CN108325953A - 一种激光除锈无人机 - Google Patents

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王科
黄星
赵现平
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Abstract

本申请公开了一种激光除锈无人机，所述激光除锈无人机包括：无人机本体、激光除锈设备、连接件以及支座，其中：所述无人机本体和所述激光除锈设备通过所述连接件连接，所述支座位于所述无人机本体下方；所述激光除锈设备包括：激光发射器、扩束器、扫描振镜以及聚焦镜；在所述激光发射器发射激光束的方向上设置所述扩束器；在所述扩束器扩束后激光束的发射方向上设有所述扫描振镜；在所述扫描振镜改向后激光束的发射方向上设有所述聚焦镜。本申请的激光除锈设备代替作业人员攀爬杆塔，通过无人机本体将激光除锈设备承载至杆塔锈蚀部位，并对锈蚀部位进行除锈，能够在带电环境下省时省力，安全高效的进行除锈工作。

Description

一种激光除锈无人机
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种激光除锈无人机。
背景技术
在高压输电线路中，应用了大量的金属杆塔，当金属杆塔长期暴露在空气中时，会与空气中的氧气、水发生化学反应，造成锈蚀，尤其是在很多重工业地区，空气质量差，空气中有害的酸性气体含量严重超标，会进一步加快杆塔的锈蚀速度。在输电线路长期运行过程中，杆塔的防腐保护性能直接影响着线路的安全稳定运行，所以有必要对杆塔锈蚀部件有针对性的采取除锈措施。
目前主要的除锈措施是利用酸来洗去杆塔上的铁锈。对于金属杆塔上的铁锈，主要是通过作业人员攀爬铁塔，应用酸洗来除去金属杆塔上的铁锈。酸洗即为利用酸溶液去除钢铁表面上锈蚀物，钢铁表面的锈蚀物与酸溶液发生化学反应，形成盐类溶于酸溶液中而被除去。
在杆塔上进行高空作业，作业人员需要攀爬铁塔，并且活动范围狭窄，所以使得酸洗杆塔上的锈蚀物费时费力。另外，在杆塔带电情况下作业人员无法对锈蚀部位进行除锈。因此，亟需发明一种用来去除杆塔上锈蚀物的设备。
发明内容
本申请提供了一种激光除锈无人机，以解决现有技术中在带电环境下，无法省时省力并且安全有效的去除杆塔上锈蚀物的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请实施例公开了一种激光除锈无人机，所述激光除锈无人机包括：无人机本体、激光除锈设备、连接件以及支座，其中：
所述无人机本体和所述激光除锈设备通过所述连接件连接，所述支座位于所述无人机本体下方；
所述激光除锈设备包括：激光发射器、扩束器、扫描振镜以及聚焦镜；
在所述激光发射器发射激光束的方向上设置所述扩束器；
在所述扩束器扩束后激光束的发射方向上设有所述扫描振镜；
在所述扫描振镜改向后激光束的发射方向上设有所述聚焦镜。
优选的，在上述激光除锈无人机中，所述激光除锈设备还包括调焦装置和分光装置；
所述分光装置设于所述扫描振镜和所述聚焦镜之间，且位于所述扫描振镜改向后激光束的发射方向上，所述分光装置包括分光镜和旋转器，所述分光镜沿所述旋转器旋转；
所述激光发射器还发射指示红光；所述指示红光依次通过所述扩束器、所述扫描振镜、所述分光镜以及所述聚焦镜射于工件表面；
所述工件表面反射的指示红光依次经过所述聚焦镜和所述分光镜；
所述调焦装置包括CCD、处理器、无人机位移控制器和测距仪；
在所述分光镜反射后指示红光的发射方向上设有所述CCD，所述CCD与所述处理器电连接，所述处理器与所述无人机位移控制器电连接；
所述测距仪与所述聚焦镜位于同一水平线上，且所述测距仪与所述处理器电连接。
优选的，在上述激光除锈无人机中，所述调焦装置还包括滤光片，所述滤光片设于所述分光镜与所述CCD之间，且与所述CCD同轴设置。
优选的，在上述激光除锈无人机中，所述扫描振镜和所述聚焦镜之间的指示红光与所述分光镜成45°夹角。
优选的，在上述激光除锈无人机中，所述激光除锈设备还包括振动装置，所述振动装置包括导轨和沿导轨振动设置的滑块，所述滑块连接于所述聚焦镜。
优选的，在上述激光除锈无人机中，所述激光除锈无人机还包括激光发射筒，所述激光发射筒与所述激光除锈设备发射所述激光束处连接。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种激光除锈无人机，所述激光除锈无人机包括：无人机本体、激光除锈设备、连接件以及支座，其中：所述无人机本体和所述激光除锈设备通过所述连接件连接，所述支座位于所述无人机本体下方。所述无人机本体能够通过支座平稳的停在地面上，并且能够通过所述连接件将所述激光除锈设备稳定的带到杆塔的锈蚀部位，当到达锈蚀部位时，所述无人机本体停止移动，所述激光除锈设备开始工作。所述激光除锈设备包括：激光发射器、扩束器、扫描振镜以及聚焦镜。在所述激光发射器发射激光束的方向上设置所述扩束器；在所述扩束器扩束后激光束的发射方向上设有所述扫描振镜；在所述扫描振镜改向后激光束的发射方向上设有所述聚焦镜。所述扩束器对激光束进行扩束和准直，经过扩束和准直之后的激光束通过所述扫描振镜来改变方向，并且根据除锈部位的不同，可以通过扫描振镜将激光束的发射方向调整到合适位置，再通过聚焦镜将激光束进行聚焦，聚焦后的激光束对杆塔的锈蚀部位进行除锈。综上所述，本申请的激光除锈设备代替作业人员攀爬杆塔，并且能够在带电环境下省时省力，安全高效的进行除锈工作。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的激光除锈无人机的基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的激光除锈无人机的侧视图；
图3为本发明实施例提供的激光除锈设备的基本结构示意图；
图4为本发明实施例提供的激光除锈无人机的应用图；
附图标记说明：1、无人机本机；2、激光除锈设备；3、连接件；4、支座；5、工件表面；6、激光发射筒；7、地面小车；8、光纤；9、杆塔；
21、激光发射器；22、扩束器；23、扫描振镜；24、聚焦镜；25、调焦装置；26、分光装置；27、振动装置；
211、激光束；212、指示红光；
251、CCD；252、处理器；253、无人机位移控制器；254、测距仪；255、滤光片；
261、分光镜；262、旋转器；
271、导轨；272、滑块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供的激光除锈无人机的基本结构示意图。结合图1，激光除锈无人机包括：无人机本体1、激光除锈设备2、连接件3以及支座4，其中：无人机本体1和激光除锈设备2通过连接件3连接，支座4位于无人机本体1下方。无人机本体能够通过支座4平稳的停在地面上，并且能够通过连接件3将激光除锈设备2稳定的带到杆塔9的锈蚀部位，连接件3能够将激光除锈设备2悬挂于无人机本体1以及稳定激光除锈设备2和无人机本体1的功能。当到达杆塔9的锈蚀部位时，无人机本体1停止移动，激光除锈设备2开始工作。
具体地，参见图3，本发明实施例提供的激光除锈设备的基本结构示意图。由图3所示，激光除锈设备2包括：激光发射器21、扩束器22、扫描振镜23以及聚焦镜24；在激光发射器21发射激光束211的方向上设置扩束器22；在扩束器22扩束后激光束的发射方向上设有扫描振镜23；在扫描振镜23改向后激光束的发射方向上设有聚焦镜24。扩束器22能够对激光束进行扩束和准直，经过扩束和准直之后的激光束通过扫描振镜23来改变方向，并且根据除锈部位的不同，可以通过扫描振镜23将激光束的发射方向调整到合适位置，再通过聚焦镜24将激光束进行聚焦，聚焦后的激光束对杆塔9的锈蚀部位进行除锈。本申请的激光除锈设备2代替作业人员攀爬杆塔9，通过无人机本体1将激光除锈设备2承载至杆塔9锈蚀部位，并对锈蚀部位进行除锈，所以本申请中能够通过遥控激光除锈无人机，在带电环境下进行除锈工作，能够省时省力，安全高效的进行除锈工作。
考虑到杆塔9锈蚀面积较大或者需要激光除锈设备2发射激光束的射程较远的话，就需要相对较大功率的激光发射器21，大功率激光发射器工作过程中产生大量的热量，需要及时散热，以保证激光器工作稳定、使用寿命长，所以激光除锈设备还需要添加冷凝装置。但是大功率激光器和冷凝装置的重量和体积相对较大，无人机本体1无法悬挂起此情况下的激光除锈设备，所以本申请中还包括一地面小车7。将大功率激光发射器和冷凝装置一同放置于地面小车7上，激光除锈设备中的其他组件均悬挂在无人机本体1上。参见图4，本发明实施例提供的激光除锈无人机的应用图，即此时情况下的无人机本体1的工作状态图，地面小车7上的大功率激光发射器通过光纤8连接于无人机本体1上的悬挂的扩束器22。
本发明提供的实施例中，激光发射器21还发射指示红光212，激光发射器21先发射指示红光212用来精确定焦，确定好焦距之后，激光发射器21再发射激光束211，用来除去锈蚀物。具体的精确定焦过程如下：
激光除锈设备2还包括调焦装置25和分光装置26；分光装置26设于扫描振镜23和聚焦镜24之间，且位于扫描振镜23改向后激光束的发射方向上，分光装置26包括分光镜261和旋转器262，分光镜261沿旋转器262旋转。调焦装置25包括CCD251、处理器252、无人机位移控制器253和测距仪254；在分光镜261反射后指示红光的发射方向上设有CCD251，CCD251与处理器252电连接，处理器252与所述无人机位移控制器253电连接；测距仪254与聚焦镜24位于同一水平线上，且测距仪254与处理器252电连接。
首先将分光镜261沿旋转器262旋转至扫描振镜23改向后指示红光212的发射方向上，激光发射器21发射指示红光212依次通过扩束器22、扫描振镜23、分光镜261以及聚焦镜24射于工件表面5，工件表面5反射的指示红光依次经过聚焦镜24和分光镜261，分光镜261将指示红光212反射出去，反射后的指示红光212发射成像到CCD251上。当工件表面5位于聚焦镜24的焦点所在平面时，照射在工件表面5上的指示红光成像边缘最清晰、对比度最高。否则，成像边缘模糊、对比度降低。此时，处理器252可通过无人机位移控制器253控制无人机本体1的高度，进而控制聚焦镜24与工件表面5的高度，直至CCD251成像最清晰为止，完成对焦。对焦过程完成后，处理器252可以通过测距仪254测量并记录聚焦镜24与工件表面5的对焦距离。
上述对焦过程完成后，将分光镜261沿旋转器262旋转至平行于扫描振镜23改向后激光束的发射方向，无人机本体1尽量通过无人机位移控制器253控制无人机本体1的高度，进而控制聚焦镜24保持在上述对焦距离，最后激光发射器21发射激光束211依次通过扩束器22、扫描振镜23以及聚焦镜24作用于工件表面5上。
进一步，调焦装置25还包括滤光片255，滤光片255设于分光镜261与CCD251之间，且与CCD251同轴设置。工件表面5反射的指示红光212经分光镜261反射后进入调焦装置25，首先经过滤光片255滤除杂散光，只允许指示红光212通过。
另外，在对焦过程开始前，将分光镜261沿旋转器262旋转，使得扫描振镜23和聚焦镜24之间的指示红光与分光镜261成45°夹角。此时能够保证经过分光镜261反射的指示红光212能够垂直进入滤光片255和CCD251，在此情况下，对焦结果最为准确。
考虑到无人机本体1在飞行过程中，势必存在一些不稳定，进而导致聚焦镜24与工件表面的距离发生变化，故本申请中激光除锈设备2还包括振动装置27，振动装置27包括导轨271和沿导轨271振动设置的滑块272，滑块272连接于聚焦镜24。当除锈过程开始时，振动装置27开始启动，滑块272沿沿导轨271振动，进而带动聚焦镜24发生振动，滑块272对聚焦镜引起的振动和无人机本体1自身不稳定带来的聚焦镜的振动会进行一部分的抵消，使得聚焦镜24与工件表面5的距离尽量保持在上述测距仪254记录的对焦距离中。
上述激光除锈设备2中的激光发射器21、扩束器22、扫描振镜23、聚焦镜24、调焦装置25、分光装置26、以及振动装置27可以设置与外壳框架内，其中振动装置27内的导轨271可设置于外壳框架上。
参见图2，本发明实施例提供的激光除锈无人机的侧视图，由图2可发现，激光除锈无人机还包括激光发射筒6，激光发射筒6与激光除锈设备2发射激光束211处连接。激光发射筒6为可以伸长的部件，可以用来缩短激光除锈无人机与被除锈部位的距离。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种激光除锈无人机，其特征在于，所述激光除锈无人机包括：无人机本体(1)、激光除锈设备(2)、连接件(3)以及支座(4)，其中：
所述无人机本体(1)和所述激光除锈设备(2)通过所述连接件(3)连接，所述支座(4)位于所述无人机本体(1)下方；
所述激光除锈设备(2)包括：激光发射器(21)、扩束器(22)、扫描振镜(23)以及聚焦镜(24)；
在所述激光发射器(21)发射激光束(211)的方向上设置所述扩束器(22)；
在所述扩束器(22)扩束后激光束的发射方向上设有所述扫描振镜(23)；
在所述扫描振镜(23)改向后激光束的发射方向上设有所述聚焦镜(24)。
2.根据权利要求1所述的激光除锈无人机，其特征在于，所述激光除锈设备(2)还包括调焦装置(25)和分光装置(26)；
所述分光装置(26)设于所述扫描振镜(23)和所述聚焦镜(24)之间，且位于所述扫描振镜(23)改向后激光束的发射方向上，所述分光装置(26)包括分光镜(261)和旋转器(262)，所述分光镜(261)沿所述旋转器(262)旋转；
所述激光发射器(21)还发射指示红光(212)；所述指示红光(212)依次通过所述扩束器(22)、所述扫描振镜(23)、所述分光镜(261)以及所述聚焦镜(24)射于工件表面(5)；
所述工件表面(5)反射的指示红光依次经过所述聚焦镜(24)和所述分光镜(261)；
所述调焦装置(25)包括CCD(251)、处理器(252)、无人机位移控制器(253)和测距仪(254)；
在所述分光镜(261)反射后指示红光的发射方向上设有所述CCD(251)，所述CCD(251)与所述处理器(252)电连接，所述处理器(252)与所述无人机位移控制器(253)电连接；
所述测距仪(254)与所述聚焦镜(24)位于同一水平线上，且所述测距仪(254)与所述处理器(252)电连接。
3.根据权利要求2所述的激光除锈无人机，其特征在于，所述调焦装置(25)还包括滤光片(255)，所述滤光片(255)设于所述分光镜(261)与所述CCD(251)之间，且与所述CCD(251)同轴设置。
4.根据权利要求3所述的激光除锈无人机，其特征在于，所述扫描振镜(23)和所述聚焦镜(24)之间的指示红光与所述分光镜(261)成45°夹角。
5.根据权利要求4所述的激光除锈无人机，其特征在于，所述激光除锈设备(2)还包括振动装置(27)，所述振动装置(27)包括导轨(271)和沿导轨(271)振动设置的滑块(272)，所述滑块(272)连接于所述聚焦镜(24)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的激光除锈无人机，其特征在于，所述激光除锈无人机还包括激光发射筒(6)，所述激光发射筒(6)与所述激光除锈设备(2)发射所述激光束(211)处连接。
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