CN201720217U - 一种激光清洗系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光清洗技术领域，提供了一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括与电源相连的用于输出电脉冲信号来控制激光器输出参数的控制电路系统及与控制电路系统连接的计算机。本实用新型能够灵活的调节激光器的参数，对于其适合的物件，能够有选择性的破坏其表面的污染物而不损害其基体。

Description

一种激光清洗系统

技术领域

本实用新型涉及一种激光清洗系统，尤其是能够对器物进行清洗的激光清洗系统。

背景技术

激光清洗系统在现有技术中应用的很多，可以应用在各种公共场合，可以对道路、广告牌、房屋楼道的墙面等物体表面上的污垢进行有效的清洗，激光清洗的原理，就是利用激光，作用于物体表面的污染物，使污染物直接被烧蚀，或者使污染物发生变化，更加易于使用其他方法清洗，其具体的机理很复杂，一般涉及高温烧蚀、气化蒸发、快速膨胀、声波振动等，多种物理和化学过程，通常红外激光适合各类有机污染物的清洗；而对紫外有较强吸收的有机污染物，可以考虑尝试紫外激光清洗，而清洗比较顽固的无机物污染，可以使用纳秒或者皮秒或者飞秒激光，在实际应用中，激光清洗技术有时候单独使用，有时候与其他方法结合使用。

由于激光清洗技术的绿色无污染，在物品的清洗中也用到激光清洗技术，但是针对物品的激光清洗不同于公共场合的清洗。主要是物品清洗时，严格地要求保护被清洗的物件基体，激光的损伤作用必须完全限制于基体所吸附的污染物，而不可以损伤基体。而公共场合的激光清洗，要求比较宽松，对基体的微弱损伤是可以接受的。同时，物体的表面的污染物不是均匀分布的，在表面区域中，有些区域需要清洗，有些区域则完全应该避免激光的照射，以免不必要的损伤。

用于物品的激光清洗技术中，通常使用脉冲激光器。而激光器的特性，直接影响其对物件的清洗效果。激光清洗系统的主要特性，包括最大能量密度、激光的波长、脉冲特性——包括单脉冲能量、脉冲延续时间、脉冲频率、占空比和占空周期等。

占空比和占空周期则通常通过电源控制，适当调节占空比和占空周期可以很好的控制基体表面的温度，避免温度过高造成对基体的损害。

最大能量密度，是指在给定的光路条件和激光器的工作参数条件下，照射到物体表面的单位面积上的最大能量。最大能量密度也是非常关键的参数。很多情况下，适当地控制最大能量密度，就可以做到在破坏污染物的同时，而不破坏基体。最大能量密度可以通过激光输出光路的焦距、衰减器等的调节加以改变，某些激光器也可以通过对激光器电源的工作条件调节，改变其单脉冲能量的方法改变其最大能量密度。

脉冲延续时间和脉冲频率，某些激光器是由其光学谐振腔决定的，有些则可以通过电源控制。

控制激光的照射点，以保证激光只针对污染区域做清洗，而不会损伤非污染区域。

上述参数的调节都是激光清洗物品中需要解决的问题。

目前亟需一种适用而灵活的可以保护基体和破坏污染物的激光清洗设备。

实用新型内容

为了克服现有技术中的问题，本实用新型提供了一种适用、灵活的，尤其适合于器物的激光清洗系统。

本实用新型的技术方案概述如下：

一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括与电源相连的用于输出电脉冲信号来控制激光器输出参数的控制电路系统及与控制电路系统连接的计算机。

所述激光器为脉冲激光器。

所述激光器安装在具有充分自由度的支架上。

所述支架通过手动调节或者通过电动设备调节。

所述控制电路系统连接至少一个用于控制电脉冲信号开启和关闭或者切换多路电脉冲信号的开关。

所述开关通过一可变电阻连接到激光器的调制信号接口正端或地线端。

所述手柄固定在光学谐振腔的输出端。

所述手柄通过光纤连接在光学谐振腔的输出端。

所述手柄通过连接件或光纤连接一带有监视器的摄像头。

本实用新型的有益效果是：能够灵活的调节激光器的参数，对于其适合的物件，能够有选择性的破坏其表面的污染物而不损害其基体。

附图说明

图1方案一的激光清洗系统示意图；

其中：

1.激光器电源  2.激光器光学谐振腔  3.手柄  4.被清洗物件  5.控制电路板  6.摄像头  7.监视器  8.计算机  9.开关  10.瞄准开关  11.透镜片  12.支架  13.挂钩  16.连接件

图2方案二的激光清洗系统示意图；

其中：

1.激光器电源  2.激光器光学谐振腔  3.手柄  4.被清洗物件  5.控制电路板  6.摄像头  7.监视器  8.计算机  9.开关  10.瞄准开关  14.Y型光纤

图3方案三的激光清洗系统示意图；

其中：

1.激光器电源  2.激光器光学谐振腔  3.手柄  4.被清洗物件  5.控制电路板  6.摄像头  7.监视器  8.计算机  9.开关  10.瞄准开关  11.透镜片  15.光纤  16.连接件

图4瞄准开关10的连接方式示意图，其中

10.开关  21.激光器调制信号接口的正端  22.激光器调制接口的地线端  23.可变电阻  25.控制电路板的信号输出端  26.控制电路板的地线

图5开关9的连接方式示意图，其中

9.开关  21.激光器调制信号接口的正端  22.激光器调制接口的地线端  27.与开关9连接的控制电路板的信号输出端  26.控制电路板的地线

具体实施方式

方案一：

1.1结构描述。

如图1所示。激光器电源1和激光器光学谐振腔2构成完整的激光器。激光器光学谐振腔2安装在支架12上的挂钩13的上面，并且具有充分的自由度。控制电路板5同时与激光电源1和计算机8连接，另有开关9和瞄准开关10同时连接到控制电路板5，所述的瞄准开关10为控制电路板5与激光电源1连接。

手柄3安装在激光器光学谐振腔2的输出端。手柄3内部是空的腔体，构成一个传输激光的光路，光路中包括一片透镜片11，透镜片11是可以根据需要更换。摄像头6经由连接件16固定在手柄3的上面，摄像头6还连接一监视器7，可以即时监视激光照射在被清洗物件4上的区域。

如图4所示，瞄准开关10是一个双路开关，激光器调制信号接口的地线端22经由可调电阻23、开关10与控制电路板的地线26连接。此处也可以将可变电阻安装在开关10和地线26之间，或者将可变电阻安装在正端25与正端21之间。其中可变电阻23的电阻可以从0调节到无穷大。控制电路板的控制信号端25经由开关10，与激光器的调制信号端21连接。瞄准开关10接通时，可以通过调节可变电阻23，使得激光器输出的激光脉冲极弱，对物件基体无有任何损伤，或者极弱的可以忽略的损伤，用于瞄准物体基体上的区域。开关10放开时，将激光器的输出控制完全交由开关9控制。

如图5所示，其中21和22为激光器的调制信号接口，21为信号端，22为地线端，22直接和控制电路板的地线26连接；控制电路板输出的调制信号经由27连接开关9，再接入激光器的调制信号接口21。开关9接通时，激光器输出激光脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出。

1.2工作描述。

1.2.1在工作状态时，计算机8设定控制电路板5的电脉冲输出参数，以通过控制电路板5设定激光器的开关、单脉冲能量、频率、占空比、占空周期。特别设定开关9下压时，为激光器输出脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出；瞄准开关10下压时，输出的激光脉冲极弱，对物件基体无有任何损伤，或者极弱的可以忽略的损伤，瞄准开关10放开时，将激光器的输出控制完全交由开关9控制。这样的设定，可以保证在瞄准开关10下压时，能够在监视器上或由肉眼，看到激光的照射区域，通过移动被清洗物件4，以及改变手柄3的位置，可以瞄准希望被清洗的区域，而不会伤及不希望清洗的区域。

1.2.2在瞄准之后，即可以通过开关9，开启激光脉冲，针对污染物进行清洗，同时通过监视器7观察清洗情况。在希望停止的时候，放开开关9，就可以停止清洗。

1.2.3在本方案中，可以通过以下方式达到只破坏污染物而不损害基体的效果：

1.2.3.1通过计算机8更改控制电路板的电脉冲输出参数，以改变激光脉冲的参数——占空比、占空周期、脉冲频率、单脉冲能量；

1.2.3.2或者通过更换透镜片11，改变激光脉冲的最大能量密度；

1.2.3.3或者更换不同工作波长的激光器；

1.2.3.4或者改变激光输出端和物件4之间的距离；

1.2.3.5或者改变激光照射在物件4表面上的角度。

方案二：

2.1结构描述。

如图2所示。激光器电源1和激光器光学谐振腔2构成完整的激光器。控制电路板5同时与激光电源1和计算机8连接，另有开关9和瞄准开关10同时连接到控制电路板5，开关9和开关10与方案一的连接方式相同。控制电路板5与激光电源1连接。Y型光纤14的一个分支连接激光器光学谐振腔2的输出端，另一分支连接摄像头6，Y型光纤3的同轴端是激光的输出端也是摄像头6的采集口，其外部安装有手柄3。摄像头6和监视器7连接，可以即时监视激光照射在被清洗物件4上的区域。

2.2工作描述。

2.2.1在工作状态时，计算机8设定控制电路板5的电脉冲输出参数，以通过控制电路板5设定激光器的开关、单脉冲能量、频率、占空比、占空周期。特别设定开关9下压时，为激光器输出脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出；瞄准开关10下压时，输出的激光脉冲极弱，对物件基体无有任何损伤，或者极弱的可以忽略的损伤，瞄准开关10放开时，将激光器的输出控制完全交由开关9控制。这样的设定，可以保证在瞄准开关10下压时，能够在监视器上或由肉眼，看到激光的照射区域，通过移动被清洗物件4，以及改变手柄3的位置，可以瞄准希望被清洗的区域，而不会伤及不希望清洗的区域。

2.2.2在瞄准之后，即可以通过开关9，开启激光脉冲，针对污染物进行清洗，同时通过监视器7观察清洗情况。在希望停止的时候，放开开关9，就可以停止清洗。

2.2.3在本方案中，可以通过以下方式达到只破坏污染物而不损害基体的效果：

2.2.3.1通过计算机8更改控制电路板的电脉冲输出参数，以改变激光脉冲的参数——占空比、占空周期、脉冲频率、单脉冲能量；

2.2.3.2或者通过改变Y型光纤14中，传输激光的光纤的数值孔径，以改最大能量密度；

2.2.3.3或者更换不同工作波长的激光器。

2.2.3.4或者改变激光输出端和物件4之间的距离；

2.2.3.5或者改变激光照射在物件4表面上的角度。

方案3：

3.1结构描述。

如图2所示。激光器电源1和激光器光学谐振腔2构成完整的激光器。控制电路板5同时与激光电源1和计算机8连接，另有开关9和瞄准开关10连接控制电路板5和激光电源1，开关9和开关10与方案一的连接方式相同。光纤15的一端连接激光器光学谐振腔2的输出端，另一端外部安装有手柄3，手柄3内部为传输激光的光路，光路中有透镜片11。摄像头6经由连接件16固定在手柄3上面，摄像头6和监视器7连接，可以即时监视激光照射在被清洗物件4上的区域。

3.2工作描述。

3.2.1在工作状态时，计算机8设定控制电路板5的电脉冲输出参数，以通过控制电路板5设定激光器的开关、单脉冲能量、频率、占空比、占空周期。特别设定开关9下压时，为激光器输出脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出；瞄准开关10下压时，输出的激光脉冲极弱，对物件基体无有任何损伤，或者极弱的可以忽略的损伤，瞄准开关10放开时，将激光器的输出控制完全交由开关9控制。这样的设定，可以保证在瞄准开关10下压时，能够在监视器上或由肉眼，看到激光的照射区域，通过移动被清洗物件4，以及改变手柄3的位置，可以瞄准希望被清洗的区域，而不会伤及不希望清洗的区域。

3.2.2在瞄准之后，即可以通过开关9，开启激光脉冲，针对污染物进行清洗，同时通过监视器7观察清洗情况。在希望停止的时候，放开开关9，就可以停止清洗。

3.2.3在本方案中，可以通过以下方式达到只破坏污染物而不损害基体的效果：

3.2.3.1通过计算机8更改控制电路板的电脉冲输出参数，以改变激光脉冲的参数——占空比、占空周期、脉冲频率、单脉冲能量；

3.2.3.2或者通过改变光纤15的数值孔径，或者改变透镜片11的焦距，以改最大能量密度；

3.2.3.3或者更换不同工作波长的激光器。

3.2.3.4或者改变激光输出端和物件4之间的距离；

3.2.3.5或者改变激光照射在物件4表面上的角度。

上述方案中，控制电路板可以采用FPGA、CPLD等可以产生脉冲信号的电路板，不影响本实用新型的实施。

此处叙述的示例方案仅仅是对本实用新型原理的解释。不应以任何方式，利用上面的叙述限制本实用新型的范围。本领域的专业人士，可以利用本实用新型的原理，设计各种不同的实施方案，而不超出本实用新型的范围。

Claims (9)

1.一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括与电源相连的用于输出电脉冲信号来控制激光器输出参数的控制电路系统及与控制电路系统连接的计算机。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器为脉冲激光器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器安装在具有充分自由度的支架上。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述支架通过手动调节或者通过电动设备调节。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制电路系统连接至少一个用于控制电脉冲信号开启和关闭或者切换多路电脉冲信号的开关。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述开关通过一可变电阻连接到激光器的调制信号接口正端或地线端。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手柄固定在光学谐振腔的输出端。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手柄通过光纤连接在光学谐振腔的输出端。

10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述手柄通过连接件或光纤连接一带有监视器的摄像头。

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