CN112044870A - 一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 - Google Patents
一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112044870A CN112044870A CN202010680608.9A CN202010680608A CN112044870A CN 112044870 A CN112044870 A CN 112044870A CN 202010680608 A CN202010680608 A CN 202010680608A CN 112044870 A CN112044870 A CN 112044870A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- ranging
- cleaning
- distance
- focal length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 40
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 26
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 26
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 26
- OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N prednisolone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3[C@@H](O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009141 biological interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000009323 psychological health Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000005570 vertical transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
- B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
- B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明涉及一种激光清洗装置和方法，具体涉及一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置，解决现有激光清洗方法存在无法克服的人工手持抖动以及工件表面结构复杂所带来的清洗效果不佳的问题。本发明方法中，通过清洗激光与测距激光共轴传输，聚焦到工件表面，工件漫射反射回来的激光经二向色分光平片分离后，测距激光被光电探测装置接收，获得工件实时距离改变量，将其转换为电信号来控制光学元件之间的距离变化，精确调控动态透镜组焦距大小。同时，本发明还提出了基于该方法的激光清洗装置，包括激光共轴传输和分离系统、动态透镜组及数字控制电路，通过实时改变动态透镜组凸透镜与场镜之间的距离实现焦距自动调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光清洗方法及装置，具体涉及一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置。
背景技术
工业生产过程中，材料表面受到化学、物理或者生物相互作用容易形成污染层或者覆盖层，影响生产效率、质量，乃至引发生产安全事故。因此，选择合适的清洗技术对于保证产品的质量、安全性和寿命具有重要意义。通常采用机械打磨、喷砂清洗法、高压水洗、化学腐蚀法以及高频超声波等方法进行材料表面清洗。这些传统的清洗技术都存在或多或少的缺点，如喷砂清洗法会造成严重的粉尘污染，容易对材料表面造成损伤；高压水洗需要消耗大量的水，且难以回收再利用，造成水资源的巨大浪费；化学腐蚀法虽然应用范围比较广，却是一种环境不友好的技术，同时也会对操作人员的身心健康产生危害；高频超声波法难以清除次微米级以下的污染物颗粒。
随着激光技术的发展，激光清洗技术应运而生。激光清洗是一种通过无机械接触的方式，将激光作用在材料表面污染物上，污染物吸收激光能量后，会产生振动、熔化、烧蚀、气化、激光诱发等离子、光分解等一系列复杂的物理化学相互作用，最终使污染物脱离材料表面。激光清洗技术具有无机械接触、选择性局域清洗、无损伤、自动化程度高、噪音低、可实现远距离操控、满足环保的迫切要求等优点，使其在工业模具清洗、微电子器件清洗、船舶除锈、飞机除漆、文物修复、建筑清洗等领域具有广阔的应用前景。
激光清洗过程中，一般采用场镜对激光进行聚焦从而作用于工件上，而当聚焦光斑超过一定的离焦量后，其光斑便会快速增大，导致清洗工件上的激光功率密度下降，从而影响了激光清洗的效果。针对这一问题，2017年，扬州恒德工业科技有限公司所提出的中国发明专利《一种自动对焦式激光清洗机》(公开号CN109382373A，公开日2019-02-26)中将激光清洗头固定在与升降结构相连接的固定座内，通过测量与工件的距离，控制升降机构动作，从而实现自动对焦。2017年，武汉金顿激光科技有限公司在所提出的中国实用新型专利《自动激光清洗装置》(公开号CN207013390U，公开日2018-02-16)中同样采用测距方法，通过六轴机器人手臂来实现激光清洗装置的自动对焦。这些发明中的激光清洗装置都是固定焦距，采用外部机械结构来调整其与工件的距离，从而实现自动对焦的功能。
以上发明针对平板等表面结构较为简单的工件具有较好的清洗效果，但是，目前针对较为复杂的工件结构主要还是采用人工手持式激光清洗技术。人工手持式激光清洗面临两个主要问题为：
1)表面复杂的工件增加了手持式激光清洗的难度；
2)由于人工手持抖动导致手持式激光清洗过程中无法保证聚焦光斑始终位于工件的表面。
发明内容
本发明为了解决现有激光清洗方法存在无法克服的人工手持抖动以及工件表面结构复杂所带来的清洗效果不佳的问题，提出一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置。
本发明所采用的技术方案是：一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特殊之处在于：
步骤1、清洗激光与测距激光相互垂直，分别入射至二向色分光平片，清洗激光与测距激光经二向色分光平片合束后共轴传输；
步骤2、共轴传输的清洗激光和测距激光依次通过凸透镜、第一扫描振镜、第二扫描振镜以及场镜后聚焦到工件表面上；
步骤3、经工件漫反射后，部分清洗激光和测距激光反向共轴传输，再次通过二向色分光平片后分离；
步骤4、经二向色分光平片分离的测距激光入射至光电探测装置，获得测距激光从出射位置到工件表面的初始距离；
步骤5、测量凸透镜与场镜之间的距离d；
步骤6、工件位置变化时，数字控制电路根据光电探测装置获得的测距激光从出射位置到工件表面的实时距离与所述初始距离，计算需要调整的凸透镜与场镜之间的距离变化量Δd；
步骤7、根据变化量Δd，实时调整凸透镜与场镜之间的距离，使清洗激光聚焦到工件表面，实现激光清洗装置焦距的实时可调。
进一步地，步骤1具体为：测距激光经过光纤耦合准直系统准直出射；清洗激光与测距激光相互垂直，分别入射至二向色分光平片；分别调节光纤耦合准直系统和/或二向色分光平片的位置及偏转角，使清洗激光与测距激光经二向色分光平片合束后共轴输出。
进一步地，步骤4中，所述测距激光经二向色分光平片分离后，通过光纤耦合准直系统收集，然后入射至光电探测装置，提高了测距激光的收集功率，提升信噪比，进而提高了系统的抗干扰能力；
所述测距激光从出射位置到工件表面的初始距离通过以下方式获得：
数字控制电路利用相位测距法进行距离的测量，通过数字控制电路对出射测距激光进行调制，与光电探测装置接收的测距激光进行混频处理，获得相位变化信息，进而获得测距激光从出射位置到工件表面的距离。
进一步地，步骤6中，所述凸透镜与场镜之间距离的变化量Δd通过如下计算得到：
式中，f1为凸透镜的焦距；
f2为场镜的焦距；
ΔF为动态透镜组焦距的改变量，等于测距激光从出射位置到工件表面距离的变化量。
进一步地，为了达到高效、稳定和自动化的特点，步骤7中，所述凸透镜固定在电动滑台上，利用数字控制电路将凸透镜与场镜之间距离的变化量Δd转化为电信号，控制电动滑台运动，以调整凸透镜与场镜之间的距离。
进一步地，步骤1中，采用对清洗激光高透、对测距激光高反的二向色分光平片实现清洗激光与测距激光共轴传输。
同时，本发明还提出基于上述激光清洗方法的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置，其特殊之处在于：包括激光共轴传输和分离系统、动态透镜组及数字控制电路13；
所述激光共轴传输和分离系统包括清洗激光器1、二向色分光平片2、测距激光器5和光电探测装置6；
所述清洗激光器1的出射激光与所述测距激光器5的出射激光相互垂直，分别入射到二向色分光平片2，经二向色分光平片2合束后共轴传输；
所述动态透镜组包括沿光路依次设置的凸透镜组件、第一扫描振镜9、第二扫描振镜10以及场镜11；
所述数字控制电路13的输入端与光电探测装置6的输出端相连，对光电探测装置6接收的测距激光进行混频处理；数字控制电路13的一个输出端与测距激光器5相连，用于对测距激光进行调制处理；数字控制电路13的另一输出端连接凸透镜组件，用于控制凸透镜组件相对于场镜11之间的距离。
进一步地，所述激光共轴传输和分离系统还包括光纤耦合准直系统3，用于将测距激光器5出射的激光进行准直后入射至二向色分光平片2，并将经二向色分光平片2分离的测距激光收集，然后入射至光电探测装置6；
所述二向色分光平片2的位置和偏转角可调节；
所述光纤耦合准直系统3的位置和偏转角可调节。
进一步地，所述激光共轴传输和分离系统还包括光纤环形器4；所述光纤环行器4的端口①连接测距激光器5，光纤环行器4的端口②与光纤耦合准直系统3连接，光纤环行器4的端口③连接光电探测装置6，这种设计结构在节省空间的同时提高了测距激光的信噪比。
进一步地，所述凸透镜组件包括凸透镜7和电动滑台8；所述凸透镜7固定在上电动滑台8；所述数字控制电路13的另一输出端与电动滑台8相连，用于控制电动滑台8的移动，以改变凸透镜7与场镜11之间的距离，实现自动调节。
本发明的有益效果是：
1)本发明通过光路空间设计使得清洗激光与测距激光共轴传输，在工件表面的光斑完全重合，可以实时获得工件与场镜距离，采用电控方法改变动态透镜组之间的距离，精确调控焦距大小，保证了作用于工件表面的激光功率密度。
2)通过对光纤耦合准直系统和/或二向色分光平片位置和偏转角的调节，实现测距激光和清洗激光共轴传输以及反射回来的测距激光和清洗激光的分离，同时，消除了进入激光测距装置的清洗激光，提升了测距激光的信噪比。
3)本发明测距激光的收集采用光纤耦合准直系统，提高了漫反射后测距激光的收集功率，提升了信噪比，同时提高了系统抗干扰能力。
4)本发明采用光纤环形器具有小型化和轻量化优点，通过将测距激光器和光电探测装置放置在激光清洗头外部，可以为激光清洗头装置节省较大的空间和重量。
5)本发明提出的基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法和装置可实现清洗过程系统焦距实时可调，具有高效、稳定、自动化的特点，适用于表面结构复杂的工件或者手持清洗。
附图说明
图1是本发明基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置中激光共轴传输和分离系统结构示意图；
图2是本发明基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置中动态透镜组焦距变化原理图；
图3是本发明基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置中数字控制电路调控凸透镜位置的工作流程示意图；
图4是本发明基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置结构示意图；
图5是本发明基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置中动态透镜组的焦距改变量和凸透镜与场镜之间距离变化量的理论模拟结果和实验结果。
附图标记说明：
1-清洗激光器，2-二向色分光平片，3-光纤耦合准直系统，4-光纤环形器，5-测距激光器，6-光电探测装置，7-凸透镜，8-电动滑台，9-第一扫描振镜，10-第二扫描振镜，11-场镜，12-工件，13-数字控制电路。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明主要基于共轴测距、动态透镜组，利用单二向色分光平片2实现入射清洗激光、测距激光的共轴合束与二者反射激光的分离，并获得工件12距离信息，然后通过电控信号处理，对动态透镜组中凸透镜7的位置进行调整，进而改变透镜组整体焦距，从而实现了激光清洗过程中系统焦距的自动可调，保证了作用于工件12上的功率密度。
该技术主要涉及三个特征：清洗、测距激光共轴传输和分离、焦距动态可调及数字反馈控制，此三个特征分别由清洗、测距激光共轴传输和分离系统、动态透镜组和数字反馈电路实现。
本发明提出的技术方案所述的清洗、测距激光共轴传输和分离系统，如图1所示，包括清洗激光器1、二向色分光平片2、光纤耦合准直系统3、光纤环形器4、测距激光器5和光电探测装置6。
其中测距激光器5、光电探测装置6、光纤环形器4和光纤耦合准直系统3构成了测距激光发射和接收子系统。将测距激光器5和光电探测装置6分别与光纤环形器4的端口①和端口③连接，光纤环形器4的端口②与光纤耦合准直系统3相连。测距激光从端口①输入，从端口②经光纤耦合准直系统3输出；漫反射后的测距激光被光纤耦合准直系统3收集，并从端口③输出至光电探测装置6上。该方法存在三种优势：1)提高了漫反射后测距激光的收集功率，提升了信噪比；2)利用光纤耦合准直系统3便实现了激光发射和收集功能，提高了抗干扰能力；3)由于光纤环形器4具有小型化和轻量化优点，通过将测距激光器5和光电探测装置6放置在激光清洗头外部，可以为激光清洗头装置节省较大的空间和重量。
本发明中，清洗激光器1为大功率脉冲激光器，而测距激光器5采用小功率激光器，二者的波长不同。基于相位测距原理进行测距，保证了测距的精度。在激光入射至扫描振镜之前，利用分别对清洗激光高透、对测距激光高反的二向色分光平片2作为激光共轴传输和分离元件。通过对光纤耦合准直系统3和二向色分光平片2的调节，实现测距激光和清洗激光共轴传输以及反射回来的测距激光和清洗激光的分离。二向色分光平片2在这里主要发挥了两个作用：一是使得测距激光和清洗激光可以共轴传输，在工件12上的清洗、测距激光焦斑位置高度重合，可以实时追踪清洗激光焦斑的位置；二是消除了进入激光测距装置的清洗激光，提升了测距激光的信噪比。
在其它实施例中，也可以采用对清洗激光高反、对测距激光高透的二向色分光平片2。
本发明提出的技术方案所述的动态透镜组包括沿光路依次设置的凸透镜组件、第一扫描振镜9、第二扫描振镜10以及场镜11。动态透镜组的主体由两个凸透镜构成，即凸透镜7和场镜11，其焦距分别为f1和f2，而构成的透镜组的焦距为F，动态透镜组焦距变化原理如图2所示，根据组合透镜原理，其焦距F为：
d为两个凸透镜光心之间的距离，当焦距F变化为F′＝F+ΔF，两个凸透镜焦距固定不变，则只有距离d发生了变化，则距离的变化值Δd可以被确定：
带入公式(1)和关系式F′＝F+ΔF，可以将上式化简与距离d相关的表达式：
在本发明中，当设定距离d正好等于第二个凸透镜(场镜11)焦距f2，则公式(3)进一步被简化为：Δd＝f1ΔF/(f2+ΔF)。因此可以发现，透镜组焦距的变化对应着透镜之间距离的变化，反之，通过调控凸透镜7或场镜11的位置便可以方便实现整体透镜组焦距的改变，本实施例中采用改变凸透镜7位置来精确调控动态透镜组焦距改变。
本发明采用数字控制电路13连接并控制了激光共轴传输和分离系统中测距激光器5、光电探测装置6和动态透镜组中的电动滑台8，实现系统焦距的实时调控，其工作流程如图3所示，利用相位测距法进行距离的测量，通过数字控制电路13对测距激光出射激光进行调制，对光电探测装置6接收反射回来的测距激光后进行混频处理，获得相位变化信息，进而获得距离信号。并将该距离信息转化为相应电信号作用于凸透镜7固定的电动滑台8，从而改变整个系统的焦距。通过不断进行激光测距、信号反馈作用电动滑台8、改变凸透镜7位置、调控系统焦距这一过程，实现激光清洗过程中系统焦距实时可调。
如图4所示，为本实施例中具备实时聚焦调控的激光清洗装置的结构示意图。
测距激光器5被数字控制电路13调制后，发射小功率激光，其波长不同于清洗激光器1所发出的激光波长。从光纤环行器4的端口①进入，从端口②出射，通过光纤耦合准直系统3出射后，被二向色分光平片2反射。清洗激光器1为大功率脉冲激光器，发出激光通过二向色分光平片2，调整光纤耦合准直系统3和/或二向色分光平片2的位置及偏转角，使得测距激光和清洗激光共轴传输。共轴传输的测距激光和清洗激光依次通过凸透镜7、第一扫描振镜9、第二扫描振镜10和场镜11，被聚焦到工件12上。由于共轴传输，在工件12上的清洗、测距激光焦斑位置高度重合，可以实时追踪清洗激光焦斑的位置。此外，被工件12漫反射后，部分清洗和测距激光反向共轴传输回来，再次通过二向色分光平片2，测距激光和清洗激光分离，前者被反射并被耦合进入光纤耦合准直系统3中，从光纤环行器4端口②进入从端口③出射，被光电探测装置6接收，经过数字控制电路13的处理，获得距离信号。该距离信号被数字控制电路13作用于电动滑台8上，改变凸透镜7的位置，调节其与场镜11之间的距离，从而调控装置的焦距。针对不同工件的位置以及在复杂多变的工件表面形貌的情况下，通过不断进行激光测距、信号反馈作用电动滑台8、改变凸透镜7位置、调控装置焦距这一过程，实现激光清洗过程的焦距实时可调。
具体的操作如下：
1)将传输方向互相垂直的清洗激光和测距激光分别入射到二向色分光平片2上，分别经过透射和反射后，通过调整光纤耦合准直系统3和二向色分光平片2的位置及偏转角，使得测距激光和清洗激光共轴传输。
2)将凸透镜7固定在电动滑台8上，测量凸透镜7初始位置与场镜11的距离d，通过透镜组公式(1)计算获得激光清洗装置焦距。将工件12放该装置的焦点处。
3)利用光电探测装置6获得测距激光从出射位置到工件表面的初始距离L0，并被数字控制电路13记录。
4)改变工件12的位置，光电探测装置6和数字控制电路13通过计算测距激光从出射到工件表面距离的变化量ΔL，获得工件位置的变化量，因场镜位置不变，所以ΔL也等于工件位置相对于场镜的变化量，即动态透镜组焦距的改变量ΔF，利用公式(3)计算凸透镜7与场镜11之间距离的变化量Δd。
5)数字控制电路13将距离变化量Δd转化为电信号，发送给电动滑台8，改变凸透镜7和场镜11之间距离，实现激光清洗装置的焦距的调控。
6)不断改变工件12的位置，重复步骤4)和步骤5)的操作，从而实现了激光清洗装置焦距的实时可调。
为了验证本发明所提出的基于共轴测距和动态透镜组的焦距实时可调的激光清洗方法的有效性，做如下操作。将数字控制电路13中的距离自动反馈控制流程暂时用人工调节来替代。具体实施方案为：不将数字控制电路13所获得距离变化量ΔL作为反馈电信号发送给电动滑台8，而通过人工不断调整凸透镜7与场镜11之间距离的变化量Δd，并以工件12上的焦斑大小作为判断依据，焦斑最小的时候便处于激光清洗装置的焦点位置。不断改变工件12的位置，重复这一焦距调控过程，并获得人工操作下的焦距改变量ΔF和凸透镜7与场镜11之间距离的变化量Δd相对应的数据，并绘制其对应关系，如图5所示，其中，星形散射点为人工操作下的距离变化量Δd和焦距改变量ΔF的实验测量结果，而曲线是根据公式(3)所给出理论模拟结果，结果表明，实验测量结果与理论模拟结果基本吻合，证明了本发明的有效性。
综上所述，本发明所提出的焦距实时可调的激光清洗方法简单快速，可以实时追踪激光焦斑的位置，便可以高速、自动实时实现激光清洗头装置焦距的调控，具有较强的实用性。
Claims (10)
1.一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于：
步骤1、清洗激光与测距激光相互垂直，分别入射至二向色分光平片，清洗激光与测距激光经二向色分光平片合束后共轴传输；
步骤2、共轴传输的清洗激光和测距激光依次通过凸透镜、第一扫描振镜、第二扫描振镜以及场镜后聚焦到工件表面上；
步骤3、经工件漫反射后，部分清洗激光和测距激光反向共轴传输，再次通过二向色分光平片后分离；
步骤4、经二向色分光平片分离的测距激光入射至光电探测装置，获得测距激光从出射位置到工件表面的初始距离；
步骤5、测量凸透镜与场镜之间的距离d；
步骤6、工件位置变化时，数字控制电路根据光电探测装置获得的测距激光从出射位置到工件表面的实时距离与所述初始距离，计算需要调整的凸透镜与场镜之间的距离变化量Δd；
步骤7、根据变化量Δd，实时调整凸透镜与场镜之间的距离，使清洗激光聚焦到工件表面，实现激光清洗装置焦距的实时可调。
2.根据权利要求1所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于，步骤1具体为：测距激光经过光纤耦合准直系统准直出射；清洗激光与测距激光相互垂直，分别入射至二向色分光平片；调节光纤耦合准直系统和/或二向色分光平片的位置及偏转角，使清洗激光与测距激光经二向色分光平片合束后共轴传输。
3.根据权利要求2所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于：步骤4中，所述测距激光经二向色分光平片分离后，通过光纤耦合准直系统收集，然后入射至光电探测装置；
所述测距激光从出射位置到工件表面的初始距离通过以下方式获得：
数字控制电路利用相位测距法进行距离的测量，通过数字控制电路对出射测距激光进行调制，并与光电探测装置接收的测距激光进行混频处理，获得相位变化信息，进而获得测距激光从出射位置到工件表面的距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于，步骤6中，所述凸透镜与场镜之间距离的变化量Δd通过如下计算得到：
式中，f1为凸透镜的焦距；
f2为场镜的焦距；
ΔF为动态透镜组焦距的改变量，等于测距激光从出射位置到工件表面距离的变化量。
5.根据权利要求4所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于：步骤7中，所述凸透镜固定在电动滑台上，利用数字控制电路将凸透镜与场镜之间距离的变化量Δd转化为电信号，控制电动滑台运动，以调整凸透镜与场镜之间的距离。
6.根据权利要求1至5任一所述一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法，其特征在于：步骤1中，采用对清洗激光高透、对测距激光高反的二向色分光平片实现清洗激光与测距激光共轴传输。
7.一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置，其特征在于：包括激光共轴传输和分离系统、动态透镜组及数字控制电路(13)；
所述激光共轴传输和分离系统包括清洗激光器(1)、二向色分光平片(2)、测距激光器(5)和光电探测装置(6)；
所述清洗激光器(1)的出射激光与所述测距激光器(5)的出射激光相互垂直，分别入射到二向色分光平片(2)，经二向色分光平片(2)合束后共轴传输；
所述动态透镜组包括沿光路依次设置的凸透镜组件、第一扫描振镜(9)、第二扫描振镜(10)以及场镜(11)；
所述数字控制电路(13)的输入端与光电探测装置(6)的输出端相连，对光电探测装置(6)接收的测距激光进行混频处理；数字控制电路(13)的一个输出端与测距激光器(5)相连，用于对测距激光进行调制处理；数字控制电路(13)的另一输出端连接凸透镜组件，用于控制凸透镜组件相对于场镜(11)之间的距离。
8.根据权利要求7所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置，其特征在于：所述激光共轴传输和分离系统还包括光纤耦合准直系统(3)，用于将测距激光器(5)出射的激光进行准直后入射至二向色分光平片(2)，并将经二向色分光平片(2)分离的测距激光收集，然后入射至光电探测装置(6)；
所述二向色分光平片(2)的位置和偏转角可调节；
所述光纤耦合准直系统(3)的位置和偏转角可调节。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置，其特征在于：所述激光共轴传输和分离系统还包括光纤环形器(4)；
所述光纤环行器(4)的端口①连接测距激光器(5)，光纤环行器(4)的端口②与光纤耦合准直系统(3)连接，光纤环行器(4)的端口③连接光电探测装置(6)。
10.根据权利要求9所述的一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗装置，其特征在于：所述凸透镜组件包括凸透镜(7)和电动滑台(8)；所述凸透镜(7)固定在电动滑台(8)上；所述数字控制电路(13)的另一输出端与电动滑台(8)相连，用于控制电动滑台(8)的移动，以改变凸透镜(7)与场镜(11)之间的距离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010680608.9A CN112044870B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010680608.9A CN112044870B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112044870A true CN112044870A (zh) | 2020-12-08 |
| CN112044870B CN112044870B (zh) | 2021-07-27 |
Family
ID=73602482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010680608.9A Active CN112044870B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112044870B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112859354A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-05-28 | 江苏科技大学 | 一种基于光场调控技术的激光清洗装置 |
| CN113210360A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-06 | 金顿激光科技(佛山)有限公司 | 一种基于同轴测距的离焦断光保护装置 |
| CN113275326A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-20 | 青岛理工大学 | 一种多方向激光清洗装置及方法 |
| CN113663986A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-11-19 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | 一种复合绝缘子材质外绝缘设备激光带电清洗方法 |
| CN113909223A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 北京航空航天大学 | 一种大范围激光清洗机 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603136B1 (en) * | 1999-10-15 | 2003-08-05 | Videojet Systems International | Laser marker focal length setting device |
| CN101670486A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-03-17 | 上海市激光技术研究所 | 旋转双光楔激光微孔加工装置 |
| CN202240152U (zh) * | 2011-09-05 | 2012-05-30 | 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 | 激光加工中实时监测焦点位置的装置 |
| US8379194B2 (en) * | 2008-02-25 | 2013-02-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method and device for automatic laser focusing |
| CN104439695A (zh) * | 2013-09-16 | 2015-03-25 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光加工系统的视觉检测装置 |
| CN206732375U (zh) * | 2017-03-16 | 2017-12-12 | 无锡斯塔克激光装备制造有限公司 | 一种随动激光切割头 |
| CN207013390U (zh) * | 2017-07-14 | 2018-02-16 | 武汉金顿激光科技有限公司 | 自动激光清洗装置 |
| CN108406092A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-08-17 | 温州大学激光与光电智能制造研究院 | 一种同轴实时检测的振镜扫描激光加工方法 |
| CN108413867A (zh) * | 2017-04-18 | 2018-08-17 | 北京理工大学 | 激光微纳加工分光瞳差动共焦在线监测一体化方法与装置 |
| CN109382373A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 扬州恒德工业科技有限公司 | 一种自动对焦式激光清洗机 |
| CN109530912A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-29 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 基于内同轴的对焦装置及基于内同轴的对焦方法 |
| CN109648191A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-19 | 北京大学 | 一种可实时调控能量的微米级高分辨率超快激光加工系统 |
| US10573506B2 (en) * | 2016-03-11 | 2020-02-25 | Michael Vidra | Method and device for etching patterns inside objects |
| CN111202499A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 浙江大学 | 快速高效自适应光学补偿的受激拉曼散射成像系统和方法 |
| CN111360396A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-03 | 长春德信光电技术有限公司 | 一种同轴测距激光加工头 |
-
2020
- 2020-07-15 CN CN202010680608.9A patent/CN112044870B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603136B1 (en) * | 1999-10-15 | 2003-08-05 | Videojet Systems International | Laser marker focal length setting device |
| US8379194B2 (en) * | 2008-02-25 | 2013-02-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method and device for automatic laser focusing |
| CN101670486A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-03-17 | 上海市激光技术研究所 | 旋转双光楔激光微孔加工装置 |
| CN202240152U (zh) * | 2011-09-05 | 2012-05-30 | 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 | 激光加工中实时监测焦点位置的装置 |
| CN104439695A (zh) * | 2013-09-16 | 2015-03-25 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光加工系统的视觉检测装置 |
| US10573506B2 (en) * | 2016-03-11 | 2020-02-25 | Michael Vidra | Method and device for etching patterns inside objects |
| CN108406092A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-08-17 | 温州大学激光与光电智能制造研究院 | 一种同轴实时检测的振镜扫描激光加工方法 |
| CN206732375U (zh) * | 2017-03-16 | 2017-12-12 | 无锡斯塔克激光装备制造有限公司 | 一种随动激光切割头 |
| CN108413867A (zh) * | 2017-04-18 | 2018-08-17 | 北京理工大学 | 激光微纳加工分光瞳差动共焦在线监测一体化方法与装置 |
| CN207013390U (zh) * | 2017-07-14 | 2018-02-16 | 武汉金顿激光科技有限公司 | 自动激光清洗装置 |
| CN109382373A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 扬州恒德工业科技有限公司 | 一种自动对焦式激光清洗机 |
| CN109530912A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-29 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 基于内同轴的对焦装置及基于内同轴的对焦方法 |
| CN109648191A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-19 | 北京大学 | 一种可实时调控能量的微米级高分辨率超快激光加工系统 |
| CN111202499A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 浙江大学 | 快速高效自适应光学补偿的受激拉曼散射成像系统和方法 |
| CN111360396A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-03 | 长春德信光电技术有限公司 | 一种同轴测距激光加工头 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113663986A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-11-19 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | 一种复合绝缘子材质外绝缘设备激光带电清洗方法 |
| CN112859354A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-05-28 | 江苏科技大学 | 一种基于光场调控技术的激光清洗装置 |
| CN113275326A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-20 | 青岛理工大学 | 一种多方向激光清洗装置及方法 |
| CN113210360A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-06 | 金顿激光科技(佛山)有限公司 | 一种基于同轴测距的离焦断光保护装置 |
| CN113909223A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 北京航空航天大学 | 一种大范围激光清洗机 |
| CN113909223B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-08-25 | 北京航空航天大学 | 一种对核设施放射性构件清洗的大范围激光清洗机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112044870B (zh) | 2021-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112044870B (zh) | 一种基于共轴测距和焦距实时可调的激光清洗方法及装置 | |
| CN100493814C (zh) | 带有测量装置的多功能激光加工刀具 | |
| CN206613810U (zh) | 一种激光清洗头及设有该激光清洗头的激光清洗装置 | |
| CN105583200A (zh) | 一种激光清洗设备 | |
| CN205518834U (zh) | 一种激光清洗设备 | |
| CN109269986A (zh) | 相控阵激光超声检测系统 | |
| CN207271722U (zh) | 一种线扫描式激光清洗装置 | |
| CN111940421B (zh) | 一种高效激光清洗装置及方法 | |
| CN111014946A (zh) | 水导激光加工装置和加工系统 | |
| CN109807471B (zh) | 一种激光打标装置及方法 | |
| CN112452953A (zh) | 智能激光清洗工作头 | |
| CN111098043A (zh) | 水导激光加工装置和加工系统 | |
| CN108838747A (zh) | 一种基于声透镜的超声聚焦流体振动抛光系统 | |
| CN105710539A (zh) | 一种激光切割系统 | |
| CN111438438B (zh) | 一种激光高效大面积动态干涉加工装置及方法 | |
| CN206661841U (zh) | 一种转镜激光清洗装置 | |
| CN210548826U (zh) | 激光微孔加工的光束扫描系统 | |
| CN109290673A (zh) | 一种液态金属加工系统 | |
| CN106405738A (zh) | 一种增加光纤损伤阈值的激光预处理方法 | |
| CN109894747A (zh) | 飞秒光丝背向冲击波用于表面超精细加工装置及方法 | |
| TWI459066B (zh) | 改善景深之光學裝置與系統 | |
| CN209754279U (zh) | 一种激光打标装置 | |
| CN204101461U (zh) | 拉曼探头和可自动对焦的拉曼信号探测装置 | |
| CN204101460U (zh) | 拉曼信号探测装置及拉曼探头 | |
| CN203076791U (zh) | 用于tol、ogs触控上导电膜层激光刻蚀的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |