曹朝陽

(1.中科和光(天津)應(yīng)用激光技術(shù)研究所有限公司 天津300304；2.天津市中科智云電子科技有限公司 天津301799)

1 研究背景

目前，激光技術(shù)應(yīng)用越來越廣，激光清洗是其中一項應(yīng)用技術(shù)。傳統(tǒng)的清洗方式包括機(jī)械打磨、高壓水射流、化學(xué)清洗和超聲波清洗。機(jī)械打磨是直接物理接觸，通過機(jī)械摩擦的方式將工件銹蝕去除，這種方式會對工件表面造成不可逆的損傷；高壓水射流是用高壓水將銹蝕去除，這種技術(shù)需要消耗大量的水，會造成水資源的浪費，且污水難以處理；化學(xué)清洗是通過使用化學(xué)試劑與銹蝕發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將銹蝕去除，化學(xué)試劑對環(huán)境污染較大，且會對操作人員產(chǎn)生危害；超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗效果，但其難以去除次微米級的顆粒，因而存在一定的局限性。

激光清洗技術(shù)是把高亮度和方向好的激光，通過光學(xué)聚集和光斑整形后形成具有特定光斑形狀和能量分布的激光束，照射到銹蝕位置，銹蝕材料吸收激光能量后，產(chǎn)生振動、熔化甚至氣化等現(xiàn)象，使得銹蝕脫離基材，但是幾乎不會損傷基材[1-2]。由于激光清洗優(yōu)勢明顯，越來越受到研究者的關(guān)注，發(fā)展迅速[3-10]。研究人員正著手研究將激光清洗應(yīng)用于鐵路行業(yè)，但目前研究較少，且處于初期階段[11]。

2 專利分析工具

我國的專利由國家知識產(chǎn)權(quán)局進(jìn)行管理，該局官網(wǎng)提供了“專利檢索及分析”欄目，能夠?qū)す馇逑醇夹g(shù)專利情況進(jìn)行有效分析。該網(wǎng)站提供了年代趨勢分析、各省市專利申請量分析、法律狀態(tài)鉆取分析和技術(shù)領(lǐng)域分析等。

檢索發(fā)明名稱中帶有“激光清洗”字樣的、截至2019年8月9日所有專利，共588項，將這些專利加入分析文獻(xiàn)庫。

3 專利分析

為了研究我國激光清洗專利情況，分別提取年代趨勢分析圖、各省市專利申請量分析圖、法律狀態(tài)鉆取分析圖和技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成分析圖等。由圖1可知，激光清洗專利從2010年開始出現(xiàn)，2010—2015年專利數(shù)較少，但在 2016—2018年呈現(xiàn)急劇增長狀態(tài)。可見，激光清洗技術(shù)在 2010—2015年處于初期研究階段，關(guān)注度較低；2016年開始激光清洗技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，關(guān)注度急劇增長，這與激光清洗技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用場景越來越廣泛有關(guān)。同時，近些年，國家高度重視環(huán)境保護(hù)工作，使得一些傳統(tǒng)的、污染較大的清洗方式逐漸遭到淘汰，而激光清洗正是傳統(tǒng)方式的理想替代者；國家提出“智能制造”的要求，重點支持激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而激光清洗符合國家需求?？梢灶A(yù)見，激光清洗技術(shù)發(fā)展會越來越快、越來越好。

圖1 年代趨勢分析圖Fig.1 Chronological trend analysis diagram

由圖2可知，我國激光清洗技術(shù)專利申請以南方為主，其中江蘇、湖北等地申請量領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，這與兩地重視并大力扶持激光產(chǎn)業(yè)有關(guān)，如武漢光谷聚集了大量的激光類企業(yè)，銳科、華工等是其中較大的企業(yè)。

圖2 各省市專利申請量分析圖Fig.2 Analysis diagram of number of patent applications in each province

由圖3可知，我國激光清洗專利56.7%處于有效狀態(tài)，有33.07%處于未決狀態(tài)?？梢娂す馇逑葱袠I(yè)的研究機(jī)構(gòu)和個人足夠重視知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。未決狀態(tài)比例相對較高是由于發(fā)明專利審查時間較長，還處于實質(zhì)審查階段，隨著時間的推移，專利有效數(shù)量會逐步提高，這也能反映出激光清洗技術(shù)研究正處于上升期，從業(yè)者對此技術(shù)前景普遍看好。

圖3 法律狀態(tài)鉆取分析圖Fig.3 Drilling analysis diagram of legal state

由圖4可知，我國激光清洗技術(shù)領(lǐng)域研究主要集中于B08、B23 2個領(lǐng)域，其中B08為“清洗”，B23則是“機(jī)床；其他類目中不包括的金屬加工”?？梢姡す馇逑醇夹g(shù)研究的重點不在于激光器本身，而在于激光清洗設(shè)備的開發(fā)，應(yīng)用場景的擴(kuò)展?？梢灶A(yù)見，未來研究趨勢將是根據(jù)不同場景需求，開發(fā)更多的激光清洗設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)清洗設(shè)備，實現(xiàn)無污染、高效清洗。

圖4 技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成分析圖Fig.4 Analysis diagram of technical field composition

4 激光清洗在鐵路行業(yè)的專利申請情況

檢索“發(fā)明名稱＝激光清洗 AND 鐵路”，有2個相關(guān)專利申請，即“一種鐵軌除銹的便攜式激光清洗設(shè)備”和“動車組濾網(wǎng)激光清洗除銹機(jī)及清洗方法”；檢索“發(fā)明名稱=激光清洗 AND 輪對”，有2個相關(guān)專利申請，即“一種用于輪對及轉(zhuǎn)向架的智能激光清洗系統(tǒng)”和“一種火車輪對激光清洗機(jī)及火車輪對清洗方法”。盡管應(yīng)用于鐵路行業(yè)的激光清洗研究還較少，但因其技術(shù)先進(jìn)性，在其他行業(yè)已得到快速應(yīng)用，未來在鐵路行業(yè)的應(yīng)用也會增加。因此，研究者應(yīng)快速挖掘激光清洗在鐵路上的應(yīng)用場景，并快速開發(fā)新設(shè)備，迅速占領(lǐng)鐵路行業(yè)的市場。

5 結(jié) 語

通過對我國激光清洗技術(shù)分析，可以得出：此技術(shù)的關(guān)注度越來越高，裝備開發(fā)越來越多，應(yīng)用場景也越來越廣泛；目前，激光清洗技術(shù)在南方發(fā)展較快，這與南方某些城市激光技術(shù)集群較大、較多有關(guān)；激光清洗技術(shù)專利大多數(shù)處于法律有效狀態(tài)，隨著大量專利實質(zhì)審查結(jié)束，未來有效專利會越來越多；激光清洗專利所處技術(shù)領(lǐng)域集中在B08、B23兩個領(lǐng)域，其重點研究方向為激光清洗成套設(shè)備；鐵路行業(yè)激光清洗應(yīng)用較少，鑒于激光清洗技術(shù)優(yōu)勢明顯，預(yù)測未來會在此領(lǐng)域大量出現(xiàn)應(yīng)用。