CN104175000B - 一种环形激光带除锈机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形激光带除锈机，包括驱动模块、除锈模块和控制器；除锈模块安装在驱动模块上，驱动模块和除锈模块通过信号线与控制器连接。驱动模块主要由装有前轮的前轮支架和装有后轮的后轮支架组成，并由后轮驱动器驱动后轮运动，从而带动整个除锈机向前运动；除锈模块主要包括激光器、光纤耦合器、光纤、保护罩、鼓风机和环形激光带调节单元组成，激光器输出的激光经光纤耦合器、光纤和环形激光带调节单元后形成环形激光带对圆筒型工件内壁进行除锈处理，保护罩和鼓风机用于保护光路免受粉尘污染和阻挡。本发明可提高除锈效率，降低除锈劳动强度，提高除锈自动化水平，适用于各种内径大小和任意长度的圆筒型金属工件的内壁除锈工作。

Description

一种环形激光带除锈机

技术领域

本发明涉及激光除锈装置领域，特指一种利用环形激光带对圆筒型金属内壁进行激光除锈的装置，尤其适用于对长度较大的圆管进行除锈。

当金属受到由空气中的氧气和水蒸汽等物质引起的氧化作用时，会在金属表面产生锈蚀现象。锈蚀一旦产生，它会随着时间的推移由工件表面向工件内部蔓延，直至整个工件彻底锈蚀。因此，在金属生产、工程建筑、船舶制造等与金属使用密切相关的行业，高效地去除金属表面锈蚀层一直是大家关注的难题。特别是一些特殊表面如钢管内壁和筒型内壁，除锈难度较大。传统的除锈方法包括机械除锈法、化学除锈法、高压水射流除锈法等。其中，机械除锈法包括风沙轮除锈法和喷砂除锈法，二者都具有良好的除锈效果，但是在除锈过程中产生的铁锈颗粒会弥漫在环境中，进而影响操作工人的健康；化学除锈法易对金属基体产生伤害，且排放物会对环境造成污染；高压水射流除锈法设备价格昂贵，需要耗费大量的水，同时除锈过程中需及时对已处理表面进行二次防锈处理以免再度生锈等。

激光除锈是最近几年发展起来的一种高效除锈方法，具有适用基材范围广、不损伤基材表面、清洁度高、运行成本低、对环境无污染等一系列优点，在设备维修保养等方面具有良好的应用前景。申请号为200810056852.7的中国发明专利申请公布了一种瓦级全固态激光清洗机及激光清洗方法，适用于集成电路等微电子基板清洗。申请号为201410107317.5的中国发明专利申请公布了一种便携式激光除锈机，主要适用于室外环境的激光除锈工作。以上两个发明专利申请虽然对激光除锈技术进行了一定的突破，但使用范围局限性较大，难于对小型或微型金属筒型内壁等特殊部位进行除锈工作。申请号为201010290352.7的中国发明专利申请公布了一种适用于金属筒型内壁激光除锈处理的装置，但是其所使用的激光光斑为单点光斑，需要同时从周向和纵向扫描才能完成对整个内壁的除锈处理，效率较低。另外，由于工作台移动范围有限，只能对长度较小的工件进行除锈处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形激光带除锈机，以提高效率并适于长度较大的圆筒型金属内壁的激光除锈。

一种环形激光带除锈机，其特征在于包括：驱动模块、除锈模块和控制器；除锈模块安装在驱动模块上，驱动模块和除锈模块通过信号线30与控制器31连接；

所述驱动模块包括后轮驱动装置4、后轮5、后轮支架6、连接杆7、推杆8、前轮9、滑套10、弹簧11、滑套驱动装置12、前轮支架13和机身14；四个前轮支架13周向均匀铰接于机身14前端，四个后轮支架6分别与四个前轮支架13轴向对齐，并周向均匀铰接于机身14后端，每组轴向对齐的前轮支架13和后轮支架6的末端分别与连接杆7的两端铰接，每个前轮支架13和后轮支架6的末端分别安装有前轮9和后轮5，四个后轮驱动装置4分别固定在四个后轮支架6上，分别与四个后轮5相连，后轮驱动装置4通过信号线30与控制器31相连，滑套10套装在机身14外壁上，可沿着机身14前后移动，滑套10的前端通过弹簧11与固定在机身14前端的滑套驱动装置12相连，滑套驱动装置12通过信号线30与控制器31相连，四个推杆8沿滑套10的轴线周向均匀分布，四个推杆8的一端分别铰接于滑套10，四个推杆8的另一端分别铰接于四个前轮支架13的中部；

所述除锈模块包括激光器1、光纤耦合器2、光纤3、鼓风机15除锈头18和环形激光带调节单元27；除锈头18固定在机身14上，除锈头18内部设有环形激光带调节单元27，除锈头18为透光材料制作而成，除锈头18外壁固定有鼓风机15，鼓风机15通过信号线30与控制器31相连，激光器1通过光纤耦合器2与光纤3相连，光纤3的另一端穿过机身14与环形激光带调节单元27的中心对齐，激光器1和环形激光带调节单元27通过信号线30分别与控制器31相连。

所述前轮支架13的长度与后轮支架6的长度相同，连接杆7的长度为：轴向对齐的一组前轮支架13和后轮支架6在机身14的铰接点之间的轴向距离。

所述环形激光带调节单元27包括扩束镜26、会聚透镜25、圆锥透镜A24、圆锥透镜B23、圆锥全反镜22、镜片驱动装置16和滑轨17；所述扩束镜26、会聚透镜25、圆锥透镜A24、圆锥透镜B23和圆锥全反镜22由上至下依次布置；所述镜片驱动装置16固定在除锈头18上，并通过信号线30与控制器31相连，镜片驱动装置16控制圆锥透镜A24和圆锥透镜B23沿滑轨17前后移动来调节圆锥透镜A24和圆锥透镜B23二者的间距，进而调节环形激光带前端位置20；镜片驱动装置16控制圆锥透镜B23和圆锥全反镜22的间距来调节环形激光带后端位置21。

所述圆锥全反镜22头部圆锥面的角度为a，0°＜a＜180°。

本发明的工作过程如下。

第一步：根据圆筒型工件28的长度，选用长度大于工件长度的光纤3和信号线30，并将光纤3和信号线30与相应的部件相连；

第二步：根据圆筒型工件28内径的大小，由控制器31通过信号线30调节滑套驱动装置12，滑套驱动装置12通过弹簧11带动滑套10移动，滑套10通过与之连接的四个推杆8推动四个前轮支架13张开，使安装在前轮支架13上的四个前轮9与圆筒型工件28的内壁接触，同时，后轮支架6在连接杆7的拉动下张开，使安装在每个后轮支架6上的后轮5与圆筒型工件28的内壁接触。弹簧11的功能是保证前轮9和后轮5与工件28内壁接触时有一定的压紧力，同时，使前轮支架13和后轮支架6的张角有一定浮动空间以适应凹凸不平的锈蚀筒壁表面，避免装置卡死在工件28内部；

第三步：控制器31根据工件28内径的大小，调节环形光带调节单元27，具体是通过控制镜片驱动装置16来调节圆锥透镜A24和圆锥透镜B23的位置，使得辐照在工件28内壁上的环形激光带19的宽度达到工艺要求；

第四步：控制器31同时驱动激光器1、后轮驱动装置4和鼓风机15，使三者同时工作。激光器1发出的激光束29通过光纤耦合器2进入光纤3进行传输，激光束29从光纤3末端射出进入环形激光带调节单元27，形成环形激光带19辐照在工件28内壁上，对环形激光带19所在的工件28内壁进行激光除锈处理；后轮驱动装置4驱动后轮5沿工件28的轴线方向前行，使环形激光带19的位置不断向前移动，逐步完成对工件28内壁的激光除锈处理；鼓风机15用于将落入除锈头18上的锈蚀颗粒吹离，避免激光光路受阻；

第五步：工件28内壁除锈完毕，控制器31使激光器1和鼓风机15停止工作。如果圆筒型工件28的出口端是通的，除锈模块和驱动模块则从出口端离开工件28，光纤3和控制线30从相应部件上拔出，并从工件28入口端将其拉出；如果圆筒型工件28的出口是受阻的，则由后轮驱动装置4驱动后轮5往后运动，从入口离开工件28。

本发明具有有益效果。本发明的除锈激光为环绕工件内壁一周的带状激光，除锈加工时是对环形激光带所在位置的一周工件内壁同时加工，而不是采用传统激光除锈的单点光斑扫描除锈，本发明除锈效率极大地提高。本发明的除锈机除锈过程是由控制器控制运行，降低了除锈的工作强度，提高了除锈的自动化水平。本发明的轴向进给采用后轮驱动除锈模块前移，并且采用了光纤进行激光传输，因此，只要更换合适长度的光纤，本发明可以对任意长度工件进行除锈处理。本发明的前轮支架和后轮支架与机身之间的夹角可根据工件内径的大小进行调节，保证前轮和后轮紧贴工件，因此，本发明可适用于各种内径大小的圆筒型金属工件。

附图说明

图1是本发明环形激光带除锈机的示意图。

图中：1.激光器，2.光纤耦合器，3.光纤，4.后轮驱动装置，5.后轮，6.后轮支架，7.连接杆，8.推杆，9.前轮，10.滑套，11.弹簧，12.滑套驱动装置，13.前轮支架，14.机身，15.鼓风机，16.镜片驱动装置，17.滑轨，18.除锈头，19.环形激光带，20.环形激光带前端位置，21.环形激光带后端位置，22.圆锥全反镜，23.圆锥透镜B，24.圆锥透镜A，25.会聚透镜，26.扩束镜，27.环形激光带调节单元，28.工件，29.激光束，30.信号线，31.控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步详细说明本发明的技术方案。

用本发明对长度为30m、内径为50mm的长圆管内壁进行激光除锈处理的装置如图1所示，包括驱动模块、除锈模块和控制器；除锈模块安装在驱动模块上，驱动模块和除锈模块通过信号线29与控制器31连接；

所述驱动模块包括后轮驱动装置4、后轮5、后轮支架6、连接杆7、推杆8、前轮9、滑套10、弹簧11、滑套驱动装置12、前轮支架13和机身14；四个前轮支架13周向均匀铰接于机身14前端，四个后轮支架6分别与四个前轮支架13轴向对齐，并周向均匀铰接于机身14后端，每组轴向对齐的前轮支架13和后轮支架6的末端分别与连接杆7的两端铰接，每个前轮支架13和后轮支架6的末端分别安装有前轮9和后轮5，四个后轮驱动装置4分别固定在四个后轮支架6上，分别与四个后轮5相连，后轮驱动装置4通过信号线30与控制器31相连，滑套10套装在机身14外壁上，可沿着机身14前后移动，滑套10的前端通过弹簧11与固定在机身14前端的滑套驱动装置12相连，滑套驱动装置12通过信号线30与控制器31相连，四个推杆8周向均匀分布，分别铰接于滑套10，四个推杆8的另一端分别铰接于四个前轮支架13的中部。

所述除锈模块包括激光器1、光纤耦合器2、光纤3、鼓风机15除锈头18和环形激光带调节单元27；除锈头18固定在机身14上，除锈头18内部设有环形激光带调节单元27，除锈头18为透光材料制作而成，除锈头18外壁固定有鼓风机15，鼓风机15通过信号线30与控制器31相连，激光器1通过光纤耦合器2与光纤3相连，光纤3的另一端穿过机身14与环形激光带调节单元27的中心对齐，激光器1和环形激光带调节单元（27）通过信号线30分别与控制器31相连。

所述连接杆7的长度为：轴向对齐的一组前轮支架13和后轮支架6在机身14的铰接点之间的轴向距离。

所述环形激光带调节单元27包括扩束镜26、会聚透镜25、圆锥透镜A24、圆锥透镜B23、圆锥全反镜22、镜片驱动装置16和滑轨17；所述扩束镜26、会聚透镜25、圆锥透镜A24、圆锥透镜B23和圆锥全反镜22由上至下依次布置；所述镜片驱动装置16固定在除锈头18上，并通过信号线30与控制器31相连，镜片驱动装置16控制圆锥透镜A24和圆锥透镜B23沿滑轨17前后移动来调节圆锥透镜A24和圆锥透镜B23二者的间距，进而调节环形激光带前端位置20；镜片驱动装置16控制圆锥透镜B23和圆锥全反镜22的间距来调节环形激光带后端位置21。

所述圆锥全反镜22头部圆锥面的角度为a，a=80°。

选用长度为50m的光纤和信号线以保证整个工件都在本装置的除锈范围内。

实施本发明装置的具体工作过程如下：

第一步：将光纤3和信号线30与相应的部件相连；

第二步：根据圆筒型工件28内径的大小，由控制器31通过信号线30调节滑套驱动装置12，滑套驱动装置12通过弹簧11带动滑套10移动，滑套10通过与之连接的四个推杆8推动四个前轮支架13张开，使安装在前轮支架13上的四个前轮9与圆筒型工件28的内壁接触，同时，后轮支架6在连接杆7的拉动下张开，使安装在每个后轮支架6上的后轮5与圆筒型工件28的内壁接触。

第三步：控制器31根据工件28内径的大小，调节环形光带调节单元27，具体是通过控制镜片驱动装置16来调节圆锥透镜A24和圆锥透镜B23的位置，使得辐照在工件28内壁上的环形激光带19的宽度达到工艺要求，本实施例的光带宽度为5mm，激光器的功率为2kW；

第四步：控制器31同时驱动激光器1、后轮驱动装置4和鼓风机15，使三者同时工作。激光器1发出的激光束29通过光纤耦合器2进入光纤3进行传输，激光束29从光纤3末端射出进入环形激光带调节单元27，形成环形激光带19辐照在工件28内壁上，对环形激光带19所在的工件28内壁进行激光除锈处理；后轮驱动装置4驱动后轮5以10mm/s的速度沿工件28的轴线方向前行，使环形激光带19的位置不断向前移动，逐步完成对工件28内壁的激光除锈处理；鼓风机15的风压为0.7MPa，用于将落入除锈头18上的锈蚀颗粒吹离，避免激光光路受阻；

第五步：工件28内壁除锈完毕，控制器31使激光器1和鼓风机15停止工作。除锈模块和驱动模块则从出口端离开工件28，光纤3和控制线30从相应部件上拔出，并从工件28入口端将其拉出。

Claims (4)

1.一种环形激光带除锈机，其特征在于包括：驱动模块、除锈模块和控制器；除锈模块安装在驱动模块上，驱动模块和除锈模块通过信号线（30）与控制器（31）连接；

所述驱动模块包括后轮驱动装置（4）、后轮（5）、后轮支架（6）、连接杆（7）、推杆（8）、前轮（9）、滑套（10）、弹簧（11）、滑套驱动装置（12）、前轮支架（13）和机身（14）；四个前轮支架（13）周向均匀铰接于机身（14）前端，四个后轮支架（6）分别与四个前轮支架（13）轴向对齐，并周向均匀铰接于机身（14）后端，每组轴向对齐的前轮支架（13）和后轮支架（6）的末端分别与连接杆（7）的两端铰接，每个前轮支架（13）和后轮支架（6）的末端分别安装有前轮（9）和后轮（5），四个后轮驱动装置（4）分别固定在四个后轮支架（6）上，分别与四个后轮（5）相连，后轮驱动装置（4）通过信号线（30）与控制器（31）相连，滑套（10）套装在机身（14）外壁上，可沿着机身（14）前后移动，滑套（10）的前端通过弹簧（11）与固定在机身（14）前端的滑套驱动装置（12）相连，滑套驱动装置（12）通过信号线（30）与控制器（31）相连，四个推杆（8）沿滑套（10）的轴线周向均匀分布，四个推杆（8）的一端分别铰接于滑套（10），四个推杆（8）的另一端分别铰接于四个前轮支架（13）的中部；

所述除锈模块包括激光器（1）、光纤耦合器（2）、光纤（3）、鼓风机（15）、除锈头（18）和环形激光带调节单元（27）；除锈头（18）固定在机身（14）上，除锈头（18）内部设有环形激光带调节单元（27），除锈头（18）为透光材料制作而成，除锈头（18）外壁固定有鼓风机（15），鼓风机（15）通过信号线（30）与控制器（31）相连，激光器（1）通过光纤耦合器（2）与光纤（3）相连，光纤（3）的另一端穿过机身（14）与环形激光带调节单元（27）的中心对齐，激光器（1）和环形激光带调节单元（27）通过信号线（30）分别与控制器（31）相连。

2.根据权利要求1所述的一种环形激光带除锈机，其特征在于：所述前轮支架（13）的长度与后轮支架（6）的长度相同，连接杆（7）的长度为：轴向对齐的一组前轮支架（13）和后轮支架（6）在机身（14）的铰接点之间的轴向距离。

3.根据权利要求1所述的一种环形激光带除锈机，其特征在于：所述环形激光带调节单元（27）包括扩束镜（26）、会聚透镜（25）、圆锥透镜A（24）、圆锥透镜B（23）、圆锥全反镜（22）、镜片驱动装置（16）和滑轨（17）；所述扩束镜（26）、会聚透镜（25）、圆锥透镜A（24）、圆锥透镜B（23）和圆锥全反镜（22）由上至下依次布置；所述镜片驱动装置（16）固定在除锈头（18）上，并通过信号线（30）与控制器（31）相连，镜片驱动装置（16）控制圆锥透镜A（24）和圆锥透镜B（23）沿滑轨（17）前后移动来调节圆锥透镜A（24）和圆锥透镜B（23）二者的间距，进而调节环形激光带前端位置（20）；镜片驱动装置（16）控制圆锥透镜B（23）和圆锥全反镜（22）的间距来调节环形激光带后端位置（21）。

4.根据权利要求3所述的一种环形激光带除锈机，其特征在于：所述圆锥全反镜（22）头部圆锥面的角度为a，0°＜a＜180°。