一种拉杆式便携激光清洗机及清洗方法与流程

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种拉杆式便携激光清洗机及清洗方法。

背景技术：

绿色环保是企业追求利润的同时也尽量要兼顾的，在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。如何寻找更清洁，且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。而激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应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。

激光清洗在很多领域发挥着重要作用，并且在汽车制造、半导体晶圆片清洗、精密零件加工制造、军事装备清洗、建筑物外墙清洗、文物保护、电路板清洗、精密零件加工制造、液晶显示器清洗、口香糖残迹去除等领域均可发挥重要作用。

激光表面清洗的原理：

脉冲式激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性，基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。其物理原理可概括如下：

a、激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收。

b、大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体)，产生冲击波。

c、冲击波使污染物变成碎片并被剔除。

d、光脉冲宽度必须足够短，以避免使被处理表面遭到破坏的热积累。

e、实验表明当金属表面上有氧化物时，等离子体产生于金属表面。

等离子体只在能量密度高于阈值的情况下产生，这个阈值取决于被去除的污染层或氧化层。这个阈值效应对在保证基底材料安全的情况下进行有效清洁非常重要。等离子体的出现还存在第二个阈值。如果能量密度超过这一阈值，则基底材料将被破坏。为在保证基底材料安全的前提下进行有效的清洁，必须根据情况调整激光参数，使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间。

每个激光脉冲去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚，则需要多个脉冲进行清洗。将表面清洗干净所需要的脉冲数量取决于表面污染程度。由两个阈值产生的一个重要结果是清洗的自控性。能量密度高于第一阈值的光脉冲将一直剔除污染物，直到达到基底材料为止。然而，因为其能量密度低于基底材料的破坏阈值，所以基底不会受到破坏。

但是，目前激光清洗设备由于具备有激光光源发生器和控制电路，体积比较笨重，在使用时，可以将待清洗的工件直接拿到激光清洗设备附近，然后对工件进行清洗，这对于一些体积较小，重量较轻的工作是适合的，但对于一些不适合移动的大型工件不能进行有效的清洗。针对这个问题，我们设计了拉杆式便携激光清洗机，可以方便移动。

技术实现要素：

为了解决现有清洗技术中不适合移动的大型工件不能进行有效的清洗的问题，本发明提供一种拉杆式便携激光清洗机及清洗方法，所述激光清洗机包括机箱、光纤、激光清洗头、清洗头手柄、清洗头支架；所述机箱包含激光器、控制板、驱动板、开关电源、“y”家族经典识别、触摸屏、顶板、伸缩拉杆、指示面板、提手、散热孔、斜度设计；所述机箱内部安装有激光器、控制板、驱动板以及开关电源，所述机箱正面为“y”家族经典识别，所述“y”家族经典识别上方有触摸屏，所述机箱顶部安装有顶板，所述机箱顶部前排有指示面板，所述指示面板包括电源、激光发射开关、报警开关、钥匙开关，所述机箱顶部中间设置有一个提手，所述提手旁边安装有急停按钮，所述机箱顶部后端设置有伸缩拉杆，所述伸缩拉杆上方安装有一个光纤卡扣，所述机箱两侧设置有散热孔和把手，所述机箱底部为斜度设计；

所述激光清洗头包括左盒罩、右盒罩、振镜系统、场镜、隔离器、鸭嘴吸尘口、吸尘管、保护窗片、调节钮、辅助把手，所述左盒罩、右盒罩扣合形成手持的激光清洗头外壳，所述激光清洗头外壳内部设置有振镜系统、场镜和隔离器，所述激光清洗头前端上方设置有鸭嘴吸尘口，所述激光清洗头的出光口处安装有保护窗片，所述激光清洗头后端上方设置有吸尘管，所述激光清洗头后端设置有调节钮，所述清洗头两侧均设有辅助把手；所述机箱通过光纤与激光清洗头连接，所述激光清洗头下端分别安装有清洗头手柄、清洗头支架以及振镜，所述支架前方安装有滚轮，所述支架上装有角度调节手钮和跨度调节手钮；

所述激光清洗方法的步骤为：

s1：将待清洗工件安装于工作台上；

s2：机箱内的激光器发射的激光光束，激光光束通过光纤传输到激光清洗头上，通过激光清洗头发射出激光光束照射在需要清洗的物体表面；

s3：激光光束通过振镜系统偏转在待清洗工件所在的平面上聚焦，对待清洗工件进行往复扫描，完成对所述待清洗工件的清洗。

优选的，所述激光清洗机还包括位于机箱底面上的四个万向轮。

优选的所述激光器的重复频率可调节。

优选的，所述激光器为脉冲激光器，且脉冲宽度可控。

优选的，所述激光光束的波长为红外波段，平均功率为0-200w，且平均功率在0-100％之间可进行调节。

优选的，所述激光光束从手持式激光清洗头射出时的焦距是根据清洗物体表面和场镜进行调节的。

优选的，所述激光清洗头为手持式激光清洗头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：激光光束能够全面清洗具有不规则曲面、高低断差的平面和通孔的待清洗工件，激光光束照射到待清洗工件的平面上，并使激光光束依次通过振镜系统偏转、光学聚焦镜聚焦后不断扫描和清洗待清洗工件与激光光束聚焦的焦平面的相交部分，实现整个待清洗工件的清洗，且清洗过程中无高分贝噪音、粉尘少、无耗材，节能环保的同时降低了待清洗工件清洗的成本，提升了清洗效率，并可清洗各种不同结构的待清洗工件，具有普遍的适应性。

附图说明

图1为拉杆式便携激光清洗机及清洗方法的激光清洗机的结构图；

图2为拉杆式便携激光清洗机及清洗方法的激光清洗头的结构图；

图3为fe2o3的紫外可见吸收光谱；

图4为fe3o4的紫外可见吸收光谱；

图5为脉冲激光清洗阈值；

图6为氧元素含量随能量密度变化趋势图；

图中：1-激光清洗头；2-清洗头支架；3-吸尘管；4-光纤；5-扫描宽度调节钮；6-激光发射开关；7-清洗头手柄；8-角度调节手钮；9-跨度调节手钮；10-滚轮；11-保护窗片；12-辅助把手；13-鸭嘴吸尘口；14-万向轮；15-斜度设计；16-机箱；17-上电指示；18-“y”家族经典识别；19-触摸屏；20-顶板；21指示面板；22-提手；23-急停按钮；24-散热孔；25-把手；26-伸缩拉杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1所示，一种拉杆式便携激光清洗机及清洗方法，所述激光清洗机包括机箱16、激光清洗头1、清洗头手柄7、清洗头支架2；所述机箱16包含激光器、控制板、驱动板、开关电源、“y”家族经典识别18、触摸屏19、顶板20、伸缩拉杆26、指示面板21、提手22、散热孔24、斜度设计15；所述机箱16内部安装有激光器、控制板、驱动板以及开关电源，所述机箱16正面为“y”家族经典识别18，其中绿色为上电指示17，所述“y”家族经典识别18上方有方形的触摸屏19，该触摸屏19可设置功率和频率，所述机箱16顶部安装有顶板20，所述该顶板20为高强度抗压耐磨板，所述机箱16顶部前排有指示面板21，所述指示面板21包括电源、激光发射开关、扫描速度调节钮、报警开关、钥匙开关，所述机箱16顶部中间设置有一个提手22，可临时提起，不占空间，所述提手22旁边安装有急停按钮23，可在紧急情况下拍下，所述机箱16顶部后端设置有伸缩拉杆26，所述伸缩拉杆26上方安装有一个光纤卡扣，可防止光纤4折断，所述机箱两侧设置有散热孔24和把手25，所述散热孔24放置在机箱16两侧可以起到防溅水的作用，所述机箱16两侧的把手可临时放置激光清洗头1，可作为抬设备的把手，亦可缠绕电源线，所述机箱16底部为斜度设计15，可以起到防磕脚的作用，所述机箱16下方有四个万向轮14，为精选脚轮，重载抗撞击，静音不粘滞，过台阶高度达50mm；

如附图2所示，所述激光清洗头1包括左盒罩、右盒罩、振镜系统、场镜、隔离器、鸭嘴吸尘口13、吸尘管3、保护窗片11、扫描宽度调节钮5、辅助把手12，所述左盒罩、右盒罩扣合形成手持的激光清洗头1外壳，所述激光清洗头1外壳内部设置有振镜系统、场镜和隔离器，所述激光清洗头1前端上方设置有鸭嘴吸尘口13，可拆卸更换，所述激光清洗头1的出光口处安装有保护窗片11，方便更换，所述激光清洗头1后端上方设置有吸尘管3，可安装市面上通用的吸尘设备，所述激光清洗头1后端设置有扫描宽度调节钮5，可手动调节扫描宽度，所述清洗头1两侧均设有辅助把手12，可使激光清洗头清洗时更稳定，也适用于左手习惯，所述扫描宽度调节钮5在激光清洗头1正后方，在光纤4伸出的旁边；所述机箱16通过光纤4与激光清洗头1连接，所述光纤4从激光清洗头1后方伸出，所述激光清洗头1下端分别安装有清洗头手柄7、清洗头支架2以及振镜，所述清洗头支架2用于控制激光光束的偏转，所述清洗头手柄7设置为闭环形，防止掉落，所述支架前方安装有滚轮10，所述滚轮10为高分子材料制作，不损伤材料表面，所述支架上装有角度调节手钮8，可根据工件形貌调节激光清洗头与工件的距离和角度；所述支架上装有跨度调节手钮9，根据工件平面大小调节。

具体的，所述激光清洗机的机箱16内的激光器、控制板、驱动板、开关电源分别与激光清洗头1内的振镜系统以电路的形式相连，激光器与激光清洗头1的光路以光纤4形式相连。

具体的，激光清洗方法的步骤为：将待清洗工件安装于工作台上，其中所述工作台为稳定的平台设置或地面；机箱16内的激光器发射的激光光束，激光光束通过光纤4传输到激光清洗头1上，通过激光清洗头1发射出激光光束照射在需要清洗的物体表面，所述激光光束通过激光清洗头内的振镜系统调节偏转后在待清洗工件所在的平面上聚焦，控制所述激光光束对待清洗工件进行扫描，同时控制所述激光在清洗表面做往复扫描，完成对所述待清洗工件的清洗；待清洗工件与所述激光光束的激光扫描速度、扫描线宽度相匹配，使所述激光光束在待清洗工件上形成的激光扫描线长为最佳焦距。

实施例1

以清除钢板上的锈为例，激光清洗机的清洗过程为：将激光清洗机插上电源，打开钥匙开关，点击指示面板21上的激光发射开关，拿起激光清洗头1对准待清洗铁板上的锈迹，将激光清洗头的距离调节至离铁板的距离，距离约为焦距距离，清洗头的光路与铁板形成约75°夹角，按下激光清洗头手柄7上的激光发射按钮，在铁板上往复扫描，清洗锈迹，我们可以看到红色的锈很快被扫掉，但是铁板上仍有黑色的锈迹清除缓慢，需多次扫描才能清除。

其中锈的成分为fe2o3、feo、fe3o4，颜色分别为红棕色、黑色、黑色。如附图3所示，红棕色的锈fe2o3很快被清洗的原因是由于它对一定波长的激光有一定的吸收。如附图4所示，黑色的锈迹fe3o4清除缓慢的原因是它对紫外到可见光波长的激光的吸收很弱。

如附图5所示，激光清洗过程中，基材清洗阈值和基体损伤阈值是两个非常重参数，小于起始清洗阈值时，激光清洗对于污物去除没有效果；激光除锈能量密度在清洗阈值与损伤阈值之间时，样品表面呈现亮白的金属光泽。

这些阈值一般用能量密度来衡量的，在实验中，能量密度的改变主要是通过改变激光平均功率和脉冲重复频率实现的；而这两个工艺参数主要影响影响基材表面的热输入大小；如果热输入太小，则达不到使锈蚀气化蒸发的阈值；如果热输入太大，则有可能使基材表面受损，为了更好地找出清洗阈值和损伤阈值，通过对基材表面的化学成分检测，通过分析清洗前后基材表面铁元素和氧元素的含量改变，进而寻求其清洗阈值和损伤阈值。

由前述可知，锈层的主要成分为fe2o3·nh2o(n<3)，也就是说锈层的主要元素是铁与氧，而基材是碳钢，其主要元素就是铁；如果将锈蚀去除，则氧的含量会明显降低；但如果激光除锈热输入过高会导致基材二次氧化，氧的含量会继续增加。

如附图6所示，通过分析不同能量密度下氧元素含量变化趋势图，可以看出，当能量密度较低时，氧含量比较高，基本都在1.5％以上，这是因为能量密度太低，导致碳钢上的锈蚀无法清除或者无法清除干净；当能量密度大于0.1319j/mm²时，氧含量基本低于1.1％，样品表面都呈现亮白金属光泽；当能量密度≥0.2207j/mm²时，氧含量骤然增加，基本都在1.58％以上，这是因为能量密度大，短时间造成热输入过大，导致基材二次氧化，除锈效果降低；在能量密度为0.1319j/mm²至0.1872j/mm²之间，氧元素的含量比较低，锈蚀基本清除干净，尤其在能量密度为0.1602j/mm²时，氧元素的含量明显最低；因此，可以认为能量密度为0.16j/mm²时锈层清除得最为干净。

实施例2

本发明实施例2以清除砖头上的蓝色丙烯酸树脂漆为例，激光清洗机的清洗过程为：将激光清洗机插上电源，打开钥匙开关，点击指示面板21上的激光发射开关，拿起激光清洗头1对准待清洗砖头上的丙烯酸漆，将激光清洗头的距离调节至砖头平面，距离约为焦距距离，清洗头的光路与砖头平面形成约75°夹角，按下清洗头手柄7上的激光发射按钮，在砖头平面上往复扫描，清洗蓝色丙烯酸漆，激光可以有效的去除蓝色丙烯酸树脂漆清洗。

需要说明的是，在本文中，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。