CN111774732A - 一种多激光头烧蚀集成控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多激光头烧蚀集成控制系统及方法，所述系统包括：n个激光头模块，用于发射光斑，n为大于1的正整数；控制器，与各所述激光头模块连接，用于根据待处理物数据信息生成工作参数，根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块发射所述光斑。本发明烧蚀深度大、烧蚀效率高且应用范围广。

Description

一种多激光头烧蚀集成控制系统及方法

技术领域

本发明涉及激光去污技术领域，特别是涉及一种多激光头烧蚀集成控制系统及方法。

背景技术

核行业中的核设施在使用或退役后存在零件被核辐射污染，污染层需要被清除，传统的清除方法基本为机械-物理法和化学法，机械-物理法包括机械擦拭、高压水冲洗等，化学法主要以强酸、强碱溶液溶解表层污染物。这些传统清除方法存在效率低下、基体受损和粉尘及颗粒污染严重的问题，并且对使用场合和待加工件的形状、尺寸也有一定的限制。

现有应用的激光烧蚀去污技术，采用的一般是单一激光光源烧蚀技术，对于复杂形状和烧蚀深度要求高的待加工件进行烧蚀处理，难以到达理想的去污效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧蚀深度大、烧蚀效率高、应用范围广且无污染的烧蚀集成系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多激光头烧蚀集成控制系统，包括：

n个激光头模块，用于发射光斑，n为大于1的正整数；

控制器，与各所述激光头模块连接，用于根据待处理物数据信息生成工作参数，根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块发射所述光斑。

优选地，所述激光头模块包括：激光器、隔离头、反射镜、X扫描镜、X振镜、Y扫描镜、Y振镜和场镜；

所述激光器、所述隔离头、所述X扫描镜、所述Y扫描镜均与所述控制器内连接；

所述反射镜与所述隔离头相对设置；

所述Y振镜与所述反射镜相对设置；

所述X振镜与所述Y振镜相对设置；

所述场镜与所述X振镜相对设置；

所述控制器控制所述激光器发射激光，所述激光经过所述隔离头生成点光斑，所述点光斑经过所述Y扫描镜和所述X扫描镜生成面光斑，所述面光斑经过所述场镜生成线光斑，通过所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污，所述线光斑即为所述光斑。

优选地，所述系统还包括：

烟尘净化器，与所述控制器连接，且通过管路作用于待处理物；

所述控制器控制所述烟尘净化器对颗粒残渣进行净化处理，所述颗粒残渣为所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污时产生的。

优选地，所述系统还包括：

冷却模块，分别与所述控制器和各所述激光头模块连接，用于在各所述激光头模块的温度超过温度设定值时对各所述激光头模块进行降温。

优选地，所述冷却模块包括：

温度传感器单元，分别与所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜相对设置，且与所述控制器连接，用于检测所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜的温度并生成温度信息发送给所述控制器，所述控制器判断所述温度信息是否大于或等于所述温度设定值，若是，所述控制器生成第二控制指令，若否，则不处理；

制冷单元，与所述控制器连接，且通过管路分别与所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜相对设置，用于根据所述第二控制指令对所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜进行循环冷却降温，直至所述温度信息小于所述温度设定值。

优选地，所述激光器为百纳秒级光纤脉冲激光器。

优选地，所述系统还包括：

信息采集模块，与所述控制器连接，用于获取所述待处理物数据信息并发送给所述控制器。

本发明还提供了一种多激光头烧蚀集成控制方法，包括：

步骤S1，控制器获取待处理物数据信息；

步骤S2，所述控制器根据所述待处理物数据信息生成工作参数；

步骤S3，所述控制器根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块生成线光斑，以使利用所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污；

步骤S4，控制器获取新的待处理物数据信息，根据所述新的待处理物数据信息确定待处理物的去污结果，并判断待处理物的去污结果是否达到设定去污标准，若否，则应用所述新的待处理物数据信息替换所述待处理物数据信息并返回至步骤S2；若是，则去污结束。

优选地，在所述步骤S1之前还包括：

根据场镜的焦距设置各所述激光头模块与待处理物的位置关系，以使根据所述位置关系对应放置各所述激光头模块与待处理物。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种多激光头烧蚀集成控制系统，包括：n个激光头模块，用于发射光斑，n为大于1的正整数；控制器，与各所述激光头模块连接，用于根据待处理物数据信息生成工作参数，根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块发射所述光斑。本发明烧蚀深度大、烧蚀效率高且应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多激光头烧蚀集成控制系统结构示意图；

图2为本发明激光头模块结构示意图。

图1中线条：直线为电连接，虚线为光连接，点划线为管路连接。

符号说明：

1-控制器，2-激光头模块，3-冷却模块，4-烟尘净化器，21-激光器，22-隔离头，23-反射镜，24-X扫描镜，25-X振镜，26-Y扫描镜，27-Y振镜，28-场镜。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种蚀深度大、烧蚀效率高、应用范围广且无污染的烧蚀集成系统及方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种多激光头烧蚀集成控制系统，包括：n个激光头模块2和控制器1。

所述n个激光头模块2用于发射光斑，n为大于1的正整数。

所述控制器1与各所述激光头模块2连接，所述控制器1用于根据待处理物数据信息生成工作参数，根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块2发射所述光斑。

作为一种可选的实施方式，本发明所述系统还包括：信息采集模块。

所述信息采集模块与所述控制器1连接，所述信息采集模块用于获取所述待处理物数据信息并发送给所述控制器1。

如图2所示，本发明所述激光头模块2包括：激光器21、隔离头22、反射镜23、X扫描镜24、X振镜25、Y扫描镜26、Y振镜27和场镜28。所述激光器21、所述隔离头22、所述X扫描镜24、所述Y扫描镜26均与所述控制器1内连接；所述反射镜23与所述隔离头22相对设置；所述Y振镜27与所述反射镜23相对设置；所述X振镜25与所述Y振镜27相对设置；所述场镜28与所述X振镜25相对设置。

所述控制器1控制所述激光器21发射激光，所述激光经过所述隔离头22生成点光斑，所述点光斑经过所述Y扫描镜26和所述X扫描镜24生成面光斑，所述面光斑经过所述场镜28生成线光斑，通过所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污，所述线光斑即为所述光斑。

为了达到更好的去污效果，本发明所述线光斑包括：横向线光斑、纵向线光斑和侧向线光斑。所述横向线光斑、所述纵向线光斑和所述侧向线光斑之间的搭接率为0.5～0.7。

优选地，本发明所述激光器21为百纳秒级光纤脉冲激光器21。具体参数如下：激光平均功率为1050w，可调脉宽为100～350ns，激光重复频率为10～1000kHz，激光光斑直径为0.03mm～0.1mm。

为防止烧蚀过程产生的颗粒残渣对空气产生污染，本发明所述系统还包括：烟尘净化器4。

所述烟尘净化器4与所述控制器1连接，且通过管路作用于待处理物。

所述控制器1控制所述烟尘净化器4对颗粒残渣进行净化处理，所述颗粒残渣为所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污时产生的。

本发明所述系统还设置有冷却模块3，以防止各所述激光头模块2因温度过高发生损坏。

所述冷却模块3分别与所述控制器1和各所述激光头模块2连接，所述冷却模块3用于在各所述激光头模块2的温度超过温度设定值时对各所述激光头模块2进行降温。

作为一种可选的实施方式，本发明所述冷却模块3包括：温度传感器单元和制冷单元。

所述温度传感器单元分别与所述激光器21、所述隔离头22、所述反射镜23、所述X扫描镜24、所述X振镜25、所述Y扫描镜26、所述Y振镜27和所述场镜28相对设置，且与所述控制器1连接，所述温度传感器单元用于检测所述激光器21、所述隔离头22、所述反射镜23、所述X扫描镜24、所述X振镜25、所述Y扫描镜26、所述Y振镜27和所述场镜28的温度并生成温度信息发送给所述控制器1，所述控制器1判断所述温度信息是否大于或等于所述温度设定值，若是，所述控制器1生成第二控制指令，若否，则不处理。

所述制冷单元与所述控制器1连接，且通过管路分别与所述激光器21、所述隔离头22、所述反射镜23、所述X扫描镜24、所述X振镜25、所述Y扫描镜26、所述Y振镜27和所述场镜28相对设置，所述制冷单元用于根据所述第二控制指令对所述激光器21、所述隔离头22、所述反射镜23、所述X扫描镜24、所述X振镜25、所述Y扫描镜26、所述Y振镜27和所述场镜28进行循环冷却降温，直至所述温度信息小于所述温度设定值。

本发明还提供了一种多激光头烧蚀集成控制方法，所述方法包括：

步骤S1，控制器1获取待处理物数据信息。

步骤S2，所述控制器1根据所述待处理物数据信息生成工作参数。

步骤S3，所述控制器1根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块2生成线光斑，以使利用所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污。

步骤S4，控制器1获取新的待处理物数据信息，根据所述新的待处理物数据信息确定待处理物的去污结果，并判断待处理物的去污结果是否达到设定去污标准，若否，则应用所述新的待处理物数据信息替换所述待处理物数据信息并返回至步骤S2；若是，则去污结束。

作为一种可选的实施方式，本发明在所述步骤S1之前还包括：

根据场镜28的焦距设置各所述激光头模块2与待处理物的位置关系，以使根据所述位置关系对应放置各所述激光头模块2与待处理物。

本发明激光烧蚀工艺为：

1)不锈钢烧蚀深度为10μm时，激光功率选择200～350w，脉宽选择100～350ns，烧蚀速度选择5～8m/s，扫描次数2～3。

2)不锈钢烧蚀深度为100μm时，激光功率选择200～350w，脉宽选择100～350ns，烧蚀速度选择5～10m/s，扫描次数15～20。

3)碳钢烧蚀深度为10μm时，激光功率选择200～350w，脉宽选择100～350ns，烧蚀速度选择5～8m/s，扫描次数1～2。

4)碳钢烧蚀深度为100μm时，激光功率选择200～350w，脉宽选择100～350ns，烧蚀速度选择5～10m/s，扫描次数12～18。

本发明利用多台窄脉宽的纳秒激光器光束直接照射待处理物表面，多个光束能量的叠加能使表面的污染物直接升华或者瞬间汽化蒸发，无需进行不同激光器之间的切换，多个激光器的布局方式让烧蚀区域更广，所以具备更高的烧蚀深度和烧蚀效率。

本发明通过烟尘净化器去除颗粒残渣和吸收粉尘污染，经过过滤后排出净化的空气，对环境和人体损害小。

本发明采用紧凑一体式多激光头，活动性大，占用空间小，维护成本低，能烧蚀复杂工件，应用领域更广。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，包括：

n个激光头模块，用于发射光斑，n为大于1的正整数；

控制器，与各所述激光头模块连接，用于根据待处理物数据信息生成工作参数，根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块发射所述光斑。

2.根据权利要求1所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述激光头模块包括：激光器、隔离头、反射镜、X扫描镜、X振镜、Y扫描镜、Y振镜和场镜；

所述激光器、所述隔离头、所述X扫描镜、所述Y扫描镜均与所述控制器内连接；

所述反射镜与所述隔离头相对设置；

所述Y振镜与所述反射镜相对设置；

所述X振镜与所述Y振镜相对设置；

所述场镜与所述X振镜相对设置；

所述控制器控制所述激光器发射激光，所述激光经过所述隔离头生成点光斑，所述点光斑经过所述Y扫描镜和所述X扫描镜生成面光斑，所述面光斑经过所述场镜生成线光斑，通过所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污，所述线光斑即为所述光斑。

3.根据权利要求2所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

烟尘净化器，与所述控制器连接，且通过管路作用于待处理物；

所述控制器控制所述烟尘净化器对颗粒残渣进行净化处理，所述颗粒残渣为所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污时产生的。

4.根据权利要求2所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

冷却模块，分别与所述控制器和各所述激光头模块连接，用于在各所述激光头模块的温度超过温度设定值时对各所述激光头模块进行降温。

5.根据权利要求4所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述冷却模块包括：

温度传感器单元，分别与所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜相对设置，且与所述控制器连接，用于检测所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜的温度并生成温度信息发送给所述控制器，所述控制器判断所述温度信息是否大于或等于所述温度设定值，若是，所述控制器生成第二控制指令，若否，则不处理；

制冷单元，与所述控制器连接，且通过管路分别与所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜相对设置，用于根据所述第二控制指令对所述激光器、所述隔离头、所述反射镜、所述X扫描镜、所述X振镜、所述Y扫描镜、所述Y振镜和所述场镜进行循环冷却降温，直至所述温度信息小于所述温度设定值。

6.根据权利要求2所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述激光器为百纳秒级光纤脉冲激光器。

7.根据权利要求1所述的一种多激光头烧蚀集成控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

信息采集模块，与所述控制器连接，用于获取所述待处理物数据信息并发送给所述控制器。

8.一种多激光头烧蚀集成控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任意一项所述的系统，所述方法包括：

步骤S1，控制器获取待处理物数据信息；

步骤S2，所述控制器根据所述待处理物数据信息生成工作参数；

步骤S3，所述控制器根据所述工作参数生成第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制各所述激光头模块生成线光斑，以使利用所述线光斑对待处理物进行烧蚀去污；

步骤S4，控制器获取新的待处理物数据信息，根据所述新的待处理物数据信息确定待处理物的去污结果，并判断待处理物的去污结果是否达到设定去污标准，若否，则应用所述新的待处理物数据信息替换所述待处理物数据信息并返回至步骤S2；若是，则去污结束。

9.根据权利要求8所述的一种多激光头烧蚀集成控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：

根据场镜的焦距设置各所述激光头模块与待处理物的位置关系，以使根据所述位置关系对应放置各所述激光头模块与待处理物。

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