【摘 要】
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激光清洗相比于传统清洗无接触、无污染,清洗效率、质量和安全性较高。针对金属材料清洗的应用包括芯片、航空航天、海洋、核能、文物保护、精密零配件等领域。本论文研制一台性能稳定可靠、成本低廉、波长1064 nm的光、机、电一体化调Q脉冲光纤清洗实用样机,对整机系统进行设计和制作。样机采用框架式结构和可拓展高分辨率两轴运动加工平台,实现金属样品精密清洗。本文即是对这一工作的总结,内容包括:（1）在分析影响
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激光清洗相比于传统清洗无接触、无污染,清洗效率、质量和安全性较高。针对金属材料清洗的应用包括芯片、航空航天、海洋、核能、文物保护、精密零配件等领域。本论文研制一台性能稳定可靠、成本低廉、波长1064 nm的光、机、电一体化调Q脉冲光纤清洗实用样机,对整机系统进行设计和制作。样机采用框架式结构和可拓展高分辨率两轴运动加工平台,实现金属样品精密清洗。本文即是对这一工作的总结,内容包括:（1）在分析影响激光清洗质量的因素基础上,选择光纤激光器作为清洗光源。（2）设计光纤激光清洗样机整机结构和性能指标中,包括对光学系统、控制系统和机械系统的详细设计与制作。光学系统主要包括同轴准直系统、振镜扫描系统和F-θ镜聚焦系统。电气控制系统对各模块电气和信号控制部分分别设计,实现主电和继电系统的时序控制,完成安全可靠、轻量化工控箱的制作。机械系统实现框架式机架、可调焦式激光器支架、可拓展式大幅面两轴运动平台和控制柜的设计和制作。（3）系统的安装测试,测得清洗样机输出功率35 W范围内可调,重复频率50-80k Hz可调,脉宽80-160 ns,激光峰值功率可达5.3 k W,单脉冲能量0.69 m J。（4）利用该设备做了金属清洗和着色实验。对金属材质的清洗,通过实验测试了不同扫描速度、功率和频率下金属锈蚀和油污层的激光清洗效果。实验结果显示,扫描速度为1000 mm/s、重复频率为50 k Hz、平均功率设置为17 W时,清洗效果最理想,经计算此时激光单脉冲能量0.34 m J,峰值功率密度3.58 k W。在最佳参数下,对几种常见金属材料进行测试,清洗效果明显,可以满足日常及工业金属表面精密清洗需求。对金属材质表面激光着色实验,通过改变能量、离焦量、频率等参数,清洗后获得彩色氧化膜,具有较高实用价值。
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