ES2976811T3 - Métodos y sistemas de procesamiento y ablación láser - Google Patents

Abstract

Se proporcionan sistemas y métodos para realizar ablación o procesar una superficie usando un rayo láser. Un método incluye dirigir un rayo láser a una superficie para formar un área de contacto. El método también incluye mover el área de contacto para formar una curva de contacto. El método incluye ajustar una longitud de onda y una potencia del rayo láser para procesar un material y/o extirpar un recubrimiento. La longitud de onda y la potencia se pueden ajustar aún más para no dañar la superficie debajo del recubrimiento. Mover el área de contacto puede incluir formar una segunda curva de contacto superponiendo, al mismo tiempo, la segunda curva de contacto sobre la curva de contacto. Un sistema incluye un láser y una disposición de dirección configurada para dirigir un rayo láser desde el láser hacia una superficie para formar un área de contacto. Se proporciona un medio legible por procesador no transitorio que tiene instrucciones almacenadas en él. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos y sistemas de procesamiento y ablación láser

CAMPO TECNICO

La presente invención se refiere a la limpieza por ablación láser y procesamiento de materiales utilizando un láser. En particular, la tecnología actual proporciona métodos y sistemas para quitar, limpiar, tratar térmicamente, eliminar contaminantes o recubrimientos, o procesar una superficie, por ejemplo, la superficie de una obra de arte o arquitectura para limpiar y restaurar la obra de arte o la arquitectura, utilizando un haz láser.

ANTECEDENTES

Los edificios, esculturas al aire libre y otras cosas a menudo desarrollan un residuo de hollín, ceniza u otro material extraño, incluida la oxidación. La acumulación de material extraño afecta la apariencia de los edificios y el arte, y también promueve el deterioro de la superficie del edificio o la escultura. En consecuencia, es beneficioso limpiar periódicamente una superficie de un edificio o escultura. Sin embargo, es importante que cualquier limpieza no dañe la superficie del edificio o la obra de arte. Por lo tanto, se desea un método y sistema para limpiar superficies sin dañar el material de la superficie.

El documento WO 2013/133415 A1 describe un sistema de irradiación láser para eliminar un recubrimiento en una superficie de una estructura y recuperar la sustancia eliminada mediante succión. El sistema incluye una cabeza láser que tiene un prisma en forma de cuña que desvía un haz láser, donde el prisma en forma de cuña se gira de modo que la trayectoria del punto de irradiación del haz láser se convierte en un círculo.

El documento US 2012/0145685 A1 describe un sistema para eliminar un recubrimiento de una superficie. El sistema incluye un escáner láser que tiene un espejo poligonal giratorio multifacético en el que cada faceta está inclinada por un ligero ángulo para que en cada rotación de la rueda del espejo se expongan una serie de franjas diferentes en la superficie que corresponden al número de facetas del espejo en la rueda.

El documento JP 2013 121605 A se refiere al micromecanizado de una pieza de trabajo. Un haz láser pulsado se divide en dos haces, donde el primer haz láser está condicionado para procesar la pieza de trabajo mediante ablación y el segundo haz láser está condicionado para eliminar los residuos que resultan del procesamiento de la pieza de trabajo con el primer haz láser. El haz láser se escanea con un escáner unidireccional.

El documento US 2002/0033384 A1 se relaciona con el mecanizado de una pieza de trabajo para obtener un agujero circular. Se puede utilizar un haz láser para eliminar el contorno del agujero y penetrar la pieza de trabajo.

El documento JP 2014 121726 A describe un sistema en el que se elimina un recubrimiento de la superficie de un tubo de metal. El sistema es estacionario y el tubo se mueve en una dirección. Se proporciona un sistema óptico que redirige el haz láser de un láser de CO2 secuencialmente a diferentes espejos, cada uno formando parte de un camino óptico que dirige el haz láser hacia una cabeza láser respectiva para irradiar la superficie del tubo.

RESUMEN

La invención se define en las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes describen formas de realización de la invención.

Según ejemplos de realización, la tecnología actual proporciona sistemas y métodos para dirigir un haz láser hacia una superficie para formar un área de contacto, y mover el área de contacto para formar una curva de contacto. En ciertas formas de realización, el haz láser elimina un recubrimiento en la superficie en el área de contacto. El método puede incluir ajustar una longitud de onda y una potencia del haz láser para eliminar el recubrimiento, siendo el recubrimiento uno de corrosión, material extraño y oxidación. La longitud de onda y la potencia pueden ajustarse además para no eliminar la superficie.

La operación de mover el área de contacto puede incluir la formación de una segunda curva de contacto mediante la superposición, al mismo tiempo, de la segunda curva de contacto en la curva de contacto. La curva de contacto puede ser un círculo de contacto con un diámetro, y la segunda curva de contacto es un segundo círculo de contacto con un segundo diámetro. El segundo diámetro puede ser menor que el diámetro, y el segundo diámetro puede ser igual o mayor que la mitad del diámetro. La operación de mover el área de contacto también puede incluir la formación de una tercera curva de contacto mediante la superposición, al mismo tiempo, de la tercera curva de contacto en la segunda curva de contacto y la curva de contacto. La curva de contacto puede ser un círculo de contacto con un diámetro, la segunda curva de contacto puede ser un segundo círculo de contacto con un segundo diámetro, y la tercera curva de contacto puede ser un tercer círculo de contacto con un tercer diámetro. Los segundos y terceros diámetros pueden ser menores que el diámetro, el segundo diámetro puede ser igual o mayor que la mitad del diámetro, y el tercer diámetro puede ser igual o mayor que la mitad del segundo diámetro.

El área de contacto puede ser movida mediante la reflexión del haz láser en un espejo que gira alrededor de un eje, siendo el eje que se extiende a través de un plano del espejo, estando el eje en un ángulo distinto de 90 grados, de modo que el ángulo de incidencia del haz láser en el espejo varía a través de una única rotación del espejo.

El área de contacto puede ser movida a una velocidad sustancialmente constante para evitar puntos calientes y proporcionar una fluencia sustancialmente igual de fotones del haz láser en la superficie.

El área de contacto puede formarse mediante el impacto del haz láser en la superficie con un ángulo de impacto, y el ángulo de impacto puede ser menor que 90 grados. El ángulo de impacto puede ser ajustable para proporcionar exposición a partes irregulares de la superficie cuando la superficie tiene áreas locales no paralelas a la misma. La curva de contacto puede ser una curva cerrada, y el ángulo de impacto puede variar como función del tiempo durante una sola rotación del haz láser a través de la curva cerrada.

El área de contacto puede ser movida en una primera dirección circular para formar la curva de contacto. El área de contacto puede ser movida en una segunda dirección circular superpuesta a la primera dirección circular para formar la curva de contacto. La primera dirección circular puede definir un primer círculo, la segunda dirección circular puede definir un segundo círculo, y el primer círculo puede tener un radio menor o igual que el diámetro del segundo círculo.

Según varios ejemplos de realización, se proporciona un sistema. El sistema puede comprender un láser y una disposición de dirección configurado para dirigir un haz láser desde el láser hacia una superficie para formar un área de contacto. La disposición de dirección está además configurada para mover el área de contacto para formar una curva de contacto.

Según otro aspecto de las realizaciones de la presente descripción, se proporciona un medio legible por procesador no transitorio que tiene instrucciones almacenadas en el mismo. Las instrucciones, cuando son ejecutadas por uno o más procesadores, pueden hacer que uno o más procesadores implementen un método que incluye dirigir un haz láser hacia una superficie para formar un área de contacto, y mover el área de contacto para formar una curva de contacto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 ilustra las configuraciones de espejos desplazados y perpendiculares de un sistema de ablación láser. Las FIGS. 2A-2B son diagramas que ilustran ejemplos de configuraciones de un sistema de ablación láser.

Las FIGS. 3A-3C ilustran patrones de área de contacto para diferentes sistemas de ablación láser.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de método según la presente tecnología.

La FIG. 5 es un esquema de un sistema informático según un ejemplo de realización.

La FIG. 6 ilustra ángulos de impacto para diferentes sistemas de ablación láser según la presente tecnología.

Las FIGS. 7A-7B son diagramas que ilustran ejemplos de áreas de contacto de un sistema de ablación láser de ejemplo.

Las FIGS. 8A-8C son diagramas que ilustran ejemplos de áreas de contacto para múltiples escáneres de un sistema de ablación láser de ejemplo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE EJEMPLOS DE REALIZACIÓN

Si bien esta tecnología es susceptible de adoptar muchas formas diferentes, se muestra en los dibujos y se describirá aquí en detalle varios ejemplos específicos con la comprensión de que la presente descripción se debe considerar como una ejemplificación de los principios de la tecnología, y no pretende limitar la tecnología a las realizaciones ilustradas.

En este documento, los términos "un" o "una" se utilizan, como es común en documentos de patentes, para incluir uno o más de uno. En este documento, el término "o" se utiliza para referirse a un "o" no exclusivo, de modo que "A o B" incluye "A pero no B", "B pero no A", y "A y B", a menos que se indique lo contrario.

La siguiente descripción detallada incluye referencias a los dibujos adjuntos, que forman parte de la descripción detallada. Los dibujos muestran ilustraciones de acuerdo con ejemplos de realización. Estos ejemplos de realización, que también se denominan "ejemplos" aquí, se describen con suficiente detalle para permitir que aquellos expertos en la técnica practiquen el presente tema. Los ejemplos pueden combinarse, pueden utilizarse otros ejemplos, o pueden realizarse cambios estructurales, lógicos y eléctricos sin salirse del alcance de lo que se reivindica. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no debe tomarse en un sentido limitativo, y el alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

La presente tecnología proporciona un método y un sistema para limpiar una superficie utilizando ablación láser. La ablación láser, u otro procesamiento de superficie utilizando un láser, puede lograrse ajustando los parámetros del láser como la longitud de onda, la fluencia, la potencia del láser, la frecuencia de pulso, el perfil del haz, el tamaño del punto, la duración del pulso o la operación continua de onda o de onda continua modulada de un láser. Los parámetros del láser pueden ajustarse para impactar un recubrimiento o contaminante en una superficie mediante ablación, o para procesar la superficie bajo parámetros deseados. Los parámetros del láser pueden ajustarse para absorber selectivamente en una capa de contaminante y no dañar el sustrato subyacente, que no absorbe la luz láser que tiene los mismos parámetros del haz. Por ejemplo, un láser puede configurarse para excitar, y consecuentemente vaporizar, material superficial, mientras se refleja en la superficie base sin dañarla.

La acumulación de material en la superficie del edificio, escultura u otra estructura puede ser oscura o incluso negra. La superficie en sí misma puede ser más clara, como granito blanco o mármol. El láser puede ajustarse para ser absorbido por la superficie negra o oscura, y para no ser absorbido y reflejarse en la superficie más clara. Los parámetros del láser pueden optimizarse para aprovechar la diferencia en las propiedades de absorción de luz de diferentes materiales y, por lo tanto, permitir la discriminación entre capas de material que se deben eliminar. La ablación láser y el procesamiento láser pueden resultar en una variedad de efectos fotomecánicos, fototérmicos y fotoquímicos deseados en una superficie. El láser puede usarse para provocar la ablación o la espalación secundaria de un recubrimiento o contaminante. El recubrimiento o contaminante pueden ser, por ejemplo, corrosión y/o oxidación, pintura en una superficie, suciedad, daños por humo, contaminantes atmosféricos, residuos orgánicos, grasa o cualquier otra sustancia que pueda aplicarse intencionada o accidentalmente a una superficie. Además de la limpieza por ablación láser, los parámetros del láser también pueden seleccionarse para que un láser trate una superficie. Por ejemplo, los parámetros del láser pueden configurarse para preparar, texturizar, grabar, recocer, crear capas de óxido, tratar térmicamente, descontaminar, esterilizar, soldar y/o procesar una superficie. Esta técnica puede usarse para limpiar y/o procesar material orgánico e inorgánico, por ejemplo, limpiar piedra, automóviles, papel, textiles, piel, etc., y se ha utilizado para limpiar y eliminar suciedad del obelisco de 3.500 años en Central Park en Nueva York. También se utilizó para eliminar un recubrimiento antiguo y la corrosión del Monumento al General Wayne en Fort Wayne, Indiana. Además, esta técnica se ha utilizado para eliminar el óxido de artefactos históricos de hierro.

Un método según la presente tecnología puede incluir dirigir el láser hacia la superficie para formar un área de ablación (también conocida como área de contacto) y mover el área de ablación para formar una curva de ablación (también conocida como curva de contacto, círculo de contacto, óvalo de contacto, círculo de ablación u óvalo de ablación). El área de ablación puede ser movida por varios métodos, incluyendo la rotación de uno o más espejos inclinados. Mover el círculo de ablación puede incluir la rotación de un espejo plano alrededor de un eje que intersecta el espejo plano con un ángulo distinto de 90 grados, también conocido como espejo desplazado.

La presente tecnología utiliza círculos y óvalos para la limpieza por ablación láser y el procesamiento de materiales con láser. Utilizar un escaneo circular u ovalado, independientemente de cómo se genere, proporciona varias ventajas en comparación con un escaneo de línea típico que se mueve de un lado a otro. En particular, los métodos aquí revelados para el uso de patrones de curvas cerradas, como círculos y óvalos, evitan puntos calientes y aumentan la eficiencia y la velocidad de limpieza y/o procesamiento. Evitar puntos calientes crea una ablación más consistente y uniforme, y facilita el trabajo del operador al permitir un patrón de procesamiento suave y consistente. Los métodos para crear círculos láser para la ablación láser y el procesamiento de materiales incluyen un espejo giratorio desplazado, un prisma giratorio, una lente láser giratoria en forma de cuña o prisma, como, pero no limitada a, un prisma desplazado, un prisma romboide o un prisma de Risley, y cabezas de escaneo galvo especialmente programadas, o cualquier combinación de los métodos mencionados anteriormente. Ejemplos de realizaciones de la tecnología actual utilizan uno o más espejos giratorios desplazados para crear patrones de escaneo circular/ovalado simples y complejos para aplicaciones de ablación láser de alta potencia y procesamiento de materiales. Un solo espejo giratorio desplazado crea un círculo. Aumentar el ángulo desplazado incrementa el diámetro del círculo láser. El uso de una lente focal con una profundidad focal más larga aumentará el tamaño del círculo a medida que el haz se enfoque más lejos a lo largo del cono de luz. En ejemplos de realización, el haz pasa a través de una lente como una lente F-theta o una lente telecéntrica para enfocarlo a una profundidad y tamaño de punto deseados. Alternativamente, no se puede utilizar ninguna lente.

Los sistemas que tienen dos espejos giratorios generarán un círculo dentro de otro círculo, lo que cubrirá más área superficial. Otros ejemplos de realización incluyen sistemas que tienen uno o más espejos giratorios, en los cuales un espejo giratorio produce un escaneo que es el contorno de un círculo, y dos o más espejos adicionales escanean para llenar el primer círculo. Dado que el movimiento de los espejos es fluido y continuo, sin detenerse y/o cambiar de dirección, hay menos desgaste en el mecanismo que impulsa el movimiento, lo que resulta en una distribución uniforme de la energía.

En ejemplos de realización, un haz láser de alta potencia pulsado o de onda continua (CW) se dirige hacia un espejo. Típicamente, esto se hace con un ángulo de incidencia de 45 grados respecto al espejo. Si el espejo está montado en un motor, como un motor sin escobillas de alta velocidad de rotación por minuto (RPM), el motor puede hacer girar el espejo. La FIG. 1 ilustra el uso de dicho sistema en ejemplos de realización de la presente tecnología. En la FIG. 1, se muestra el sistema 100 en vista lateral 110 y vista en planta 115. En el sistema 100, el motor 120 hace girar el eje 125, en el que está montado el espejo 135. El espejo 135 está montado de manera que el plano del espejo 135 es perpendicular al eje de rotación, como se representa por el eje 125. El haz 145 se proyecta sobre el espejo 135 en el sistema 100 de la FIG. 1. El haz reflejado 150 permanece estable incluso si el espejo 135 está girando en la FIG. 1, como se muestra en la vista en planta 115.

El sistema 105 ilustra el efecto de montar el espejo giratorio 140 (también llamado espejo rotativo 140) ligeramente fuera del eje con respecto al eje de rotación del motor 120. En el sistema 105, el espejo giratorio 140, que también es plano, está montado en el eje 130 del motor 120. A diferencia del sistema 100, en el sistema 105, el plano del espejo giratorio 140 no es perpendicular al eje de rotación, como se representa por el eje 130, sino que está montado en un ángulo, también conocido como desplazado. El sistema 105 desvía el haz 155 del láser de manera continuamente variable. A medida que el espejo giratorio 140 gira, alterna entre estar inclinado hacia arriba, hacia los lados, hacia abajo, hacia los lados, etc., lo que hace que el haz 155 se desvíe en el haz curvilíneo 160 (también conocido como cono de haz 160). Ajustar el ángulo del espejo giratorio 140 y el punto de reflexión del haz 155 causa cambios en el tamaño y la forma del haz curvilíneo 160. De esta manera, el haz curvilíneo 160 se puede ajustar para crear círculos y/o óvalos de diferentes tamaños.

En la FIG. 1, la vista lateral 110 y la vista en planta 115 pueden intercambiarse en los diagramas para el sistema 100 y el sistema 105 sin ningún cambio en el funcionamiento del sistema o la explicación del mismo.

La FIG. 2A ilustra esquemáticamente el sistema 200 que incluye el espejo giratorio 140 y el espejo fijo 210 para dirigir el haz láser 155 a través de la lente 220 hacia el cono de haz 160. En una disposición alternativa, se puede eliminar el espejo fijo 210 y el haz láser puede dirigirse directamente al espejo giratorio 140. De esta manera, el láser mismo puede estar posicionado perpendicular al cono de haz 160, lo que puede proporcionar un dispositivo más fácil de manejar. Todavía hay otras alternativas que proporcionan uno o más espejos fijos para permitir la colocación del láser en cualquier posición apropiada mientras se dirige el haz láser 155 al espejo giratorio 140.

En otras alternativas adicionales, las posiciones del espejo giratorio 140 y el espejo fijo 210 se intercambian, de modo que el haz láser 155 golpea primero al espejo giratorio 140, dirigiendo el cono de haz 160 al espejo fijo 210. De esta manera, el cono de haz 160 se alarga al extenderse dentro del alojamiento del haz láser, de modo que cuando el cono de haz 160 sale por la lente, ya es un cono más ancho, creando un círculo más grande. Esto permite que se cree un patrón circular más grande 230 más cerca de la lente 220. Además, el desplazamiento del eje 130 del espejo giratorio 140 puede reducirse para crear el mismo tamaño, o incluso un patrón circular más grande 230. De esta manera, la vibración experimentada por el motor 120 puede reducirse, lo que a su vez reduce el desgaste del motor 120 y permite velocidades de RPM más altas para el motor 120. Se pueden usar espejos adicionales para dirigir el haz desde el espejo giratorio 140 hacia la lente óptica 120, o directamente hacia el objetivo si no se usa ninguna lente.

El cono de haz 160 puede formar un patrón circular 230 en una superficie cuando el haz láser del cono de haz 160 impacta o contacta con una superficie. El espejo giratorio 140 está montado en el motor 120 mediante el eje 130. El eje 130 puede girar a una alta velocidad, por ejemplo, 30,000, 60,000, 100,000 o más RPM, y por lo tanto puede representar un eje de rotación del espejo giratorio 140. El eje 130 puede acoplarse mecánicamente al espejo giratorio 140 de cualquier manera apropiada. El eje 130 puede acoplarse al espejo giratorio 140 en un ángulo que no sea de 90 grados para impartir un ángulo de desplazamiento al espejo giratorio 140. La unión entre el eje 130 y el espejo giratorio 140 puede ser ajustable para que el ángulo de desplazamiento pueda ser seleccionado por un operador. El ajuste del ángulo de desplazamiento puede realizarse durante la configuración del sistema 200, o puede ajustarse durante el uso por un operador. De esta manera, se crea el patrón circular 230, o alternativamente otra curva cerrada, por ejemplo, un óvalo, mediante el haz láser. Luego, un operador puede mover el sistema 200 para escanear el patrón circular 230 sobre una superficie para realizar ablación u otro procesamiento de material. La FIG. 2A ilustra el impacto de usar un espejo giratorio desplazado. Varios espejos giratorios desplazados producen patrones de escaneo láser de círculos dentro de círculos, y proporcionan varias ventajas adicionales. Se pueden formar círculos con, o superpuestos a, otros círculos (o alternativamente óvalos u otras curvas cerradas) utilizando múltiples espejos giratorios desplazados y/o múltiples lentes de cuña giratorias, en la línea de un haz láser, como se muestra en la FIG. 2B. Al crear círculos dentro de círculos, se obtienen discos completos de cobertura de ablación láser. Las figuras 7A y 7B ilustran esto más plenamente, y se explican más adelante.

La FIG. 2B ilustra esquemáticamente un sistema que incluye dos espejos giratorios para dirigir un láser a través de una lente en un patrón circular con un segundo patrón circular superpuesto. Los dos espejos giratorios están montados en motores (aunque alternativamente, se puede usar un solo motor para girar ambos espejos) con desplazamientos para cambiar el ángulo de incidencia durante una sola rotación de cada espejo. De esta manera, se crea un círculo u otra curva cerrada, con un segundo círculo u otra curva cerrada superpuesta, mediante el haz láser. El sistema de círculos superpuestos puede tener ventajas adicionales para un operador, incluida una mayor área de ablación, sin puntos calientes y con un alto grado de control, lo que aumenta la eficiencia y la velocidad de limpieza y/o procesamiento.

La FIG. 2<b>ilustra en forma de diagrama el sistema 240 que incluye el espejo giratorio 140 y el segundo espejo giratorio 260 (también llamado segundo espejo giratorio 260) para dirigir el haz láser 245 a través de la lente 220 hacia el cono 270. El cono 270 puede formar un patrón circular 280 en una superficie cuando el haz láser del cono 270 impacta o contacta con una superficie. El espejo giratorio 140 está montado en el motor 120 mediante el eje 130. Los detalles relacionados con el espejo giratorio 140, incluidas las velocidades de rotación y los métodos de fijación, son los mismos en el sistema 240 que en el sistema 200.

En el sistema 240, el segundo espejo giratorio 260 está montado en el motor 250 mediante el eje 255. El eje 255 puede girar a una alta velocidad, por ejemplo, 30,000, 60,000, 100,000 o más revoluciones por minuto (RPM), y por lo tanto puede representar un eje de rotación del segundo espejo giratorio 260. El eje 255 puede acoplarse mecánicamente al segundo espejo giratorio 260 de cualquier manera apropiada. El eje 255 puede acoplarse al segundo espejo giratorio 260 en un ángulo que no sea de 90 grados para impartir un ángulo de desplazamiento al segundo espejo giratorio 260. La unión entre el eje 255 y el segundo espejo giratorio 260 puede ser ajustable para que el ángulo de desplazamiento pueda ser seleccionado por un operador. El ajuste del ángulo de desplazamiento puede realizarse durante la configuración del sistema 240, o puede ajustarse durante el uso por un operador. De esta manera, se crea el patrón circular 280, o alternativamente otra curva cerrada, por ejemplo, un óvalo, mediante el haz láser. Luego, un operador puede mover el sistema 240 para escanear el patrón circular 280 sobre una superficie para realizar ablación u otro procesamiento de material. En otras alternativas adicionales, se pueden crear reflexiones y círculos adicionales (u óvalos) para cambiar el patrón circular 280 en una forma que pueda ser más útil o fácil de escanear por un operador sobre una superficie.

El Sistema 240, con dos espejos giratorios, crea un patrón más complejo que el Sistema 100. En particular, el tamaño de los ángulos de desplazamiento, la velocidad de rotación y las distancias entre los espejos pueden ajustarse para determinar el tamaño del patrón circular 280. De esta manera, se puede crear un patrón interno dentro del perímetro exterior del patrón circular 280, de modo que la ablación láser ocurra en toda el área del patrón circular 280. Además, la velocidad de rotación del espejo giratorio 140 y del segundo espejo giratorio 260 puede ser diferente para garantizar una cobertura uniforme del área interna del patrón circular 280. En contraste, en el sistema 200 mostrado en la FIG. 2A, la ablación láser se proporciona solo en el borde o contorno del patrón circular 230. Las FIGS. 7A y 7B ilustran esto de manera más completa, y se explican a continuación. De esta manera, se abarca un área más grande y un operador puede tener un mayor control sobre el proceso de ablación.

Las FIGS. 3A-3C ilustran patrones de área de contacto para diferentes sistemas de ablación láser. La FIG. 3A ilustra el patrón de exploración tradicional 310 para una oscilación de ida y vuelta en la dirección de la doble flecha 305 de los patrones de área de contacto para diferentes sistemas de ablación láser. Dado que el patrón de exploración tradicional 310, como un galvanómetro, se detiene y comienza en ambos extremos del patrón de exploración, se desarrollan puntos calientes 320 y 322 en esas posiciones. La reducción de los puntos calientes se logra solo mediante un esfuerzo significativo que también suele afectar el funcionamiento del láser al modular la intensidad del pulso. Además, la operación del mecanismo para lograr el movimiento de ida y vuelta típicamente resulta en un desgaste alto y puede causar fallas en el sistema, ya que puede haber detenciones y arranques inherentes en la operación del mecanismo de exploración.

La FIG. 3B ilustra dos patrones de exploración lineal utilizados en la superficie 330 movida perpendicularmente a la línea de los patrones de exploración. En particular, la superficie 330 se mueve en la dirección 335, aunque alternativamente, la superficie 330 puede estar estacionaria y el sistema de ablación láser puede moverse en la dirección opuesta para crear el mismo efecto. El patrón de exploración unidireccional 340, que explora en línea en una dirección, con la finalización de una línea inmediatamente antes del comienzo de la siguiente línea, como puede ser producido por un sistema de espejo poligonal descrito aquí. El patrón de exploración unidireccional 340 tiene la desventaja de que cada línea de exploración debe superponerse parcialmente a las líneas de exploración anteriores y siguientes para asegurar que se trate toda la superficie, y la velocidad a la que esto puede ocurrir limita la rapidez con la que se puede limpiar o procesar la superficie.

La FIG. 3B también ilustra el patrón de exploración tradicional 310, que explora en un patrón de ida y vuelta, como se muestra en la FIG. 3A. El patrón de exploración tradicional 310 también tiene la desventaja de que cada línea de exploración debe superponerse parcialmente a las líneas de exploración anteriores y siguientes para asegurar que se trate toda la superficie, y la velocidad a la que esto puede ocurrir limita la rapidez con que se puede limpiar o procesar la superficie. Además, el patrón de exploración tradicional 310 tiene la desventaja de puntos calientes en los puntos finales, como se discutió en relación con la FIG. 3A.

La Figura 3C ilustra el patrón circular de área de contacto 360 (también conocido como área de contacto circular 360) para un sistema ejemplar de ablación láser según la presente tecnología. El sistema de ejemplo de ablación láser se muestra en la Figura 3C operando sobre la superficie 330, que se mueve en dirección 335, aunque alternativamente, la superficie 330 puede estar estacionaria y el sistema ejemplar de ablación láser puede moverse en la dirección opuesta para crear el mismo efecto. El área de contacto circular 360 puede tener un diámetro 370 orientado perpendicularmente a la dirección 335, y puede tener un borde delantero 380 posicionado hacia adelante del diámetro 370 y un borde trasero 390 posicionado detrás del diámetro 370. En vista de la posibilidad de que la superficie 330 esté estacionaria y el operador mueva el sistema de ablación láser, el borde delantero 380 podría estar detrás del diámetro 370 y el borde trasero 390 podría preceder al diámetro 370. La Figura 3C ilustra una ventaja significativa de la tecnología actual ya que cada posición de la superficie 330 está expuesta a dos pasadas del láser. A medida que el láser escanea la superficie 330, cualquier punto dado en la superficie 330 primero será expuesto al borde delantero 380 y luego será expuesto una segunda vez por el borde trasero 390. Un movimiento físico del escáner láser resulta en dos exposiciones de la superficie al haz láser, mientras que los métodos de escaneo lineal resultan en solo una exposición de la superficie al haz láser por cada movimiento físico del escáner láser, y están limitados a la rapidez con que pueden moverse a través de una superficie, perpendicularmente a la dirección de escaneo, por la frecuencia del escáner. Una alta tasa de RPM para el sistema ejemplar de ablación láser para producir el patrón circular de área de contacto 360 ayuda a garantizar que todos los puntos en la superficie 330 estén expuestos al haz láser. Además, una alta tasa de RPM y/o un círculo u óvalo grande conducen a una velocidad de escaneo más rápida. Las velocidades de escaneo más rápidas permiten el uso de láseres de alta potencia que normalmente no se utilizan en la ablación láser. Por ejemplo, los láseres utilizados en soldadura, como los láseres CW, pueden usarse cuando se proporcionan velocidades de exploración muy altas. De esta manera, el uso de tales láseres de alta potencia también puede permitir que se procesen o retiren áreas más grandes con un láser en períodos de tiempo más cortos y con menos esfuerzo. En otras alternativas, el área de contacto circular 360 puede ser un óvalo u otra forma curvilínea cerrada.

La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método 400 de la presente tecnología. En el paso opcional 410, un operador o un sistema automatizado de computadora ajusta la longitud de onda y la potencia de un haz láser de un dispositivo según la presente tecnología. La longitud de onda del láser se ajusta para quitar un recubrimiento superficial en una superficie. La potencia del haz láser también puede ajustarse a un nivel apropiado para el propósito deseado. El recubrimiento superficial puede ser corrosión, material extraño y/o oxidación. Desde el paso 410, el método pasa al paso 420.

En el paso 420 del método 400, un operador o un robot controlado por computadora dirige un haz láser hacia la superficie para formar un área de contacto. El área de contacto puede ser un haz láser enfocado o desenfocado. Desde el paso 420, el método procede al paso 430. En el paso 430 del método 400, el sistema mueve el área de contacto en una primera dirección curvilínea para formar una primera curva de contacto. La primera curva de contacto puede ser un círculo, óvalo u otra curva cerrada. Desde el paso 430, el método procede al paso opcional 440.

En el paso opcional 440 del método 400, el sistema mueve el área de contacto en una segunda dirección curvilínea superpuesta a la primera dirección curvilínea. La primera dirección curvilínea define una primera forma circular, y la segunda dirección curvilínea define una segunda forma circular. La primera forma circular tiene un radio menor o igual al diámetro de la segunda forma circular. Por ejemplo, la primera forma circular puede ser un primer óvalo u otra curva cerrada, y la segunda forma circular puede ser un segundo círculo, óvalo u otra curva cerrada superpuesta al primer círculo, óvalo u otra curva cerrada. Además, un tercer o más círculos, óvalos u otras curvas cerradas pueden superponerse en los primeros y segundos círculos, óvalos u otras curvas cerradas.

Otros métodos para producir círculos incluyen una lente de cuña giratoria en el camino del haz, y un escáner XY galvo programado. Otros ejemplos de realizaciones utilizan un sistema de limpieza láser con duración de pulso sintonizable/ programare con un amplificador de potencia de oscilador maestro (MOPA) como fuente de láser de ablación limpiadora. La presente tecnología puede ser utilizada con láseres que tienen varias longitudes de onda y varias duraciones de pulso, especialmente láseres de alta potencia como láseres de onda continua, de onda continua modulada y láseres pulsados como los láseres MOPA, de Q-switch y otros láseres pulsados. Por ejemplo, la tecnología actual puede utilizar longitudes de onda láser como, pero no limitadas a, 2000 nm, 1500 nm, 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm y otras longitudes de onda que pueden ser generadas por diversas fuentes láser. La presente tecnología puede utilizar cualquier duración de pulso láser, como, pero no limitada a, láseres con pulsos que pueden medirse en femtosegundos, picosegundos, nanosegundos, microsegundos, láseres continuos modulados y de onda continua. La presente tecnología puede utilizar cualquier lente apropiada, o puede implementarse sin una lente cuando se utiliza un haz láser colimado de suficiente potencia para el uso deseado. Se pueden utilizar varios espejos giratorios para escaneos más complejos, incluyendo el concepto de crear un escaneo de un círculo dentro de un círculo. Los métodos y sistemas de ablación láser y procesamiento de materiales de la tecnología actual son aplicables para: limpieza por ablación láser; procesamiento de materiales; descontaminación de superficies; eliminación de revestimientos; texturización de superficies; eliminación de pintura; temple láser; endurecimiento láser; soldadura láser; eliminación de tatuajes; tratamientos láser para la piel; escaneo láser de alta velocidad, y/o cualquier aplicación donde un láser sea escaneado de manera uniforme sobre una superficie.

La técnica del prisma giratorio puede ser utilizada para crear círculos y otros patrones. El número de revoluciones por minuto de uno o más espejos compensados impacta la velocidad de movimiento del haz láser en la superficie (llamada área de impacto o área de ablación). En ejemplos de realizaciones de la tecnología actual, 60,000 RPM (o más de 100,000 RPM) es alcanzable utilizando el concepto de espejo giratorio. Del mismo modo, un círculo que gira lentamente puede ser deseable, en cuyo caso se puede utilizar un espejo giratorio de baja RPM.

El láser puede ser programado para tener ajustes específicos como nivel de energía, duración del pulso y frecuencia del pulso. El disparador en el mango puede ser activado manualmente, y el control de las RPM de la velocidad de escaneo puede ser ajustado manualmente con un potenciómetro o digitalmente a través de una interfaz de control. El láser puede trabajar con cualquier lente apropiada, incluyendo una lente F-theta, una lente de campo plano, una lente telecéntrica, una lente esférica, etc. La lente F-theta proporciona un ligero ángulo de impacto que depende de la geometría del "cono" láser del escáner mientras realiza un círculo. La lente telecéntrica es más grande y asegura que siempre haya un ángulo de impacto de 90 grados para el haz.

El haz láser puede ser controlado por un sistema analógico o digital, por ejemplo, una placa de control que tiene diales o botones que controlan cualquier parámetro láser apropiado, por ejemplo, potencia láser, tamaño de punto, RPMs, frecuencia de pulso láser y duración del pulso.

Las técnicas de las realizaciones aquí divulgadas pueden implementarse utilizando una variedad de tecnologías. Por ejemplo, los métodos descritos aquí pueden ser implementados en software ejecutándose en un sistema informático o en hardware utilizando ya sea una combinación de microprocesadores u otros circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC) diseñados especialmente, dispositivos lógicos programables o varias combinaciones de los mismos. En particular, los métodos descritos aquí pueden ser implementados por una serie de instrucciones ejecutables por computadora que residen en un medio de almacenamiento como un disco duro, o medio legible por computadora. Cabe destacar que los métodos divulgados aquí pueden ser implementados por una computadora (por ejemplo, una computadora de escritorio, computadora de tableta, computadora portátil), consola de juegos, dispositivo de juego portátil, teléfono celular, teléfono inteligente, sistema de televisión inteligente, etc.

La FIG. 5 ilustra un ejemplo de sistema informático 500 que puede ser utilizado para implementar una realización de la presente tecnología. Por ejemplo, el sistema 200 y el sistema 240 pueden ser implementados por uno o más de los componentes del sistema informático 500. Además o alternativamente, el sistema informático 500 puede ser utilizado para implementar el método 400 de la FIG. 4. El sistema informático 500 de la FIG. 5 incluye uno o más procesadores 510 y memoria 520. La memoria 520 almacena, en parte, instrucciones y datos para la ejecución por parte de uno o más procesadores 510. La memoria 520 puede almacenar el código ejecutable cuando el sistema informático 500 está en funcionamiento. El sistema informático 500 de la FIG. 5 puede incluir además un almacenamiento masivo 530, almacenamiento portátil 540, dispositivos de salida 550, dispositivos de entrada 560, una pantalla gráfica 570, y otro(s) dispositivo(s) periférico(s) 580.

Los componentes mostrados en la FIG. 5 están representados como conectados a través de un único bus 590. Los componentes pueden estar conectados a través de uno o más medios de transporte de datos. Uno o más procesadores 510 y la memoria 520 pueden estar conectados a través de un bus de microprocesador local, y el almacenamiento masivo 530, dispositivo(s) periférico(s) 580, almacenamiento portátil 540, y la pantalla gráfica 570 pueden estar conectados a través de uno o más buses de entrada/salida (E/S).

El almacenamiento masivo 530, que puede implementarse con una unidad de disco magnético o una unidad de disco óptico, es un dispositivo de almacenamiento no volátil para almacenar datos e instrucciones para el uso por parte de uno o más procesadores 510. El almacenamiento masivo 530 puede almacenar el software del sistema para implementar realizaciones de la tecnología actual con el propósito de cargar ese software en la memoria 520. El almacenamiento portátil 540 opera en conjunto con un medio de almacenamiento portátil no volátil, como un disquete, un disco compacto o un disco de video digital, para introducir y extraer datos y código hacia y desde el sistema informático 500 de la FIG. 5. El software del sistema para implementar realizaciones de la tecnología actual puede ser almacenado en un medio portátil de este tipo e introducido al sistema informático 500 a través del almacenamiento portátil 540.

Los dispositivos de entrada 560 proporcionan una parte de una interfaz de usuario. Los dispositivos de entrada 560 pueden incluir un teclado alfanumérico, como un teclado, para introducir información alfanumérica y otra información, o un dispositivo señalador, como un ratón, una bola de seguimiento, un lápiz óptico o teclas de dirección del cursor. Además, el sistema informático 500, como se muestra en la FIG. 5, incluye dispositivos de salida 550. Los dispositivos de salida adecuados incluyen altavoces, impresoras, interfaces de red y monitores.

La pantalla gráfica 570 puede incluir una pantalla de cristal líquido (LCD) u otro dispositivo de visualización adecuado. La pantalla gráfica 570 recibe información textual y gráfica, y procesa la información para mostrarla en el dispositivo de visualización.

El(los) dispositivo(s) periférico(s) 580 pueden incluir cualquier tipo de dispositivo de soporte informático para agregar funcionalidad adicional al sistema informático 500. El(los) dispositivo(s) periférico(s) 580 pueden incluir un módem o un enrutador.

Los componentes contenidos en el sistema informático 500 de la FIG. 5 son aquellos que típicamente se encuentran en sistemas informáticos que pueden ser adecuados para su uso con las realizaciones de la presente tecnología y están destinados a representar una amplia categoría de tales componentes informáticos que son bien conocidos en el estado de la técnica. Por lo tanto, el sistema informático 500 de la FIG. 5 puede ser un ordenador personal, un sistema informático portátil, un teléfono, un sistema informático móvil, una estación de trabajo, un servidor, una minicomputadora, una computadora principal o cualquier otro sistema informático. El ordenador también puede incluir diferentes configuraciones de bus, plataformas de red, plataformas de múltiples procesadores, etc. Se pueden usar varios sistemas operativos, incluidos UNIX, Linux, Windows, Macintosh OS, Palm OS y otros sistemas operativos adecuados.

La FIG. 6 ilustra los ángulos de impacto para diferentes sistemas de ablación láser según la presente tecnología. Los diagramas en la FIG. 6 utilizan la dirección 610, sin embargo, todas las explicaciones son igualmente adecuadas para cualquier otra dirección. El cono de haz ancho 620 produce un patrón circular 626, que alternativamente puede ser un óvalo u otra forma curvilínea cerrada. El cono de haz estrecho 630 produce un patrón circular 636, que también alternativamente puede ser un óvalo u otra forma curvilínea cerrada. El patrón circular 626 puede ser del mismo tamaño que el patrón circular 636, lo que hace que la distancia desde un dispositivo que proyecta el cono de haz ancho 620 sea menor que la distancia desde otro dispositivo que proyecta el cono de haz estrecho 630. Alternativamente, el patrón circular 626 puede ser más grande que el patrón circular 636, y la distancia desde el dispositivo que proyecta el cono de haz ancho 620 puede ser la misma que desde el otro dispositivo que proyecta el cono de haz estrecho 630. También son posibles otras variaciones para el tamaño del patrón circular 626 y el patrón circular 636, y la distancia desde sus respectivos dispositivos proyectores hasta una superficie en tratamiento. La distancia desde los respectivos dispositivos proyectores hasta la superficie en tratamiento puede ajustarse mediante el ajuste de la longitud focal de cualquier lente a través de la cual se proyecta el haz láser.

El cono de haz ancho 620 puede proporcionar una cobertura mejorada de superficies altamente texturizadas debido al ángulo variable de incidencia del haz láser con respecto al plano de la superficie en tratamiento. El borde delantero 622 del cono de haz ancho 620 impacta la superficie texturizada 652 en el diagrama 650. El borde delantero 622 del cono de haz ancho 620 incluye rayos de luz 654, que alternativamente pueden considerarse como fotones. Debido al ángulo de incidencia más bajo en la superficie texturizada 652, las áreas localizadas en la superficie texturizada 652 que están casi perpendiculares al plano general de la superficie texturizada 652 y que miran en dirección opuesta 610 reciben los rayos de luz 654 en un ángulo aproximadamente perpendicular. Por lo tanto, estas áreas también pueden recibir una fluencia uniforme de luz láser y, por lo tanto, son procesadas o rebajadas junto con las porciones generalmente lisas de la superficie texturizada 652.

De manera similar, el borde posterior 624 del cono de haz ancho 620 impacta la superficie texturizada 642 en el diagrama 640. El borde posterior 624 del cono de haz ancho 620 incluye rayos de luz 644, que alternativamente pueden considerarse como fotones. Debido al ángulo de incidencia más bajo en la superficie texturizada 642, las áreas localizadas en la superficie texturizada 642 que están casi perpendiculares al plano general de la superficie texturizada 642 y que miran en la dirección 610 reciben los rayos de luz 644 en un ángulo aproximadamente perpendicular. Por lo tanto, estas áreas también pueden recibir una fluencia uniforme de luz láser y, por lo tanto, son procesadas o rebajadas junto con las porciones generalmente lisas de la superficie texturizada 642. De esta manera, el cono de haz ancho 620 puede proporcionar un procesamiento o ablación mejorado para superficies altamente texturizadas. Como se muestra en el diagrama 660, cualquier punto a lo largo de la superficie está expuesto a múltiples ángulos del rayo de luz del borde delantero 664 y del rayo de luz del borde posterior 666, con un movimiento del círculo láser.

El cono de haz estrecho 630, con el borde delantero 632 y el borde posterior 634, puede proporcionar una cobertura suficiente para superficies lisas, por ejemplo, la superficie 662 en el diagrama 660. Por lo tanto, el ángulo de incidencia del rayo de luz del borde delantero 664 y del rayo de luz del borde posterior 666 puede estar más cerca de ser perpendicular a la superficie 662 sin comprometer la cobertura, y con una eficiencia potencialmente aumentada.

Las FIGS. 7A-7B son diagramas que ilustran ejemplos de realizaciones de ejemplo de una zona de contacto de un sistema de ablación láser de ejemplo. En la FIG. 7A, el patrón de escaneo 700 ilustra el patrón de escaneo de círculo dentro de un círculo, y en particular la superposición del círculo exterior 705 y el círculo central 715. En el patrón de escaneo 700, el círculo exterior 705 y el círculo central 715 tienen aproximadamente el mismo tamaño, sin embargo, en ejemplos alternativos ejemplares, uno u otro de los círculos exterior 705 y central 715 puede ser más grande que el otro. Además, en el patrón de escaneo 700, el círculo central 715 se muestra centrado, mientras que el círculo exterior 705 se muestra descentrado. Sin embargo, la posición opuesta también puede considerarse y es indistinguible en la superposición. El círculo exterior 705 y el círculo central 715 pueden representar cada uno un círculo producido por un espejo giratorio.

La superposición del círculo exterior 705 y el círculo central 715 hace que el círculo exterior 705 se produzca como un patrón de escaneo circular que gira alrededor del diámetro exterior del círculo central 715. De esta manera, se forma el perímetro exterior 710 mediante la superposición, y tiene un diámetro igual al diámetro del círculo exterior 705 más el diámetro del círculo central 715. De esta manera, se produce un patrón de escaneo más grande que con un solo patrón de escaneo circular.

Como se muestra en el patrón de escaneo 725, la operación continua del sistema de ablación láser o de procesamiento de material que tiene un patrón superpuesto de dos círculos crea una serie de patrones circulares dentro del perímetro exterior 710. La operación continua del dispositivo de ablación láser finalmente crea el patrón de escaneo 730, en el cual se llena toda el área dentro del perímetro exterior 710, lo que representa que toda el área dentro del perímetro exterior 710 ha sido expuesta al haz láser, y por lo tanto ha sido rebajada o procesada, según lo deseado.

En la FIG. 7B, el patrón de escaneo 740 ilustra el patrón de escaneo de círculo dentro de un círculo cuando los dos círculos que se están produciendo tienen aproximadamente el mismo diámetro, pero no tienen el mismo diámetro. El patrón de escaneo 740 tiene un perímetro exterior 710 con un diámetro igual a la suma de los dos diámetros de los dos círculos utilizados para producirlo. El patrón de escaneo 740 tiene un círculo de superposición central interior 750, que puede ser un punto caliente debido a la mayor fluencia en esta área.

El patrón de escaneo 760 en la FIG. 7B ilustra el patrón de escaneo de círculo dentro de un círculo cuando los dos círculos que se están produciendo tienen diámetros claramente diferentes, y la velocidad de rotación del círculo más grande es mucho menor que la del círculo más pequeño. En esta situación, se forma un agujero circular interior 770 que no es escaneado por el haz láser y, por lo tanto, no se elimina.

El patrón de escaneo 780 en la FIG. 7b ilustra el patrón de escaneo de círculo dentro de un círculo cuando los dos círculos que se están produciendo tienen diámetros claramente diferentes. En cualquiera de estos casos, se forma el patrón de escaneo 780 que incluye el gran círculo interior de ablación 790, que tiene una fluencia más alta que el anillo exterior del patrón de escaneo 780.

Como se ilustra en las FIGS. 7A y 7B, los patrones de escaneo y la distribución de energía resultante pueden ser manipulados en función de los diámetros relativos de los círculos. En general, en un escenario de dos espejos giratorios desplazados, siempre que un espejo esté girando significativamente más rápido que el otro espejo, se trazará y moverá un círculo u óvalo definido dentro de un segundo círculo u óvalo. Variar las velocidades de rotación relativas y la dirección de rotación, como el sentido de las agujas del reloj frente al sentido contrario al de las agujas del reloj, de los dos o más espejos desplazados, por ejemplo, puede resultar en patrones de escaneo más complejos y dinámicos y en formas geométricas distintas de los círculos, como estrellas o triángulos. Un espejo puede configurarse para girar en sentido horario y otro en sentido antihorario, o ambos podrían rotar en sentido horario. En ejemplos de realizaciones utilizando espejos desplazados giratorios para crear los círculos, las velocidades relativas se ajustan determinando la velocidad de rotación de los espejos desplazados. De esta manera, un operador tiene múltiples parámetros de control para cambiar las características del patrón de escaneo resultante al utilizar un patrón de círculo dentro de un círculo, incluidos los diámetros de los círculos (según el ángulo de incidencia) y la velocidad de rotación (que determina la rapidez con que giran los dos espejos desplazados). En ejemplos adicionales de realizaciones, el ángulo del desplazamiento para uno o ambos (o más) espejos puede ajustarse durante la instalación según sea necesario o controlado por un operador en el campo, y por lo tanto, el patrón de escaneo puede tener un ajuste adicional. Además, el ángulo de incidencia del láser en el espejo puede ajustarse, por ejemplo, en cualquier lugar desde paralelo al eje de rotación del espejo hasta muy desplazado de este eje de rotación. Además, al aumentar las RPM o el diámetro del círculo, la velocidad de escaneo aumentará.

Las FIGS. 8A-8C son diagramas que ilustran ejemplos de áreas de contacto para múltiples escáneres de un sistema de ablación láser de ejemplo. Se pueden utilizar múltiples escáneres en el que todos compartan una única fuente láser potente o con sus propias fuentes láser independientes, con cada escáner proyectando un círculo, óvalo u otra curva cerrada, con posiblemente círculos adicionales, óvalos o curvas cerradas superpuestas. Los múltiples escáneres pueden montarse uno al lado del otro para crear una configuración de círculos y cubrir aún más área por pasada con un campo de escaneo de círculos. Los escáneres ópticos múltiples pueden montarse juntos en un cabezal de entrega más grande para crear varios escaneos de círculos uno al lado del otro o superpuestos.

En la FIG. 8A, el patrón de escaneo 800 ilustra un patrón de tres círculos de escaneo, que pueden moverse en la dirección de escaneo 820. Cada círculo de escaneo 810 en las FIGS. 8A, 8B y 8C puede ser un único patrón de escaneo circular, o el perímetro exterior de un círculo dentro de un patrón de escaneo de círculo. En el patrón de escaneo 800, se proporcionan tres círculos de escaneo que se superponen ligeramente cuando se mueven en la dirección de escaneo 820. En la FIG. 8B, el patrón de escaneo 830 ilustra un patrón de tres círculos de escaneo dispuestos en una línea perpendicular a la dirección de la dirección de escaneo 820, y que pueden moverse en la dirección de escaneo 820. En la FIG. 8C, el patrón de escaneo 840 ilustra un patrón de cinco círculos de escaneo dispuestos en un patrón superpuesto, que pueden moverse en la dirección de escaneo 820. También son posibles círculos superpuestos adicionales, y los círculos de escaneo pueden tener tamaños y formas diferentes. Asimismo, los círculos de escaneo pueden ser óvalos, círculos u otras curvas cerradas. Además, la dirección de escaneo 820 puede cambiarse a cualquier otra dirección, y puede ser constante o variable. El escáner utilizado para producir los patrones de escaneo puede ser automatizado, por ejemplo, controlado robóticamente, o puede ser controlado manualmente. Los patrones de escaneo también pueden variar con el tiempo durante un solo escaneo o según la selección del usuario.

Un círculo perfecto ofrece una distribución de energía uniforme a lo largo del recorrido del círculo. Sin embargo, dependiendo de cómo se mueva el mecanismo de escaneo sobre una superficie, podría preferirse un óvalo, ya que cambia la forma en que se distribuye la energía a lo largo del camino curvo, con menos energía por longitud en los lados más largos del óvalo, y mayor energía por longitud en los lados más cortos del óvalo. Cuanto más alargado se vuelva el óvalo, menor será la densidad de energía de la deposición láser a lo largo del eje alargado. Hay aplicaciones donde es ventajoso usar el óvalo. El patrón de círculo láser resulta en dos pasadas sobre una superficie con cada movimiento del escáner. Si se quisiera aumentar o disminuir la cantidad de tiempo entre la primera y la segunda pasada del láser, esto podría hacerse estirando o contrayendo el círculo en un óvalo. En la imagen a continuación, si el patrón de escaneo se estuviera moviendo a una velocidad determinada hacia la derecha, entonces el patrón de escaneo ovalado tendría más espacio de tiempo antes de que el borde posterior de la esfera alcanzara el mismo lugar donde el borde delantero alcanzó.

La descripción anterior es ilustrativa y no restrictiva. Muchas variaciones de la tecnología serán evidentes para aquellos con habilidades en el arte tras revisar esta divulgación. Por lo tanto, el alcance de la tecnología debe determinarse no con referencia a la descripción anterior, sino más bien con referencia a las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para ablación de un recubrimiento sobre un sustrato, comprendiendo el sistema:

un láser que produce una salida (155, 245) configurada para quitar el recubrimiento sin dañar una superficie del sustrato debajo del recubrimiento; y

un escáner galvanométrico configurado para crear a partir de la salida del láser (155, 245) un patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700), donde el sistema es trasladable para mover la salida (155, 245) a lo largo del recubrimiento para quitar el recubrimiento, donde el patrón de escaneo sustancialmente circular comprende tanto un borde delantero (622, 632) como un borde trasero (624, 634) de manera que el recubrimiento esté expuesto a dos pasadas de la salida (155, 245).

2. El sistema de la reivindicación 1, donde el escáner galvanométrico está configurado como un escáner galvanométrico XY programable, y/o como cabezales de escaneo galvanométrico.

3. El sistema según la reivindicación 1 o 2, donde el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700) comprende un primer patrón de escaneo circular o elipsoidal (705) con un primer diámetro que se superpone a un segundo patrón de escaneo circular o elipsoidal (715) con un segundo diámetro que es diferente en tamaño en relación con el primer diámetro.

4. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el escáner galvanométrico comprende un primer escáner galvanométrico que hace oscilar un primer espejo que refleja y desvía la salida del láser a lo largo de un primer eje (X), y un segundo escáner galvanométrico que hace oscilar un segundo espejo que refleja y desvía la salida del láser a lo largo de un segundo eje (Y), donde preferiblemente, el primer eje (X) es perpendicular al segundo eje (Y).

5. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el borde delantero (622, 632) y el borde trasero (624, 634) tienen cada uno un ángulo de incidencia único.

6. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, además comprende una lente (220) que recibe la salida (155, 245) del escáner galvanométrico.

7. El sistema según la reivindicación 6, donde la lente (220) es una lente focal con una profundidad focal que puede ser cambiada para modificar el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700).

8. El sistema según la reivindicación 6 o 7, donde la lente (220) está configurada para enfocar la salida láser para formar el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700).

9. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los parámetros de ajuste para el láser se seleccionan de manera que permitan que la salida (155, 245) excite el recubrimiento mientras elimina al menos una porción de la superficie del sustrato.

10. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el recubrimiento comprende cualquiera de corrosión, pintura, contaminantes, o combinaciones de los mismos.

11. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el escáner galvanométrico está programado para generar dicho patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700).

12. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el láser es un láser sintonizable, donde preferiblemente son seleccionables, un nivel de energía, una duración de pulso y una frecuencia de pulso del láser.

13. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, además comprende un controlador configurado para controlar el escáner galvanométrico para crear el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700).

14. El sistema según la reivindicación 13, donde el controlador comprende un microprocesador (510) que está programado con instrucciones que, cuando se ejecutan, controlan el movimiento cooperativo de al menos dos direcciones del escáner galvanométrico para crear el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700) con la salida (155, 245) del láser.

15. Un método para realizar ablación de un recubrimiento en un sustrato, comprendiendo el método: seleccionar parámetros de ajuste para un láser de manera que el láser produzca una salida (155, 245) configurada para quitar el recubrimiento sin dañar una superficie del sustrato debajo del recubrimiento; dirigir la salida (155, 245) del láser ajustado hacia un escáner galvanométrico para crear uno o más patrones de escaneo sustancialmente circulares (230, 280, 700) con la salida; y

mover la salida (155, 245) a una tasa sustancialmente continua a lo largo del recubrimiento para quitar el recubrimiento, donde el patrón de escaneo sustancialmente circular (230, 280, 700) comprende tanto un borde delantero (622, 632) como un borde trasero (624, 634) de manera que el recubrimiento está expuesto a dos pasadas de la salida (155, 245).