本發(fā)明屬于激光光束整形和激光清洗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光清洗機(jī)理主要是基于物體表面污染物吸收激光能量后，或汽化揮發(fā)，或瞬間受熱膨脹而克服表面對(duì)粒子的吸附力，使其脫離物體表面，進(jìn)而達(dá)到清洗的目的。

在工業(yè)生產(chǎn)、古文物和藝術(shù)品保護(hù)以及牙齒疾病的治療中，常常需要用到清洗技術(shù)。工業(yè)制品的電鍍、磷化、噴涂、焊接、包裝以及集成線路裝配過程中，必須除去表面上的油脂、灰塵、銹垢及殘留的溶劑、粘結(jié)劑等污物，以確保下道工序的質(zhì)量。由于環(huán)境污染和保護(hù)不善等原因，大量文物和珍貴藝術(shù)品正逐漸銹蝕和污損，有的已被完全破壞，這就有必要采取措施除掉文物表面的污垢及銹蝕，恢復(fù)其舊貌。

傳統(tǒng)的清洗方法包括機(jī)械清洗法、化學(xué)清洗法和超聲波清洗法，盡管它們?cè)谇逑葱袠I(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，但在環(huán)境保護(hù)和高精度要求下其應(yīng)用受到很大的限制。機(jī)械方法無法滿足高清潔度清洗要求，而化學(xué)清洗方法容易導(dǎo)致環(huán)境污染，獲得的清潔度也很有限；特別是當(dāng)污垢成分復(fù)雜時(shí)，必須選用多種清洗劑反復(fù)清洗才可能滿足表面清潔度的要求。超聲波清洗法盡管清洗效果不錯(cuò)，但對(duì)亞微米級(jí)污粒的清洗無能為力，清洗槽的尺寸限制了加工零件的范圍和復(fù)雜程度，而且清洗后對(duì)工件的干燥亦是一大難題。

激光清洗技術(shù)是近十年來飛速發(fā)展起來的新型清洗技術(shù)，它因自身的許多優(yōu)點(diǎn)在許多領(lǐng)域中正逐步取代傳統(tǒng)清洗工藝。它能適應(yīng)各種表面污物的清洗，對(duì)環(huán)境污染極小，也可以做到不損傷基體。目前該方法已成為傳統(tǒng)清洗方法的補(bǔ)充和延伸，并因其固有的許多優(yōu)點(diǎn)而展示了廣闊的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)一些廠家和研究機(jī)構(gòu)，已陸續(xù)推出掃描式、手持式等激光清洗設(shè)備。

激光清洗設(shè)備通常采用光纖傳輸激光，使設(shè)備使用更加靈活，但由于光纖自身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，由光纖傳輸并發(fā)出的激光通常為截面為圓形的發(fā)散光，且光斑功率不均勻，中心功率較高，邊緣功率較低，且現(xiàn)階段，激光清洗機(jī)清洗效率還有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)，其采用光闌和透鏡組，將光纖發(fā)出的激光整形成較均勻的條形光斑，并采用掃描轉(zhuǎn)鏡，控制條形光斑在被清洗表面掃描，實(shí)現(xiàn)線掃描，便于進(jìn)行激光清洗的應(yīng)用。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括：光纖輸出頭、光闌、y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡、y方向聚焦透鏡、掃描轉(zhuǎn)鏡、保護(hù)鏡及系統(tǒng)外殼，光纖輸出頭、光闌、y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡、y方向聚焦透鏡、掃描轉(zhuǎn)鏡及保護(hù)鏡均固定安裝在系統(tǒng)外殼上，所述光闌、y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡的中心軸與光纖輸出頭的中心軸重合，其中光闌設(shè)置于光纖輸出頭與y方向準(zhǔn)直透鏡之間，y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡為正光焦度透鏡，y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡依次設(shè)置在光纖輸出頭的出射光路上，且y方向準(zhǔn)直透鏡與光纖輸出頭輸出端之間的距離和y方向準(zhǔn)直透鏡的焦距相等，x方向準(zhǔn)直透鏡與光纖輸出頭輸出端之間的距離和x方向準(zhǔn)直透鏡的焦距相等；所述掃描轉(zhuǎn)鏡為多邊形反射鏡，掃描轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)中心軸與電機(jī)的輸出軸連接；所述保護(hù)鏡設(shè)置在掃描轉(zhuǎn)鏡的反射光路上。

進(jìn)一步，所述光纖輸出頭為sma905型號(hào)接頭，在所述系統(tǒng)外殼前端設(shè)有與光纖輸出頭相匹配的sma905接口。

進(jìn)一步，所述光闌的通光孔呈圓形。

進(jìn)一步，所述y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡均為柱透鏡，且y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡的兩面都鍍有激光增透膜。

進(jìn)一步，所述掃描轉(zhuǎn)鏡的每個(gè)面都鍍有激光高反射膜。

進(jìn)一步，所述系統(tǒng)外殼內(nèi)壁在與y方向準(zhǔn)直透鏡、x方向準(zhǔn)直透鏡及y方向聚焦透鏡相應(yīng)的位置上設(shè)有透鏡安裝臺(tái)階。

進(jìn)一步，所述保護(hù)鏡為平行平板玻璃，兩面鍍有激光增透膜。

通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：本發(fā)明提出的一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)，將由光纖傳輸并發(fā)出的激光通常為截面為圓形，且光斑功率不均勻，中心功率較高，邊緣功率較低的發(fā)散激光整形成較均勻的條形光斑，并采用掃描轉(zhuǎn)鏡，控制條形光斑在被清洗表面上掃描，實(shí)現(xiàn)光斑的線掃描，用于激光除銹、除漆等，可應(yīng)用于手持式、掃描式等激光清洗設(shè)備，提高激光清洗的效率。

附圖說明

以下結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)的局部坐標(biāo)圖。

圖3為本發(fā)明一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)中光闌截面示意圖。

圖4為本發(fā)明一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)整形后激光光斑及掃描方向示意圖。

圖中：1-光纖輸出頭、2-光闌、3-y方向準(zhǔn)直透鏡、4-x方向準(zhǔn)直透鏡、5-y方向聚焦透鏡、6-掃描轉(zhuǎn)鏡、7-保護(hù)鏡、8-系統(tǒng)外殼、801-sma905接口、802-透鏡安裝臺(tái)階、9-被清洗表面。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)，如圖1及圖2所示，包括光纖輸出頭1、光闌2、y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4、y方向聚焦透鏡5、掃描轉(zhuǎn)鏡6、保護(hù)鏡7及系統(tǒng)外殼8，所述光闌2、y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4及y方向聚焦透鏡5的中心軸與光纖輸出頭1的中心軸重合，所述y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4及y方向聚焦透鏡5都為正光焦度透鏡。

所述y方向準(zhǔn)直透鏡3為柱透鏡，安裝在所述光纖輸出頭1后面，y方向準(zhǔn)直透鏡3與所述光纖輸出頭1端面距離與y方向準(zhǔn)直透鏡3焦距相等，其作用是對(duì)激光光束y方向進(jìn)行準(zhǔn)直，即壓縮激光光束在y方向發(fā)散角至最小。

如圖3所示，所述光闌2的通光孔呈圓形，光闌2安裝在所述y方向準(zhǔn)直透鏡3與所述光纖輸出頭1之間，由于所述光纖輸出頭1發(fā)出的激光為高斯光束，中心功率較高，邊緣功率較低，直接用于激光清洗會(huì)因?yàn)槟芰坎痪鶆驅(qū)е虑逑促|(zhì)量不均勻，采用所述光闌2，用于遮擋傳輸?shù)募す夤馐吘壍募す?，僅允許激光光束中心功率較高的部分通過，一定程度上使激光光束能量勻化，所述光闌2安裝位置和直徑需根據(jù)激光光束從所述光纖輸出頭1發(fā)出后的光束尺寸具體設(shè)計(jì)，采用固化膠固化到所述系統(tǒng)外殼8內(nèi)壁相應(yīng)位置上。

所述x方向準(zhǔn)直透鏡4為柱透鏡，安裝在所述y方向準(zhǔn)直透鏡3后面，x方向準(zhǔn)直透鏡4與光纖輸出頭1輸出端之間的距離和x方向準(zhǔn)直透鏡4的焦距相等，僅能對(duì)激光光束x方向進(jìn)行準(zhǔn)直，即壓縮激光光束在x方向發(fā)散角至最小，此時(shí)獲得x方向和y方向都準(zhǔn)直的激光光束。

所述y方向聚焦透鏡5為柱透鏡，安裝在所述x方向準(zhǔn)直透鏡4后面光路中，僅能對(duì)激光光束y方向進(jìn)行聚焦，使光束在y方向聚焦透鏡5焦點(diǎn)處尺寸達(dá)到最小，此時(shí)在所述y方向聚焦透鏡5焦點(diǎn)處，獲得x方向較長(zhǎng)，y方向很窄的條形光斑，所述y方向聚焦透鏡5采用長(zhǎng)焦距設(shè)計(jì)，使工作距離較遠(yuǎn)，且焦深較長(zhǎng)。

傳統(tǒng)激光掃描采用掃描振鏡裝置完成，是激光加工系統(tǒng)中的常用方式，利用相互垂直的兩塊擺鏡，實(shí)現(xiàn)光斑的掃描。由于振鏡是往復(fù)擺動(dòng)，在兩側(cè)擺動(dòng)到最大值時(shí)速度為零，不是勻速擺動(dòng)，因此當(dāng)振鏡擺動(dòng)到最大、需要反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在機(jī)械停頓，導(dǎo)致激光功率密度的不均勻，這是振鏡掃描存在的一個(gè)固有問題。為克服振鏡擺動(dòng)的機(jī)械停頓，本發(fā)明中采用所述掃描轉(zhuǎn)鏡6控制激光掃描，由于掃描轉(zhuǎn)鏡6是單方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不存在機(jī)械停頓的問題，所以光束能量密度的均勻性可以保證的較好，所述掃描轉(zhuǎn)鏡6為多邊形反射鏡，每個(gè)面都鍍有激光高反射膜，安裝在所述y方向聚焦透鏡5后面，以x方向固定軸為旋轉(zhuǎn)中心軸，掃描轉(zhuǎn)鏡6的旋轉(zhuǎn)中心軸與電機(jī)的輸出軸連接，由電機(jī)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)。所述掃描轉(zhuǎn)鏡6在電機(jī)控制下，按一定頻率逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，保持始終有一個(gè)面被經(jīng)過所述y方向聚焦透鏡5聚焦后的激光照射，使激光在其表面上反射，在y-z平面內(nèi)改變激光傳輸方向。隨著所述掃描轉(zhuǎn)鏡6沿旋轉(zhuǎn)中心軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，激光交替照射到所述掃描轉(zhuǎn)鏡6不同面上，且入射角在一定范圍內(nèi)由小到大成周期性變化。激光在所述掃描轉(zhuǎn)鏡6控制下在一定范圍內(nèi)沿逆時(shí)針周期性單向擺動(dòng)，使聚焦后的條形光斑在被清洗表面9上沿z軸方向單向掃描，實(shí)現(xiàn)線掃描如圖4所示。

所述光纖輸出頭1、光闌2、y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4、y方向聚焦透鏡5、掃描轉(zhuǎn)鏡6、保護(hù)鏡7都安裝在所述系統(tǒng)外殼8上，其中所述保護(hù)鏡7為平行平板玻璃，兩面鍍有激光增透膜，安裝在經(jīng)所述掃描轉(zhuǎn)鏡6后激光傳輸方向上，保護(hù)所述系統(tǒng)外殼8內(nèi)其他光學(xué)器件。

所述光纖輸出頭1為sma905型號(hào)接頭，在所述系統(tǒng)外殼8前端設(shè)有與光纖輸出頭1相匹配的sma905接口801，用于所述光纖輸出頭1固定安裝。

所述系統(tǒng)外殼8內(nèi)壁在與y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4及y方向聚焦透鏡5相應(yīng)的位置上設(shè)有透鏡安裝臺(tái)階802，所述y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4、y方向聚焦透鏡5采用固化膠將邊緣固化到所述透鏡安裝臺(tái)階802上，固化膠采用紫外固化膠，利用紫外固化燈照射固化，并采用恒溫箱進(jìn)行熱固化，保證所述光闌2、y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4、y方向聚焦透鏡5及保護(hù)鏡7安裝堅(jiān)固可靠。

綜上，本發(fā)明一種激光清洗線掃描光學(xué)系統(tǒng)，包括光纖輸出頭1、光闌2、y方向準(zhǔn)直透鏡3、x方向準(zhǔn)直透鏡4、y方向聚焦透鏡5、掃描轉(zhuǎn)鏡6、保護(hù)鏡7及系統(tǒng)外殼8，對(duì)傳輸光纖傳輸?shù)募す膺M(jìn)行光束整形，獲得功率比較均勻的條形光斑，再利用掃描轉(zhuǎn)鏡6控制條形光斑在被清洗表面9上掃描，形成線掃描，用于激光除銹、除漆等激光清洗設(shè)備，可提高激光清洗效率。

上述實(shí)施例僅為例示性說明本發(fā)明的方法和有益效果，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此方法的人士均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如申請(qǐng)專利范圍所列。