一種飛機蒙漆雷射清洗設備的製作方法
2023-06-11 21:41:01
一種飛機蒙漆雷射清洗設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種飛機蒙漆雷射清洗設備，包括雷射器2及與其連接的清洗加工頭3，採用半導體泵浦固體脈衝雷射器，通過MOPA結構，採用電光調Q的方式提高雷射輸出功率，並將其通過空心錐耦合進光纖，通過光纖傳輸，實現較長距離大範圍內且長時間穩定的清洗作業，不會對機體造成的安全隱患，極大地降低清洗成本，而且減少脫漆劑對環境的汙染，可實現自動控制，使用成本低、效率高。
【專利說明】一種飛機蒙漆雷射清洗設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射清洗【技術領域】，特別是應用於對飛機蒙皮清洗，同時也可應用於模具清洗、石材、金屬等物體表面的汙垢、鏽跡以及溶劑殘留物的清洗，核工業維修清洗減廢，古文物、遺蹟、古建築除汙維護。
【背景技術】
[0002]飛機在使用一段時間(5年左右)後，就需要大修一次。在大修時，需要把表面油漆全部除掉，這不僅是為了大修後重新塗漆以得到一個嶄新的裝飾塗層，更是為了檢測發現機體或結構件的缺陷和疲勞裂紋，從而避免飛機發生疲勞破壞事故。
[0003]現有技術中，目前主要採用脫漆劑對飛機機體進行除漆工作。然而採用脫漆劑除漆的缺點很多，不但有毒有汙染，而且脫漆劑使用量非常大，成本非常高昂；脫漆劑對鉚在機體上的鋼質鉚釘有腐蝕作用，而採用雷射除漆(Laser Paint Stripping)不但無上述問題，而且便於實時控制，因而在雷射清洗領域內受到廣泛的關注。
[0004]中國航空工業第一集團公司發布的報告稱，到2023年，我國客貨運輸機將達2769架。如果再把軍機和通用飛機考慮在內，我國的飛機數目更是非常龐大。我國某中型運輸機除漆時，每架需要脫漆劑2.4噸，每噸脫漆劑價值3.8萬元人民幣，由此可知，該型飛機的脫漆費用，光脫漆劑一項就需9.12萬元；若使用雷射除漆技術，飛機除漆的成本主要就是雷射器的耗電費用。
[0005]飛機雷射除漆需要一臺輸出功率為5千瓦的雷射器，連續工作48小時就可以完成整架飛機除漆任務。雷射器的電光轉換效率為10%，耗電量計算如下:(5KW*48H)/10%=2400 (度)；按照工業用電標準，每度電1.2元，總計電費為:2400度*1.2元/度=2880元；只相當於使用脫漆劑費用的3%，按照目前中國民航市場的飛機保有量2000架計算，參照一個中型飛機使用飛機蒙漆雷射清洗設備的費用，可節約的成本計算如下:(91200-2880) *2000=1.7664億元，經濟效益非常巨大，將給客戶節約巨額的成本開支。
[0006]飛機對安全性有著近乎苛刻的要求，所以在航空工業部門，無論是生產還是維修，對每一道工序的改進，首先想到的不是成本而是安全。因此雷射脫漆要代替傳統的脫漆劑法，首先要提供的就是安全保證，雷射脫漆不會對飛機機體有絲毫的損傷。如果雷射脫漆的速度緩慢，就會拖延飛機的維修時間，由此導致的經濟損失是相當嚴重的。所以只有雷射脫漆的速度達到乃至超過脫漆劑的脫漆速度，也就是每小時可以剝離約22m2的機體漆層，雷射脫漆的優點才會得以體現。
[0007]如何提供一種飛機蒙漆雷射清洗設備來有效的進行飛機蒙皮清洗值得我們思考。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提供一種飛機蒙皮去漆雷射清洗設備，解決脫漆劑除漆對機體造成的安全隱患，降低清洗成本，減少脫漆劑清洗對環境的汙染。
[0009]為實現上述目的，本發明提供一種飛機蒙漆雷射清洗設備，包括雷射器2以及與其連接的清洗加工頭3，其中，所述雷射器2包括依次設置於光路上的全反射鏡21、第一半導體泵浦模塊22、電光調Q開關23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集器26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、光開關元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖稱合器214,並且所有器件光軸同軸,第一泵浦模塊22泵浦產生雷射，通過電光調Q開關23調Q輸出高功率脈衝雷射，並通過第二泵浦模塊29再次放大雷射功率，並將高功率脈衝雷射經光纖耦合器214耦合入光纖7 ；
[0010]所述清洗加工頭3包括擴束鏡31，擴束鏡的輸出光方向設有45°反光銅片32，45°反光銅片的反射光路上設有掃描振鏡33，掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡34，聚焦透鏡的光路輸出端輸出雷射束35用於清洗物體6。
[0011 ] 優選地，還包括吸塵裝置5，所述吸塵裝置連接於清洗加工頭3的前端，吸塵裝置5中連有氣管51，以吸收雷射清洗過程中引起的碎屑保護聚焦鏡34、掃描振鏡33免受清洗產生的汙物汙染。
[0012]優選地，還包括冷凝器4，所述清洗加工頭3中還包括吸光裝置36，吸光裝置中設有冷卻水管，冷卻水管通過出水管41和回水管42與冷凝器4相連，所述吸光裝置吸收雷射轉換為熱量以對雷射器2和清洗加工頭3進行散熱處理。
[0013]優選地，還包括觸屏顯示單元，雷射器的控制器連接所述觸屏顯示單元，通過所述觸屏顯示單元進行雷射清洗參數設置和清洗工作模式選擇。
[0014]優選地，還包括功率計210，所述功率計經雷射器的控制器控制，並通過I/O接口實時監測清洗時的雷射功率。
[0015]優選地，所述光纖耦合器214為空心錐耦合器。
[0016]優選地,所述雷射器2為MOPA雷射器。
[0017]優選地，所述第一、第二半導體泵浦模塊22、29是連續泵浦模塊。
[0018]優選地，所述清洗加工頭3下端設有把手37。
[0019]優選地，所述清洗加工頭3的前端還設有保護罩。
[0020]如上所述，本發明的一種飛機蒙漆雷射清洗設備，包括雷射器2及與其連接的清洗加工頭3，採用半導體泵浦固體脈衝雷射器，通過MOPA結構，採用電光調Q的方式提高雷射輸出功率，並將其通過空心錐耦合進光纖，通過光纖傳輸，實現較長距離大範圍內且長時間穩定的清洗作業，而且不使用化學試劑從而無毒無汙染，可實現自動控制，使用成本低、
效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細說明；
[0022]圖1是本發明實施例中的一種飛機蒙漆雷射清洗設備結構示意圖；
[0023]圖2是圖1中雷射器結構示意圖；
[0024]圖3是飛機蒙漆雷射清洗設備控制系統模塊結構示意圖；
[0025]圖1至圖3中，
[0026]控制機櫃1、雷射器2、全反鏡21、第一泵浦模塊22、電光調Q開關23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、功率計210、光開關元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖耦合器214、清洗加工頭3、擴束鏡31、反光銅片32、掃描振鏡33、聚焦鏡34、雷射束35、吸光裝置36、把手37、冷凝器4、出水管41、回水管42、吸塵裝置5、氣管51、清洗物體6、光纖7。
【具體實施方式】
[0027]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0028]需要說明的是，本說明書附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0029]請參考圖1所示，其為本發明的飛機蒙漆雷射清洗設備的結構示意圖，同時結合圖2所示的雷射器2結構示意圖，該清洗設備包括:雷射器2以及與其連接的清洗加工頭3,所述雷射器2為MOPA結構的雷射器,所述雷射器2包括依次設置於光路上的全反射鏡21、第一半導體泵浦模塊22、電光調Q開關23、輸出鏡24、第一 45°反射鏡25、第一束流收集器26、衰減器27、第二 45°反光鏡28、第二泵浦模塊29、光開關元件211、第二束流收集器212、第三45°反光鏡213、光纖耦合器214，並且所有器件光軸同軸，第一泵浦模塊22泵浦產生雷射，通過電光調Q開關23調Q輸出高功率脈衝雷射，並通過第二泵浦模塊29再次放大雷射功率，並且所述第一、第二半導體泵浦模塊22、29是連續泵浦模塊，並將高功率脈衝雷射經光纖耦合器214耦合入光纖以實現長距離傳輸。
[0030]所述清洗加工頭3包括擴束鏡31，擴束鏡的輸出光方向設有45°反光銅片32，45°反光銅片的反射光路上設有掃描振鏡33，掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡34，聚焦透鏡的光路輸出端輸出雷射束35用於清洗物體6。
[0031]本方案的清洗設備還可以包括吸塵裝置5，所述吸塵裝置連接於清洗加工頭3的前端，吸塵裝置5中連有氣管51，以幫助吸收雷射清洗過程中引起的碎屑以保護聚焦鏡34、掃描振鏡33免受清洗產生的汙物汙染。
[0032]本方案的清洗設備還可以包括冷凝器4，所述清洗加工頭3中還包括吸光裝置36，吸光裝置中設有冷卻水管，冷卻水管通過出水管41和回水管42與冷凝器4相連，所述吸光裝置吸收雷射轉換為熱量以對雷射器2和清洗加工頭3進行散熱處理。
[0033]在上述方案中，雷射器2和清洗加工頭3之間用1m長，芯徑為600um的光纖17連接，其中所述光纖耦合器214為空心錐耦合器，能夠有效緩解大功率雷射耦合過程中對光纖7的燒灼，同時耦合效率可以達到80%，且有效地降低成本，可以實現1m以內的雷射清洗，以便擴大清洗使用範圍。
[0034]所述清洗加工頭3下端設有把手37，通過把手可以實現機械手臂和人工的方便操作；所述清洗加工頭3的前端還設有保護罩，能夠有效防止清洗碎片對聚焦鏡34造成汙染。
[0035]請結合圖3所示，其為本發明的飛機蒙漆雷射清洗設備控制系統模塊結構示意圖，其包括控制器，
[0036]控制器通過I/O接口接收雷射開關的信號，以啟動半導體泵浦模塊電源、調節電光調Q開關驅動模塊，以及驅動掃描振鏡驅動單元；
[0037]本案的清洗設備還可以包括功率計210，所述功率計經雷射器的控制器控制，並通過I/o接口實時監測清洗時的雷射功率，並實時獲取雷射功率；
[0038]還可以包括與控制器連接的觸屏顯示單元，通過觸屏顯示單元進行參數設置和清洗工作模式選擇；
[0039]與控制器連接的A/D轉換單元，將設定好的參數通過D/A轉換單元轉換成兩路模擬電壓信號，一路模擬電壓信號控制半導體泵浦電源以給半導體泵浦模塊供電，另一路模擬電壓信號輸入到振鏡驅動單元以驅動掃描振鏡33 ；
[0040]控制器產生雷射調製頻率信號驅動調Q驅動模塊，調Q驅動模塊驅動電光調Q開關對雷射器輸出雷射進行調製，使連續泵浦雷射調Q後輸出高峰值功率脈衝雷射，輸出的高峰值功率脈衝雷射可以通過MOPA (主振蕩功率放大結構)將具有高光束質量的種子信號光和泵浦光，通過一定的方式耦合進雙包層光纖進行放大，從而實現對種子光源的高功率放大，然後光纖I禹合輸出。
[0041]本方案中的雷射器2、冷凝器4、吸塵裝置5可以一併設置在控制機櫃I中，飛機蒙漆雷射清洗設備工作過程如下，控制機櫃I上電，開啟電源後對控制機櫃I內各部分狀態進行設定，將清洗加工頭2的把手37出光開關旋轉，雷射器2輸出高峰值功率脈衝雷射束，經擴束鏡31擴束後照射到反光銅片32上，反光銅片與主光路成45°角放置，放光銅片32將雷射束35反射到掃描振鏡33,掃描振鏡與主光路也成45°角放置,掃描振鏡33高速來回掃描並將雷射束35反射進入聚焦鏡34，通過聚焦鏡將雷射束35聚焦到清洗物體6上，清除其機體表面蒙漆，同時的雷射清洗作業時，吸塵裝置5同時工作，以保護聚焦鏡35及掃描振鏡不受汙染；清洗完畢時，通過旋轉把手37上的反光銅片32開關，光路旋轉打到吸光裝置36上，雷射被吸收轉換為熱量，由冷凝器4對設備進行冷卻。
[0042]本實施例的方案中，採用深圳東露陽的PH-LW16-27-BHP雷射冷凝器4，半導體泵浦電源為 Sino Laser 的 CW Laser D1de Driver,米用 Sino Laser 的 GNlOOSeries, 300WDPSS Laser Module型半導體泵浦模塊，其輸出功率為300瓦，電光調Q開關23使用英國古奇的電光調Q開關，電光調Q頻率為1KHz時調製輸出500W，脈寬為10ns，使用透過率為40%的輸出鏡24，擴束鏡31採用Jenoptik Beam expander,擴束倍率為2倍，掃描振鏡33選用ScanLab的單軸1mm 口徑振鏡dynAXIS3_S,聚焦鏡34焦距f=254mm,對於飛機機體除漆清洗速度達25m2/h，清洗效果良好。
[0043]本發明的一種飛機蒙漆雷射清洗設備，採用MOPA結構雷射器I結合清洗加工頭3，採用大功率光纖7傳導光能，實現長距離、大範圍的且能夠長時間穩定工作的雷射清洗作業；而且不使用化學試劑從而無毒無汙染，可實現自動控制，使用成本低。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0044]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，包括雷射器(2)以及與其連接的清洗加工頭(3),其中， 所述雷射器(2)包括依次設置於光路上的全反射鏡〔20、第一半導體泵浦模塊(22^電光調反射鏡(25).第一束流收集器(26).衰減器(27).^:45°反光鏡(28^第二泵浦模塊(29^光開關元件〔210、第二束流收集器(212^第三45°反光鏡(213^光纖稱合器(214),並且所有器件光軸同軸，第一泵浦模塊(22)泵浦產生雷射，通過電光調0開關(23)調0輸出高功率脈衝雷射，並通過第二泵浦模塊(29)再次放大雷射功率，並將高功率脈衝雷射經光纖耦合器(214)耦合入光纖(7)； 所述清洗加工頭(3 )包括擴束鏡(31)，擴束鏡的輸出光方向設有45。反光銅片(32 )，45。反光銅片的反射光路上設有掃描振鏡(33),掃描振鏡的反射光路上設有聚焦透鏡(34 )，聚焦透鏡的光路輸出端輸出雷射束(35 )用於清洗物體(6 )。
2.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，還包括吸塵裝置(5),所述吸塵裝置連接於清洗加工頭(3)的前端，吸塵裝置5中連有氣管51，以吸收雷射清洗過程中引起的碎屑保護聚焦鏡(34^掃描振鏡(33)免受清洗產生的汙物汙染。
3.根據權利要求1或2所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，還包括冷凝器(4),所述清洗加工頭(3)中還包括吸光裝置(36),吸光裝置中設有冷卻水管，冷卻水管通過出水管(41)和回水管(42)與冷凝器(4)相連，所述吸光裝置吸收雷射轉換為熱量以對雷射器(2 )和清洗加工頭(3 )進行散熱處理。
4.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，還包括觸屏顯示單元，雷射器的控制器連接所述觸屏顯示單元，通過所述觸屏顯示單元進行雷射清洗參數設置和清洗工作模式選擇。
5.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，還包括功率計(210),所述功率計經雷射器的控制器控制，並通過1/0接口實時監測清洗時的雷射功率。
6.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，所述光纖耦合器(214)為空心錐耦合器。
7.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，所述雷射器(2)為10？八雷射器。
8.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，所述第一、第二半導體泵浦模塊(22)329)是連續泵浦模塊。
9.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，所述清洗加工頭(3)下端設有把手(37)。
10.根據權利要求1所述的飛機蒙漆雷射清洗設備，其特徵在於，所述清洗加工頭(3)的前端還設有保護罩。
【文檔編號】B08B7/00GK104438227SQ201310424758
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】周倩 申請人:上海海固電器設備有限公司