CN206981344U - 一种线扫描激光清洗头 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种线扫描激光清洗头，属于激光光束整形和激光清洗技术领域，包括光纤输出头、光阑、Y方向准直透镜、X方向准直透镜、Y方向聚焦透镜、扫描转镜、保护镜及系统外壳，光阑、Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜的中心轴与光纤输出头的中心轴重合，光阑设置于光纤输出头与Y方向准直透镜之间，Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜依次设置在光纤输出头的出射光路上，扫描转镜的旋转中心轴与电机的输出轴连接；保护镜设置在扫描转镜的反射光路上。该系统采用光阑和透镜组，将光纤发出的激光整形成较均匀的条形光斑并采用扫描转镜，控制条形光斑在被清洗表面扫描实现线扫描，便于进行激光清洗的应用。

Description

一种线扫描激光清洗头

技术领域

本实用新型属于激光光束整形和激光清洗技术领域，特别是涉及一种线扫描激光清洗头。

背景技术

激光清洗机理主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后，或汽化挥发，或瞬间受热膨胀而克服表面对粒子的吸附力，使其脱离物体表面，进而达到清洗的目的。

在工业生产、古文物和艺术品保护以及牙齿疾病的治疗中，常常需要用到清洗技术。工业制品的电镀、磷化、喷涂、焊接、包装以及集成线路装配过程中，必须除去表面上的油脂、灰尘、锈垢及残留的溶剂、粘结剂等污物，以确保下道工序的质量。由于环境污染和保护不善等原因，大量文物和珍贵艺术品正逐渐锈蚀和污损，有的已被完全破坏，这就有必要采取措施除掉文物表面的污垢及锈蚀，恢复其旧貌。

传统的清洗方法包括机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法，尽管它们在清洗行业中得到广泛的应用，但在环境保护和高精度要求下其应用受到很大的限制。机械方法无法满足高清洁度清洗要求，而化学清洗方法容易导致环境污染，获得的清洁度也很有限；特别是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面清洁度的要求。超声波清洗法尽管清洗效果不错，但对亚微米级污粒的清洗无能为力，清洗槽的尺寸限制了加工零件的范围和复杂程度，而且清洗后对工件的干燥亦是一大难题。

激光清洗技术是近十年来飞速发展起来的新型清洗技术，它因自身的许多优点在许多领域中正逐步取代传统清洗工艺。它能适应各种表面污物的清洗，对环境污染极小，也可以做到不损伤基体。目前该方法已成为传统清洗方法的补充和延伸，并因其固有的许多优点而展示了广阔的应用前景。目前国内一些厂家和研究机构，已陆续推出扫描式、手持式等激光清洗设备。

激光清洗设备通常采用光纤传输激光，使设备使用更加灵活，但由于光纤自身的结构和性质，由光纤传输并发出的激光通常为截面为圆形的发散光，且光斑功率不均匀，中心功率较高，边缘功率较低，且现阶段，激光清洗机清洗效率还有待提高。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种线扫描激光清洗头，其采用光阑和透镜组，将光纤发出的激光整形成较均匀的条形光斑，并采用扫描转镜，控制条形光斑在被清洗表面扫描，实现线扫描，便于进行激光清洗的应用。

为达到上述技术目的，本实用新型采用的技术方案：一种线扫描激光清洗头，其特征在于，包括：光纤输出头、光阑、Y方向准直透镜、X方向准直透镜、Y方向聚焦透镜、扫描转镜、保护镜及系统外壳，光纤输出头、光阑、Y方向准直透镜、X方向准直透镜、Y方向聚焦透镜、扫描转镜及保护镜均固定安装在系统外壳上，所述光阑、Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜的中心轴与光纤输出头的中心轴重合，其中光阑设置于光纤输出头与Y方向准直透镜之间，Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜为正光焦度透镜，Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜依次设置在光纤输出头的出射光路上，且Y方向准直透镜与光纤输出头输出端之间的距离和Y方向准直透镜的焦距相等，X方向准直透镜与光纤输出头输出端之间的距离和X方向准直透镜的焦距相等；所述扫描转镜为多边形反射镜，扫描转镜的旋转中心轴与电机的输出轴连接；所述保护镜设置在扫描转镜的反射光路上。

进一步，所述光纤输出头为SMA905型号接头，在所述系统外壳前端设有与光纤输出头相匹配的SMA905接口。

进一步，所述光阑的通光孔呈圆形。

进一步，所述Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜均为柱透镜，且Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜的两面都镀有激光增透膜。。

进一步，所述扫描转镜的每个面都镀有激光高反射膜。

进一步，所述系统外壳内壁在与Y方向准直透镜、X方向准直透镜及Y方向聚焦透镜相应的位置上设有透镜安装台阶。

进一步，所述保护镜为平行平板玻璃，两面镀有激光增透膜。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型提出的一种线扫描激光清洗头，将由光纤传输并发出的激光通常为截面为圆形，且光斑功率不均匀，中心功率较高，边缘功率较低的发散激光整形成较均匀的条形光斑，并采用扫描转镜，控制条形光斑在被清洗表面上扫描，实现光斑的线扫描，用于激光除锈、除漆等，可应用于手持式、扫描式等激光清洗设备，提高激光清洗的效率。

附图说明

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种线扫描激光清洗头的结构示意图。

图2为本实用新型一种线扫描激光清洗头的局部坐标图。

图3为本实用新型一种线扫描激光清洗头中光阑截面示意图。

图4为本实用新型一种线扫描激光清洗头整形后激光光斑及扫描方向示意图。

图中：1-光纤输出头、2-光阑、3-Y方向准直透镜、4-X方向准直透镜、5-Y方向聚焦透镜、6-扫描转镜、7-保护镜、8-系统外壳、801-SMA905接口、802-透镜安装台阶、9-被清洗表面。

具体实施方式

本实用新型提出了一种线扫描激光清洗头，如图1及图2所示，包括光纤输出头1、光阑2、Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4、Y方向聚焦透镜5、扫描转镜6、保护镜7及系统外壳8，所述光阑2、Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4及Y方向聚焦透镜5的中心轴与光纤输出头1的中心轴重合，所述Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4及Y方向聚焦透镜5都为正光焦度透镜。

所述Y方向准直透镜3为柱透镜，安装在所述光纤输出头1后面，Y方向准直透镜3与所述光纤输出头1端面距离与Y方向准直透镜3焦距相等，其作用是对激光光束Y方向进行准直，即压缩激光光束在Y方向发散角至最小。

如图3所示，所述光阑2的通光孔呈圆形，光阑2安装在所述Y方向准直透镜3与所述光纤输出头1之间，由于所述光纤输出头1发出的激光为高斯光束，中心功率较高，边缘功率较低，直接用于激光清洗会因为能量不均匀导致清洗质量不均匀，采用所述光阑2，用于遮挡传输的激光光束边缘的激光，仅允许激光光束中心功率较高的部分通过，一定程度上使激光光束能量匀化，所述光阑2安装位置和直径需根据激光光束从所述光纤输出头1发出后的光束尺寸具体设计，采用固化胶固化到所述系统外壳8内壁相应位置上。

所述X方向准直透镜4为柱透镜，安装在所述Y方向准直透镜3后面，X方向准直透镜4与光纤输出头1输出端之间的距离和X方向准直透镜4的焦距相等，仅能对激光光束X方向进行准直，即压缩激光光束在X方向发散角至最小，此时获得X方向和Y方向都准直的激光光束。

所述Y方向聚焦透镜5为柱透镜，安装在所述X方向准直透镜4后面光路中，仅能对激光光束Y方向进行聚焦，使光束在Y方向聚焦透镜5焦点处尺寸达到最小，此时在所述Y方向聚焦透镜5焦点处，获得X方向较长，Y方向很窄的条形光斑，所述Y方向聚焦透镜5采用长焦距设计，使工作距离较远，且焦深较长。

传统激光扫描采用扫描振镜装置完成，是激光加工系统中的常用方式，利用相互垂直的两块摆镜，实现光斑的扫描。由于振镜是往复摆动，在两侧摆动到最大值时速度为零，不是匀速摆动，因此当振镜摆动到最大、需要反向运动时，存在机械停顿，导致激光功率密度的不均匀，这是振镜扫描存在的一个固有问题。为克服振镜摆动的机械停顿，本实用新型中采用所述扫描转镜6控制激光扫描，由于扫描转镜6是单方向匀速转动，不存在机械停顿的问题，所以光束能量密度的均匀性可以保证的较好，所述扫描转镜6为多边形反射镜，每个面都镀有激光高反射膜，安装在所述Y方向聚焦透镜5后面，以X方向固定轴为旋转中心轴，扫描转镜6的旋转中心轴与电机的输出轴连接，由电机控制其转动。所述扫描转镜6在电机控制下，按一定频率逆时针旋转，保持始终有一个面被经过所述Y方向聚焦透镜5聚焦后的激光照射，使激光在其表面上反射，在Y-Z平面内改变激光传输方向。随着所述扫描转镜6沿旋转中心轴逆时针转动，激光交替照射到所述扫描转镜6不同面上，且入射角在一定范围内由小到大成周期性变化。激光在所述扫描转镜6控制下在一定范围内沿逆时针周期性单向摆动，使聚焦后的条形光斑在被清洗表面9上沿Z轴方向单向扫描，实现线扫描如图4所示。

所述光纤输出头1、光阑2、Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4、Y方向聚焦透镜5、扫描转镜6、保护镜7都安装在所述系统外壳8上，其中所述保护镜7为平行平板玻璃，两面镀有激光增透膜，安装在经所述扫描转镜6后激光传输方向上，保护所述系统外壳8内其他光学器件。

所述光纤输出头1为SMA905型号接头，在所述系统外壳8前端设有与光纤输出头1相匹配的SMA905接口801，用于所述光纤输出头1固定安装。

所述系统外壳8内壁在与Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4及Y方向聚焦透镜5相应的位置上设有透镜安装台阶802，所述Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4、Y方向聚焦透镜5采用固化胶将边缘固化到所述透镜安装台阶802上，固化胶采用紫外固化胶，利用紫外固化灯照射固化，并采用恒温箱进行热固化，保证所述光阑2、Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4、Y方向聚焦透镜5及保护镜7安装坚固可靠。

综上，本实用新型一种线扫描激光清洗头，包括光纤输出头1、光阑2、Y方向准直透镜3、X方向准直透镜4、Y方向聚焦透镜5、扫描转镜6、保护镜7及系统外壳8，对传输光纤传输的激光进行光束整形，获得功率比较均匀的条形光斑，再利用扫描转镜6控制条形光斑在被清洗表面9上扫描，形成线扫描，用于激光除锈、除漆等激光清洗设备，可提高激光清洗效率。

上述实施例仅为例示性说明本实用新型的方法和有益效果，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此方法的人士均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的权利保护范围，应如申请专利范围所列。

Claims (7)

1.一种线扫描激光清洗头，其特征在于，包括：光纤输出头(1)、光阑(2)、Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)、Y方向聚焦透镜(5)、扫描转镜(6)、保护镜(7)及系统外壳(8)，光纤输出头(1)、光阑(2)、Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)、Y方向聚焦透镜(5)、扫描转镜(6)及保护镜(7)均固定安装在系统外壳(8)上，

所述光阑(2)、Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)的中心轴与光纤输出头(1)的中心轴重合，其中光阑(2)设置于光纤输出头(1)与Y方向准直透镜(3)之间，Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)为正光焦度透镜，Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)依次设置在光纤输出头(1)的出射光路上，且Y方向准直透镜(3)与光纤输出头(1)输出端之间的距离和Y方向准直透镜(3)的焦距相等，X方向准直透镜(4)与光纤输出头(1)输出端之间的距离和X方向准直透镜(4)的焦距相等；所述扫描转镜(6)为多边形反射镜，扫描转镜(6)的旋转中心轴与电机的输出轴连接；所述保护镜(7)设置在扫描转镜(6)的反射光路上。

2.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述光纤输出头(1)为SMA905型号接头，在所述系统外壳(8)前端设有与光纤输出头(1)相匹配的SMA905接口(801)。

3.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述光阑(2)的通光孔呈圆形。

4.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)均为柱透镜，且Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)的两面都镀有激光增透膜。

5.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述扫描转镜(6)的每个面都镀有激光高反射膜。

6.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述系统外壳(8)内壁在与Y方向准直透镜(3)、X方向准直透镜(4)及Y方向聚焦透镜(5)相应的位置上设有透镜安装台阶(802)。

7.根据权利要求1所述的一种线扫描激光清洗头，其特征在于：所述保护镜(7)为平行平板玻璃，两面镀有激光增透膜。