專利名稱：激光清洗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光清洗系統(tǒng)，尤其是可以實時檢測被清洗表面的化學(xué)成分 的激光清洗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光清洗系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的很多，可以應(yīng)用在各種公共場合，可以對道路、 廣告牌、房屋樓道的墻面等物體表面上的污垢進行有效的清洗，激光清洗的原理，就是利用 激光，作用于物體表面的污染物，使污染物直接被燒蝕，或者使污染物發(fā)生變化，更加易于 使用其他方法清洗，其具體的機理很復(fù)雜，一般涉及高溫燒蝕、氣化蒸發(fā)、快速膨脹、聲波振 動等，多種物理和化學(xué)過程，通常紅外激光適合各類有機污染物的清洗；而對紫外有較強吸 收的有機污染物，可以考慮嘗試紫外激光清洗，而清洗比較頑固的無機物污染，可以使用納 秒或者皮秒或者飛秒激光，在實際應(yīng)用中，激光清洗技術(shù)有時候單獨使用，有時候與其他方 法結(jié)合使用。由于激光清洗技術(shù)的綠色無污染，在物品的清洗中也用到激光清洗技術(shù)，但是針 對物品的激光清洗不同于公共場合的清洗。主要是物品清洗時，嚴格地要求保護被清洗的 物件基體，激光的損傷作用必須完全限制于基體所吸附的污染物，而不可以損傷基體。而 公共場合的激光清洗，要求比較寬松，對基體的微弱損傷是可以接受的。同時，物體的表面 的污染物不是均勻分布的，在表面區(qū)域中，有些區(qū)域污染物比較厚，需要長時間激光照射清 洗，有些區(qū)域則污染物薄，只需要短時間激光照射清洗，以免不必要的損傷。已有的激光清洗系統(tǒng)，在觀察清洗效果、控制清洗進程方面，主要是依靠肉眼觀 察，結(jié)合顯微鏡觀察。在實際的操作當中，如果能夠?qū)崟r的檢測被清洗表面的化學(xué)成分變 化，則能及時準確地了解被清洗表面的狀態(tài)信息，這對有效地控制清洗進程、改進清洗的效 果、提高清洗的效率都非常有意義。目前亟需一種可以實時檢測被清洗表面的化學(xué)成分的激光清洗系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種可以實時檢測被清洗表面化 學(xué)成分的激光清洗系統(tǒng)。為了實現(xiàn)本實用新型的目的，采用的技術(shù)方案概述如下一種激光清洗系統(tǒng)，包括由電源和光學(xué)諧振腔構(gòu)成的激光器、激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng) 及用于控制激光傳導(dǎo)光路輸出方向的手柄，其特征在于，還包括能夠從激光照射區(qū)域采集 光信號的光路系統(tǒng)，以及連接于光信號采集光路系統(tǒng)的光譜儀；同時與光譜儀和激光電源 相連的控制電路系統(tǒng)；以及與控制電路系統(tǒng)連接的計算機。所述激光器為脈沖激光器或者光纖激光器。所述激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)或者采集光信號的光路系統(tǒng)為光纖，或者是帶有聚焦透鏡 的光纖，或者是顯微鏡光路，或者是單獨的聚焦透鏡。[0011]還包括一連接監(jiān)視光路系統(tǒng)和監(jiān)視器的攝像頭與手柄連接。所述監(jiān)視光路系統(tǒng)與光信號采集光路系統(tǒng)或激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)共用部分光路。所述監(jiān)視光路系統(tǒng)和攝像頭與激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)、手柄和光信號采集光路系統(tǒng)通 過同軸光纖連接。所述監(jiān)視光路系統(tǒng)和攝像頭、光信號采集光路系統(tǒng)、激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)通過連接 件或者光纖與手柄連接。所述激光器安裝在具有充分自由度的支架上。所述控制電路系統(tǒng)至少連接一用于控制電脈沖信號開啟和關(guān)閉或者切換多路電 脈沖信號的開關(guān)，同步控制激光器和光譜儀。所述光譜儀連接一計算機。本實用新型的有益效果是能夠?qū)崟r采集在激光清洗過程當中，由激光所激發(fā)的 光譜，并對其進行分析，實時了解激光清洗表面的化學(xué)成分，以及激光清洗的進程。

圖1方案一的激光清洗系統(tǒng)示意圖；其中1.激光器電源2.激光器光學(xué)諧振腔3.手柄4.被清洗物件5.控制電路板 6.攝像頭7.監(jiān)視器8.計算機9.開關(guān)11.激光聚焦鏡片12.支架13.掛鉤16.攝像 頭連接件17.光譜儀18.光纖19.光纖所連聚焦鏡筒20.光纖聚焦鏡片21.光纖連接件圖2方案二的激光清洗系統(tǒng)示意圖；其中31.光纖激光器3.手柄4.被清洗物件5.控制電路板6.攝像頭7.監(jiān)視器 8.計算機9.開關(guān)14.同軸光纖Y型光纖17.光譜儀28.攝像頭分支光纖29.激光器分 支光纖30.光譜儀分支光纖圖3開關(guān)9的連接方式示意圖，其中9.開關(guān)21.激光器調(diào)制信號接口的信號端22.激光器調(diào)制信號接口的地線端 27.與開關(guān)9連接的控制電路板的信號輸出端26.控制電路板的地線
具體實施方式
方案一1. 1結(jié)構(gòu)描述。如圖1所示。激光器電源1和激光器光學(xué)諧振腔2構(gòu)成完整的激光器。激光器光 學(xué)諧振腔2安裝在支架12上的掛鉤13的上面，并且支架12具有充分的自由度。控制電路 板5同時與激光電源1、光譜儀17和計算機8連接，光譜儀17與計算機8直接相連，另有開 關(guān)9連接于控制電路板5與激光電源1之間。手柄3安裝在激光器光學(xué)諧振腔2的輸出端。手柄3內(nèi)部是空的腔體，構(gòu)成一個 傳輸激光的光路，光路中包括一片聚焦鏡片11。攝像頭6經(jīng)由連接件16固定在手柄3的上 面，攝像頭6能夠無障礙地觀測到被清洗區(qū)域，攝像頭6還連接一監(jiān)視器7，可以即時監(jiān)視激 光照射在被清洗物件4上的區(qū)域。
4[0031]光纖18與聚焦鏡筒19、聚焦鏡片20構(gòu)成一個采集光信號的光路，光纖18與光譜 儀17連接，鏡筒19經(jīng)由連接件21與手柄3連接。如圖3所示，其中21和22為激光器的調(diào)制信號接口，21為信號端，22為地線端， 22直接和控制電路板的地線26連接；控制電路板輸出的調(diào)制信號經(jīng)由27連接開關(guān)9，再接 入激光器的調(diào)制信號接口的信號端21。開關(guān)9接通時，激光器輸出激光脈沖，開關(guān)9放開 時，激光脈沖停止輸出。1. 2工作描述。1. 2. 1在工作狀態(tài)時，計算機8設(shè)定控制電路板5的電脈沖輸出參數(shù)，以通過控制 電路板5設(shè)定激光器的開關(guān)、單脈沖能量、頻率、占空比、占空周期。特別設(shè)定開關(guān)9下壓 時，為激光器輸出脈沖，開關(guān)9放開時，激光脈沖停止輸出。通過移動被清洗物件4，以及改 變手柄3的位置，可以瞄準希望被清洗的區(qū)域。1. 2. 2在瞄準之后，即可以通過開關(guān)9，開啟激光脈沖，針對污染物進行清洗，同時 通過監(jiān)視器7觀察清洗情況。在希望停止的時候，放開開關(guān)9，就可以停止清洗。1. 2. 3通過計算機8更改控制電路板5的電脈沖輸出參數(shù)，以改變激光脈沖的參 數(shù)——占空比、占空周期、脈沖頻率、單脈沖能量。1. 2. 4如果希望獲得由激光所激發(fā)的光譜，可以通過計算機8，經(jīng)由控制電路板5， 驅(qū)動激光器與光譜儀17，使其協(xié)調(diào)工作，以便采集激光所激發(fā)的光譜，光譜儀17所采集的 光譜數(shù)據(jù)，傳輸給計算機8。所述的協(xié)調(diào)工作，是指激光脈沖開始照射的時間、結(jié)束照射的時 間，與光譜儀開始測量的時間、結(jié)束測量的時間，之間的差距的設(shè)定，每個時間差，或稱為時 間窗口，可以由使用者依據(jù)需要，通過計算機8設(shè)定。計算機8所獲取的光譜數(shù)據(jù)，可以經(jīng) 由軟件轉(zhuǎn)化為被清洗表面的化學(xué)成分信息。這個信息可以作為清洗效果和清洗狀況的判斷 依據(jù)或參考。方案二2. 1結(jié)構(gòu)描述。如圖2所示。同軸光纖14的分支29為光纖激光器31的輸出端，同軸光纖14的 分支28連接攝像頭6，同軸光纖14的分支30連接光譜儀17，同軸光纖14的外部安裝有手 柄3?？刂齐娐钒?同時與激光器31、光譜儀17和計算機8連接，光譜儀17與計算機8直 接相連，另有開關(guān)9連接于控制電路板5和激光器31之間。攝像頭6和監(jiān)視器7連接，可 以即時監(jiān)視激光照射在被清洗物件4上的區(qū)域。2. 2工作描述。2. 2. 1在工作狀態(tài)時，計算機8設(shè)定控制電路板5的電脈沖輸出參數(shù)，以通過控制 電路板5設(shè)定激光器的開關(guān)、單脈沖能量、頻率、占空比、占空周期。特別設(shè)定開關(guān)9下壓 時，為激光器輸出脈沖，開關(guān)9放開時，激光脈沖停止輸出。通過移動被清洗物件4，以及改 變手柄3的位置，可以瞄準希望被清洗的區(qū)域，而不會傷及不希望清洗的區(qū)域。2. 2. 2在瞄準之后，即可以通過開關(guān)9，開啟激光脈沖，針對污染物進行清洗，同時 通過監(jiān)視器7觀察清洗情況。在希望停止的時候，放開開關(guān)9，就可以停止清洗。2. 2. 3通過計算機8更改控制電路板的電脈沖輸出參數(shù)，以改變激光脈沖的參 數(shù)——占空比、占空周期、脈沖頻率、單脈沖能量。2. 2. 4如果希望獲得由激光所激發(fā)的光譜，可以通過計算機8，經(jīng)由控制電路板5，驅(qū)動激光器與光譜儀17，使其協(xié)調(diào)工作，以便采集激光所激發(fā)的光譜，光譜儀17所采集的 光譜數(shù)據(jù)，傳輸給計算機8。所述的協(xié)調(diào)工作，是指激光脈沖開始照射的時間、結(jié)束照射的時 間，與光譜儀開始測量的時間、結(jié)束測量的時間，之間的差距的設(shè)定，每個時間差，或稱為時 間窗口，可以由使用者依據(jù)需要，通過計算機8設(shè)定。計算機8所獲取的光譜數(shù)據(jù)，可以經(jīng) 由軟件轉(zhuǎn)化為被清洗表面的化學(xué)成分信息。這個信息可以作為清洗效果和清洗狀況的判斷 依據(jù)或參考。上述方案中，控制電路板可以采用FPGA、CPLD等可以產(chǎn)生脈沖信號的電路板，不 影響本實用新型的實施。所述激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)或者采集光信號的光路系統(tǒng)或者監(jiān)視光路 系統(tǒng)為光纖，或者是帶有聚焦透鏡的光纖，或者是顯微鏡光路，或者是單獨的聚焦透鏡，并 且所述的激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)與光信號采集光路系統(tǒng)、監(jiān)視光路系統(tǒng)可以共用部分光路。也 可以通過同軸光纖連接。此處敘述的示例方案僅僅是對本實用新型原理的解釋。不應(yīng)以任何方式，利用上 面的敘述限制本實用新型的范圍。本領(lǐng)域的專業(yè)人士，可以利用本實用新型的原理，設(shè)計各 種不同的實施方案，而不超出本實用新型的范圍。
權(quán)利要求一種激光清洗系統(tǒng)，包括由電源和光學(xué)諧振腔構(gòu)成的激光器、激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)及用于控制激光傳導(dǎo)光路輸出方向的手柄，其特征在于，還包括能夠從激光照射區(qū)域采集光信號的光路系統(tǒng)，以及連接于光信號采集光路系統(tǒng)的光譜儀；同時與光譜儀和激光電源相連的控制電路系統(tǒng)；以及與控制電路系統(tǒng)連接的計算機。
2.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為脈沖激光器或者光 纖激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)或者采集 光信號的光路系統(tǒng)為光纖，或者是帶有聚焦透鏡的光纖，或者是顯微鏡光路，或者是單獨的 聚焦透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，還包括一連接監(jiān)視光路系統(tǒng)和監(jiān) 視器的攝像頭與手柄連接。
5.如權(quán)利要求4所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視光路系統(tǒng)與光信號采集 光路系統(tǒng)或激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)共用部分光路。
6.如權(quán)利要求4所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視光路系統(tǒng)和攝像頭與激 光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)、手柄和光信號采集光路系統(tǒng)通過同軸光纖連接。
7.如權(quán)利要求6所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視光路系統(tǒng)和攝像頭、光信 號采集光路系統(tǒng)、激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)通過連接件或者光纖與手柄連接。
8.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器安裝在具有充分自由 度的支架上。
9.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路系統(tǒng)至少連接一用 于控制電脈沖信號開啟和關(guān)閉或者切換多路電脈沖信號的開關(guān)，同步控制激光器和光譜 儀。
10.如權(quán)利要求1所述的激光清洗系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜儀連接一計算機。
專利摘要本實用新型屬于激光清洗技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種激光清洗系統(tǒng)，包括由電源和光學(xué)諧振腔構(gòu)成的激光器、激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)及用于控制激光傳導(dǎo)光路輸出方向的手柄，其特征在于，還包括與激光傳導(dǎo)光路系統(tǒng)連接的光譜儀；同時與光譜儀和激光電源相連的控制電路系統(tǒng)；以及與控制電路系統(tǒng)連接的計算機。本實用新型能夠?qū)崟r采集在激光清洗過程當中，由激光所激發(fā)的光譜，并對其進行分析，實時了解激光清洗表面的化學(xué)成分，以及激光清洗的進程。
文檔編號B08B7/00GK201720218SQ20102021331
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者劉偉 申請人:北京大學(xué)