CN110449417A - 一种多焦点激光清洗装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多焦点激光清洗装置及使用方法，包括设置激光器功率，设置激光束的脉冲宽度，激光器开始工作，激光器发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，实现光束快速扫描后到达光束整形系统，调节激光束聚焦点距离工件表面高度，启动激光清洗工作。其中光束整形系统中的多焦点衍射光学元件，实现光束轴向多焦点串联排列，达到理想的光清洗效果，实现无研磨、非接触、热效应小和适用于较厚锈蚀和污染物的清洗；同时多焦点串联可以有效清洗厚杂质锈蚀，可实现快速、大厚度、高质量的清洗。
Description
技术领域
本发明属于激光清洗技术领域，尤其涉及一种多焦点激光清洗装置及使用方法。
背景技术
激光清洗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。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，激光清洗具有以下的优点：1、“绿色”清洗：不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于存放，可回收，可以轻易解决化学清洗带来的环境污染问题；2、无接触：传统的清洗方法往往是接触式清洗，对清洗物体表面有机械作用力，损伤物体的表面或者清洗的介质附着于被清洗物体的表面，无法去除，产生二次污染，激光清洗的无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解；3、安全性高：激光可以通过光纤传输，与机器手和机器人相配合，方便地实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到的部位，这在一些危险的场所使用可以确保人员的安全；4、清洗效果好：激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物；
但实际生活中，由于被清洗物的厚度不同，对光的能量密度、光斑大小及形状等参数的要求差异极大。现有的单焦点激光清洗方法上下能量偏低，无法达到清洗目的，清洗效果、效率并不很理想，缺少一种能够厚度方向能量均匀一致的设备。
发明内容
技术目的：针对现有技术中单焦点激光上下能量不均衡的问题，本发明提出一种多焦点激光清洗的装置及使用方法，实现高效、深度清洗。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：包括激光光源、激光束、振镜光路系统、光束整形系统、工作台和待清洗试验板，所述待清洗试验班放置于工作台上，振镜光路系统和光束整形系统设置于工作台的正上方，激光光源设置于振镜光路系统的一侧，激光光源发射出激光束，所述振镜光路系统包括振镜和扫描驱动系统，所述光束整形系统包括激光扩束模块、激光聚焦模块和多焦点衍射光学元件。
作为优选，所述激光光源是指飞秒激光发射器，通过支撑架固定于工作台上方，其中飞秒激光发射器使用的脉冲宽度为400fs-700fs。
作为优选，所述激光束是由激光光源发射出的1064nm波长的激光束。
作为优选，所述光束整形系统包括激光扩束模块、激光聚焦模块和多焦点衍射光学元件，设置于振镜光路系统后方。其中的多焦点衍射光学元件，其作用是激光光束整形、能量多点汇聚，实现光束在轴向多焦点串联排列，每个焦点的激光能量相同，清洗时每个焦点清洗的效果保持一致性。
作为优选，所述工作台采用两维位移工作台，用于承载和移动待清洗试验板。
作为优选，所述振镜光路系统还包括Y轴方向电机，X轴方向电机，聚焦透镜，可移动透镜，所述激光束穿过可移动透镜到达聚焦透镜，在X轴方向电机和Y轴方向电机控制下进行激光位置的调整。
一种多焦点激光清洗装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、激光光源参数设置，包括激光光源功率和脉冲宽度；
步骤二、激光光源开始工作，发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，到达光束整形系统；
步骤三、调整激光束，使得经过光束整形后的激光束焦点串联排列，即焦点排成一排，到达待清洗零件表面；
步骤四、启动激光清洗工作，观察待清洗零件表面状态。
优选地，所述步骤三中，在放置待清洗零件前使用白色纸板进行调试，观察光斑在白色纸板上的排列情况，根据工况调节激光束聚焦点距离白色纸板高度，根据高低判断，使最低光斑到达白色纸板，调试结束后取下白色纸板，放置待清洗零件在工作台上。
有益效果：
(1)效率高：本发明采用多焦点激光清洗方法，提高了厚污染物的清洗效率；
(2)清洗更彻底：多焦点衍射光学元件，其作用是激光光束整形、能量多点汇聚，实现光束在轴向多焦点串联排列，每个焦点的激光能量相同，清洗时每个焦点清洗的效果保持一致性，实现深度清洗的目的，避免了传统单焦点清洗时，会出现焦点下方清洗不干净，无法达到深度清洗的目的。
附图说明
图1是本发明的一种多焦点激光清洗的装置的结构示意图；
图2是本发明的振镜光路系统原理图；
其中31为Y轴方向电机，32为X轴方向电机，33为聚焦透镜，34为可移动透镜；
图3是本发明的光束整形系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种多焦点激光清洗装置，包括激光光源、激光束、振镜光路系统、光束整形系统、工作台和待清洗试验板，所述待清洗试验班放置于工作台上，振镜光路系统和光束整形系统设置于工作台的正上方，激光光源设置于振镜光路系统的一侧，激光光源发射出激光束，所述振镜光路系统包括振镜和扫描驱动系统，所述光束整形系统包括激光扩束模块、激光聚焦模块和多焦点衍射光学元件。如图2所示，所述振镜光路系统还包括Y轴方向电机，X轴方向电机，聚焦透镜，可移动透镜，所述激光束穿过可移动透镜到达聚焦透镜，在X轴方向电机和Y轴方向电机控制下进行激光位置的调整。
本发明中，激光光源优选飞秒激光发射器，通过支撑架固定于工作台上方，其中飞秒激光发射器使用的脉冲宽度为400fs-700fs，发射出的1064nm波长的激光束。
光束整形系统包括激光扩束模块、激光聚焦模块和多焦点衍射光学元件，设置于振镜光路系统后方。其中的多焦点衍射光学元件，其作用是激光光束整形、能量多点汇聚，实现光束在轴向多焦点串联排列，每个焦点的激光能量相同，清洗时每个焦点清洗的效果保持一致性。
本发明优选工作台采用两维位移工作台，在清洗过程中用来承载和移动待清洗试验板。
本发明的一种多焦点激光清洗装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、激光光源参数设置，包括激光光源功率和脉冲宽度；
步骤二、激光光源开始工作，发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，到达光束整形系统；
步骤三、调整激光束，使得经过光束整形后的激光束焦点串联排列，即焦点排成一排，到达待清洗零件表面，优选使用白色纸板进行测试，以平行激光束方向放置白色纸板，观察光斑在白色纸板上的排列情况，根据工况调节激光束聚焦点距离白色纸板高度即，根据高低判断，使最低光斑到达白色纸板，调试结束后取下白色纸板，放置待清洗零件在工作台上。调试结束后取下白色纸板，放置待清洗零件在工作台上。
步骤四、启动激光清洗工作，观察待清洗零件表面状态。
实施例一：
以锈迹铜板为例，由于铜板反光性较强，先将激光头倾向5°，避免激光反光损伤激光头，首先设置激光器功率为400W，设置脉冲宽度400fs-700fs，激光器开始工作，激光器发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，实现光束快速扫描后到达光束整形系统，实现光束多焦点串联排列，使用白色纸板，以平行激光束方向放置白色纸板，观察光斑排列情况，根据工况调节激光束聚焦点高度，使最低光斑恰好到达待清洗零件金属层表面，此时，能量大约为4×108MW/mm2，开始启动激光清洗工作，观察铜板表面状态。
实施例二：
以锈迹不锈钢板为例，首先设置激光器功率为380W，设置脉冲宽度400fs-700fs，激光器开始工作，激光器发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，实现光束快速扫描后到达光束整形系统，实现光束多焦点串联排列，使用白色纸板，以平行激光束方向放置白色纸板，观察光斑排列情况，根据工况调节激光束聚焦点高度，使最低光斑恰好到达待清洗零件金属层表面，此时，能量大约为3.8×108MW/mm2，开始启动激光清洗工作，观察清洗的不锈钢板表面状态。
实施例三：
以镍基合金板为例，由于铜板反光性较强，先将激光头倾向5°，避免激光反光损伤激光头，首先设置激光器功率为350W，设置脉冲宽度400fs-700fs，激光器开始工作，激光器发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，实现光束快速扫描后到达光束整形系统，实现光束多焦点串联排列，使用白色纸板，以平行激光束方向放置白色纸板，观察光斑排列情况，根据工况调节激光束聚焦点高度，使最低光斑恰好到达待清洗零件金属层表面，此时，能量大约为3.5×108MW/mm2，开始启动激光清洗工作，观察清洗零件表面状态。
本发明对于被清洗材料来说并没有限制，只要满足激光强度可以使材料气化或冲击波振碎污染物，就可以采用本发明的方法进行激光清洗工作，例如：铜、镍基合金及不锈钢等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：包括激光光源（1）、激光束（2）、振镜光路系统（3）、光束整形系统（4）、工作台（5）和待清洗试验板（7），所述待清洗试验班（7）放置于工作台（5）上，实现激光路径扫描的振镜光路系统（3）和实现光斑的串联排列的光束整形系统（4）设置于工作台（5）的正上方，激光光源（1）设置于振镜光路系统（3）的一侧，激光光源（1）发射出激光束（2），所述振镜光路系统（3）包括振镜和扫描驱动系统，所述光束整形系统（4）包括激光扩束模块、激光聚焦模块和多焦点衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：所述激光光源（1）采用飞秒激光发射器，通过支撑架固定于工作台（5）上方，其中飞秒激光发射器使用的脉冲宽度为400fs-700fs。
3.根据权利要求1所述的一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：所述激光束（2）是由激光光源（1）发射出的1064nm波长的激光束。
4.根据权利要求1所述的一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：所述工作台（5）采用两维位移工作台，用于承载和移动待清洗试验板（7）。
5.根据权利要求1所述的一种多焦点激光清洗装置，其特征在于：所述振镜光路系统（3）还包括Y轴方向电机（31），X轴方向电机（32），聚焦透镜（33），可移动透镜（34），所述激光束（2）穿过可移动透镜（34）到达聚焦透镜（33），在X轴方向电机（32）和Y轴方向电机（31）控制下进行激光位置的调整。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种多焦点激光清洗装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一、激光光源参数设置，包括激光光源功率和脉冲宽度；
步骤二、激光光源开始工作，发射脉冲激光，激光束透过振镜扫描系统，到达光束整形系统；
步骤三、调整激光束，使得经过光束整形后的激光束焦点串联排列，即焦点排成一排，到达待清洗零件表面；
步骤四、启动激光清洗工作，观察待清洗零件表面状态。
7.根据权利要求6所述的一种多焦点激光清洗装置的使用方法，其特征在于，所述的步骤三中，在放置待清洗零件前使用白色纸板进行调试，观察光斑在白色纸板上的排列情况，根据工况调节激光束聚焦点距离白色纸板高度，根据高低判断，使位于最低位置光斑到达白色纸板，调试结束后取下白色纸板，放置待清洗零件在工作台上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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