一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统，涉及激光清洗技术领域，其中激光清洗控制系统为实现激光清洗控制方法而研发，激光清洗控制系统包括主机箱、激光清洗系统以及LIBS在线监测系统，主机箱用于承载激光清洗系统和LIBS在线监测系统，LIBS在线监测系统用于激光清洗系统清洗过程的等离子体信号的收集监测。本实用新型专利技术为基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制方法及其控制系统，使得清洗目标表面的污垢清洗效果和清洗效率极大提高，实现了激光清洗过程的在线监测，使得激光清洗过程更加自动化，有利于增加对清洗目标基体的保护，进而延长基体的使用寿命。进而延长基体的使用寿命。进而延长基体的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统


[0001]本技术属于激光清洗
，特别是涉及一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统。

技术介绍

[0002]工业生产的设备、管线、厂房、建筑物、原材料、产品或半成品等，在与大气、环境、生产原料、介质、产品、机械油等接触的过程中，会受到物理、化学或生物作用，在其表面残留、沉积和生成各种对生产运行、产品质量或人身健康有害的污垢，这些污垢存在影响生产的正常运行、影响材料性能与设备寿命、增加生产能耗和成本、降低产品质量、引发各种事故等方面的危害。传统的清洗方法包括化学清洗、干冰清洗、机械打磨、超声波清洗、喷砂清洗等，但化学清洗严重污染环境、干冰清洗费用昂贵、机械打磨二次损伤严重、喷砂清洗存在噪声污染。激光清洗是一种利用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈蚀或涂层发生瞬间蒸发、崩裂或升华，从而实现工件表面洁净如新的工艺技术。激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种加工环境及工业材料等特点，操作过程无需使用任何化学药剂或清洗液，清洗下来的废料为固体粉末，体积小，易回收，是当今工业级表面处理中最可靠、最有效、最环保的解决办法，也是未来工业清洗发展的趋势和首选。
[0003]由于激光清洗过程物理、化学反应复杂，附着物脱离基体表面的机制较多，包括热应力振动破坏效应、等离子体冲击破坏效应、裂纹扩展断裂机制等，不同基材、激光光源、附着物以及附着物厚度等都会对清洗效果造成差异，因此，清洗效果的智能在线判断对实现高质量、高可靠性的激光清洗至关重要。激光诱导击穿光谱(Laserinducedbreakdown spectroscopy，LIBS)，又称激光诱导等离子体光谱(Laser
‑
inducedPlasma Spectroscopy，LIPS)，是一种利用激光脉冲快速测定样品化学成分的现代分析技术，有效结合了激光剥蚀和原子发射光谱技术其工作原理是利用高能量脉冲激光聚焦到样品上，使样品在瞬间气化成高温、高密度的激光等离子体，等离子体中包括原子、离子和分子，它们会发射其特征波长的光谱，谱线的波长和强度分别反映了样品中的元素组成和含量，具有无需样品预处理、分析速度快、可实现多种元素实时检测的特点。
[0004]然而，在现有的激光清洗过程中，不能很好的实现激光清洗过程的在线监测，使得激光清洗过程无法实现在线控制，进而无法实现清洗过程以及清洗效果的把控，在激光清洗过程中容易清洗过度导致清洗基体的磨损，或导致清洗不彻底，大大降低了激光清洗的效率和清洗效果。

技术实现思路

[0005]本技术针对现有技术存在的不足，提供了一种基于LIBS技术在线监测激光清洗控制系统，通过激光清洗技术与激光诱导击穿光谱技术的联用，集成了激光清洗高效、绿色，与LIBS技术快速在线检测的优点，克服了现有便捷式激光清洗设备不能对清洗过程进行判断、不能对清洗质量进行评估的问题，实现了激光清洗过程的快速在线监测。
[0006]为解决上述技术问题，本技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统，包括主机箱、激光清洗系统以及LIBS在线监测系统；
[0008]所述主机箱包括电力系统、冷却系统和数字延时脉冲发生器；
[0009]所述冷却系统包括设置在主机箱的壳体外部的散热风扇，用于主机箱内部的通风散热；所述主机箱的壳体外部设置有两个USB接口，其中一个所述 USB接口用于连接计算机和清洗机，另一所述USB接口用于连接计算机和光谱仪；
[0010]所述激光清洗系统包括激光器、用于激光束导向的多关节导光臂、安装在多关节导光臂末端的激光清洗头以及用于控制激光器的激光清洗控制系统；
[0011]所述LIBS在线监测系统包括安装于激光清洗头外部的套筒、设置在套筒内部的光纤探头、通过光纤连接光纤探头的光谱仪、用于控制光谱仪的 LIBS控制系统以及安装于激光清洗头外部的可折叠的LIBS光谱信号报警器；
[0012]所述光纤探头，用于在线收集等离子体信号；所述LIBS光谱信号报警器，用于对应光谱图出现时报警提示停止清洗，且所述LIBS光谱信号报警器与光谱仪电性连接。
[0013]进一步地，所述主机箱的壳体背侧面安装有两根可调节长度的背带以及介于两背带之间的可调节高度的拉杆；所述主机箱的壳体顶部安装有慢回弹提手；
[0014]所述主机箱上的散热风扇的同侧面分别安装有总电源开关、锂电池充电口以及废弃物存储腔，所述主机箱上的拉杆的相对侧安装有锂电池，所述锂电池与锂电池充电口电性连接。
[0015]进一步地，所述主机箱上的锂电池充电口的相对侧安装有激光清洗头放置箱，所述激光清洗头放置箱与激光清洗头卡扣连接；
[0016]所述多关节导光臂安装于激光清洗头放置箱顶部。
[0017]进一步地，所述激光清洗系统还包括设置于多关节导光臂内部的多个激光反射镜以及设置于激光清洗头内部的长焦深DOE；
[0018]所述激光反射镜，用于将激光束传输到多关节导光臂末端；所述长焦深 DOE，用于将入射到激光清洗头内部的激光束汇聚，形成长焦深汇聚光束对清洗目标表面进行清洗加工；
[0019]所述激光清洗头前端安装有红外测距传感器，用于探测激光清洗头和清洗目标的距离。
[0020]进一步地，所述激光清洗头外部连接有三轴旋转支架，所述三轴旋转支架与可调节角度的套筒连接；
[0021]所述套筒内部靠近其前端位置设置有位于光纤探头前端的滤光镜，用于过滤掉激光器发射的特定波长光之外的其它光波。
[0022]进一步地，所述激光清洗头前端和套筒前端均安装有一个可按压的接触限位，所述接触限位与清洗目标间距在1
‑
2cm；
[0023]所述激光清洗头前端安装有与激光清洗控制系统电性连接的调平探头，用于贴上曲率变化较大的清洗目标；所述套筒前端安装有安全报警器，用于调平探头无法及时将信息完全反馈至激光清洗控制系统时发出报警声音提示操作人员检查。
[0024]本技术具有以下有益效果：
[0025]1、本技术通过激光清洗技术与激光诱导击穿光谱技术的联用，集成了激光清洗高效、绿色，与LIBS技术快速在线检测的优点，克服了现有便捷式激光清洗设备不能对清洗过程进行判断、不能对清洗质量进行评估的问题，实现了激光清洗过程的快速在线监测与控制，大大提高了激光清洗的效率和效果，有效避免对清洗基体的损坏，进而延长清洗基体的使用寿命，同时解决了分层清洗的难题。
[0026]2、本技术通过红外测距传感器、接触限位、调平探头和安全报警器的设置，在利用激光清洗头进行基体表面污垢清洗过程中，可有效避免激光清洗头以及套筒与基体的接触碰撞，从而实现对激光清洗设备以及等离子体信号采集设备的保护。
[0027]3、本技术通过在激光清洗头上利用三轴旋转支架连接套筒，使得套筒的角度可以灵活调节，满足不同场景下的基体表面污垢的激光清洗过程中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统，其特征在于；包括主机箱、激光清洗系统以及LIBS在线监测系统；所述主机箱包括电力系统、冷却系统和数字延时脉冲发生器；所述冷却系统包括设置在主机箱的壳体外部的散热风扇，用于主机箱内部的通风散热；所述主机箱的壳体外部设置有两个USB接口，其中一个所述USB接口用于连接计算机和清洗机，另一所述USB接口用于连接计算机和微型光纤光谱仪；所述激光清洗系统包括激光器、用于激光束导向的多关节导光臂、安装在多关节导光臂末端的激光清洗头以及用于控制激光器和导光臂的激光清洗控制系统；所述LIBS在线监测系统包括安装于激光清洗头外部的套筒、设置在套筒内部的光纤探头、通过光纤连接光纤探头的微型光纤光谱仪、用于控制微型光纤光谱仪的LIBS控制系统以及安装于激光清洗头外部的可折叠的LIBS光谱信号报警器；所述光纤探头，用于在线收集等离子体信号；所述LIBS光谱信号报警器，用于对应光谱图出现时报警提示停止清洗，且所述LIBS光谱信号报警器与微型光纤光谱仪电性连接。2.根据权利要求1所述的一种基于LIBS技术在线监测的激光清洗控制系统，其特征在于，所述主机箱的壳体背侧面安装有两根可调节长度的背带以及介于两背带之间的可调节高度的拉杆；所述主机箱的壳体顶部安装有慢回弹提手；所述主机箱上的散热风扇的同侧面分别安装有总电源开关、锂电池充电口以及废弃物存储腔，所述主机箱上的拉杆的相对侧安装有锂电池，所述锂电池与锂电池充电口电性连接。3.根据权利要求2所述的一种基于LIBS技术在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文锋，钱自然，张然，李绍龙，刘国春，张艳艳，曹宇，钟勉，魏永超，赵欣，张华忠，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：新型
国别省市：