专利名称：便携式激光清洗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式激光清洗系统，应用在各种公共场所，可以对道路、广告牌、电线杆、以及各种石材、砖材、楼宇外墙等物体表面上的污垢、锈斑、油漆、橡胶、塑料、残留的溶剂和粘结剂进行有效清洗和清除。
背景技术：
传统的清洗方法包括机械清洗法和湿法清洗法等。机械清洗法即采用刮、擦、刷、喷砂等机械手段去除表面污物；湿法清洗法是利用水或有机清洗剂，通过喷、淋、浸泡等措施去除表面附着物。机械清洗法无法满足高清洁度清洗要求，容易损伤被清洗物的表面；而湿法清洗法对清洗过程中洗涤剂的回收和排放不能有效处理，直接污染了环境，获得的清洁度也很有限。
激光清洗技术是指采用高功率密度激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净化的过程。与传统清洗工艺相比，激光清洗技术具有以下特点不需要清洁液或其它化学溶液；清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛；通过调控激光工艺参数，可以在不损伤基材表面的基础上，有效去除污染物，使表面复旧如新；有高的适应性和柔性，可以方便地实现自动化操作；激光去污设备可长期使用，运行成本低；激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺，对环境基本上不造成污染。激光清洗在过去所用的是准分子激光器或YAG激光器，其体积庞大，并需要相应配套的冷却设施，由于具有不易移动和维护等缺点限制了它的应用的普遍性。
发明内容
本发明的目的在于解决了现有激光清洗方法由于体积庞大而不能广泛应用的问题，提出了一种便携式激光清洗系统，该系统用光纤激光器代替准分子激光器或YAG激光器，使该装置具有体积小，重量轻、操作方便、维护简便、使用寿命长等优点，可以广泛应用于城市或企事业单位的公共场所的清洁工作中。
本发明所采用的技术方案，具体结构参见图1，该系统主要由电源10、光纤激光器30、控制系统20、光纤110、把持式清洗工作头40、扫描光学系统50、测距对焦装置70组成；其中，电源10与光纤激光器30、控制系统20、扫描光学系统50连接，为其供电，控制系统20与光纤激光器30和扫描光学系统50相连，光纤激光器30通过光纤110与把持式清洗工作头40连接，光纤的末端接头嵌入到把持式清洗工作头40，把持式清洗工作头40与扫描光学系统50连接，把持式清洗工作头40对光纤110和扫描光学系统50能够起到保护和衔接作用，扫描光学系统50又与测距对焦装置连接70，该装置还设置有防止激光束对外界辐射的防射线保护装置60。该系统可以针对不同的清洗对象选择不同的光纤激光器，激光的波长在532纳米到1.5微米的范围之间，光纤激光器发射的激光为连续激光或脉冲激光。
光学扫描系统由可控制的振镜，振镜的频率和幅度可以控制和一个聚焦透镜组成，使激光光束汇聚城一个光斑完成扫描工作，或者积分镜加聚焦镜和组成，使激光光束汇聚成一个小区域来完成扫描工作。
防射线保护装置的长度a小于光学扫描系统中聚焦透镜的焦距f，测距对焦装置由有固定的长度的粗定位装置和可调整的精确定位装置组成，其长度b可以调节，用于使聚焦后的激光束的焦点能够精确照射到污染物上，参见图2。
该系统中各部件所具有的功能为光纤激光器用来发射激光；扫描光学系统能够使激光对图像进行扫描，扫描光学系统根据控制系统所设定的优化参数来控制，能使激光束在空间中X、Y方向上任一方向上的扫描；控制系统能够同时对光纤激光器的激光束参数进行控制和对光学扫描系统进行控制，对激光束的控制参数包括激光束的功率、激光束的波长、激光束的脉宽。对光学扫描系统的控制涉及对扫描速度，扫描方式，扫描区域大小，扫描图形任一参数变量的修改和控制。同时，控制系统还存有优化组合参数库，根据清洗物体的属性和清洗物体上的污染物的属性，可选择合适的优化组合参数。扫描光学系统根据从控制系统发出的指令做出相应的扫描方式。
防射线保护装置用对激光吸收的镀膜材料制成，也可以内侧对激光反射的镀膜材料制成，此装置对清洗区域密闭，所以能够在清洗系统工作运行时，保护周边环境和操作人员防止受到激光辐射。
本发明的工作原理为光纤激光器作为光源，从光纤激光器发出的一束高光束质量的激光束，激光束辐射到污染物上，污染物在激光的辐照作用下，发生瞬间蒸发或剥离。
由于本发明采用半导体泵浦光纤激光器作为光源，其结构简单，体积小，转换效率高，激光光束质量好，寿命长，免维护，因此，在清洁过程中不需要庞大的冷却装置，便于公共场合的清洁工作。
图1是便携式激光清洗系统的构成图。
图2是便携式激光清洗系统测距对焦示意图。
图中10-电源，20-控制系统，30-光纤激光器，40-把持式清洗工作头，50-扫描光学系统，60-防射线保护装置，70-测距对焦装置，80-聚焦透镜，300-清洗物，400-污染物，110-光纤。
具体实施例方式
本发明的具体实施例可参见图1，图2，主要包括有电源10，控制系统20，光纤激光器30，把持式清洗工作头40，扫描光学系统50，测距对焦装置70，防射线保护装置60，光纤110。其中，电源10与光纤激光器30、控制系统20、扫描光学系统50连接，为其供电，控制器与光纤激光器和扫描光学系统相连，光纤激光器通过光纤与把持式清洗工作头连接，把持式清洗工作头与扫描光学系统连接，光纤的末端街头可嵌入到把持式清洗工作头40，把持式清洗工作头40对光纤110和扫描光学系统50能够起到保护和衔接作用，扫描光学系统又与测距对焦装置连接，该装置还设置有防止激光束对外界辐射的防射线保护装置。可以针对清洗对象选择不同光纤激光器30，比如清洗不干胶，用5瓦激光器，清洗金属表面，用50瓦激光器，激光的波长可在532纳米到1.5微米的范围之间，比如，清洗对象为高分子材料材料时可以用短波长532纳米，清洗黑色金属，用长波长1.5微米的光纤激光。把持式清洗工作头40可以是一个手持的把手，也可以是一个供机械手臂把持的把手。
扫描光学系统50可以是一个可控制的振镜加一个聚焦透镜80，能够使激光光束汇聚成一个光斑完成扫描工作，还可以是一个可控制的振镜加聚焦镜和积分镜，能够使激光光束汇聚成一个小区域来完成扫描工作。
便携式激光清洗系统测距对焦示意图，如图2所示，在经聚焦透镜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。聚焦透镜80的焦距为f，测距对焦装置70的定位距离即为焦距f的，定位对象是聚焦透镜80的中心线到污染物400表面的距离。这样能使激光束500的焦点能够落到污染物400上。防射线保护装置60的固有长度为a，且a＜f。测距对焦装置70是可调整的装置，它的可调长度为b。那么，在假设污染物400的表面厚度w，可得出f＝a+b-w，而此时，等式中三个参数聚焦透镜80的焦距为f、防射线保护装置60的固有长度为a和污染物400的表面厚度w均为定值，只有调节测距对焦装置70的可调长度b使得等式成立。在清洗不干胶类小广告或者涂鸦时，污染物400的表面厚度w值非常小，可以忽略，此时可得f≈a+b。在清洗操作前，了解污染物400的表面厚度w，设置测距对焦装置70的可调长度b。
控制系统20的功能是能同时对光纤激光器30的激光束参数进行控制和对光学扫描系统50进行控制。控制系统可以用包括PLC、单片机、单板机或微处理机来实现，并且配有相应的接口设备和外围设备。
便携式激光清洗系统在进行清洗工作时，系统还能配备和使用辅助气体，在清洗工作头上装有一气管，向下吹气，用辅助气体吹向污染物和正在清洗工作面，提高清洗效率。
权利要求
1.便携式激光清洗系统，其特征在于该系统主要由电源(10)、光纤激光器(30)、控制系统(20)、光纤(110)、把持式清洗工作头(40)、扫描光学系统(50)、测距对焦装置(70)组成；其中，电源(10)与光纤激光器(30)、控制系统(20)、扫描光学系统(50)连接，控制系统(20)与光纤激光器(30)和扫描光学系统(50)相连，光纤激光器(30)通过光纤(110)与把持式清洗工作头(40)连接，把持式清洗工作头(40)与扫描光学系统(50)连接，扫描光学系统(50)又与测距对焦装置(70)连接。
2.根据权利要求1所述的便携式激光清洗系统，其特征在于该装置还设置有防止激光束对外界辐射的防射线保护装置(60)。
3.根据权利要求1所述的便携式激光清洗系统，其特征在于扫描光学系统(50)由频率和幅度可控制的振镜和一个聚焦透镜(80)组成，或者由积分镜加聚焦透镜(80)组成。
4.根据权利要求2或3所述的便携式激光清洗系统，其特征在于防射线保护装置(60)的长度a小于聚焦透镜(80)的焦距f，测距对焦装置(70)的长度b可调。
5.根据权利要求1所述的便携式激光清洗系统，其特征在于光纤激光器(30)输出的激光为连续激光或脉冲激光，激光功率为5瓦至100瓦。
6.根据权利要求1所述的便携式激光清洗系统，其特征在于光纤激光器(30)输出的激光波长为532纳米到1.5微米。
全文摘要
本发明涉及一种便携式激光清洗系统，可以对道路、广告牌等物体表面的污垢进行有效清除。本发明主要由电源(10)、光纤激光器(30)、控制系统(20)、光纤(110)、把持式清洗工作头(40)、扫描光学系统(50)、防射线保护装置(60)、测距对焦装置(70)组成。电源与光纤激光器、控制系统、扫描光学系统连接，控制系统与光纤激光器和扫描光学系统相连，光纤激光器通过光纤与把持式清洗工作头连接，扫描光学系统又与测距对焦装置连接。操作者操纵把持式清洗工作头，对准所要清洗物体上的污物，对其扫描，达到有效清除污物的目的。本发明具有结构简单，体积小，转换效率高，寿命长，免维护等优点。
文档编号B23K26/06GK1817549SQ20061006540
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者陈继民, 赵宏亮 申请人:北京工业大学