一種激光清洗設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種激光清洗設(shè)備，包括激光器（2）及與其連接的清洗加工頭（3），采用半導(dǎo)體泵浦固體脈沖激光器，通過MOPA結(jié)構(gòu)，采用電光調(diào)Q的方式提高激光輸出功率，并將其通過空心錐耦合進(jìn)光纖，通過光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)較長距離大范圍內(nèi)且長時間穩(wěn)定的清洗作業(yè)，不會對機(jī)體造成的安全隱患，極大地降低清洗成本，而且減少脫漆劑對環(huán)境的污染，可實(shí)現(xiàn)自動控制，使用成本低、效率高。
【專利說明】一種激光清洗設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光清洗【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是應(yīng)用于對飛機(jī)蒙皮清洗，同時也可應(yīng)用于模具清洗、石材、金屬等物體表面的污垢、銹跡以及溶劑殘留物的清洗，核工業(yè)維修清洗減廢，古文物、遺跡、古建筑除污維護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)在使用一段時間(5年左右)后，就需要大修一次。在大修時，需要把表面油漆全部除掉，這不僅是為了大修后重新涂漆以得到一個嶄新的裝飾涂層，更是為了檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)體或結(jié)構(gòu)件的缺陷和疲勞裂紋，從而避免飛機(jī)發(fā)生疲勞破壞事故。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，目前主要采用脫漆劑對飛機(jī)機(jī)體進(jìn)行除漆工作。然而采用脫漆劑除漆的缺點(diǎn)很多，不但有毒有污染，而且脫漆劑使用量非常大，成本非常高昂；脫漆劑對鉚在機(jī)體上的鋼質(zhì)鉚釘有腐蝕作用，而采用激光除漆(Laser Paint Stripping)不但無上述問題，而且便于實(shí)時控制，因而在激光清洗領(lǐng)域內(nèi)受到廣泛的關(guān)注。
[0004]中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司發(fā)布的報(bào)告稱，到2023年，我國客貨運(yùn)輸機(jī)將達(dá)2769架。如果再把軍機(jī)和通用飛機(jī)考慮在內(nèi)，我國的飛機(jī)數(shù)目更是非常龐大。我國某中型運(yùn)輸機(jī)除漆時，每架需要脫漆劑2.4噸，每噸脫漆劑價值3.8萬元人民幣，由此可知，該型飛機(jī)的脫漆費(fèi)用，光脫漆劑一項(xiàng)就需9.12萬元；若使用激光除漆技術(shù)，飛機(jī)除漆的成本主要就是激光器的耗電費(fèi)用。
[0005]飛機(jī)激光除漆需要一臺輸出功率為5千瓦的激光器，連續(xù)工作48小時就可以完成整架飛機(jī)除漆任務(wù)。激光器的電光轉(zhuǎn)換效率為10%，耗電量計(jì)算如下:(5KW*48H)/10%=2400 (度)；按照工業(yè)用電標(biāo)準(zhǔn)，每度電1.2元，總計(jì)電費(fèi)為:2400度*1.2元/度=2880元；只相當(dāng)于使用脫漆劑費(fèi)用的3%，按照目前中國民航市場的飛機(jī)保有量2000架計(jì)算，參照一個中型飛機(jī)使用激光清洗設(shè)備的費(fèi)用，可節(jié)約的成本計(jì)算如下:(91200-2880)*2000=1.7664億元，經(jīng)濟(jì)效益非常巨大，將給客戶節(jié)約巨額的成本開支。
[0006]飛機(jī)對安全性有著近乎苛刻的要求，所以在航空工業(yè)部門，無論是生產(chǎn)還是維修，對每一道工序的改進(jìn)，首先想到的不是成本而是安全。因此激光脫漆要代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫漆劑法，首先要提供的就是安全保證，激光脫漆不會對飛機(jī)機(jī)體有絲毫的損傷。如果激光脫漆的速度緩慢，就會拖延飛機(jī)的維修時間，由此導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)嚴(yán)重的。所以只有激光脫漆的速度達(dá)到乃至超過脫漆劑的脫漆速度，也就是每小時可以剝離約22m2的機(jī)體漆層，激光脫漆的優(yōu)點(diǎn)才會得以體現(xiàn)。
[0007]如何提供一種激光清洗設(shè)備來有效的進(jìn)行飛機(jī)蒙皮清洗值得我們思考。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種激光清洗設(shè)備，解決脫漆劑除漆對機(jī)體造成的安全隱患，降低清洗成本，減少脫漆劑清洗對環(huán)境的污染。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種激光清洗設(shè)備，包括激光器2以及與其連接的清洗加工頭3，其中，所述激光器2包括依次設(shè)置于光路上的全反射鏡21、第一半導(dǎo)體泵浦模塊22、電光調(diào)Q開關(guān)23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集器26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、光開關(guān)元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖稱合器214,并且所有器件光軸同軸,第一泵浦模塊22泵浦產(chǎn)生激光,通過電光調(diào)Q開關(guān)23調(diào)Q輸出高功率脈沖激光，并通過第二泵浦模塊29再次放大激光功率，并將高功率脈沖激光經(jīng)光纖耦合器214耦合入光纖7 ；
[0010]所述清洗加工頭3包括擴(kuò)束鏡31，擴(kuò)束鏡的輸出光方向設(shè)有45°反光銅片32，45°反光銅片的反射光路上設(shè)有掃描振鏡33，掃描振鏡的反射光路上設(shè)有聚焦透鏡34，聚焦透鏡的光路輸出端輸出激光束35用于清洗物體6。
[0011 ] 優(yōu)選地，還包括吸塵裝置5，所述吸塵裝置連接于清洗加工頭3的前端，吸塵裝置5中連有氣管51，以吸收激光清洗過程中引起的碎屑保護(hù)聚焦鏡34、掃描振鏡33免受清洗產(chǎn)生的污物污染。
[0012]優(yōu)選地，還包括冷凝器4，所述清洗加工頭3中還包括吸光裝置36，吸光裝置中設(shè)有冷卻水管，冷卻水管通過出水管41和回水管42與冷凝器4相連，所述吸光裝置吸收激光轉(zhuǎn)換為熱量以對激光器2和清洗加工頭3進(jìn)行散熱處理。
[0013]優(yōu)選地，還包括觸屏顯示單元，激光器的控制器連接所述觸屏顯示單元，通過所述觸屏顯示單元進(jìn)行激光清洗參數(shù)設(shè)置和清洗工作模式選擇。
[0014]優(yōu)選地，還包括功率計(jì)210，所述功率計(jì)經(jīng)激光器的控制器控制，并通過I/O接口實(shí)時監(jiān)測清洗時的激光功率。
[0015]優(yōu)選地，所述光纖耦合器214為空心錐耦合器。
[0016]優(yōu)選地,所述激光器2為MOPA激光器。
[0017]優(yōu)選地，所述第一、第二半導(dǎo)體泵浦模塊22、29是連續(xù)泵浦模塊。
[0018]優(yōu)選地，所述清洗加工頭3下端設(shè)有把手37。
[0019]優(yōu)選地，所述清洗加工頭3的前端還設(shè)有保護(hù)罩。
[0020]如上所述，本實(shí)用新型的一種激光清洗設(shè)備，包括激光器2及與其連接的清洗加工頭3，采用半導(dǎo)體泵浦固體脈沖激光器，通過MOPA結(jié)構(gòu)，采用電光調(diào)Q的方式提高激光輸出功率，并將其通過空心錐耦合進(jìn)光纖，通過光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)較長距離大范圍內(nèi)且長時間穩(wěn)定的清洗作業(yè)，而且不使用化學(xué)試劑從而無毒無污染，可實(shí)現(xiàn)自動控制，使用成本低、效率聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明；
[0022]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種激光清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是激光清洗設(shè)備控制系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖1至圖3中，
[0026]控制機(jī)柜1、激光器2、全反鏡21、第一泵浦模塊22、電光調(diào)Q開關(guān)23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、功率計(jì)210、光開關(guān)元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖耦合器214、清洗加工頭3、擴(kuò)束鏡31、反光銅片32、掃描振鏡33、聚焦鏡34、激光束35、吸光裝置36、把手37、冷凝器4、出水管41、回水管42、吸塵裝置5、氣管51、清洗物體6、光纖7。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0028]需要說明的是，本說明書附圖中所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容所涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。
[0029]請參考圖1所示，其為本實(shí)用新型的激光清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，同時結(jié)合圖2所示的激光器2結(jié)構(gòu)示意圖，該清洗設(shè)備包括:激光器2以及與其連接的清洗加工頭3，所述激光器2為MOPA結(jié)構(gòu)的激光器，所述激光器2包括依次設(shè)置于光路上的全反射鏡21、第一半導(dǎo)體泵浦模塊22、電光調(diào)Q開關(guān)23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集器26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、光開關(guān)元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖耦合器214，并且所有器件光軸同軸，第一泵浦模塊22泵浦產(chǎn)生激光，通過電光調(diào)Q開關(guān)23調(diào)Q輸出高功率脈沖激光，并通過第二泵浦模塊29再次放大激光功率，并且所述第一、第二半導(dǎo)體泵浦模塊22、29是連續(xù)泵浦模塊，并將高功率脈沖激光經(jīng)光纖稱合器214稱合入光纖以實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。
[0030]所述清洗加工頭3包括擴(kuò)束鏡31，擴(kuò)束鏡的輸出光方向設(shè)有45°反光銅片32，45°反光銅片的反射光路上設(shè)有掃描振鏡33，掃描振鏡的反射光路上設(shè)有聚焦透鏡34，聚焦透鏡的光路輸出端輸出激光束35用于清洗物體6。
[0031]本方案的清洗設(shè)備還可以包括吸塵裝置5，所述吸塵裝置連接于清洗加工頭3的前端，吸塵裝置5中連有氣管51，以幫助吸收激光清洗過程中引起的碎屑以保護(hù)聚焦鏡34、掃描振鏡33免受清洗產(chǎn)生的污物污染。
[0032]本方案的清洗設(shè)備還可以包括冷凝器4，所述清洗加工頭3中還包括吸光裝置36，吸光裝置中設(shè)有冷卻水管，冷卻水管通過出水管41和回水管42與冷凝器4相連，所述吸光裝置吸收激光轉(zhuǎn)換為熱量以對激光器2和清洗加工頭3進(jìn)行散熱處理。
[0033]在上述方案中，激光器2和清洗加工頭3之間用IOm長，芯徑為600um的光纖17連接，其中所述光纖耦合器214為空心錐耦合器，能夠有效緩解大功率激光耦合過程中對光纖7的燒灼，同時耦合效率可以達(dá)到80%，且有效地降低成本，可以實(shí)現(xiàn)IOm以內(nèi)的激光清洗，以便擴(kuò)大清洗使用范圍。
[0034]所述清洗加工頭3下端設(shè)有把手37，通過把手可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂和人工的方便操作；所述清洗加工頭3的前端還設(shè)有保護(hù)罩，能夠有效防止清洗碎片對聚焦鏡34造成污染。[0035]請結(jié)合圖3所示，其為本實(shí)用新型的激光清洗設(shè)備控制系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖，其包括控制器，
[0036]控制器通過I/O接口接收激光開關(guān)的信號，以啟動半導(dǎo)體泵浦模塊電源、調(diào)節(jié)電光調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動模塊，以及驅(qū)動掃描振鏡驅(qū)動單元；
[0037]本案的清洗設(shè)備還可以包括功率計(jì)210，所述功率計(jì)經(jīng)激光器的控制器控制，并通過I/o接口實(shí)時監(jiān)測清洗時的激光功率，并實(shí)時獲取激光功率；
[0038]還可以包括與控制器連接的觸屏顯示單元，通過觸屏顯示單元進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和清洗工作模式選擇；
[0039]與控制器連接的A/D轉(zhuǎn)換單元，將設(shè)定好的參數(shù)通過D/A轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成兩路模擬電壓信號，一路模擬電壓信號控制半導(dǎo)體泵浦電源以給半導(dǎo)體泵浦模塊供電，另一路模擬電壓信號輸入到振鏡驅(qū)動單元以驅(qū)動掃描振鏡33 ；
[0040]控制器產(chǎn)生激光調(diào)制頻率信號驅(qū)動調(diào)Q驅(qū)動模塊，調(diào)Q驅(qū)動模塊驅(qū)動電光調(diào)Q開關(guān)對激光器輸出激光進(jìn)行調(diào)制，使連續(xù)泵浦激光調(diào)Q后輸出高峰值功率脈沖激光，輸出的高峰值功率脈沖激光可以通過MOPA (主振蕩功率放大結(jié)構(gòu))將具有高光束質(zhì)量的種子信號光和泵浦光，通過一定的方式耦合進(jìn)雙包層光纖進(jìn)行放大，從而實(shí)現(xiàn)對種子光源的高功率放大，然后光纖I禹合輸出。
[0041]本方案中的激光器2、冷凝器4、吸塵裝置5可以一并設(shè)置在控制機(jī)柜I中，激光清洗設(shè)備工作過程如下，控制機(jī)柜I上電，開啟電源后對控制機(jī)柜I內(nèi)各部分狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，將清洗加工頭2的把手37出光開關(guān)旋轉(zhuǎn)，激光器2輸出高峰值功率脈沖激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡31擴(kuò)束后照射到反光銅片32上，反光銅片與主光路成45°角放置，放光銅片32將激光束35反射到掃描振鏡33,掃描振鏡與主光路也成45°角放置,掃描振鏡33高速來回掃描并將激光束35反射進(jìn)入聚焦鏡34，通過聚焦鏡將激光束35聚焦到清洗物體6上，清除其機(jī)體表面蒙漆，同時的激光清洗作業(yè)時，吸塵裝置5同時工作，以保護(hù)聚焦鏡35及掃描振鏡不受污染；清洗完畢時，通過旋轉(zhuǎn)把手37上的反光銅片32開關(guān)，光路旋轉(zhuǎn)打到吸光裝置36上，激光被吸收轉(zhuǎn)換為熱量，由冷凝器4對設(shè)備進(jìn)行冷卻。
[0042]本實(shí)施例的方案中，采用深圳東露陽的PH-LW16-27-BHP激光冷凝器4，半導(dǎo)體泵浦電源為 Sino Laser 的 CW Laser Diode Driver,米用 Sino Laser 的 GNlOOSeries, 300WDPSS Laser Module型半導(dǎo)體泵浦模塊，其輸出功率為300瓦，電光調(diào)Q開關(guān)23使用英國古奇的電光調(diào)Q開關(guān)，電光調(diào)Q頻率為IOKHz時調(diào)制輸出500W，脈寬為10ns，使用透過率為40%的輸出鏡24，擴(kuò)束鏡31采用Jenoptik Beam expander,擴(kuò)束倍率為2倍，掃描振鏡33選用ScanLab的單軸IOmm 口徑振鏡dynAXIS3_S,聚焦鏡34焦距f=254mm,對于飛機(jī)機(jī)體除漆清洗速度達(dá)25m2/h，清洗效果良好。
[0043]本實(shí)用新型的一種激光清洗設(shè)備，采用MOPA結(jié)構(gòu)激光器I結(jié)合清洗加工頭3，采用大功率光纖7傳導(dǎo)光能，實(shí)現(xiàn)長距離、大范圍的且能夠長時間穩(wěn)定工作的激光清洗作業(yè)；而且不使用化學(xué)試劑從而無毒無污染，可實(shí)現(xiàn)自動控制，使用成本低。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0044]上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種激光清洗設(shè)備，其特征在于，包括激光器(2)以及與其連接的清洗加工頭(3)，其中， 所述激光器(2)包括依次設(shè)置于光路上的全反射鏡(21)、第一半導(dǎo)體泵浦模塊(22)、電光調(diào)Q開關(guān)(23)、輸出鏡(24)、第一 45°反射鏡(25)、第一束流收集器(26)、衰減器(27)、第二 45°反光鏡(28)、第二泵浦模塊(29)、光開關(guān)元件(211)、第二束流收集器(212)、第三45°反光鏡(213)、光纖稱合器(214),并且所有器件光軸同軸，第一泵浦模塊(22)泵浦產(chǎn)生激光，通過電光調(diào)Q開關(guān)(23)調(diào)Q輸出高功率脈沖激光，并通過第二泵浦模塊(29)再次放大激光功率，并將高功率脈沖激光經(jīng)光纖耦合器(214)耦合入光纖(7)； 所述清洗加工頭(3 )包括擴(kuò)束鏡(31 )，擴(kuò)束鏡的輸出光方向設(shè)有45 °反光銅片(32 )，45°反光銅片的反射光路上設(shè)有掃描振鏡(33)，掃描振鏡的反射光路上設(shè)有聚焦透鏡(34 )，聚焦透鏡的光路輸出端輸出激光束(35 )用于清洗物體(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，還包括吸塵裝置(5)，所述吸塵裝置連接于清洗加工頭(3)的前端，吸塵裝置(5)中連有氣管(51)，以吸收激光清洗過程中引起的碎屑保護(hù)聚焦鏡(34)、掃描振鏡(33)免受清洗產(chǎn)生的污物污染。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，還包括冷凝器(4)，所述清洗加工頭(3)中還包括吸光裝置(36),吸光裝置中設(shè)有冷卻水管,冷卻水管通過出水管(41)和回水管(42)與冷凝器(4)相連，所述吸光裝置吸收激光轉(zhuǎn)換為熱量以對激光器(2)和清洗加工頭(3)進(jìn)行散熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，還包括觸屏顯示單元，激光器的控制器連接所述觸屏顯示單元，通過所述觸屏顯示單元進(jìn)行激光清洗參數(shù)設(shè)置和清洗工作模式選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，還包括功率計(jì)(210)，所述功率計(jì)經(jīng)激光器的控制器控制，并通過I/o接口實(shí)時監(jiān)測清洗時的激光功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，所述光纖耦合器(214)為空心錐率禹合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，所述激光器(2)為MOPA激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，所述第一、第二半導(dǎo)體泵浦模塊(22)、(29)是連續(xù)泵浦模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，所述清洗加工頭(3)下端設(shè)有把手(37)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗設(shè)備，其特征在于，所述清洗加工頭(3)的前端還設(shè)有保護(hù)罩。
【文檔編號】B08B7/00GK203526145SQ201320576746
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】周倩 申請人:上海海固電器設(shè)備有限公司