[发明专利]一种用于石质文物的便携式激光清洗机

说明书

技术领域

本发明属于激光清洗设备技术领域，具体涉及一种用于石质文物的便携式激光清洗机。

背景技术

在文物保护领域中，石材是一种最古老的建筑材料和艺术雕刻材料，中华民族数千年文明为我们留下了许多令世人瞩目的石质文物古迹。但是，大多数的石质文物多处于露天或半露天保存，由于自然风化、人为活动、生物侵蚀、环境污染，使其表面出现不同程度的污染物附集、变色、硬质结垢、烟熏、有害盐类聚集、微生物侵蚀等文物表面病害。这些表层覆盖物对石质文物不仅造成视觉上的污染，而且其中的有害成分严重威胁着文物本体的保存，造成文物损毁，同时影响进一步保护措施的实施及实施效果。所以说石质文物表面有害污物清除技术是石质文物保护最基本技术，也是至关石质文物保护成功与否的关键技术点。

对于石质文物的清洗，所使用的清洗方法不仅要清除文物表面污染物，最重要的是要保证在清洗过程中文物表面不发生损伤。目前石质文物表面污染物清除技术有化学清洗、蒸汽喷射清洗、粒子喷射清洗、激光清洗等。在各种清洗技术中，化学清洗的问题是难以判别残留物对文物的远期影响，另外易造成环境污染。蒸汽喷射清洗技术的问题在于，用于表面已劣化的石质文物时，会因为蒸汽的高温造成岩石内外热胀不均，从而导致应力破坏。粒子喷射清洗技术会严重磨损石质文物的表层，特别是一些棱角部位。而激光清洗技术，其原理是利用高功率密度的激光束辐照待清洗物表面，使表面的污染物发生瞬间的碎裂、蒸发或剥离，脱离物体表面，其特点是清洗效果好、非接触式、不污染环境、无残留、安全可靠、节水、可精确控制、适用面广、运行成本低，特别对于表面精细的石雕石刻类文物，其优势是许多传统清洗工艺无法比拟的。

名称为“便携式激光清洗系统”的中国专利（专利授权号为CN100374237C）文献中介绍了一种便携式激光清洗系统，该系统主要用于道路、广告牌等表面的清洗，不是针对于石质文物的激光清洗设备，且在清洗石质文物过程中，易造成文物损伤。

发明内容

为了克服现有的激光清洗装置难以清洗石质文物的不足，本发明提供一种用于石质文物的便携式激光清洗机。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种用于石质文物的便携式激光清洗机，特点是，所述的清洗机含有激光器、集成在激光器上的激光能量监测系统和可见光指示系统、用于传导激光的导光臂、工作头。其中，所述的激光能量监测系统包括能量探头、能量表头、反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ；所述的可见光指示系统包括可见指示光源和半透半反镜Ⅰ；所述的导光臂由多片反射镜组成；所述的工作头包括出光口、控制开关、实时在线监测系统和用于调节激光光斑尺寸的透镜Ⅰ；所述的实时在线监测系统包括CCD图像传感器、监视器、透镜Ⅱ和半透半反镜Ⅱ。其连接关系是，激光器中依次放置有反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、半透半反镜Ⅰ，还放置有能量探头、可见指示光源，置于激光器外部的能量表头与激光器中的能量探头连接。用于传导激光的导光臂的一端与激光器中的半透半反镜Ⅰ相连，导光臂的另一端与工作头相连。工作头中放置有透镜Ⅰ、半透半反镜Ⅱ、出光口、透镜Ⅱ、CCD图像传感器，监视器置于工作头外部，与CCD图像传感器连接；在工作头中设置有用于控制激光出射和关闭的控制开关，控制开关与激光器相连接。

所述清洗机的工作原理为，激光在激光器内部先依次经过激光能量监测系统的反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ，再经过可见光指示系统的半透半反镜Ⅰ，然后从激光器输出。激光从激光器输出后，通过导光臂，将激光传导至与导光臂相连的工作头。激光进入工作头后，经过用于调节光斑尺寸的透镜Ⅰ，再经过实时在线监测系统的半透半反镜Ⅱ，最后从工作头的出光口出射，辐照在待清洗物表面。待清洗物表面漫反射的光可透过实时在线监测系统的半透半反镜Ⅱ，透镜Ⅱ在半透半反镜Ⅱ后，将待清洗物表面的像成像在CCD图像传感器上，显示待清洗物表面的形貌。

本发明的用于石质文物的便携式激光清洗机中，所述的激光器，其工作部件含有光学谐振腔、电源、水箱、激光能量调节部件，激光器的选择取决于需要清洗的对象，可选择单波长或者三波长可调的Nd:YAG类固体脉冲激光器，也可选择连续型的激光器。