CN113210361B - 一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法，包括单片机、第一测距部件、驱动部件和激光输出部件。单片机分别与第一测距部件和驱动部件通信连接，驱动部件与激光输出部件的激光输出端固定连接。第一测距部件用于实时检测激光输出端与激光作业面之间的距离，并将距离传输至单片机。单片机用于在距离与激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件对激光输出端进行驱动，直至距离与焦距相等，进而能够在工件清洗的整个过程中，始终使激光输出端与激光作业面之间的距离与激光输出端的焦距相等，保证激光作业面始终处于激光焦点，能够显著提高工件的清洗效果。

Description

一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，特别是涉及一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法。

背景技术

激光清洗技术是一种通过高功率密度的脉冲激光束作用于工件表面，使表面的污物、氧化物或涂层产生瞬间蒸发气化或热膨胀而脱离，从而进行工件清洗的技术。与传统的清洗方法相比，激光清洗技术具有清洗效果好、控制精度高、应用范围广、运行成本低以及不污染环境等优点，目前已广泛应用于金属表面氧化物、硫化物和积碳等物质的去除，且具有更为广阔的应用前景。

工件表面的激光清洗一般需要较高的功率密度，目前的激光清洗设备通过将激光聚焦于待清洗工件的表面以达到清洗需求。但如果作业对象为曲面或者清洗设备存在抖动，会造成作业对象的表面脱离激光焦点，造成清洗效果变差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法，能够使激光作业面始终处于激光焦点，提高工件的清洗效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动调焦激光清洗输出装置，所述输出装置包括单片机、第一测距部件、驱动部件和激光输出部件；

所述单片机分别与所述第一测距部件和所述驱动部件通信连接；所述驱动部件与所述激光输出部件的激光输出端固定连接；

所述第一测距部件用于实时检测所述激光输出端与激光作业面之间的距离，并将所述距离传输至所述单片机；

所述单片机用于在所述距离与所述激光输出端的焦距不相等时，控制所述驱动部件对所述激光输出端进行驱动，直至所述距离与所述焦距相等。

可选的，所述激光输出部件包括激光发射单元以及沿激光光束传输路径依次布置的准直单元、偏转单元和聚焦单元；

所述准直单元用于对所述激光发射单元所发射的激光进行准直，得到准直后的激光；所述偏转单元用于对所述准直后的激光进行偏转，得到偏转后的激光；所述聚焦单元用于将所述偏转后的激光聚焦于所述激光作业面上。

可选的，所述准直单元包括准直光筒，所述准直光筒内部设置有准直透镜；所述偏转单元包括腔体，所述腔体内部设置有振镜；所述聚焦单元包括套筒，所述套筒内部设置有聚焦透镜和镜架；所述聚焦透镜与所述镜架固定连接；所述镜架与所述套筒滑动连接；所述聚焦透镜即为所述激光输出端；

所述准直光筒和所述套筒分别安装于所述腔体外侧；所述准直透镜和所述聚焦透镜的中心光轴相交且交点位于所述振镜的反射镜面的中心。

可选的，所述聚焦单元还包括窗口片；所述窗口片安装于所述套筒远离所述腔体的一端。

可选的，所述驱动部件包括电机、丝杠和连杆；

所述电机与所述单片机通信连接；所述丝杠与所述电机相连接；所述连杆一端与所述镜架固定连接，所述连杆的另一端与所述丝杠固定连接；所述丝杠用于在所述电机的驱动下，带动所述连杆运动，调节所述激光输出端与所述激光作业面之间的距离。

可选的，所述输出装置还包括第二测距部件；所述第二测距部件与所述单片机相连接；

所述第二测距部件用于实时检测所述聚焦透镜的运动距离，并将所述运动距离传输至所述单片机；

所述单片机还用于实时判断所述运动距离是否与所述距离和所述焦距的差值相等，并在所述运动距离等于所述差值时，控制所述驱动部件停止工作。

可选的，所述第二测距部件用于通过实时检测其与所述连杆之间的距离确定所述聚焦透镜的运动距离。

可选的，所述第一测距部件为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪；所述第二测距部件为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪。

可选的，所述丝杠的螺距小于或等于0.1mm。

一种自动调焦激光清洗输出方法，所述输出方法包括如下步骤：

实时接收激光输出端与激光作业面之间的距离；

在所述距离与所述激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件对所述激光输出端进行驱动，直至所述距离与所述焦距相等。

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：

本发明所提供的一种自动调焦激光清洗输出装置及输出方法，包括单片机、第一测距部件、驱动部件和激光输出部件。单片机分别与第一测距部件和驱动部件通信连接，驱动部件与激光输出部件的激光输出端固定连接。第一测距部件用于实时检测激光输出端与激光作业面之间的距离，并将距离传输至单片机。单片机用于在距离与激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件对激光输出端进行驱动，直至距离与焦距相等，进而能够在工件清洗的整个过程中，始终使激光输出端与激光作业面之间的距离与激光输出端的焦距相等，保证激光作业面始终处于激光焦点，能够显著提高工件的清洗效果。

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为本发明实施例1所提供的输出装置的结构框图。

图2为本发明实施例1所提供的输出装置的结构示意图。

图3为本发明实施例2所提供的输出方法的方法流程图。

符号说明：

1-单片机；2-第一测距部件；3-驱动部件；4-激光输出部件；5-第二测距部件；31-电机；32-丝杠；33-连杆；41-激光发射单元；42-准直单元；43-偏转单元；44-聚焦单元；421-准直光筒；422-准直透镜；431-腔体；432-振镜；441-套筒；442-聚焦透镜；443-镜架；444-窗口片。

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自动调焦激光清洗输出装置及输出方法，能够使激光作业面始终处于激光焦点，提高工件的清洗效果。

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。

实施例1：

请参见图1和图2，本实施例用于提供一种自动调焦激光清洗输出装置，所述输出装置包括单片机1、第一测距部件2、驱动部件3和激光输出部件4。单片机1分别与第一测距部件2和驱动部件3通信连接，驱动部件3与激光输出部件4的激光输出端固定连接。

第一测距部件2用于实时检测激光输出端与激光作业面之间的距离，并将距离传输至单片机1。单片机1用于在距离与激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件3对激光输出端进行驱动，直至距离与焦距相等。进而能够在工件清洗的整个过程中，始终使激光输出端与激光作业面之间的距离与激光输出端的焦距相等，保证激光作业面始终处于激光焦点，能够显著提高工件的清洗效果。

作为一种可选的实施方式，本实施例所用的激光输出部件4包括激光发射单元41以及沿激光光束传输路径依次布置的准直单元42、偏转单元43和聚焦单元44。准直单元42用于对激光发射单元41所发射的激光进行准直，得到准直后的激光。偏转单元43用于对准直后的激光进行偏转，得到偏转后的激光。聚焦单元44用于将偏转后的激光聚焦于激光作业面上。

进一步的，激光发射单元41可以包括激光器与光纤，光纤用于将激光器所发出的激光传输至准直单元42。

准直单元42包括准直光筒421，准直光筒421内部设置有准直透镜422。准直光筒421的长度固定，其有效距离与准直透镜422的焦距相等，准直光筒421的有效距离即为光纤所发出的激光到准直透镜422之间的距离。准直透镜422用于将激光器所发出的激光变为一束平行的准直光柱。

偏转单元43包括腔体431，腔体431内部设置有振镜432，具体可将振镜432布置于腔体431的中心。除利用振镜432实现准直后的激光的偏转外，还利用振镜432的振动原理将原先激光器所发出的激光点连接成一条激光线。

聚焦单元44包括套筒441，套筒441内部设置有聚焦透镜442和镜架443。聚焦透镜442与镜架443固定连接，具体可将聚焦透镜442设置于镜架443中，镜架443与套筒441滑动连接。聚焦透镜442即为激光输出端。聚焦单元44还包括窗口片444，窗口片444安装于套筒441远离腔体431的一端，窗口片444用于保护套筒441内部的光学器件，即用于保护聚焦透镜442。

为了实现输出装置的小型化，可将准直光筒421和套筒441分别安装于腔体431外侧，进而所得到的输出装置结构紧凑。准直透镜422和聚焦透镜442的中心光轴相交且交点位于振镜432的反射镜面的中心。

为了实现激光输出端(即聚焦透镜442)与激光作业面(即工件待清洗面)之间的距离的调节，本实施例所用的驱动部件3包括电机31、丝杠32和连杆33。电机31与单片机1通信连接。丝杠32与电机31相连接，连杆33一端与镜架443固定连接，连杆33的另一端与丝杠32固定连接。丝杠32用于在电机31的驱动下，带动连杆33运动，调节激光输出端与激光作业面之间的距离。具体的，当单片机1确定激光输出端与激光作业面之间的距离与激光输出端的焦距不相等时，控制电机31开始转动，电机31带动丝杠32运动，丝杠32利用自身的转动带动连杆33进行直线运动，连杆33带动镜架443进行直线运动，镜架443带动聚焦透镜442进行直线运动，进而能够调节聚集透镜与激光作业面之间的距离。

输出装置自动调焦的工作原理为：单片机1内部程序设置使聚焦透镜442位置初始化。单片机1实时读取第一测距部件2所检测的距离的数值，并根据距离与聚焦透镜442的焦距之间的差值的正负值，来控制电机31转动的方向，进而带动聚焦透镜442靠近激光作业面运动或者远离激光作业面运动。具体的，如果距离大于焦距，则控制电机31推进聚焦透镜442前进(即靠近激光作业面运动)，使工件的激光作业面位于聚焦透镜442的焦点。如果距离小于焦距，则控制电机31拖动聚焦透镜442后退(即远离激光作业面运动)，使工件的激光作业面位于聚焦透镜442的焦点。本实施例所提供的输出装置，通过实时检测聚焦透镜442到工件待清洗表面之间的距离，实时调整聚焦透镜442前进或后退，使工件待清洗表面始终处于焦点，能够大大提高工件待清洗表面的清洗效果。

为了准确确定聚焦透镜442是否运动到特定位置，特定位置即为聚焦透镜442与激光作业面之间的距离与焦距相等的位置，本实施例的电机31可以采用步进电机，单片机1在获取第一测距部件2所检测的距离后，计算距离与焦距之间的差值，通过差值的正负控制步进电机的转动方向，并将差值的大小转换为步进电机对应的脉冲数，以通过前向控制实现聚焦透镜442准确的位置调节。作为一种可选的实施方式，本实施例的输出装置还包括第二测距部件5，第二测距部件5与单片机1相连接。第二测距部件5用于实时检测聚焦透镜442的运动距离，并将运动距离传输至单片机1。单片机1还用于实时判断运动距离是否与距离和焦距的差值相等，并在运动距离等于差值时，控制驱动部件3停止工作。进而通过设置第二测距部件5来实时检测聚焦透镜442的运动距离，同样能够实现聚焦透镜442准确的位置调节。

第一测距部件2可为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪。第二测距部件5也可为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪。优选的，第一测距部件2和第二测距部件5的类型和型号均相同，进而能够在同一尺度和同一精度下检测聚焦透镜442与激光作业面之间的距离和聚焦透镜442的运动距离，更加精确的调节聚焦透镜442的位置。

无论第二测距部件5采用何种类型的测距仪，其均需要接收反射信号来进行测距，以激光测距仪为例，在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从测距仪到目标的距离，由于聚焦透镜442会使激光测距仪所发出的激光束直接透射，而不会发生反射，通过将激光测距仪所发出的激光束照射到聚焦透镜442上无法获得反射信号，也就无法实现距离的检测。故需要设置障碍物，以反射激光束。为了简化输出装置的结构，采用输出装置所包含的连杆33作为障碍物，第二测距部件5用于通过实时检测其与连杆33之间的距离确定聚焦透镜442的运动距离，而不需再设置新部件来充当障碍物，能够简化结构。

激光清洗时必须使工件位于聚焦镜头的焦点附近，如果偏离太大，则光斑变大，激光能量密度降低，效果显著下降，或者没有效果。具体的，本实施例的丝杠32的螺距小于或等于0.1mm，进而能够对激光输出端与激光作业面之间的距离进行精密调节，从而使激光作业面能够更加精确的位于焦点上，提高工件的清洗效果。

为了实现输出装置的小型化，可将电机31、第一测距部件2和第二测距部件5均安装在腔体431上，进而所得到的输出装置结构更加紧凑。

本实施例的自动调焦激光清洗输出装置的工作过程如下：

将待清洗工件置于激光输出端的出光口的前方；

电机31和测距部件上电，聚焦透镜442的位置实现初始化；

两个测距部件的信号由单片机1处理，单片机1根据两个测距部件的测量数据和聚焦透镜442的焦距，输出电机31控制信号；

电机31根据单片机1信号运动，实现自动对焦。

本实施例所提供的自动调焦激光清洗输出装置，适用于平滑曲面的激光清洗作业。本实施例的自动调焦激光清洗输出装置设置高精度激光测距仪实现距离的精确测量，聚焦透镜442布置在套筒441内并连接丝杠32，丝杠32由电机31驱动，可以根据激光作业面与聚焦透镜442的距离对聚焦透镜442的位置进行实时调节，实现作业面始终处于激光焦点，具有结构简单，操作方便的优点。本实施例的自动调焦激光清洗输出装置结构简单，使用方便，适合手动激光清洗作业或者用于清洗输出端夹持机构定位精度不足的补偿。

实施例2：

请参见图3，本实施例用于提供一种自动调焦激光清洗输出方法，控制如实施例1所述的输出装置进行工作，所述输出方法包括如下步骤：

S1：实时接收激光输出端与激光作业面之间的距离；

S2：在所述距离与所述激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件对所述激光输出端进行驱动，直至所述距离与所述焦距相等。

为了实现激光输出端位置的准确调节，所述输出方法还包括：实时接收第二测距部件所检测的激光输出端的运动距离，并实时判断运动距离是否与距离和焦距的差值相等，并在运动距离等于差值时，控制驱动部件停止工作。进而通过实时检测激光输出端的运动距离，能够实现激光输出端准确的位置调节。

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。

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方法及其核心思想；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 (7)

1.一种自动调焦激光清洗输出装置，其特征在于，所述输出装置包括单片机、第一测距部件、驱动部件和激光输出部件；

所述单片机分别与所述第一测距部件和所述驱动部件通信连接；所述驱动部件与所述激光输出部件的激光输出端固定连接；

所述第一测距部件用于实时检测所述激光输出端与激光作业面之间的距离，并将所述距离传输至所述单片机；

所述单片机用于在所述距离与所述激光输出端的焦距不相等时，控制所述驱动部件对所述激光输出端进行驱动，直至所述距离与所述焦距相等；

所述驱动部件包括电机、丝杠和连杆；所述电机与所述单片机通信连接；所述丝杠与所述电机相连接；所述连杆一端与镜架固定连接，所述连杆的另一端与所述丝杠固定连接；所述丝杠用于在所述电机的驱动下，带动所述连杆运动，调节所述激光输出端与所述激光作业面之间的距离；所述镜架与聚焦透镜固定连接，所述聚焦透镜即为所述激光输出端；

所述输出装置还包括第二测距部件；所述第二测距部件与所述单片机相连接；所述第二测距部件用于实时检测所述聚焦透镜的运动距离，并将所述运动距离传输至所述单片机；所述第二测距部件用于通过实时检测其与所述连杆之间的相对距离确定所述聚焦透镜的运动距离；所述单片机还用于实时判断所述运动距离是否与所述距离和所述焦距的差值相等，并在所述运动距离等于所述差值时，控制所述驱动部件停止工作。

2.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述激光输出部件包括激光发射单元以及沿激光光束传输路径依次布置的准直单元、偏转单元和聚焦单元；

所述准直单元用于对所述激光发射单元所发射的激光进行准直，得到准直后的激光；所述偏转单元用于对所述准直后的激光进行偏转，得到偏转后的激光；所述聚焦单元用于将所述偏转后的激光聚焦于所述激光作业面上。

3.根据权利要求2所述的输出装置，其特征在于，所述准直单元包括准直光筒，所述准直光筒内部设置有准直透镜；所述偏转单元包括腔体，所述腔体内部设置有振镜；所述聚焦单元包括套筒，所述套筒内部设置有所述聚焦透镜和所述镜架；所述镜架与所述套筒滑动连接；

所述准直光筒和所述套筒分别安装于所述腔体外侧；所述准直透镜和所述聚焦透镜的中心光轴相交且交点位于所述振镜的反射镜面的中心。

4.根据权利要求3所述的输出装置，其特征在于，所述聚焦单元还包括窗口片；所述窗口片安装于所述套筒远离所述腔体的一端。

5.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述第一测距部件为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪；所述第二测距部件为激光测距仪、红外测距仪或者超声波测距仪。

6.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述丝杠的螺距小于或等于0.1mm。

7.一种自动调焦激光清洗输出方法，基于权利要求1-6任一项所述的输出装置进行工作，其特征在于，所述输出方法包括如下步骤：

实时接收激光输出端与激光作业面之间的距离；

在所述距离与所述激光输出端的焦距不相等时，控制驱动部件对所述激光输出端进行驱动，直至所述距离与所述焦距相等；

所述输出方法还包括：实时接收第二测距部件所检测的所述激光输出端的运动距离，并实时判断所述运动距离是否与所述距离和所述焦距的差值相等，在所述运动距离等于所述差值时，控制所述驱动部件停止工作。

Images