一种基于柔性光路的激光清洗装置的制作方法

本实用新型涉及激光清洗技术领域，尤其涉及一种基于柔性光路的激光清洗装置。

背景技术：

清洗技术就是通过溶解、化学反应或施加机械力等手段来清除物体表面上的污染物。传统的清洗方法主要有：高压水清洗法、机械清洗法、化学清洗法、超声波清洗法。这些清洗方法主要是用来清除以锈迹和油脂为主的混有颗粒的表面污染物，在很大程度上满足了现有工业生产和日常生活中的需求，但是这些清洗方法也伴随着许多问题。机械清洗必须拆装零件，劳动强度高，同时会对基材造成机械损伤，缩短工件寿命；高压水清洗法和化学清洗法主要依靠水和化学溶剂，不仅会对环境造成二次污染，而且清洗精度低，对于特殊材料如：石膏、文物雕塑、半导体器件等无法使用该方法用于清洗。超声波清洗法利用清洗介质的化学作用和超声波清洗的物理作用对物体进行充分清洗，但对于微米级污粒的清洗无能为力，同时清洗槽的尺寸限制了加工零件的范围和复杂程度。

激光清洗技术是工业清洗技术的一场革命，它具有传统清洗技术所无法比拟的优势。激光清洗清洗过程没有化学试剂的参与,从待清洗物品上清洗掉的基本上都是易于存放和处理的固体粉末,更有利于环境保护；激光清洗的应用范围广,可以满足不同种类的表面污染物的清洗要求；激光清洗可以实现精确控制,在将污染物从物体的表面清除的同时不会物体的内部造成损伤；激光清洗的精度高,能够达到微米级或者更小的级别。大功率脉冲式co₂激光器清洗速度快、清洗精度高，在激光清洗领域具有很大的应用价值。但是co₂激光器不能使用光纤传送，必须使用硬光路传输光源。硬光路通常由固定透镜组组成，其镜片无法移动，光路灵活性差，这一特性极大地限制了co₂激光器在激光清洗领域的应用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于柔性光路的激光清洗装置,克服了现有技术中灵活性差、清洗效率低、清洗精度低的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于柔性光路的激光清洗装置，包括激光器、机械手臂、导光臂和扫描机构。所述导光臂固定连接在所述机械手臂上，并可随着所述机械手臂一同联动，所述激光器靠近所述导光臂的一端设置，所述扫描机构靠近所述导光臂的另一端设置，且所述激光器出射的激光由所述导光臂的入射端进入，并从所述导光臂的出射端出射后进入所述扫描机构，所述扫描机构可以转动，并调整进入其内的激光的方向，使得激光穿出所述扫描机构后对清洗部位进行扫描，并完成清洗。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种基于柔性光路的激光清洗装置，通过机械手臂与导光臂结合，并且导光臂可以随着所述机械手臂全角度自由旋转，将传统的硬光路转变成柔性光路，大大提高了装置的灵活性，并且采用扫描机构可以提高清洗效率和清洗精度，便于实现自动化控制。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述机械手臂为弯曲的内部中空结构且两端开口，所述导光臂沿着所述机械手臂的弯曲方向设置在所述机械手臂内，且所述导光臂的两端分别延伸至所述机械手臂的两个端口处。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以将所述导光臂内置于所述机械手臂内，一方面与对所述导光臂进行有效的保护，另一方面可以更好的控制所述导光臂随着所述机械手臂一同运动，提高所述导光臂的柔性。

进一步：所述机械手臂内壁还设有多组用于固定所述导光臂的固定架，多组所述固定架均等间隔的设置在所述机械手臂内壁上。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述固定架可以将所述导光臂更稳定的设置在所述机械手臂内，避免随着所述机械手臂运动的过程中所述导光臂出现异位，影响光路的稳定性。

进一步：所述机械手臂和导光臂共轴线设置。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以进一步提高对所述导光臂控制精准度，从而使得提高清洗精度。

进一步：所述机械手臂包括底座和多个平直的手臂组件，且所述底座和所述手臂组件两端均设有供激光穿过的开口，所述底座设置在外部载体上，多个所述手臂组件顺次活动连接，靠近激光入射端的所述手臂组件一端设置在所述底座上，所述扫描机构通过法兰设置在靠近激光出射端的所述手臂组件端部，所述导光臂的入射端延伸至所述底座上的开口处，出射端延伸至靠近激光出射端的所述手臂组件开口处。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以增加所述机械手臂的灵活性，从而间接的提高所述导光臂的灵活性，使得所述机械手臂可以全方位的带动所述导光臂运动，使得从所述扫描机构出射的激光可以对清洗部位无死角的扫描清洗。

进一步：所述导光臂包括多根平直的导光管，多根所述导光管顺次连通，相邻两根所述导光管连接处远离弯曲方向一侧均设有反光镜，激光从入射端的所述导光管进入并照射到所述反光镜上，经由所述反光镜反射后进入下一根所述导光管，直至从出射端的所述导光管出射后进入所述扫描机构内。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述结构可以使得所述导光臂可以进行任意角度的调整，提高所述导光臂的灵活性，通过所述反光镜一方面可以在所述导光臂的弯折处调整激光的方向，使得激光能顺利的穿出所述导光臂，另一方面可以减少激光的散射，增强清洗效果，提高能量的利用率。

进一步：所述导光臂设置在所述机械手臂的外部，且所述激光器的激光出射端与所述导光臂入射端连通，所述导光臂的出射端与所述扫描机构的进光口连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以增加所述导光臂的设置方式多样性，可以在不具备导光臂内置的技术条件下仍然可以实现所述导光臂与所述机械手臂的结合，从而完成光路的柔性调整。

进一步：所述扫描机构选用振镜，所述振镜包括驱动电机和光学反射镜，所述驱动电机驱动所述光学反射镜转动，入射的激光随着所述光学反射镜的转动调整出射方向，使得激光穿出所述振镜后对清洗部位进行扫描，并进行清洗。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以便于调整从所述扫描机构出射的激光方向，并对清洗部位进行扫描清洗，通过驱动电机的旋转，带动所述光学反射镜转动来调整激光的出射方向，扩大了清洗范围，并且尽可能避免清洗死角，提高清洗效果。

进一步：所述扫描机构选用多棱镜，所述多棱镜包括高速电机和多面棱镜，所述多面棱镜具有多个反射面，并安装在电机的旋转轴上，所述高速电机驱动所述多面棱镜旋转，入射的激光随着所述多面棱镜的转动调整出射方向，使得激光穿出所述多棱镜后对清洗部位进行扫描，并进行清洗。上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以便于调整从所述扫描机构出射的激光方向，并对清洗部位进行扫描清洗，通过电机的旋转，多面棱镜可实现高速旋转，从而实现大角度、高速的光束扫描提高了清洗效率，扩大了清洗范围，并且尽可能避免清洗死角，提高清洗效果。

进一步：还包括激光指示器，且所述激光指示器发射指示激光，并沿着所述激光器出射激光的光路传输并到达清洗部位。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述激光指示器出射的指示激光，便于指示激光的准确位置，从而便于所述扫描机构对清洗部位进行精确扫描，并完成精确清洗。

进一步：还包括激光整形装置，所述激光整形装置设置在所述激光器与所述导光臂的入射端之间，用于对所述激光器出射的激光进行整形处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述激光整形装置可以减少激光的热积累效应，保证清洗效果一致性。

进一步：还包括除尘装置，所述除尘装置设置在所述扫描机构上，并用于在清洗时收集灰尘。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述除尘装置，一方面可以防止激光清洗产生的污染物进入逆向进入光路并污染所述扫描机构、导光臂和激光器，另一方面可以收集清洗过程中产生的污染物，屋面污染物飞散，影响清洗效果，污染环境。

进一步：还包括监测装置，所述监测装置设置在所述扫描机构上，用于实时监测清洗部位。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述监测将至可以对清洗部位进行实时监测，便于观察清洗效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一种基于柔性光路的激光清洗装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的一种基于柔性光路的激光清洗装置结构示意图；

图3为本实用新型的除尘装置的结构示意图一；

图4为本实用新型的除尘装置的结构示意图二。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光器，2、机械手臂，3、导光臂，4、扫描机构，5、固定架，6、底座，7、手臂组件，8、法兰，9、导光管，10、反射镜，11、激光指示器，12、激光整形装置，13、除尘装置，14、监测装置；

101、腔体，102、隔离板，103、出光腔，104、吸尘腔，105、固定板，106、激光加工口，107、吸尘孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种基于柔性光路的激光清洗装置，包括激光器1、机械手臂2、导光臂3和扫描机构4。

所述导光臂3固定连接在所述机械手臂2上，并可随着所述机械手臂2一同联动，所述激光器1靠近所述导光臂3的一端设置，所述扫描机构4靠近所述导光臂3的另一端设置，且所述激光器1出射的激光由所述导光臂3的入射端进入，并从所述导光臂3的出射端出射后进入所述扫描机构4，所述扫描机构4可以转动，并调整进入其内的激光的方向，使得激光穿出所述扫描机构4后对清洗部位进行扫描，并完成清洗。

本实用新型中，所述激光器1采用co₂激光器、紫外激光器或准分子激光器中的任意一种，co₂激光器功率为200W，波长1064nm，紫外激光器出射激光的波长为355nm，准分子激光器出射激光的波长范围为100-285nm。

优选地，作为本实用新型的一个实施例，所述机械手臂2为弯曲的内部中空结构且两端开口，所述导光臂3沿着所述机械手臂2的弯曲方向设置在所述机械手臂2内，且所述导光臂3的两端分别延伸至所述机械手臂2的两个端口处。通过上述方式可以将所述导光臂3内置于所述机械手臂2内，一方面与对所述导光臂3进行有效的保护，另一方面可以更好的控制所述导光臂3随着所述机械手臂2一同运动，提高所述导光臂3的柔性。

优选地，所述机械手臂2内壁还设有多组用于固定所述导光臂3的固定架5，所述固定架5均等间隔的设置在所述机械手臂2内壁上，每组所述固定架5有两个，并分别设置在所述机械手臂2内壁上相对两侧。通过所述固定架5可以将所述导光臂3更稳定的设置在所述机械手臂2内，避免随着所述机械手臂2运动的过程中所述导光臂3出现异位，影响光路的稳定性。

优选地、所述机械手臂2和导光臂3共轴线设置。通过上述方式可以进一步提高对所述导光臂3控制精准度，从而使得提高清洗精度。

本实施例中，所述机械手臂2包括底座6和多个平直的手臂组件7，且所述底座6和所述手臂组件7两端均设有供激光穿过的开口，所述底座6设置在外部载体上，多个所述手臂组件7顺次活动连接，靠近激光入射端的所述手臂组件7一端设置在所述底座6上，所述扫描机构4通过法兰8设置在靠近激光出射端的所述手臂组件7端部，所述导光臂3的入射端延伸至所述底座6上的开口处，出射端延伸至靠近激光出射端的所述手臂组件7开口处。通过上述方式可以增加所述机械手臂2的灵活性，从而间接的提高所述导光臂3的灵活性，使得所述机械手臂3可以全方位的带动所述导光臂运动，使得从所述扫描机构4出射的激光可以对清洗部位无死角的扫描清洗。

本实施例中，所述导光臂3包括多根平直的导光管9，多根所述导光管9顺次连通，相邻两根所述导光管9连接处远离弯曲方向一侧均设有反光镜10，激光从入射端的所述导光管9进入并照射到所述反光镜10上，经由所述反光镜10反射后进入下一根所述导光管9，直至从出射端的所述导光管9出射后进入所述扫描机构4内。通过上述结构可以使得所述导光臂3可以进行任意角度的调整，提高所述导光臂3的灵活性，通过所述反光镜10一方面可以在所述导光臂3的弯折处调整激光的方向，使得激光能顺利的穿出所述导光臂3，另一方面可以减少激光的散射，增强清洗效果，提高能量的利用率。

如图1所示，本实施例中，所述机械手臂2由底座6和五个手臂组件7组成，所述导光臂3包括六根导光管9和六个反光镜10，其中一个反光镜10设置在所述导光臂3外，用于将所述激光器1出射的激光反射后进入入射端的所述导光管9内。

如图2所示，优选地，作为本实用新型的另一个实施例，所述导光臂3设置在所述机械手臂2的外部，且所述激光器1的激光出射端与所述导光臂3入射端连通，所述导光臂3的出射端与所述扫描机构4的进光口连通。通过上述方式可以增加所述导光臂3的设置方式多样性，可以在不具备导光臂3内置的技术条件下仍然可以实现所述导光臂3与所述机械手臂2的结合，从而完成光路的柔性调整。

优选地，所述扫描机构选用振镜，所述振镜包括驱动电机和光学反射镜，所述驱动电机驱动所述光学反射镜转动，入射的激光随着所述光学反射镜的转动调整出射方向，使得激光穿出所述振镜后对清洗部位进行扫描，并进行清洗。通过上述方式可以便于调整从所述扫描机构出射的激光方向，并对清洗部位进行扫描清洗，通过驱动电机的旋转，带动所述光学反射镜转动来调整激光的出射方向，扩大了清洗范围，并且尽可能避免清洗死角，提高清洗效果。

优选地，所述扫描机构4选用多棱镜，所述多棱镜包括高速电机和多面棱镜，所述多面棱镜具有多个反射面，并安装在电机的旋转轴上，所述高速电机驱动所述多面棱镜旋转，入射的激光随着所述多面棱镜的转动调整出射方向，使得激光穿出所述多棱镜后对清洗部位进行扫描，并进行清洗。通过上述方式可以便于调整从所述扫描机构出射的激光方向，并对清洗部位进行扫描清洗，通过电机的旋转，多面棱镜可实现高速旋转，从而实现大角度、高速的光束扫描提高了清洗效率，扩大了清洗范围，并且尽可能避免清洗死角，提高清洗效果。多棱镜非常适用于高功率、高重频的激光器进行激光清洗，扫描速度可以达到300m/s，具有极高的扫描定位，提高了清洗速度，并且进一步提高了清洗精度。

优选地，作为本实用新型的另一个实施例，激光清洗装置还包括激光指示器11，且所述激光指示器11发射指示激光，并沿着所述激光器1出射激光的光路传输并到达清洗部位。通过所述激光指示器11出射的指示激光，便于指示激光的准确位置，从而便于所述扫描机构4对清洗部位进行精确扫描，并完成精确清洗。

优选地，作为本实用新型的另一个实施例，激光清洗装置还包括激光整形装置12，所述激光整形装置12设置在所述激光器1与所述导光臂3的入射端之间，用于对所述激光器1出射的激光进行整形处理。上述进一步方案的有益效果是：通过所述激光整形装置12可以减少激光的热积累效应，保证清洗效果一致性。这里，所述激光整形装置12采用现有的激光整形设备。

优选地，作为本实用新型的另一个实施例，激光清洗装置还包括除尘装置13，所述除尘装置13设置在所述扫描机构4上，并用于在清洗时收集灰尘。通过所述除尘装置，一方面可以防止激光清洗产生的污染物进入逆向进入光路并污染所述扫描机构4、导光臂3和激光器1，另一方面可以收集清洗过程中产生的污染物，屋面污染物飞散，影响清洗效果，污染环境。

如图3、4所示，所述除尘装置13包括顶端和底端均开口的倒棱台形腔体101，所述腔体101内竖直的设有隔离板102，所述隔离板102将所述腔体101内部分成出光腔103和吸尘腔104，所述腔体101的顶端固定有固定板105，所述固定板105上设有与所述出光腔103连通的激光加工口106，所述固定板105上设有与所述吸尘腔104顶端连通的吸尘孔107，激光器1固定在所述固定板105上，且激光器1发射的激光从所述激光加工口106进入并穿过所述出光腔103后对清洗部位进行清洗，吹风设备通过所述激光加工口106向所述出光腔103通入压缩气体，吸风设备通过所述吸尘孔107吸走所述吸尘腔104内的空气并带走激光清洗过程中产生的污染物。

优选地，作为本实用新型的另一个实施例，激光清洗装置还包括监测装置14，所述监测装置设置在所述扫描机构4上，用于实时监测清洗部位。通过所述监测将至14可以对清洗部位的清洗质量进行实时监测，提高了清洗的可控性和清洗精度，便于观察清洗效果。这里，所述监测装置14包括CCD图形传感器和监视器。

优选地，所述监测装置14还包括LED灯，用于补充照明，便于清晰地获取清洗部位的图像信息，辅助监测。

本实用新型的一种基于柔性光路的激光清洗装置，通过机械手臂2与导光臂3结合，并且导光臂3可以随着所述机械手臂2全角度自由旋转，将传统的硬光路转变成柔性光路，大大提高了装置的灵活性，并且采用扫描机构可以提高清洗效率和清洗精度，便于实现自动化控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。