激光清洗系统、激光清洗头的制作方法

本实用新型涉及激光清洗领域，特别是涉及激光清洗系统、激光清洗头。

背景技术：

激光清洗作为一种环保、高效、高精度、高质量的清洗技术，在航空航天、精密机械、半导体电子等领域应用前景广阔。

当前，激光清洗头一般采用扫描振镜，扫描速度一般低于10m/s，而且在清洗开始和结束区由于振镜偏转加减速存在过烧问题，清洗的质量均匀性难控。随着激光器功率的进一步提高，大幅面工件对清洗效率要求的进一步提升，传统的振镜扫描式技术在清洗效率和清洗质量上面临着技术瓶颈，难以满足高效率高质量的要求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种激光清洗系统和适用于所述激光清洗系统的激光清洗头，所述激光清洗系统的清洗效率高、质量均匀。

一种激光清洗系统，所述激光清洗系统包括第一反射镜、扫描转镜和第二反射镜；

所述第一反射镜位于光源发射的激光束的前进光路上，用于将所述激光束反射预定角度至所述扫描转镜；所述扫描转镜位于经所述第一反射镜反射后的激光束光路上，所述扫描转镜能够绕轴线转动并将所述第一反射镜反射的激光束进一步反射至所述第二反射镜；所述第二反射镜位于经所述扫描转镜反射后的激光束光路上，用于将所述扫描转镜反射的激光束反射至待清洗工件的清洗面，所述第二反射镜为柱面反射镜。

首先，上述激光清洗系统中运用了扫描转镜，所述扫描转镜转动过程中，在单个反射面上通过改变激光束入射角度实现光束的扫描。旋转过程中，一个反射面可实现激光束的一次扫描，转镜转动一周可实现与反射面面数(N＝6、8、12、24…..)相同的扫描次数，转镜的旋转速度是100rpm～20000rpm，激光束的线扫描速度可以达到10m/s-200m/s，可实现高功率、高重复频率激光器的高效率清洗。另外，由于扫描转镜是匀速旋转的，因此激光束在整个扫描过程中线扫描速度始终保持不变，所以激光束的扫描速度是匀速的，不存在加减速的过程，不会导致过烧问题的发生，可保障激光清洗质量的均匀性和一致性。

其次，上述激光清洗系统中的第二反射镜为柱面反射镜，相对于平面反射镜，柱面反射镜可实现对激光束的约束作用，使反射激光束全部通过柱面反射镜的几何圆心，这样可保障反射光能够完全通过激光清洗头到达待清洗工件表面。

一种激光清洗头，包括清洗头主体、安装于所述清洗头主体的激光准直系统和如上述的激光清洗系统，所述第一反射镜、扫描转镜和第二反射镜安装在所述清洗头主体上。

上述激光清洗头包括清洗头主体和激光准直系统，激光清洗系统安装于清洗头主体上，结构简单。激光准直系统将光源发出的激光束整形为平行光，然后向第一反射镜发射所述激光束，所述第一反射镜将激光束反射至所述扫描转镜，所述扫描转镜将所述激光束反射至所述第二反射镜，由第二反射镜反射并从清洗头主体输出至待清洗工件的清洗面，对待清洗工件进行清洗，清洗效率高、质量均匀。

附图说明

图1为一实施例的激光清洗系统的光路示意图；

图2为一实施例的激光清洗系统的侧向光路示意图；

图3为转镜单元的结构示意图，其中，a为反射面与转动轴线平行的转镜单元，b为反射面与转动轴线倾斜预定角度的转镜单元；

图4为多个转镜单元沿转动轴线叠置组成的扫描转镜的结构示意图；

图5为另一实施例的激光清洗系统的光路示意图；

图6为另一实施例的激光清洗系统的侧向光路示意图；

图7为一实施例的激光清洗头的剖视图；

图8为另一实施例的激光清洗头的剖视图。

图中：1、激光准直系统；2、清洗头主体；10、激光束；11、第一反射镜；12、扫描转镜；13、第二反射镜；14、聚焦镜；15、电机；16、待清洗工件；17、转镜单元；171、反射面。

具体实施方式

以下将结合附图说明对本实用新型提供的激光清洗系统和激光清洗头作进一步说明。

本实用新型提供一种激光清洗系统，用于航空航天、精密机械和半导体电子等领域的工件的清洗，激光清洗过程无研磨、非接触、无热效应，对精密工件不会造成损伤，适用于各种材质的工件清洗。

如图1和图2所示，在一实施例中，所述激光清洗系统包括第一反射镜11、扫描转镜12、第二反射镜13和聚焦镜14。所述第一反射镜11、所述扫描转镜12、所述第二反射镜13以及所述聚焦镜14构成所述激光清洗系统的光路结构。所述第一反射镜11位于光源发射的激光束10的前进光路上，用于将所述激光束10反射预定角度至所述扫描转镜12；所述扫描转镜12位于经所述第一反射镜11反射后的激光束10光路上，所述扫描转镜12能够绕轴线转动并将所述第一反射镜11反射的激光束10进一步反射至所述第二反射镜13；所述第二反射镜13位于经所述扫描转镜12反射后的激光束10光路上，用于将所述扫描转镜12反射的激光束10反射至所述聚焦镜14，由所述聚焦镜14将激光束10聚焦至待清洗工件16的清洗面。且由于扫描转镜12能够绕轴线转动，所以激光束10经扫描转镜12反射至第二反射镜13的过程中随着扫描转镜12的转动而往复运动，因此，最终激光束10可以在工件16的清洗面上沿直线往复移动。本实施例中，所述聚焦镜14的焦距为50mm～200mm，可根据扫描宽度进行选定具体焦距。

上述实施例中，所述第二反射镜为柱面反射镜，相对于平面反射镜，可实现对激光束的约束作用，使反射激光束全部通过柱面反射镜的几何圆心，保障反射光能够完全通过激光清洗头到达待清洗工件表面。所述柱面反射镜的弧形凹面对应的圆心角角度大于0度小于90度，可根据扫描宽度进行圆心角的选定。在弧形凹面的弧长相同的情况下，所述圆心角越大，对应的扫描宽度越大，因此，可结合具体实际情况选择相应的柱面反射镜，匹配清洗头的尺寸。

上述实施例中，所述扫描转镜12的转速为100rpm～20000rpm，因此，激光束10的扫描频率为(100～20000)*N次/分钟(N＝6、8、12、24…..)，激光束10的线扫描速度可以达到10m/s～200m/s。考虑到清洗效率，所述扫描转镜12的转速优选为500rpm～20000rpm，因此，激光束10的线扫描速度可以达到50m/s～200m/s。

上述实施例中，考虑到单个聚焦镜片的聚焦性能有限，优选的，所述聚焦镜14为至少两个光学镜片成的聚焦透镜组。

如图3所示，所述扫描转镜12包括转镜单元17，所述转镜单元17包括多个反射面171，所述反射面171位于所述转镜单元17周侧。所述多个反射面的面数N优选为6、8、12、24等，可以根据扫描宽度进行选择，选择时扫描宽度与多面反射镜的面数成反比。参见图3a，所述反射面171平行于所述转镜单元17的转动轴线。参见图3b，所述反射面171相对于所述转镜单元17的转动轴线倾斜预定角度，所示角度大于0度小于90度，优选为10度～80度。

如图4所示，所述转镜单元17的数量为多个，多个所述转镜单元17的尺寸不同，多个所述转镜单元17沿所述转镜单元17的转动轴线叠置，叠置时，多个所示转镜单元17的尺寸由小到大依次变化，但转镜单元17的反射面的面数相同。

在本实施例中，所述扫描转镜12为多个转镜单元17叠置而成的，叠置后，通过调整扫描转镜12在轴向的位置，使激光束10照射到尺寸不同的转镜单元17上，因此，可以通过改变扫描转镜12到第二反射镜13激光光程，实现几种特定扫描宽度的调整。

可以理解，所述扫描转镜12也可以为单个转镜单元17。当扫描转镜12为图3a所示的转镜单元17时，所述扫描转镜12只能进行特定宽度的扫描。当扫描转镜12为图3b所示的转镜单元17时，由于转镜单元17的反射面171与转动轴线倾斜预定角度，因此，可以通过调整扫描转镜12在轴向与激光束10的相对位置，改变扫描转镜12到第二反射镜13的激光光程，进而实现扫描宽度的连续调整，满足不同清洗宽度的需求。

如图5和图6所示，在另一实施例中，所述聚焦镜14设置于所述第一反射镜11和所述扫描转镜12之间，用于通过所述第一反射镜11反射的激光束10至所述扫描转镜12，经所述扫描转镜12和第二反射镜13依次反射后聚焦至待清洗工件16的清洗面。本实施例中，由于将所述聚焦镜14调整至第一反射镜11反射后的激光束10光路上，因此可以选择长焦距的聚焦镜，从而提高聚焦之后的焦深，减小激光清洗对清洗头到工件距离的敏感性，利于激光清洗的实际操作。具体的，所述聚焦镜14的焦距为300mm～500mm。优选的，所述聚焦镜14的焦距刚好与激光束10通过聚焦镜14后至待清洗工件16表面的光程相同，以保证激光束10刚好聚焦在待清洗工件16的表面。

上述激光清洗系统中运用了扫描转镜，所述扫描转镜转动过程中，在单个反射面上通过改变激光束入射角度实现光束的扫描。旋转过程中，一个反射面可实现激光束的一次扫描，转镜转动一周可实现与反射面面数(N＝6、8、12、24…..)相同的扫描次数，转镜的旋转速度是100rpm～20000rpm，因此激光束的线扫描速度可以达到10m/s-200m/s，可实现高功率、高重复频率激光器的高效率清洗。另外，由于扫描转镜是匀速旋转的，因此激光束在整个扫描过程中线扫描速度始终保持不变，所以激光束的扫描速度是匀速的，不存在加减速的过程，不会导致过烧问题的发生，可保障激光清洗质量的均匀性和一致性。

本实用新型还提供一种适用于上述激光清洗系统的激光清洗头，结构简单，用于工件表面清洗时，清洗效率高、质量均匀。

如图7所示，在一实施例的激光清洗头中，所述激光清洗头包括清洗头主体2、安装于所述清洗头主体2的激光准直系统1和激光清洗系统。所述激光清洗系统的第一反射镜11、扫描转镜12、第二反射镜13和聚焦镜14安装在所述清洗头主体2上。其中，所述第一反射镜11与所述第二反射镜13位于所述扫描转镜12的一侧且靠近所述激光准直系统1，所述聚焦镜14位于所述扫描转镜12的另一侧。所述第一反射镜11与所述第二反射镜13用于将激光束10反射至相应的位置，所述聚焦镜14用于将聚光束10的聚焦以清洗待清洗工件16。第一反射镜11、第二反射镜13及聚焦镜14的反射面之间构成相应的反射角度。

优选的，所述第一反射镜11位于所述激光准直系统1的出光侧且所述第一反射镜11的平面朝向所述扫描转镜12。所述激光准直系统1将光源发出的激光束10整形为平行光，入射至所述第一反射镜11，激光束10与第一反射镜11的入射角度为40度～50度，优选为45度。所述第一反射镜11再将所述激光束10反射至所述扫描转镜12。扫描转镜12可转动安装于所述清洗头主体2上。优选的，在所述清洗头主体2上安装有电机15，所述扫描转镜12安装于所述电机15的输出轴上，且在轴向位置可调，所述电机15带动所述扫描转镜12按照预设转速转动。

所述激光束10照射于所述扫描转镜12上并随着扫描转镜12的转动而改变反射角度，相应地，激光束10在所述第二反射镜13反射表面移动。当所述扫描转镜12转动并将所述激光束10反射至所述第二反射镜13时，所述第二反射镜13将所述激光束10反射至所述聚焦镜14。由于激光束10在第二反射镜13的反射角度随着扫描转镜12的转动而改变，相对应地，所述激光束10沿直线往复移动。

所述聚焦镜14安装于所述清洗头主体2的激光束10的输出端，第二反射镜13反射的激光束10经聚集镜14汇聚后照射至待清洗工件16上，以清洗待清洗工件16。其中，当扫描转镜12处于转动状态时，聚焦镜14输出的激光束10沿直线往复移动以清洗待清洗工件16的清洗面。当扫描转镜12处于静止状态时，聚焦镜14输出的激光束10呈点状照射于待清洗工件16的清洗面。

如图8所示，在另一实施例的激光清洗头中，所述聚焦镜14位于所述第一反射镜11和所述第二反射镜13之间。所述激光准直系统1将光源发出的激光束10整形为平行光，然后向第一反射镜11发射所述激光束10，所述第一反射镜11将激光束10反射至所述聚焦镜14，激光束10通过所述聚焦镜14至所述扫描转镜12，所述扫描转镜12转动并将所述激光束10反射至所述第二反射镜13，由第二反射镜13反射从清洗头主体2输出聚焦至待清洗工件16的清洗面，所述聚焦镜14的焦距刚好与激光束10通过聚焦镜14后至待清洗工件16表面的光程相同，以保证激光束10刚好聚焦在待清洗工件16的表面，通过激光束10沿直线往复移动对待清洗工件16进行清洗。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。