[发明专利]基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及古字画的保护技术领域，具体涉及一种基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复系统和方法。

背景技术

古字画历久会出现不同程度无法预知的毁坏。目前古字画修复行业人才稀缺，修复主要包括：凝洗、揭裱、上命纸和全色，这几个环节相辅相成，任何一项出问题，都会影响到原作品的价值。传统修复对艺术品的损伤和肉眼难以修复的情况普遍，因此，亟需更有效更高精度的古字画修复方法。

增材修补制造技术是一种运用粉末状材料通过选择性激光烧结或熔化逐层堆积出制造产品的增材制造方法。相对传统制造技术而言，它可以轻松地制造出传统技术难以生产的复杂、高难度的产品。但是，目前的增材制造表面往往显现出强度不高、吹粉及表面粗糙高等缺点，需要进行除渣等处理。当前的增材修补过程中仅有利用视觉监控来控制尺寸，没有微观结构及成分的实时监控功能，我们无从知道其微观结构，也就不能对其机械性能进行更好地控制。

近些年，飞秒激光(10^-15秒)由于热影响小，加工精度高，因而在精密加工领域备受关注。飞秒激光在每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内，避免了热扩散的存在，在根本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区，热影响区，冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤，将加工过程所涉及的空间范围大大缩小，从而提高了准确程度，其光束直径可以聚焦到1μm以内，其精度可达100nm，最高可以达到0.1nm。

发明内容

针对古字画修复工艺中存在的修复精度不高、过程繁琐和易毁坏古字画等缺陷，本发明提出了一种基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复系统和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复系统，包括：

用来放置古字画的工作台、玻璃基板、CCD相机、飞秒光纤激光器、实时监控系统和控制中心，CCD相机、飞秒光纤激光器、实时监控系统均与控制中心信号连接，控制中心分别通过第一轴升和第二轴升控制玻璃基板和飞秒光纤激光器移动；

玻璃基板位于工作台上方，其下表面设有格槽，飞秒光纤激光器探头位于玻璃基板上方；CCD相机结合飞秒光纤激光器获得古字画缺陷位置数据，所述的缺陷包括凹陷、凸起和开裂；实时监控系统用来获得古字画颜料层的形貌特征。

本发明系统还包括用来将古字画固定于工作台上的固定件。

本发明系统中，玻璃基板下表面和置于工作台上古字画距离5mm～50mm，玻璃基板上表面距离飞秒光纤激光器探头5mm～10mm。

上述格槽为正方形格槽，面积为10mm*10mm至20mm*20mm。

上述实时监控系统包括红外摄像仪、质谱仪、X射线衍射仪和太赫兹光谱成像中的一种或多种，根据实际需求进行选择。

二、一种基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复方法，包括步骤：

将古字画固定于工作台上，实时监控系统扫描古字画颜料层；

结合CCD相机和飞秒光纤激光器测定古字画缺陷位置数据，所述的缺陷为凹陷或开裂；

将测定颜料置于玻璃基板格槽内，该格槽即待填充缺陷的对应格槽，测定颜料即与待填充缺陷处颜色相同的颜料，由实时监控系统获得；

控制系统根据缺陷位置数据，通过第一轴升和第二轴升控制玻璃基板和飞秒光纤激光器移动，使得待填充缺陷的对应格槽与待填充缺陷对准、飞秒光纤激光器探头与该对应格槽对准；

飞秒光纤激光器提供飞秒激光聚焦于玻璃基板上对应格槽，产生颜料滴滴入缺陷。

另一种基于飞秒激光技术的古字画防破损和修复方法，包括步骤：

将古字画固定于工作台上，实时监控系统扫描古字画颜料层；

结合CCD相机和飞秒光纤激光器测定古字画缺陷位置数据，所述的缺陷为凸起；

控制系统根据缺陷位置数据，通过第二轴升控制飞秒光纤激光器移动，使得飞秒光纤激光器探头对准凸起；

飞秒光纤激光器提供飞秒激光聚焦于凸起，去除凸起。产生颜料滴滴入缺陷。

基于飞秒激光的材料去除机理包括以下三种：1)基于高温等离子体的融化；2)基于气化；3)库仑电荷爆炸机理；因此，飞秒激光可做增材制造也可做减材制造。特别对于古字画的修补，飞秒激光技术具有非凡的优越性，其可以把特定颜色的颜料按要求滴下来填补古字画缺陷，也可以去掉古字画不该有的部分，甚至可用于古字画的保养洁洗。