CN217528517U - 一种均匀线光斑激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种均匀线光斑激光清洗装置，包括激光器、扫描振镜、传能光纤、控制器和场镜，激光器内设置有Q开关，用于产生激光脉冲；扫描振镜用于反射激光器产生的激光；传能光纤将激光器发出的激光传输至扫描振镜；控制器用于向激光器发出TTL信号和Q开关控制信号，向扫描振镜发出振镜控制信号，所述TTL信号用于促使激光器产生脉冲串，所述Q开关控制信号用于控制Q开关的工作状态，所述振镜控制信号为对称的三角波，所述TTL信号、Q开关控制信号和振镜控制信号为同步信号；场镜与扫描振镜对轴放置，实现光束的聚焦。本实用新型结构简单，使用方便，能够控制抑制脉冲的个数，实现精确的控制，消除扫描线两端不均匀的功率密度引起的色差。

Description

一种均匀线光斑激光清洗装置

技术领域

本实用新型涉及激光清洗技术领域，尤其是涉及一种均匀线光斑激光清洗装置。

背景技术

激光清洗是利用窄脉宽、高能量密度的激光作用于待清洗物表面，在快速光振动、汽化、分解和等离子体剥离等机理的共同作用下，使污物脱离基底，实现表面清洗的新型绿色工业清洗技术。激光清洗装置一般由激光器和扫描振镜组成，激光器通常分为光纤激光器和固体激光器。固体激光器由于更高的脉冲能量和峰值功率，更高的抗反射能力，是激光清洗的理想光源。脉冲固体激光器一般由Q开关控制脉冲的产生和重复频率，Q开关由Q驱动来控制关断。固体激光器产生的激光耦合进入柔性光纤中，与扫描振镜连接，从而实现一般的激光扫描，而最常用的是一维扫描振镜。

激光清洗的效果评价有多类，如清洗污染物的厚度，清洗效率，对基材的影响，色差等。对固体激光器而言，高能量的脉冲能够清洗更厚的表面污染物，从而具有更高的清洗效率。大能量固体激光器多为多模形式，光斑分布更加均匀，作用长度也较短，因而对基材的损伤要优于其他种类的激光器。色差的产生多因为脉冲能量密度不均匀导致，而一维扫描***中，由于振镜的加速与减速过程，导致扫描线两端的能量密度较高，从而产生色差。常用的获得均匀扫描的方法包括采用转镜的方式，这种方法所用的***较为复杂，且仍需要额外的手段来控制扫描宽度；也有方法通过激光器外的脉冲控制技术，这种方法通常需要额外的器件，也需要额外的信号同步技术，增加了成本；也有专利提及控制激光器驱动电流来改变两端处的功率，但这种方法较为粗糙，且快速关断大的驱动电流容易引起激光器寿命的缩短；此外还有采用遮挡两端光斑的方法，但这种方法只能固定在一种扫描宽度上。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种均匀线光斑激光清洗装置，能够有效的消除扫描线两端的色差。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种均匀线光斑激光清洗装置，包括：

激光器，其内设置有Q开关，用于产生激光脉冲；

扫描振镜，用于反射激光器产生的激光；

传能光纤，将激光器发出的激光传输至扫描振镜；

控制器，用于向激光器发出TTL信号和Q开关控制信号，向扫描振镜发出振镜控制信号，所述TTL信号用于促使激光器产生脉冲串，所述Q开关控制信号用于控制Q开关的工作状态，所述振镜控制信号为对称的三角波，所述TTL信号、Q开关控制信号和振镜控制信号为同步信号；

场镜，与扫描振镜对轴放置，实现光束的聚焦。

优选的是，所述激光器为脉冲固体激光器。

优选的是，所述激光器的单脉冲能量为1mJ-150mJ，峰值功率3MW。

优选的是，所述TTL信号的重复频率为10kHz，占空比2％。

优选的是，所述Q开关控制信号的频率为振镜控制信号的频率的2倍。

优选的是，所述扫描振镜的偏转角度为±12°，所述场镜的焦距为160mm。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型均匀线光斑激光清洗装置包括激光器、扫描振镜、传能光纤、控制器和场镜，通过控制激光器的Q开关来控制激光脉冲的发射，无需额外的器件和额外的控制信号，结构简单，使用方便，降低了装置成本，使用控制器改变Q开关关断的持续时间，控制抑制脉冲的个数，实现精确的控制，消除扫描线两端不均匀的功率密度引起的色差。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

附图1为本实用新型均匀线光斑激光清洗装置的结构示意图；

附图2为本实用新型均匀线光斑激光清洗装置的同步信号控制的时序图。

其中：1、激光器；101、Q开关；2、控制器；3、扫描振镜；4、TTL信号；5、Q开关控制信号；6、振镜控制信号；7、传能光纤；8、场镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如附图1为本实用新型均匀线光斑激光清洗装置，包括激光器1、扫描振镜3、传能光纤7、控制器2和场镜8。

本实施例中的激光器1为高能脉冲固体激光器，由振荡器和放大器组成。激光器1的增益介质为侧面泵浦的NdYAG晶体，辐射激光波长为1064nm。振荡器采用平平腔结构，腔内***Q开关101作为激光脉冲产生的装置。振荡器经过级联的侧面泵浦放大器将单脉冲能量放大到最高150mJ，峰值功率高达3MW。大能量和高峰值功率的多模激光能够快速气化污染物，使其与基底快速分离，同时不影响基底表面。

扫描振镜3用于反射激光器1产生的激光，传能光纤7将激光器1发出的激光传输至扫描振镜3。激光器1产生的激光为空间光，为实现灵活多样的清洗，通常需要将激光耦合进入传能光纤7中。传能光纤7一般为大芯径的多模光纤，光纤芯径的范围为100um-1000um，外层一般为金属封装作为保护套。传能光纤7将激光传输至扫描振镜3的前端，准直后打在振镜镜面上。

控制器2用于向激光器1发出TTL信号4和Q开关控制信号5，向扫描振镜3发出振镜控制信号6。如附图2所示的I为TTL信号4，TTL信号4用于促使激光器1产生脉冲串，本实例中，TTL信号4的重复频率为10kHz，占空比为2％，得到的激光脉冲的重复频率为10kHz，脉冲宽度为50ns。如附图2所示的II为Q开关控制信号5，Q开关控制信号5用于控制Q开关101的工作状态，当Q开关控制信号5为高电平时，Q开关101处于关闭状态，此时，激光器1将不产生脉冲；当Q开关控制信号5为低电平时，Q开关101处于工作状态，激光器1继续发射脉冲。如附图2所示的III为振镜控制信号6，振镜控制信号6为对称的三角波，三角波的频率为1-100Hz可调，幅值可调范围为0～±5V。TTL信号4、Q开关控制信号5和振镜控制信号6为同步信号，具有固定的相位或可调的固定相位，其中，Q开关控制信号5的频率为振镜控制信号6的频率的2倍。

扫描振镜3的扫描范围和扫描频率由振镜控制信号6的频率和幅值决定。由于振镜控制信号6为线性电压，扫描振镜3在大范围内能够实现均匀的扫描光斑，但由于扫描振镜3在往返扫描过程中，不可避免的加速与减速，特别是对于尺寸较大的振镜镜片尺寸，加减速引起的停滞效应更为明显，因此，扫描光斑在两端是不均匀的。这时，通过Q开关控制信号5关闭此刻的激光脉冲，即可避开扫描振镜3的加减速过程，使剩余部分的扫描为均匀扫描。

场镜8与扫描振镜3对轴放置，实现光束的聚焦。场镜8一般由多层镜片组成，能够使不同入射角度的光束在像平面上具有相同的焦点和小的畸变。本实施例中，扫描振镜3的偏转角度为±12度，场镜8的焦距为160mm，场镜8的焦距和扫描距离可以根据清洗的需要更换。调整扫描振镜3和场镜8的光路，使扫描振镜3的光轴对准场镜8的中心，能够保证扫描光斑的对称性。

本实用新型通过控制激光器1的Q开关101来控制激光脉冲的发射，无需额外的器件和额外的控制信号，结构简单，使用方便，使用控制器2改变Q开关101关断的持续时间，控制抑制脉冲的个数，实现精确的控制，消除扫描线两端不均匀的功率密度引起的色差。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于，包括：

激光器，其内设置有Q开关，用于产生激光脉冲；

扫描振镜，用于反射激光器产生的激光；

传能光纤，将激光器发出的激光传输至扫描振镜；

控制器，用于向激光器发出TTL信号和Q开关控制信号，向扫描振镜发出振镜控制信号，所述TTL信号用于促使激光器产生脉冲串，所述Q开关控制信号用于控制Q开关的工作状态，所述振镜控制信号为对称的三角波，所述TTL信号、Q开关控制信号和振镜控制信号为同步信号；

场镜，与扫描振镜对轴放置，实现光束的聚焦。

2.根据权利要求1所述的均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于：所述激光器为脉冲固体激光器。

3.根据权利要求1所述的均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于：所述激光器的单脉冲能量为1mJ-150mJ，峰值功率3MW。

4.根据权利要求1所述的均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于：所述TTL信号的重复频率为10kHz，占空比2％。

5.根据权利要求1所述的均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于：所述Q开关控制信号的频率为振镜控制信号的频率的2倍。

6.根据权利要求1所述的均匀线光斑激光清洗装置，其特征在于：所述扫描振镜的偏转角度为±12°，所述场镜的焦距为160mm。

Images