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专利号: 2020107293460
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种手持式激光清洗装置,其特征在于,包括:控制器(17)、光纤激光器(1)、激光准直器(2)、手持式激光清洗头(T);所述光纤激光器(1)输出激光波长λ,输出的激光经过所述激光准直器(2)后变成平行光束,进入手持式激光清洗头(T);

所述手持式激光清洗头(T)内部构造按照激光传输方向依次是第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、反射镜(8)、第六透镜(9)、第七透镜(10)、第八透镜(11)、第九透镜(12)、第十透镜(13)、实时监测器件(15);激光经过所述第十透镜(13)之后打到待清洗样品表面(16)上;

所述控制器(17)能够调整和控制光纤激光器(1)输出激光,所述控制器(17)能够控制手持式激光清洗头(T)以调节出射的清洗激光线宽,所述控制器(17)接收实时监测器件(15)的数据,并根据监测数据发出指令;

所述第一透镜(3)为负透镜、第二透镜(4)为正透镜、第三透镜(5)为负透镜、第四透镜(6)为正透镜、第五透镜(7)为负透镜、第六透镜(9)为正透镜、第七透镜(10)为正透镜、第八透镜(11)为正透镜、第九透镜(12)为正透镜、第十透镜(13)为平面透镜;

所述第一透镜(3)为平凹透镜、第二透镜(4)为平凸透镜、第三透镜(5)为双凹透镜、第四透镜(6)为双凸透镜、第五透镜(7)为双凹透镜、第六透镜(9)为双凸透镜、第七透镜(10)为平凸透镜、第八透镜(11)为平凸透镜、第九透镜(12)为平凸透镜;

所述第一透镜(3)设置有孔径光阑;

所述第一透镜(3)、第二透镜(4)均为非球面透镜;所述第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、第六透镜(9)均为球面透镜;所述第七透镜(10)、第八透镜(11)、第九透镜(12)均为柱面透镜;

所述第三透镜(5)的焦距为f5,第四透镜(6)的焦距为f6,第五透镜(7)的焦距为f7,第六透镜(9)的焦距为f9,且0.5<∣f5/f6∣<1.5,0.5<∣f7/f6∣<1.5,15<∣f9/f7∣<25;

所述第七透镜(10)的焦距为f10,所述第八透镜(11)的焦距为f11,所述第九透镜(12)焦距为f12,且0.8<∣f10/f11∣<1.2,2<∣f12/f11∣<3;

所述第一透镜(3)的透光孔径为D1,且5毫米

2.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述第一透镜(3)的前后表面的半径分别为无限大和67.944毫米;第二透镜(4)的前后表面的半径分别为‑

32.760毫米和无限大;第三透镜(5)的前后表面的半径分别为‑29.115毫米和29.115毫米;

第四透镜(6)的前后表面的半径分别为39.679毫米和‑37.679毫米;第五透镜(7)的前后表面的半径分别为‑32.238毫米和32.238毫米;第六透镜(9)的前后表面的半径分别为

400.000毫米和‑400.000毫米;第七透镜(10)的前表面的X、Y半径分别为无限大和200.000毫米,后表面为平面;第八透镜(11)的前表面为平面,后表面的X、Y半径分别为200.000毫米和无限大;第九透镜(12)的前表面的X、Y半径分别为无限大和500.000毫米,后表面为平面。

3.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述第一透镜(3)的中心厚度为5.000毫米,所述第一透镜(3)与第二透镜(4)之间的空气间隔为100.000毫米;

所述第二透镜(4)的中心厚度为5.000毫米,所述第二透镜(4)与第三透镜(5)之间的空气间隔为10.000毫米;所述第三透镜(5)的中心厚度为10.000毫米,所述第三透镜(5)与第四透镜(6)之间的空气间隔为变量,变化范围从26.000至60.000毫米;所述第四透镜(6)的中心厚度为10.000毫米,所述第四透镜(6)与第五透镜(7)之间的空气间隔为变量,变化范围从

12.000至80.000毫米;所述第五透镜(7)的中心厚度为10.000毫米,所述第五透镜(7)与反射镜(8)之间的空气间隔为变量,变化范围从218.000至250.000毫米;所述反射镜(8)与第六透镜(9)之间的空气间隔为80.000毫米;所述第六透镜(9)的中心厚度为20.000毫米,所述第六透镜(9)与第七透镜(10)之间的空气间隔为10.000毫米;所述第七透镜(10)的中心厚度为15.000毫米,所述第七透镜(10)与第八透镜(11)之间的空气间隔为2.000毫米;所述第八透镜(11)的中心厚度为15.000毫米,所述第八透镜(11)与第九透镜(12)之间的空气间隔为2.000毫米;所述第九透镜(12)的中心厚度为15.000毫米,所述第九透镜(12)与第十透镜(13)之间的空气间隔为2.000毫米;所述第十透镜(13)的中心厚度为15.000毫米。

4.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述装置的工作波段为1064纳米。

5.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述手持式激光清洗头(T)出射的激光光斑焦深大于20毫米,出射的激光线宽可调范围从10毫米到30毫米连续可调,其工作距离固定为300毫米。

6.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述反射镜(8)与入射激光方向的夹角为45度。

7.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述第十透镜(13)为可插拔保护镜,所述手持式激光清洗头(T)外部配套定长300毫米镜筒。

8.根据权利要求1所述的一种手持式激光清洗装置,其特征在于,所述实时监测器件(15)采用独立激光光源632.8纳米波长,光斑直径5毫米,与独立激光光源632.8纳米激光照射方向成30度夹角方向设置反射光采集探头,反射光采集探头采用硅光电二极管,硅光电二极管探头前加632.8纳米的窄带滤光片。

9.一种手持式激光清洗方法,其特征在于,包括:

S1:参数选择及系统初始化

各部件开机,根据具体应用场景,选择合适的参数,例如:选择手持式工作模式,激光波长1064纳米,重复频率50赫兹,清洗激光头出光线宽为20毫米,清洗前后样品表面反射率分别为20%和80%,在此参数下,控制器(17)控制光纤激光器(1)输出波长为1064纳米,重复频率为50赫兹;控制器(17)控制手持式激光清洗头(T)进行变焦,使输出激光光束线宽为20毫米,控制器(17)与实时监测器件(15)相连,实时采集反射率数据;

S2:清洗过程

光纤激光器(1)发出的激光经过激光准直器(2)之后变成平行光束进入手持式激光清洗头(T),激光经过手持式激光清洗头(T)之后变成长度为20毫米的线光斑照射至待清洗样品表面(16)进行清洗;清洗过程中,操作人员用手控制手持式激光清洗头(T)保持匀速前进,前进速度与设置的激光器重复频率成正比,在激光重复频率为50赫兹的情况下,手持式激光清洗头(T)前进速度为5厘米每秒;

S3:监视过程

在清洗过程中,实时监测器件(15)采集的反射率数据源源不断的传输至控制器(17)中,如果反射率低于设定范围,则控制器(17)给出中断信号,提示本次清洗效果欠佳,提前结束,重新设置后再进行清洗;

如未出现异常情况,全部面积清洗结束后通过控制器(17)结束本次清洗;

吸尘器(14)在整个清洗过程中保持打开状态,吸收污物。