[发明专利]激光空化复合超声波清洗方法及装置

权利要求书

1.一种激光空化复合超声波清洗装置，用于清洗连杆螺栓孔和衬套缝隙，其特征在于，包括清洗槽、支架、低频超声波振子、第一激光头、第二激光头和两个红外高速摄影仪；

支架设置于清洗槽中间；低频超声振子位于清洗槽底部的外侧；低频超声波振子与上位机连接，由上位机控制；

第一激光头位于支架上方，出光方向与水平面垂直；第二激光头位于清洗槽内的下部，出光方向与水平面平行；

第一激光头包括第一激光器和第一透镜组件，第一透镜组件设置在第一激光器的出光方向的前端；

第二激光头包括第二激光器和第二透镜组件，第二透镜组件设置在第二激光器的出光方向的前端；

第一激光头能够将激光聚焦于螺栓孔内；

第二激光头能够将激光聚焦于衬套缝隙内；

两个红外高速摄影仪皆与上位机连接，两个所述红外高速摄影仪分别对准螺栓孔和衬套缝隙进行拍摄，任一红外高速摄影仪拍摄处理及反馈过程如下：

将红外高速摄影仪拍摄的图片传入上位机，对图片进行图像预处理；

对焦点光斑进行初步定位；

采用模糊化处理和二值化处理对光斑边缘进行曲线拟合，得到一个规则椭圆；

若该椭圆的短轴小于预设长度，读取其圆心坐标，否则不读取；

对所有圆心坐标位置进行统计处理，判断是否满足预设的均匀性，若不满足，调整红外高速摄影仪对应的第一透镜组件或第二透镜组件中各光学元件的位置，重新进行拍摄；若满足，再判断是否连续满足预设次数，若是，则暂停拍摄预定时间，若否，则继续拍摄。

2.根据权利要求1所述的激光空化复合超声波清洗装置，其特征在于，第一透镜组件包括第一扩束准直透镜组、x-y振镜组和第一聚焦透镜组，沿第一激光器的出光方向依次设置第一扩束准直透镜组、x-y振镜组和第一聚焦透镜组，x-y振镜组和第一聚焦透镜组均与上位机连接，由上位机控制；x-y振镜组包括第一振镜镜片、x振动马达和y振动马达，x振动马达和y振动马达分别控制第一振镜镜片x方向与y方向的振动，使激光焦点能在x-y平面移动，所述x-y平面为水平面。

3.根据权利要求2所述的激光空化复合超声波清洗装置，其特征在于，第一聚焦透镜组包括导轨、第三聚焦透镜、第四聚焦透镜、第一伺服电机和第二伺服电机，第三聚焦透镜和第四聚焦透镜通过滑块与导轨连接，能够沿导轨的延伸方向移动，第一伺服电机和第二伺服电机分别与第三聚焦透镜和第四聚焦透镜连接，第一伺服电机和第二伺服电机均由上位机控制，第一伺服电机和第二伺服电机的转动频率与激光脉冲频率相同，第一伺服电机和第二伺服电机的初始转动角度由上位机随机生成。

4.根据权利要求3所述的激光空化复合超声波清洗装置，其特征在于，第二透镜组包括第二扩束准直透镜组、聚焦准直透镜组、反射振镜组、全反镜和第二聚焦透镜；沿第二激光器的出光方向依次设置第二扩束准直透镜组、聚焦准直透镜组、反射振镜组、全反镜和第二聚焦透镜，反射振镜组与上位机连接，由上位机控制。

5.根据权利要求4所述的激光空化复合超声波清洗装置，其特征在于，反射振镜组包括第二振镜镜片及第三伺服电机，第二振镜镜片与第三伺服电机相连，第二振镜镜片与全反镜平行，第三伺服电机由上位机控制，第三伺服电机的旋转频率与激光脉冲频率相同，第三伺服电机的初始转动角度由上位机控制生成。

6.根据权利要求5所述的激光空化复合超声波清洗装置，其特征在于，第三伺服电机的初始转动角度θ满足如下所有条件：

θ不能被360整除；

θ不小于（360*d）/（2πr）；

θ与360的最小公因数不大于n；

其中，

r为衬套缝隙圆周半径，单位为mm；

d为形成空化气泡的两个相邻脉冲激光焦点间距，单位为mm；

n为激光焦点沿衬套缝隙圆周从开始到重新打回第一次打的点的圈数。