[發明專利]一種動態范圍激光清洗方法

有效

• 申請號: 201810131845.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108296230B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 李明;姜瀾;盧津
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;北京理工大學
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00;G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種動態范圍激光清洗方法，包括以下步驟：采用位相預補償軸向會聚光束像差分離的方式，對軸向光束整形，使得光束在十米距離內保持光束處于匯聚狀態；通過誤差校正光束能量空間調控的方式，對基于折、衍射光束變換的光束能量進行空間調控，將光束整形為平頂方形均勻分布，在清洗過程中保持光束能量分布均勻；對光束進行整形檢測與參量修正，對位相調制數據進行離散化，通過整形?匯聚試驗得到光束參數，根據光束整形后的輸出，對光束參數進行迭代調整。

技術領域：

本發明屬于激光清洗領域，涉及一種動態范圍激光清洗方法。該方法對不規則起伏導致的激光光束會聚位置偏離和清洗質量下降進行改進，本發明提出了長焦深光束空間調控整形技術，實現激光會聚范圍延展和空間分布穩定，簡化裝備結構、提高效率和降低成本。

背景技術：

激光清洗主要是把高亮度和方向性好的連續或脈沖激光，通過光學聚焦和光斑整形后形成具有特定光斑形狀與能量分布的激光束，照射到被污染的需要清洗的材料位置，并使其表面燒蝕、分解、電解、熔化及收縮等多種物理化學變化過程，并最終去除污染物而不損壞材料本身。相比于傳統的機械摩擦清洗及化學腐蝕清洗，激光清洗污染更小，清洗質量與效率更高，且激光清洗技術可以實現包括鋼、鋁合金、鈦合金和玻璃等材料的精細加工，并逐漸被應用于航天、航空、船舶、高鐵、核電和海洋等領域，實現從宏觀到微納顆粒結構的激光清洗。

文獻1“激光清洗的發展歷程”簡述了激光清洗的發展歷程及各階段的應用領域，文獻2“激光清洗工藝的發展現狀與展望”描述了激光清洗的優勢并將其與傳統清洗方式進行了比較。文獻3“貝塞爾光束與激光打孔”簡述了傳統高斯光束在激光加工中存在焦深過淺的問題，以及貝塞爾光束在激光加工中的優勢。

雖然激光技術已經被成功應用于各種材料的清洗加工，但清洗的質量存在著各種差異，尤其對于形狀不規則的構件表面，激光清洗仍存在一定加工難度。由于目前采用的激光清洗技術，其加工焦點位置多處于同一平面，導致構件表面存在微小起伏狀況時，激光光束匯聚位置偏離，清洗質量下降，不能形成較高的表面質量。激光清洗焦點匯聚位置狀態的改變，也使得激光匯聚區間有限，造成構件的清洗范圍變窄。激光加工時的能量通常為非均勻分布的高斯光束，能量在中心位置偏高，周邊位置較低，導致激光清洗時容易引起構件局部溫度過高，影響激光與污染物之間的相互作用，進而降低了清洗效果，達不到加工要求。

參考文獻：

[1]宋峰,伍雁雄,劉淑靜.激光清洗的發展歷程[J].清洗世界,2005,21(6):37-40.

[2]王澤敏,曾曉雁,黃維玲.激光清洗工藝的發展現狀與展望[J].激光技術,2000,24(2):68-73.

[3]蔣志平,陸啟生,劉澤金.貝塞爾光束與激光打孔[J].光學技術,1996(1):32-35.

發明內容：

構件表面的不規則起伏會導致激光光束會聚位置偏離和清洗質量下降。本發明提出長焦深光束空間調控整形技術，實現激光會聚范圍延展和空間分布穩定，簡化裝備結構、提高效率和降低成本。

(1)位相預補償軸向會聚光束像差分離技術

常規光束會聚時焦深短、焦點附近變化劇烈，清洗復雜面形構件時對機械臂響應速度、定位精度、結構穩定度提出很高的要求。為保證清洗效果一致性與均勻性，需要研究軸向光束整形技術，實現長距離內保持光束會聚狀態，滿足大范圍動態清洗要求。

分析微結構整形元件因光熱效應引起的輸出波前畸變，引入位相預補償機制，結合激光傳輸能量守恒法則，研究軸向會聚光束像差分離技術，實現激光輸入-輸出振幅、位相等參量精確調控和整形元件位相分割，保持長焦深范圍內光束會聚狀態。

(2)誤差校正光束能量空間調控技術