CN216460590U - 一种复合激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合激光清洗装置，包括依次设置的光源系统、光纤耦合装置、传能光纤和清洗装置，所述光源系统包括连续激光器和脉冲激光器，所述光纤耦合装置用于将连续激光器和脉冲激光器分别输出的激光汇聚成一束，所述传能光纤一端与光纤耦合装置相连，另一端与清洗装置相连，所述清洗装置包括准直透镜、振镜和场镜，所述传能光纤出射的光束经准直透镜准直后被振镜反射至场镜。本实用新型相比于单光源的激光清洗方法，能够对清洗物表面进行预加热，为随后的高能脉冲激光提供更好的清洗能；增加一个激光清洗的变量，通过不同的实现方法，可以实现更多变量的控制，从而极大的提高清洗工艺的可调节因素，提升激光清洗的效率和质量。

Description

一种复合激光清洗装置

技术领域

本实用新型涉及激光清洗技术领域，特别是涉及一种复合激光清洗装置。

背景技术

激光清洗是利用窄脉宽、高能量密度的激光作用于待清洗物表面，在快速光振动、汽化、分解和等离子体剥离等机理的共同作用下，使污物脱离基底，实现表面清洗的新型绿色工业清洗技术。与传统化学清洗和喷砂清洗相比，激光清洗技术具有非接触式清洗、对工件表面无损伤、清洗效率高、几乎无耗材、清洗洁净度高等突出优势。激光清洗是一种绿色环保清洗技术，不会对环境产生污染，对操作员人身健康也没有任何伤害，符合绿色可持续发展的国家政策。传统工业清洗技术主要为化学清洗和机械清洗两种，近年来也逐步发展了干冰清洗和超声波清洗等新型清洗技术。对化学清洗和机械清洗技术而言，最致命的问题是清洗过程中产生了有毒的化学废液和有害的粉尘等物质，对环境造成了极大的污染，并严重损害操作员的身体健康。日前，环保政策日趋严格，传统清洗技术被严格限制作业，部分达不到环保要求的清洗车间甚至被关停。市场急需一种可替代传统清洗技术的绿色清洁清洗工艺。与传统化学清洗和喷砂清洗相比，激光清洗技术具有非接触式清洗、对工件表面无损伤、清洗效率高、几乎无耗材、清洗洁净度高等突出优势。最重要的是，激光清洗是一种绿色环保清洗技术，不会对环境产生污染，对操作员人身健康也没有任何伤害，非常符合绿色可持续发展的国家政策。

目前的激光清洗技术多以单激光光源为主，单光源清洗存在着工艺可调能力差的问题，无法处理一些复杂的表面污染物清洗；单光源清洗还存在着清洗目标单一的劣势，限制了激光清洗技术的进一步发展。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型的目的是：提出了一种复合激光清洗装置，改善激光清洗的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种复合激光清洗装置，包括依次设置的光源系统、光纤耦合装置、传能光纤和清洗装置，所述光源系统包括连续激光器和脉冲激光器，所述光纤耦合装置用于将连续激光器和脉冲激光器分别输出的激光汇聚成一束，所述传能光纤一端与光纤耦合装置相连，另一端与清洗装置相连，所述清洗装置包括准直透镜、振镜和场镜，所述传能光纤出射的光束经准直透镜准直后被振镜反射至场镜。

优选的是，所述光纤耦合装置包括第一反射镜、第一双色镜和耦合透镜，所述光源系统出射的脉冲激光穿过第一双色镜进入耦合透镜，所述光源系统出射的连续激光依次被第一反射镜和第一双色镜反射进入耦合透镜与脉冲激光耦合。

优选的是，所述光纤耦合装置为光纤合束器。

优选的是，所述清洗装置还包括第二双色镜、扩束镜和第二反射镜，所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述传能光纤出射的光束经准直透镜准直后被第二双色镜分成连续激光和脉冲激光，所述脉冲激光经第一振镜反射至场镜，所述连续激光通过扩束镜并依次经第二反射镜和第二振镜反射至场镜。

优选的是，所述连续激光器输出的激光波长为905nm，所述脉冲激光器输出的激光波长为1064nm。

优选的是，所述第一双色镜和第二双色镜均对905nm激光高反射率，对1064nm激光高透过率。

优选的是，所述传能光纤的芯径为100um-1000um。

优选的是，所述脉冲激光器为纳秒激光器或超快激光器。

优选的是，所述连续激光器为固体激光器、光纤激光器、半导体激光器或气体激光器。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型复合激光清洗装置包括依次设置的光源系统、光纤耦合装置、传能光纤和清洗装置，所述光源系统包括连续激光器和脉冲激光器，相比于单光源的激光清洗方法，双光源中的连续光源能够对清洗物表面进行预加热，为随后的高能脉冲激光提供更好的清洗能力；传能光纤一端与光纤耦合装置相连，另一端与清洗装置相连，采用一根传能光纤传输两种不同类型激光，结构更加紧凑，降低成本；本实用新型能够同轴发射或以间隔方式发射两种不同特性的激光，结构紧凑轻便，改善了激光清洗的效果，提高了激光清洗的效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

附图1为本实用新型复合激光清洗装置的结构示意图；

附图2为本实用新型复合激光清洗装置的另一实施例的局部示意图；

附图3为本实用新型复合激光清洗装置的清洗装置的另一实施例的结构示意图；

附图4为本实用新型复合激光清洗装置在清洗光斑在工作物质面上的示意图；

附图5为本实用新型复合激光清洗装置的清洗光斑在工作物质面上的另一示意图。

其中：1、光源系统；11、连续激光器；12、脉冲激光器；2、光纤耦合装置；21、第一反射镜；22、第一双色镜；23、耦合透镜；3、传能光纤；4、清洗装置；41、准直透镜；42、振镜；421、第一振镜；422、第二振镜；43、场镜；44、第二双色镜；45、扩束镜；46、第二反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个原件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例1：

附图1为本实用新型一种复合激光清洗装置的结构示意图，包括依次设置的光源系统1、光纤耦合装置2、传能光纤3和清洗装置4，光源系统1包括连续激光器11和脉冲激光器12，分别用于输出波长为905nm的连续激光和波长为1064nm的脉冲激光。本实施例中连续激光器11为连续激光功率0-100％可调的波长为905nm的半导体激光器，半导体激光器内由多个小功率的半导体激光器合束所成，其功率可从百瓦到千万可调节。选择此波段的原因在于半导体激光器的成本优势，以加热为目的，连续激光不需要太好的光束质量。此外，连续激光器11也可以选用光束质量较好的大功率光纤激光器，也可以是较为成熟的二氧化碳激光器，其中，二氧化碳激光器的波长较长，适用于加热一些特殊材料的物质。此外连续激光器11还可以选用固体激光器或气体激光器。本实施例中脉冲激光器12为高能量的脉冲激光器，本实例中采用侧面泵浦的NdYAG激光，波长为1064nm，脉冲能量高达100mJ，峰值功率可达4MW。大能量和高峰值功率能够快速气化污染物，使其与基底快速分离，同时不影响基底表面。脉冲激光器12可选用纳秒激光器或超快激光器。

光纤耦合装置2用于将连续激光器11和脉冲激光器12分别输出的激光汇聚成一束，本实施例中光纤耦合装置2包括第一反射镜21、第一双色镜22和耦合透镜23，其中第一反射镜21为45度反射镜，第一反射镜21表面镀膜以提高反射效率，反射膜对900-1000nm的激光高反。第一双色镜22对905nm激光高反射率，对1064nm激光高透过率，尽量降低激光损耗。光源系统1出射的脉冲激光穿过第一双色镜22进入耦合透镜23，光源系统1出射的连续激光依次被第一反射镜21和第一双色镜22反射进入耦合透镜23与脉冲激光耦合。1064nm的脉冲激光与905nm的连续激光沿着光轴共向传输，共同进入耦合透镜23中，耦合透镜23为短焦正透镜，能够将两束光汇聚成较小的光斑，光斑尺寸一般在一百微米附近，较小的汇聚光斑能够提升耦合效率。一般，汇聚光斑的直径与传能光纤3的直径的比值<2/3即可实现95％以上的耦合效率。提升耦合效率能够降低传能光纤3的端面热量，提高工作稳定性。

传能光纤3一端与光纤耦合装置2相连，另一端与清洗装置4相连，将从光纤耦合装置2耦合的光束输送至清洗装置4。传能光纤3的直径一般为200-1000um，本实例采用的传能光纤直径为600um，NA0.22，光纤长度根据实际应用制作。传能光纤3的外面一般要用凯装包裹，保护光纤避免折断。耦合透镜23与传能光纤3之间调整好之后需要紧固。

清洗装置4包括准直透镜41、振镜42和场镜43，传能光纤3出射的光束经准直透镜41准直后被振镜42反射至场镜43。传能光纤3出射的激光为发散光，准直透镜41将发散光准直，准直透镜41两面镀膜，焦距60mm，振镜42由电机控制，振镜42表面镀905nm和1064nm的高反膜，振镜42的旋转角度为±12度。场镜43为F-θ镜，其焦距为160mm，场镜43的焦距和扫描距离可以根据清洗的需要更换。振镜42和场镜43需仔细调整使振镜42的光轴对准场镜43的中心，保证扫描的对称性。

实施例2：

如附图2所示为本实用新型的另一实施例，本实施例中连续激光器11为连续光纤激光器，脉冲激光器12为脉冲光纤激光器，光纤耦合装置2为光纤合束器，光纤合束器与传能光纤3制作为一个器件，连续激光器11和脉冲激光器12与传能光纤3直接进行熔接。

实施例3：

如附图3所示本实用新型的清洗装置4的另一实施例，与实施例1相比，本实施例中清洗装置4还包括第二双色镜44、扩束镜45和第二反射镜46。同样的，第二双色镜44表面镀膜，对905nm激光高反射率，对1064nm激光高透过率，以便将脉冲激光和连续激光分开。振镜42包括第一振镜421和第二振镜422。传能光纤3出射的光束经准直透镜41准直后被第二双色镜44分成905nm的连续激光和1064nm的脉冲激光，脉冲激光经第一振镜421反射至场镜43，连续激光通过扩束镜45并依次经第二反射镜46和第二振镜422反射至场镜43。扩束镜45使光束发散，可以改变在加热光斑的面积。连续激光与脉冲激光共同进入一个场镜43中，第一振镜421和第二振镜422分别独立控制，可以通过控制振镜的扫描频率，达到调整加热温度的目的。

如附图4所示为实施例1的复合激光清洗装置清洗光斑在工作物质面上的示意图，连续激光与脉冲激光共同作用于一个工作点，连续激光持续作用与污染上，在等待脉冲到来之前，对污染物提前加热，例如，10kHz的脉冲激光频率对应为100us的加热时间。如附图5所示为实施例3的复合激光清洗装置清洗光斑在工作物质面上的示意图，连续激光对待清洗的区域进行预热，随后脉冲激光进行主要的清洗工作。

本实用新型复合激光清洗装置相比于单光源的激光清洗方法，双光源中的连续光源能够对清洗物表面进行预加热，为随后的高能脉冲激光提供更好的清洗能力，结构紧凑轻便；能够同轴发射或以间隔方式发射两种不同特性的激光，增加一个激光清洗的变量，通过不同的实现方法，可以实现更多变量的控制，从而极大的提高清洗工艺的可调节因素，提升激光清洗的效率和质量。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种复合激光清洗装置，其特征在于：包括依次设置的光源系统、光纤耦合装置、传能光纤和清洗装置，所述光源系统包括连续激光器和脉冲激光器，所述光纤耦合装置用于将连续激光器和脉冲激光器分别输出的激光汇聚成一束，所述传能光纤一端与光纤耦合装置相连，另一端与清洗装置相连，所述清洗装置包括准直透镜、振镜和场镜，所述传能光纤出射的光束经准直透镜准直后被振镜反射至场镜。

2.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述光纤耦合装置包括第一反射镜、第一双色镜和耦合透镜，所述光源系统出射的脉冲激光穿过第一双色镜进入耦合透镜，所述光源系统出射的连续激光依次被第一反射镜和第一双色镜反射进入耦合透镜与脉冲激光耦合。

3.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述光纤耦合装置为光纤合束器。

4.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述清洗装置还包括第二双色镜、扩束镜和第二反射镜，所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述传能光纤出射的光束经准直透镜准直后被第二双色镜分成连续激光和脉冲激光，所述脉冲激光经第一振镜反射至场镜，所述连续激光通过扩束镜并依次经第二反射镜和第二振镜反射至场镜。

5.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述传能光纤的芯径为100um-1000um。

6.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述脉冲激光器为纳秒激光器或超快激光器。

7.根据权利要求1所述的复合激光清洗装置，其特征在于：所述连续激光器为固体激光器、光纤激光器、半导体激光器或气体激光器。

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