CN110976439A - 提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备，其中，该激光清洗方式和设备包括：对电机施加尖顶正弦波信号；通过该电机控制振镜摆动；通过该振镜的摆动将激光器发出的激光光束进行整形；利用整形后的光束进行激光清洗。本发明提供的该激光清洗方式和设备，可使整体光斑分布较为均匀，总体上可以让整个区域接受到较为均匀的激光能量。

Description

提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备。

背景技术

现有的大功率固体激光清洗设备中，激光器发出的光通过光纤导入加工头，加工头部分装有一振镜，振镜通过往复摆动的方式将激光光束整形成一线形的光斑。而在实际的工业应用中，加工厂商为了进一步提高清洗速度和精度，往往会将加工头与机器人结合，机器人带动加工头移动从而实现一定区域的清洗。因此输出激光实际上是以一“之”字形路线扫过目标区域。

振镜的摆动主要依靠对电机施加一周期信号进行控制，现有的控制信号主要是锯齿波和正弦波，这两种信号都会导致在实际清洗过程中出现一些问题。对电机加载锯齿波会使得振镜保持匀速摆动，因此在一条清洗线形内，光斑分布是均匀的，但“之”字形路线存在中间区域线形重叠率高，两侧区域线性重叠率低的问题，这样就会导致中间区域光斑分布较密集，两侧分布较稀疏。对电机加载正弦波会使得在一条线形内振镜摆动速度由零逐渐升高再逐渐降为零，因此在一条清洗线形内光斑分布为两侧较密，中间较稀疏，对“之”字形清洗方式导致的问题进行了一定程度上的补正，但是又会由于两侧光斑分布太过密集而出现过烧蚀的现象。现急需一种可行的解决方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备，以至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式，包括：

对电机施加尖顶正弦波信号；

通过该电机控制振镜往复摆动；

通过该振镜的往复摆动将激光器发出的激光光束整形成为一线型光束；

利用整形后的线型光束进行激光清洗。

其中：

一些实施例中，该尖顶正弦波信号为：

一正弦波信号通过第一限幅电路生成正弦平顶信号；

一锯齿波信号通过第二限幅电路生成平顶锯齿波信号；

该锯齿波信号和该平顶锯齿波信号通过一减法电路生成特殊锯齿波信号；

该正弦平顶信号和该特殊锯齿波信号通过一加法电路生成该尖顶正弦波信号；

其中，正弦波信号和锯齿波信号具有相同的周期。

一些实施例中，利用整形后的线型光束进行激光清洗进一步包括：

通过一操纵设备控制激光清洗的路径，且该激光清洗的路径呈周期性运动；

结合多次清洗周期和振镜的摆动实现激光清洗。

本发明另一方面提供了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗设备，包括：

激光器，发出激光光束；

振镜，通过摆动对该激光光束进行线型整形；

电机，接收周期信号并基于该周期信号控制该振镜的往复摆动；

其中，该周期信号为上述的尖顶正弦波信号。

一些实施例中，该装置还包括：

信号产生模块，产生该尖顶正弦波信号并传送至电机。

进一步的，该信号产生模块包括：

第一信号发生器，产生正弦波信号；

第二信号发生器，产生锯齿波信号；

信号转换电路，结合正弦波信号和锯齿波信号经转换得到尖顶正弦波信号。

更进一步的，该信号转换电路包括：

第一限幅电路，接收正弦波信号生成正弦平顶信号；

第二限幅电路，接收锯齿波信号生成平顶锯齿波信号；

减法电路，接收锯齿波信号和平顶锯齿波信号生成特殊锯齿波信号；以及

加法电路，接收正弦平顶信号和特殊锯齿波信号生成尖顶正弦波信号。

一些实施例中，该装置还包括：

加工头，所述振镜安装于该加工头上；

和/或，光纤，用于将激光器发出的激光光束导入该加工头；

进一步的，该加工头设置于一操纵设备上。

(三)有益效果

本发明公开了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备，其具有以下有益效果：

该清洗方式可以提高清洗质量的原因为：在一条完整的清洗线形内，该清洗方式产生的光斑分布为中间区域稀疏，两侧区域较为密集，且当电机在往复扫描变换角度时具有非常高的加速度，因此线型光束两端不会因为停留时间过长引起过度清洗的问题，结合多个清洗周期(一个清洗周期即来回扫完两条完整线形)来看，本方法整体光斑分布较为均匀，而且在整个清洗区域的两侧，光斑分布不至于太过密集，因此总体上可以让整个区域接受到较为均匀的激光能量。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的脉冲激光清洗方式形成的光斑分布示意图；

图2是本发明一实施例提出的正弦尖顶波示意图；

图3是本发明一实施例中所采用的正弦波示意图；

图4是本发明一实施例中所采用的限幅电路示意图；

图5是本发明一实施例中所产生的正弦平顶波示意图；

图6是本发明一实施例中所采用的锯齿波示意图；

图7是本发明一实施例中所产生的锯齿平顶波示意图；

图8是本发明一实施例中所采用的减法电路示意图；

图9是本发明一实施例中所产生的特殊锯齿波示意图；

图10是本发明一实施例中所采用的加法电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式和设备。基于此，本发明还公开了一种尖顶正弦波的实现方法，该尖顶正弦波用于控制激光清洗设备加工头部位的电机，然后基于该激光清洗设备实现激光清洗。

该尖顶正弦波实现方法的原理为：

首先将一正弦波信号经过限幅电路生成正弦平顶信号，然后将一锯齿波信号同样经过一限幅电路，生成平顶锯齿波信号，紧接着将锯齿波信号与生成的平顶锯齿波信号通过一减法电路，生成一特殊锯齿波信号，最后将之前生成的正弦平顶信号与特殊锯齿波信号通过一加法电路，生成所需的尖顶正弦波信号。

下面通过具体实施例对本发明提出的激光清洗方式和设备及控制该设备和方式的尖顶正弦波的实现方法进行详细描述。

实施例1

本实施例提出一种激光清洗设备，包括：

激光器，发出激光光束；

振镜，通过摆动对该激光光束进行线型整形；

电机，接收周期信号并基于该周期信号控制该振镜的往复摆动；

其中，该周期信号为尖顶正弦波信号。

一些实施例中，该装置还包括：

信号产生模块，产生该尖顶正弦波信号并传送至电机。

激光清洗设备中，通过振镜摆动将激光器发出的光束整形成光斑，然后通过该光斑实现激光清洗，而振镜的摆动通过对电机施加周期信号进行控制。本实施例中，该周期信号为结合正弦波信号和锯齿波信号两者的优势所形成的尖顶正弦波信号，详细来说，该尖顶正弦波信号即消除了锯齿波信号形成的激光清洗过程中中间区域线性重叠率高，又消除了正弦波信号导致的激光清洗过程中光斑分布两侧较密的问题，可有效防止出现过烧蚀现象；且其结合多个清洗周期，该尖顶正弦波信号一定程度上可以让整个区域接受到较为均匀的激光能量，实现更均匀的激光清洗。

一些实施例中，上述的信号产生模块包括：

第一信号发生器，产生正弦波信号；

第二信号发生器，产生锯齿波信号；以及

信号转换电路，结合正弦波信号和锯齿波信号经转换得到需要的尖顶正弦波信号。

需要说明的是，该第一信号发生器和第二信号发生器也可以为一个可选择的产生不同波形信号的信号发生器，例如可产生的信号包括但不限于正弦波信号和锯齿波信号，也可以为三角波、矩形波等信号，具体的波形信号根据实际所要达到的清洗效果做进一步选择。本实施例中，优选地为，该激光清气装置包括两个信号发生器，且两者同布产生正弦波信号和锯齿波信号，并经信号转换电路最终得到所需的尖顶正弦波信号。

需要进一步说明的是，上述提到的信号发生器可选择为正弦信号发生器、函数(波形)信号发生器、脉冲信号发生器和/或随机信号发生器，只要能达到相应的技术效果均可。

一些实施例中，该信号转换电路进一步包括：

第一限幅电路，接收正弦波信号生成正弦平顶信号；

第二限幅电路，接收锯齿波信号生成平顶锯齿波信号；

减法电路，接收锯齿波信号和平顶锯齿波信号生成特殊锯齿波信号；以及

加法电路，接收正弦平顶信号和特殊锯齿波信号生成尖顶正弦波信号。

需要说明的是，该第一限幅电路和第二限幅电路结构相同的两个电路，且该两个电路的限幅范围并不相同。进一步的，该限幅电路的限幅范围为根据实际效果多次试验得到、或根据理论计算并经测试得到，其最终目的在于实现更为均匀的激光能量分布。

一些实施例中，该装置还包括：

加工头，所述振镜安装于该加工头上；

和/或，光纤，用于将激光器发出的激光光束导入该加工头。

本实施例中，进一步的可包括，将振镜安装于一加工头上，并在该加工头和激光器之间设有一光纤，以减少激光光束在传输过程中的损失。可选择的，电机与振镜可同时设于该加工头上，或电机设于该激光清洗装置之外，只要为振镜提供相应能量即可。

一些实施例中，该加工头进一步设置于一操纵设备上，

本实施例中，该操纵设备例如为机器人，由机器人带动加工头的移动实现对相关区域的清洗。

实施例2

本实施例基于实施例1中所述的激光清洗设备，提出了一种激光清洗方式，包括；

对电机施加尖顶正弦波信号；

通过该电机控制振镜往复摆动；

通过该振镜的往复摆动将激光器发出的激光光束整形成为一线型光束；

利用整形后的线型光束进行激光清洗，进一步的，该步骤包括：

通过一操纵设备控制激光清洗的路径，且该激光清洗的路径呈周期性运动，结合多次清洗周期和振镜的摆动实现激光清洗。

本实施例中，基于该清洗方式形成的光斑分布如图1所示。

需要着重说明的是，该激光清洗方式的主要控制方法为对激光清洗设备加工头部位的电机加载一尖顶正弦波，如图2所示。

实施例3

基于实施例1和实施例2所述的激光清洗设备和方式，本实施例提出一种如图2所示尖顶正弦波的实现方法，以支撑激光清洗设备完成激光清洗工作。

该方法如下：

正弦波信号通过第一限幅电路生成正弦平顶信号；

锯齿波信号通过第二限幅电路生成平顶锯齿波信号；

该锯齿波信号和该平顶锯齿波信号通过一减法电路生成特殊锯齿波信号；

该正弦平顶信号和该特殊锯齿波信号通过一加法电路生成尖顶正弦波信号。

具体地，本实施例中，该方法具体表现为：

将图3所示的正弦波，经过一限幅电路，如图4所示，生成一平顶正弦波，如图5所示；

将图6所示的与上述正弦波相同周期的锯齿波，同样经过另一限幅电路，生成一平顶锯齿波，如图7所示；

将上述锯齿波信号与平顶锯齿波信号通过一减法电路，如图8所示，生成一特殊锯齿波信号，如图9所示；

将之前所述的平顶正弦波信号与特殊锯齿波信号通过一加法电路，如图10所示，生成所需的尖顶正弦波(图2)。

至此，完成激光清洗设备和清洗方式中所需的尖顶正弦波的实现，并基于其实现激光清洗。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗方式，其特征在于，包括：

对电机施加尖顶正弦波信号；

通过所述电机控制振镜往复摆动；

通过所述振镜的往复摆动将激光器发出的激光光束整形成为一线型光束；

利用整形后的线型光束进行激光清洗。

2.根据权利要求1所述的激光清洗方式，其特征在于，所述利用整形后的线型光束进行激光清洗还包括：

通过一操纵设备控制激光清洗的路径，且所述激光清洗的路径呈周期性运动；

结合多次清洗周期和所述振镜的摆动实现激光清洗。

3.根据权利要求1或2所述的激光清洗方式，其特征在于，所述尖顶正弦波信号为：

一正弦波信号通过第一限幅电路生成正弦平顶信号；

一锯齿波信号通过第二限幅电路生成平顶锯齿波信号；

所述锯齿波信号和所述平顶锯齿波信号通过一减法电路生成特殊锯齿波信号；

所述正弦平顶信号和所述特殊锯齿波信号通过一加法电路生成该尖顶正弦波信号；

其中，所述正弦波信号和所述锯齿波信号具有相同的周期。

4.一种提高激光清洗表面均匀程度的激光清洗设备，其特征在于，实现权利要求1至3中任一所述的激光清洗方式，包括：

激光器，发出激光光束；

振镜，通过摆动对所述激光光束进行线型整形；

电机，接收周期信号并基于该周期信号控制所述振镜的往复摆动；

其中，所述周期信号为尖顶正弦波信号。

5.根据权利要求4所述的激光清洗设备，其特征在于，还包括：

信号产生模块，产生所述尖顶正弦波信号并传送至所述电机。

6.根据权利要求5所述的激光清洗设备，其特征在于，所述信号产生模块包括：

第一信号发生器，产生正弦波信号；

第二信号发生器，产生锯齿波信号；

信号转换电路，结合所述正弦波信号和所述锯齿波信号经转换得到尖顶正弦波信号。

7.根据权利要求6所述的激光清洗设备，其特征在于，所述信号转换电路包括：

第一限幅电路，接收所述正弦波信号生成正弦平顶信号；

第二限幅电路，接收所述锯齿波信号生成平顶锯齿波信号；

减法电路，接收所述锯齿波信号和所述平顶锯齿波信号生成特殊锯齿波信号；以及加法电路，接收所述正弦平顶信号和所述特殊锯齿波信号生成尖顶正弦波信号。

8.根据权利要求5或7所述的激光清洗设备，其特征在于，还包括：

加工头，所述振镜安装于所述加工头上。

9.根据权利要求8所述的激光清洗设备，其特征在于，还包括：

光纤，用于将所述激光器发出的激光光束导入所述加工头。

10.根据权利要求9所述的激光清洗设备，其特征在于，所述加工头设置于一操纵设备上。

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