一种大功率高速扫描的激光清洗系统的制作方法

：
1.本发明属于激光清洗设备技术领域，涉及一种大功率高速扫描的激光清洗系统。


背景技术：

2.激光清洗技术采用短脉冲激光束照射工件表面，使其表面的附着物或涂层等发生瞬间蒸发或剥离等物理化学变化过程，从而达到洁净化的工艺过程。与机械式、化学式清洗方法相比，激光清洗技术具有清洗效果佳、精度高、非接触等优势，在工业制造、生产和维修的领域具有广泛的应用。
3.应用激光清洗的范围虽然越来越广泛，但也存在着清洗效率较低的缺点。提高激光清洗效率的方法主要是增大平均功率或增加激光光源的方式，但是在现有技术中，大功率的激光清洗系统存在光斑扫描速度慢的问题，且光斑尺寸不可调。


技术实现要素：

4.发明目的：
5.本发明提出了一种大功率高速扫描的激光清洗系统，其目的在于解决大功率激光清洗时，光斑扫描速度慢，光斑尺寸不可调，清洗效率低的问题。
6.技术方案：
7.一种大功率高速扫描的激光清洗系统，其特征在于：包括光纤头、结构件、第一平凸透镜、手动凸轮机构、第二平凸透镜、多棱镜、伺服电机、聚焦镜、窗口镜、红光点光源、检测传感器、气路保护装置；
8.其中光纤头安装在结构件底部，第一平凸透镜固定于结构件下端内壁上，第二平凸透镜安装在结构件中部内壁上，第二平凸透镜与结构件内壁滑动连接；手动凸轮机构滑动连接于结构件中部外壁上；
9.多棱镜与伺服电机同轴式连接，伺服电机与结构件上端固定连接；红光点光源固定于结构件上端的内部，检测传感器固定于结构件上端的内部；
10.聚焦镜固定于结构件上端侧方；窗口镜固定在结构件出光口处；气路保护装置安装在窗口镜外侧，气路保护装置与结构件相连。
11.所述结构件下端的内部安装有准直单元；所述准直单元上端与第一平凸透镜连接，下端与光纤头连接。
12.所述第二平凸透镜通过销轴与手动凸轮机构内滑槽滑动连接；第二平凸透镜的移动方式包括：凸轮机构、气缸、伺服电机、齿轮齿条、丝杠。
13.所述聚焦镜轴线与所述第一平凸透镜、第二平凸透镜轴线成90度；所述多棱镜轴线与聚焦镜轴线成90度。
14.所述多棱镜为正多边棱镜；多棱镜旋转转速为7200r/min，所对应的高速扫描的速度为0～200m/s；多棱镜的扫描角度为-13
°
～ 13
°
。
15.所述伺服电机包括：伺服电机、dd马达的形式。
16.气路保护装置上设置有气路接头；调节旋钮设置在结构件上端后方，所述调节旋钮数量至少为两个。
17.工作原理：光纤头发出的激光光束经由准直单元整形成平行光束。平行光束通过第一平凸透镜进行聚焦后在焦点后扩散，继续通过第二平凸透镜进行光斑大小变换，光束继续传输至多棱镜，光束经过多棱镜反射后继续传输，光束通过聚焦镜和窗口镜，将光束进行聚焦，形成满足清洗的光斑大小。
18.第一平凸透镜固定；通过手动凸轮机构控制第二平凸透镜上下移动，以调整第一平凸透镜和第二平凸透镜的相互位置，实现清洗焦点光斑大小的变化；
19.多棱镜与伺服电机轴相连，通过控制伺服电机来控制多棱镜的旋转速度，进而实现光斑扫描速度的控制；
20.红光点光源发射的光束经过多棱镜反射，最终照射至检测传感器上，通过检测激光落在检测传感器上的位置信息，实现对激光光束开关的控制；
21.气路保护装置设置于窗口镜镜片下方与光路结构内部，洁净的正压气体经过气路保护装置分为两路输入，一路通入光路结构内部可以保护光路内部结构不受污染，一路通入至窗口镜镜片下方形成气幕，使窗口镜镜片不受污染。
22.优点及效果：
23.本发明具有以下优点和有益效果：
24.1、通过简单的结构让清洗用聚焦光斑的大小发生变化，解决了传统清洗头光斑大小固定不可调节的问题；根据清洗对象的清洗阈值可以切换尽可能大的光斑，以提供最大化的清洗效率。
25.2、采用了多棱镜与伺服电机组合的新型扫描结构，实现了千瓦级大功率、大光斑激光清洗时光斑的高速扫描，扫描速度可达百米每秒的级别，大大提高了激光清洗效率。
附图说明：
26.图1是大功率高速扫描的激光清洗系统的剖视图；
27.图2是大功率高速扫描的激光清洗系统的主视图。
28.附图标记说明：
29.1—光纤头，1a—准直单元，2—结构件，3—第一平凸透镜，4—手动凸轮机构，5—第二平凸透镜，6—多棱镜，7—伺服电机，8—聚焦镜，9—窗口镜，10—红点光源，11—检测传感器，12—气路保护装置，13—气路接头，14—调节旋钮。
具体实施方式：
30.大功率高速扫描的激光清洗系统，其包括光纤头、准直单元、结构件、第一平凸透镜、手动凸轮机构、第二平凸透镜、多棱镜、伺服电机、聚焦镜、窗口镜、红光点光源、检测传感器、气路保护装置等，其中：所述光纤头发出的激光光束经由所述准直单元整形成平行光束。平行光束通过所述第一平凸透镜进行聚焦后在焦点后扩散，继续通过所述第二平凸透镜进行光斑大小变换，光束继续传输至所述多棱镜，光束经过所述多棱镜反射后继续传输，光束在通过所述聚焦镜、所述保护镜片，进而将光束进行聚焦，形成满足清洗的光斑大小。
31.所述第一平凸透镜固定于结构件下端内部，所述第二平凸透镜安装在结构件中部
内壁上，第二平凸透镜与结构件内壁滑动连接，使第二平凸透镜可以上下滑动，以调整第一平凸透镜和第二平凸透镜的相互位置，实现清洗焦点光斑大小的变化；
32.所述手动凸轮机构与所述结构件滑动连接于结构件中部外壁上。所述第二平凸透镜通过至少一根销轴与所述手动凸轮机构内滑槽形成滑动连接；
33.所述的多棱镜与所述伺服电机同轴式连接，所述伺服电机与所述结构件固定连接；
34.所述多棱镜为正多边棱镜；多棱镜旋转转速为7200r/min，所对应的高速扫描的速度为0～200m/s；多棱镜的扫描角度为-13
°
～ 13
°
；可调光斑面积为0.78mm2～23mm2。
35.所述聚焦镜固定于结构件上端侧方，其中所述聚焦镜轴线与所述第一平凸透镜、二轴线成90度，所述多棱镜轴线与所述聚焦镜轴线成90度；
36.所述窗口镜固定于所述结构件出光口处。所述的气路保护装置安装在所述窗口镜外侧；同时，所述气路保护装置与所述结构件相连；
37.所述红光点光源固定于结构件内部，所述检测传感器固定于结构件内部，其中，所述红光点光源发射红光经多棱镜发射后可照射到所述检测传感器上，通过检测红光在传感器上的位置，实现输入激光的开关时效控制；
38.所述气路保护装置设置于窗口镜片下方与光路结构内部，洁净的正压气体经过气路保护装置分为两路输入，一路通入光路结构内部可以保护光路内部结构不受污染，一路通入至窗口镜片下方形成气幕，使窗口镜片不受污染。
39.进一步，所述伺服电机包括但不限于伺服电机、dd马达等形式
40.进一步，所述第二平凸透镜的移动方式包括但不限于手动凸轮机构、气缸、伺服电机、齿轮齿条、丝杠等形式；
41.进一步，所述多棱镜不限制于正10边棱镜，可为任意正多边棱镜；
42.下面结合本发明实施例中附图和技术方案详细说明本发明的实施过程，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.如图1和2所示，一种大功率高速扫描的激光清洗系统，其中所述光纤头1是激光器的一部分，固定于结构件2的底部圆孔中；所述准直单元1a设置在光纤头1的上部，同时固定在结构件2的圆孔中；所述第一平凸透镜3配有安装座，通过安装座与结构件2连接固定；
44.所述手动凸轮机构4滑动连接在结构件2的外壁上，其中，所述手动凸轮机构4内部含有导向滑槽和至少1根销轴，所述手动凸轮机构4的内部销轴的一端设置在导向滑槽中，另一端与所述第二平凸透镜5的安装座连接；同时，所述第二平凸透镜5滑动连接在结构件2中部的内筒中；旋转所述手动凸轮机构2可使所述第二平凸透镜5沿轴线方向移动。
45.所述多棱镜6固定于所述伺服电机7的动子上，所述伺服电机7固定在所述结构件2的内腔中；伺服电机7带动多棱镜6进行旋转运动，主要用于将从第二平凸透镜5中整形后射出的激光进行反射，伺服电机6可以无级变速。
46.所述聚焦镜8与结构件2的左侧连接，其中，聚焦镜8的轴线与第二平凸透镜5的轴线垂直。
47.所述窗口镜9安装于气路保护装置12内部，用于隔离光学镜片与外界接触，避免光学镜片污染。将经过棱镜反射的往复摆动激光进行聚焦，在焦点处形成用于清洗的光斑。
48.所述红点光源10设置于结构件2内部，用于发射检测用红光光束。红光光束通过多
棱镜6的反射，最终照射到安装在结构件2内部的所述检测传感器11上。随着多棱镜6的旋转，反射后的红光光束照射到检测传感器11的位置也不同，系统根据传感器11的结果判定多棱镜6的相对位置。
49.所述气路保护装置12设置于聚焦镜8左侧结构件2上，气路保护装置12内部含有狭小缝隙，压缩空气通过缝隙，形成气幕，进而保护窗口镜9镜片。
50.所述气路接头13设置于气路保护装置12上，为气路保护装置气路接口。
51.所述调节旋钮14设置于结构件2之上，其上至少设置两个，一用于扫描宽度调节，一用于扫描速度调节。