CN102580952A - 水下自动清洁保护罩 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供水下自动清洁保护罩，包括防水壳体、保护罩透明片、超声波发生器、换能器，保护罩透明片、超声波发生器、换能器均安装在防水壳体里，换能器固定在保护罩透明片上并连接超声波发生器。本发明将激光清洗、水射流技术与超声波技术结合起来，具有清洗效果好，清洗速度快，不伤害镜头，节约环保的特点。并在超声振动下，可保持实时清洁，满足移动载体的工作需要。

Description

水下自动清洁保护罩

技术领域

本发明涉及的是一种水下清洗装置。

背景技术

近年来，随着视觉传感器技术的迅猛发展，各种摄像头已经广泛应用于社会生活的方方面面，例如交通系统、博物馆、金融系统以及商业领域等等。同样，水下工作的机器人的视觉系统应用也逐渐增多，由于海水中存在很多的微生物及水草、污物等，尤其是水中的生物如藤壶、石灰虫、苔藓虫和藻类等他们涉及到附着和繁殖过程，随其积累，会产生严重的影响。这些都严重干扰了视觉传感器的正常工作，因此，能够自动实时清洁海水下的摄像头就成了亟待解决的一个问题。

目前清洁水下相机镜头还没有具体的常用的方法，当镜头污染时需要拿出水面来手动清洗，这种方法不能满足镜头实时工作的需要，而且费时费力，不适应于当今时代的发展，很显然不能用于水下镜头的清洗中。另一有种普遍方法是在摄像头外加一透明玻璃罩，将污物、水草等隔绝在外。但罩体依然会遭受污染，影响摄像效果，仍需要人工清洁，这就需要有一种方便快捷的方式来自动完成对透明的保护镜头的膜片即防护罩进行清洗。

综上所述，传统的清洗方法和摄像机防护罩有以下缺点：

1、防护罩防护性不彻底，在恶劣环境下，罩体本身仍然会遭受污染，影响视觉效果。

2、自行维护性差，不能自动实时清洗，需要人工进行清洁。且用传统方法清洁费事费力，影响工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于海水下移动载体上的视觉传感器，节省人力物力，同时达到自动实时清洁的要求的水下自动清洁保护罩。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水下自动清洁保护罩，其特征是：包括防水壳体、保护罩透明片、超声波发生器、换能器，保护罩透明片、超声波发生器、换能器均安装在防水壳体里，换能器固定在保护罩透明片上并连接超声波发生器。

本发明还可以包括：

1、还包括安装在防水壳体里的高压海水泵和喷头，喷头通过高压胶管连接高压海水泵，喷头面向保护罩透明片放置。

2、所述的换能器和喷头均有4个。

3、还包括安装在防水壳体里的激光器和激光头，激光头连接激光器，激光头面向保护罩透明片放置。

4、所述的换能器和激光头均有4个。

本发明的优势在于：本发明将激光清洗、水射流技术与超声波技术结合起来，具有清洗效果好，清洗速度快，不伤害镜头，节约环保的特点。并在超声振动下，可保持实时清洁，满足移动载体的工作需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的喷头与换能器的分布图；

图3为超声波换能器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～3，本发明水下自动清洁保护罩主要由两部分构成：水射流清洗部分和超声波清洗部分。水射流清洗是根据不同的清洗对象和要求，采用适合的射流形式和执行机构，利用射流很高的冲击动能，连续不断地作用，对被清洗基体进行打击、冲蚀、剥离，以达到清除基体污物的目的。水射流可除去用化学方法不能或难以清洗的特殊垢层，主要用于水垢、锈层、尘垢、油垢、颜料、塑料、微生物污泥等的清除。由于所使用的介质为不添加任何化学物质的常温水，可以充分利用水下充足的水资源，其效果较之传统的人工清洗、机械清洗、化学清洗方法具有效率高、综合费用低、节能、无污染、不腐蚀损伤基体、易于实现机械化自动化等诸多优点，可清洗形状和结构复杂的零部件，能在复杂环境、恶劣有害的场合进行作业。因此，世界各国在清洗作业中都倾向于采用水射流清洗技术，水射流清洗现已占清洗份额的80％左右。超声波清洗属物理清洗，由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡。当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这就是所谓的超声空化效应。超声波清洗，就是利用超声“空化”效应而产生的几千个大气压的冲击波干净彻底的清洗掉物件表面的污物，从而达到清洗的目的。

本水下自动清洁保护罩的水射流部分是由电机提供能量，由一体化高压海水泵3调节水的压力，进而通过4等四条高压胶管将水传到5、7等四个喷头，通过水的压力对视觉传感器的保护罩透明片1进行外表面清洗。超声波清洗部分是由电源提供电流，然后通过超声波发生器8里的高频振荡器产生超声频电流，传给四个换能器2、9等。当超声频电流通过换能器线圈时产生电磁场，在电磁场的作用下，由于镍有磁致伸缩效应，使换能器镍环的直径大小周期性的变化，于是换能器镍环将发生振动，其振动频率约为20K(超过声频范围)。当换能器产生超声波振动时，超声波振动就传到换能器所在的水中。从理论上分析，爆裂的空化泡会产生超过10,000psi的压力和20,000°F(11,000℃)的高温，并在其爆裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射。单个空化泡所释放的能量很小，但每秒钟内有几百万的空化泡同时爆裂，累计起来的效果将是非常强烈的，产生的强大的冲击力将工件表面的污物剥落，这就是所有超声清洗的特点。通过超声波的作用可以将水射流没有清除的污物除去，达到更好的清洗效果。水射流部分和超声波清洗部分共同密封在防水壳体6中，组成了该水下自动清洁保护罩。

喷头与换能器的分布如图2所示，5、7、10、12为四个喷头的分布，由一体化高压海水泵3提供一定压力的海水；2、9、11、13为四个换能器的分布，通过超声波发生器8提供超声频电流，它们固定在视觉传感器的镜头1上。

换能器结构如图3所示，由上段发射块14、压电陶瓷15和下端尾块16叠加组成，压电陶瓷夹在发射块和尾块之间。当在压电陶瓷两极之间施加电压时，陶瓷的几何尺寸会发生改变。换能器是超声波清洗部分的主要组成。

水射流和超声波两者互为补充，相互协作，达到自动实时清洗除污的目的。该装置完全自动，进行实时清洁，清洁效果好，充分利用水下的水资源，无任何污染。

实施方式2：

在实施方式1的基础上，用激光器和激光头替换高压海水泵和喷头。

本水下自动清洁罩主要由两部分构成：激光清洗部分和超声波清洗部分。激光具有强度高、聚焦性强、能量密度大、方向性好的特点，将激光光束集中到一个很小的区域中，激光辐照待清洗物体表面至少可以产生三个方面的作用：(1)激光脉冲的振动，即利用较高频率的脉冲激光冲击被清洗物的表面，光束转变为声波并从下层硬表面返回，与入射波发生干涉，从而产生共振使污垢层或凝结物振动碎裂；(2)分子的光分解或相变，即在瞬间使污垢分子或使人为涂上的辅助液膜汽化、分解、蒸发或爆沸，使表面污垢松散并随此作用脱离基底表面；(3)热膨胀效应，即利用基底与表面污染物对某一波长激光能量吸收系数的差别，使基底物质与表面污物吸收能量而热膨胀，克服基底对污染物的吸附力而脱落。这三种作用即为激光清洗技术的基础。激光清洗可以有效的清除污物，并且不会损伤器物的表面，克服了高压水射流清洗的不足。超声波清洗属物理清洗，由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡。当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这就是所谓的空化效应。超声波清洗，就是利用超声“空化”效应而产生的几千个大气压的冲击波干净彻底的清洗掉物件表面的污垢，从而达到清洗目的。

本水下自动清洁罩的激光清洗部分是由激光器提供能量产生激光束，经过光束传输系统将激光束的空间形状变得均匀，然后通过四个激光头以适当的尺寸聚焦于预期的位置，并对待清洁表面进行扫描。其中激光器是最重要的组成部分，是激光加工的能量来源。

Claims (5)

1.水下自动清洁保护罩，其特征是：包括防水壳体、保护罩透明片、超声波发生器、换能器，保护罩透明片、超声波发生器、换能器均安装在防水壳体里，换能器固定在保护罩透明片上并连接超声波发生器。

2.根据权利要求1所述的水下自动清洁保护罩，其特征是：还包括安装在防水壳体里的高压海水泵和喷头，喷头通过高压胶管连接高压海水泵，喷头面向保护罩透明片放置。

3.根据权利要求2所述的水下自动清洁保护罩，其特征是：所述的换能器和喷头均有4个。

4.根据权利要求1所述的水下自动清洁保护罩，其特征是：还包括安装在防水壳体里的激光器和激光头，激光头连接激光器，激光头面向保护罩透明片放置。

5.根据权利要求4所述的水下自动清洁保护罩，其特征是：所述的换能器和激光头均有4个。

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