[发明专利]一种动态范围激光清洗方法

说明书

本发明提出了一种动态范围激光清洗方法，包括以下步骤：采用位相预补偿轴向会聚光束像差分离的方式，对轴向光束整形，使得光束在十米距离内保持光束处于汇聚状态；通过误差校正光束能量空间调控的方式，对基于折、衍射光束变换的光束能量进行空间调控，将光束整形为平顶方形均匀分布，在清洗过程中保持光束能量分布均匀；对光束进行整形检测与参量修正，对位相调制数据进行离散化，通过整形‑汇聚试验得到光束参数，根据光束整形后的输出，对光束参数进行迭代调整。

技术领域：

本发明属于激光清洗领域，涉及一种动态范围激光清洗方法。该方法对不规则起伏导致的激光光束会聚位置偏离和清洗质量下降进行改进，本发明提出了长焦深光束空间调控整形技术，实现激光会聚范围延展和空间分布稳定，简化装备结构、提高效率和降低成本。

背景技术：

激光清洗主要是把高亮度和方向性好的连续或脉冲激光，通过光学聚焦和光斑整形后形成具有特定光斑形状与能量分布的激光束，照射到被污染的需要清洗的材料位置，并使其表面烧蚀、分解、电解、熔化及收缩等多种物理化学变化过程，并最终去除污染物而不损坏材料本身。相比于传统的机械摩擦清洗及化学腐蚀清洗，激光清洗污染更小，清洗质量与效率更高，且激光清洗技术可以实现包括钢、铝合金、钛合金和玻璃等材料的精细加工，并逐渐被应用于航天、航空、船舶、高铁、核电和海洋等领域，实现从宏观到微纳颗粒结构的激光清洗。

文献1“激光清洗的发展历程”简述了激光清洗的发展历程及各阶段的应用领域，文献2“激光清洗工艺的发展现状与展望”描述了激光清洗的优势并将其与传统清洗方式进行了比较。文献3“贝塞尔光束与激光打孔”简述了传统高斯光束在激光加工中存在焦深过浅的问题，以及贝塞尔光束在激光加工中的优势。

虽然激光技术已经被成功应用于各种材料的清洗加工，但清洗的质量存在着各种差异，尤其对于形状不规则的构件表面，激光清洗仍存在一定加工难度。由于目前采用的激光清洗技术，其加工焦点位置多处于同一平面，导致构件表面存在微小起伏状况时，激光光束汇聚位置偏离，清洗质量下降，不能形成较高的表面质量。激光清洗焦点汇聚位置状态的改变，也使得激光汇聚区间有限，造成构件的清洗范围变窄。激光加工时的能量通常为非均匀分布的高斯光束，能量在中心位置偏高，周边位置较低，导致激光清洗时容易引起构件局部温度过高，影响激光与污染物之间的相互作用，进而降低了清洗效果，达不到加工要求。

参考文献：

[1]宋峰,伍雁雄,刘淑静.激光清洗的发展历程[J].清洗世界,2005,21(6):37-40.

[2]王泽敏,曾晓雁,黄维玲.激光清洗工艺的发展现状与展望[J].激光技术,2000,24(2):68-73.

[3]蒋志平,陆启生,刘泽金.贝塞尔光束与激光打孔[J].光学技术,1996(1):32-35.

发明内容：

构件表面的不规则起伏会导致激光光束会聚位置偏离和清洗质量下降。本发明提出长焦深光束空间调控整形技术，实现激光会聚范围延展和空间分布稳定，简化装备结构、提高效率和降低成本。

(1)位相预补偿轴向会聚光束像差分离技术

常规光束会聚时焦深短、焦点附近变化剧烈，清洗复杂面形构件时对机械臂响应速度、定位精度、结构稳定度提出很高的要求。为保证清洗效果一致性与均匀性，需要研究轴向光束整形技术，实现长距离内保持光束会聚状态，满足大范围动态清洗要求。

分析微结构整形元件因光热效应引起的输出波前畸变，引入位相预补偿机制，结合激光传输能量守恒法则，研究轴向会聚光束像差分离技术，实现激光输入-输出振幅、位相等参量精确调控和整形元件位相分割，保持长焦深范围内光束会聚状态。

(2)误差校正光束能量空间调控技术