專利名稱：便攜式激光清洗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式激光清洗系統(tǒng)，應(yīng)用在各種公共場所，可以對(duì)道路、廣告牌、電線桿、以及各種石材、磚材、樓宇外墻等物體表面上的污垢、銹斑、油漆、橡膠、塑料、殘留的溶劑和粘結(jié)劑進(jìn)行有效清洗和清除。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的清洗方法包括機(jī)械清洗法和濕法清洗法等。機(jī)械清洗法即采用刮、擦、刷、噴砂等機(jī)械手段去除表面污物；濕法清洗法是利用水或有機(jī)清洗劑，通過噴、淋、浸泡等措施去除表面附著物。機(jī)械清洗法無法滿足高清潔度清洗要求，容易損傷被清洗物的表面；而濕法清洗法對(duì)清洗過程中洗滌劑的回收和排放不能有效處理，直接污染了環(huán)境，獲得的清潔度也很有限。
激光清洗技術(shù)是指采用高功率密度激光束照射工件表面，使表面的污物、銹斑或涂層發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離，從而達(dá)到潔凈化的過程。與傳統(tǒng)清洗工藝相比，激光清洗技術(shù)具有以下特點(diǎn)不需要清潔液或其它化學(xué)溶液；清除污物的范圍和適用的基材范圍十分廣泛；通過調(diào)控激光工藝參數(shù)，可以在不損傷基材表面的基礎(chǔ)上，有效去除污染物，使表面復(fù)舊如新；有高的適應(yīng)性和柔性，可以方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；激光去污設(shè)備可長期使用，運(yùn)行成本低；激光清洗技術(shù)是一種“綠色”清洗工藝，對(duì)環(huán)境基本上不造成污染。激光清洗在過去所用的是準(zhǔn)分子激光器或YAG激光器，其體積龐大，并需要相應(yīng)配套的冷卻設(shè)施，由于具有不易移動(dòng)和維護(hù)等缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用的普遍性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決了現(xiàn)有激光清洗方法由于體積龐大而不能廣泛應(yīng)用的問題，提出了一種便攜式激光清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)用光纖激光器代替準(zhǔn)分子激光器或YAG激光器，使該裝置具有體積小，重量輕、操作方便、維護(hù)簡便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于城市或企事業(yè)單位的公共場所的清潔工作中。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，具體結(jié)構(gòu)參見圖1，該系統(tǒng)主要由電源10、光纖激光器30、控制系統(tǒng)20、光纖110、把持式清洗工作頭40、掃描光學(xué)系統(tǒng)50、測(cè)距對(duì)焦裝置70組成；其中，電源10與光纖激光器30、控制系統(tǒng)20、掃描光學(xué)系統(tǒng)50連接，為其供電，控制系統(tǒng)20與光纖激光器30和掃描光學(xué)系統(tǒng)50相連，光纖激光器30通過光纖110與把持式清洗工作頭40連接，光纖的末端接頭嵌入到把持式清洗工作頭40，把持式清洗工作頭40與掃描光學(xué)系統(tǒng)50連接，把持式清洗工作頭40對(duì)光纖110和掃描光學(xué)系統(tǒng)50能夠起到保護(hù)和銜接作用，掃描光學(xué)系統(tǒng)50又與測(cè)距對(duì)焦裝置連接70，該裝置還設(shè)置有防止激光束對(duì)外界輻射的防射線保護(hù)裝置60。該系統(tǒng)可以針對(duì)不同的清洗對(duì)象選擇不同的光纖激光器，激光的波長在532納米到1.5微米的范圍之間，光纖激光器發(fā)射的激光為連續(xù)激光或脈沖激光。
光學(xué)掃描系統(tǒng)由可控制的振鏡，振鏡的頻率和幅度可以控制和一個(gè)聚焦透鏡組成，使激光光束匯聚城一個(gè)光斑完成掃描工作，或者積分鏡加聚焦鏡和組成，使激光光束匯聚成一個(gè)小區(qū)域來完成掃描工作。
防射線保護(hù)裝置的長度a小于光學(xué)掃描系統(tǒng)中聚焦透鏡的焦距f，測(cè)距對(duì)焦裝置由有固定的長度的粗定位裝置和可調(diào)整的精確定位裝置組成，其長度b可以調(diào)節(jié)，用于使聚焦后的激光束的焦點(diǎn)能夠精確照射到污染物上，參見圖2。
該系統(tǒng)中各部件所具有的功能為光纖激光器用來發(fā)射激光；掃描光學(xué)系統(tǒng)能夠使激光對(duì)圖像進(jìn)行掃描，掃描光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)所設(shè)定的優(yōu)化參數(shù)來控制，能使激光束在空間中X、Y方向上任一方向上的掃描；控制系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)光纖激光器的激光束參數(shù)進(jìn)行控制和對(duì)光學(xué)掃描系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)激光束的控制參數(shù)包括激光束的功率、激光束的波長、激光束的脈寬。對(duì)光學(xué)掃描系統(tǒng)的控制涉及對(duì)掃描速度，掃描方式，掃描區(qū)域大小，掃描圖形任一參數(shù)變量的修改和控制。同時(shí)，控制系統(tǒng)還存有優(yōu)化組合參數(shù)庫，根據(jù)清洗物體的屬性和清洗物體上的污染物的屬性，可選擇合適的優(yōu)化組合參數(shù)。掃描光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)從控制系統(tǒng)發(fā)出的指令做出相應(yīng)的掃描方式。
防射線保護(hù)裝置用對(duì)激光吸收的鍍膜材料制成，也可以內(nèi)側(cè)對(duì)激光反射的鍍膜材料制成，此裝置對(duì)清洗區(qū)域密閉，所以能夠在清洗系統(tǒng)工作運(yùn)行時(shí)，保護(hù)周邊環(huán)境和操作人員防止受到激光輻射。
本發(fā)明的工作原理為光纖激光器作為光源，從光纖激光器發(fā)出的一束高光束質(zhì)量的激光束，激光束輻射到污染物上，污染物在激光的輻照作用下，發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離。
由于本發(fā)明采用半導(dǎo)體泵浦光纖激光器作為光源，其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，轉(zhuǎn)換效率高，激光光束質(zhì)量好，壽命長，免維護(hù)，因此，在清潔過程中不需要龐大的冷卻裝置，便于公共場合的清潔工作。


圖1是便攜式激光清洗系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖2是便攜式激光清洗系統(tǒng)測(cè)距對(duì)焦示意圖。
圖中10-電源，20-控制系統(tǒng)，30-光纖激光器，40-把持式清洗工作頭，50-掃描光學(xué)系統(tǒng)，60-防射線保護(hù)裝置，70-測(cè)距對(duì)焦裝置，80-聚焦透鏡，300-清洗物，400-污染物，110-光纖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例可參見圖1，圖2，主要包括有電源10，控制系統(tǒng)20，光纖激光器30，把持式清洗工作頭40，掃描光學(xué)系統(tǒng)50，測(cè)距對(duì)焦裝置70，防射線保護(hù)裝置60，光纖110。其中，電源10與光纖激光器30、控制系統(tǒng)20、掃描光學(xué)系統(tǒng)50連接，為其供電，控制器與光纖激光器和掃描光學(xué)系統(tǒng)相連，光纖激光器通過光纖與把持式清洗工作頭連接，把持式清洗工作頭與掃描光學(xué)系統(tǒng)連接，光纖的末端街頭可嵌入到把持式清洗工作頭40，把持式清洗工作頭40對(duì)光纖110和掃描光學(xué)系統(tǒng)50能夠起到保護(hù)和銜接作用，掃描光學(xué)系統(tǒng)又與測(cè)距對(duì)焦裝置連接，該裝置還設(shè)置有防止激光束對(duì)外界輻射的防射線保護(hù)裝置?？梢葬槍?duì)清洗對(duì)象選擇不同光纖激光器30，比如清洗不干膠，用5瓦激光器，清洗金屬表面，用50瓦激光器，激光的波長可在532納米到1.5微米的范圍之間，比如，清洗對(duì)象為高分子材料材料時(shí)可以用短波長532納米，清洗黑色金屬，用長波長1.5微米的光纖激光。把持式清洗工作頭40可以是一個(gè)手持的把手，也可以是一個(gè)供機(jī)械手臂把持的把手。
掃描光學(xué)系統(tǒng)50可以是一個(gè)可控制的振鏡加一個(gè)聚焦透鏡80，能夠使激光光束匯聚成一個(gè)光斑完成掃描工作，還可以是一個(gè)可控制的振鏡加聚焦鏡和積分鏡，能夠使激光光束匯聚成一個(gè)小區(qū)域來完成掃描工作。
便攜式激光清洗系統(tǒng)測(cè)距對(duì)焦示意圖，如圖2所示，在經(jīng)聚焦透鏡80聚焦后的激光束500照射到污染物400，污染物400黏附在清洗物300上。聚焦透鏡80的焦距為f，測(cè)距對(duì)焦裝置70的定位距離即為焦距f的，定位對(duì)象是聚焦透鏡80的中心線到污染物400表面的距離。這樣能使激光束500的焦點(diǎn)能夠落到污染物400上。防射線保護(hù)裝置60的固有長度為a，且a＜f。測(cè)距對(duì)焦裝置70是可調(diào)整的裝置，它的可調(diào)長度為b。那么，在假設(shè)污染物400的表面厚度w，可得出f＝a+b-w，而此時(shí)，等式中三個(gè)參數(shù)聚焦透鏡80的焦距為f、防射線保護(hù)裝置60的固有長度為a和污染物400的表面厚度w均為定值，只有調(diào)節(jié)測(cè)距對(duì)焦裝置70的可調(diào)長度b使得等式成立。在清洗不干膠類小廣告或者涂鴉時(shí)，污染物400的表面厚度w值非常小，可以忽略，此時(shí)可得f≈a+b。在清洗操作前，了解污染物400的表面厚度w，設(shè)置測(cè)距對(duì)焦裝置70的可調(diào)長度b。
控制系統(tǒng)20的功能是能同時(shí)對(duì)光纖激光器30的激光束參數(shù)進(jìn)行控制和對(duì)光學(xué)掃描系統(tǒng)50進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)可以用包括PLC、單片機(jī)、單板機(jī)或微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)，并且配有相應(yīng)的接口設(shè)備和外圍設(shè)備。
便攜式激光清洗系統(tǒng)在進(jìn)行清洗工作時(shí)，系統(tǒng)還能配備和使用輔助氣體，在清洗工作頭上裝有一氣管，向下吹氣，用輔助氣體吹向污染物和正在清洗工作面，提高清洗效率。
權(quán)利要求
1.便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要由電源(10)、光纖激光器(30)、控制系統(tǒng)(20)、光纖(110)、把持式清洗工作頭(40)、掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)、測(cè)距對(duì)焦裝置(70)組成；其中，電源(10)與光纖激光器(30)、控制系統(tǒng)(20)、掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)連接，控制系統(tǒng)(20)與光纖激光器(30)和掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)相連，光纖激光器(30)通過光纖(110)與把持式清洗工作頭(40)連接，把持式清洗工作頭(40)與掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)連接，掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)又與測(cè)距對(duì)焦裝置(70)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于該裝置還設(shè)置有防止激光束對(duì)外界輻射的防射線保護(hù)裝置(60)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)由頻率和幅度可控制的振鏡和一個(gè)聚焦透鏡(80)組成，或者由積分鏡加聚焦透鏡(80)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于防射線保護(hù)裝置(60)的長度a小于聚焦透鏡(80)的焦距f，測(cè)距對(duì)焦裝置(70)的長度b可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于光纖激光器(30)輸出的激光為連續(xù)激光或脈沖激光，激光功率為5瓦至100瓦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光清洗系統(tǒng)，其特征在于光纖激光器(30)輸出的激光波長為532納米到1.5微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式激光清洗系統(tǒng)，可以對(duì)道路、廣告牌等物體表面的污垢進(jìn)行有效清除。本發(fā)明主要由電源(10)、光纖激光器(30)、控制系統(tǒng)(20)、光纖(110)、把持式清洗工作頭(40)、掃描光學(xué)系統(tǒng)(50)、防射線保護(hù)裝置(60)、測(cè)距對(duì)焦裝置(70)組成。電源與光纖激光器、控制系統(tǒng)、掃描光學(xué)系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)與光纖激光器和掃描光學(xué)系統(tǒng)相連，光纖激光器通過光纖與把持式清洗工作頭連接，掃描光學(xué)系統(tǒng)又與測(cè)距對(duì)焦裝置連接。操作者操縱把持式清洗工作頭，對(duì)準(zhǔn)所要清洗物體上的污物，對(duì)其掃描，達(dá)到有效清除污物的目的。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/06GK1817549SQ20061006540
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者陳繼民, 趙宏亮 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)