CN111790694A - 一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，利用激光清洗机器人对着待清洗工件的表面进行激光清洗，清洗效果好，清洗效率高；利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，检测的误差小，检测的结果准确度高，从而避免激光清洗机器人对着待清洗工件表面过度清洗或清洗不彻底；同时，还能够对激光清洗过程中产生的尾气进行净化，净化效果好，还能够显著延长真空泵的使用寿命，应用价值高。采用一级净化器和二级净化器能够有效清除掉尾气中的颗粒杂质，清理效果好。

Description

一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法

技术领域

本发明涉及一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，属于激光清洗技术领域。

背景技术

OLED显示屏中有机发光层的制备，通常是采用真空蒸镀技术，即在真空腔体设备内，通过加热坩埚中的蒸镀材料，使其蒸发并沉积在目标基板上。其中涉及到有机蒸镀过程中防着板使用一段时间后，表面吸附的有机物逐渐累积，形成particle，需要定期对其进行拆卸清洗。传统的清洗方法是采用有机溶剂浸泡去除防着板上的有机物，但这类方法会存在清洗不彻底，化学废液难处理的问题。

激光清洗采用激光束作为清洗介质，利用激光能量密度高和脉冲特性，能够在其材料表面形成极高的温度和热冲击作用，使其表面的污物、附着膜质等发生瞬间气化或剥离，从而达到快速和深度清洗的目的。例如，我公司之前申请的发明专利(申请公布号CN111069187A)，其通过机器人装置对防着板表面的有机污染物进行激光扫描及辐照，使得污染物升温膨胀或烧蚀，从而产生热应力或热振动致使污染物与待清洗物体的表面剥离或脱落，实现全自动化清洗，同时通过残留成分分析装置对清洗效果进行实时、快速的评估。

但是该技术方案经过长期实践之后，发现存在如下技术问题：

1)、由于通过真空泵将燃烧产物回收到收集器，在真空泵和收集器之间的旁支管路中设置有颗粒过滤器、红外线气体分析仪，颗粒过滤器用来过滤尾气中的颗粒杂质，红外线气体分析仪用来检测、分析旁支管路的残留气体的成分，当碳元素含量数据与空白样品一致，判断表面有机物彻底清除。在该过程中，随着使用时间的延长，如果不及时更换颗粒过滤器内部的滤层，颗粒过滤器造成的阻力越来越大，为保证对尾气的收集效果，真空泵的“吸力”必须越来越大，由此产生的能耗越来越大。真空泵的“吸力”越来越大或颗粒过滤器造成的阻力越来越大，都会导致尾气在旁支管路内部的滞留时间越来越短或红外线气体分析仪中探头处尾气的含量越来越低，这会造成检测结果的误差会越来越大。

2)、目前国产的红外线气体分析仪，例如湖北锐意自控系统有限公司的Gasboard-3500型红外气体分析仪，测量组分为CO、CO₂、CH₄、C₃H₈、O₂、H₂S等，其响应时间T90＜60s；在检测CO₂时，通常需要50-60s的时间才能出结果，而在这么长的时间内，旁支管路内部滞留的尾气会溢出，或者在惯性的作用下使得真空泵将残留的尾气给抽走，最终导致检测结果的误差非常大，无法用于实时检测。而对于进口的红外线气体分析仪来说，例如日本HORIBA系列的痕量级红外线气体分析仪，响应时间T90＜5s，响应时间短，能够满足实时检测需要，误差可控；但是进口的红外线气体分析仪费用高昂，要比国产设备要贵50-100万。

3)、即使采用颗粒过滤器对尾气中的颗粒进行过滤，但是仍存在一些小颗粒最终被真空泵吸走，长期以往易导致真空泵内部附着大量的污染物，从而影响真空泵的使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，具体技术方案如下：

一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，包括以下步骤：

步骤一、利用激光清洗机器人对着待清洗工件表面进行激光清洗，根据待清洗工件表面的待清洗区域在激光清洗机器人上设置激光清洗轨迹，按照激光清洗轨迹对待清洗区域进行激光清洗；

步骤二、在激光清洗过程中，激光清洗机器人的机械臂以蛇形轨迹对着待清洗区域进行扫描，设定扫描速度5-6mm/s；

步骤三、利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，在检测过程中使用红外线气体分析仪对尾气中的碳元素含量进行检测、分析得到实测值；

步骤四、当激光清洗机器人的机械臂对待清洗区域完成一遍扫描清洗之后，重复进行扫描清洗直至实测值小于或等于设定值时为止。

上述技术方案的进一步优化，所述激光清洗机器人包括六轴机器人、激光器，所述激光器安装在六轴机器人中机械臂的尾端，所述六轴机器人中机械臂的尾端还安装有用来收集激光清洗尾气的收集罩，所述收集罩套设在激光器的外部；所述尾气检测和净化装置包括软管、尾气捕捉管、一级净化器、二级净化器、真空泵、红外线气体分析仪，所述收集罩的尾部设置有气孔，所述软管的尾端与气孔连通；所述尾气捕捉管包括第一管道、第二管道，所述第一管道包括第一管单元，所述第一管单元包括第一管体，所述第一管体的两端分别设置有封头一，所述封头一的内壁为半球状结构；所述第一管道还包括第一锥管，其中一个封头一的中部设置有第一通孔，另外一个封头一的中部设置有第二通孔，所述第一锥管的大端与第一通孔连通，所述尾气捕捉管还包括与第一锥管小端相连通的第一圆管，所述第一圆管与软管的首端连通；所述第二管道包括第二管单元，所述第二管单元包括第二管体，所述第二管体的两端分别设置有封头二，所述封头二的内壁为半球状结构；所述第二管道还包括第二锥管，其中一个封头二的中部设置有第三通孔，另外一个封头二的中部设置有第四通孔，所述第二锥管的大端与第三通孔连通，所述尾气捕捉管还包括与第四通孔相连通的第二圆管，所述第二锥管的小端和第二通孔之间设置有第一连管，所述第一连管的一端与第二锥管的小端连通，所述第一连管的另一端与第二通孔连通；所述第一管道的内部设置有第一弹性球，所述第二管道的内部设置有第二弹性球，所述第一弹性球和第二弹性球之间设置有连杆，所述连杆的一端与第一弹性球固定连接，所述连杆的一端与第二弹性球固定连接；所述第一圆管和第一弹性球之间设置有第一圆柱螺旋弹簧，所述第一圆柱螺旋弹簧的一端与第一弹性球固定连接，所述第一圆柱螺旋弹簧的另一端与第一圆管的内壁固定连接；红外线气体分析仪中的采样探头用来对第一管体内部的气体进行采样，所述真空泵的抽气端与二级净化器的输出端连通，所述二级净化器的输入端与一级净化器的输出端连通，所述一级净化器的输入端与第二圆管连通。

上述技术方案的进一步优化，所述一级净化器包括第一罐体、安装在第一罐体灌口处的第一罐盖、L形第二连管、n形第三连管，所述第一罐盖与第一罐体的灌口密封连接，所述第二连管的首端设置在第一罐体的外部，所述第二连管的首端与第二圆管连通，所述第二连管的尾端设置在第一罐体的内部，所述第一罐体的内部装有将第二连管尾端淹没的清洗液，第一罐体内部清洗液的液面与第一罐盖之间设置有间距，所述第一罐盖处安装有与第一罐体内腔相连通的第一排空阀、与第一罐体内腔相连通的第一进液阀，所述第一罐盖处还设置有第五通孔，所述第三连管的首端与第五通孔连通，所述第一罐体的罐底安装有与第一罐体内腔相连通的第一排污阀；所述二级净化器包括第二罐体、安装在第二罐体灌口处的第二罐盖、第四连管、pH计，所述第二罐盖与第二罐体的灌口密封连接，所述第三连管的尾端设置在第二罐体的内部，所述第二罐体的内部装有将第三连管尾端淹没的清洗液，第二罐体内部清洗液的液面与第二罐盖之间设置有间距，所述第二罐盖处安装有与第二罐体内腔相连通的第二排空阀、与第二罐体内腔相连通的第二进液阀，所述第二罐盖处还设置有第六通孔，所述第四连管的首端与第六通孔连通，所述第四连管的尾端与真空泵的抽气端连通，pH计的pH电极设置在第二罐体的内部且pH电极的末端被第二罐体内部的清洗液淹没，所述第二罐体的罐底安装有与第二罐体内腔相连通的第二排污阀。

上述技术方案的进一步优化，所述第一弹性球的外径大于第一锥管小端的内径，所述第一弹性球的外径小于第一锥管大端的内径；所述第二弹性球的外径大于第二锥管小端的内径，所述第二弹性球的外径小于第二锥管大端的内径；所述第二锥管内壁的锥度等于第一锥管内壁的锥度，所述第一连管的内径大于第一圆管的内径，所述第一圆管的内径等于第二圆管的内径。

上述技术方案的进一步优化，当第一弹性球与第一锥管内切时，所述第二弹性球与第二锥管内切。

上述技术方案的进一步优化，所述第一管体的下侧设置有与第一管体内腔相连通的第一凸管，所述第一凸管的末端设置有第一封盖，所述第一封盖与第一凸管的末端螺纹连接，所述第一封盖与第一凸管的末端之间设置有第一密封圈；所述第二管体的下侧设置有与第二管体内腔相连通的第二凸管，所述第二凸管的末端设置有第二封盖，所述第二封盖与第二凸管的末端螺纹连接，所述第二封盖与第二凸管的末端之间设置有第二密封圈。

上述技术方案的进一步优化，所述第一弹性球和第二弹性球均为空心球体，空心球体的内部填充有氦气，空心球体内腔的气压大于或等于1.3个标准大气压。

上述技术方案的进一步优化，所述第一管道内部的容积与第二管道内部的容积之比为20:(8-5)。

上述技术方案的进一步优化，所述软管包括软管体，所述软管体的内部设置有第二圆柱螺旋弹簧，所述第二圆柱螺旋弹簧和软管体之间为过盈配合。

本发明的有益效果：

1、利用激光清洗机器人对着待清洗工件的表面进行激光清洗，清洗效果好，清洗效率高。

2、利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，检测的误差小，检测的结果准确度高，从而避免激光清洗机器人对着待清洗工件表面过度清洗或清洗不彻底；同时，还能够对激光清洗过程中产生的尾气进行净化，净化效果好，还能够显著延长真空泵的使用寿命，应用价值高。

3、采用一级净化器和二级净化器能够有效清除掉尾气中的颗粒杂质，清理效果好；一级净化器和二级净化器的“过滤”阻力不会随着使用时间的延长而急剧变大，不会对真空泵造成额外的负担，实施效果好。

4、由于尾气捕捉管在真空泵停止作业的同时会在1.5秒内形成封闭、独立的采样空间，该采样空间能够及时将其内部的气体样本给截留，便于后期检测；该采样空间不会随着时间的延长导致气体流逝，因此即使是响应时间T90在60s左右的国产红外线气体分析仪来进行检测，也不会影响检测结果的准确性；因此，在本发明中，可采用具有成本优势的国产红外线气体分析仪来进行检测。

附图说明

图1为本发明所述激光清洗机器人对着待清洗工件清洗的示意图；

图2为本发明所述尾气捕捉管关闭状态时的示意图；

图3为本发明所述尾气捕捉管打开状态时的示意图；

图4为本发明所述第一管道、第二管道的连接示意图；

图5为本发明所述第一管单元、第一锥管的连接示意图；

图6为本发明所述第二管单元、第二锥管的连接示意图；

图7为本发明所述一级净化器、二级净化器的连接示意图；

图8为本发明所述尾气捕捉对照管关闭状态时的示意图；

图9为本发明所述蛇形轨迹的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

所述激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，利用激光清洗机器人对着待清洗工件1的表面进行激光清洗，根据待清洗工件1表面的待清洗区域在激光清洗机器人上设置激光清洗轨迹，按照激光清洗轨迹对待清洗区域进行激光清洗。待清洗工件1为防着板、真空镀膜冷却辊、真空镀膜冷却板等中的一种，本实施例中以防着板进行举例说明。

步骤二、在激光清洗过程中，激光清洗机器人的机械臂以蛇形轨迹对着待清洗区域进行扫描，设定扫描速度5-6mm/s；所述蛇形轨迹如图9所示，图9中的箭头方向为前进方向。

步骤三、利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，在检测过程中使用红外线气体分析仪对尾气中的碳元素含量进行检测、分析得到实测值。

步骤四、当激光清洗机器人的机械臂对待清洗区域完成一遍扫描清洗之后，重复进行扫描清洗直至实测值小于或等于设定值时为止。所述设定值为激光清洗机器人对着空白样品进行扫描清洗得到的数值，空白样品即表面干净的防着板。

最终采用紫外灯对清洗后的防着板进行检测、校验，如果未发现亮斑则判定清洗干净。

实施例2

基于实施例1，如图1所示，所述激光清洗机器人包括六轴机器人2、激光器3，六轴机器人2和激光器3均为现有常规设备，所述激光器3安装在六轴机器人2中机械臂的尾端。激光器3作业时的参数：波长1080nm，脉冲重复率50kHz，输出功率500W。激光器3的发射口与防着板的清洗面之间的间距设置为8cm。

如图1所示，所述六轴机器人2中机械臂的尾端还安装有用来收集激光清洗尾气的收集罩4，所述收集罩4为喇叭状结构，所述收集罩4套设在激光器3的外部。

如图1-6所示，所述尾气检测和净化装置包括软管5、尾气捕捉管9、一级净化器8、二级净化器7、真空泵6、红外线气体分析仪，所述收集罩4的尾部设置有气孔，所述软管5的尾端与气孔连通；所述尾气捕捉管9包括第一管道、第二管道，所述第一管道包括横截面为腰圆形的第一管单元91，所述第一管单元91包括第一管体91a，所述第一管体91a的两端分别设置有封头一91b，所述封头一91b的内壁为半球状结构；所述第一管道还包括第一锥管96，其中一个封头一91b的中部设置有第一通孔，另外一个封头一91b的中部设置有第二通孔，所述第一锥管96的大端与第一通孔连通，所述第一锥管96的大端即所述第一锥管96内径最大的那一端，所述第一锥管96的小端即所述第一锥管96内径最小的那一端，所述尾气捕捉管9还包括与第一锥管96小端相连通的第一圆管97，所述第一圆管97与软管5的首端连通；所述第二管道包括横截面为腰圆形的第二管单元92，所述第二管单元92包括第二管体92a，所述第二管体92a的两端分别设置有封头二92b，所述封头二92b的内壁为半球状结构；所述第二管道还包括第二锥管93，其中一个封头二92b的中部设置有第三通孔，另外一个封头二92b的中部设置有第四通孔，所述第二锥管93的大端与第三通孔连通，所述第二锥管93的大端即所述第二锥管93内径最大的那一端，所述第二锥管93的小端即所述第二锥管93内径最小的那一端，所述尾气捕捉管9还包括与第四通孔相连通的第二圆管95，所述第二锥管93的小端和第二通孔之间设置有第一连管94，所述第一连管94的一端与第二锥管93的小端连通，所述第一连管94的另一端与第二通孔连通；所述第一管道的内部设置有第一弹性球98，所述第二管道的内部设置有第二弹性球99，所述第一弹性球98和第二弹性球99之间设置有连杆910，所述连杆910的一端与第一弹性球98固定连接，所述连杆910的一端与第二弹性球99固定连接；所述第一圆管97和第一弹性球98之间设置有第一圆柱螺旋弹簧911，所述第一圆柱螺旋弹簧911的一端与第一弹性球98固定连接，所述第一圆柱螺旋弹簧911的另一端与第一圆管97的内壁固定连接，所述第一弹性球98设置在第一圆柱螺旋弹簧911和连杆910之间；红外线气体分析仪中的采样探头11用来对第一管体91a内部的气体进行采样，所述真空泵6的抽气端与二级净化器7的输出端连通，所述二级净化器7的输入端与一级净化器8的输出端连通，所述一级净化器8的输入端与第二圆管95连通。

当激光清洗机器人对着待清洗工件1进行清洗时，激光扫描及辐照使得待清洗工件1表面的污染物升温膨胀或烧蚀，从而产生热应力或热振动致使污染物与待清洗工件1的表面剥离或脱落，实现无接触、全自动化清洗。在激光清洗过程中，真空泵6启动，真空泵6不断的抽气使得收集罩4的内部产生负压，从而能够有效对着待清洗工件1附近弥漫的因为烧蚀产生的尾气进行收集，收集的尾气依次通过软管5、尾气捕捉管9、一级净化器8、二级净化器7，尾气在尾气捕捉管9的内部被捕捉，然后被红外线气体分析仪中的采样探头11进行采样、检测，之后依次被一级净化器8和二级净化器7对着尾气进行两级净化，最终被真空泵6抽走、排出的气体符合要求。

其中，真空泵6的电源开关与激光器3的启动开关串联连接。当激光器3开启工作时，真空泵6同步开启并工作；当激光器3停止工作时，真空泵6同步关闭。所述第一管单元91、第二管单元92第二锥管93、第一连管94、第二圆管95、第一锥管96、第一圆管97皆为“硬管”，如采用金属材料制成。

当真空泵6未启动时，所述尾气捕捉管关闭状态，此时的第一圆柱螺旋弹簧911的拉力作用会使得第一弹性球98将第一锥管96的内部堵住，如图2所示，第二弹性球99将第二锥管93的内部堵住，也就是第一弹性球98与第一锥管96内切，所述第二弹性球99与第二锥管93内切；球面与锥面处于内切状态时，球面与锥面的交接处为圆形。

当真空泵6启动时，第二圆管95处不断的被真空泵6抽气，这会造成第二弹性球99与第二圆管95之间的那部分气压不断的下降，从而使得第一弹性球98和第一锥管96之间与第二弹性球99和第二圆管95之间的气压差不断的增大，最终因为气压差造成的压力大于第一圆柱螺旋弹簧911的拉力，会造成第二弹性球99向靠近第二圆管95的方向移动，第二弹性球99外壁与第二锥管93内壁之间会产生间隙并不断扩大，因此第二弹性球99和第二圆管95之间的那段空间与第一弹性球98和第二弹性球99之间的那段空间会连通；当第二弹性球99向靠近第二圆管95的方向移动时，由于连杆910的存在，第二弹性球99会带动第一弹性球98向远离第一圆管97的方向移动，在该过程首先第一弹性球98的外壁与第一锥管96的内壁之间产生间隙并该间隙不断的扩大，从而使得第一弹性球98和第二弹性球99之间的那段空间会与第一弹性球98和第一圆管97之间的那段空间连通，最终实现第一管道和第二管道互通，如图3所示；其次，第一弹性球98在远离第一圆管97的过程，第一圆柱螺旋弹簧911被拉长从而产生的拉力不断增加，最终第一圆柱螺旋弹簧911产生的拉力与真空泵6产生的吸力形成动态平衡。在第一管道和第二管道互通后，尾气从软管5、第一圆管97、第一锥管96、第一管单元91、第一连管94、第二管单元92、第二圆管95，最终流向一级净化器8，在该过程中，第一圆柱螺旋弹簧911的结构不会对尾气及尾气中含有的颗粒的流动造成阻碍，第一锥管96、第一管单元91、第一连管94、第二管单元92、第一弹性球98和第二弹性球99的结构，同样不会对尾气及尾气中含有的颗粒的流动造成阻碍。

当真空泵6在持续工作之后断电停止作业时，此时即为激光清洗作业第一遍扫描已经完成，真空泵6停止作业使其产生的“吸力”迅速下降并最终降为零，此时由于吸力降低会使得第一圆柱螺旋弹簧911的拉力占主导从而使得第一弹性球98向靠近第一圆管97的方向移动，最终第一弹性球98重新将第一锥管96的内部堵住；同理，第二弹性球99会将第二锥管93的内部堵住，使得尾气捕捉管关闭状态，如图2所示。上述过程，也就是从真空泵6断电开始直至尾气捕捉管关闭状态这段时间，最长时间不超过1.5秒，时间非常短，在这么短的时间内，第一弹性球98和第二弹性球99之间的那部分气体不会大量损失，留有的气体的含量与之前流通状态时的气体含量之比大于或等于86.9％。因此，当第一弹性球98和第二弹性球99之间的那部分空间形成密闭空间，被留存到该密封空间的气体相当于被“捕捉”，而红外线气体分析仪中的采样探头11用来对第一弹性球98和第二弹性球99之间的那部分留存的气体进行采样、分析；由于该空间为密闭空间，不会随着时间的延长导致气体流逝，因此即使是响应时间T90在60s左右的国产红外线气体分析仪来检测，也不会影响检测结果的准确性；也就是说，在本发明中，可采用具有价格优势的国产红外线气体分析仪来检测。由于第一管道和第二管道的内部被堵住，使得第一弹性球98和第二弹性球99之间的空间为密闭的空间，采用两头封堵的方式，不但进一步提高密封性，而且还能够避免第一弹性球98和第二弹性球99之间的气体外溢到一级净化器8的内部，也就避免造成干扰，进一步降低测试误差。

当第一弹性球98、第二弹性球99即使因为自重的原因在无支撑时，采用锥管结构设计，锥管结构具有一定的导向作用，使其在后期能够及时发挥第一弹性球98、第二弹性球99的封堵作用。

其中，所述第一弹性球98的外径大于第一锥管96小端的内径，所述第一弹性球98的外径小于第一锥管96大端的内径；所述第二弹性球99的外径大于第二锥管93小端的内径，所述第二弹性球99的外径小于第二锥管93大端的内径；所述第二锥管93内壁的锥度等于第一锥管96内壁的锥度，所述第一连管94的内径大于第一圆管97的内径，所述第一圆管97的内径等于第二圆管95的内径。通过设置同等锥度的第一锥管96和第二锥管93以及同等直径的第一弹性球98和第二弹性球99，这有利于使得第一弹性球98和第二弹性球99能够在同时发挥封堵作用，进一步降低响应时间。第一连管94的内径必须足够大，这能够有效降低内部流体阻力。第一管单元91、第二管单元92均采用横截面为腰圆形结构，也是为了降低内部的流体阻力。

实施例3

基于实施例2，所述第一弹性球98和第二弹性球99均为空心球体，空心球体的内部填充有氦气，空心球体内腔的气压大于或等于1.3个标准大气压。空心球体可采用弹性材料制成，例如橡胶材料。一方面，弹性材料制成，使得第一弹性球98和第二弹性球99更能发挥封堵效果；另一方面，空心球体这种设置，能够有效降低第一弹性球98和第二弹性球99的自重，从而能够有效降低因为自重对第一弹性球98和第二弹性球99动作灵敏性的影响。再加上，采用灌注氦气，氦气密度低，能够进一步降低自重，同时还能够使得第一弹性球98和第二弹性球99产生较大的浮力，向上的浮力能够进一步抵消第一弹性球98、第二弹性球99和连杆910的自重对第一圆柱螺旋弹簧911的影响，从而使得第一弹性球98和第二弹性球99在受到拉力的作用能够迅速的动作从而将第一锥管96和第二锥管93的内部给堵住，有助于提高第一弹性球98和第二弹性球99动作的灵敏性。如果空心球体的内部气压不够大，能够轻易在外力的作用下使得空心球体的表面发生凹陷，这不利于第一弹性球98和第二弹性球99及时发挥封堵效果。

实施例4

基于实施例3，所述第一管道内部的容积与第二管道内部的容积之比为20:(8-5)。如果第一管道内部的容积过小，截留的气体不够多，不利于后续检测；如果第二管道内部的容积过小，第二弹性球99的活动空间就会受限，不利于尾气捕捉管9内部的流通；如果第二管道内部的容积过大，第二管道的内部易留存过多的气体，而第二管道只是为第二弹性球99的活动提供空间，过大的话易造成浪费。因此，需要严格控制第一管道内部的容积与第二管道内部的容积之比。

实施例5

基于实施例4，如图7所示，所述一级净化器8包括第一罐体81、安装在第一罐体81灌口处的第一罐盖82、L形第二连管87、n形第三连管83，所述第一罐盖82与第一罐体81的灌口密封连接，所述第二连管87的首端设置在第一罐体81的外部，所述第二连管87的首端与第二圆管95连通，所述第一罐盖82设置有用来安装第二连管87的安装孔一，所述第二连管87的外侧壁与安装孔一的孔壁密封连接，所述第二连管87的尾端设置在第一罐体81的内部，所述第一罐体81的内部装有将第二连管87尾端淹没的清洗液，第一罐体81内部清洗液的液面与第一罐盖82之间设置有间距，所述第一罐盖82处安装有与第一罐体81内腔相连通的第一排空阀84、与第一罐体81内腔相连通的第一进液阀85，所述第一罐盖82处还设置有第五通孔，所述第三连管83的首端与第五通孔连通，所述第一罐体81的罐底安装有与第一罐体81内腔相连通的第一排污阀86；所述二级净化器7包括第二罐体71、安装在第二罐体71灌口处的第二罐盖72、第四连管73、pH计，所述第二罐盖72与第二罐体71的灌口密封连接，所述第三连管83的尾端设置在第二罐体71的内部，所述第二罐盖72设置有用来安装第三连管83的安装孔二，所述第三连管83的外侧壁与安装孔二的孔壁密封连接，所述第二罐体71的内部装有将第三连管83尾端淹没的清洗液，第二罐体71内部清洗液的液面与第二罐盖72之间设置有间距，所述第二罐盖72处安装有与第二罐体71内腔相连通的第二排空阀74、与第二罐体71内腔相连通的第二进液阀75，所述第二罐盖72处还设置有第六通孔，所述第四连管73的首端与第六通孔连通，所述第四连管73的尾端与真空泵6的抽气端连通，pH计的pH电极77设置在第二罐体71的内部且pH电极77的末端被第二罐体71内部的清洗液淹没，所述第二罐体71的罐底安装有与第二罐体71内腔相连通的第二排污阀76。

从第二圆管95流出的尾气依次经过第二连管87、第一罐体81的内腔、第五通孔、第三连管83然后进入到第二罐体71的内腔、第六通孔、第四连管73，最后被真空泵6抽走。所述清洗液可选水。尾气在从第二连管87的尾端溢出的过程，尾气中的颗粒绝大部分会被滞留在第一罐体81内部的水中；即使残留有少量的颗粒，在通过第五通孔、第三连管83然后进入到第二罐体71的内腔时，含有少量或微量颗粒的尾气在第三连管83的尾端溢出，尾气中残留的颗粒会被完全滞留在第二罐体71内部的水中。经过两重洗涤，尾气中的颗粒会被清洗干净从而达到排放标准，最终被真空泵6抽走的气体中不含大粒径的颗粒，这使得真空泵6的内部不易附着大量的污染物，从而使得真空泵6的使用寿命显著延长。

本发明采用一级净化器8和二级净化器7来对其进行洗涤、净化，相对于传统的颗粒过滤器(滤网/滤袋/滤布/滤饼式过滤器)来说，一级净化器8和二级净化器7采用水中截留的方式过滤，过滤效果好，过滤阻力显著低于传统的颗粒过滤器。本发明的主要阻力来源于第一圆柱螺旋弹簧911的拉力，只要克服第一圆柱螺旋弹簧911的拉力，阻力就不会再变化；即使随着使用时间的延长，“过滤”颗粒的阻力也几乎变化不大，真空泵6的“吸力”无需越来越大，能耗不会再增加；气体通过尾气捕捉管9的流速变化不大，再加上尾气捕捉管9能够在真空泵6断电的时候自动捕捉、收集尾气用于给红外线气体分析仪中的采样探头11进行检测，不会造成检测结果的误差会变大。

一级净化器8和二级净化器7本身的结构，使得真空泵6的抽气速率不会变化太大，基本维持在30-40L/s。即使使用半年以后，真空泵6的抽气速率仍可维持在30-40L/s，变化不大。

当第一罐体81内部水中杂质含量越来越多，这会导致其对尾气中的颗粒截留效率变得越来越差，这就使得第二罐体71内部水中被截留的颗粒越来越多；为保证净化效果，第二罐体71内部水中溶解的二氧化碳、硫化氢等气体杂质越来越多，会影响第二罐体71内部水的pH，通过pH电极77测量第二罐体71内部水的pH，最终在pH计得出第二罐体71内部水的pH值。当测出第二罐体71内部水的pH值接近设定值(例如设定值为5.3)时，需要停止作业，关闭真空泵6，打开第一排空阀84、第二排空阀74，平衡内外气压，然后打开第一排污阀86、第二排污阀76，将第一罐体81、第二罐体71内部的污水给排掉，排出的污水进行集中处理；之后，将第一进液阀85、第二进液阀75外接水源，对第一罐体81、第二罐体71的内部清洗，清洗完毕，对第一罐体81、第二罐体71的内部进行灌水。

为方便观察第一罐体81、第二罐体71内部的液位；所述第一罐体81的外部安装有用来测量第一罐体81内部液位的第一液位计，所述第二罐体71的外部安装有用来测量第二罐体71内部液位的第二液位计。

实施例6

基于实施例5，如图2-4，所述第一管体91a的下侧设置有与第一管体91a内腔相连通的第一凸管912，所述第一凸管912的末端设置有第一封盖913，所述第一封盖913与第一凸管912的末端螺纹连接，所述第一封盖913与第一凸管912的末端之间设置有第一密封圈；所述第二管体92a的下侧设置有与第二管体92a内腔相连通的第二凸管914，所述第二凸管914的末端设置有第二封盖915，所述第二封盖915与第二凸管914的末端螺纹连接，所述第二封盖915与第二凸管914的末端之间设置有第二密封圈。

由于含有颗粒杂质的尾气长期在尾气捕捉管9的内部流动，一旦尾气停止流动，尾气捕捉管9的内部在长期使用之后会有一些颗粒杂质沉降。通过打开第一封盖913、第二封盖915，将第一管道和第二管道内部沉降的颗粒杂质从第一凸管912、第二凸管914处倒掉。另外，还可通过对尾气捕捉管9的内部进行冲洗，第一凸管912、第二凸管914处为排污管。

实施例7

基于实施例6，所述软管5包括软管体，所述软管体的内部设置有第二圆柱螺旋弹簧，所述第二圆柱螺旋弹簧和软管体之间为过盈配合。第二圆柱螺旋弹簧的存在，使得软管5内部的气压为负压时，软管体不会发生干瘪导致影响软管体内部的通畅性。同时，加装第二圆柱螺旋弹簧不影响软管体的弯曲性能。

实施例8

如果将实施例7中的尾气捕捉管9替换成尾气捕捉对照管，该尾气捕捉对照管与尾气捕捉管9相比：尾气捕捉对照管未设置第二管道、第二管道内部的第二弹性球99、第一连管94、连杆910，如图8所示；此时的第一弹性球98也能够发挥出及时封堵第一锥管96，但是此时的第一弹性球98与第二圆管95之间的空间是与一级净化器8的内部相连通，而这种设计在5-10秒内还好；一旦时间过长，例如超过30秒，第一弹性球98与第二圆管95之间的气体易被一级净化器8内部的水大量吸收，从而显著降低尾气中酸性氧化物的含量，最终造成检测结果的误差显著增大。

对比分析实施例1-7和实施例8可知：通过设置第一弹性球98和第二弹性球99，并使得第一弹性球98和第二弹性球99同步进行动作，在第一弹性球98和第二弹性球99之间形成封闭的采样空间，该采样空间能够及时将其内部的气体样本给截留，便于后期检测。由于采样空间独立性好，不与外界接触，气体样本能够保持足够长的时间，这使得在检测过程中能够采样具有价格优势的国产红外线气体分析仪。另外，由于采样空间的独立性好，在采样空间未打开之前不与一级净化器8的内部发生交互，这有利于保持采样空间内部样本气体的完整性，使得后期的检测结果准确、可靠。

实施例9

背景技术中的技术方案，其真空泵在累计使用85h之后，在该期间，颗粒过滤器内部的滤芯未更换，颗粒过滤器内部的过滤阻力越来越大，为保证过滤效率，真空泵的抽气速率从30-40L/s提升至150-200L/s。

而在实施例5-7中，所对应的真空泵6在累计使用85h之后，在该期间，一级净化器8和二级净化器7内部的水未更换，由于过滤阻力变化不大，真空泵6的抽气速率从30-40L/s变为30-43L/s，前后的抽气速率变化小，进一步地说明尾气捕捉管9、一级净化器8和二级净化器7内部的过滤阻力不会随着使用期限的延长而变大。

在上述实施例中，采用一级净化器8和二级净化器7能够有效清除掉尾气中的颗粒杂质，清理效果好；一级净化器8和二级净化器7的“过滤”阻力不会随着使用时间的延长而急剧变大，不会对真空泵6造成额外的负担，实施效果好。

由于尾气捕捉管9在真空泵6停止作业的同时会在1.5秒内形成封闭、独立的采样空间，该采样空间能够及时将其内部的气体样本给截留，便于后期检测；该采样空间不会随着时间的延长导致气体流逝，因此即使是响应时间T90在60s左右的国产红外线气体分析仪来进行检测，也不会影响检测结果的准确性；因此，在本发明中，可采用具有成本优势的国产红外线气体分析仪来进行检测。

利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，检测的误差小，检测的结果准确度高，从而避免激光清洗机器人对着待清洗工件表面过度清洗或清洗不彻底；同时，还能够对激光清洗过程中产生的尾气进行净化，净化效果好，还能够显著延长真空泵的使用寿命，应用价值高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、利用激光清洗机器人对着待清洗工件表面进行激光清洗，根据待清洗工件表面的待清洗区域在激光清洗机器人上设置激光清洗轨迹，按照激光清洗轨迹对待清洗区域进行激光清洗；

步骤二、在激光清洗过程中，激光清洗机器人的机械臂以蛇形轨迹对着待清洗区域进行扫描，设定扫描速度5-6mm/s；

步骤三、利用尾气检测和净化装置对激光清洗过程中产生的尾气进行检测和净化，在检测过程中使用红外线气体分析仪对尾气中的碳元素含量进行检测、分析得到实测值；

步骤四、当激光清洗机器人的机械臂对待清洗区域完成一遍扫描清洗之后，重复进行扫描清洗直至实测值小于或等于设定值时为止。

2.根据权利要求1所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述激光清洗机器人包括六轴机器人、激光器，所述激光器安装在六轴机器人中机械臂的尾端，所述六轴机器人中机械臂的尾端还安装有用来收集激光清洗尾气的收集罩，所述收集罩套设在激光器的外部；所述尾气检测和净化装置包括软管、尾气捕捉管、一级净化器、二级净化器、真空泵、红外线气体分析仪，所述收集罩的尾部设置有气孔，所述软管的尾端与气孔连通；所述尾气捕捉管包括第一管道、第二管道，所述第一管道包括第一管单元，所述第一管单元包括第一管体，所述第一管体的两端分别设置有封头一，所述封头一的内壁为半球状结构；所述第一管道还包括第一锥管，其中一个封头一的中部设置有第一通孔，另外一个封头一的中部设置有第二通孔，所述第一锥管的大端与第一通孔连通，所述尾气捕捉管还包括与第一锥管小端相连通的第一圆管，所述第一圆管与软管的首端连通；所述第二管道包括第二管单元，所述第二管单元包括第二管体，所述第二管体的两端分别设置有封头二，所述封头二的内壁为半球状结构；所述第二管道还包括第二锥管，其中一个封头二的中部设置有第三通孔，另外一个封头二的中部设置有第四通孔，所述第二锥管的大端与第三通孔连通，所述尾气捕捉管还包括与第四通孔相连通的第二圆管，所述第二锥管的小端和第二通孔之间设置有第一连管，所述第一连管的一端与第二锥管的小端连通，所述第一连管的另一端与第二通孔连通；所述第一管道的内部设置有第一弹性球，所述第二管道的内部设置有第二弹性球，所述第一弹性球和第二弹性球之间设置有连杆，所述连杆的一端与第一弹性球固定连接，所述连杆的一端与第二弹性球固定连接；所述第一圆管和第一弹性球之间设置有第一圆柱螺旋弹簧，所述第一圆柱螺旋弹簧的一端与第一弹性球固定连接，所述第一圆柱螺旋弹簧的另一端与第一圆管的内壁固定连接；红外线气体分析仪中的采样探头用来对第一管体内部的气体进行采样，所述真空泵的抽气端与二级净化器的输出端连通，所述二级净化器的输入端与一级净化器的输出端连通，所述一级净化器的输入端与第二圆管连通。

3.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述一级净化器包括第一罐体、安装在第一罐体灌口处的第一罐盖、L形第二连管、n形第三连管，所述第一罐盖与第一罐体的灌口密封连接，所述第二连管的首端设置在第一罐体的外部，所述第二连管的首端与第二圆管连通，所述第二连管的尾端设置在第一罐体的内部，所述第一罐体的内部装有将第二连管尾端淹没的清洗液，第一罐体内部清洗液的液面与第一罐盖之间设置有间距，所述第一罐盖处安装有与第一罐体内腔相连通的第一排空阀、与第一罐体内腔相连通的第一进液阀，所述第一罐盖处还设置有第五通孔，所述第三连管的首端与第五通孔连通，所述第一罐体的罐底安装有与第一罐体内腔相连通的第一排污阀；所述二级净化器包括第二罐体、安装在第二罐体灌口处的第二罐盖、第四连管、pH计，所述第二罐盖与第二罐体的灌口密封连接，所述第三连管的尾端设置在第二罐体的内部，所述第二罐体的内部装有将第三连管尾端淹没的清洗液，第二罐体内部清洗液的液面与第二罐盖之间设置有间距，所述第二罐盖处安装有与第二罐体内腔相连通的第二排空阀、与第二罐体内腔相连通的第二进液阀，所述第二罐盖处还设置有第六通孔，所述第四连管的首端与第六通孔连通，所述第四连管的尾端与真空泵的抽气端连通，pH计的pH电极设置在第二罐体的内部且pH电极的末端被第二罐体内部的清洗液淹没，所述第二罐体的罐底安装有与第二罐体内腔相连通的第二排污阀。

4.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述第一弹性球的外径大于第一锥管小端的内径，所述第一弹性球的外径小于第一锥管大端的内径；所述第二弹性球的外径大于第二锥管小端的内径，所述第二弹性球的外径小于第二锥管大端的内径；所述第二锥管内壁的锥度等于第一锥管内壁的锥度，所述第一连管的内径大于第一圆管的内径，所述第一圆管的内径等于第二圆管的内径。

5.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：当第一弹性球与第一锥管内切时，所述第二弹性球与第二锥管内切。

6.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述第一管体的下侧设置有与第一管体内腔相连通的第一凸管，所述第一凸管的末端设置有第一封盖，所述第一封盖与第一凸管的末端螺纹连接，所述第一封盖与第一凸管的末端之间设置有第一密封圈；所述第二管体的下侧设置有与第二管体内腔相连通的第二凸管，所述第二凸管的末端设置有第二封盖，所述第二封盖与第二凸管的末端螺纹连接，所述第二封盖与第二凸管的末端之间设置有第二密封圈。

7.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述第一弹性球和第二弹性球均为空心球体，空心球体的内部填充有氦气，空心球体内腔的气压大于或等于1.3个标准大气压。

8.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述第一管道内部的容积与第二管道内部的容积之比为20:(8-5)。

9.根据权利要求2所述的一种激光清洗亚微米级污染颗粒的方法，其特征在于：所述软管包括软管体，所述软管体的内部设置有第二圆柱螺旋弹簧，所述第二圆柱螺旋弹簧和软管体之间为过盈配合。

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