CN204307888U - 激光清洗机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光清洗机，包括激光发生器和激光加工器，所述激光加工器包括相对于待清洗物体、位于所述激光发生器前面的激光聚焦模块，位于所述激光聚焦模块侧面的激光测距模块以及位于所述激光测距模块前面、输入激光波长范围与激光聚焦模块输出激光波长范围不重合的窄带滤波模块；所述激光测距模块的出射口和所述激光聚焦模块的出射口相对于所述待清洗物体平行设置。本实用新型利用所述激光测距模块与所述窄带滤波模块的有机结合，消除了清洗过程中影响时时距离监测准确性的干扰背景光，利用所述激光测距模块获得了准确距离信息，确保其在指定加工范围内进行激光清洗工作。

Description

激光清洗机

技术领域

本实用新型涉及光学清洁装置，具体涉及一种激光清洗机。

背景技术

近年来随着制造业的快速发展，我国已经从制造大国逐渐转变为制造强国，高端制造与智能制造成为了业内热门研究方向，而快速与高精度检测则是高端制造与智能制造的典型特征之一。激光清洗作为一种新兴的新能源环保清洗技术在近几年发展十分迅猛，正在逐渐替代原有的物理清洗与化学清洗；且目前激光三角法测距模块作为清洗时的测距装置在微电子行业的检验环节已经得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。但是现有技术的激光清洗针对清洗效果的检测几乎都集中在加工之后，在加工过程中的在线检测几乎没有应用。

在现有技术中，为保证得到较高的激光清洗效率，当前主流技术是依据待清洗物体表面形状进行编程，按设定图形对待清洗物体进行清洗。然而此种技术既需要待清洗物体加工精度足够高，又需要清洗过程中能对待清洗物体准确识别和定位，导致清洗前准备程序过于复杂，同时不适用于没有电子图形格式的物体表面清洗。为了解决上述问题，中国发明专利申请201410378140.2公开了一种焦点跟踪激光清洗机，其包括激光器、光纤耦合传输系统、激光清洗头、控制系统及激光焦点跟踪系统。光纤耦合传输系统设置在激光器的前侧；激光清洗头设置在光纤耦合传输系统的前侧，经过耦合的激光入射至激光清洗头进行准直、振动反射和聚焦后输出激光照射在工件上。其控制系统与激光器连接，用于控制激光器产生不同功率和不同工作模式的激光。该焦点跟踪激光清洗机将激光焦点跟踪系统设置在激光清洗头上，激光焦点跟踪系统用于测量和显示激光清洗头输出的激光的焦点与工件之间的距离。该焦点跟踪激光清洗机是在激光清洗头上加装激光焦点跟踪系 统对待清洗物体进行时时测量，依据测量结果来对清洗过程进行动态调整。然而在具体清洗过程中的清洗用激光功率远远高于测量用激光功率，干扰背景光淹没了测量信号光，激光测距模块的虚警率极高，根本无法正常使用。综上所述，现国内相关行业尤其是激光清洗行业迫切需要一种新型清洗技术，提供能够时时检测清洗效果的激光清洗机以实现对待清洗物体的高效清洗。

实用新型内容

本实用新型需要解决的现有技术的问题是：现有技术中的激光清洗装置在清洗过程中进行时时距离监测时，由于无法消除干扰背景光而无法利用激光测距模块获得准确距离信息，造成激光清洗过程中激光测距数据虚警率高，无法确保激光清洗在指定加工范围内工作。

具体来说，本实用新型提出了如下技术方案。

本实用新型提供一种激光清洗机，包括激光发生器和激光加工器，所述激光加工器包括

相对于待清洗物体、位于所述激光发生器前面的激光聚焦模块，

相对于所述待清洗物体、位于所述激光聚焦模块侧面的激光测距模块，和

相对于所述待清洗物体位于所述激光测距模块前面、输入激光波长范围与所述激光聚焦模块输出激光波长范围不重合的窄带滤波模块；

所述激光测距模块出射口和接收口均与所述激光聚焦模块的出射口相对于所述待清洗物体平行设置。

优选的是，相对于所述待清洗物体，所述激光测距模块出射口的横截面和接收口的横截面均与所述窄带滤波模块的横截面位置重合。

优选的是，所述激光测距模块的纵剖面和所述激光聚焦模块的纵剖面相对于所述待清洗物体位置重合。

优选的是，所述激光清洗机包括激光整形器，所述激光整形器位于所述激光发生器和所述激光加工器之间。

优选的是，所述激光整形器包括光束整形模块，所述光束整形模块设置在所述激光发生器和所述激光聚焦模块之间。

优选的是，所述激光整形器包括光斑选定模块，所述光斑选定模块设置在所述激光发生器和所述激光聚焦模块之间。

优选的是，所述激光整形器包括光束整形模块和光斑选定模块，所述光束整形模块设置在所述激光发生器和所述激光聚焦模块之间，所述光斑选定模块设置在所述光束整形模块和所述激光聚焦模块之间。

优选的是，相对于所述待清洗物体，所述激光发生器出射口的横截面和所述光束整形模块入射口的横截面位置重合、所述光束整形模块出射口的横截面和所述激光聚焦模块入射口的横截面位置重合。

优选的是，相对于所述待清洗物体，所述激光发生器出射口的横截面和所述光斑选定模块入射口的横截面位置重合、所述光斑选定模块出射口的横截面和所述激光聚焦模块入射口的横截面位置重合。

本实用新型的激光清洗机包括激光发生器和激光加工器。激光加工器包括激光聚焦模块、激光测距模块和窄带滤波模块。激光发生器发出激光清洗所需要的脉冲激光。激光发生器可选用端泵激光器、侧泵激光器、光纤激光器等。激光加工器通过激光聚焦模块将激光发生器发出的脉冲激光聚焦至待清洗物体表面，同时通过窄带滤波模块过滤干扰背景光、提取所需信号，并通过激光测距模块对待清洗表面进行测距、获得准确距离信息。本实用新型的激光清洗机可以实现激光清洗过程中的时时距离监测，确保激光清洗在指定加工范围内工作。

窄带滤波模块针对激光测距模块的激光波长进行窄带滤波。激光测距模块的激光波长和激光发生器输出的激光波长存在明显差异。激光测距模块的激光波长在窄带滤波器可通过的波长范围内，而激光发生器输出的激光波长不在窄带滤波器可通过的波长范围内，以确保窄带滤波模块的窄带可以有效滤除激光发生器发出的干扰背景光、使激光测距模块得到的数据信息真实可靠。

相对于待清洗物体，激光测距模块位于激光聚焦模块的侧边、窄带滤波模块位于激光测距模块和待清洗物体之间。激光发生器和激光聚焦模块的位置相对固定，以确保激光发生器发出的激光可以全部通过激光聚焦模块聚焦到待清洗物体表面上。激光测距模块设置在激光聚焦模块的侧边，且激光测 距模块的纵剖面和激光聚焦模块的纵剖面相对于待清洗物体位置重合，以确保激光测距模块和激光聚焦模块对于待清洗物体的距离一致、根据激光测距模块和待清洗物体表面间的距离即可得出激光聚焦模块和待清洗物体间的距离。窄带滤波模块设置在激光测距模块和待清洗物体之间，且激光测距模块的出射口和接收口在同一侧、出射口和接收口的横截面均与窄带滤波模块的横截面相对于待清洗物体位置重合，以确保激光测距模块接收到的光线全部是通过窄带滤波模块过滤后的光线，防止在具体清洗过程中因为清洗用激光功率远远高于测量用激光功率而造成干扰背景光淹没了测量信号光，极大增加激光测距模块的虚警率、使得激光测距模块根本无法正常使用。“纵剖面”定义为由激光发生器的出射口到待清洗物体表面的垂线构成的面，即纵剖面垂直于待清洗物体表面；“横截面”的定义为垂直于“纵剖面”，即横截面平行于待清洗物体表面。

本实用新型的激光清洗机还包括激光整形器。激光整形器包括光束整形模块以及相对于待清洗物体位于光束整形模块后的光斑选定模块。光束整形模块可以实现对激光发生器的发射激光的发散角在一定范围内连续可调，光斑选定模块可以实现对射入的激光光斑在一定范围内连续可调。相对于待清洗物体，激光发生器出射口的横截面和光束整形模块入射口的横截面位置重合、光束整形模块出射口的横截面和激光聚焦模块入射口的横截面位置重合，激光发生器出射口的横截面和光斑选定模块入射口的横截面位置重合、光斑选定模块的出射口的横截面和激光聚焦模块的入射口的横截面位置重合。激光发生器、激光整形器和激光聚焦模块的位置相对固定，确保用于激光清洗的脉冲激光由激光发生器发出，依次经过光束整形模块、光斑选定模块、激光聚焦模块到达待清洗物体表面进行激光清洗。

激光整形器的主要作用是对激光发生器提供的脉冲激光进行整形，以达到进入激光聚焦模块的要求。光束整形模块中包含透镜组，透镜组中的透镜之间的相对位置能够连续调整。激光清洗机通过调整透镜组中各透镜之间的间距来实现对激光发生器的发射激光的发散角在一定范围内的连续可调，使其以达到进入激光聚焦模块的激光发散角要求。光斑选定模块中包含通光面积可调的光阑，激光清洗机通过调整光阑的通光面积可以实现对激光发生器 的发射激光或经过光束整形模块后的激光的光斑在一定范围内连续可调，使其以达到进入激光聚焦模块的激光光斑尺寸要求。

激光发生器、激光整形器和激光聚焦模块的位置相对固定，确保用于激光清洗的脉冲激光由激光发生器发出，依次经过光束整形模块、光斑选定模块、激光聚焦模块到达待清洗物体表面，对待清洗物体实现高效清洗。本实用新型的激光清洗机可以选用输出波长为1064nm脉冲激光的激光发生器，为激光清洗提供有效的激光光源，激光发生器的输出平均功率为100W；激光清洗机通过光束整形模块可以将脉冲激光发散角调整至1mrad，通过光斑选定模块可以将脉冲激光光斑选定为直径为16mm的圆形光斑准备进入激光聚焦模块，通过激光聚焦模块可以将脉冲激光聚焦至直径为0.05mm的圆形光斑对待清洗物体进行清洗，通过激光测距模块对加工区间距离进行测定，通过窄带滤波模块对干扰背景光进行有效过滤以保证激光测距模块的数据稳定性，实现对待清洗物体的高效激光清洗。

本实用新型的激光清洗机通过激光发生器为激光清洗提供有效的激光光源，通过激光整形器的光束整形模块对脉冲激光的发散角进行调整、光斑选定模块对脉冲激光的光斑面积进行调整；通过激光加工器的激光测距模块对加工区间距离进行测定、窄带滤波模块对干扰背景光进行有效过滤以保证激光测距模块的数据稳定性，实现对待清洗物体的高效激光清洗。本实用新型的激光清洗机利用激光测距模块与窄带滤波模块的功能有机结合，消除了激光清洗过程中影响时时距离监测准确性的干扰背景光，解除了激光清洗过程中激光测距数据虚警率高的现状、利用激光测距模块获得了准确距离信息，确保了激光清洗能够在指定加工范围内工作。本实用新型实现了对激光清洗过程进行时时监测、达到了高效清洗的目的。本实用新型可以在清洗过程中时时对清洗效果进行检测并给予动态调整、从而提高清洗效率，获得更大的经济效益。

下面结合附图和各个具体实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明，其中：

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

图中附图标记说明如下：1-激光清洗机、2-激光发生器、3-激光整形器、4-光束整形模块、5-光斑选定模块、6-激光加工器、7-激光聚焦模块、8-激光测距模块、9-窄带滤波模块、10-待清洗物体。 

具体实施方式

如上所述，本实用新型的目的在于：激光清洗机能够解除清洗过程中激光测距数据虚警率高的现状，利用激光测距模块获得准确距离信息、能够时时监测与待清洗物体的距离以确保激光清洗能够在指定加工范围内工作。

和现有技术相比，本实用新型提供一种激光清洗机1，包括激光发生器2和激光加工器6。所述激光加工器6包括相对于待清洗物体10、位于所述激光发生器2前面的激光聚焦模块7，和相对于所述待清洗物体10、位于所述激光聚焦模块7侧面且出射口和所述激光聚焦模块7的出射口平行设置的激光测距模块8，以及相对于所述待清洗物体10、位于所述激光测距模块8前面、输入激光波长范围与所述激光聚焦模块7输出激光波长范围不重合的窄带滤波模块9。所述激光发生器2的主要作用是提供用于激光清洗用的脉冲激光，所述激光加工器6的主要作用是对脉冲激光进行聚焦至所述待清洗物体10表面对其进行清洗，同时通过所述激光测距模块8与所述窄带滤波模块9的有机结合对激光清洗过程进行时时监测、以确保高效清洗。

实施例1

参照图1所示，本实用新型提供的第一种激光清洗机1，包括激光发生器2、激光整形器3和激光加工器6。所述激光发生器2选用能够输出波长为1064nm的脉冲激光的脉冲激光器，其输出平均功率为100W。所述激光整形器3包括光束整形模块4，以及相对于待清洗物体10位于所述光束整形模块4后的光斑选定模块5。所述光束整形模块4中包含一对相对位置可调的透镜组，所述透镜组中各透镜间的相对位置可连续调整。所述光斑选定模块5内包含一个通光面积可调的光阑。所述光束整形模块4能够将脉冲激光的发散角调整至1mrad，所述光斑选定模块5能够将脉冲激光的光斑选定为直径为 16mm的圆形光斑。所述激光加工器6包括相对于所述待清洗物体10位于所述激光发生器2前面的激光聚焦模块7，相对于所述待清洗物体10位于所述激光聚焦模块7侧边的激光测距模块8，以及相对于所述待清洗物体10位于所述激光测距模块8后面的所述窄带滤波模块9。所述激光聚焦模块7可以将脉冲激光聚焦成直径为0.05mm的圆形光斑。所述激光测距模块8的激光波长与所述激光发生器2输出的激光波长存在明显差异。所述激光清洗机1相对所述待清洗物体10，从后到前依次设置有所述激光发生器2、所述光束整形模块4、所述光斑选定模块5、所述激光聚焦模块7，所述激光测距模块8和所述窄带滤波模块9设置在所述激光聚焦模块7一侧、所述激光测距模块8设置在所述窄带滤波模块9设置后。所述激光发生器2的出射口、所述光束整形模块4的出射口、所述光斑选定模块5的出射口、所述激光聚焦模块7的出射口、所述激光测距模块8的出射口和所述激光测距模块8的接收口全部朝向所述待清洗物体10。相对于所述待清洗物体10，所述激光发生器2出射口的横截面和所述光束整形模块4入射口的横截面位置重合、所述光束整形模块4出射口的横截面和所述光斑选定模块5入射口的横截面位置重合、所述光斑选定模块5出射口的横截面和所述激光聚焦模块7入射口的横截面位置重合、所述激光测距模块8的出射口和接收口的横截面均与所述窄带滤波模9的横截面位置重合、以及所述激光测距模块8的纵剖面和所述激光聚焦模块7的纵剖面位置重合。

利用实施例1的所述激光清洗机1对所述待清洗物体10进行监控清洗时，所述激光发生器2、所述激光整形器3和所述激光聚焦模块7位置的相对固定，确保用于激光清洗的脉冲激光由所述激光发生器2发出，依次经过所述光束整形模块4、所述光斑选定模块5、所述激光聚焦模块7到达所述待清洗物体10表面进行激光清洗。所述激光清洗机1通过调整所述光束整形模块4的透镜组中各透镜之间的间距来实现对所述激光发生器2的发射激光发散角在一定范围内连续可调，以达到进入所述激光聚焦模块7的激光发散角要求。所述激光清洗机1通过调整所述光斑选定模块5的光阑的通光面积，以实现对经过所述光束整形模块4后的激光光斑在一定范围内连续可调，以达到进入所述激光聚焦模块7的激光光斑尺寸要求。所述激光聚焦模块7将 经过所述激光整形器3的脉冲激光进行聚焦至所述待清洗物体10表面对其进行清洗。所述窄带滤波模块9针对所述激光测距模块8的激光波长进行窄带滤波。所述激光测距模块8的激光波长与所述激光发生器2输出的激光波长存在明显差异，使所述窄带滤波模块9的窄带可以有效滤除所述激光发生器2的干扰背景光，确保所述激光测距模块8得到的数据信息真实可靠。所述激光测距模块8接收提取所述窄带滤波模块9过滤之后的信号，以实现对所述待清洗物体10表面测距且所测位置为所述激光聚焦模块7在所述待清洗物体10表面上的清洗位置，对清洗位置进行时时监测以确定清洗效果并给予系统反馈。

实施例2

本实用新型提供的第二种激光清洗机1，包括激光发生器2、激光整形器3和激光加工器6。所述激光发生器2选用端泵激光器。所述激光整形器3包括光束整形模块4。所述光束整形模块4中包含一对相对位置可调的透镜组，所述透镜组中各透镜间的相对位置可连续调整。所述光束整形模块4能够将脉冲激光的发散角调整至1mrad。所述激光加工器6包括相对于所述待清洗物体10位于所述激光发生器2前面的激光聚焦模块7，相对于所述待清洗物体10位于所述激光聚焦模块7侧边的激光测距模块8，以及相对于所述待清洗物体10位于所述激光测距模块8后面的所述窄带滤波模块9。所述激光聚焦模块7可以将脉冲激光聚焦成直径为0.05mm的圆形光斑。所述激光测距模块8的激光波长与所述激光发生器2输出的激光波长存在明显差异。所述激光清洗机1相对所述待清洗物体10，从后到前依次设置有所述激光发生器2、所述光束整形模块4、所述激光聚焦模块7，所述激光测距模块8和所述窄带滤波模块9设置在所述激光聚焦模块7一侧、所述激光测距模块8设置在所述窄带滤波模块9设置后。所述激光发生器2的出射口、所述光束整形模块4的出射口、所述激光聚焦模块7的出射口、以及所述激光测距模块8的出射口和所述激光测距模块8的接收口全部朝向所述待清洗物体10。相对于所述待清洗物体10，所述激光发生器2出射口的横截面和所述光束整形模块4入射口的横截面位置重合、所述光束整形模块4出射口的横截面和所 述激光聚焦模块7入射口的横截面位置重合、所述激光测距模块8出射口和接收口的横截面均与所述窄带滤波模块9的横截面位置重合、以及所述激光测距模块8的纵剖面和所述激光聚焦模块7的纵剖面位置重合。

利用实施例2的所述激光清洗机1对所述待清洗物体10进行监控清洗时，除了不能对经过所述光束整形模块4后的激光的光斑尺寸进行调整外，其余功能、操作均与实施例1相同。

实施例3

本实用新型提供的第三种激光清洗机1，包括激光发生器2、激光整形器3和激光加工器6。所述激光发生器2选用能侧泵激光器。所述激光整形器3包括光斑选定模块5。所述光斑选定模块5内包含一个通光面积可调的光阑。所述光斑选定模块5能够将脉冲激光的光斑选定为直径为16mm的圆形光斑。所述激光加工器6包括相对于所述待清洗物体10位于所述激光发生器2前面的激光聚焦模块7，相对于所述待清洗物体10位于所述激光聚焦模块7侧边的激光测距模块8，以及相对于所述待清洗物体10位于所述激光测距模块8后面的所述窄带滤波模块9。所述激光聚焦模块7可以将脉冲激光聚焦成直径为0.05mm的圆形光斑。所述激光测距模块8的激光波长与所述激光发生器2输出的激光波长存在明显差异。所述激光清洗机1相对所述待清洗物体10，从后到前依次设置有所述激光发生器2、所述光斑选定模块5、所述激光聚焦模块7，所述激光测距模块8和所述窄带滤波模块9设置在所述激光聚焦模块7一侧、所述激光测距模块8设置在所述窄带滤波模块9设置后。所述激光发生器2的出射口、所述光斑选定模块5的出射口、所述激光聚焦模块7的出射口、以及所述激光测距模块8的出射口全部朝向所述待清洗物体10。相对于所述待清洗物体10，所述激光发生器2出射口的横截面和所述光斑选定模块5入射口的横截面位置重合、所述光斑选定模块5出射口的横截面和所述激光聚焦模块7入射口的横截面位置重合、所述激光测距模块8出射口和接收口的横截面均与所述窄带滤波模块的横截面位置重合、以及所述激光测距模块8的纵剖面和所述激光聚焦模块7的纵剖面位置重合。

利用实施例3的所述激光清洗机1对所述待清洗物体10进行监控清洗 时，除了不能对经过所述激光发生器2的发射激光发散角进行调整外，其余功能、操作均与实施例1相同。

实施例4

本实用新型提供的第四种激光清洗机1，包括激光发生器2和激光加工器6。所述激光发生器2选用光纤激光器。所述激光加工器6包括相对于所述待清洗物体10位于所述激光发生器2前面的激光聚焦模块7，相对于所述待清洗物体10位于所述激光聚焦模块7侧边的激光测距模块8，以及相对于所述待清洗物体10位于所述激光测距模块8后面的所述窄带滤波模块9。所述激光聚焦模块7可以将脉冲激光聚焦成直径为0.05mm的圆形光斑。所述激光测距模块8的激光波长与所述激光发生器2输出的激光波长存在明显差异。所述激光清洗机1相对所述待清洗物体10，从后到前依次设置有所述激光发生器2、所述激光聚焦模块7，所述激光测距模块8和所述窄带滤波模块9设置在所述激光聚焦模块7一侧、所述激光测距模块8设置在所述窄带滤波模块9设置后。所述激光发生器2的出射口、所述激光聚焦模块7的出射口、所述激光测距模块8的出射口全部朝向所述待清洗物体10。相对于所述待清洗物体10，所述激光发生器2出射口的横截面和所述激光聚焦模块7入射口的横截面位置重合、所述激光测距模块8出射口和接收口的横截面均与所述窄带滤波模块9的横截面位置重合、以及所述激光测距模块8的纵剖面和所述激光聚焦模块7的纵剖面位置重合。

利用实施例4的所述激光清洗机1对所述待清洗物体10进行监控清洗时，除了不能对所述激光发生器2发射出的激光的发散角和光斑尺寸进行调整外，其余功能、操作均与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种激光清洗机，包括激光发生器和激光加工器，其特征在于：所述激光加工器包括

相对于待清洗物体、位于所述激光发生器前面的激光聚焦模块，

相对于所述待清洗物体、位于所述激光聚焦模块侧面的激光测距模块，和

相对于所述待清洗物体位于所述激光测距模块前面、输入激光波长范围与所述激光聚焦模块输出激光波长范围不重合的窄带滤波模块；

所述激光测距模块出射口和接收口均与所述激光聚焦模块的出射口相对于所述待清洗物体平行设置。

2.根据权利要求1所述的激光清洗机，其特征在于：相对于所述待清洗物体，所述激光测距模块出射口的横截面和接收口的横截面均与所述窄带滤波模块的横截面位置重合。

3.根据权利要求1所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光测距模块的纵剖面和所述激光聚焦模块的纵剖面相对于所述待清洗物体位置重合。

4.根据权利要求2所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光测距模块的纵剖面和所述激光聚焦模块的纵剖面相对于所述待清洗物体位置重合。

5.根据权利要求1-4任一所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光清洗机包括激光整形器，所述激光整形器位于所述激光发生器和所述激光加工器之间。

6.根据权利要求5所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光整形器包括光束整形模块，所述光束整形模块设置在所述激光发生器和所述激光聚焦模块之间。

7.根据权利要求5所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光整形器包括光斑选定模块，所述光斑选定模块设置在所述激光发生器和所述激光聚焦模块之间。

8.根据权利要求6所述的激光清洗机，其特征在于：所述激光整形器包括光斑选定模块，所述光斑选定模块设置在所述光束整形模块和所述激光聚焦模块之间。

9.根据权利要求6所述的激光清洗机，其特征在于：相对于所述待清洗物体，所述激光发生器出射口的横截面和所述光束整形模块入射口的横截面位置重合、所述光束整形模块出射口的横截面和所述激光聚焦模块入射口的横截面位置重合。

10.根据权利要求7所述的激光清洗机，其特征在于：相对于所述待清洗物体，所述激光发生器出射口的横截面和所述光斑选定模块入射口的横截面位置重合、所述光斑选定模块出射口的横截面和所述激光聚焦模块入射口的横截面位置重合。