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从专利视角鸟瞰激光清洗技术与应用的发展(五)

 

 

  杨和逸

 

  (……接上期)

 

  五、 主要的专利内容

  经过对申请的2343件专利内容的初步分析,惊喜地发现激光清洗专利内容丰富多彩、精彩纷呈。激光清洗专利内容可归纳为如下六个大类:

 

  l   激光清洗原理、方法类专利

  l   通用激光清洗设备、装置类专利

  l   通用激光清洗设备各组成部分相关专利

  l   激光清洗应用场景类专利

  l   激光清洗效果评价检测类专利

  l   激光清洗碳排放评估类专利

 

  这些大类涉及到了原理方法、清洗设备及部件、清洗场景应用、效果评价和环境效益等方方面面。在后续的其它报告中将就各大类专利内容做更详尽的分析。本文先概括介绍上述几方面专利的情况。

 

  1、 激光清洗原理、方法类专利

  2007年4月27日,ASML荷兰有限公司在我国申请了专利号为CN200710102969.X的“清洗方法、器件制造方法、清洗组件和装置、光刻装置 清洁一表面之方法、一器件制造方法、一清洁总成、清洁设备以及微影设备”的第一件激光清洗方法发明专利。该专利于2013年4月10日获得授权,2016年6月22日专利权终止。自这件专利之后,截至2022年8月底各申请人共提出了120件激光清洗原理、方法类专利的申请。

  这些原理、方法类专利包括针对某一类污染物的清洗方法,针对某一形状零部件的清洗方法,针对某一环境条件的清洗方法,激光与其他能量源的复合清洗方法,不同波长激光的组合清洗方法,脉冲激光与连续波激光叠加清洗方法,激光清洗光斑扫描方法,激光清洗光斑整形方法,激光清洗能量阈值的确定方法和激光清洗质量一致性方法等方面。

  截止2022年8月底,激光清洗原理、方法类专利由大学申请的有56件,企业申请的有44件,研究所申请的有19件,个人申请的有1件。这样的比例充分反映出大学、研究所在激光清洗基础理论、方法研究方面所具有的得天独厚优势。

 

  2、 通用激光清洗设备、装置类专利

  通用激光清洗设备、装置是指未指定具体清洗应用行业或应用场景的设备与装置。这类专利的申请量高达443件,是激光清洗专利申请总量中占比最大的部分(占总申请量的18.91%)。这类专利涉及到激光清洗笔、微型激光清洗机、背包式激光清洗机、便携式激光清洗机、移动式激光清洗机、固定安装激光清洗机和车载激光清洗机等大小不一的激光清洗设备、装置。也包括各类手持式激光清洗机和全自动激光清洗设备。还包括具有特定激光光源、特定功能的通用激光清洗设备、装置,如双波长激光清洗机、多清洗头激光清洗机、与其他能源协作的复合清洗机、大型平面激光清洗机,圆盘零件激光清洗机和复杂形状构件激光清洗机等。

 

  3、 通用激光清洗设备各组成部分相关专利

  随着激光清洗技术研究的深入,各类激光清洗设备的开发如火如荼。对激光清洗设备各组成部分单元的开发研究也愈来愈细。截至2022年8月底,众多专利申请人共申请了683件关于激光清洗机各单元技术的专利。激光清洗机各单元技术的专利申请量见表3。

 

表3 激光清洗机各单元技术的专利申请量

  从表3可以看出,激光清洗头的专利申请量居于各单元技术专利量的首位。激光清洗头用于将一定能量的激光束聚焦、扫描照射到待清洗工件表面,是实施激光清洗的必备单元。激光清洗头的专利申请大多集中于常规的手持式振镜清洗头,也有关于水下激光清洗、管道清洗、多种能源复合清洗用清洗头和集激光清洗、焊接为一体的多功能加工头的专利。在激光束扫描实现方法上也出现了基于棱镜转动生成光点扫描线的专利。给激光清洗头增加焦距调节、辅助对焦、出光角度调节、清洗参数设定显示、安全防护、除尘吹气和冷却等功能也成了一部分激光清洗头专利的主要技术内容。

  外壳外观专利是激光清洗机单元技术专利的又一主要方面。主要集中于激光清洗头、激光光源外形和激光清洗机的外壳设计和外观造型方面,专利类型大多为外观专利。

  激光清洗机的机构结构也是各专利申请人关注的重点内容之一。这些机构结构主要包括激光清洗头与工件之间的相对运动机构、工件的固定夹持工装结构、激光焦距保持机构、激光清洗整机车载平台结构、手持激光清洗助力机构等方面。

  光路及光学元件是激光清洗机的重要组成部分。这部分的专利主要集中于光束变换整形、光束单/双轴振镜扫描光路、多面棱镜/转镜扫描光路、管道清洗光路、调焦光路、长焦深激光光路、激光器阵列合束光路及其上述光路的光学元件。其中光束变换整形方面的专利涉及直接整形线光斑(代替振镜扫描)、点光斑匀化等专利。

  激光清洗机控制系统单元方面的专利大部分是激光清洗设备自身运行控制方面的专利。也包括了激光无损清洗控制、清洗过程及清洗效果监控、机器人视觉定位、清洗机外部环境监控、人机界面设计、控制卡等方面的专利。

  除尘防护是激光清洗过程的必备要求。激光清洗除尘防护方面的专利主要集中于对清洗产生的污染物的抽吸收集处理和对激光清洗头的吹气除尘保护两个方面。此外,密闭的清洗作业环境和微重力环境下的无尘清洗也成为了专利申请的对象。

  与除尘防护类似的吹气、防氧化保护方面的专利申请涉及到了如何使被清洗工件避免激光清洗时发生空气氧化的方法。航空航天部件的激光清洗有防氧化要求。

  除了激光清洗机上述单元技术的专利申请外,在激光清洗机的温湿度调节冷却单元、激光器、激光安全防护系统、清洗机自带的清洗工装、激光清洗机电源、清洗光束扫描路径规划软件等方面都有专利申请人申请了相关专利。此外,针对激光清洗机的可靠性设计测试和激光清洗用辅助材料也分别有2件和1件专利申请。

 

  (待续……)

 

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发布时间:2022-03-30 17:01:03
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