配置为使用电磁辐射从基板移除涂层的系统的制作方法
【专利摘要】一种移除系统被配置为从组件的基板移除涂层。第一能量源和第二能量源每个都被配置为将电磁辐射引导到组件上，电磁辐射产生相应的第一特性和第二特性。传感器检测由第一电磁辐射流和第二电磁辐射流产生的第一特性和第二特性。控制器被设置为从传感器接收检测到的第一特性和第二特性，以及从相应的第一能量源和第二能量源接收相关的第一功率水平和第二功率水平。响应于从传感器接收的第一特性和第二特性以及从第一能量源和第二能量源接收的相关的功率水平，控制器将更新的功率水平发送到第一能量源和第二能量源中的至少一个中。
【专利说明】配置为使用电磁辐射从基板移除涂层的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2011年10月21号递交的申请号为61/549，818的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请据此以引用方式被全部并入。
【技术领域】
[0003]本公开涉及一种被配置为使用电磁辐射从基板除去涂层的系统。
【背景技术】
[0004]飞机、车辆、船以及许多其它构造物具有原始、被喷涂的表面、或者以其它方式被涂层覆盖的表面。随着时间的推移，该涂层可能变得黯淡、脱落，或者需要被移除以便另外的涂层可以被应用于该表面。
【发明内容】
[0005]一种移除系统，其被设置为从组件的基板上移除涂层。第一能量源被设置为被以第一功率水平赋能，以将第一电磁辐射流引导到组件上，以便第一电磁辐射流产生组件上的第一特性。第二能量源被设置为被以第二功率水平赋能，以将第二电磁辐射流引导到组件上，以便第二电磁辐射流产生组件上的第二特性。传感器被设置为检测由第一电磁辐射流和第二电磁辐射流产生的第一特性和第二特性。控制器可操作地连接到第一能量源和第二能量源以及传感器。控制器被设置为从传感器接收检测到的第一特性和第二特性，以及从各自的第一能量源和第二能量源中接收相关的第一功率水平和第二功率水平。控制器被设置为响应于从传感器接收的第一特性和第二特性和从第一能量源和第二能量源接收的相关功率水平，将更新的第一功率水平和第二功率水平传输到第一能量源和第二能量源中的至少一个。
[0006]一种从基板移除涂层的方法，包括将第一电磁辐射流从第一能量源引导到组件。第一能量源被以第一功率水平赋能，以便第一电磁辐射流使第一特性在组件上产生。第二电磁辐射流从处在第二功率水平第二能量源被引导到组件中，以便第二电磁辐射流使第二特性在组件上产生。第二能量源被以第二功率水平赋能，以便第二电磁辐射流使第二特性在组件上产生。组件的第一特性和第一能量源的相关第一功率水平被检测到。组件的第二特性和第二能量源的相关第二功率水平被检测到。被检测到的第一特性和第二特性以及相关的第一功率水平和第二功率水平中的至少一个被传输到控制器。基于检测到的第一特性和第二特性，在控制器中确定涂层是否被布置在组件的基板上。更新的功率水平被传输到第一能量源和第二能量源中的至少一个。
[0007]正如在所附权利要求中所限定的，结合附图，根据执行本发明的最佳模式和其它实施方式中的一些的下列详细描述，本发明的上述技术特征和优点以及其它技术特征和优点很清晰明显。
[0008]附图简述[0009]图1是一种移除系统的示意性图示，该移除系统被设置为从组件的基板中移除涂层；
[0010]图2是所述移除系统的示意性图示；
[0011]图3是示出了两个传感器的移除系统的示意性图示；
[0012]图4是组件的概括示意图，该组件具有被布置在基板上的多层涂层；以及
[0013]图5是在多路激光穿过组件时由移除系统的传感器检测到的强度和波长的示意性图解示图。
[0014]详细说明
[0015]参考附图，其中相同的参考数字指示相同的组件，被设置为采用第一电磁辐射流16a从组件15的基板14上移除涂层12的移除系统如图1中的10所示。移除系统10包括第一能量源18、传感器20、控制器22、以及可选显示单元24。
[0016]参照图4，涂层12可以是布置在彼此之上(图4)的不同涂层12的一个或多个层25。更具体地,层25可以包括第一层25a和第二层25b。然而,应该意识到的是,层25可以是任意个数的层。基板14是底层材料，涂层12的一层或多层25布置在其顶上。此外，涂层12的每一层25可以具有厚度26，该厚度26在横跨基板14上是不均匀的。进一步地，每一层25可以具有厚度26a、26b、26c、26d,其在整个基板14对于每一层25是不同的。涂层12可以是附在基板14或者附在另一层25上的任意类型的层25。涂层12可以包括，但不应限于，由涂层合成物、藤壶、锈、引线、以及类似物形成的固化薄膜。涂层合成物可以包括但不应限于油漆、底漆、清漆、胶漆、天然漆、以及相似物。
[0017]第一电磁辐射流16a可以是热能和/或光能的能量流。第一电磁辐射流16a可以是激光16a。激光16a可以是光纤掺钕钇石榴石(字首:YAG)激光、C02激光、以及类似物，该激光是具有足够的功率以从组件15的基板14上移除涂层12。涂层12的移除可以包括但不应限于利用热机械应力来移除涂层12，该热机械应力由涂层的错位、物理烧蚀、燃烧以及分解引起。物理烧蚀可以包括采用蒸发、切削、和/或其它侵蚀工艺来进行涂层12的移除。
[0018]再次参考图1，传感器20和第一能量源18操作为连接到控制器22。传感器20是将所感测的第一特性21a转变为可数额表示的设备。通过非限制性例子的方式，电磁源的强度可以被表示为数字，其范围从O到100。传感器20可以是光学传感器20，诸如宽波长传感器20。传感器20可以是光谱分析器以及类似物。第一能量源18被设置为:在基于从控制器22接收的输入32的功率水平引导激光16a。控制器22是闭环过程控制器22，该控制器22被设置成从传感器20接收输入28和从能量源接收输入30，并且给能量源18提供信号或输入32,以根据这些输入控制激光16a发射的功率。传感器20可以集成在扫描头内，其在涂层12移除过程中，持续地扫描组件15以提供激光16a的功率水平的闭环控制。扫描是系统过程，通过该过程，第一电磁辐射流的源16a通过被移除了涂层12的组件15的表面17。这个过程可以包括:关于第一电磁辐射流的源16a移动组件15 ;关于组件15移动电磁福射的源16a,引导电磁福射光束16a在组件15的特定部分；和/或将电磁福射光束16a提供得足够大，以包围整个组件15。
[0019]激光16a被引导到组件15的区域，其包括在上面布置有涂层12的基板14。因为涂层12在整个基板14上可以具有不同的厚度26a、26b、26c、26d，基于涂层12上的厚度26a、26b、26c、26d，在组件15被引导的电磁辐射的量可能需要是变化的。当激光16a在组件15被引导时，涂层12的烧蚀产生可测量水平的光(强度和波长)，其具有特性34，这提供了激光16a正碰触在什么材料上的重要指示。因此，传感器20被设置为检测其中应用了第一电磁辐射流16a的涂层12的第一特性21a。第一特性21a可以是光的可见和/或不可见的辐射的形式。检测到的第一特性21a连同由第一能量源18提供的功率水平输出被传输到控制器22。控制器22分析检测到的第一特性21a，且将信号32传输到第一能量源18，以持续从基板14移除涂层12。如果被传输到控制器22的第一特性21a与涂层12在区域中被全部移除一致，则信号从控制器22中被发送到第一能量源18中，以停止涂层12的移除。这样阻止电磁辐射16a渗透超过待移除的层25，并且进入到基板14或其它中间层25。这也允许具有足够精度地来仅仅移除期望的层25，同时留下未被激光16a接触的其它层25。
[0020]被传感器20感知的第一特性21a可以包括通过应用第一电磁辐射流16a而产生的任意第一特性21a，该特性按照绝对值计算或相对于基线值是可以被测量的，包括但不限于，功率、相角、波长、以及组件15的极化状态。更具体地，一个或多个感测到的特性34可以指示涂层12的特定类型的层25，或者指示基板14。当传感器20在整个组件15上扫描并且电磁辐射16a被引导至层25上时，传感器20测量一个或多个所感测的特性34，如图5所描述的。一个或多个所感测的特性34的变化36指示组件15的表面17的不同处。通过非限制性举例的方式，某些所感测的特性34的增长值可以指示基板14上的层25的出现，然而某些所感测的特性34的增长值的缺乏指示了基板14。更具体地，参考图5所示的例子，光强度中的尖峰36指示了基板14上层25的存在，然而，没有尖峰36或者几乎没有尖峰36则指示了基板14。图5进一步图示说明了组件15的特性34，此时激光16a在相同组件15上通过14次，即，通路I到通路14。变化的峰值强度和波长指示了不同类型涂层12和/或仅仅存在表层14。通过非限制性举例的方式，通路I被显示为具有在大约589nm下的大约12500的峰值强度。通路14被显示为具有在大约589nm下的大约250的峰值强度。与通路I相关的值等同于顶端涂层25的移除，而与通路14相关的值等同于仅仅基板14的出现。应该认识到，这些值可以根据涂层12的类型、基板14、和/或由第一能量源18提供的功率水平而变化。还应认识到，需要移除涂层的通路的数量范围可以从I个到所期望的数量。
[0021]从功率源引导到组件15的激光16a的功率的范围是从没有功率到实现涂层移除所需要的功率水平，并且，在一些实施方式中，功率范围通常可以在3kW和6kW之间。更具体地，当基板14被传感器20检测到时，功率源可以在3kW功率引导激光16a，以便于保护基板14，并且当指示层25的出现时，功率源可以在6kW功率引导激光16a，以便于移除层25。此外，如果期望仅仅移除涂层12的层25a，并留下层25a之下没有被激光16a接触过的涂层12的层25b，当传感器20检测到与层25b相关的强度时，能量源18可以被控制器22引导，以将功率降低到3kW，从而防止层25b被激光16a移除。应认识到，也可以使用其它水平的功率，以便层25如期望的从基板14中被移除以及不从基板14中被移除。根据控制器22从传感器20接收的持续反馈，激光16a的功率调节可以被持续地调节。因此，通过增大特性34的采样频率，可以达到更高的精确度和控制。
[0022]此外，参考图2，芯片级光传感器20可以被使用，它对于在被关注的特定波长附近的很小范围的波长都很敏感。该敏感度可以通过使用光学滤波器来进一步地重新定义。这些具有合适偏压的传感器20a、20b可以把光学电平第一特性21a转化为模拟电压或者电流输出。该模拟信号通过高速微控制器38被监控。微控制器38将提供适当的操作界面，以能够设置合适的阈值电平。然后，信号电平上升到阈值之上，由第一能量源18提供的激光16a的功率可以上升到最高水平，例如，6kW ;并且当信号电平下降到阈值之下时，由第一能量源18提供的激光16a的功率将下降到最低水平，例如3kW。功率水平下降到最低水平在避免基板14损坏方面，将产生显著的益处。进一步减少激光16a的不必要的应用的其它方法也是可能的，包括:周期地发射的激光16a的缩短的取样，以确定组件15的表面17的情况。参照图3，也可以使用多个传感器20a、20b。
[0023]显示单元24可以被设置为给用户提供关于移除系统10的状态的信息。更具体地，显示单元24可以显示由第一能量源18输出的激光16a的功率水平、由传感器所感测的特性24、以及类似物。
[0024]在特定环境下，取决于基板14配置和涂层12类型配置，一旦所选的涂层12被移除，可能需要移除第一能量源18的激光16a。为了在再次遇到组件15上的所选取的涂层的区域时便于启用所选取的涂层移除过程，第二能量源19的激励会被激活。第二能量源19可以引导第二激光16b，这在第二功率水平将诸如第二电磁辐射流16b的能量加以引导，以提供唯一的波长，从而提供激励来检测第二特性21b，所述第二功率水平不同于第一能量源18的功率水平。检测第二特性21b的能力提供了被选涂层12和基板14之间的明显的可检测的不同响应。传感器20比较对这些涂层12的响应，并且，当再一次遇到被选涂层12时，第一能量源18的激光16a能量被再次启用，并且响应于传感器20设置合适的能量水平。
[0025]详细说明和附图或图示支持和描述了本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管用于执行所要求权利的本发明的最佳和其它实施方式中的一些被详细描述，但是存在各种可选方案和实施方式，以用于实践在所附权利要求中被限定的本发明。
【权利要求】
1.一种移除系统，其被配置为从组件的基板移除涂层，所述系统包括: 第一能量源，其被配置为被以第一功率水平赋能，以将第一电磁辐射流引导到所述组件上，以便所述第一电磁辐射流产生所述组件上的第一特性； 第二能量源，其被配置为被以第二功率水平赋能，以将第二电磁辐射流引导到所述组件上，以便所述第二电磁辐射流产生所述组件上的第二特性； 传感器，其被配置为检测由所述第一电磁辐射流和所述第二电磁辐射流产生的所述第一特性和所述第二特性； 控制器，其可操作地连接到所述第一能量源和所述第二能量源以及所述传感器； 其中，所述控制器被配置为从所述传感器接收检测到的所述第一特性和所述第二特性，以及从分别的所述第一能量源和所述第二能量源接收相关的所述第一功率水平和所述第二功率水平；以及 其中，所述控制器被配置为响应于从所述传感器接收的所述第一特性和所述第二特性以及从所述第一能量源和所述第二能量源接收的相关的所述功率水平，将更新的第一功率水平和第二功率水平发送到所述第一能量源和所述第二能量源中的至少一个能量源。
2.如权利要求1所述的移除系统，其中所述第一能量源被配置为将所述第一电磁辐射流引导到所述组件上，以便产生的所述第一特性表示所述涂层从所述基板的移除。
3.如权利要求2所述的移除系统，其中所述第二能量源被配置为将所述第二电磁辐射流引导到所述组件上，以便 产生的所述第二特性表示所述涂层是否存在于所述基板上。
4.如权利要求3所述的移除系统，还包括功率源，该功率源可操作地连接到所述第一能量源和所述第二能量源； 其中，所述控制器是闭环过程控制器，该闭环控制器配置为从所述传感器和所述功率源接收输入；以及 其中，所述控制器被配置为响应于从所述传感器和所述功率源接收的输入，为所述功率源中的至少一个提供信号，以控制由所述第一能量源和所述第二能量源中的至少一个所发射的功率。
5.如权利要求4所述的移除系统，其中所述传感器是光学传感器和光谱分析器之一。
6.如权利要求1所述的移除系统，其中所述第一特性和所述第二特性包括波长和强度。
7.—种从组件的基板移除涂层的方法，所述方法包括: 将第一电磁辐射流从第一能量源引导到所述组件上；其中所述第一能量源被以第一功率水平赋能，以便所述第一电磁辐射流使第一特性在所述组件上产生； 将第二电磁辐射流从处在第二功率水平的第二能量源引导到所述组件上，以便所述第二电磁辐射流使第二特性在所述组件上产生；其中所述第二能量源被以第二功率水平赋能，以便所述第二电磁辐射流使第二特性在所述组件上产生； 检测所述组件的第一特性以及所述第一能量源的相关的所述第一功率水平； 检测所述组件的第二特性以及所述第二能量源的相关的所述第二功率水平； 将检测到的所述第一特性和所述第二特性以及相关的所述第一功率水平和所述第二功率水平中的至少一个发送给控制器； 根据检测到的所述第一特性和所述第二特性，在所述控制器中确定所述涂层是否布置在所述组件的基板上；以及 响应于确定所述涂层是否被布置在所述基板上，将更新的功率水平发送到所述第一能量源和所述第二能量源中的至少一个能量源。
8.如权利要求7所述的方法，其中，产生的所述第一特性表示所述涂层从所述基板的移除。
9.如权利要求8所述的方法，其中，产生的所述第二特性表示所述涂层是否存在于所述基板上。
10.如权利要求9所述的方法，还包括: 从传感器和所述功率源接收输入；以及 响应于从所述传感器和所述功率源接收的输入，为所述第一能量源和所述第二能量源中的至少一个能量源提供信号，以控制功率的发射。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述传感器是光学传感器和光谱分析器之一。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述第一特性和所述第二特性包括波长和强度。
【文档编号】B23K26/36GK104010759SQ201280063143
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】唐纳德·E·斯普伦塔尔, 基思·A·杰弗里斯 申请人:美国激光企业有限责任公司