專利名稱：一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光清洗技術領域，特別涉及一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，用于對橡膠模具表面的清洗，同時也可應用于石材、金屬等物體表面的污垢、銹跡、油漆以及溶劑殘留物的清洗。
背景技術：
橡膠模具基材通常為金屬材料，較常用的為鋁或鋼，一副金屬模具生產(chǎn)一定數(shù)量的橡膠制品后，橡膠顆粒污垢會附著在模具表面，導致生產(chǎn)出的橡膠制品表面粗糙，影響產(chǎn)品質(zhì)量，且不易從模具中取出。因此，模具使用一段時間之后必須進行清洗。
傳統(tǒng)的清洗方式主要有噴砂清洗、超聲波清洗和干冰清洗。噴砂清洗費時、費力，且高速噴砂容易對模具表面造成損傷。超聲波清洗將模具放入水或溶劑中，利用超聲波振動沖擊去除污垢，操作麻煩，成本較高。干冰清洗是對模具噴灑干冰，模具基材與污垢熱脹冷縮程度不一致使污垢脫落，清洗成本高，操作不方便，且比較費時。激光清洗是采用高峰值功率脈沖激光照射模具表面，使表面附著的污垢急劇升溫氣化，在機體和污垢之間形成微爆炸振動沖擊，使污垢從金屬材料表面脫落，達到清潔基體的目的。與上述幾種傳統(tǒng)清洗方式相比，激光清洗具有以下特點激光清洗為非接觸式清洗，設置合適的激光功率參數(shù)，可以在去除表面污垢的同時不會損傷基材表面。清洗過程不需要清潔液或化學溶劑，不會造成環(huán)境污染。激光清洗高溫模具可以直接清洗，不需要等待模具冷卻，操作方便，參數(shù)設置容易，可實現(xiàn)柔性化和自動化清洗。中國專利CN1817549A公開了一種便攜式的激光清洗系統(tǒng)，其采用光纖激光器作為清洗光源，產(chǎn)生的激光通過光纖傳輸?shù)角逑垂ぷ黝^上，在工作頭上的光學系統(tǒng)進行光路轉(zhuǎn)換后輸出進行清洗。該系統(tǒng)由于采用光纖激光器，產(chǎn)生的激光功率不會很大，而且光纖傳輸耦合會對激光功率有較大損耗，在清洗橡膠模具這種需要大功率高效清洗的工業(yè)應用場合不太適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，能夠提高激光功率，且避免通過光纖傳輸導致的耦合損耗，從而實現(xiàn)手持或機械手夾持的便攜式加工，完成對橡膠模具的高效清洗。本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于它包括激光清洗頭和激光控制系統(tǒng)；
激光清洗頭包括激光器和擴束鏡，擴束鏡的輸出光方向設有掃描振鏡，掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡，聚焦透鏡的光路輸出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次設置的全反射鏡、聲光調(diào)Q開關、半導體泵浦模塊和輸出鏡；
激光器的出光開關、聲光調(diào)Q開關的調(diào)Q驅(qū)動模塊、半導體泵浦模塊的電源、以及掃描振鏡的驅(qū)動單元分別由激光控制系統(tǒng)控制。
按上述方案，所述的半導體泵浦模塊和輸出鏡之間的主光路還設有由第二聲光調(diào)Q開關。按上述方案，所述的擴束鏡與掃描振鏡之間設有45°全反射鏡，45°全反射鏡與主光路成45°角放置,掃描振鏡與主光路成45°角放置。按上述方案，所述的激光控制系統(tǒng)包括相互連接的嵌入式微控制器和D/A轉(zhuǎn)換單元，嵌入式微控制器用于接收出光開關的信號以啟動半導體泵浦模塊的電源、調(diào)節(jié)調(diào)Q驅(qū)動模塊、以及驅(qū)動掃描振鏡的驅(qū)動單元。按上述方案，所述的激光清洗頭設置在殼體內(nèi)構(gòu)成清洗加工頭，清洗加工頭的前端設有保護罩。
按上述方案，所述的保護罩內(nèi)連有氣管，氣管的輸入端連接有由激光控制系統(tǒng)控制的高壓風機。按上述方案，所述的清洗加工頭內(nèi)通有冷卻水管，冷卻水管通過出水管和回水管與冷水機連接，冷水機由激光控制系統(tǒng)控制。按上述方案，所述的清洗加工頭下端設有把手。本發(fā)明的有益效果為
I、本發(fā)明采用半導體泵浦固體脈沖激光器，并將其集成于清洗加工頭上，通過聲光調(diào)Q的方式提高激光輸出功率，而且沒有通過光纖傳輸導致的耦合損耗，從而可以實現(xiàn)手持或機械手夾持的便攜式加工，完成對橡膠模具的高效清洗。2、半導體泵浦模塊與輸出鏡之間增設第二聲光調(diào)Q開關，可提高半導體泵浦模塊輸出激光的功率。3、通過增設45°全反射鏡，使得入射光與出射光平行，便于操作。4、高壓風機產(chǎn)生的氣流通過氣管到保護罩內(nèi)，與激光束同軸吹出，氣流阻隔激光清洗產(chǎn)生的飛濺物，以保護聚焦鏡不受污染。5、冷水機通過出水管、回水管與清洗加工頭中的冷卻水管相連，對半導體泵浦模塊和聲光調(diào)Q開關進行冷卻。6、清洗加工頭上裝有把手，可供手持或機械夾具夾持，便于操作。7、本發(fā)明用于橡膠模具的激光清洗機設計小型化激光器放置在清洗加工頭中，激光輸出功率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、清洗速度快、效果好，適合于橡膠模具的在線清洗，也可推廣應用于石材、墻體表面去污，金屬零件表面銹跡和氧化物去除以及油漆、溶劑清洗。


圖I為本發(fā)明實施例一的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2為本發(fā)明實施例二的激光清洗頭的構(gòu)成示意圖。圖3為本發(fā)明采用的激光器結(jié)構(gòu)形式一的示意圖。圖4為本發(fā)明采用的激光器結(jié)構(gòu)形式二的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例一的激光控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中1.控制機柜、2.清洗加工頭、3.物品、4.保護罩、5.激光束、6.聚焦鏡、7.45°反射鏡、8.擴束鏡、9.激光器、9. I.全反鏡、9. 2.聲光調(diào)Q開關、9. 3.半導體泵浦模塊、9. 4.輸出鏡、9. 5.第二聲光調(diào)Q開關、10.掃描振鏡、11.把手、12.出光開關、13.連接電纜、14.氣管、15.出水管、16.回水管、17.冷水機、18.激光控制系統(tǒng)、19.高壓風機。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一
圖I為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)構(gòu)成圖，它包括激光清洗頭和激光控制系統(tǒng)18 ;激光清洗頭包括激光器9和擴束鏡8，擴束鏡8的輸出光方向設有45°全反射鏡7，45°全反射鏡7的反射光路上設有掃描振鏡10，掃描振鏡10的反射光路上設有聚焦透鏡6，聚焦透鏡6的光路輸出端輸出激光束5用于清洗物品3。45°全反射鏡與主光路成45°角放置,掃描振鏡與主光路成45°角放置。激光清洗頭設置在殼體內(nèi)構(gòu)成清洗加工頭2，清洗加工頭2的前端設有保護罩4，下端設有把手11。保護罩4內(nèi)連有氣管14，氣管14的輸入端連接有由激光控制系統(tǒng)18控制的高壓風機19，高壓風機19通過氣管14吹保護氣到保護罩4內(nèi)，從·加工口沿激光束5方向吹出，保護聚焦鏡6免受清洗產(chǎn)生的污物污染。清洗加工頭2內(nèi)通有冷卻水管，冷卻水管通過出水管15和回水管16與冷水機17連接，冷水機17由激光控制系統(tǒng)18控制。激光清洗頭上設有出光開關12，出光開關12通過電纜13與激光控制系統(tǒng)18連接。激光控制系統(tǒng)18、冷水機17、聞壓風機19設直在控制機柜I中。所述的激光器9可包含2種結(jié)構(gòu)形式如圖3所示的第一種結(jié)構(gòu)包括在光路上依次設置的全反射鏡9. I、聲光調(diào)Q開關9. 2、半導體泵浦模塊9. 3和輸出鏡9. 4 ;如圖4所示的第二種結(jié)構(gòu)包括在光路上依次設置的全反射鏡9. I、聲光調(diào)Q開關9. 2、半導體泵浦模塊9. 3、第二聲光調(diào)Q開關9. 5和輸出鏡9. 4。其中所有器件光軸同軸，聲光調(diào)Q開關9. 2和第二聲光調(diào)Q開關9. 5均可為單頭或雙頭開關，半導體泵浦模塊9. 3為連續(xù)泵浦模塊，泵浦產(chǎn)生連續(xù)激光通過聲光Q開關28調(diào)Q輸出脈沖激光。激光器的出光開關、聲光調(diào)Q開關的調(diào)Q驅(qū)動模塊、半導體泵浦模塊的電源、以及掃描振鏡的驅(qū)動單元分別由激光控制系統(tǒng)控制。激光控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，包括相互連接的嵌入式微控制器和D/A轉(zhuǎn)換單元，嵌入式微控制器用于接收出光開關的信號以啟動半導體泵浦模塊的電源、調(diào)節(jié)調(diào)Q驅(qū)動模塊、以及驅(qū)動掃描振鏡的驅(qū)動單元?？蛇x的，激光控制系統(tǒng)還可以包括按鍵顯示單元，與嵌入式微控制器連接。系統(tǒng)采用嵌入式微控制器作為控制單元，通過按鍵顯示單元進行參數(shù)設置和清洗工作模式選擇，嵌入式微控制器根據(jù)設定的參數(shù)通過D/A轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成兩路模擬電壓信號，一路模擬電壓信號控制半導體泵浦的電源，半導體泵浦的電源給半導體泵浦模塊供電，另一路模擬電壓信號輸入到振鏡驅(qū)動單元驅(qū)動掃描振鏡。嵌入式微控制器產(chǎn)生激光調(diào)制頻率信號輸入到調(diào)Q驅(qū)動模塊，調(diào)Q驅(qū)動模塊驅(qū)動聲光調(diào)Q開關對激光器輸出激光進行調(diào)制，使連續(xù)泵浦激光調(diào)Q后輸出高峰值功率脈沖激光。激光出光開關12產(chǎn)生信號通過輸入輸出I/O接口 26輸入到嵌入式微控制器，嵌入式微控制器檢測到開關信號后控制激光輸出和關斷。本發(fā)明的用于橡膠模具的激光清洗機工作過程為控制機柜I加電開啟后，激光控制系統(tǒng)18對控制機柜I內(nèi)各部分狀態(tài)進行設定。清洗加工頭2上出光開關12按下，激光器9輸出高峰值功率脈沖激光束，經(jīng)擴束鏡8擴束后照射到45°反射鏡7上，45°反射鏡7將激光束5反射到掃描振鏡10，掃描振鏡10高速來回掃描并將激光束5反射進入聚焦鏡6，通過聚焦鏡6將激光束5聚焦到清洗物品3上，清除其表面污物。激光清洗時，高壓風機19產(chǎn)生的氣流通過氣管14到保護罩內(nèi)，與激光束5同軸吹出，氣流阻隔激光清洗產(chǎn)生的飛濺物，以保護聚焦鏡6不受污染。本實施例中，采用武漢漢立電器的JLYG-25激光冷水機，高壓風機型號為H1S129，半導體泵浦電源為北京吉泰基業(yè)的GTDC4235，采用北京吉泰基業(yè)的GTPC-200型半導體泵浦模塊，其輸出功率為200瓦。聲光Q開關使用英國古奇兩個單頭聲光Q開關或一個雙頭聲光Q開關。使用透過率為40%的輸出鏡，擴束鏡擴束倍率為2倍。掃描振鏡選用IOmm 口徑振鏡，聚焦鏡焦距f=200mm，聲光調(diào)Q頻率為IOKHz時調(diào)制輸出160W，對于中度污染輪胎橡膠模具清洗速度達10m2/h，清洗效果較好。實施例二
本實施例的結(jié)構(gòu)及原理與實施例一基本相同，其不同之處在于激光清洗頭中去掉了 掃描振鏡10,掃描振鏡10的反射光路上設有聚焦透鏡6。掃描振鏡10與主光路成45°放置，使激光束5偏轉(zhuǎn)90°。保護罩4安裝在清洗加工頭2側(cè)面，位于聚焦鏡6前面。其結(jié)構(gòu)的不同僅根據(jù)激光束的角度而定，因此，還可根據(jù)實際情況對激光束的要求增加其它的全反射鏡，這種變形應納入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于它包括激光清洗頭和激光控制系統(tǒng)； 激光清洗頭包括激光器和擴束鏡，擴束鏡的輸出光方向設有掃描振鏡，掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡，聚焦透鏡的光路輸出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次設置的全反射鏡、聲光調(diào)Q開關、半導體泵浦模塊和輸出鏡； 激光器的出光開關、聲光調(diào)Q開關的調(diào)Q驅(qū)動模塊、半導體泵浦模塊的電源、以及掃描振鏡的驅(qū)動單元分別由激光控制系統(tǒng)控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的半導體泵浦模塊和輸出鏡之間的主光路還設有由第二聲光調(diào)Q開關。
3.根據(jù)權利要求I所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的擴束鏡與掃描振鏡之間設有45°全反射鏡,45°全反射鏡與主光路成45°角放置,掃描振鏡與主光路成45°角放置。
4.根據(jù)權利要求I所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的激光控制系統(tǒng)包括相互連接的嵌入式微控制器和D/A轉(zhuǎn)換單元，嵌入式微控制器用于接收出光開關的信號以啟動半導體泵浦模塊的電源、調(diào)節(jié)調(diào)Q驅(qū)動模塊、以及驅(qū)動掃描振鏡的驅(qū)動單元。
5.根據(jù)權利要求I所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的激光清洗頭設置在殼體內(nèi)構(gòu)成清洗加工頭，清洗加工頭的前端設有保護罩。
6.根據(jù)權利要求5所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的保護罩內(nèi)連有氣管，氣管的輸入端連接有由激光控制系統(tǒng)控制的高壓風機。
7.根據(jù)權利要求5所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的清洗加工頭內(nèi)通有冷卻水管，冷卻水管通過出水管和回水管與冷水機連接，冷水機由激光控制系統(tǒng)控制。
8.根據(jù)權利要求5所述的橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，其特征在于所述的清洗加工頭下端設有把手。
全文摘要
本發(fā)明提供一種橡膠模具激光清洗系統(tǒng)，它包括激光清洗頭和激光控制系統(tǒng)；激光清洗頭包括激光器和擴束鏡，擴束鏡的輸出光方向設有掃描振鏡，掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡，聚焦透鏡的光路輸出端用于清洗物品；所述的激光器包括在光路上依次設置的全反射鏡、聲光調(diào)Q開關、半導體泵浦模塊和輸出鏡；激光器的出光開關、聲光調(diào)Q開關的調(diào)Q驅(qū)動模塊、半導體泵浦模塊的電源、以及掃描振鏡的驅(qū)動單元分別由激光控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明采用半導體泵浦固體脈沖激光器，并將其集成于清洗加工頭上，通過聲光調(diào)Q的方式提高激光輸出功率，而且沒有通過光纖傳輸導致的耦合損耗，從而可以實現(xiàn)手持或機械手夾持的便攜式加工，完成對橡膠模具的高效清洗。
文檔編號B08B7/00GK102886363SQ20121040522
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2012年10月23日
發(fā)明者朱明珠, 葉艾, 宋業(yè)英, 郭華福, 魏興春 申請人:中國船舶重工集團公司第七一七研究所