CN111001940A - 一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光清洗技术领域，尤其是一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，包括以下步骤S1：对待清洗工件进行装夹；S2：调节激光清洗头，激光头焦点聚焦在工件的待清洗部位；S3：设定激光头清洗过程的工艺参数；S4：开始进行清洗工作，在激光清洗加入了激光与振镜联动控制的板卡，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光；S5：板卡对激光器扫描速度进行读取，按设置算法输出激光功率，检测并确定是否停止清洗，若需继续清洗，重复步骤S4直至工件停止清洗，输出工件；S6：检测S4中的输出工件是否清洗干净，若未清洗干净，重复步骤S5‑S6，直至工件清洗干净；保证清洗过程中，能量密度的一致性，以此避免两端过度烧蚀。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗技术领域，尤其涉及一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法。
背景技术
所谓激光清洗技术是指利用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除清洁对象表面附着物或表面涂层，从而达到洁净的工艺过程。
传统振镜电机工作时，从中间摆动到两端的过程中，速度会从高速状态降低到零，然后再从零的速度反向加速变成高速状态摆向另一边。然而这样的运动模式导致了振镜在摆动过程中并不能保证一直是匀速的，在两端的位置停留的时间明显要高于在中间一段高速运动的位置停留的时间，激光长时间的照射从而导致了两端过度烧蚀的情况产生。
为了过度烧蚀的情况出现，激光清洗过程中常采用下列措施：
第一，无消光装置的激光清洗，无消光装置的激光清洗的振镜电机工作时，从中间摆动到两端的过程中，速度会从高速状态降低到零，然后再从零的速度反向加速变成高速状态摆向另一边。然而这样的运动模式导致了振镜在摆动过程中并不能保证一直是匀速的，在两端的位置停留的时间明显要高于在中间一段高速运动的位置停留的时间，在这个过程中，激光都是保持一致的功率在输出，但是在两端作用的时间却明显多出几倍，从而导致了两端过度烧蚀的情况产生。
第二，清洗头上增加外部机械消光装置的激光清洗，这种方式具体操作方法是在清洗头上增加一个外部机械连接件，连接件上有两块挡光板，在激光从清洗头出来时，调节挡光板的位置，遮挡住两端的激光，从而达到端部消光的目的。然而这种机械消光装置也有很明显的缺点，首先挡光板必须选用高反、耐高温材料，才能满足长时间挡光的需求，长期激光照射产生的高温会导致挡光板变形，需经常更换；且挡光板反射回去的激光也非常危险，可能损伤清洗头或是引燃周围的易燃物；其次额外增加的外部机械结构导致清洗头更复杂，稳定性更差。
针对这些缺点，本发明为激光清洗加入了一套激光与振镜联动控制的板卡，通过程序控制激光输出来达到消除端部过度烧蚀的目的，在结构上比机械消光更简单；在效果上，板卡程序控制更精准，调节更方便，消除端部烧蚀的效果也能得到极大保障。
发明内容
本发明为使用电路板程序控制消除端部过度烧蚀，从而达到真正意义上的清洗均匀一致的目的的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，包括以下步骤
S1：对待清洗工件进行装夹；
S2：调节激光清洗头，激光头焦点聚焦在工件的待清洗部位；
S3：设定激光头清洗过程的工艺参数；
S4：启动激光器，开始进行清洗工作，在激光清洗加入了激光与振镜联动控制的板卡，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光；振镜运行到两端速度降低时，板卡控制激光器降低输出功率，保证清洗过程中能量密度的一致性；
S5：板卡对激光器扫描速度进行读取，按设置算法输出激光功率，检测并确定是否停止清洗，若需继续清洗，重复步骤S4直至工件停止清洗，输出工件；
S6：检测S4中的输出工件是否清洗干净，若未清洗干净，重复步骤S5-S6，直至工件清洗干净；
S7：清洗结束。
优选的，S4中激光器的输出功率始终处于大于完全清洗阈值而小于基体损伤阈值，在清洗阈值和损伤阈值之间，提高功率能够逐渐达到完全清洗污染物、而不损伤基体的效果。
优选的，S4中激光清洗过程中，线宽端部区域的光斑搭接率大于0.7。
优选的，S4中通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光。
本发明提出的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，有益效果在于：本发明通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光，从而达到真正意义上的清洗均匀一致的目的的一种控制方法，振镜运行到两端速度降低时，板卡相应的控制激光器降低输出功率，保证清洗过程中，能量密度的一致性，以此避免两端过度烧蚀，保证清洗过程的均匀一致性。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法的激光扫描波形图。
图2为本发明提出的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法的激光清洗的关键阈值。
图3为本发明提出的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法的光斑搭接效果图。
图4为本发明提出的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法的清洗流程图。
图5为一般激光清洗方法的激光清洗边界。
图6使用本发明后的激光清洗边界。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参考图1-6，一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，包括以下步骤
S1：对待清洗工件进行装夹；
S2：调节激光清洗头，激光头焦点聚焦在工件的待清洗部位；
S3：设定激光头清洗过程的工艺参数；
S4：启动激光器，开始进行清洗工作，在激光清洗加入了激光与振镜联动控制的板卡，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光；振镜运行到两端速度降低时，板卡控制激光器降低输出功率，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光，保证清洗过程中能量密度的一致性；
激光器的输出功率始终处于大于完全清洗阈值而小于基体损伤阈值，在清洗阈值和损伤阈值之间，提高功率能够逐渐达到完全清洗污染物、而不损伤基体的效果；激光清洗过程中，线宽端部区域的光斑搭接率大于0.7
S5：板卡对激光器扫描速度进行读取，按设置算法输出激光功率，检测并确定是否停止清洗，若需继续清洗，重复步骤S4直至工件停止清洗，输出工件；
S6：检测S4中的输出工件是否清洗干净，若未清洗干净，重复步骤S5-S6，直至工件清洗干净；
S7：清洗结束。
本发明为使用电路板程序控制消除端部过度烧蚀的一种控制方法，这种控制方法就是以程序算法为核心，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光，从而达到真正意义上的清洗均匀一致的目的的一种控制方法。
本发明的工作模式及原理：
如图1所示，上图为通过振镜以后激光扫描的波形图，纵坐标为激光扫描的幅值，横坐标为时间。振镜在运动时，激光的扫描速度在稳定工作区时速度几乎是匀速不变的，这个地方属于绝对的清洗均匀一致的区域；而当激光扫描到消光区时，扫描速度会存在一个急速降低和急速升高的过程，这个过程中，扫描速度会先从高速状态减速到静止状态，然后再从静止状态恢复到和之前反向的高速状态，循环往复，不断的这样扫描。然而，这样的运动模式导致了激光清洗没办法做到真正意义上的均匀一致的清洗。在两端消光区越是靠近两端端部的地方，速度越慢，如果没有使用消光装置，激光器功率会保持不变，那么越是靠近两端端部的地方能量也就会越集中，也就是能量密度会更大，大到一定程度就会超过被清洗工件的损伤阈值，造成被清洗工件端部过度烧蚀的现象(如图5)。
激光清洗过程中，起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值是三个非常重要的参数，小于起始清洗阈值时，激光清洗对于污物去除没有效果；大于起始清洗阈值而小于完全清洗阈值时，需要多次清洗或降低清洗速度，效果不好；大于完全清洗阈值而小于基体损伤阈值时，是合适的工艺区间；大于基体损伤阈值时，则会损伤基材，如图2所示。
激光能量密度，也就是清洗阈值，为激光清洗效果最主要的因素。在针对本次发明研究中，影响激光能量密度的变量就只有激光的扫描速度和激光功率。
激光功率：功率越大，附着物吸收的激光能量越多，瞬时热膨胀加速度越大，清洗效果越明显，但功率太大会造成过度清洗，致使清洗后容易氧化。实验表明，激光清洗存在一个清洗阈值和损伤阈值，当低于这个阈值时，没有清洗效果；当超过损伤阈值时，基材产生损伤。所以，在清洗阈值和损伤阈值之间，提高功率能够逐渐达到完全清洗污染物、而不损伤基体的效果，同时也是提高清洗效率的主要措施。
扫描速度：激光单位时间内的光斑数目一定的情况下，扫描的速度越慢，作用的时间越长，点与点就会越密集，输入的能量也越多，温度越高；扫描速度越快，作用的时间越短，点与点之间的间隔越大，激光能量输入越少，温度也越低。由于扫描速度是激光在单位时间内走过的距离，如果速度太快，那么激光的能量在同一个地方作用的时间就比较短，影响附着物对激光能量的吸收，清洗效果就不充分；如果速度太慢，激光能量在同一个地方作用的时间太长，反而适得其反，导致过清洗，在振镜扫描到两端的时候就是这种情况。
激光扫描理想的搭接模式如图3所示，整个激光清洗过程中，激光光斑搭接均匀分布，搭接率在0.5-0.7的范围内，这样就能达到最好的清洗效果。然而实际的振镜运行模式不可能达到全程匀速运动，即不可能保证清洗过程中完全均匀一致的清洗质量，在保证中间大部分清洗效果的情况下，线宽端部区域的光斑搭接率肯定超过了0.7，过搭接导致此区域温度急速升高，导致了过清洗，在振镜扫描到两端的时候就是这种情况。
激光扫描理想的搭接模式如图3所示，整个激光清洗过程中，激光光斑搭接均匀分布，搭接率在0.5-0.7的范围内，这样就能达到最好的清洗效果。然而实际的振镜运行模式不可能达到全程匀速运动，即不可能保证清洗过程中完全均匀一致的清洗质量，在保证中间大部分清洗效果的情况下，线宽端部区域的光斑搭接率肯定超过了0.7，过搭接导致此区域温度急速升高，导致了过清洗。为了解决这一问题，我们发明一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗的控制方法，当振镜运行到两端速度降低时，板卡相应的控制激光器降低输出功率，保证清洗过程中，能量密度的一致性，以此避免两端过度烧蚀，保证清洗过程的均匀一致性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.根据权利要求1所述的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对待清洗工件进行装夹；
S2：调节激光清洗头，激光头焦点聚焦在工件的待清洗部位；
S3：设定激光头清洗过程的工艺参数；
S4：启动激光器，开始进行清洗工作，在激光清洗加入了激光与振镜联动控制的板卡，通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光；振镜运行到两端速度降低时，板卡控制激光器降低输出功率，保证清洗过程中能量密度的一致性；
S5：板卡对激光器扫描速度进行读取，按设置算法输出激光功率，检测并确定是否停止清洗，若需继续清洗，重复步骤S4直至工件停止清洗，输出工件；
S6：检测S4中的输出工件是否清洗干净，若未清洗干净，重复步骤S5-S6，直至工件清洗干净；
S7：清洗结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，其特征在于，S4中激光器的输出功率始终处于大于完全清洗阈值而小于基体损伤阈值，在清洗阈值和损伤阈值之间，提高功率能够逐渐达到完全清洗污染物、而不损伤基体的效果。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，其特征在于，S4中激光清洗过程中，线宽端部区域的光斑搭接率大于0.7。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光与振镜联动控制的激光均匀清洗方法，其特征在于，S4中通过调用程序算法控制激光器以匹配振镜速度的功率来输出激光。
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