[发明专利]一种利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置及方法

权利要求书

1.一种利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置,其特征在于：包括行走小车(3)和激光架(6)，所述行走小车(3)行走于轨道(12)表面，所述行走小车(3)上设置直线导轨机构(5)，所述激光架(6)活动设置在所述直线导轨机构(5)上，且所述激光架(6)可沿着所述直线导轨机构(5)移动，所述激光架(6)上通过三维调节组件连接有激光头(10)，且所述三维调节组件可调节激光头(10)的空间位姿，以使得所述激光头(10)出射的激光照射至金属构件(1)表面，并对金属构件(1)的表面进行来回扫描，使得金属构件(1)的表面形成超疏水的减阻微观结构。

2.根据权利要求1所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置,其特征在于：所述三维调节组件包括垂直位移机构(7)、水平位移机构(8)和旋转机构(9)，所述垂直位移机构(7)活动设置在所述激光架(6)上，并可沿着所述激光架(6)竖向升降运动，所述水平位移机构(8)设置在所述垂直位移机构(7)上，且所述水平位移机构(8)可相对于所述垂直位移机构(7)水平移动，所述旋转机构(9)设置在所述水平位移机构(8)的下端，所述激光头(10活动设置在所述旋转机构(9)，且所述激光头(10)可相对于所述水平位移机构(8)的下端周向旋转。

3.根据权利要求1所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置,其特征在于：所述激光头(10)还出射指示光，且所述激光头(10)出射的指示光在金属构件(1)表面形成的光斑与所述激光头(10)出射的激光在所述金属构件(1)表面形成的光斑重合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置,其特征在于：所述激光头(10)与金属构件(1)表面之间的距离保持动态不变，且所述激光头(10)出射的激光的焦点位于所述金属构件(1)表面所在平面内。

5.一种利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的方法,其采用权利要求1-4任一项所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：将金属构件(1)表面的待加工区域清洗干净并吹干；

S2：在直线导轨机构(5)上调整激光架(6)的位置，使所述激光头(10)位于待加工区域正上方；

S3：调整垂直位移装置(7)、水平位移装置(8)和旋转机构(9)的初始位置和姿态，使得激光头(10)出射的激光在金属构件(1)表面形成的光斑位于金属构件(1)表面待加工区域内；

S4：开启所述激光头(10)并出射激光，对金属构件(1)进行扫描，以在金属构件(1)的表面形成超疏水的减阻微观结构，同时，行走小车(3)沿着轨道(12)匀速移动；

S5：重复上述步骤S2-S4，直至完成所述金属构件(1)表面所有待加工区域的加工。

6.根据权利要求5所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的方法,其特征在于：所述步骤S4中，所述激光头(10)采用重复来回直线扫描的方式，且扫描速度为800mm/s-2000mm/s，扫描方向需保持与所述轨道(12)的长度方向保持垂直。

7.根据权利要求5所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的方法,其特征在于：所述行走小车(3)沿轨道(12)移动的线速度V为：

其中，L为所述激光头(10)出射的激光在所述金属构件(1)表面形成的光斑来回直线扫描长度，d为所述激光头(10)的激光光斑直径，v为所述激光头(10)出射的激光来回移动扫描的扫描速度。

8.根据权利要求5所述的利用脉冲激光降低金属构件水下阻力的方法,其特征在于，所述S4还包括：

控制所述三维调节组件动态调节所述激光头(2)，以使得激光头(10)与金属构件(1)表面之间的距离与所述激光头(10)出射激光的焦距保持相等。

9.一种低阻金属船体，其特征在于：低阻金属船体表面采用权利要求5-8任一项所述的利用脉冲激光刻蚀降低金属船体阻力的方法制得。