工业制品激光清洗系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种工业制品激光清洗系统，包括设置于密封罩内的清洗靶面，所述密封罩外壁设有观察窗和激光入射窗口，还包括带有PCI控制板卡的工控机、显示器、电器控制箱、水冷机、激光器和五维控制台，所述工控机的第一信号输出端和第二信号输出端分别与显示器和电器控制箱的信号输入端连接，所述电器控制箱的第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端分别与水冷机、激光器和五维控制台的信号输入端连接，所述五维控制台的信号输出端与工控机的信号输入端连接，所述水冷机通过管道与激光器连接，所述五维控制台上设有光路箱。本发明还公开了一种工业制品激光清洗设备的控制方法。
【专利说明】工业制品激光清洗系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业制品清洗领域，具体涉及一种工业制品激光清洗系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]现在的清洗技术主要应用于工业制品的电镀、磷化、喷涂、焊接、包装以及集成线路装配过程中，必须除去表面上的油脂、灰尘、锈垢及残留的溶剂、粘结剂等污物，以确保下道工序的质量。由于环境污染和保护不善等原因，大量文物和珍贵艺术品正逐渐锈蚀和污损，有的已被完全破坏，这就有必要采取措施除掉文物表面的污垢及锈蚀，恢复其旧貌。传统的清洗方法包括机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法，尽管它们在清洗行业中得到广泛的应用，但在环境保护和高精度要求下其应用受到很大的限制。机械方法无法满足高清洁度清洗要求，而化学清洗方法容易导致环境污染，获得的清洁度也很有限；特别是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面清洁度的要求。超声波清洗法尽管清洗效果不错，但对亚微米级污粒的清洗无能为力，清洗槽的尺寸限制了加工零件的范围和复杂程度，而且清洗后对工件的干燥亦是一大难题。激光清洗技术是近十年来飞速发展起来的新型清洗技术，它因自身的许多优点在许多领域中正逐步取代传统清洗工艺。它能适应各种表面污物的清洗，对环境污染极小，也可以做到不损伤基体。目前该方法已成为传统清洗方法的补充和延伸，并因其固有的许多优点而展示了广阔的应用前景。
[0003]激光清洗的方法一般有四种:
1)激光干洗法，即采用脉冲激光直接辐射去污；
2)激光+液膜的方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光使液膜发生爆炸去污；
3)激光+惰性气体的方法，即激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面再次污染和氧化；
4)用激光使污物松散后，再用非腐蚀性的化学方法去污。
[0004]目前在工业生产中主要采用前面3种清洗方法，其中激光干洗法与激光+液膜清洗方法用得最多，第4种方法常用于艺术品的清洗保护。
[0005]传统清洗方法具有如下不方便性和缺点:
￡1)机械方法无法满足高清洁度清洗要求。
[0006]幻化学清洗方法容易导致环境污染，获得的清洁度也很有限。
[0007]0)是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面清洁度的要求。
[0008](1)不方便，步骤繁多；如果要清洗密封罩里面的某个清洗面时，机械清洗方法与化学清洗方法则无法直接满足，必需卸下外部零件后才能开始清洗。
[0009]6)无法选择性清洗，对表面清洗的不同范围无法精确控制，达不到理想的清洗效果。
[0010]f)传统的清洗方法都是接触式清洗，若操作不当或有误，会对操作人员造成伤害或物件污染。
[0011]g)清洗时间长，清洗人员操作时间长，容易困倦疲劳。
[0012]h)无法直观地观察表面清洗效果和当前清洗位置。
[0013]i)对极小(um级)的污染物很难清洗掉。
[0014]j)清洗前准备工作多，需要人工费、材料费等，成本极高。
【发明内容】
[0015]本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种工业制品激光清洗系统及其控制方法，在设置好各参数后可以自动完成整个清洗过程，并且清洗效果较好。
[0016]本发明所采用的技术方案是:一种工业制品激光清洗系统，包括设置于密封罩内的清洗靶面，所述密封罩外壁设有观察窗和激光入射窗口，还包括带有PCI控制板卡的工控机、显不器、电器控制箱、水冷机、激光器和五维控制台，所述工控机的第一信号输出端和第二信号输出端分别与显示器和电器控制箱的信号输入端连接，所述电器控制箱的第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端分别与水冷机、激光器和五维控制台的信号输入端连接，所述五维控制台的信号输出端与工控机的信号输入端连接，所述水冷机通过管道与激光器连接，所述五维控制台上设有光路箱，所述光路箱其中一侧面靠近顶部的位置设有平场镜，光路箱与平场镜相对的侧面靠近底部的位置设有扩束镜，所述扩束镜与激光器的激光发射口平行设置，所述光路箱内部与扩束镜对应的位置设有第一 45度全反镜，所述光路箱内部与第一 45度全反镜对应的位置设有第二 45度全反镜，所述平场镜的出光口与密封容器的激光入射窗口对称设置，所述激光器发射口上设有CCD,所述CCD的信号输出端与五维控制台的第二信号输入端连接。
[0017]作为优选，所述光路箱内还设有同轴红光指示器，所述同轴红光指示器与电器控制箱连接。
[0018]作为优选，所述扩束镜与光路箱滑动连接。
[0019]作为优选，所述第一 45度全反镜与第二 45度全反镜形状、尺寸一致。
[0020]作为优选，所述光路箱内还设有内壳体，所述第二 45度全反镜设置于内壳体中。
[0021]为解决上诉问题，本发明还公开了一种工业制品激光清洗系统的控制方法，包括以下步骤:
a、启动系统，如需进行模拟演示，进入步骤b，如不需进行模拟演示，进入步骤c；
b、模拟演示；
C、输入微调位置，微调坐标，进入步骤d ；
d、设置起点坐标和终点坐标,进入步骤e；
e、设置激光频率、重复次数和光斑大小，进入步骤f；
f、设置第一次清洗起点坐标和终点坐标，如需要进行第二次清洗，进入步骤g，如不需要进行第二次清洗，进入步骤i ;
g、设置第二次清洗起点坐标和终点坐标，进入步骤h；
h、观察第二次清洗的位置是否为第一次未清洗的间隙，如果是，进入步骤i，如果不是，进入步骤8 ；
1、开始清洗，如中途需要停止清洗，进入步骤』，如中途不需要停止清洗，进入步骤匕；
』、停止清洗；
1清洗完成。
[0022]本发明的有益效果在于:
(1)清洗过程中，一致性、重复性很高。即清洗位置准确、精度高、效果好。
[0023](2)扩束镜和振镜间的距离可以上下调整，方便操作人员无需使用大力气来抬高或降低激光器的安放位置，只需调整扩束镜与振镜单的垂直距离便可。
[0024](3)光斑大小可根据用户指定范围任意改变。
[0025](4)自动自动执行两次不同位置清洗，可保证清洗面干净、光滑，不会出现光斑间隙清洗不到的现象。
[0026](5)红光与激光同轴，可用红光模拟演示清洗过程。
[0027](6)整个清洗过程为设备自动完成，操作人员可到室外，避免激光辐射对人体造成伤害。
[0028](7)可通过冗0观察清洗效果，若还未达到清洗效果，可再次启动清洗过程，直到达到清洗效果为止。
[0029](8)通过冗0放大观察后，可微调清洗范围，精度可到微米级。
[0030](9)清洗范围用户可自行设置，随机性非常强。
[0031](10)清洗方便，整个清洗过程都为无接触式清洗。
[0032](11)光路调试简单，只需激光扩束后经全反入射后对准清洗靶面的中心位置即可，设置清洗范围只需要在中心点的4个像限内设置即可。
[0033]
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明结构示意图；
图2为本发明光路不意图；
图3为本发明控制方法流程图。
[0035]图中:1、工控机；2、显示器；3、电器控制箱；4、水冷机；5、激光器；6、五维控制台；7、光路箱；8、平场镜；9、扩束镜；10、第一 45度全反镜；11、第二 45度全反镜；12、密封罩；13、观察窗；14、激光入射窗口。
[0036]
【具体实施方式】
[0037]下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0038]如图1和图2所示，一种工业制品激光清洗系统，包括设置于密封罩12内的清洗靶面，所述密封罩12外壁设有观察窗13和激光入射窗口 14，还包括带有控制板卡的工控机1、显示器2、电器控制箱3、水冷机4、激光器5和五维控制台6，所述工控机1的第一信号输出端和第二信号输出端分别与显示器2和电器控制箱3的信号输入端连接，所述电器控制箱3的第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端分别与水冷机4、激光器5和五维控制台6的信号输入端连接，所述五维控制台6的信号输出端与工控机I的信号输入端连接，所述水冷机4通过管道与激光器5连接，所述五维控制台6上设有光路箱7，所述光路箱7其中一侧面靠近顶部的位置设有平场镜8，光路箱7与平场镜8相对的侧面靠近底部的位置设有扩束镜9，所述扩束镜9与激光器5的激光发射口平行设置，所述光路箱7内部与扩束镜9对应的位置设有第一 45度全反镜10，所述光路箱7内部与第一 45度全反镜10对应的位置设有第二 45度全反镜11，所述平场镜8的出光口与密封容器的激光入射窗口 14对称设置，所述激光器5发射口上设有(XD，所述CXD的信号输出端与五维控制台6的第二信号输入端连接。
[0039]作为优选，所述光路箱7内还设有同轴红光指示器，所述同轴红光指示器与电器控制箱3连接。
[0040]作为优选，所述扩束镜9与光路箱7滑动连接。
[0041]作为优选，所述第一 45度全反镜10与第二 45度全反镜11形状、尺寸一致。
[0042]作为优选，所述光路箱7内还设有内壳体，所述第二 45度全反镜11设置于内壳体中。
[0043]整个系统中，清洗X轴与清洗Y轴在工作中组成平面，为XY振镜。C⑶与激光同轴，拍摄到当前激光清洗效果，也可以在激光清洗完成后，用CCD步进扫描方式观测整体清洗面的效果。
[0044]工作时，首先硬件部份中由工控机I给电器控制箱3发送信号，再由电器控制箱3驱动激光器5按指令发射激光、激光由扩束镜9扩束后经两次45度全反，入射到振镜XY镜片上，振镜再根据软件中的坐标点的运动轨迹出激光进行清洗，经入射孔后，激光焦点在激光靶面左右。因为激光靶面是竖着，所以激光需要水平入射，并竖向或横向清洗。
[0045]清洗过程中激光器5发射激光有内控触发和外控触发两种模式，内控模式即为激光器5自触发模式，按软件设置的频率、能量、出激光次数、点重复次数、点间隔大小进行出激光、并按步长移动步距，直到点和范围清洗完成为止，不受外界的控制信号干涉。而外控触发需要接收到外界给激光器5发射激光的命令后，激光器5才按指令出激光，并移动到下一个待清洗的位置去，等待下一个发射激光的命令。外控触发信号由现场激光清洗靶面发出，由工控机I的PCI控制板卡接收，由软件采集后，再由软件给PCI板卡发送出激光的命令，由电器箱通过电平信号发送到激光器5。
[0046]电器控制箱3上三个红色按钮为电源、激光、红光，电源按下为打开设备总电源并供电，弹起后为断电，激光按下后方可用软件进行控制发射激光，红光按钮按下后，出红光，可见，按起后，红光关闭，看不见红光。
[0047]如图3所示，本发明还公开了一种工业制品激光清洗系统的控制方法，包括以下步骤:
步骤S101、启动系统，如需进行模拟演示，进入步骤S102，如不需进行模拟演示，进入步骤S103 ；
步骤S102、模拟演示；
步骤S103、输入微调位置，微调坐标，进入步骤S104 ；
步骤S104、设置起点坐标和终点坐标，进入步骤S105 ；
步骤S105、设置激光频率、重复次数和光斑大小，进入步骤S106 ； 步骤3106、设置第一次清洗起点坐标和终点坐标，如需要进行第二次清洗，进入步骤3107，如不需要进行第二次清洗，进入步骤3109 ；
步骤3107、设置第二次清洗起点坐标和终点坐标，进入步骤3108 ；
步骤3108、观察第二次清洗的位置是否为第一次未清洗的间隙，如果是，进入步骤3109，如果不是，进入步骤3107 ；
步骤3109、开始清洗，如中途需要停止清洗，进入步骤3110，如中途不需要停止清洗，进入步骤3111 ；
步骤3110、停止清洗；
步骤3111、清洗完成。
[0048]工作时，设置好激光参数，激光频率(^30112),点重复次数、光斑大小(3-5^)，如上图红色光斑为第一次清洗的光斑坐标、蓝色为第二次清洗的光斑坐标，根据上图可见，第一次清洗光斑有10*10=100个，第二次清洗光斑有9*9=81个，按照坐标点的位置，选择自触发模式时，激光器5则依按10！！2的频率、点间隔为28=2^2.5=5^,即为一个光斑的直径进行自动出激光后移动步长，直到第一次清洗完成后，再按第二次的清洗点坐标进行依次清洗，直到清洗完成。第二次清洗即为第一次光斑未清洗到的间隙。也可只清洗一次，即将第二次清洗取消即可。在清洗过程中，随时可以停止清洗。外触发方式即为外控模式，需要等待清洗靶面端的反馈命令，收到出激光命令后，方可出一次激光，并移动一个点的步长，再等待出激光的命令。
[0049]在清洗范围微调参数中，有上、下、左、右四个微调按钮，在中间的输入框中输入需要微调的距离，单位臟，按上下左右按钮，即按输入距离进行移动激光位置，整个过程可用红光进行指示。位置调整好后，可以将该位置设置为起点，即点击[设置起点]按钮，软件系统记录起点坐标。也可将其设置成终点位置，即点击[设置终点]按钮，软件系统记录终点坐标。
[0050]幻扫描范围:振镜扫描角决定的最大扫描范围为200X200111111，实际扫描的面积由靶面尺寸决定。
[0051]幻场镜焦距:500臟
0)可调焦(手动即可)
(1)扫描区域是一个竖直放置的靶片，所以出射光应沿水平方向射出
6)扫描步长(扫描点的间距):大于小于扫描步长可调节，总距离不会大于
40臟
扫描方式:步进式 8)扫描频率:1-30?
10扫描次数(激光器5出光系数):可任意设置
1)工作方式:
1)步进式运动:完成一个点的扫描后，将激光焦斑移动到靶片上预定的位置，并静止停在该位置，等待下一个激光脉冲，如此反复完成整个扫描过程。
[0052]2)启动方式:外触发控制。总控制室发出触发信号(只有一个),延迟脉冲发生器将该触发信号延迟后，送给扫描系统控制装置，该控制装置按预先设定的扫描次数和时间步长发出触发信号(触发信号个数等于扫描次数),该触发信号送给激光器5和扫描振镜，每发出一个触发信号，激光器5输出一个激光脉冲，扫描系统按预定的步长移动一步，并静止停在该位置，等待下一个触发脉冲。第二个触发信号发出后，重复前述的过程。如此反复，完成整个扫描过程。
[0053] 1激光器5参数:
1)输出波长:106411111,53211111 (配可见指示光)
2)输出能量:2了@106411111，调节范围:0.8-2:
3)脉冲宽度:10118±2118
4)重复频率:30?，调节范围:1-30?
5)控制方式:内触发和外触发。
【权利要求】
1.一种工业制品激光清洗系统，包括设置于密封罩内的清洗靶面，所述密封罩外壁设有观察窗和激光入射窗口，其特征在于:还包括带有PCI控制板卡的工控机、显示器、电器控制箱、水冷机、激光器和五维控制台，所述工控机的第一信号输出端和第二信号输出端分别与显示器和电器控制箱的信号输入端连接，所述电器控制箱的第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端分别与水冷机、激光器和五维控制台的信号输入端连接，所述五维控制台的信号输出端与工控机的信号输入端连接，所述水冷机通过管道与激光器连接，所述五维控制台上设有光路箱，所述光路箱其中一侧面靠近顶部的位置设有平场镜，光路箱与平场镜相对的侧面靠近底部的位置设有扩束镜，所述扩束镜与激光器的激光发射口平行设置，所述光路箱内部与扩束镜对应的位置设有第一 45度全反镜，所述光路箱内部与第一 45度全反镜对应的位置设有第二 45度全反镜，所述平场镜的出光口与密封容器的激光入射窗口对称设置，所述激光器发射口上设有CCD，所述CCD的信号输出端与五维控制台的第二信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的工业制品激光清洗系统，其特征在于:所述光路箱内还设有同轴红光指示器，所述同轴红光指示器与电器控制箱连接。
3.根据权利要求1或2所述的工业制品激光清洗系统，其特征在于:所述扩束镜与光路箱滑动连接。
4.根据权利要求1或2所述的工业制品激光清洗系统，其特征在于:所述第一45度全反镜与第二 45度全反镜形状、尺寸一致。
5.根据权利要求1或2所述的工业制品激光清洗系统，其特征在于:所述光路箱内还设有内壳体，所述第二 45度全反镜设置于内壳体中。
6.一种如权利要求1所述的工业制品激光清洗系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: a、启动系统，如需进行模拟演示，进入步骤b，如不需进行模拟演示，进入步骤c； b、模拟演示； C、输入微调位置，微调坐标，进入步骤d ； d、设置起点坐标和终点坐标,进入步骤e； e、设置激光频率、重复次数和光斑大小，进入步骤f； f、设置第一次清洗起点坐标和终点坐标，如需要进行第二次清洗，进入步骤g，如不需要进行第二次清洗，进入步骤i ; g、设置第二次清洗起点坐标和终点坐标，进入步骤h； h、观察第二次清洗的位置是否为第一次未清洗的间隙，如果是，进入步骤i，如果不是，进入步骤g ； l、开始清洗，如中途需要停止清洗，进入步骤j，如中途不需要停止清洗，进入步骤k; j、停止清洗； k、清洗完成。
【文档编号】B08B7/00GK104438230SQ201410651527
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】何刘, 黄永忠, 王德友, 黄波, 赵书阁 申请人:成都莱普科技有限公司