系统600中的循环管与第一激光器100和清洗头300连接，循环管中通入冷却水以对第一激光器100和清洗头300连接，以同时对清洗头300进行降温。冷却装置向第一激光器100、清洗头300提供冷却水，保证它们工作温度在正常范围内，防止第一激光器100和清洗头300温度过高而烧坏。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种激光清洗装置，其特征在于，包括：

第一激光器，产生第一激光用于对工件进行粗略清洗

第二激光器，产生第二激光用于对所述工件进行精细清洗，所述第二激光器的功率小于所述第一激光器的功率；

清洗头，与所述第一激光器及所述第二激光器均连接；及

控制系统，分别与所述第一激光器及所述第二激光器连接，能单独控制所述第一激光器与所述清洗头、所述第二激光器与所述清洗头的连通。

2.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括振镜，所述振镜安装于所述清洗头中，所述第一激光、所述第二激光经所述振镜反射后从所述清洗头中出射，所述控制器与所述振镜连接，能控制所述振镜摆动。

3.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括场镜，所述第一激光、所述第二激光从所述清洗头中出射后经所述场镜聚焦到所述工件上。

4.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括光束整形系统，设于所述第一激光器及所述第二激光器与所述清洗头之间，所述第一激光、所述第二激光经过所述光束整形系统准直、扩束及整形后输出到所述清洗头中。

5.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却水及循环管道，所述循环管道与所述第一激光器连接以对所述第一激光器进行降温。

6.根据权利要求5所述的激光清洗装置，其特征在于，所述循环管道还与所述清洗头连接。

7.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜安装于所述清洗头中，所述第二激光经所述反射镜的反射入射到所述清洗头中。

8.根据权利要求7所述的激光清洗装置，其特征在于，所述反射镜为全反射镜。

9.一种利用如权利要求1～8任意一项所述激光清洗装置的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制系统控制所述第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头；

所述清洗头出射所述第一激光对工件进行粗略清洗；

所述粗略清洗完成后所述控制系统控制所述第一激光器关闭；

所述控制系统控制所述第二激光器开启并与所述清洗头连通，使第二激光入射所述清洗头；

所述清洗头出射所述第二激光对所述工件进行精细清洗；及

所述精细清洗完成后所述控制系统控制所述第二激光器关闭。

10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述控制系统控制第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头的步骤之前，还包括安装光束整形系统，以使所述第一激光通过所述光束整形系统后入射所述清洗头。

11.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述控制系统控制第一激光器开启并与清洗头连通，使第一激光入射所述清洗头的步骤，还包括：

安装振镜到所述清洗头中；

将所述控制系统与所述振镜连接；及

所述控制系统控制所述振镜的摆动。

12.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述清洗头出射所述第一激光对工件进行粗略清洗的步骤之后，还包括控制冷却系统对所述第一激光器及所述清洗头进行降温。