专利名称：一种橡胶模具激光清洗系统的制作方法
技术领域：
本发明属于激光清洗技术领域，特别涉及一种橡胶模具激光清洗系统，用于对橡胶模具表面的清洗，同时也可应用于石材、金属等物体表面的污垢、锈迹、油漆以及溶剂残留物的清洗。
背景技术：
橡胶模具基材通常为金属材料，较常用的为铝或钢，一副金属模具生产一定数量的橡胶制品后，橡胶颗粒污垢会附着在模具表面，导致生产出的橡胶制品表面粗糙，影响产品质量，且不易从模具中取出。因此，模具使用一段时间之后必须进行清洗。
传统的清洗方式主要有喷砂清洗、超声波清洗和干冰清洗。喷砂清洗费时、费力，且高速喷砂容易对模具表面造成损伤。超声波清洗将模具放入水或溶剂中，利用超声波振动冲击去除污垢，操作麻烦，成本较高。干冰清洗是对模具喷洒干冰，模具基材与污垢热胀冷缩程度不一致使污垢脱落，清洗成本高，操作不方便，且比较费时。激光清洗是采用高峰值功率脉冲激光照射模具表面，使表面附着的污垢急剧升温气化，在机体和污垢之间形成微爆炸振动冲击，使污垢从金属材料表面脱落，达到清洁基体的目的。与上述几种传统清洗方式相比，激光清洗具有以下特点激光清洗为非接触式清洗，设置合适的激光功率参数，可以在去除表面污垢的同时不会损伤基材表面。清洗过程不需要清洁液或化学溶剂，不会造成环境污染。激光清洗高温模具可以直接清洗，不需要等待模具冷却，操作方便，参数设置容易，可实现柔性化和自动化清洗。中国专利CN1817549A公开了一种便携式的激光清洗系统，其采用光纤激光器作为清洗光源，产生的激光通过光纤传输到清洗工作头上，在工作头上的光学系统进行光路转换后输出进行清洗。该系统由于采用光纤激光器，产生的激光功率不会很大，而且光纤传输耦合会对激光功率有较大损耗，在清洗橡胶模具这种需要大功率高效清洗的工业应用场合不太适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种橡胶模具激光清洗系统，能够提高激光功率，且避免通过光纤传输导致的耦合损耗，从而实现手持或机械手夹持的便携式加工，完成对橡胶模具的高效清洗。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种橡胶模具激光清洗系统，其特征在于它包括激光清洗头和激光控制系统；
激光清洗头包括激光器和扩束镜，扩束镜的输出光方向设有扫描振镜，扫描振镜的反射光路上设有聚焦透镜，聚焦透镜的光路输出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次设置的全反射镜、声光调Q开关、半导体泵浦模块和输出镜；
激光器的出光开关、声光调Q开关的调Q驱动模块、半导体泵浦模块的电源、以及扫描振镜的驱动单元分别由激光控制系统控制。
按上述方案，所述的半导体泵浦模块和输出镜之间的主光路还设有由第二声光调Q开关。按上述方案，所述的扩束镜与扫描振镜之间设有45°全反射镜，45°全反射镜与主光路成45°角放置,扫描振镜与主光路成45°角放置。按上述方案，所述的激光控制系统包括相互连接的嵌入式微控制器和D/A转换单元，嵌入式微控制器用于接收出光开关的信号以启动半导体泵浦模块的电源、调节调Q驱动模块、以及驱动扫描振镜的驱动单元。按上述方案，所述的激光清洗头设置在壳体内构成清洗加工头，清洗加工头的前端设有保护罩。
按上述方案，所述的保护罩内连有气管，气管的输入端连接有由激光控制系统控制的高压风机。按上述方案，所述的清洗加工头内通有冷却水管，冷却水管通过出水管和回水管与冷水机连接，冷水机由激光控制系统控制。按上述方案，所述的清洗加工头下端设有把手。本发明的有益效果为
I、本发明采用半导体泵浦固体脉冲激光器，并将其集成于清洗加工头上，通过声光调Q的方式提高激光输出功率，而且没有通过光纤传输导致的耦合损耗，从而可以实现手持或机械手夹持的便携式加工，完成对橡胶模具的高效清洗。2、半导体泵浦模块与输出镜之间增设第二声光调Q开关，可提高半导体泵浦模块输出激光的功率。3、通过增设45°全反射镜，使得入射光与出射光平行，便于操作。4、高压风机产生的气流通过气管到保护罩内，与激光束同轴吹出，气流阻隔激光清洗产生的飞溅物，以保护聚焦镜不受污染。5、冷水机通过出水管、回水管与清洗加工头中的冷却水管相连，对半导体泵浦模块和声光调Q开关进行冷却。6、清洗加工头上装有把手，可供手持或机械夹具夹持，便于操作。7、本发明用于橡胶模具的激光清洗机设计小型化激光器放置在清洗加工头中，激光输出功率高、系统结构简单、操作方便、清洗速度快、效果好，适合于橡胶模具的在线清洗，也可推广应用于石材、墙体表面去污，金属零件表面锈迹和氧化物去除以及油漆、溶剂清洗。
图I为本发明实施例一的系统构成图。图2为本发明实施例二的激光清洗头的构成示意图。图3为本发明采用的激光器结构形式一的示意图。图4为本发明采用的激光器结构形式二的示意图。图5为本发明实施例一的激光控制系统结构框图。图中1.控制机柜、2.清洗加工头、3.物品、4.保护罩、5.激光束、6.聚焦镜、7.45°反射镜、8.扩束镜、9.激光器、9. I.全反镜、9. 2.声光调Q开关、9. 3.半导体泵浦模块、9. 4.输出镜、9. 5.第二声光调Q开关、10.扫描振镜、11.把手、12.出光开关、13.连接电缆、14.气管、15.出水管、16.回水管、17.冷水机、18.激光控制系统、19.高压风机。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。实施例一
图I为本发明一实施例的系统构成图，它包括激光清洗头和激光控制系统18 ;激光清洗头包括激光器9和扩束镜8，扩束镜8的输出光方向设有45°全反射镜7，45°全反射镜7的反射光路上设有扫描振镜10，扫描振镜10的反射光路上设有聚焦透镜6，聚焦透镜6的光路输出端输出激光束5用于清洗物品3。45°全反射镜与主光路成45°角放置,扫描振镜与主光路成45°角放置。激光清洗头设置在壳体内构成清洗加工头2，清洗加工头2的前端设有保护罩4，下端设有把手11。保护罩4内连有气管14，气管14的输入端连接有由激光控制系统18控制的高压风机19，高压风机19通过气管14吹保护气到保护罩4内，从·加工口沿激光束5方向吹出，保护聚焦镜6免受清洗产生的污物污染。清洗加工头2内通有冷却水管，冷却水管通过出水管15和回水管16与冷水机17连接，冷水机17由激光控制系统18控制。激光清洗头上设有出光开关12，出光开关12通过电缆13与激光控制系统18连接。激光控制系统18、冷水机17、闻压风机19设直在控制机柜I中。所述的激光器9可包含2种结构形式如图3所示的第一种结构包括在光路上依次设置的全反射镜9. I、声光调Q开关9. 2、半导体泵浦模块9. 3和输出镜9. 4 ;如图4所示的第二种结构包括在光路上依次设置的全反射镜9. I、声光调Q开关9. 2、半导体泵浦模块9. 3、第二声光调Q开关9. 5和输出镜9. 4。其中所有器件光轴同轴，声光调Q开关9. 2和第二声光调Q开关9. 5均可为单头或双头开关，半导体泵浦模块9. 3为连续泵浦模块，泵浦产生连续激光通过声光Q开关28调Q输出脉冲激光。激光器的出光开关、声光调Q开关的调Q驱动模块、半导体泵浦模块的电源、以及扫描振镜的驱动单元分别由激光控制系统控制。激光控制系统结构框图如图5所示，包括相互连接的嵌入式微控制器和D/A转换单元，嵌入式微控制器用于接收出光开关的信号以启动半导体泵浦模块的电源、调节调Q驱动模块、以及驱动扫描振镜的驱动单元。可选的，激光控制系统还可以包括按键显示单元，与嵌入式微控制器连接。系统采用嵌入式微控制器作为控制单元，通过按键显示单元进行参数设置和清洗工作模式选择，嵌入式微控制器根据设定的参数通过D/A转换单元转换成两路模拟电压信号，一路模拟电压信号控制半导体泵浦的电源，半导体泵浦的电源给半导体泵浦模块供电，另一路模拟电压信号输入到振镜驱动单元驱动扫描振镜。嵌入式微控制器产生激光调制频率信号输入到调Q驱动模块，调Q驱动模块驱动声光调Q开关对激光器输出激光进行调制，使连续泵浦激光调Q后输出高峰值功率脉冲激光。激光出光开关12产生信号通过输入输出I/O接口 26输入到嵌入式微控制器，嵌入式微控制器检测到开关信号后控制激光输出和关断。本发明的用于橡胶模具的激光清洗机工作过程为控制机柜I加电开启后，激光控制系统18对控制机柜I内各部分状态进行设定。清洗加工头2上出光开关12按下，激光器9输出高峰值功率脉冲激光束，经扩束镜8扩束后照射到45°反射镜7上，45°反射镜7将激光束5反射到扫描振镜10，扫描振镜10高速来回扫描并将激光束5反射进入聚焦镜6，通过聚焦镜6将激光束5聚焦到清洗物品3上，清除其表面污物。激光清洗时，高压风机19产生的气流通过气管14到保护罩内，与激光束5同轴吹出，气流阻隔激光清洗产生的飞溅物，以保护聚焦镜6不受污染。本实施例中，采用武汉汉立电器的JLYG-25激光冷水机，高压风机型号为H1S129，半导体泵浦电源为北京吉泰基业的GTDC4235，采用北京吉泰基业的GTPC-200型半导体泵浦模块，其输出功率为200瓦。声光Q开关使用英国古奇两个单头声光Q开关或一个双头声光Q开关。使用透过率为40%的输出镜，扩束镜扩束倍率为2倍。扫描振镜选用IOmm 口径振镜，聚焦镜焦距f=200mm，声光调Q频率为IOKHz时调制输出160W，对于中度污染轮胎橡胶模具清洗速度达10m2/h，清洗效果较好。实施例二
本实施例的结构及原理与实施例一基本相同，其不同之处在于激光清洗头中去掉了 扫描振镜10,扫描振镜10的反射光路上设有聚焦透镜6。扫描振镜10与主光路成45°放置，使激光束5偏转90°。保护罩4安装在清洗加工头2侧面，位于聚焦镜6前面。其结构的不同仅根据激光束的角度而定，因此，还可根据实际情况对激光束的要求增加其它的全反射镜，这种变形应纳入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种橡胶模具激光清洗系统，其特征在于它包括激光清洗头和激光控制系统； 激光清洗头包括激光器和扩束镜，扩束镜的输出光方向设有扫描振镜，扫描振镜的反射光路上设有聚焦透镜，聚焦透镜的光路输出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次设置的全反射镜、声光调Q开关、半导体泵浦模块和输出镜； 激光器的出光开关、声光调Q开关的调Q驱动模块、半导体泵浦模块的电源、以及扫描振镜的驱动单元分别由激光控制系统控制。
2.根据权利要求I所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的半导体泵浦模块和输出镜之间的主光路还设有由第二声光调Q开关。
3.根据权利要求I所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的扩束镜与扫描振镜之间设有45°全反射镜,45°全反射镜与主光路成45°角放置,扫描振镜与主光路成45°角放置。
4.根据权利要求I所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的激光控制系统包括相互连接的嵌入式微控制器和D/A转换单元，嵌入式微控制器用于接收出光开关的信号以启动半导体泵浦模块的电源、调节调Q驱动模块、以及驱动扫描振镜的驱动单元。
5.根据权利要求I所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的激光清洗头设置在壳体内构成清洗加工头，清洗加工头的前端设有保护罩。
6.根据权利要求5所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的保护罩内连有气管，气管的输入端连接有由激光控制系统控制的高压风机。
7.根据权利要求5所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的清洗加工头内通有冷却水管，冷却水管通过出水管和回水管与冷水机连接，冷水机由激光控制系统控制。
8.根据权利要求5所述的橡胶模具激光清洗系统，其特征在于所述的清洗加工头下端设有把手。
全文摘要
本发明提供一种橡胶模具激光清洗系统，它包括激光清洗头和激光控制系统；激光清洗头包括激光器和扩束镜，扩束镜的输出光方向设有扫描振镜，扫描振镜的反射光路上设有聚焦透镜，聚焦透镜的光路输出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次设置的全反射镜、声光调Q开关、半导体泵浦模块和输出镜；激光器的出光开关、声光调Q开关的调Q驱动模块、半导体泵浦模块的电源、以及扫描振镜的驱动单元分别由激光控制系统控制。本发明采用半导体泵浦固体脉冲激光器，并将其集成于清洗加工头上，通过声光调Q的方式提高激光输出功率，而且没有通过光纤传输导致的耦合损耗，从而可以实现手持或机械手夹持的便携式加工，完成对橡胶模具的高效清洗。
文档编号B08B7/00GK102886363SQ20121040522
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者朱明珠, 叶艾, 宋业英, 郭华福, 魏兴春 申请人:中国船舶重工集团公司第七一七研究所