CN110560432A - 一种基于同步并行加工的激光清洗装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于同步并行加工的激光清洗装置及方法，将高功率激光器发出的一束激光束通过分束单元分成多束低功率激光束辐照在待清洗工件表面不同位置实现同步并行激光清洗，该装置包括激光光源，用于提供一束激光束；分束单元，用于将激光器发出的一束激光束分成多束能量可调的激光束；扫描单元以及聚焦镜组，其数量由激光束数目决定。本发明能够有效地提高激光清洗的效率以及可靠性，使得激光清洗的应用更加广泛，更容易实现，自动化程度更高。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗技术，尤其涉及一种基于同步并行加工的激光清洗装置及方法。
背景技术
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。
激光清洗是利用激光高能量、集中性高的特点照射被加工的工件，使得基体表面附着物(污垢、氧化皮、锈斑、有机涂层等)吸收激光能量后，以熔化、气化挥发、瞬间受热膨胀并被蒸气带动脱离基体表面，从而达到净化基体表面目的。
激光清洗具有高效、快捷、成本低，对基体的热负荷和机械负荷小，不损伤基体，不需用水或溶剂，且废物易于收集，对环境无污染、安全可靠，不损害操作人员健康等优点，适应范围广，可清除锈斑、氧化皮、污垢和各种不同厚度、不同成分的涂层，清洗过程易于实现自动化、实现远距离遥控操作，可用于大规模的激光清洗工作。
虽然激光清洗的应用越来越多，但激光清洗相比酸洗、喷砂、干冰清洗、超声波等传统方法仍存在效率相对较低，价格相对较高等问题，这些都成为制约激光清洗技术发展的因素，阻碍激光清洗设备更加广泛的应用。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于同步并行加工的激光清洗装置及方法，能够有效提高激光清洗效率。
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：一种基于同步并行加工的激光清洗装置，包括激光发射单元、偏振转化装置、扩束镜、光束整形装置、若干反射镜、分束单元、多套扫描单元和控制单元；激光发射单元提供激光束，偏振转化装置将激光发射单元发出的线偏振光转化为圆偏振光或椭圆偏正光，经扩束镜后照射到光束整形装置，光束整形装置将激光发射单元发出的高斯光束整形为平顶光束，经反射镜后照射到分束单元，分束单元将一束高功率激光束分成多束低功率激光束；低功率激光束经反射镜后照射到扫描单元；扫描单元包括振镜和场镜，低功率激光束依次通过振镜和场镜后聚焦至待清洗工件表面；控制单元，控制激光发射单元的开关，控制运动平台带动工件运动，及控制振镜完成激光扫描清洗作业。
进一步地，所述偏振转化装置为四分之一波片。
进一步地，所述分束单元为一组能量分光平片和一片全反射片，或一组能量分光棱镜和一片全反射片。
进一步地，所述振镜为PZT扫描振镜，所述场镜为F-theta镜。
进一步地，所述扩束镜为一片扩束镜，或一组固定倍数的扩束镜，或一组倍数可调的扩束镜。
一种基于同步并行加工的激光清洗方法，包括步骤：
(1)通过控制单元远程设置激光发射单元，并控制激光发射单元开光；
(2)激光发射单元发出的初始激光束经过偏振转化装置转换为圆偏振光或椭圆偏振光；
(3)然后激光束经扩束镜，扩展其直径并减小其发散角；
(4)该激光束经光束整形装置，由高斯光束整形为平顶光束；
(5)该激光束经反射镜后照射到分束单元，分束单元将一束高功率激光束分成多束低功率激光束；
(6)低功率激光束分别经相应的反射镜反射至相应的振镜和场镜后聚焦在待清洗工件表面；
(7)由控制单元控制运动平台带动工件运动，及控制振镜完成激光扫描清洗作业。
进一步地，所述偏振转化装置的波片角度可调。
进一步地，所述扩束镜倍数可调。
有益效果：本发明基于同步并行加工的可灵活配置的激光清洗装置，可实现多光束同步并行激光清洗作业，激光束数目及各激光束能量可根据实际情况灵活调控，从而极大的提高了激光清洗效率。
附图说明
图1是本发明激光清洗系统示意图。
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，本发明所述的基于同步并行加工的激光清洗装置，该装置包括激光发射单元1、偏振转化装置2、扩束镜3、光束整形装置4、反射镜5-1至5-9、分束单元6、多套扫描单元以及控制单元，扫描单元包括振镜7和场镜8。
激光发射单元1为高功率激光器，用于发出高功率激光束。偏振转化装置2将激光发射单元1发出的线偏振光转化为圆偏振光或椭圆偏正光，经扩束镜3后照射到光束整形装置4，光束整形装置4将激光发射单元1发出的高斯光束整形为平顶光束，经反射镜5后照射到分束单元6，分束单元6将一束高功率激光束分成多束低功率激光束；低功率激光束经反射镜5后照射到扫描单元；低功率激光束依次通过振镜和场镜后聚焦至待清洗工件表面。
本发明将高功率激光器发出的一束激光束通过分束单元分成多束低功率激光束辐照在待清洗工件表面不同位置实现同步并行激光清洗。
偏振转化装置2为四分之一波片，激光器发射出的激光为线偏振光，通过设置波片的角度，可以改变激光的偏振态。波片角度设置45°时，激光器发出的线偏振光经过波片可转变为圆偏振光；波片角度设置为0°或者90°时，激光器发出的线偏振光经过波片仍为线偏振光；波片角度设置为非上述角度，激光器发出的线偏振光经过波片可转变为椭圆偏振光。
扩束镜3可以是一片扩束镜，可以是一组固定倍数的扩束镜，也可以是倍数可调的一组扩束镜。扩束镜用来扩展激光束的直径并减小激光束的发散角。
分束单元6可以是一组能量分光平片和一片全反射片，也可以是一组能量分光棱镜和一片全反射片。本实施例中采用3片能量分光平片601至603和1片全反射片604。能量分光平片可将一束光分成两束，其中一部分能量反射，剩余能量透过。每一片能量分光平片的分光比例可调，比例可以是50/50，也可以是40/60，也可以是30/70，也可以是20/80等等，根据待清洗工件表面污物厚度等实际情况做调整。如果待清洗工件表面污物比较平均，采用3片能量分光平片和1片全反射片，分光比例分别为1/4、1/3、1/2，这样可以保证分成的4束激光束能量一致。
本实施例中分束单元6将1束激光束分成了4束，故需要4套振镜7和场镜8，振镜和场镜的位置根据其幅面以及待清洗工件表面面积决定。4束激光束经过振镜及场镜聚焦至工件表面相应位置。振镜7为PZT扫描振镜，场镜8为F-theta镜。
控制单元包括三维运动平台，运动电机及驱动，工控机。控制单元控制激光器开关光以及振镜完成激光清洗作业。具体地，控制单元控制激光发射单元的开关，控制运动平台带动工件运动，及控制振镜完成激光扫描清洗作业。
本发明所述的基于同步并行加工的激光清洗方法，具体工作步骤如下：
步骤一、通过工控机远程设置激光发射单元1，设置激光器输出功率、重复频率等参数，并控制激光器开光；
步骤二、激光器发出的初始激光束经过偏振转化装置2转换为圆偏振光或椭圆偏振光，波片角度可调；
步骤三、该激光束经过扩束镜3后扩展其直径并减小其发散角，扩束镜倍数可调；
步骤四、该激光束经过光束整形装置4由高斯光束整形为平顶光束；
步骤五、该激光束经过分束单元6分成多束激光束，激光束个数及能量可控；本实施例中该激光束经过全反射镜5后射入分束单元6并分成4束激光束射出，这4束激光束分别经过相应的反射镜5反射至相应的振镜7和场镜8后聚焦在待清洗工件表面；
步骤六、由控制单元控制振镜以及运动平台完成激光清洗作业。
Claims (8)
1.一种基于同步并行加工的激光清洗装置，其特征在于，包括激光发射单元(1)、偏振转化装置(2)、扩束镜(3)、光束整形装置(4)、若干反射镜(5)、分束单元(6)、多套扫描单元和控制单元；
激光发射单元(1)提供激光束，偏振转化装置(2)将激光发射单元(1)发出的线偏振光转化为圆偏振光或椭圆偏正光，经扩束镜(3)后照射到光束整形装置(4)，光束整形装置(4)将激光发射单元(1)发出的高斯光束整形为平顶光束，经反射镜(5)后照射到分束单元(6)，分束单元(6)将一束高功率激光束分成多束低功率激光束；
低功率激光束经反射镜(5)后照射到扫描单元；扫描单元包括振镜(7)和场镜(8)，低功率激光束依次通过振镜和场镜后聚焦至待清洗工件表面；
控制单元，控制激光发射单元(1)的开关，控制运动平台带动工件运动，及控制振镜完成激光扫描清洗作业。
2.根据权利要求1所述的基于同步并行加工的激光清洗装置，其特征在于，所述偏振转化装置(2)为四分之一波片。
3.根据权利要求1所述的基于同步并行加工的激光清洗装置，其特征在于，所述分束单元(6)为一组能量分光平片和一片全反射片，或一组能量分光棱镜和一片全反射片。
4.根据权利要求1所述的基于同步并行加工的激光清洗装置，其特征在于，所述振镜(7)为PZT扫描振镜，所述场镜(8)为F-theta镜。
5.根据权利要求1所述的基于同步并行加工的激光清洗装置，其特征在于，所述扩束镜(3)为一片扩束镜，或一组固定倍数的扩束镜，或一组倍数可调的扩束镜。
6.一种基于同步并行加工的激光清洗方法，其特征在于，包括步骤：
(1)通过控制单元远程设置激光发射单元(1)，并控制激光发射单元(1)开光；
(2)激光发射单元(1)发出的初始激光束经过偏振转化装置(2)转换为圆偏振光或椭圆偏振光；
(3)然后激光束经扩束镜(3)，扩展其直径并减小其发散角；
(4)该激光束经光束整形装置(4)，由高斯光束整形为平顶光束；
(5)该激光束经反射镜(5)后照射到分束单元(6)，分束单元(6)将一束高功率激光束分成多束低功率激光束；
(6)低功率激光束分别经相应的反射镜(5)反射至相应的振镜(7)和场镜(8)后聚焦在待清洗工件表面；
(7)由控制单元控制运动平台带动工件运动，及控制振镜完成激光扫描清洗作业。
7.根据权利要求6所述的基于同步并行加工的激光清洗方法，其特征在于，所述偏振转化装置(2)的波片角度可调。
8.根据权利要求6所述的基于同步并行加工的激光清洗方法，其特征在于，所述扩束镜(3)倍数可调。
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