一种手持式激光清洗装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种手持式激光清洗装置及方法。本发明专利技术包括光纤激光器(1)、激光准直器(2)、手持式激光清洗头(3)。本发明专利技术可以将输入激光的圆形光斑转换成能量分布均匀的线形光斑，提高清洗效果和清洗效率。清洗激光光斑长度可调，应用场景广泛。采用简单的反射率监测法，用于监测清洗效果，减少了元器件的数量，使结构更加简单紧凑。工作距离为定值，不因调焦过程发生变化。同时可以配套定长镜筒，保证镜筒端面即为焦面，给实际使用带来极大的方便。本发明专利技术公开的手持式激光清洗装置结构紧凑，体积小，重量轻，成本低，清洗效果均匀，效率高，不仅可以用于手持式清洗，还可以半自动和全自动清洗，具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种手持式激光清洗装置及方法
本专利技术涉及激光清洗领域，具体涉及一种手持式激光清洗装置及方法。
技术介绍
激光清洗技术是近年来飞速发展起来的新型清洗技术，其原理是通过把高能量的激光束聚焦后照射在物体表面，使物体表面的污染物、涂层、氧化腐蚀生锈的表层发生振动、融化、蒸发或燃烧，最终脱离物体表面，以此达到清洗的目的。与传统的清洗技术相比，该技术具有无研磨和非接触性，对被清洗物体表面无机械作用力，不会损伤物体的表面或介质，且不会带来环境污染问题。手持式激光清洗设备更是一种适合于工业应用的小型激光清洗设备。手持式激光清洗设备由于其具有很高的灵活性，能很好地满足小范围、多品种、场地变换频繁的清洗工况要求，能够对已经安装好的零组件进行原位清洗等特点被广泛使用。然而，目前激光清洗领域，仍然存在着诸多不足之处：(1)手持式激光清洗设备采用圆形激光光束会聚成点光斑进行逐点清洗，点光斑的面积约为1平方毫米量级，逐点清洗效率低下。(2)手持式激光清洗设备的优势在于灵活性，可以适用多种应用场景，但目前大多设备针对不同应用场景，激光光斑参数不可调，均为点光斑，不能很好的适应不同的应用场景。(3)使用手持式激光清洗设备进行作业时，设备与待加工工件之间的工作距离难以准确定位，工作过程中设备与工件距离不一致或扫描速度不均匀会导致工件表面出现明显的色差痕迹(俗称斑马纹)，其实质是表面粗糙度发生严重改变，表面质量严重下降，甚至可能引起基体的损伤。(4)手持式激光清洗设备由于各种原因，很难满足结构紧凑，体积小，重量轻的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种手持式激光清洗装置。本装置包括光纤激光器、激光准直器、手持式激光清洗头。本专利技术可以将输入激光的圆形光斑转换成能量分布均匀的线形光斑，提高清洗效果和清洗效率。清洗激光光斑长度可调，应用场景广泛。采用简单的反射率监测法，用于监测清洗效果，减少了元器件的数量，使结构更加简单紧凑。工作距离为定值，不因调焦过程发生变化。同时可以配套定长镜筒，保证镜筒端面即为焦面，给实际使用带来极大的方便。本专利技术公开的手持式激光清洗装置结构紧凑，体积小，重量轻，成本低，清洗效果均匀，效率高，不仅可以用于手持式清洗，还可以半自动和全自动清洗，具有很大的应用前景。本专利技术的技术解决方案如下：光纤激光器输出激光波长λ，输出激光经过传能光纤传输至激光准直器，激光经过所述激光准直器后变成平行光束进入手持式激光清洗头，所述手持式激光清洗头外形如装置图中虚线所示，其内部构造按照激光传输方向依次是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、反射镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、吸尘器、实时监测器件。激光经过所述第十透镜之后打到待清洗样品表面上。控制器与所述光纤激光器、手持式激光清洗头、实时监测器件分别相连。所述第一透镜为负透镜、第二透镜为正透镜、第三透镜为负透镜、第四透镜为正透镜、第五透镜为负透镜、第六透镜为正透镜、第七透镜为正透镜、第八透镜为正透镜、第九透镜为正透镜、第十透镜为平面透镜。所述第一透镜为平凹透镜、第二透镜为平凸透镜、第三透镜为双凹透镜、第四透镜为双凸透镜、第五透镜为双凹透镜、第六透镜为双凸透镜、第七透镜为平凸透镜、第八透镜为平凸透镜、第九透镜为平凸透镜。所述第一透镜设置有孔径光阑。所述第一透镜、第二透镜均为非球面透镜；所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为球面透镜；所述第七透镜、第八透镜、第九透镜均为柱面透镜。所述第三透镜的焦距为f5，第四透镜的焦距为f6，第五透镜的焦距为f7，第六透镜的焦距为f9，且0.5<∣f5/f6∣<1.5，0.5<∣f7/f6∣<1.5，15<∣f9/f7∣<25。所述第七透镜的焦距为f10，所述第八透镜的焦距为f11，所述第九透镜焦距为f12，且0.8<∣f10/f11∣<1.2，2<∣f12/f11∣<3。所述第一透镜的透光孔径为D1，且5毫米<D1<10毫米。进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜材料均采用熔融石英。进一步的，所述第一透镜的前后表面的半径分别为无限大和67.944毫米；第二透镜的前后表面的半径分别为-32.760毫米和无限大；第三透镜的前后表面的半径分别为-29.115毫米和29.115毫米；第四透镜的前后表面的半径分别为39.679毫米和-37.679毫米；第五透镜的前后表面的半径分别为-32.238毫米和32.238毫米；第六透镜的前后表面的半径分别为400.000毫米和-400.000毫米；第七透镜的前表面的X、Y半径分别为无限大和200.000毫米，后表面为平面(参照装置示意图，沿激光传输方向为Z轴建立右手直角坐标系，X方向为垂直纸面向内，Y方向为沿纸面向上)；第八透镜的前表面为平面，后表面的X、Y半径分别为200.000毫米和无限大；第九透镜的前表面的X、Y半径分别为无限大和500.000毫米，后表面为平面；进一步的，所述第一透镜的中心厚度为5.000毫米，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为100.000毫米；所述第二透镜的中心厚度为5.000毫米，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为10.000毫米；所述第三透镜的中心厚度为10.000毫米，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为变量，变化范围从26.000至60.000毫米；所述第四透镜的中心厚度为10.000毫米，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为变量，变化范围从12.000至80.000毫米；所述第五透镜的中心厚度为10.000毫米，所述第五透镜与反射镜之间的空气间隔为变量，变化范围从218.000至250.000毫米；所述反射镜与第六透镜之间的空气间隔为80.000毫米；所述第六透镜的中心厚度为20.000毫米，所述第六透镜与第七透镜之间的空气间隔为10.000毫米；所述第七透镜的中心厚度为15.000毫米，所述第七透镜与第八透镜之间的空气间隔为2.000毫米；所述第八透镜的中心厚度为15.000毫米，所述第八透镜与第九透镜之间的空气间隔为2.000毫米；所述第九透镜的中心厚度为15.000毫米，所述第九透镜与第十透镜之间的空气间隔为2.000毫米；所述第十透镜的中心厚度为15.000毫米；进一步的，本装置工作波段为1064纳米；进一步的，从所述手持式激光清洗头出射的激光光斑焦深大于20毫米，即待清洗样品表面起伏±10毫米的情况下，可以保证相同的激光清洗效果。进一步的，所述第十透镜为可插拔保护镜，根据磨损情况可随时更换。进一步的，所述反射镜与入射激光方向的夹角为45度，即将水平入射的激光反射至垂直向下出射。进一步的，所述控制器通过控制线与所述光纤激光器相连，调整和控制激光器输出激光的相关参数。进一步的，所述控制器通过控制线与手持式激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手持式激光清洗装置，其特征在于，包括：控制器(17)、光纤激光器(1)、激光准直器(2)、手持式激光清洗头(T)；所述光纤激光器(1)输出激光波长λ，输出的激光经过所述激光准直器(2)后变成平行光束，进入手持式激光清洗头(T)；/n所述手持式激光清洗头(T)内部构造按照激光传输方向依次是第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、反射镜(8)、第六透镜(9)、第七透镜(10)、第八透镜(11)、第九透镜(12)、第十透镜(13)、实时监测器件(15)；激光经过所述第十透镜(13)之后打到待清洗样品表面(16)上；/n所述控制器(17)能够调整和控制光纤激光器(1)输出激光，所述控制器(17)能够控制手持式激光清洗头(T)以调节出射的清洗激光线宽，所述控制器(17)接收实时监测器件(15)的数据，并根据监测数据发出指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种手持式激光清洗装置，其特征在于，包括：控制器(17)、光纤激光器(1)、激光准直器(2)、手持式激光清洗头(T)；所述光纤激光器(1)输出激光波长λ，输出的激光经过所述激光准直器(2)后变成平行光束，进入手持式激光清洗头(T)；
所述手持式激光清洗头(T)内部构造按照激光传输方向依次是第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、反射镜(8)、第六透镜(9)、第七透镜(10)、第八透镜(11)、第九透镜(12)、第十透镜(13)、实时监测器件(15)；激光经过所述第十透镜(13)之后打到待清洗样品表面(16)上；
所述控制器(17)能够调整和控制光纤激光器(1)输出激光，所述控制器(17)能够控制手持式激光清洗头(T)以调节出射的清洗激光线宽，所述控制器(17)接收实时监测器件(15)的数据，并根据监测数据发出指令。


2.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置，其特征在于，所述第一透镜(3)为负透镜、第二透镜(4)为正透镜、第三透镜(5)为负透镜、第四透镜(6)为正透镜、第五透镜(7)为负透镜、第六透镜(9)为正透镜、第七透镜(10)为正透镜、第八透镜(11)为正透镜、第九透镜(12)为正透镜、第十透镜(13)为平面透镜；
所述第一透镜(3)为平凹透镜、第二透镜(4)为平凸透镜、第三透镜(5)为双凹透镜、第四透镜(6)为双凸透镜、第五透镜(7)为双凹透镜、第六透镜(9)为双凸透镜、第七透镜(10)为平凸透镜、第八透镜(11)为平凸透镜、第九透镜(12)为平凸透镜；
所述第一透镜(3)设置有孔径光阑；
所述第一透镜(3)、第二透镜(4)均为非球面透镜；所述第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、第六透镜(9)均为球面透镜；所述第七透镜(10)、第八透镜(11)、第九透镜(12)均为柱面透镜；
所述第三透镜(5)的焦距为f5，第四透镜(6)的焦距为f6，第五透镜(7)的焦距为f7，第六透镜(9)的焦距为f9，且0.5<∣f5/f6∣<1.5，0.5<∣f7/f6∣<1.5，15<∣f9/f7∣<25；
所述第七透镜(10)的焦距为f10，所述第八透镜(11)的焦距为f11，所述第九透镜(12)焦距为f12，且0.8<∣f10/f11∣<1.2，2<∣f12/f11∣<3；
所述第一透镜(3)的透光孔径为D1，且5毫米<D1<10毫米。


3.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置，其特征在于，所述第一透镜(3)的前后表面的半径分别为无限大和67.944毫米；第二透镜(4)的前后表面的半径分别为-32.760毫米和无限大；第三透镜(5)的前后表面的半径分别为-29.115毫米和29.115毫米；第四透镜(6)的前后表面的半径分别为39.679毫米和-37.679毫米；第五透镜(7)的前后表面的半径分别为-32.238毫米和32.238毫米；第六透镜(9)的前后表面的半径分别为400.000毫米和-400.000毫米；第七透镜(10)的前表面的X、Y半径分别为无限大和200.000毫米，后表面为平面；第八透镜(11)的前表面为平面，后表面的X、Y半径分别为200.000毫米和无限大；第九透镜(12)的前表面的X、Y半径分别为无限大和500.000毫米，后表面为平面。


4.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置，其特征在于，所述第一透镜(3)的中心厚度为5.000毫米，所述第一透镜(3)与第二透镜(4)之间的空气间隔为100.000毫米；所述第二透镜(4)的中心厚度为5.000毫米，所述第二透镜(4)与第三透镜(5)之间的空气间隔为10.000毫米；所述第三透镜(5)的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志强，佟艳群，任旭东，丛嘉伟，陈兰，周王凡，任乃飞，上官剑锋，马健，杨键，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32