CN112570386A - 一种微重力环境无尘激光清洗装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微重力环境无尘激光清洗装置和方法，该装置包括设于待清洗件上方的滚筒，滚筒带动涂覆有热熔胶层的树脂薄膜在待清洗件上方运动，所述树脂薄膜上方设有聚焦镜，聚焦镜上方设有扫描振镜，扫描振镜一侧设有激光器，激光器产生的激光束经过扫描振镜的反射和聚焦镜的聚焦，依次透过树脂薄膜和树脂薄膜下表面涂覆的热熔胶层，最终作用到待清洗工件表面，本发明解决空间站等微重力环境下固体灰尘漂浮的问题，很好的避免了固体灰尘对后续清洗的影响以及对环境、操作人员的伤害。

Description

一种微重力环境无尘激光清洗装置和方法
技术领域
本发明涉及激光清洗领域，尤其是一种微重力环境无尘激光清洗装置和方法。
背景技术
激光清洗技术被认为是未来最有前景的清洗技术。它是利用待清洗物质在激光作用下发生热效应、光效应、声效应、力效应从而脱离基体材料的一种技术，具有无需使用任何化学试剂、非接触式、不损伤基体、清洗后的固态粉末颗粒易通过吸尘系统收集处理，对人体和环境几乎没有伤害等优点。近几年迅速成为工业制造领域的关注热点，广泛用于航天、航空、船舶、高铁、汽车、模具、核电和海洋等领域。如今，它已经成为能够清洗大量不同基材表面的可靠技术，正在走向大规模的工业应用。
在激光清洗过程中，会产生很多残渣、碎片，这些飞扬的固体灰尘一部分在重力作用下重新跌落到已清洗或待清洗工件表面，影响清洗效果；另一部分会悬浮于空气中，对操作人员、设备以及环境造成危害。
为解决这一问题，国内外进行了大量研究，已经发明了许多除尘装置，最常见的方法就是采用吹气机构将工件表面的固体粉尘吹除。方法之二就是采用抽风装置产生负压，将固体粉尘吸入收集容器中，再统一处理。第三种方法对前两种方法进行结合，同时采用吹气机构和抽风机构，既能够将激光清洗的固体粉末吹除，又能够收集并回收粉末，解决的粉末漂浮在空气中的问题，这种方法十分有效，但设备复杂。
现有技术通过吹气装置将激光对产品表面清理时所产生的固体粉末的吹除，解决了固体粉末对后续清洗的干扰问题，但未解决空气中固体废弃物的污染；还有在激光清洗头上加装抽风嘴，实现固体粉末的同步吸除，这种装置结构简单，具有一定的效果，但很难将工件表面的粉末完全吸除干净；还有的在清洗机构的两侧分别设置吹风机构和抽风机构，采用高压气体吹除工件表面固体粉末，同时采用抽风机构对粉末进行回收，有效规避了前两种方法的缺陷。
上述现有技术在一定程度上解决了地球上激光清洗过程中的除尘问题，而在太空、月球等微重力环境下，一方面，由于固体粉末不受重力或重力很小，导致他们漂浮时间更长、范围更广，收集难度加大；另一方面，由于环境为真空状态，无法采用抽风机构收集固体粉末。此外，地球上采用的吹风机构和抽风机构对于空间站、月球基地等场所来说体积过于庞大复杂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种微重力环境无尘激光清洗装置和方法，采用表面覆有热熔胶的树脂薄膜粘附激光清洗过程中产生的残渣和碎片，解决空间站等微重力环境下固体灰尘漂浮的问题。
本发明的技术方案是：
一种微重力环境无尘激光清洗装置，包括设于待清洗件上方的滚筒，滚筒带动涂覆有热熔胶层的树脂薄膜在待清洗件上方运动，所述树脂薄膜上方设有聚焦镜，聚焦镜上方设有扫描振镜，扫描振镜一侧设有激光器，激光器产生的激光束经过扫描振镜的反射和聚焦镜的聚焦，依次透过树脂薄膜和树脂薄膜下表面涂覆的热熔胶层，最终作用到待清洗工件表面。
进一步地，激光器的激光功率为3-30000W，扫描速度为10-7000mm/s，扫描间距为0.01-1mm。
进一步地，所述树脂薄膜对1.06μm波长的光纤激光或YAG激光具有良好透过性的树脂薄膜。
进一步地，所述激光器为光纤或YAG激光器。
本发明的一种微重力环境无尘激光清洗方法，包括如下步骤：
步骤（1）：激光清洗开始前，将覆有热熔胶层的树脂薄膜展开，并固定在待清洗工件的上方，完成清洗前的准备工作；
步骤（2）：清洗开始时，滚筒带动薄膜移动，激光器产生的激光束经过扫描振镜的反射和聚焦镜的聚焦，依次透过树脂薄膜和树脂薄膜下表面涂覆的热熔胶层，最终作用到待清洗工件的表面；热熔胶吸收部分激光能量，温度升高并发生熔化，产生粘性，使得激光清洗中产生的固体灰尘在飞溅过程中粘附到薄膜上；
步骤（3）：清洗完一个区域后，薄膜和清洗头移至下一区域，继续清洗，直至整个工件清洗完成。
进一步地，激光器的激光功率为3-30000W，扫描速度为10-7000mm/s，扫描间距为0.01-1mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
本发明采用表面覆有热熔胶的树脂薄膜粘附激光清洗过程中产生的残渣和碎片，解决空间站等微重力环境下固体灰尘漂浮的问题，很好的避免了固体灰尘对后续清洗的影响以及对环境、操作人员的伤害，能够用于空间站、月球基地等微重力环境下的激光清洗。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对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。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“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。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
实施例1
如图1所示，本实施例的微重力环境无尘激光清洗装置，包括设于待清洗件8上方两侧的滚筒7，滚筒7带动涂覆有热熔胶层6的树脂薄膜5在待清洗件8上方运动，树脂薄膜5上方设有聚焦镜4，聚焦镜4上方设有扫描振镜3，扫描振镜3一侧设有激光器1，激光器1产生的激光束2经过扫描振镜3的反射和聚焦镜4的聚焦，依次透过树脂薄膜5和树脂薄膜5下表面涂覆的热熔胶层6，最终作用到待清洗工件8表面。
本实施例的微重力环境无尘激光清洗方法，按以下进行：
S1：激光清洗开始前，将覆有热熔胶的树脂薄膜展开，并固定在待清洗表面的上方，完成清洗前的准备工作。
S2：清洗开始时，采用脉冲光纤激光器，以10W激光功率、10mm/s扫描速度、0.01mm扫描间距的工艺参数对涂层区域进行清洗，如图1所示。由于热熔胶6吸收部分激光能量，温度升高产生粘性，粘附激光清洗过程中产生的固体灰尘，滚筒7带动薄膜移动，保持薄膜的清洁。
S3：清洗完一个区域后，支撑架带动薄膜和清洗头移至下一区域，继续清洗。激光有效清除了碳纤维复合材料表面的涂层，同时，覆有热熔胶的树脂薄膜由于粘性对固体灰尘也有很好的粘附效果，很好的避免了固体灰尘对后续清洗的影响以及对环境、操作人员的伤害。
由于树脂薄膜对1.06μm波长的光纤激光或YAG激光具有良好的透过性，本发明采用光纤或YAG激光器作为激光清洗的激光源，激光可以工作于脉冲或者连续以及准连续状态。
本实施例的树脂薄膜5可以是树脂薄膜、环氧树脂等高分子材料薄膜，热溶胶：EVA（聚乙烯醋酸乙烯酯）、SBS（苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物）、SIS（苯乙烯异戊二烯苯乙烯前段共聚物）和SEBS（苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯嵌段共聚物）等。
实施例2
本实施例的微重力环境无尘激光清洗装置与实施例1相同。
本实施例的微重力环境无尘激光清洗方法，按以下进行：
S1：激光清洗开始前，将覆有热熔胶的树脂薄膜展开，并固定在待清洗表面的上方，完成清洗前的准备工作。
S2：清洗开始时，采用连续光纤激光器，以的30000W激光功率、7000mm/s扫描速度、1mm扫描间距对涂层区域进行清洗，如图1所示。由于热熔胶6吸收部分激光能量，温度升高产生粘性，粘附激光清洗过程中产生的固体灰尘，滚筒7带动薄膜移动，保持薄膜的清洁。
S3：清洗完一个区域后，支撑架带动薄膜和清洗头移至下一区域，继续清洗。激光有效清除了碳纤维复合材料表面的涂层，同时，覆有热熔胶的树脂薄膜由于具有粘性对固体灰尘也有很好的粘附效果，很好的避免了固体灰尘对后续清洗的影响以及对环境、操作人员的伤害。
实施例3
本实施例的微重力环境无尘激光清洗装置与实施例1相同。
本实施例的微重力环境无尘激光清洗方法，按以下进行：
S1：激光清洗开始前，将覆有热熔胶的树脂薄膜展开，并固定在待清洗表面的上方，完成清洗前的准备工作；
S2：清洗开始时，采用脉冲YAG激光器，以2000W激光功率、100mm/s扫描速度、0.1mm扫描间距对涂层区域进行清洗，如图1所示。由于热熔胶6吸收部分激光能量，温度升高产生粘性，粘附激光清洗过程中产生的固体灰尘，滚筒7带动薄膜移动，保持薄膜的清洁。
S3：清洗完一个区域后，支撑架带动薄膜和清洗头移至下一区域，继续清洗。激光有效清除了碳纤维复合材料表面的涂层，同时，覆有热熔胶的树脂薄膜由于具有粘性对固体灰尘也有很好的粘附效果，很好的避免了固体灰尘对后续清洗的影响以及对环境、操作人员的伤害。
以上所述的具体实施例，对发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，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 (6)

1.一种微重力环境无尘激光清洗装置，其特征在于：包括设于待清洗件上方的滚筒，滚筒带动涂覆有热熔胶层的树脂薄膜在待清洗件上方运动，所述树脂薄膜上方设有聚焦镜，聚焦镜上方设有扫描振镜，扫描振镜一侧设有激光器，激光器产生的激光束经过扫描振镜的反射和聚焦镜的聚焦，依次透过树脂薄膜和树脂薄膜下表面涂覆的热熔胶层，最终作用到待清洗工件表面。
2.根据权利要求1所述的微重力环境无尘激光清洗装置，其特征在于：激光器的激光功率为3-30000W，扫描速度为10-7000mm/s，扫描间距为0.01-1mm。
3.根据权利要求1所述的微重力环境无尘激光清洗装置，其特征在于：所述树脂薄膜对1.06μm波长的光纤激光或YAG激光具有良好透过性的树脂薄膜。
4.根据权利要求1所述的微重力环境无尘激光清洗装置，其特征在于：所述激光器为光纤或YAG激光器。
5.一种微重力环境无尘激光清洗方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）：激光清洗开始前，将覆有热熔胶层的树脂薄膜展开，并固定在待清洗工件的上方，完成清洗前的准备工作；
步骤（2）：清洗开始时，滚筒带动薄膜移动，激光器产生的激光束经过扫描振镜的反射和聚焦镜的聚焦，依次透过树脂薄膜和树脂薄膜下表面涂覆的热熔胶层，最终作用到待清洗工件的表面；热熔胶吸收部分激光能量，温度升高并发生熔化，产生粘性，使得激光清洗中产生的固体灰尘在飞溅过程中粘附到薄膜上；
步骤（3）：清洗完一个区域后，薄膜和清洗头移至下一区域，继续清洗，直至整个工件清洗完成。
6.根据权利要求5所述的微重力环境无尘激光清洗方法，其特征在于：激光器的激光功率为3-30000W，扫描速度为10-7000mm/s，扫描间距为0.01-1mm。
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