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一种激光清洗头及激光清洗设备

2020-11-18 09:46:20

一种激光清洗头及激光清洗设备

  技术领域

  本发明涉及激光清洗技术领域,尤其涉及一种激光清洗头及激光清洗设备。

  背景技术

  激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质物体等特点,是一种环保、高效、高精度、高质量的清洗技术,在船舶制造和修复、航空航天等领域应用前景广阔。

  现有的激光清洗设备,除锈效率非常低。

  发明内容

  (一)发明目的

  本发明的目的是提供一种激光清洗头及激光清洗设备以解决现有技术激光清洗设备除锈效率低的问题。

  (二)技术方案

  为解决上述问题,本发明的第一方面提供了一种激光清洗头,包括:m面分光反射镜,用于将高功率激光束进行等分,形成n1*n2相同的激光束;n1*n2个扫描振镜,其与所述n1*n2相同的激光束的照射路径一一对应,所述n1*n2个扫描振镜中的每一个扫描振镜用于将通过与之对应照射路径的激光束聚焦;其中,m与n2均为大于1的整数,n1为正整数。

  进一步地,还包括:可移动承载平台,其设置有n1*n2可移动的扫描振镜固定架,所述n1*n2可移动的扫描振镜固定架与所述n1*n2个扫描振镜一一对应,所述可移动承载平台用于调节所述n1*n2个扫描振镜中各扫描振镜之间的距离。

  进一步地,还包括:控制系统,其与可移动承载平台连接,所述控制系统还用于控制所述可移动承载平台的移动。

  进一步地,所述n1*n2个扫描振镜呈阵列排布。

  进一步地,所述控制系统用于控制所述n1*n2可移动的扫描振镜固定架的移动。

  进一步地,还包括:指示光发生装置,用于发出与所述扫描振镜入射激光同轴的可见指示光。

  进一步地,所述指示光发生装置为n1*n2个;n1*n2个所述指示光发生装置与所述n1*n2个扫描振镜一一对应设置,所述指示光发生装置和与之对应的扫描振镜设置在分光反射镜的异侧。

  进一步地,所述n1*n2个扫描振镜中每个扫描振镜所接聚焦场镜焦距>250mm,且每个扫描振镜扫描面幅>250*250mm2。

  进一步地,还包括:功率监测装置,用于监测入射激光功率。

  根据本发明的另一个方面,提供一种激光清洗装置,包括:上述技术方案任一项所述的激光清洗头。

  (三)有益效果

  本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:

  本发明的清洗头将高功率激光束进行等分,形成n1*n2相同的激光束,并将激光束通过振镜的高速扫描和场镜的聚焦,照射到待清洗物体表面,增加了照射面积,大幅提升清洗效率,该清洗头可以配合高功率激光器对大表面积物体如船舶、航空器等表面进行高效的激光清洗,待清洗物,例如除油污、除漆、除锈等。

  附图说明

  图1是根据本发明第一实施方式的激光清洗头结构示意图;

  图2是根据本发明第一实施方式的激光清洗头的仰视图;

  图3是根据本发明第一实施方式的激光清洗头的左视图;

  图4是根据本发明第一实施方式的激光清洗头的立体图。

  附图标记:

  1:分光反射镜;2:扫描振镜;3:高功率激光束;4:可移动承载平台;5:纵向滑轨;6:横向滑轨;7:功率监测装置;101:第一分光反射镜;102:第二分光反射镜;103:第三分光反射镜;104:第四分光反射镜;105:第五分光反射镜;106:第六分光反射镜;107:第七分光反射镜;108:第八分光反射镜;109:第九分光反射镜;110:第十分光反射镜;111:第十一分光反射镜;112:第十二分光反射镜。

  具体实施方式

  为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。

  显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

  在本发明实施例的第一方面,提供了一种激光清洗头,包括:m面分光反射镜1,用于将高功率激光束3进行等分,形成n1*n2相同的激光束;n1*n2个扫描振镜2,其与所述n1*n2相同的激光束的照射路径一一对应,所述n1*n2个扫描振镜2中的每一个扫描振镜2用于将通过与之对应照射路径的激光束聚焦;其中,m与n2均为大于1的整数,n1为正整数。

  示例性实施例中,清洗头接收入射高功率激光,经导光系统通过13面不同比例透射率的分光反射镜1,将高功率的激光束等比例分成9份,照射到3╳3阵列排布的9个完全相同的扫描振镜2上,通过控制系统来控制9个振镜同步在作业面上进行聚焦二维扫描,以完成清洗作业。本实施例中,将高功率的激光束等比例分成9份,3*3阵列只是解释说明,并非限定权利要求保护范围,在激光功率足够高的情况下可以将激光束等分成任意份。该激光发生装置可以为千瓦级大功率脉冲光纤激光器或者脉冲固体激光器等。

  可选的,还包括:激光导入口,可以接入光纤接头或固体激光器导光臂,或者直接接入扩束后空间光束。

  可选的,还包括:可移动承载平台4,其设置有n1*n2可移动的扫描振镜2固定架,n1*n2可移动的扫描振镜2固定架与n1*n2个扫描振镜2一一对应,可移动承载平台4用于调节n1*n2个扫描振镜2中各扫描振镜2之间的距离。

  示例性实施例中,可移动承载平台4,含2维滑轨,可以调节分布的扫描振镜2间的距离,使相邻扫描振镜2的扫描区域进行适当交叠,进而保证该扫描振镜2阵列扫描出一片清洗效果近似均匀的整体区域。

  可选的,还包括:控制系统,其与可移动承载平台4连接,控制系统还用于控制可移动承载平台4的移动。

  可选的,n1*n2个扫描振镜2呈阵列排布。

  可选的,控制系统用于控制n1*n2可移动的扫描振镜2固定架的移动。

  示例性实施例中,可移动承载平台4可以是可操控设备车或者将承载平台设置在大型机械臂上,通过控制系统实时操控,实现对车、船、飞机等大型物体表面的扫描清洗作业。

  可选的,还包括:指示光发生装置,用于发出与扫描振镜2入射激光同轴的可见指示光。

  可选的,指示光发生装置为n1*n2个;n1*n2个指示光发生装置与n1*n2个扫描振镜2一一对应设置,指示光发生装置和与之对应的扫描振镜2设置在分光反射镜1的异侧。将每个扫描振镜2对应的的45°分光反射镜1后面配备指示光发生装置,指示光发生装置发出可见的光线透射该45°分光反射镜1与激光同轴入射扫描振镜2,可以对待清洗面进行预扫描观测和定位。

  示例性实施例中,将激光导入每个振镜的45°分光反射镜后面,配备可见指示光,光线透射该45°分光反射镜与激光同轴入射振镜,可以对待清洗面进行预扫描观测和定位。

  可选的,n1*n2个扫描振镜2中每个扫描振镜2所接聚焦场镜焦距>250mm,且每个扫描振镜2扫描面幅>250*250mm2。

  可选的,还包括:功率监测装置7,用于监测入射激光功率。

  在本发明一具体实施例中,如图1所示,该设备包括如下组成部分:包括可移动承载平台、激光导入接口、功率监测装置、传导光路、阵列排布的扫描振镜、聚焦场镜和可见指示光;清洗头接收入射激光,经导光系统通过13面不同比例透射率的分光反射镜,将高功率的激光束等比例分成9份,照射到3*3阵列排布的9个完全相同的扫描振镜上,通过控制系统来控制9个振镜同步在作业面上进行聚焦二维扫描,以完成清洗作业。

  激光导入接口,可接入激光系统为脉冲光纤激光器或者脉冲固体激光器,输出功率大于4500瓦,以保证每个扫描光路功率大于500瓦。激光导入口可以接入标准大功率光纤输出接头或固体激光器导光臂,或者直接接入扩束后光束。

  如图1所示,传导光路包含13面部分透射的45度分光反射镜,其中,分光反射镜对入射激光45°高反,将入射激光导入后续激光分配光路。输入激光径直通过分光反射镜1的微小漏光,入射功率监测装置7,通过反射光与透射光的比例,来监测清洗用激光的功率。分光反射镜1的分光反射光,先后入射第一分光反射镜101、第二分光反射镜102和第三分光反射镜103,三面分光反射镜对入射激光45°反射率分别为33.3%,50%,100%。等分的三束光入射3*3阵列排布的分光反射镜。其中45°第四分光反射镜104、第五分光反射镜、和第六分光反射镜106反射率为33.3%。第七分光反射镜107、第八分光反射镜108和第九分光反射镜109反射率为50%。第十分光反射镜110、第十一分光反射镜111和第十二分光反射镜112为全反射镜。整个传导光路把入射高功率激光分成9等份分别入射进9个阵列排布的完全相同的扫描振镜2里。13面分光反射镜均可以俯仰、左右二维调节并锁定,保证精准入射到振镜里。

  阵列排布的45°分光反射镜中,每个将激光导入振镜的45°分光反射镜,其后面都配备共轴输出的可见指示光,与激光同轴入射振镜,可以对待清洗面进行预扫描观测和定位。

  可移动承载平台4,含2维滑轨,横向滑轨6可以调节第一、二、三路横向光路距离,横向滑轨6可以分别调节各分布振镜间的横向距离;纵向滑轨5可以调节三行振镜的纵向分布距离。结合单个振镜的扫描范围,精密调节各振镜二维间距,使相邻振镜扫描区域进行适当交叠,进而保证该振镜阵列扫描出一片清洗效果近似均匀的整体区域。

  如图2所示,阵列分布扫描振镜2,其特征是:每个扫描振镜2所接聚焦场镜焦距>250mm,单个振镜扫描面幅>250*250mm2,已保证机械空间和扫描区域的交叠。

  阵列排布的振镜,可通过控制系统控制,同步进行二维扫描,一次性完成大幅面清洗作业。

  如图1所示,输入激光径直通过分光反射镜1的微小漏光,入射功率监测装置7,通过反射光与透射光的比例,来监测清洗用激光的功率。当调节入射激光功率来进行清洗工艺实验时,功率监测装置7可以对激光功率进行实时监测。也可以针对不同的清洗作业所需激光功率进行标定。

  可移动承载平台4,可以整体安装在可操控设备车上,或者大型机械臂上,通过电脑程序控制和实时操控,进行大幅面的清洗激光作业。

  根据本发明的另一个方面,提供一种激光清洗装置,包括:上述技术方案任一项的激光清洗头。

  本发明旨在保护一种激光清洗头,包括:m面分光反射镜1,用于将高功率激光束3进行等分,形成n1*n2个相同的激光束;n1*n2个扫描振镜2,其与所述n1*n2个相同的激光束的照射路径一一对应,所述n1*n2个扫描振镜2中的每一个扫描振镜2用于将通过与之对应照射路径的激光束聚焦;其中,m与n2均为大于1的整数,n1为正整数。该清洗头将高功率激光束3进行等分,形成n1*n2束相同的激光束,并将激光束通过振镜的高速扫描和场镜的聚焦,照射到待清洗物体表面,增加了照射面积,大幅提升清洗效率,该清洗头可以配合高功率激光器对大表面积物体如船舶、航空器等表面进行高效的激光清洗,待清洗物,例如除油污、除漆、除锈等。

  应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

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