本發(fā)明屬于激光清洗領(lǐng)域，具體涉及一種雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置。

背景技術(shù)：

清洗是針對材料表面的污物、銹斑或涂層，利用化學(xué)或物理原理使其發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離，即達到清除對象表面附著物或表面涂層，獲得清潔的材料表面。

目前國內(nèi)外的表面清洗技術(shù)主要有化學(xué)清洗和物理清洗兩類?；瘜W(xué)清洗主要是利用化學(xué)反應(yīng)去除污物中的主要化學(xué)成分，由于清洗不徹底及清洗時排放大量酸、鹽等，既污染環(huán)境又腐蝕設(shè)備，所以應(yīng)用的范圍較小。相比之下，物理清洗方法是在污垢處施加物理作用(如熱、攪拌摩擦、研磨、壓力等)使其脫落，主要有以下幾種方法：

1)干冰清洗：將干冰顆粒作為噴射介質(zhì)用于清理各種頑固的油脂及混合附著物。研究表明，干冰清洗應(yīng)用于從金屬物質(zhì)上清除非金屬污垢時效果最為明顯，因此大量用于清洗精密零件和模具的有機殘留物或污染物，不足之處在于對頑固的金屬氧化物則難以清洗徹底。

2)氣體爆破清洗：一般以惰性氣體或氮氣作為工作介質(zhì)，當儲存在密閉容器內(nèi)的壓縮氣體被突然釋放時，壓縮氣體將通過氣體排放口向外快速流動同時氣體體積發(fā)生膨脹，產(chǎn)生的震動和沖擊波可以把附著在材料表面的污染物震落，隨壓縮氣體一起離開材料表面。氣體爆破清洗對于各類油墨、油漆和涂料等頑固污漬表現(xiàn)出良好的性能，波音、空客等著名航空制造公司以及美國空軍均在使用氣體爆破法清洗技術(shù)為飛機脫漆，但是其不足之處在于耗材成本較高、清洗深度有限，存在微觀殘留及機械應(yīng)力變形等問題。

3)高壓水射流清洗：具有很大穿透能力的高速水射流，通過沖蝕、切割、崩裂、剝離等原理來清除各類管道、冷換設(shè)備、容器、反應(yīng)釜、反應(yīng)塔等設(shè)備及材料表面上的高聚物、水垢、沉積物等。在各種清洗作業(yè)中，水射流清洗技術(shù)較之其它方式因具有明顯的成本低、速度快、質(zhì)量高(洗凈率達99％以上)等諸多優(yōu)點而受到青睞。一些重要工業(yè)部門，如石油石化企業(yè)、制糖業(yè)、火力發(fā)電廠等，已推廣應(yīng)用了高壓水射流清洗技術(shù)，并取得了顯著成效。但是，高壓水射流清洗的重要不足在于會產(chǎn)生大量污染、有毒廢水，以及也存在微觀殘留及機械應(yīng)力變形等問題。

4)超聲波清洗：利用超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生的穿透性和空化沖擊波來實現(xiàn)除油、防銹和磷化等，配合化學(xué)試劑調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，具有清潔度高、清洗速度快的特點。超聲波清洗技術(shù)的不足之處在于受限于清洗池設(shè)備尺寸，一般只適用于小型零部件的車間內(nèi)清洗，難以做到大型零件的在線清洗，并且同樣會產(chǎn)生大量污染、有毒廢水。

激光清洗是近年來興起的一種新型綠色環(huán)保表面清洗技術(shù)。它通過無機械接觸的方式，使激光直接作用在污染物/氧化層上，使污染物直接發(fā)生氣化、燒蝕、光分解，最終實現(xiàn)精確可控的表面污染物/氧化層薄層去除，具有清洗質(zhì)量高、無耗材、效率高且不產(chǎn)生污染廢水的突出優(yōu)點。激光清洗不需使用任何化學(xué)藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小、易于存放、可回收，可以輕易解決化學(xué)清洗帶來的環(huán)境污染問題；激光可以通過光纖傳輸，與機器手和機器人相配合，方便地實現(xiàn)遠距離操作，能清洗傳統(tǒng)方法不易達到的部位，這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全；激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達到常規(guī)清洗無法達到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物。目前，激光清洗已經(jīng)成功應(yīng)用于碳鋼表面除銹、青銅類/石質(zhì)類文物除污、飛機表面除漆、橡膠模具表面除殘留物、印刷電路板清洗等眾多領(lǐng)域。

然而，目前市面上各種激光清洗設(shè)備，仍然存在著諸多不足之處：

1)大部分的激光清洗機為手持式設(shè)備，操控方式完全依賴操作者手持清洗加工頭，并依靠人眼(或借助距離傳感器)保持激光束在工件表面的合理聚焦范圍，精度差、體力耗費大，清洗效率不高。

2)一般均采用單一波長的脈沖激光器進行清洗加工，完全依賴高斯激光束的重疊掃描將材料表面的污染物燒蝕去除，受限于不同材料對單一波長激光能量的吸收率以及激光與物質(zhì)相互作用機理差異，難以針對多種成分(金屬銹蝕、有機高分子附著物、無機氧化物等)的復(fù)合型污染物進行徹底清除，清洗質(zhì)量不高，不能勝任復(fù)雜污染物的超精細清洗需求。

3)如何控制激光能量和掃描策略，防止對材料基底的損傷仍然是激光清洗領(lǐng)域需要解決的重要技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠提高清洗加工質(zhì)量和效率的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，包括激光器、傳輸光纖、升降對焦組件、激光測距傳感器、振鏡掃描系統(tǒng)、升降導(dǎo)向電驅(qū)組件和雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)；

所述振鏡掃描系統(tǒng)用于實現(xiàn)將入射的激光束先后經(jīng)由電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片反射和固定焦距物鏡透射后出射，聚焦于工件表面，并使激光束按設(shè)定軌跡在工件表面進行掃描運動；在振鏡掃描系統(tǒng)的激光束出射端下方設(shè)置有升降對焦組件，在振鏡掃描系統(tǒng)的側(cè)面固定安裝有激光測距傳感器，升降對焦組件用于調(diào)節(jié)振鏡掃描系統(tǒng)出射端與工件表面的相對距離以保持出射激光束始終聚焦于工件表面的當前激光束掃描位置；激光測距傳感器用于實時反饋振鏡掃描系統(tǒng)與工件表面的相對距離值，為升降對焦組件的調(diào)節(jié)運動提供控制驅(qū)動數(shù)據(jù)；雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)作為光路子系統(tǒng)具有輸入端和輸出端，其中輸入端與激光器之間通過傳輸光纖相連，激光器輸出的單波長高斯激光束經(jīng)由傳輸光纖進入雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)，經(jīng)過內(nèi)部光學(xué)變換后輸出雙波長復(fù)合整形光束，所述雙波長復(fù)合整形光束是由高斯能量分布的內(nèi)圓短波長激光和貝塞爾能量分布的外環(huán)形長波長激光構(gòu)成的環(huán)形中心激光束；雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)的輸出端與振鏡掃描系統(tǒng)的激光束入射端固定連接，使得雙波長復(fù)合整形光束成為振鏡掃描系統(tǒng)的入射激光束；升降導(dǎo)向電驅(qū)組件設(shè)置在雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)的底部下方，用于支撐雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)。

優(yōu)選的，在振鏡掃描系統(tǒng)的側(cè)面還安裝有一ccd工業(yè)相機組件，其視場對應(yīng)于振鏡掃描系統(tǒng)的聚焦加工平面的掃描范圍，用于實時監(jiān)測激光清洗質(zhì)量。

優(yōu)選的，在振鏡掃描系統(tǒng)的側(cè)面還安裝有一空間角度陀螺儀，用于檢測當前掃描加工頭的空間姿態(tài)傾斜角度。

優(yōu)選的，所述雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)包括光纖接頭、分束鏡、第一安裝架、錐透鏡組合系統(tǒng)、空間合束鏡、第二安裝架、第一45度反射鏡、倍頻系統(tǒng)、第二45度反射鏡、上板、底板和立柱；底板通過多根立柱與上板連接；分束鏡通過第一安裝架安裝在上板上，空間合束鏡通過第二安裝架安裝在上板上，錐透鏡組合系統(tǒng)設(shè)置在分束鏡與空間合束鏡之間并固定在上板上，三者光軸重合；第一45度反射鏡、倍頻系統(tǒng)、第二45度反射鏡依次設(shè)置在底板上，第一45度反射鏡與第二45度反射鏡的光軸重合；所述錐透鏡組合系統(tǒng)用于進行光束整形，獲得貝塞爾環(huán)形激光束；所述光纖接頭、分束鏡、第一安裝架、錐透鏡組合系統(tǒng)、空間合束鏡、第一45度反射鏡、倍頻系統(tǒng)和第二45度反射鏡的安裝方位應(yīng)使得：由光纖接頭接入的單波長高斯激光束入射至分束鏡，經(jīng)由分束鏡分為a束和b束，a束入射至錐透鏡組合系統(tǒng)，通過錐透鏡組合系統(tǒng)輸出貝塞爾環(huán)形激光束，再入射至空間合束鏡；b束入射至第一45度反射鏡，經(jīng)第一45度反射鏡的轉(zhuǎn)折后入射至倍頻系統(tǒng)，獲得波長變?yōu)樵斎爰す馐?/2、1/3或1/4波長的短波長高斯激光束，再經(jīng)第二45度反射鏡轉(zhuǎn)折入射至空間合束鏡；a束和b束激光經(jīng)空間合束鏡的合束后出射雙波長復(fù)合整形光束。

優(yōu)選的，所述升降對焦組件包括支撐腿、三耳法蘭、三耳套筒、階梯套筒和角接觸球軸承；支撐腿共三組，分別通過三個螺栓固定安裝在三耳法蘭上；階梯套筒與三耳套筒通過內(nèi)外螺紋連接實現(xiàn)同軸配合，角接觸球軸承設(shè)置在階梯套筒與三耳套筒之間，其上表面接觸階梯套筒軸階端面，下表面接觸三耳套筒底面內(nèi)側(cè)，且角接觸球軸承外環(huán)、內(nèi)環(huán)分別與三耳套筒的內(nèi)壁面和階梯套筒的外壁面過盈配合，三耳法蘭的內(nèi)螺紋與階梯套筒外螺紋配合安裝；

所述支撐腿包括保護罩、調(diào)整螺桿、七星鎖緊螺母座、圓柱形齒條、快插接頭、直線軸承、升降板、齒輪安裝架、凸肩型直齒輪、第一階梯軸、刻度旋轉(zhuǎn)把手、萬向輪底座、牛眼萬向輪、吹氣噴嘴和標尺；所述牛眼萬向輪通過孔配合安裝在萬向輪底座的下表面；保護罩呈半圓柱形，上表面開有通孔，底部通過三個螺紋孔安裝在萬向輪底座上，側(cè)面開設(shè)有u型通槽，表面印制有刻度；調(diào)整螺桿與七星鎖緊螺母座組成調(diào)整限位裝置，調(diào)整螺桿穿過保護罩上表面的通孔，一端連接七星鎖緊螺母座，另一端連接升降板；圓柱形齒條與凸肩型直齒輪相互嚙合并組成一對齒輪副，圓柱形齒條穿過直線軸承，下端與萬向輪底座中心的螺紋孔配合安裝，直線軸承通過孔配合安裝在升降板上，凸肩型直齒輪通過齒輪安裝架和第一階梯軸安裝在升降板的下表面，第一階梯軸伸出端與刻度旋轉(zhuǎn)把手連接；升降板分為兩層，前后分別設(shè)有兩個通孔，中間設(shè)有螺紋孔，前一個通孔通過孔配合與直線軸承同軸配合裝配，后一個通孔通過螺栓與三耳法蘭上同軸配合裝配，螺紋孔上下連接兩個快插接頭，吹氣噴嘴與下方的快插接頭連接并指向待加工區(qū)域，標尺通過孔配合安裝在升降板上，兩側(cè)對稱設(shè)置的箭頭分別指示保護罩上的刻度。

優(yōu)選的，振鏡掃描系統(tǒng)包括振鏡保護殼、電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片、固定焦距物鏡安裝套筒和固定焦距物鏡，電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片通過定位板固定在振鏡保護殼側(cè)壁上，固定焦距物鏡安裝套筒通過螺紋配合安裝在振鏡保護殼底部，固定焦距物鏡與固定焦距物鏡安裝套筒通過螺紋配合實現(xiàn)同軸裝配。

優(yōu)選的，所述升降導(dǎo)向電驅(qū)組件包括手動調(diào)節(jié)升降組件、升降底座、工形轉(zhuǎn)接件、滾輪、軸承座、從動錐齒輪、主動錐齒輪、螺紋溝槽式聯(lián)軸器、電機支架、伺服電機、從動錐齒輪安裝階梯軸、三組軸承和主動錐齒輪安裝階梯軸；手動調(diào)節(jié)升降組件設(shè)置在升降底座上表面，電機支架和工形轉(zhuǎn)接件分別通過螺紋孔配合安裝在升降底座下表面，工形轉(zhuǎn)接件下端與軸承座連接，軸承座為一立方體結(jié)構(gòu)，其三個相鄰側(cè)面分別安裝有三組軸承；從動錐齒輪安裝階梯軸貫穿軸承座，一側(cè)同軸裝配有從動錐齒輪；滾輪為一對，對稱設(shè)置在從動錐齒輪安裝階梯軸兩側(cè)；伺服電機通過孔配合安裝在電機支架上，并通過螺紋溝槽式聯(lián)軸器和主動錐齒輪安裝階梯軸與主動錐齒輪實現(xiàn)同軸連接，從動錐齒輪與主動錐齒輪組成一對齒輪副。

優(yōu)選的，所述手動調(diào)節(jié)升降組件包括支撐板、第一連桿、第二連桿、絲杠、兩個絲杠螺母組、第三連桿和第四連桿，第四連桿居中設(shè)置在升降底座的上表面，所述第二連桿、第三連桿各為一對，對稱設(shè)置在第四連桿兩側(cè)，第三連桿一端與第四連桿鉸接，另一端與第二連桿的一端以及一個絲杠螺母組鉸接在一起；第二連桿的另一端與第一連桿鉸接；絲杠與絲杠螺母組組成絲杠副，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動，進而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)升降組件的高度；支撐板設(shè)置在第一連桿上方，并安裝在雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)的下方。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，通過將輸入的高斯激光束經(jīng)由分束鏡一分為二，一束再由錐透鏡組合系統(tǒng)進行光束整形，獲得貝塞爾環(huán)形激光束，另一束則通過倍頻系統(tǒng)，獲得波長變?yōu)樵斎爰す馐?/2、1/3或1/4波長的短波長高斯激光束，隨后貝塞爾環(huán)形激光束和短波長高斯激光束再由空間合束鏡組合為雙波長復(fù)合整形光束，經(jīng)振鏡掃描系統(tǒng)后聚焦于材料表面完成激光清洗加工。由于采用了這種激光束時空參數(shù)特殊調(diào)節(jié)的雙波長復(fù)合整形光束，一方面實現(xiàn)了將兩種不同波長激光束同時作用于材料表面(典型的波長組合包括1064nm/532nm、1064nm/355nm、532nm/266nm、1064nm/266nm等)，從而使得可以同時對多種成分(金屬銹蝕、有機高分子附著物、無機氧化物等)的復(fù)合型污染物進行徹底清除；另一方面實現(xiàn)了將傳統(tǒng)激光束的單一高斯能量分布整形為復(fù)合能量分布，即由高斯能量分布的內(nèi)圓短波長激光+貝塞爾能量分布的外環(huán)形長波長激光構(gòu)成的環(huán)形中心激光束，這種復(fù)合能量分布實現(xiàn)了激光清洗掃描路徑上的多波長復(fù)合清洗，某處污染物先后由長波長的貝塞爾激光束、短波長的高斯激光束、長波長的貝塞爾激光束進行三次重疊掃描，大大增強了清洗的均勻性和精細程度，并且環(huán)形間隔有效減小了對材料基底的損傷特性，使清洗質(zhì)量得到大幅度提高。

2、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，將輸入的單一高斯激光束變換為雙波長復(fù)合整形光束，其中一束由倍頻系統(tǒng)變?yōu)榫G光或紫外超短波長，該部分超短波長激光對常見的高分子有機物等污染物是打破化學(xué)鍵的“冷剝離”作用機理，因此一方面可以提升對該類污染物的清洗質(zhì)量，還可以有效減小激光束的熱累積效應(yīng)，這可以有效減小對材料基底的損傷特性，使清洗質(zhì)量得到大幅度提高，可以勝任復(fù)雜污染物的超精細清洗需求。

3、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，將輸入的單一高斯激光束變換為雙波長復(fù)合整形光束，由于兩束激光傳輸路徑存在光程差，使得在時間特性上，原單一脈沖激光分裂為不同波長的兩個脈沖激光的合成，通過設(shè)計不同的光程差，可以實現(xiàn)不同的合成脈沖間隔，這種通過光學(xué)自變換使得清洗工件的激光束波長、能量的時空分布均得到可控調(diào)節(jié)的加工光路設(shè)計，可以有效提高清洗精度、清洗質(zhì)量，有效減小對材料基底的損傷特性，從而滿足電子、生物等領(lǐng)域的超精密清洗需求。

4、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，采用了多種測控手段以及自動電機調(diào)節(jié)升降的支撐腿構(gòu)成閉環(huán)控制，可以實現(xiàn)加工焦距的自適應(yīng)、高精度控制，并且無需操作者承擔全部加工頭重量，大大減輕了操作強度，提升了清洗加工質(zhì)量和效率。

5、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置采用了三個特殊設(shè)計的支撐腿及萬向輪，各個支撐腿可以靈活拆卸、獨立控制，針對不同類型的工件和加工場合，既可以實現(xiàn)平面加工(三個支撐腿均設(shè)置相同高度，三點確定加工平面)，也可以實現(xiàn)斜面加工(三個支撐腿設(shè)置不同高度)、異型溝槽面加工(三個支撐腿自動編程升降)；操作者也可以靈活使用單腿、雙腿、三腿的操作方式，配合手持姿態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)各種特殊方位、燕尾溝槽面的清洗加工。

6、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置采用了封閉式光路結(jié)構(gòu)，設(shè)置了吹氣機構(gòu)增強清洗效果，也同時設(shè)置了吸塵機構(gòu)使得大部分煙塵被同步收集，既保護了加工頭免受污染，也保護了操作者的良好工作環(huán)境。

7、本發(fā)明的雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，還采用的自支撐行走機構(gòu)，三個特殊設(shè)計的支撐腿底部的萬向滾動機構(gòu)，主要承載了整個設(shè)備的部分重量，可以按照手推的路徑進行移動；同時還設(shè)置了自動升降導(dǎo)向電驅(qū)組件，與萬向滾動機構(gòu)相配合，當伺服電機進行正反轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)整個裝置的自主前進與后退；此外，還設(shè)置了ccd檢測系統(tǒng)，可以對清洗過程進行監(jiān)控和閉環(huán)反饋。因此，結(jié)合控制軟件的路徑規(guī)劃、姿態(tài)自動調(diào)整功能，可以實現(xiàn)該雙波長復(fù)合光束整形的手持式激光清洗裝置的自適應(yīng)清洗加工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為升降對焦組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為三耳套筒部分的剖面圖；

圖4為支撐腿的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為振鏡掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為升降導(dǎo)向電驅(qū)組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為手動調(diào)節(jié)升降組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖8為軸承座的結(jié)構(gòu)圖；

圖9為雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖10為錐透鏡組合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖中各標號的含義如下：

升降對焦組件1、ccd工業(yè)相機組件2、激光測距傳感器3、振鏡掃描系統(tǒng)4、空間角度陀螺儀5、工形法蘭6、鈑金外殼7、升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8、雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9、把手10、支撐腿101、三耳法蘭102、螺栓103、三耳套筒104、階梯套筒105、角接觸球軸承106、保護罩10101、調(diào)整螺桿10102、七星鎖緊螺母座10103、圓柱形齒條10104、快插接頭10105、直線軸承10106、升降板10107、齒輪安裝架10108、凸肩型直齒輪10109、第一階梯軸10110、刻度旋轉(zhuǎn)把手10111、萬向輪底座10112、牛眼萬向輪10113、吹氣噴嘴10114、標尺10115、振鏡保護殼401、偏轉(zhuǎn)掃描鏡片402、固定焦距物鏡安裝套筒403、固定焦距物鏡404、手動調(diào)節(jié)升降組件801、升降底座802、工形轉(zhuǎn)接件803、滾輪804、軸承座805、從動錐齒輪806、主動錐齒輪807、螺紋溝槽式聯(lián)軸器808、電機支架809、伺服電機810、從動錐齒輪安裝階梯軸811、軸承812、支撐板8011、第一連桿8012、第二連桿8013、絲杠8014、絲杠螺母組8015、第三連桿8016、第四連桿8017、光纖接頭901、分束鏡902、第一安裝架903、錐透鏡組合系統(tǒng)904、空間合束鏡905、第二安裝架906、第一45度反射鏡907、倍頻系統(tǒng)908、第二45度反射鏡909、上板910、底板911、立柱912、第一錐透鏡座9041、第一錐透鏡9042、第一滑塊9043、旋鈕9044、導(dǎo)軌9045、第二錐透鏡座9046、第二錐透鏡9047、第二滑塊9048。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

如圖1-10所示，本發(fā)明提供了一種雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，包括激光器、傳輸光纖、升降對焦組件1、激光測距傳感器3、振鏡掃描系統(tǒng)4、升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8和雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9。

所述振鏡掃描系統(tǒng)4用于實現(xiàn)將入射的激光束先后經(jīng)由電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片反射和固定焦距物鏡透射后出射，聚焦于工件表面，并使激光束按設(shè)定軌跡在工件表面進行掃描運動；在振鏡掃描系統(tǒng)4的激光束出射端下方設(shè)置有升降對焦組件1，在振鏡掃描系統(tǒng)4的側(cè)面固定安裝有激光測距傳感器3，升降對焦組件1用于調(diào)節(jié)振鏡掃描系統(tǒng)4出射端與工件表面的相對距離以保持出射激光束始終聚焦于工件表面的當前激光束掃描位置，而激光測距傳感器3則實時反饋振鏡掃描系統(tǒng)4與工件表面的相對距離值，為升降對焦組件1的調(diào)節(jié)運動提供控制驅(qū)動數(shù)據(jù)；雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9作為光路子系統(tǒng)具有輸入端和輸出端，其中輸入端與激光器之間通過傳輸光纖相連，即激光器輸出的單波長高斯激光束經(jīng)由傳輸光纖進入雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9，經(jīng)過內(nèi)部光學(xué)變換后輸出雙波長復(fù)合整形光束，即由高斯能量分布的內(nèi)圓短波長激光+貝塞爾能量分布的外環(huán)形長波長激光構(gòu)成的環(huán)形中心激光束，雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的輸出端與振鏡掃描系統(tǒng)4的激光束入射端固定連接，使得雙波長復(fù)合整形光束成為振鏡掃描系統(tǒng)4的入射激光束。

升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8設(shè)置在雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的底部下方，用于支撐雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9，由于雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9與振鏡掃描系統(tǒng)4、振鏡掃描系統(tǒng)4與升降對焦組件1之間均為固定連接關(guān)系，當升降對焦組件1調(diào)節(jié)振鏡掃描系統(tǒng)4出射端與工件表面的相對距離時，升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8將相應(yīng)配合調(diào)整雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的高度，以保持該雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置的整體平衡，從而無需操作者承擔加工頭重量。

優(yōu)選的，在振鏡掃描系統(tǒng)4的側(cè)面還安裝有一ccd工業(yè)相機組件2，其視場對應(yīng)于振鏡掃描系統(tǒng)4的聚焦加工平面的掃描范圍，用于實時監(jiān)測激光清洗質(zhì)量。

優(yōu)選的，在振鏡掃描系統(tǒng)4的側(cè)面還安裝有一空間角度陀螺儀5，用于檢測當前掃描加工頭的空間姿態(tài)傾斜角度，當對已知斜面或異形面進行清洗加工時，可以根據(jù)檢測到加工頭的空間姿態(tài)傾斜角度(亦即振鏡掃描系統(tǒng)的角度)，從而人工實時對照調(diào)整和控制振鏡傾斜一定空間角度，以確定的空間姿態(tài)進行清洗掃描，從而保證可以清洗到側(cè)壁或底部。

本實施例中雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的外部設(shè)置有鈑金外殼7，鈑金外殼7通過工形法蘭6與振鏡掃描系統(tǒng)4連接，鈑金外殼7的上方安裝有便于手持的兩個把手10，即操作者可以通過兩個把手10將雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置整體提起、移動或者替代升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8的作用。

具體的講，所述升降對焦組件1包括支撐腿101、三耳法蘭102、三耳套筒104、階梯套筒105和角接觸球軸承106。支撐腿101共三組，分別通過三個螺栓103固定安裝在三耳法蘭102上。階梯套筒105與三耳套筒104通過內(nèi)外螺紋連接實現(xiàn)同軸配合，角接觸球軸承106設(shè)置在階梯套筒105與三耳套筒104之間，其上表面接觸階梯套筒105軸階端面，下表面接觸三耳套筒104底面內(nèi)側(cè)，且角接觸球軸承106外環(huán)、內(nèi)環(huán)分別與三耳套筒104的內(nèi)壁面和階梯套筒105的外壁面過盈配合，三耳法蘭102的內(nèi)螺紋與階梯套筒105外螺紋配合安裝。

所述支撐腿101包括保護罩10101、調(diào)整螺桿10102、七星鎖緊螺母座10103、圓柱形齒條10104、快插接頭10105、直線軸承10106、升降板10107、齒輪安裝架10108、凸肩型直齒輪10109、第一階梯軸10110、刻度旋轉(zhuǎn)把手10111、萬向輪底座10112、牛眼萬向輪10113、吹氣噴嘴10114和標尺10115。所述牛眼萬向輪10113通過孔配合安裝在萬向輪底座10112的下表面。保護罩10101呈半圓柱形，上表面開有通孔，底部通過三個螺紋孔安裝在萬向輪底座10112上，側(cè)面開設(shè)有u型通槽，表面印制有刻度。調(diào)整螺桿10102與七星鎖緊螺母座10103組成調(diào)整限位裝置，調(diào)整螺桿10102穿過保護罩10101上表面的通孔，一端連接七星鎖緊螺母座10103，另一端連接升降板10107。圓柱形齒條10104與凸肩型直齒輪10109相互嚙合并組成一對齒輪副，圓柱形齒條10104穿過直線軸承10106，下端與萬向輪底座10112中心的螺紋孔配合安裝，直線軸承10106通過孔配合安裝在升降板10107上，凸肩型直齒輪10109通過齒輪安裝架10108和第一階梯軸10110安裝在升降板10107的下表面，第一階梯軸10110伸出端與刻度旋轉(zhuǎn)把手10111連接。升降板10107呈8字形，分為兩層，前后分別設(shè)有兩個通孔，中間設(shè)有螺紋孔，前一個通孔通過孔配合與直線軸承10106同軸配合裝配，后一個通孔通過螺栓103與三耳法蘭102上同軸配合裝配，螺紋孔上下連接兩個快插接頭10105，吹氣噴嘴10114與下方的快插接頭10105連接并指向待加工區(qū)域，標尺10115通過孔配合安裝在升降板10107上，兩側(cè)對稱設(shè)置的箭頭分別指示此處保護罩10101上的刻度。

振鏡掃描系統(tǒng)4包括振鏡保護殼401、電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片402(單軸一維或雙軸二維)、固定焦距物鏡安裝套筒403和固定焦距物鏡404(f-theta鏡或遠心物鏡)，電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)掃描鏡片402通過定位板固定在振鏡保護殼401側(cè)壁上，固定焦距物鏡安裝套筒403通過螺紋配合安裝在振鏡保護殼401底部，固定焦距物鏡404與固定焦距物鏡安裝套筒403通過螺紋配合實現(xiàn)同軸裝配。所述升降對焦組件1中的三耳套筒104與固定焦距物鏡404同軸配合，并通過孔配合安裝在振鏡保護殼401下表面。

所述升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8包括手動調(diào)節(jié)升降組件801、升降底座802、工形轉(zhuǎn)接件803、滾輪804、軸承座805、從動錐齒輪806、主動錐齒輪807、螺紋溝槽式聯(lián)軸器808、電機支架809、伺服電機810、從動錐齒輪安裝階梯軸811、三組軸承812和主動錐齒輪安裝階梯軸。手動調(diào)節(jié)升降組件801設(shè)置在升降底座802上表面，電機支架809和工形轉(zhuǎn)接件803分別通過螺紋孔配合安裝在升降底座802下表面，工形轉(zhuǎn)接件803下端與軸承座805連接，軸承座805為一立方體結(jié)構(gòu)，其三個相鄰側(cè)面分別安裝有三組軸承812。從動錐齒輪安裝階梯軸811貫穿軸承座805，一側(cè)同軸裝配有從動錐齒輪806。滾輪804為一對，對稱設(shè)置在從動錐齒輪安裝階梯軸811兩側(cè)。伺服電機810通過孔配合安裝在電機支架809上，并通過螺紋溝槽式聯(lián)軸器808和主動錐齒輪安裝階梯軸與主動錐齒輪807實現(xiàn)同軸連接，從動錐齒輪806與主動錐齒輪807組成一對齒輪副，當伺服電機810進行正反轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8前進與后退。

所述手動調(diào)節(jié)升降組件801包括支撐板8011、第一連桿8012、第二連桿8013、絲杠8014、兩個絲杠螺母組8015、第三連桿8016和第四連桿8017，第四連桿8017居中設(shè)置在升降底座802的上表面，所述第二連桿8013、第三連桿8016各為一對，對稱設(shè)置在第四連桿8017兩側(cè)，第三連桿8016一端與第四連桿8017鉸接，另一端與第二連桿8013的一端以及一個絲杠螺母組8015鉸接在一起；第二連桿8013的另一端與第一連桿8012鉸接。絲杠8014與絲杠螺母組8015組成絲杠副，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動，進而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)升降組件801的高度。支撐板8011設(shè)置在第一連桿8012上方，并安裝在雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的下方。

雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9包括光纖接頭901、分束鏡902、第一安裝架903、錐透鏡組合系統(tǒng)904、空間合束鏡905、第二安裝架906、第一45度反射鏡907、倍頻系統(tǒng)908、第二45度反射鏡909、上板910、底板911和立柱912。底板911通過四根立柱912與上板910連接；光纖接頭901通過孔配合安裝在鈑金外殼7后方通孔處，分束鏡902通過第一安裝架903安裝在上板910上，空間合束鏡905通過第二安裝架906安裝在上板910上，錐透鏡組合系統(tǒng)904設(shè)置在分束鏡902與空間合束鏡905之間并固定在上板910上，三者光軸重合。第一45度反射鏡907、倍頻系統(tǒng)908、第二45度反射鏡909依次設(shè)置在底板911上，第一45度反射鏡907與第二45度反射鏡909的光軸重合。

所述錐透鏡組合系統(tǒng)904用于進行光束整形，獲得貝塞爾環(huán)形激光束。其包括第一錐透鏡座9041、第一錐透鏡9042、第一滑塊9043、導(dǎo)軌9045、第二錐透鏡座9046、第二錐透鏡9047和第二滑塊9048。導(dǎo)軌9045安裝在上板910上，第一滑塊9043和第二滑塊9048均安裝在導(dǎo)軌9045上，第一滑塊9043和第二滑塊9048上均設(shè)置有一旋鈕9044。第一錐透鏡9042通過第一錐透鏡座9041安裝在第一滑塊9043上，第二錐透鏡9047通過第二錐透鏡座9046安裝在第二滑塊9048上。所述第一錐透鏡9042和第二錐透鏡9047的光軸重合。

所述光纖接頭901、分束鏡902、第一安裝架903、錐透鏡組合系統(tǒng)904、空間合束鏡905、第一45度反射鏡907、倍頻系統(tǒng)908和第二45度反射鏡909的安裝方位應(yīng)使得由光纖接頭901接入的單波長高斯激光束入射至分束鏡902，經(jīng)由分束鏡902一分為二，可分別稱之a(chǎn)束和b束(a束和b束的能量分配比例由分束鏡902的反射透射比決定，且a束和b束中的一束沿原方向行進，另一束的行進方向則轉(zhuǎn)折90度)，a束入射至錐透鏡組合系統(tǒng)904，通過錐透鏡組合系統(tǒng)904輸出貝塞爾環(huán)形激光束，再入射至空間合束鏡905；b束入射至第一45度反射鏡907，經(jīng)第一45度反射鏡907的轉(zhuǎn)折后入射至倍頻系統(tǒng)908，獲得波長變?yōu)樵斎爰す馐?/2、1/3或1/4波長的短波長高斯激光束，再經(jīng)第二45度反射鏡909轉(zhuǎn)折入射至空間合束鏡905；a束和b束激光經(jīng)空間合束鏡905的合束后出射雙波長復(fù)合整形光束，即由高斯能量分布的內(nèi)圓短波長激光+貝塞爾能量分布的外環(huán)形長波長激光構(gòu)成的環(huán)形中心激光束。

上述雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置，包括了眾多標準光學(xué)元件，如傳輸光纖接頭、分束鏡、轉(zhuǎn)折反射鏡、錐透鏡組合系統(tǒng)、空間合束鏡、偏振掃描鏡片、聚焦物鏡等等，若無特別說明，均要求其光學(xué)鏡座帶有姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，使得激光束沿各光學(xué)元件標準工作狀態(tài)的中心光軸方向入射和出射。

上述雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置的工作原理為：

由光纖接頭901接入的單波長高斯激光束入射至分束鏡902，經(jīng)由分束鏡902一分為二，一束經(jīng)由錐透鏡組合系統(tǒng)904輸出貝塞爾環(huán)形激光束入射至空間合束鏡905；另一束經(jīng)由反射鏡轉(zhuǎn)折后進入倍頻系統(tǒng)908，輸出波長變?yōu)樵斎爰す馐?/2、1/3或1/4波長的短波長高斯激光束，再經(jīng)由反射鏡轉(zhuǎn)折后入射至空間合束鏡905，經(jīng)空間合束鏡905的合束后出射雙波長復(fù)合整形光束，再經(jīng)振鏡掃描系統(tǒng)后聚焦于材料表面完成激光清洗加工。

加工過程中，可以通過升降對焦組件1、激光測距傳感器3以及升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8的閉環(huán)控制與驅(qū)動，使得振鏡掃描系統(tǒng)4出射的激光束始終聚焦于工件表面的當前激光束掃描位置，針對不同類型的工件和加工場合，既可以實現(xiàn)平面加工(升降對焦組件1的三個支撐腿101均設(shè)置相同高度，三點確定加工平面)，也可以實現(xiàn)斜面加工(升降對焦組件1的三個支撐腿101設(shè)置不同高度)、異型溝槽面加工(升降對焦組件1的三個支撐腿101自動編程升降)，升降導(dǎo)向電驅(qū)組件8將相應(yīng)配合調(diào)整雙波長復(fù)合整形系統(tǒng)9的高度，以保持該雙波長復(fù)合光束整形的手持式自適應(yīng)激光清洗裝置的整體平衡，從而無需操作者承擔加工頭重量；操作者也可以靈活使用單腿、雙腿、三腿的操作方式，配合手持姿態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)各種特殊方位、燕尾溝槽面的清洗加工。

加工過程中，可以同時開啟吹氣機構(gòu)增強清洗效果，本發(fā)明還可以增設(shè)吸塵機構(gòu)，使得清洗產(chǎn)生的大部分煙塵被同步收集，還可以開啟ccd工業(yè)相機組件2對清洗過程進行監(jiān)控和閉環(huán)反饋，結(jié)合控制軟件的路徑規(guī)劃、姿態(tài)自動調(diào)整功能，實現(xiàn)該雙波長復(fù)合光束整形的手持式激光清洗裝置的自適應(yīng)清洗加工。

本發(fā)明可改變?yōu)槎喾N方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認為脫離本發(fā)明的范圍。所有這樣的對所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。