CN111215396A - 一种超薄板材的激光清洗组件、清洗方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超薄板材的激光清洗组件、清洗方法及应用。激光清洗组件包括栅网板、透明盖板和保护气充气装置，栅网板设置在所述激光清洗机的激光射线传输路线上并与所述激光清洗机连接；所述栅网板上设有网孔，所述激光射线全部照射在所述栅网板上并从所述网孔中穿过；透明盖板设置在所述栅网板的下方并盖在所述超薄板材上，且所述透明盖板与所述超薄板材的一面设有若干个通气槽，所述激光射线穿过所述网孔后照射在所述透明盖板上；保护气充气装置通过输气管道与对应的所述通气槽连接。本发明结构简单，与激光清洗机匹配使用效果好，适用于对超薄板材的激光清洗，有利于提高超薄板材的激光清洗效果。

Description

一种超薄板材的激光清洗组件、清洗方法及应用

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，特别是涉及一种超薄板材的激光清洗组件、清洗方法及应用。

背景技术

激光清洗是指利用高能激光束照射工件表面(瞬间峰值最大功率可达兆瓦级)，使工件表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，能高速有效地清除清洁对象的表面附着物或表面涂层，从而达到洁净的工艺过程。激光清洗主要技术特点包括：(1)采用短脉冲光源，可降低清洗件的发热，基本实现“冷处理”。(2)清洗机理为选择吸收，在窗口参数的工作条件下确保有效移除污染物的同时几乎不损伤或改性基材。(3)激光清洗设备采用光纤传导轻便灵活，可配备手持式激光头和机械手臂式激光头。

随着对激光清洗技术研究的深入，发现激光清洗在清洗厚度为0.3mm以上的材料时，由于板厚效应的存在，激光对板材表面的损伤极小，可以忽略激光对板材的损伤。

但是，对于一些厚度小于0.3mm的超薄板材、箔材，在采用激光清洗时，由于其厚度太薄，导致热效应显著提高，激光清洗这类材料后经常导致其翘曲变形，表面微观组织有烧蚀痕迹。特别是在激光清洗扫描宽度的边界位置，由于激光束往返过程中的搭接效应，使得激光扫描条带的两侧边界出现过烧现象，微观组织烧蚀严重。因此，目前对于超薄板材、箔材的激光清洗目前的表面损伤与翘曲变形还未见有效的解决措施，严重影响激光清洗在超薄板材、箔材中的应用推广。

鉴于此，如何提供一种适用于对厚度低于0.3mm的超薄板材激光清洗的激光清洗组件、清洗方法及应用是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种超薄板材的激光清洗组件，包括栅网板、透明盖板、保护气充气装置。能减少超薄板材的形变量和表面氧化，使得清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

本发明实施例第二方面提供了一种超薄板材的激光清洗方法。能减少超薄板材的形变量和表面氧化，使得清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

本发明实施例第三方面提供了一种激光清洗组件的应用。解决了厚度为0.01mm-0.3mm超薄板材的激光清洗效果不佳的问题。

(2)技术方案

本发明的实施例第一方面提出了一种超薄板材的激光清洗组件，应用于激光清洗机上，包括：栅网板、透明盖板和保护气充气装置，其中栅网板设置在所述激光清洗机的激光射线传输路线上并与所述激光清洗机连接，用于随所述激光清洗机发出的激光射线一起移动；所述栅网板上设有网孔，所述激光射线全部照射在所述栅网板上并从所述网孔中穿过；透明盖板设置在所述栅网板的下方并盖在所述超薄板材上，且所述透明盖板与所述超薄板材的一面设有若干个通气槽，所述激光射线穿过所述网孔后照射在所述透明盖板上；保护气充气装置通过输气管道与对应的所述通气槽连接，用于向所述通气槽内通入保护气。

进一步地，所述激光清洗机包括用于发射激光射线的激光发射头，所述栅网板通过连接杆与所述激光发射头连接。

进一步地，所述激光射线的照射区域位于所述网孔的边界与所述栅网板的边界之间。

进一步地，所述透明盖板为玻璃板，其透射率不小于98％。

进一步地，所述激光清洗组件还包括压紧块，所述压紧块位于所述透明盖板的上端面上的四周，且位于激光射线照射范围外。

进一步地，所述保护气充气装置包括气源和控制阀，所述气源通过输气管道与所述控制阀连接，所述控制阀通过输气管道与对应的所述通气槽连接。

进一步地，所述通气槽均匀分布，相邻的所述通气槽之间的间距为5mm-20mm。

进一步地，所述栅网板由金属材质制成。

本发明的实施例第二方面提出了一种超薄板材的激光清洗方法，包括本发明实施例第一方面任一项所述的激光清洗组件，所述激光清洗方法包括：将所述透明盖板盖在待清洗的超薄板材上，并将所述保护气充气装置与所述透明盖板上对应的所述通气槽连接；开启所述保护气充气装置向所述通气槽内通入保护气；启动激光清洗机对所述超薄板材待清洗区域进行激光清洗。

本发明的实施例第三方面提出了激光清洗组件在厚度为0.01mm-0.3mm超薄板材的激光清洗中的应用。

(3)有益效果

综上所述，本发明的激光清洗组件利用透明盖板的重量减少超薄板材的形变量。同时利用保护气充气装置向通气槽内注入保护气体，可以避免激光清洗时超薄板材表面因被氧化而发生烧蚀的现象。且设置的栅网板以及网孔，使得激光清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

除此之外，本发明的激光清洗组件结构简单，与激光清洗机匹配使用效果好，本发明的激光清洗方法适用于对厚度为0.01mm-0.3mm超薄板材的激光清洗，有利于提高超薄板材的激光清洗效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例第一方面的一种激光清洗组件的结构示意图。

图2是本发明实施例第一方面中栅网板的俯视结构示意图。

图3是本发明实施例第一方面激光射线穿过栅网板的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例第一方面激光射线穿过栅网板的主视结构示意图。

图5是本发明实施例第一方面透明盖板、压紧块以及超薄板材的位置关系示意图。

图6是本发明实施例第一方面透明盖板的结构示意图。

图7是本发明实施例第二方面的激光清洗方法对钛箔清洗的效果图。

图8是本发明实施例第二方面的对比例采用方法清洗后的钛箔的效果图。

图中：栅网板1、透明盖板2、保护气充气装置3、网孔4、通气槽5、激光发射头6、连接杆7、压紧块8、气源9、控制阀10；

超薄板材100。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1-附图8并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图1和附图2所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件，应用于激光清洗机上，包括：栅网板1、透明盖板2和保护气充气装置3。

具体的，栅网板1可以设置在激光清洗机的激光射线传输路线上并与激光清洗机连接，用于随激光清洗机发出的激光射线一起移动；栅网板1上设有网孔4，激光射线全部照射在栅网板1上并从网孔4中穿过；透明盖板2设置在栅网板1的下方并盖在超薄板材100上，且透明盖板2与超薄板材100的一面设有若干个通气槽5，激光射线穿过网孔4后照射在透明盖板2上；保护气充气装置3通过输气管道与对应的通气槽5连接，用于向通气槽5内通入保护气。

在本发明实施例中，首先在超薄板材100上盖有透明盖板2，可以利用透明盖板2的重量将超薄板材100压盖住，这样在激光清洗过程中，可以利用透明盖板2的重量减少超薄板材100的形变量。同时，在透明盖板2相对超薄板材100的一面设有若干个通气槽5，利用保护气充气装置3向通气槽5内注入保护气体，这样降低超薄板材100表面在激光清洗时因高温被周围空气氧化的问题；由于超薄板材100表不会被氧化，从而可以避免激光清洗时超薄板材100表面因被氧化而发生烧蚀的现象。最后，本发明在激光清洗机的激光射线传输路径上设置有栅网板1，栅网板1上设置有激光射线通过的网孔4，利用网孔4限定激光射线的区域，使得激光射线从网孔4中射出后全部落在超薄板材100上的待清洗区域。由于激光射线全部照射在栅网板1上，所以不会发生因为激光射线从栅网板1外照射到超薄板材100上的现象，这样激光射线在激光清洗的往返运动过程中始终通过网孔4中穿过照射在超薄板材100上的待清洗区域，避免了激光射线从栅网板1外侧照射到超薄板材100上不需要清洗的区域，从而减少甚至不会对不需要清洗区域的激光照射，使得激光清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

综上所述，本发明实施例的激光清洗组件利用透明盖板2的重量减少超薄板材100的形变量。同时，利用保护气充气装置3向通气槽5内注入保护气体，可以避免激光清洗时超薄板材100表面因被氧化而发生烧蚀的现象。且设置的栅网板1以及网孔4，使得激光清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

参阅附图1所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，激光清洗机可以包括用于发射激光射线的激光发射头6，栅网板1通过连接杆7与激光发射头6连接。如前所述，本发明实施例中栅网板1与激光清洗机连接，栅网板1用于随激光清洗机发出的激光射线一起移动，且激光清洗机上的激光射线全部照射在栅网板1上并从网孔4中穿过。因此，通过连接杆7将栅网板1与激光发射头6连接，栅网板1与激光发射头6之间保持位置相对稳定，这样无论激光发射头6在工作中如何移动，其发出的激光射线都会准确无误地照射到栅网板1上。所以，将栅网板1通过连接杆7与激光发射头6连接有利于保证激光发射头6发出的激光射线照射到栅网板1上，确保激光射线不会从栅网板1外溢出而照射到超薄板材100的非清洗区域，对超薄板材100的非清洗区域造成烧蚀。

参阅附图1、附图3和附图4所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，激光射线的照射区域位于网孔4的边界与栅网板1的边界之间，如附图3所示，激光射线的照射区域在h与H之间，其中h为网孔4的长度，H为栅网板1的长度。

首先，当所有激光射线照射在栅网板1的边界内，这样激光射线就不会从栅网板1的边界处溢出，从而在激光清洗时，激光清洗机运载激光射线移动过程中不会发生因激光射线溢出栅网板1的边界照射到超薄板材100的非清洗区域，造成非清洗区域出现烧蚀的问题。设置在栅网板1上的网孔4用于限定激光射线的出束量，当激光射线只能从网孔4中射出以后，栅网板1在激光清洗机的运载下可以将射线只照射到超薄板材100上待清洗区域，从而能实现对待清洗区域的精确激光照射清洗，大大降低对边界位置的微观组织烧蚀。

具体地，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，透明盖板2为玻璃板，其透射率不小于98％。玻璃具有透光率好、制备简单、成本便宜的优点，广泛应用于光写领域，尤其是K9玻璃，属于光学玻璃，主要用于光学镀膜等领域。K9料。且当透明盖板2透射率不小于98％时，透明盖板2对激光射线的损耗也大大降低，有利于保持高能量的激光射线的输出。

进一步地，参阅附图1和附图5所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，激光清洗组件还包括压紧块8，压紧块8位于透明盖板2的上端面上的四周，且位于激光射线照射范围外。首先，如前所述，透明盖板2一方面用于利用自身的重力将超薄板材100盖住，避免超薄板材100在激光清洗时在热量集聚情况下发生变形，而本发明实施例中在透明盖板2上设置压紧块8，可进一步提高透明盖板2施加在超薄板材100上的作用力，从而对超薄板材100的形变控制效果更好；除此之外，将压紧块8设置在透明盖板2上端面的四周位置，且位于激光射线照射范围外，可以避免压紧块8阻碍激光射线对超薄板材100表面待清洁区域的激光照射清洗。

进一步地，参阅附图1所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，保护气充气装置3可以包括气源9和控制阀10，气源9通过输气管道与控制阀10连接，控制阀10通过输气管道与对应的通气槽5连接。如前所示，保护气充气装置3主要用于向通气槽5内输入保护气，激光清洗机发出的激光射线照射到超薄板材100表面引起超薄板材100表面热量急剧增加时，由于通气槽5内通入有保护气，保护气将超薄板材100表面与空气隔绝，从而可以避免超薄板材100表面被氧化，从而杜绝了超薄板材100因氧化而变形的问题。在此，需要说明的时，激光清洗所需的保护气一般采用惰性气体，如氮气、氩气等。同时通过控制阀10控制气源9向通气槽5内输入保护气，具有结构简单、开关方便、输气速度可控的优点。

进一步地，参阅附图1、附图5和附图6所示，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，通气槽5均匀分布，相邻的通气槽5之间的间距为5mm-20mm。均匀设置的通气槽5有利于保护气均匀分布在通气槽5内，且通气槽5内的保护气还可以溢出在透明盖板2与超薄板材100之间接触的位置上，从而将超薄板材100表面待清洗区域全部充满保护气。同时，相邻的通气槽5之间的间距为5mm-20mm之间，通气槽5溢出的气体可以更加均匀在超薄板材100表面。

具体的，根据本发明实施例第一方面的一种超薄板材100的激光清洗组件中，栅网板1可以由金属材质制成。一般的，栅网板1需要将超过网孔4区域的激光射线隔离开，避免超过网孔4区域的激光射线照射到超薄板材100上，引起边界位置的微观组织出现烧蚀。而金属材质能将绝大部分激光射线隔离开，只让激光射线从网孔4中溢出，当激光射线只从网孔4中溢出时，激光清洗组件在激光清洗机的运载下可以精确地对超薄板材100上的待清洗区域进行激光清洗，解决了现有技术中激光射线对边界位置的微观组织出现烧蚀。

根据本发明实施例的第二方面的一种超薄板材100的激光清洗方法，应用在本发明实施例第一方面任一项所述的激光清洗组件中，激光清洗方法包括：

首先，将透明盖板2盖在待清洗的超薄板材100上，并将保护气充气装置3与透明盖板2上对应的通气槽5连接；然后，开启保护气充气装置3向通气槽5内通入保护气；最后，启动激光清洗机对超薄板材100上的待清洗区域进行激光清洗。

下面通过具体的实施例来说明本发明的激光清洗方法。

首先，采用3mm厚度的K9玻璃，制备成如附图6所示的带通气槽5的透明盖板2。其中，K9玻璃制成的透明盖板2的厚度为10mm，盖板长度与宽度均为120mm。通气槽的尺寸为1.5X1.5mm，通气槽均匀分布，间隔距离约5mm。

激光清洗时，先将透明盖板2覆盖在超薄板材100上。在透明盖板2上面分别压覆一块压紧块8，压紧块8重量为3kg。压紧块8放置位置可放置在透明盖板2周边，以不影响清洗区域。在通气槽5内通入纯氩气作为保护气体保护，气压为0.5Mpa，气体纯度99.99％。

采用紫铜材料制作栅网板1，其基本形状为附图2和附图3所示的结构。其中外边长度H为100mm，内边长度h为80mm，外边宽度D为30mm，内边宽度d为10mm，厚度E为10mm。

如附图1所示，将栅网板1采用连接杆7悬挂于激光清洗头下方，激光清洗时栅网板1随激光清洗机的激光发射头6作同步运动，始终保持激光束从网孔4中射出，激光清洗时，设置激光扫描宽度L数值，使得h＜L＜H，同时激光束扫描位置位于内边宽度d的中心位置。激光清洗时，使得激光束扫描宽度的两个端头位于栅网板1的边框上，激光扫描光束在网孔4的中心窗口位置射出。

最后，激光清洗组件在激光清洗机的运载下对超薄板材100表面进行激光清洗。

采用本发明实施例的激光清洗方法对厚度为0.1mm的钛箔进行清洗后，采用金相显微镜观察清洗表面烧蚀，并测量钛箔变形情况，如附图7(a)所示,可见激光清洗边界处过渡均匀，高倍镜下清洗边界无烧蚀情况。同时测量激光清洗后钛箔的变形情况，如附图7(b)所示,钛箔表面平整基本无变形情况。

作为对比，采用如上述实施例相同的激光清洗机采用常规的激光清洗方法对厚度为0.1mm的钛箔进行清洗，清洗后的钛箔表面金相见图8(a)所示，可见常规激光清洗方法激光清洗边界处为锯齿状，高倍下清洗边界处局部烧蚀。同时测量激光清洗后的钛箔变形情况，附图8(b)所示,激光清洗后箔材产生翘曲变形，翘曲角度达到25-30度。

因此，本发明实施例的激光清洗方法减少了超薄板材100的形变量，可以避免激光清洗时超薄板材100表面因被氧化而发生烧蚀的现象，且使得激光清洗边界处的烧蚀现象得到显著降低。

根据本发明实施例第三方面的激光清洗组件在厚度为0.01mm-0.3mm超薄板材的激光清洗中的应用。当板材的厚度超过0.3mm时，激光清洗时，由于板材厚度较厚，其自身应力较强，不易发生变形，因此，也可以不适用本发明实施例的激光清洗组件。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种超薄板材的激光清洗组件，应用于激光清洗机上，其特征在于，包括：

栅网板，其设置在所述激光清洗机的激光射线传输路线上并与所述激光清洗机连接，用于随所述激光清洗机发出的激光射线一起移动；所述栅网板上设有网孔，所述激光射线全部照射在所述栅网板上并从所述网孔中穿过；

透明盖板，设置在所述栅网板的下方并盖在所述超薄板材上，且所述透明盖板与所述超薄板材的一面设有若干个通气槽，所述激光射线穿过所述网孔后照射在所述透明盖板上；

保护气充气装置，通过输气管道与对应的所述通气槽连接，用于向所述通气槽内通入保护气。

2.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述激光清洗机包括用于发射激光射线的激光发射头，所述栅网板通过连接杆与所述激光发射头连接。

3.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述激光射线的照射区域位于所述网孔的边界与所述栅网板的边界之间。

4.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在干，所述透明盖板为玻璃板，其透射率不小于98％。

5.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述激光清洗组件还包括压紧块，所述压紧块位于所述透明盖板的上端面上的四周，且位于激光射线照射范围外。

6.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述保护气充气装置包括气源和控制阀，所述气源通过输气管道与所述控制阀连接，所述控制阀通过输气管道与对应的所述通气槽连接。

7.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述通气槽均匀分布，相邻的所述通气槽之间的间距为5mm-20mm。

8.根据权利要求1所述的一种超薄板材的激光清洗组件，其特征在于，所述栅网板由金属材质制成。

9.一种超薄板材的激光清洗方法，包括权利要求1-8任一项所述的激光清洗组件，其特征在于，所述激光清洗方法包括：

将所述透明盖板盖在待清洗的超薄板材上，并将所述保护气充气装置与所述透明盖板上对应的所述通气槽连接；

开启所述保护气充气装置向所述通气槽内通入保护气；

启动激光清洗机对所述超薄板材待清洗区域进行激光清洗。

10.根据权利要求1-8任一项所述的激光清洗组件在厚度为0.01mm-0.3mm超薄板材的激光清洗中的应用。

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