一种远程自动激光清洗系统的制作方法

本发明涉及激光清洗技术领域，尤其涉及一种远程自动激光清洗系统。

背景技术

传统清洗工业有各种各样的清洗方式，多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天，工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。激光清洗是一种近几十年才新兴的清洗技术，它是指把高能量激光束聚焦到清洗工件的表面，通过材料吸收光能转化为热能，利用材料发生热膨胀产生的热应力克服污染物微粒与材料表面吸附力，从而达到清洗的目的。激光清洗具有无研磨、非接触和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。同时，激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。

申请号为：cn201710546718.4、名称为：一种基于激光清洗装置的清洗质量监测装置及方法的中国专利申请文件公开的技术方案中采用三维扫描振镜系统通过改变反射角来使激光按照设定的扫描路径来实施扫描。但是当激光焦距很大时，三维扫描振镜系统中的扫描振镜很小的偏转角就会使在工作面上激光束焦点产生很大的偏移，因而对三维扫描振镜系统需要非常精密、精确的控制，否则会造成极大的误差，使待待清洁间的表面受损。

从而，上述的激光清洗装置受待清洗工件所处的地理位置限制，无法或难以对处于工作人员或激光清洗设备无法到达位置的工件进行清洗，例如楼宇外墙、峭壁上的广告牌等。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种适用范围更广的远程自动激光清洗系统。

本发明的实施例提供一种远程自动激光清洗系统，包括能够发生三维位移的三维移动平台和设于所述三维移动平台的激光发射器，还包括主控机，所述激光发射器包括用于发射激光束的激光发射头和其背面朝向所述激光发射头的第一分光镜，所述第一分光镜的正面朝向待清洗件，激光束能够透过所述第一分光镜射向所述待清洗件表面，一检测机构与所述激光发射器连接，所述检测机构包括反光镜和图像摄取装置，所述反光镜的反光面同时朝向所述第一分光镜的正面和所述图像摄取装置，所述第一分光镜的正面镀有反光膜，携带有所述待清洗件影像的自然光射入所述第一分光镜的正面并依次被所述第一分光镜和所述反光镜反射至所述图像摄取装置中成像，所述主控机与所述图像摄取装置和所述三维移动平台连接，用于根据所述图像摄取装置所成之像拟定扫描路径并使所述三维移动平台携带所述激光发射器按照所述扫描路径运动。

进一步地，所述检测机构还包括第二分光镜和红外测温仪，所述第二分光镜位于所述第一分光镜与所述反光镜之间，所述第二分光镜的正面同时朝向所述第一分光镜的正面和所述红外测温仪，其背面朝向所述反光镜的反光面，携带有所述待清洗件影像的自然光在先后被所述第一分光镜反射、被所述第二分光镜透射后最终被所述反光镜反射；所述待清洗件发射的红外线能够射入所述第一分光镜的正面并依次被所述第一分光镜和所述第二分光镜反射至所述红外测温仪进行测温，所述主控机与所述红外测温仪连接用于显示所述红外测温仪根据其接收的红外线测出的所述待清洗件的温度。

进一步地，所述第一分光镜的正面镀的膜为能够反射自然光和红外线的915波段透射膜或980波段透射膜，所述第二分光镜的正面镀有能够反射红外线的红外波段反射膜。

进一步地，所述第一分光镜、所述第二分光镜和所述反光镜的中心点排列成一条直线。

进一步地，由所述待清洗件射向所述第一分光镜正面的红外线和自然光被所述第一分光镜反射，使上述红外线和上述自然光的光路发生90度偏转。

进一步地，所述第二分光镜和所述反射镜相互平行设置，所述第一分光镜与所述第二分光镜相互垂直设置，由所述待清洗件的同一位点射出的红外线和自然光的光路在所述第二分光镜之前相互重合。

进一步地，所述检测机构垂直于所述激光发射器设置，所述检测机构的上端设有用于测量与所述待清洗件之间的距离的激光测距仪，所述激光发射器内置有用于调节激光的焦距的准直扩束调焦镜组，所述准直扩束调焦镜组设于所述激光发射头与所述第一分光镜之间，所述主控机连接所述准直扩束调焦镜组和所述激光测距仪，以根据所述激光测距仪测量的距离来通过所述准直扩束调焦镜组调节激光的焦距使激光聚焦于所述待清洗件表面。

进一步地，所述焦距的调节距离为30m到150m。

进一步地，所述主控机包括设于所述检测机构侧面的控制面板和设于所述控制面板内的控制电路板，所述控制面板具有用于人机交互的操作界面，所述控制电路板与所述激光发射头、所述三维移动平台和所述检测机构连接，并根据所述检测机构与所述控制面板传输的信息，控制所述激光发射头及所述三维移动平台的工作。

进一步地，所述三维移动平台为三维数控工作台，所述图像摄取装置为ccd相机，所述激光发射器通过激光传输光纤连接激光器，所述激光器能够将电能转化为光能并产生激光，所述激光器为单模光纤激光器，波长915nm或980nm，激光功率可调，所述激光传输光纤具有柔性。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的种远程自动激光清洗系统，利用所述激光测距仪测量所述待清洗件表面与所述激光发射头之间的距离，然后调节所述激光发射头发射的激光束工作焦距，使激光束聚焦于所述待清洗件表面，通过所述ccd相机获取所述待清洗件表面的图像信息，划定所述激光清洗区域并拟定所述激光扫描路径填充所述激光清洗区域，控制所述三维数控工作台和所述激光发射头沿着所述激光扫描路径移动进行扫描清洗，同时所述红外测温仪监测所述激光清洗区域表面温度，控制所述激光器功率使所述激光清洗区域表面温度处于基层材料损伤阀值和污染层或氧化层清洗阀值之间，从而到达对处于特殊地理位置的工件进行激光清洗，并防止损伤工件。并且使用三维数控工作台代替传统的振镜系统来执行扫描工作，能够降低控制的难度，也能够降低对设备精密度的要求，从而更易实施，能够扩大应用范围。

附图说明

图1是本发明远程自动激光清洗系统的整体示意图；

图2是本发明远程自动激光清洗系统的光路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种远程自动激光清洗系统，包括能够发生三维位移的三维移动平台3和设于所述三维移动平台3的激光发射器1，还包括主控机5，本实施例中，所述三维移动平台3为三维数控工作台，所述三维移动平台可以沿x、y、z三轴移动，所述x、y、z三轴两两相互垂直，由于所述激光发射器1设于所述三维移动平台3上，从而所述激光发射器1能够随所述三维移动平台3的移动而在所述x、y、z三轴上移动。所述主控机5包括控制面板和设于所述控制面板内的控制电路板，所述控制面板具有用于人机交互的操作界面。

请参考图1和图2，所述激光发射器1包括外壳、设于所述外壳内的用于发射激光束14的激光发射头12和设于所述外壳内且其背面朝向所述激光发射头12的第一分光镜13，所述壳体内还设有用于调节激光的焦距的准直扩束调焦镜组11，所述准直扩束调焦镜组11设于所述激光发射头12与所述第一分光镜13之间，所述激光发射头12发射的激光束14穿过所述准直扩束调焦镜组11后，再从所述第一分光镜13的背面向其正面穿过所述第一分光镜13，然后射向待清洗件4表面，激光束14基本能够完全从所述第一分光镜13中透射过。

一检测机构2垂直于所述激光发射器1设置且与所述激光发射器1的外壳连接，所述检测机构2具有遮蔽壳及设于所述遮蔽壳内的第二分光镜24和反光镜25，所述遮蔽壳的内部与所述外壳的内部相互连通，优选所述检测机构2竖直向上设置，所述遮蔽壳的下端与所述外壳交汇。所述控制面板设于所述遮蔽壳的侧面。

所述第二分光镜24设于所述第一分光镜13和所述反光镜25之间，所述第一分光镜13、所述第二分光镜24和所述反光镜25的中心排列成一条直线，本实施中，所述第二分光镜24和所述反射镜25相互平行设置，所述第一分光镜13与所述第二分光镜24相互垂直设置，但是不以此为限。

请参考图1和图2，所述检测机构2包括红外测温仪21和图像摄取装置22，所述第二分光镜24的正面同时朝向所述第一分光镜13的正面和所述红外测温仪21。所述第一分光镜的正面镀的膜为能够反射自然光和红外线的915波段透射膜或980波段透射膜131，915波段透射膜或980波段透射膜131能够透射激光束14，但是能够反射自然光a和红外线b，所述待清洗件4发射的红外线b从正面射向所述第一分光镜13之后，被所述第一分光镜13的正面反射，且被反射后所述红外线b改变了原来的传输路径而发生90度偏转向上传输直至射到所述第二分光镜24的正面。所述第二分光镜24的正面镀有使红外线b不能透射出所述第二分光镜24的红外波段反射膜241，所述红外波段反射膜241在反射红外线b的同时允许自然光a透射，从而所述红外线b被所述第二分光镜24反射至所述红外测温仪21，所述红外测温仪21根据其接收的所述红外线b所含的能量能够测量出发射该红外线b的源头(待清洗件4的红外线b发射位点)的温度，且被所述红外测温仪21接收的红外线b的其中一发射位点与激光束14的焦点重合，其他发射位点均匀的环绕焦点位置，从而所述红外测温仪21测温区域涵盖了激光束14的焦点的扫描区域，因此，所述红外测温仪21能够实时监测利用激光的高温清洗所述待清洗件4表面时被清洗点(焦点所在位置)及其周围的实时温度。所述红外测温仪21与所述控制电路板连接，用于将其测量的被清洗点处的温度传至所述控制电路板中，通过所述控制电路板来监测被清洗点处的温度，使该温度处于污染层或氧化层剥离阀值和基层材料损伤阀值之间，当该温度低于污染层或氧化层剥离阀值时，提高激光器6的功率，当该温度高于基层材料损伤阀值时，降低所述激光器6功率，从而能够在清洗所述待清洗件4表面时不会伤害所述待清洗件4。所述主控机与所述红外测温仪21连接可以显示所述红外测温仪21根据其接收的红外线测出的所述待清洗件4的温度。

所述反光镜25的反光面同时朝向所述第二分光镜24的背面和所述图像摄取装置22，所述待清洗件4的影像以自然光a的形式首先从正面射向所述第一分光镜13并被所述第一分光镜13的正面反射，使传输光路由原先的水平传输变为竖直向上传输，然后所述自然光a从所述第二分光镜24的正面透射过所述第二分光镜24继续竖直向上直线传输，直至射到所述反光镜25的正面。所述反光镜25的背面设有使所述待清洗件4的自然光a影像不能透射所述反光镜25的涂层，从而所述自然光a被所述反光镜25反射至所述图像摄取装置22的成像镜头中而再次改变传输路径，所述图像摄取装置22根据其接收的所述自然光a中所含的所述待清洗件4的影像能够拍摄出所述待清洗件4表面的图像或者影像。由于被所述图像摄取装置22接收的自然光a的其中一发射位点与激光束14的焦点重合，其余发射位点均匀分布于焦点的周围，从而所述图像摄取装置22拍摄的区域涵盖激光束14的焦点的扫描区域，且能够获取焦点周围的所述带清洗件4表面的影响。所述控制电路板与所述图像摄取装置22连接，所述图像摄取装置22能够将其拍摄的所述待清洗件4的图像或者影响传至所述控制电路板。本实施例中，所述图像摄取装置22为ccd相机。

由所述待清洗件4射向所述第一分光镜13的红外线b和自然光a在被所述第一分光镜13反射时发生90度偏转，从而将自然光a和红外线b的水平光路变为竖直光路，并且所述第一分光镜13、所述第二分光镜24和所述反光镜25的中心点排列成一条直线，由所述待清洗件4同一位点射出的红外线b和自然光a的光路在所述第二分光镜24之前相互重合，激光束14落在所述待清洗件4表面的焦点与所述待清洗件4射出的红外线b和自然光a的射出点的中心点重合：一方面能够与所述检测机构2与所述激光发射器1相互垂直连接相适应，另一方面能够减小所述检测机构2内部的空间，从而使所述检测机构2的整体体积变小。

优选，被所述第二分光镜24反射至所述红外测温仪21的红外线b的光路(该光路的发射位点与焦点重合)、被所述反光镜25反射至所述图像摄取装置22的自然光a的光路与激光束14的总的传输方向相互平行。

所述检测机构2的上端设有用于测量与所述待清洗件4之间的距离的激光测距仪23，所述激光测距仪23向所述待清洗件4表面射出一束或一序列短暂的脉冲激光，由所述激光测距仪23的光电元件接收被所述待清洗件4表面反射的激光，利用所述激光测距仪23中的计时器测定激光从发射到接收的时间，计算出激光发射头12与所述待清洗件4表面之间的距离。

所述控制电路板连接所述准直扩束调焦镜组11和所述激光测距仪23，以根据所述激光测距仪23测量的距离来通过所述准直扩束调焦镜组11调节激光的焦距使激光聚焦于所述待清洗件4表面。

所述激光发射器1通过激光传输光纤7连接所述激光器6，所述激光器6能够将电能转化为光能并产生激光，所述激光器6为单模光纤激光器，波长915nm或980nm，激光功率可调，从而可以适应不同情况的所述待清洗件4表面。所述激光传输光纤7具有柔性，用于柔性传输激光。所述焦距的调节距离为30m到150m。

本发明的实施例提供了一种远程自动激光清洗系统的清洗方法，包括如下步骤：

s1：调节所述激光发射器1的激光的焦距，使激光束14的焦点汇聚于所述待清洗件4表面。具体的，根据所述激光测距仪23测量出来的与所述待清洗件4表面之间的距离来确定激光的焦距，通过所述控制电路板来控制所述准直扩束调焦镜组11，使激光束14的焦点落于所述待清洗件4表面。

s2：必要时，通过所述三维移动平台3携带所述激光发射器1运动，以使所述图像摄取装置22获取所述待清洗件4整个表面的图像或者影像，所述图像摄取装置22将其获取的该图像或者影像传至所述控制电路板，所述控制电路板根据所述图像或者影像中显现的污染层或氧化层所在区域划定激光清洗区域，然后根据所述激光清洗区域拟定激光扫描路径；

s3：所述控制电路板根据所述激光扫描路径控制所述三维移动平台3按照所述激光扫描路径运动，同时开启所述激光发射器1使其发射激光束14，从而开始对所述激光清洗区域进行激光清洗加工。采用所述三维数控工作台(所述三维移动平台3)驱动所述激光发射头12进行扫描代替传统激光清洗系统中的振镜扫描系统，可克服大焦距时难以精密激光扫描清洗的问题。

s4：监测所述激光清洗区域的温度，控制所述激光清洗区域温度在污染层或氧化层剥离阀值和基层材料损伤阀值之间。

由于被所述图像摄取装置22接收的自然光a的发射点的中心点与激光束14的焦点重合，从而还能通过所述图像摄取装置22实时的查看当下正在清洗的清洗点是否被清洗彻底了，同时还能辅助所述红外测温仪21，一起监查所述待清洗件4表面，防止所述待清洗件4的表面被激光束4灼伤。当通过所述图像摄取装置22发现所述待清洗件4的表面的污染层或氧化层并没有完全的被剥离时，可以适当的增大所述激光器6的功率或者通过降低所述三维移动平台3的移动速度来降低激光扫描速度，当过所述图像摄取装置22发现所述待清洗件4的表面有被灼伤的迹象时，亦可通过所述主控机控制激光器6来降低所述激光器6的功率，或者通过所述主控机控制所述三维移动平台3来增加所述三维移动平台3的移动速度，从而增加扫描速度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法，其中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘或光盘等。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

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