专利名称：激光清洗系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光清洗系统，尤其是可以实时检测被清洗表面的化学成分 的激光清洗系统。
背景技术：
激光清洗系统在现有技术中应用的很多，可以应用在各种公共场合，可以对道路、 广告牌、房屋楼道的墙面等物体表面上的污垢进行有效的清洗，激光清洗的原理，就是利用 激光，作用于物体表面的污染物，使污染物直接被烧蚀，或者使污染物发生变化，更加易于 使用其他方法清洗，其具体的机理很复杂，一般涉及高温烧蚀、气化蒸发、快速膨胀、声波振 动等，多种物理和化学过程，通常红外激光适合各类有机污染物的清洗；而对紫外有较强吸 收的有机污染物，可以考虑尝试紫外激光清洗，而清洗比较顽固的无机物污染，可以使用纳 秒或者皮秒或者飞秒激光，在实际应用中，激光清洗技术有时候单独使用，有时候与其他方 法结合使用。由于激光清洗技术的绿色无污染，在物品的清洗中也用到激光清洗技术，但是针 对物品的激光清洗不同于公共场合的清洗。主要是物品清洗时，严格地要求保护被清洗的 物件基体，激光的损伤作用必须完全限制于基体所吸附的污染物，而不可以损伤基体。而 公共场合的激光清洗，要求比较宽松，对基体的微弱损伤是可以接受的。同时，物体的表面 的污染物不是均勻分布的，在表面区域中，有些区域污染物比较厚，需要长时间激光照射清 洗，有些区域则污染物薄，只需要短时间激光照射清洗，以免不必要的损伤。已有的激光清洗系统，在观察清洗效果、控制清洗进程方面，主要是依靠肉眼观 察，结合显微镜观察。在实际的操作当中，如果能够实时的检测被清洗表面的化学成分变 化，则能及时准确地了解被清洗表面的状态信息，这对有效地控制清洗进程、改进清洗的效 果、提高清洗的效率都非常有意义。目前亟需一种可以实时检测被清洗表面的化学成分的激光清洗系统。
实用新型内容为了克服现有技术中的问题，本实用新型提供了一种可以实时检测被清洗表面化 学成分的激光清洗系统。为了实现本实用新型的目的，采用的技术方案概述如下一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、激光传导光路系统 及用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括能够从激光照射区域采集 光信号的光路系统，以及连接于光信号采集光路系统的光谱仪；同时与光谱仪和激光电源 相连的控制电路系统；以及与控制电路系统连接的计算机。所述激光器为脉冲激光器或者光纤激光器。所述激光传导光路系统或者采集光信号的光路系统为光纤，或者是带有聚焦透镜 的光纤，或者是显微镜光路，或者是单独的聚焦透镜。[0011]还包括一连接监视光路系统和监视器的摄像头与手柄连接。所述监视光路系统与光信号采集光路系统或激光传导光路系统共用部分光路。所述监视光路系统和摄像头与激光传导光路系统、手柄和光信号采集光路系统通 过同轴光纤连接。所述监视光路系统和摄像头、光信号采集光路系统、激光传导光路系统通过连接 件或者光纤与手柄连接。所述激光器安装在具有充分自由度的支架上。所述控制电路系统至少连接一用于控制电脉冲信号开启和关闭或者切换多路电 脉冲信号的开关，同步控制激光器和光谱仪。所述光谱仪连接一计算机。本实用新型的有益效果是能够实时采集在激光清洗过程当中，由激光所激发的 光谱，并对其进行分析，实时了解激光清洗表面的化学成分，以及激光清洗的进程。
图1方案一的激光清洗系统示意图；其中1.激光器电源2.激光器光学谐振腔3.手柄4.被清洗物件5.控制电路板 6.摄像头7.监视器8.计算机9.开关11.激光聚焦镜片12.支架13.挂钩16.摄像 头连接件17.光谱仪18.光纤19.光纤所连聚焦镜筒20.光纤聚焦镜片21.光纤连接件图2方案二的激光清洗系统示意图；其中31.光纤激光器3.手柄4.被清洗物件5.控制电路板6.摄像头7.监视器 8.计算机9.开关14.同轴光纤Y型光纤17.光谱仪28.摄像头分支光纤29.激光器分 支光纤30.光谱仪分支光纤图3开关9的连接方式示意图，其中9.开关21.激光器调制信号接口的信号端22.激光器调制信号接口的地线端 27.与开关9连接的控制电路板的信号输出端26.控制电路板的地线
具体实施方式
方案一1. 1结构描述。如图1所示。激光器电源1和激光器光学谐振腔2构成完整的激光器。激光器光 学谐振腔2安装在支架12上的挂钩13的上面，并且支架12具有充分的自由度。控制电路 板5同时与激光电源1、光谱仪17和计算机8连接，光谱仪17与计算机8直接相连，另有开 关9连接于控制电路板5与激光电源1之间。手柄3安装在激光器光学谐振腔2的输出端。手柄3内部是空的腔体，构成一个 传输激光的光路，光路中包括一片聚焦镜片11。摄像头6经由连接件16固定在手柄3的上 面，摄像头6能够无障碍地观测到被清洗区域，摄像头6还连接一监视器7，可以即时监视激 光照射在被清洗物件4上的区域。
4[0031]光纤18与聚焦镜筒19、聚焦镜片20构成一个采集光信号的光路，光纤18与光谱 仪17连接，镜筒19经由连接件21与手柄3连接。如图3所示，其中21和22为激光器的调制信号接口，21为信号端，22为地线端， 22直接和控制电路板的地线26连接；控制电路板输出的调制信号经由27连接开关9，再接 入激光器的调制信号接口的信号端21。开关9接通时，激光器输出激光脉冲，开关9放开 时，激光脉冲停止输出。1. 2工作描述。1. 2. 1在工作状态时，计算机8设定控制电路板5的电脉冲输出参数，以通过控制 电路板5设定激光器的开关、单脉冲能量、频率、占空比、占空周期。特别设定开关9下压 时，为激光器输出脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出。通过移动被清洗物件4，以及改 变手柄3的位置，可以瞄准希望被清洗的区域。1. 2. 2在瞄准之后，即可以通过开关9，开启激光脉冲，针对污染物进行清洗，同时 通过监视器7观察清洗情况。在希望停止的时候，放开开关9，就可以停止清洗。1. 2. 3通过计算机8更改控制电路板5的电脉冲输出参数，以改变激光脉冲的参 数——占空比、占空周期、脉冲频率、单脉冲能量。1. 2. 4如果希望获得由激光所激发的光谱，可以通过计算机8，经由控制电路板5， 驱动激光器与光谱仪17，使其协调工作，以便采集激光所激发的光谱，光谱仪17所采集的 光谱数据，传输给计算机8。所述的协调工作，是指激光脉冲开始照射的时间、结束照射的时 间，与光谱仪开始测量的时间、结束测量的时间，之间的差距的设定，每个时间差，或称为时 间窗口，可以由使用者依据需要，通过计算机8设定。计算机8所获取的光谱数据，可以经 由软件转化为被清洗表面的化学成分信息。这个信息可以作为清洗效果和清洗状况的判断 依据或参考。方案二2. 1结构描述。如图2所示。同轴光纤14的分支29为光纤激光器31的输出端，同轴光纤14的 分支28连接摄像头6，同轴光纤14的分支30连接光谱仪17，同轴光纤14的外部安装有手 柄3。控制电路板5同时与激光器31、光谱仪17和计算机8连接，光谱仪17与计算机8直 接相连，另有开关9连接于控制电路板5和激光器31之间。摄像头6和监视器7连接，可 以即时监视激光照射在被清洗物件4上的区域。2. 2工作描述。2. 2. 1在工作状态时，计算机8设定控制电路板5的电脉冲输出参数，以通过控制 电路板5设定激光器的开关、单脉冲能量、频率、占空比、占空周期。特别设定开关9下压 时，为激光器输出脉冲，开关9放开时，激光脉冲停止输出。通过移动被清洗物件4，以及改 变手柄3的位置，可以瞄准希望被清洗的区域，而不会伤及不希望清洗的区域。2. 2. 2在瞄准之后，即可以通过开关9，开启激光脉冲，针对污染物进行清洗，同时 通过监视器7观察清洗情况。在希望停止的时候，放开开关9，就可以停止清洗。2. 2. 3通过计算机8更改控制电路板的电脉冲输出参数，以改变激光脉冲的参 数——占空比、占空周期、脉冲频率、单脉冲能量。2. 2. 4如果希望获得由激光所激发的光谱，可以通过计算机8，经由控制电路板5，驱动激光器与光谱仪17，使其协调工作，以便采集激光所激发的光谱，光谱仪17所采集的 光谱数据，传输给计算机8。所述的协调工作，是指激光脉冲开始照射的时间、结束照射的时 间，与光谱仪开始测量的时间、结束测量的时间，之间的差距的设定，每个时间差，或称为时 间窗口，可以由使用者依据需要，通过计算机8设定。计算机8所获取的光谱数据，可以经 由软件转化为被清洗表面的化学成分信息。这个信息可以作为清洗效果和清洗状况的判断 依据或参考。上述方案中，控制电路板可以采用FPGA、CPLD等可以产生脉冲信号的电路板，不 影响本实用新型的实施。所述激光传导光路系统或者采集光信号的光路系统或者监视光路 系统为光纤，或者是带有聚焦透镜的光纤，或者是显微镜光路，或者是单独的聚焦透镜，并 且所述的激光传导光路系统与光信号采集光路系统、监视光路系统可以共用部分光路。也 可以通过同轴光纤连接。此处叙述的示例方案仅仅是对本实用新型原理的解释。不应以任何方式，利用上 面的叙述限制本实用新型的范围。本领域的专业人士，可以利用本实用新型的原理，设计各 种不同的实施方案，而不超出本实用新型的范围。
权利要求一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、激光传导光路系统及用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括能够从激光照射区域采集光信号的光路系统，以及连接于光信号采集光路系统的光谱仪；同时与光谱仪和激光电源相连的控制电路系统；以及与控制电路系统连接的计算机。
2.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，所述激光器为脉冲激光器或者光 纤激光器。
3.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，所述激光传导光路系统或者采集 光信号的光路系统为光纤，或者是带有聚焦透镜的光纤，或者是显微镜光路，或者是单独的 聚焦透镜。
4.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，还包括一连接监视光路系统和监 视器的摄像头与手柄连接。
5.如权利要求4所述的激光清洗系统，其特征在于，所述监视光路系统与光信号采集 光路系统或激光传导光路系统共用部分光路。
6.如权利要求4所述的激光清洗系统，其特征在于，所述监视光路系统和摄像头与激 光传导光路系统、手柄和光信号采集光路系统通过同轴光纤连接。
7.如权利要求6所述的激光清洗系统，其特征在于，所述监视光路系统和摄像头、光信 号采集光路系统、激光传导光路系统通过连接件或者光纤与手柄连接。
8.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，所述激光器安装在具有充分自由 度的支架上。
9.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，所述控制电路系统至少连接一用 于控制电脉冲信号开启和关闭或者切换多路电脉冲信号的开关，同步控制激光器和光谱 仪。
10.如权利要求1所述的激光清洗系统，其特征在于，所述光谱仪连接一计算机。
专利摘要本实用新型属于激光清洗技术领域，公开了一种激光清洗系统，包括由电源和光学谐振腔构成的激光器、激光传导光路系统及用于控制激光传导光路输出方向的手柄，其特征在于，还包括与激光传导光路系统连接的光谱仪；同时与光谱仪和激光电源相连的控制电路系统；以及与控制电路系统连接的计算机。本实用新型能够实时采集在激光清洗过程当中，由激光所激发的光谱，并对其进行分析，实时了解激光清洗表面的化学成分，以及激光清洗的进程。
文档编号B08B7/00GK201720218SQ20102021331
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者刘伟 申请人:北京大学