RU2733767C1

RU2733767C1 - Method of cleaning optical elements from dust and system for implementation thereof

Info

Publication number: RU2733767C1
Application number: RU2019144834A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Умнов; Виктор Васильевич Мальцев; Кирилл Владимирович Козлов; Дмитрий Олегович Чухланцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер»
Priority date: 2019-12-29
Filing date: 2019-12-29
Publication date: 2020-10-06
Also published as: WO2021137122A1

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to a method of cleaning optical elements from dust and a system for its implementation. System comprises connected with pipes (10) and (11) air stream cleaning device (15) with compressor (14), airflow ionization device (2) and optical elements blowing device (5) by positive or negative ions flow 9. Intake of ions flow is charged with opposite charge.

EFFECT: technical result: improved cleaning quality.

7 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к средствам очистки оптических компонентов и может использоваться, в частности, в лазерах.The invention relates to means for cleaning optical components and can be used, in particular, in lasers.

Уровень техникиState of the art

В качестве наиболее близкого аналога выбрана система очистки оптических элементов, содержащая устройство создания и регулировки воздушного потока, устройство очистки воздуха, средства подачи потока воздуха на оптические компоненты (CN 203566087, опубликован 30.04.2014). Недостатком данного известного средства является отсутствие направленного движения воздушного потока, содержащего пыль с очищенной поверхности. Пыль, сдуваемая потоком сжатого воздуха с очищаемой поверхности, хаотично оседает на расположенных поблизости конструктивных элементах и впоследствии может вновь возвратится на эту поверхность. Кроме этого без ориентации направления движения потока сжатого воздуха по очищаемой от пыли поверхности может происходить его завихрение и нанесение частицами пыли на поверхности царапин. Указанные недостатки в значительной степени снижает качество и эффективность предложенного технического решения.As the closest analogue, a system for cleaning optical elements was chosen, containing a device for creating and adjusting an air flow, an air cleaning device, and means for supplying an air flow to optical components (CN 203566087, published on April 30, 2014). The disadvantage of this known tool is the lack of directional movement of the air flow containing dust from the cleaned surface. Dust blown off by the compressed air flow from the surface to be cleaned randomly settles on nearby structural elements and can subsequently return to this surface. In addition, without orienting the direction of movement of the compressed air flow on the surface to be cleaned from dust, it may swirl and dust particles may cause scratches on the surface. These disadvantages greatly reduce the quality and efficiency of the proposed technical solution.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей, решаемой изобретением, является повышение качества и эффективности очистки оптических компонентов различных устройств и систем, в частности оптических компонентов лазеров.The problem solved by the invention is to improve the quality and efficiency of cleaning the optical components of various devices and systems, in particular the optical components of lasers.

Техническим результатом изобретения является создание направленного потока загрязняющих частиц за счёт притяжения потока ионизированного воздуха противоположно заряженным заборником, увеличение жизненного цикла оптических элементов лазерных установок. The technical result of the invention is the creation of a directed flow of polluting particles due to the attraction of the flow of ionized air by an oppositely charged intake, an increase in the life cycle of the optical elements of laser installations.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки оптических элементов от пыли состоит в том, что создают поток очищенного воздуха, осуществляют ионизацию упомянутого потока, полученный поток положительных или отрицательных ионов направляют на очищаемые поверхности оптических элементов и осуществляют их обдув, осуществляют забор упомянутого потока воздуха после обдува с помощью заборника, имеющего электрический заряд, который противоположен заряду ионов в упомянутом потоке. The specified technical result is achieved in that the method for cleaning the optical elements from dust consists in creating a stream of purified air, ionizing said stream, the resulting stream of positive or negative ions is directed to the cleaned surfaces of the optical elements and blowing them off, taking said air stream after blowing off by means of a suction having an electric charge which is opposite to the charge of ions in said flow.

Указанный технический результат достигается также тем, что система очистки оптических элементов от пыли содержит соединённые трубопроводами компрессор, устройство очистки потока воздуха, устройство ионизации потока воздуха и устройство обдува оптических элементов потоком положительных или отрицательных ионов, система содержит заборник для забора упомянутого потока воздуха после обдува, при этом упомянутый заборник имеет электрический заряд, который противоположен заряду ионов в упомянутом потоке.The specified technical result is also achieved by the fact that the system for cleaning the optical elements from dust contains a compressor connected by pipelines, an air flow cleaning device, an air flow ionization device and a device for blowing the optical elements with a stream of positive or negative ions, the system contains an intake for taking the said air flow after blowing, wherein said intake has an electric charge that is opposite to the charge of ions in said flow.

Указанный технический результат достигается также тем, что содержит, по меньшей мере, одно средство регулирования потока воздуха.The specified technical result is also achieved by the fact that it contains at least one means for regulating the air flow.

Указанный технический результат достигается также тем, что содержит устройство формирования направления потока ионизированного воздуха на очищаемые поверхности, выполненное в виде щелевого устройства, щели которого ориентированы вдоль очищаемых поверхностей.The specified technical result is also achieved by the fact that it contains a device for forming the direction of the flow of ionized air on the surfaces to be cleaned, made in the form of a slotted device, the slots of which are oriented along the surfaces to be cleaned.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство очистки воздуха содержит, по меньшей мере, один фильтр.The specified technical result is also achieved in that the air purification device contains at least one filter.

Указанный технический результат достигается также тем, что средство регулирования потока воздуха выполнено в виде клапана. The specified technical result is also achieved by the fact that the air flow control means is made in the form of a valve.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство ионизации создаёт поток положительно заряженных ионов.The specified technical result is also achieved by the fact that the ionization device creates a flow of positively charged ions.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что поток ионизированного воздуха определённого заряда заряжает частицы пыли, сдуваемые с очищаемых поверхностей, которые затем улавливаются заборником, имеющим противоположных электрический заряд.A distinctive feature of the present invention is that the flow of ionized air of a certain charge charges dust particles blown off the surfaces to be cleaned, which are then captured by the intake having the opposite electric charge.

Перечень фигур чертежейList of drawing figures

На Фиг. 1 показана схема системы очистки.FIG. 1 shows a diagram of a cleaning system.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

При попадании на рабочую поверхность оптического элемента (например, лазера) пыли резко повышается температура его нагрева, снижаются оптические свойства и образуются прижоги, что в конечном итоге приводит к повреждению поверхности и преждевременному выходу элемента из строя. Поэтому, например, в лазерных установках с СО₂лазером большой мощности необходимо обеспечивать эффективную защиту рабочей поверхности оптических элементов от попадания пыли. When dust hits the working surface of an optical element (for example, a laser), its heating temperature increases sharply, optical properties decrease and burns are formed, which ultimately leads to surface damage and premature failure of the element. Therefore, for example, in laser systems with a high-power CO ₂ laser, it is necessary to provide effective protection of the working surface of optical elements from dust.

При отсутствии воздействия света в закрытой конструкции оптических систем и электростатического поля оптических элементов, оседающая на них пыль в подавляющем большинстве случаев не имеет электрического заряда.In the absence of exposure to light in the closed structure of optical systems and the electrostatic field of optical elements, the dust deposited on them in the overwhelming majority of cases does not have an electric charge.

Естественным способом борьбы с пылью является надежная герметизация оптического тракта. Однако это не всегда удается во многом вследствие технической сложности или ненадлежащего отношения к этому вопросу со стороны производителей лазерного оборудования. Одним из способов защиты оптических элементов от попадания на них пыли является создание избыточного давления инертного газа в герметично закрытом канале оптического тракта прохождения излучения от лазера до фокусирующей линзы. Однако при наличии подвижных соединений надежная герметизация канала оптического тракта является дорогостоящей и требует тщательного ухода за ее состоянием. A natural way to deal with dust is to securely seal the optical path. However, this is not always possible, largely due to the technical complexity or inappropriate attitude to this issue on the part of laser equipment manufacturers. One of the ways to protect the optical elements from dust getting on them is to create an excess pressure of an inert gas in a hermetically sealed channel of the optical path of radiation passage from the laser to the focusing lens. However, in the presence of movable joints, reliable sealing of the optical path channel is expensive and requires careful maintenance of its condition.

Чаще всего используется ручная периодическая чистка оптических элементов в специальных перчатках с использованием жидкостей (спирта или ацетона), салфеток тампонов и кисточек. Для этого в конструкции лазерной установки предусматриваются герметично закрываемые кожухами места доступа к оптическим компонентам. Использование потока газа для очистки оптических элементов от пыли с помощью груш или форсунок требует аккуратности, так как при турбулентном истечении газа его поток может привести к царапинам частицами пыли на их поверхности (Правила при работе и очистки оптики: Электронный ресурс https://npkse.ru/articles/346642-pravila-pri-rabote-i-ochistki-optiki/2018). Недостатком ручной очистки поверхности оптических компонентов лазерных установок является возможность нерегламентированных недопустимых воздействий в виде царапин и пятен на очищаемую поверхность. Most often, manual periodic cleaning of optical elements in special gloves using liquids (alcohol or acetone), swabs and brushes is used. For this, the design of the laser system provides for hermetically sealed access points to the optical components. The use of a gas stream for cleaning optical elements from dust using pears or nozzles requires accuracy, since in the case of a turbulent outflow of gas, its flow can lead to scratches by dust particles on their surface (Rules for working and cleaning optics: Electronic resource https: // npkse. ru / articles / 346642-pravila-pri-rabote-i-ochistki-optiki / 2018 ). The disadvantage of manual cleaning of the surface of optical components of laser systems is the possibility of unregulated unacceptable effects in the form of scratches and stains on the surface to be cleaned.

Способ очистки оптических элементов от пыли, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в том, что с помощью компрессора создают поток очищенного воздуха и осуществляют его ионизацию. Полученный поток положительных или отрицательных ионов далее направляют на очищаемые поверхности оптических элементов и осуществляют их интенсивный обдув.The method for cleaning optical elements from dust, in accordance with the present invention, consists in creating a stream of purified air with the help of a compressor and carrying out its ionization. The resulting flow of positive or negative ions is then directed to the surfaces of the optical elements to be cleaned, and their intensive blowing is carried out.

Поток ионизированного воздуха увлекает с очищаемых поверхностей твердые частицы различных загрязнений, например, пыли, и далее попадает в заборник. Функцией заборника является максимально возможное улавливание загрязнённого ионизированного потока. Для максимального улавливания загрязняющих частиц заборник заряжают электрическим зарядом, который противоположен по знаку заряду ионов в упомянутом потоке.The flow of ionized air carries away solid particles of various contaminants, such as dust, from the surfaces to be cleaned, and then enters the intake. The function of the intake is the maximum possible collection of the contaminated ionized stream. To maximize the collection of pollutants, the intake is charged with an electric charge that is opposite in sign to the charge of the ions in the said flow.

Способ осуществляется с помощью системы, показанной на Фиг.1 на примере лазера.The method is carried out using the system shown in Fig. 1 using a laser as an example.

На Фиг.1 показана оптическая система 1 лазерного устройства, имеющая устройство 4 защиты от пыли. 1 shows an optical system 1 of a laser device having a dust protection device 4.

Система очистки оптических элементов 6 от пыли содержит соединённые трубопроводами 10 и 11 устройство 15 очистки потока воздуха с компрессором 14, устройство 2 ионизации потока воздуха и устройство 5 обдува оптических элементов потоком положительных или отрицательных ионов 9.The system for cleaning the optical elements 6 from dust contains, connected by pipelines 10 and 11, a device 15 for cleaning an air flow with a compressor 14, a device 2 for ionizing an air flow and a device 5 for blowing the optical elements with a flow of positive or negative ions 9.

Система содержит заборник 7 для забора потока воздуха после обдува оптических элементов 6. Заборник 7 заряжен электрическим зарядом, который противоположен заряду ионов 9 в потоке воздуха.The system contains an intake 7 for sampling the air flow after blowing the optical elements 6. The intake 7 is charged with an electric charge, which is opposite to the charge of ions 9 in the air flow.

Система содержит, по меньшей мере, одно средство регулирования потока воздуха, например, клапан, установленный на трубопроводе 10.The system contains at least one means for regulating the air flow, for example, a valve installed on the pipeline 10.

Система содержит устройство 17 формирования направления потока ионизированного воздуха на очищаемые поверхности 6, выполненное, например, в виде щелевой форсунки, щели которой ориентированы вдоль очищаемых поверхностей 6.The system contains a device 17 for forming the direction of the flow of ionized air on the surfaces to be cleaned 6, made, for example, in the form of a slot nozzle, the slots of which are oriented along the surfaces to be cleaned 6.

Устройство 15 очистки воздуха содержит, по меньшей мере, один фильтр.The air purification device 15 contains at least one filter.

С помощью трубопровода 11 подаётся сжатый и очищенный воздух с регулируемым расходом. Вдоль одной из сторон каждого из оптических элементов 6 расположено устройство 17 формирования направления потока ионизированного воздуха на очищаемые поверхности 6. With the help of pipeline 11, compressed and cleaned air is supplied with an adjustable flow rate. Along one of the sides of each of the optical elements 6 is a device 17 for forming the direction of the flow of ionized air on the surfaces 6 to be cleaned.

На противоположной стороне каждого оптического элемента 6 установлено устройство 7 для забора воздуха с частицами пыли, удаленной с поверхности оптических элементов 6.On the opposite side of each optical element 6, an air intake device 7 with dust particles removed from the surface of the optical elements 6 is installed.

Заборник 7 соединён трубопроводом 13 для отвода загрязнённого воздуха с устройством очистки выходящего воздуха 3 соответственно. Втулка 8 электрически изолирует устройство забора воздуха от токопроводящих элементов лазерной установки, а трубопровод 13 служит для отвода очищенный воздух через устройство 3 очистки выходящего воздуха.Intake 7 is connected by a pipeline 13 for removing polluted air with a device for cleaning outgoing air 3, respectively. The bushing 8 electrically isolates the air intake device from the conductive elements of the laser installation, and the pipeline 13 serves to remove the cleaned air through the outlet air purification device 3.

Предлагаемая система очистки оптических компонентов лазерных установок от пыли работает следующим образом. С помощью компрессора 14 создается небольшое (0,02-0,05 мПа) избыточное давление воздуха. Включается ионизатор 2 воздуха, создающий положительный или отрицательный заряд (потенциал) ионам воздуха. Поток сжатого, очищенного и ионизированного воздуха направляется на очищаемые поверхности 6 устройством 5 обдува и устройством 17 формирования направления потока, протекая по поверхности оптических элементов 6 и заряжает частицы пыли соответствующих зарядом. Частицы далее перемещаются потоком воздуха к заборнику 7 и притягиваются к нему, поскольку заборник 7 заряжен противоположным зарядом. Далее поток воздуха направляется в устройство 3 очистки, где нейтрализуется и частицы оседают на фильтре. Далее очищенный воздух направляется в атмосферу.The proposed system for cleaning the optical components of laser installations from dust works as follows. The compressor 14 creates a small (0.02-0.05 MPa) excess air pressure. An air ionizer 2 is turned on, creating a positive or negative charge (potential) for air ions. The flow of compressed, purified and ionized air is directed to the cleaned surfaces 6 by the blower 5 and the flow direction forming device 17, flowing over the surface of the optical elements 6 and charges dust particles with a corresponding charge. The particles are then moved by the air flow to the intake 7 and are attracted to it, since the intake 7 is charged with an opposite charge. Further, the air flow is directed to the cleaning device 3, where it is neutralized and the particles settle on the filter. Then the purified air is directed to the atmosphere.

Выполнение системы очистки оптических элементов лазеров, лазерных головок и т.п. от пыли с использованием ионизатора воздуха значительно повысит эффективность и качество очистки оптических элементов без снятия защитных кожухов и механического воздействия на их поверхность и увеличит жизненный цикл оптических элементов.Implementation of a cleaning system for optical elements of lasers, laser heads, etc. from dust using an air ionizer will significantly increase the efficiency and quality of cleaning optical elements without removing protective covers and mechanical impact on their surface and will increase the life cycle of optical elements.

Claims

1. A method for cleaning optical elements from dust, including creating a stream of purified air, characterized in that the said stream is ionized, the received stream of positive or negative ions is directed to the cleaned surfaces of the optical elements and their blowing, the said air stream is taken after blowing by means of the intake, having an electric charge that is opposite to the charge of the ions in said flow.

2. A system for cleaning optical elements from dust, containing a compressor and an air flow cleaning device connected by pipelines, characterized in that it is equipped with an air flow ionization device, a device for blowing the optical elements with a flow of positive or negative ions and an intake for taking said air flow after blowing, when the said intake has an electric charge which is opposite to the charge of the ions in the said flow.

3. The system according to claim 2, characterized in that it comprises at least one means for regulating the air flow.

4. The system according to claim 2, characterized in that it comprises a device for forming the direction of the flow of ionized air on the surfaces to be cleaned, made in the form of a slotted device, the slots of which are oriented along the surfaces to be cleaned.

5. The system of claim 2, wherein the air purification device comprises at least one filter.

6. The system according to claim 3, characterized in that the air flow control means is made in the form of a valve.

7. The system according to claim 2, characterized in that the ionization device is configured to create a flow of positively charged ions.