复合材料表面的处理方法和装置与流程

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种复合材料表面的处理方法和装置。

背景技术：

由于复合材料制成的绝缘子耐污闪和湿闪性能优异，广泛应用于目前的输配电线路中。长期受到强电场、紫外线、冷热温度变化、酸雨侵蚀等极端环境作用，户外条件下的复合材料绝缘子会不可避免地发生老化，出现起皮、粉化、褪色、脱落、憎水性下降等劣化现象，可能会造成污闪事故，严重威胁电网的安全运行。

为了确保电网的安全运行，需要对材料的机械性能和电气性能进行测试以及时地对老化后的绝缘子做出运行状态评估。在对材料的机械性能和电气性能进行测试之前，需要对绝缘子的复合材料表面进行处理。

在传统技术中，利用无纺布粘取酒精后擦拭绝缘子的复合材料表面，或者使用打磨机打磨绝缘子的表面。但是利用无纺布擦拭只能擦拭少量的污秽而不能完全擦拭复合材料表面的污秽，使用打磨机会损伤复合材料表面的粗糙度和光泽度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述利用无纺布不能完全擦拭复合材料表面的污秽以及使用打磨机会损伤复合材料表面的技术问题，提供一种复合材料表面的处理方法和装置。

一种复合材料表面的处理方法，所述复合材料表面具有污秽沉积层，所述复合材料固定在移动平台上；所述方法包括：

根据所述复合材料的特性参数及所述污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量；

根据所述激光器的离焦量，确定激光作用在所述复合材料表面上的光斑直径；

根据所述光斑直径、所述复合材料的尺寸参数确定所述移动平台的运动速度及运动轨迹以对所述复合材料表面的污秽进行烧蚀处理。

在其中一个实施例中，所述根据所述复合材料的特性参数及所述污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量，包括：

根据所述复合材料的种类确定激光能量损伤阙值；

根据所述污秽沉积层的成分组成及厚度确定清除能量阙值；

根据所述激光能量损伤阙值和所述清除能量阙值确定所述激光器的输出能量。

在其中一个实施例中，在所述根据所述复合材料的特性参数及所述污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量之后，所述方法还包括：

验证选定的所述激光器的输出能量及离焦量是否合适；

若不合适，则对所述激光器的输出能量及离焦量进行调整。

在其中一个实施例中，所述验证选定的所述激光器的输出能量及离焦量是否合适，包括：

将激光照射在所述复合材料表面的边缘位置，并对所述边缘位置处的污秽沉积层进行烧蚀；

根据烧蚀后所述边缘位置处的复合材料表面的颜色，验证所述激光器的输出能量及离焦量是否合适。

在其中一个实施例中，所述激光采用脉冲激光；所述根据所述光斑直径、所述复合材料的尺寸参数确定所述移动平台的运动速度及运动轨迹对所述复合材料表面的污秽进行烧蚀处理，包括：

根据所述脉冲激光的周期及所述光斑直径，确定所述移动平台的运动速度；

根据所述复合材料的尺寸参数确定所述移动平台的的运动轨迹。

在其中一个实施例中，按照以下公式确定所述移动平台的运动速度：

v＝k*(d/t)；

其中，v为所述移动平台的运动速度，k为调节系数，d为所述光斑直径，t为所述脉冲激光的周期。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：清理烧蚀处理后的复合材料表面上存在的污秽附着物，以还原所述复合材料表面的颜色。

一种复合材料表面的处理装置，所述装置包括：

激光器，用于提供预设的输出能量及离焦量的激光，以照射在所述复合材料表面；

激光光路，包括反射透镜和聚焦透镜，所述反射透镜用于调整所述激光的发射方向，所述聚焦透镜用于把激光聚焦至所述复合材料表面；

移动平台，用于放置所述复合材料并带动所述复合材料按照预设的运动速度、运动轨迹移动，以对所述复合材料表面的污秽进行烧蚀处理；

其中，所述预设的输出能量及离焦量由所述复合材料的特性参数及所述污秽沉积层特性参数确定，所述移动平台的运动速度及运动轨迹由所述激光作用在所述复合材料表面上的光斑直径、所述复合材料的尺寸参数确定。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：时序控制器，与所述激光器连接，用于向所述激光器提供时序信号以使所述激光器产生脉冲激光。

在其中一个实施例中，所述激光器为钇铝石榴石激光器、气体激光器、光纤激光器和半导体激光器中任一种。

上述复合材料表面的处理方法及装置，复合材料表面具有污秽沉积层，复合材料固定在移动平台上。通过根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量，然后根据激光器的离焦量，确定激光作用在复合材料表面上的光斑直径；从而根据光斑直径、复合材料的尺寸参数确定移动平台的运动速度及运动轨迹以对复合材料表面的污秽进行烧蚀处理，实现了复合材料表面的污秽沉积层蒸发或者剥离，从而有效地清除符合材料表面的附着物。另外，通过控制激光器的输出能量和离焦量，不仅可以避免损伤复合材料表面的粗糙度和光泽度，而且可以实现对污秽沉积层的一次性清除，提高了清除污秽的效率。

附图说明

图1为一个实施例中复合材料表面的处理方法的流程示意图；

图2为一个实施例中复合材料表面的处理方法中步骤s110的流程示意图；

图3为一个实施例中复合材料表面的处理方法中步骤s110之后的流程示意图；

图4为一实施例中复合材料表面的处理方法中步骤s310的流程示意图；

图5a为一实施例中复合材料表面的处理方法中步骤s130的流程示意图；

图5b为一实施例中移动平台运动轨迹的示意图；

图5c为一实施例中移动平台运动轨迹的示意图；

图6为一个实施例中复合材料表面的处理装置的结构示意图；

图7为一个实施例中复合材料表面的处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在一个实施例中，请参见图1，本申请提供一种复合材料表面的处理方法。复合材料表面具有污秽沉积层，复合材料固定在移动平台上。该处理方法包括以下步骤：

s110、根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量。

其中，复合材料指的是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新绝缘材料，比如室温硅橡胶、高温硫化硅橡胶等。复合材料的制造工艺及材料组分不同，复合材料具有不同的特性参数，比如复合材料的种类、耐高温等。当复合材料暴露在户外的极端环境中，复合材料会出现起皮、粉化、褪色、脱落、憎水性下降等劣化现象，从而复合材料的表面产生污秽沉积层。由于户外环境的不同，形成的污秽沉积层具有不同的特性参数，比如组成成分、厚度等。按照组成成分，污秽沉积层可以划分为化肥沉积层、土壤灰尘沉积层、水泥沉积层、金属颗粒与油脂混合物沉积层等中的至少一层，且每种沉积层具有一定的厚度。激光是一种快速能量的传输方式，激光具有可聚焦性、高能量密度、柔性传导特性以及可实现快速、准确传输的特点。离焦量指的是激光焦点与作用物质间的距离。因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易对复合材料造成损伤，且离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

具体地，在利用激光技术对复合材料表面处理的过程中，不仅要避免对符合材料本身的伤害，而且要一次性清除污秽沉积层。由于激光器的输出能量是可调的，与激光焦点不同的距离位置处具有不同的能量密度，所以要根据实际情况选择激光器的输出能量和能量密度。则根据复合材料的种类、耐高温等特性参数及污秽沉积层的组成成分、厚度等特性参数确定激光器的输出能量和离焦量。比如，激光器的输出能量大小范围可以选择在0mj至500mj，离焦量可以选择-20mm至+20mm。激光器可选择为钇铝石榴石激光器(nd:yag)，可以理解的是，可以根据污秽沉积层的组成成分、厚度选择其他类型的激光器，如气体激光器、光纤激光器和半导体激光器等。

s120、根据激光器的离焦量，确定激光作用在复合材料表面上的光斑直径。

激光照射在复合材料表面的部分区域上，该部分区域的亮度高于复合材料表面的其它区别，该部分区域为光斑。由于复合材料放在离焦量位置处，激光照射在复合材料表面上形成光斑，可以根据激光器的离焦量，确定激光作用在复合材料表面上的光斑直径。

本实施例中，由于光斑直径决定烧蚀污秽的面积，烧蚀污秽的面积决定着处理复合材料表面的效率，光斑直径与能量密度呈负相关，且激光照射在复合材料的能量密度需要满足烧蚀污秽的条件。所以需要合理地选择激光器的输出能量范围，并得到激光光斑直径范围，以实现在不损伤复合材料表面的前提一次性烧蚀复合材料表面的污秽又能尽量增大每次的烧蚀面积。

s130、根据光斑直径、复合材料的尺寸参数确定移动平台的运动速度及运动轨迹以对复合材料表面的污秽进行烧蚀处理。

由于复合材料固定在移动平台上，可以通过移动平台带动复合材料的移动，使得激光可以对复合材料的整个表面进行烧蚀处理。激光照射在复合材料表面形成光斑，光斑直径决定烧蚀污秽的面积。如果移动平台的运动速度过快，会导致复合材料的表面的全部污秽被烧蚀，可能出现未被烧蚀的斑驳区域。复合材料的尺寸参数决定其形状及面积大小，在设定移动平台的运动轨迹时，需要考虑复合材料的尺寸参数。所以需要根据光斑直径以及复合材料的尺寸参数确定移动平台的运动速度及运动轨迹。

本实施例中，通过根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量，然后根据激光器的离焦量，确定激光作用在复合材料表面上的光斑直径；从而根据光斑直径、复合材料的尺寸参数确定移动平台的运动速度及运动轨迹以对复合材料表面的污秽进行烧蚀处理，实现了复合材料表面的污秽沉积层蒸发或者剥离，从而有效地清除符合材料表面的附着物。另外，通过控制激光器的输出能量和离焦量，不仅可以避免损伤复合材料表面的粗糙度和光泽度，而且可以实现对污秽沉积层的一次性清除，提高了清除污秽的效率。

在一个实施例中，请参见图2，根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量，包括以下步骤：

s210、根据复合材料的种类确定激光能量损伤阙值。

其中，激光能量损伤阙值是指不对复合材料造成损伤的最大激光能量。对于不同绝缘材料或者工艺制造的复合材料如室温硅橡胶、高温硫化硅橡胶等，可以根据复合材料的种类确定各类复合材料被激光能量辐射时不对其造成损伤的激光能量损伤阙值。

s220、根据污秽沉积层的成分组成及厚度确定清除能量阙值。

清除能量阙值是指能对响应的污秽沉积层清除的最小激光能量。污秽沉积层可以划分为化肥沉积层、土壤灰尘沉积层、水泥沉积层、金属颗粒与油脂混合物沉积层等中的至少一层，且每种沉积层具有一定的厚度。不同组成成分的污秽沉积层需要不同的激光能量进行烧蚀，同一污秽沉积层的不同厚度也需要不同的激光能量进行烧蚀，则根据污秽沉积层的成分组成及厚度确定清除能量阙值，从而实现一次性清除对应种类污秽沉积层。

s230、根据激光能量损伤阙值和清除能量阙值确定激光器的输出能量。

激光能量损伤阙值是指不对复合材料造成损伤的最大激光能量，清除能量阙值是指能对响应的污秽沉积层清除的最小激光能量。所以照射在复合材料表面的激光烧蚀能量位于激光能量损伤阙值与清除能量阙值之间，则为了兼顾不损伤复合材料及烧蚀效率，可以根据根据激光能量损伤阙值和清除能量阙值确定激光器的输出能量。比如，清除能量阙值范围为500mj/cm²至2000mj/cm²，激光能量损伤阙值范围为1500mj/cm²至5000mj/cm²。

本实施例中，通过根据复合材料的种类确定激光能量损伤阙值，根据污秽沉积层的成分组成及厚度确定清除能量阙值，从而根据激光能量损伤阙值和清除能量阙值确定激光器的输出能量。则不仅能够清除复合材料表面污秽又不会造成复合材料本身的粗糙度、光泽度及老化层损伤，因此不会影响后续复合材料的老化状态表征。

在一个实施例中，请参见图3，在根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量之后，方法还包括以下步骤：

s310、验证选定的激光器的输出能量及离焦量是否合适。

s320、若不合适，则对激光器的输出能量及离焦量进行调整。

首先，根据复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定激光器的输出能量和离焦量，但是为了确保输出能量不会对复合材料的表面造成损伤，需要进一步验证选定的激光器的输出能量及离焦量是否合适，如果不合适，需要对激光器的输出能量及离焦量进行微调直至选定的激光器的输出能量及离焦量不会对复合材料表面造成损伤。

在一个实施例中，请参见图4，验证选定的激光器的输出能量及离焦量是否合适，包括以下步骤：

s410、将激光照射在复合材料表面的边缘位置，并对边缘位置处的污秽沉积层进行烧蚀。

s420、根据烧蚀后边缘位置处的复合材料表面的颜色，验证激光器的输出能量及离焦量是否合适。

为了确保输出能量不会对复合材料的表面造成损伤，需要进一步验证选定的激光器的输出能量及离焦量是否合适，可以在复合材料表面的边缘位置处进行验证。将激光照射在复合材料表面的边缘位置，对边缘位置处的污秽沉积层进行烧蚀。烧蚀的过程中，边缘位置处的污秽沉积层从复合材料表面蒸发或者剥离，剥离后的污秽在复合材料表面形成污秽附着物。进一步地，可以清理边缘位置处存在的污秽附着物，从而暴露出烧蚀后的边缘位置处的复合材料表面的颜色。如果输出能量过大，边缘位置处的复合材料表会出现烧蚀黑斑或者烧焦痕迹。由于烧蚀黑斑或者烧焦痕迹与复合材料表面的正常颜色比如红色是不同的，所以根据烧蚀后边缘位置处的复合材料表面的颜色，验证激光器的输出能量及离焦量是否合适。

在一个实施例中，请参见图5a，激光采用脉冲激光。根据光斑直径、复合材料的尺寸参数确定移动平台的运动速度及运动轨迹对复合材料表面的污秽进行烧蚀处理，包括以下步骤：

s510、根据脉冲激光的周期及光斑直径，确定移动平台的运动速度。

由于复合材料固定在移动平台上，可以通过移动平台带动复合材料的移动，使得激光可以对复合材料的整个表面进行烧蚀处理。激光照射在复合材料表面形成光斑，光斑直径决定烧蚀污秽的面积。如果移动平台的运动速度过快，会导致复合材料的表面的全部污秽被烧蚀，可能出现未被烧蚀的斑驳区域。当确定光斑直径之后，脉冲激光具有周期，根据脉冲激光的周期及光斑直径确定扫描速度实现复合材料表面表面单向连续移动的全面覆盖。

进一步地，按照以下公式确定移动平台的运动速度：

v＝k*(d/t)；

其中，v为移动平台的运动速度，k为调节系数，d为光斑直径，t为脉冲激光的周期。k可以是0.5至1的常数，用于调整运动速度抵消移动平台的移动误差以实现连续且全面覆盖。

s520、根据复合材料的尺寸参数确定移动平台的的运动轨迹。

复合材料的尺寸参数决定其形状及面积大小，在设定移动平台的运动轨迹时，需要考虑复合材料的尺寸参数，从而根据复合材料的尺寸参数确定移动平台的的运动轨迹。

示例性地，若复合材料是矩形的，可以根据矩形长和宽设定对应的运动轨迹。且移动平台为xy电动台，移动平台的运动速度控制在5mm/s至10mm/s；请参见图5b,设置的移动平台的运动轨迹，x轴步进电机启动沿着x轴移动预设的长度后，x轴步进电机停止，y轴步进电机启动沿着y轴移动单位长度后停止，随后x轴步进电机启动沿着反方向移动，如此反复如图5b所示，直到完成所有部位的表面预处理。需要说明的是，y轴步进电机启动沿着y轴移动的单位长度小于光斑直径。可以理解的是，也可以设置x轴的单向扫描时间，当x轴单向扫描时间达到预设时间时，x轴步进电机停止，y轴步进电机启动沿着y轴移动单位时间后停止，随后x轴步进电机启动沿着反方向移动，如此反复如图5b所示，直到完成所有部位的表面预处理。需要说明的是，在单位时间内，y轴步进电机启动沿着y轴移动的单位长度小于光斑直径。

示例性地，复合材料是圆形的，可以根据圆的半径或者直径设置对应的运动轨迹。请参见图5c,设置的移动平台的运动轨迹,移动平台带动复合材料沿圆周方向顺时针或者逆时针移动。

在一个实施例中，该方法还包括：清理烧蚀处理后的复合材料表面上存在的污秽附着物，以还原复合材料表面的颜色。

将激光照射在复合材料表面上，对复合材料表面的污秽沉积层进行烧蚀。烧蚀的过程中，污秽沉积层从复合材料表面蒸发或者剥离，剥离后的污秽在复合材料表面形成污秽附着物。进一步地，可以清理复合材料表面存在的污秽附着物，从而暴露出烧蚀后的复合材料表面的颜色。

在一个实施例中，请参见图6，本申请提供一种复合材料表面的处理装置，该处理装置包括激光器610、激光光路及移动平台630。

激光器610，用于提供预设的输出能量及离焦量的激光，以照射在复合材料640表面。其中，激光器610为钇铝石榴石激光器、气体激光器、光纤激光器和半导体激光器中任一种。

激光光路，包括反射透镜621和聚焦透镜622，反射透镜621用于调整激光的发射方向，聚焦透镜622用于把激光聚焦至复合材料表面。

移动平台630，用于放置复合材料640并带动复合材料640按照预设的运动速度、运动轨迹移动，以对复合材料表面的污秽进行烧蚀处理。

其中，预设的输出能量及离焦量由复合材料的特性参数及污秽沉积层特性参数确定，移动平台的运动速度及运动轨迹由激光作用在复合材料表面上的光斑直径、复合材料的尺寸参数确定。

在一个实施例中，请参见图7，该处理装置还包括时序控制器710，与激光器610连接，用于向激光器610提供时序信号以使激光器610产生脉冲激光。

需要说明的是，关于上述复合材料表面的处理装置的具体限定可以参见上文中对于复合材料表面的处理方法的限定，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。