CN109226094A - 一种高功率激光清洗头 - Google Patents

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吴强
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Abstract

本发明提供了一种高功率激光清洗头,包括清洗头的壳体,所述壳体内部依次连接有激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜,所述激光光纤接头外接激光器,所述镜腔上设置有反射镜和振镜,所述壳体上固定设置有分水器,壳体内部设有多根水冷管,多根所述水冷管绕激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜周围布置,且多根所述水冷管的两端分别与分水器的集水口和回水口连接。该发明结构简单,可采用大功率激光对工件进行激光清洗,效率高,清洗加工范围大,同时通过水冷换热方式对激光清洗头内部主要部件进行散热处理,有效解决了高功率长期工作所产生热量影响激光清洁工件效果的问题。

Description

一种高功率激光清洗头
技术领域
本发明属于激光清洗技术领域,具体涉及一种高功率激光清洗头。
背景技术
目前,激光清洗技术作为一种先进的除锈除漆方式正在得到越来越广泛的应用。数十瓦到几百瓦的中小功率清洗在市面上产品最为繁多。但是这些产品由于激光功率较小,遇到某些难以一次去除的污物需要连续激光扫描多次,若遇到大面积工件更是耗时;同时由于中小功率激光器本身光纤长度的限制,遇到大型工件往往还需要移机操作,使得效率大大下降。
1000W以上的大功率激光器由于其清洗效率高,清扫一次即可达到要求,清扫移动速度可以比中小功率激光清洗设备更快,而且大功率激光器所配备的光纤远长于中小功率激光器的,因此清扫工件范围更为广泛。但是由于千瓦以上激光器功率大,在高功率的长期工作过程中其主要部件会产生一定的热量,若这些热量不及时处理,会影响激光清洁工件的效果,所以大功率激光清洗头的设计要比中小功率的复杂的多,因而目前市面上千瓦以上的激光清洗设备少之又少,1600W的高功率清洗头更是没有。另外,大功率激光清洗头因为射出的激光功率高,具有一定危险性,所以一般情况下不由人工手持操作,一般都是工业机器人或者多轴机床夹持加工,但某些特殊场合仍需要短时间的人工手持操作,这样导致现有的大功率激光清洗头并不适用。
发明内容
本发明的目的是克服现有中小功率激光清洗设备清洗效率低,而高功率激光器散热量大,对环境要求高,适用范围小的问题。
为此,本发明提供了一种高功率激光清洗头,包括清洗头的壳体,所述壳体内部依次连接有激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜,所述激光光纤接头外接激光器,所述镜腔上设置有反射镜和振镜,所述壳体上固定设置有分水器,壳体内部设有多根水冷管,多根所述水冷管绕激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜周围布置,且多根所述水冷管的两端分别与分水器的集水口和回水口连接。
进一步的,所述壳体内部设置有用于间隔固定激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜的框架,所述水冷管固定安装在所述框架上。
进一步的,上述高功率激光清洗头还包括设置在所述壳体外部的水冷组件,所述水冷组件的出水口与所述分水器的集水口连接,所述水冷组件的进水口与所述分水器的回水口连接。
进一步的,所述水冷组件包括依次通过水管连接的进水口、热交换器、水箱、水泵、流量监控器和出水口,所述热交换器上设有若干个风扇,所述水箱上设置有注水口和过滤器。
进一步的,所述壳体上设有控制面板,所述控制面板上设有用于调节所述振镜出光角度的调节按钮,以及控制激光功率大小的操作按钮。
进一步的,所述镜腔上设有向镜腔内通入压缩空气的通气塞,所述通气塞上设有一进一出两个单向阀。
进一步的,所述镜腔上设有用于干燥镜腔内部的干燥塞,所述干燥塞内装有干燥剂。
进一步的,所述壳体上设有由壳体外部向壳体内部输入压缩空气的正压气接口。
进一步的,所述壳体上设有向壳体内部场镜处吹风的正压风扇,所述正压风扇的进气端设有空气过滤器。
进一步的,所述壳体侧壁外部可拆卸连接有辅助提手、控制手柄、辅助手柄和辅助照明灯;所述壳体上靠近场镜的一端可拆卸连接有辅助吸尘器。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
(1)本发明提供的这种高功率激光清洗头结构简单,可采用大功率激光对工件进行激光清洗,效率高,清洗加工范围大,同时通过水冷换热方式对激光清洗头内部主要部件进行散热处理,有效解决了高功率长期工作所产生热量影响激光清洁工件效果的问题。
(2)本发明提供的这种高功率激光清洗头既可手持操作,亦可装载在机器上,同时通过可拆卸的控制手柄和辅助手柄的不同安装位置,可实现竖向扫描和横向扫描两种方式的快速转换,操作更加灵活。
(3)本发明提供的这种高功率激光清洗头通过设置通气塞由外部导入干燥压缩空气或设置干燥塞来避免清洗头壳体内部出现冷凝水,保证了激光扫描的精准性和稳定性。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明高功率激光清洗头的结构示意图;
图2是本发明中水冷组件的结构示意图。
附图标记说明:1、辅助提手;2、装夹导轨;3、壳体;4、反射镜;5、镜腔;6、框架;7、准直镜;8、激光光纤接头;9、盖板;10、分水器;11、正压气接口;12、控制面板;13、控制手柄;14、辅助手柄;15、辅助照明灯;16、正压风扇;17、场镜;18、辅助吸尘器;19、水冷管;20、通气塞;21、热交换器;22、进水口;23、出水口;24、流量监控器;25、水泵;26、水箱;27、过滤器;28、注水口;29、风扇。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征;在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”,“若干”的含义是两个或两个以上。
如图1所示,本实施例提供了一种高功率激光清洗头,包括清洗头的壳体3,所述壳体3内部依次连接有激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17,所述激光光纤接头8外接激光器,所述镜腔5上设置有反射镜4和振镜(图中未标示),反射镜4位于准直镜7的端部,且与准直镜7呈一定倾斜角设置,振镜位于镜腔5的下部,所述场镜17与清洗工件正对布置,激光器发出的激光束由光纤经激光光纤接头8传输至准直镜7中整形为平行光束后射入镜腔5中,在镜腔5中依次经过反射镜4和振镜的反射后,再由场镜17射出,形成扫描光射至清洗工件上,用以清洗污物;而为了提高清洗效率和增大清洗加工范围,本实施例中的激光采用高功率(1600W)激光,这样在高功率激光长期工作时,该激光清洗头内部的主要部件(激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17)会产生大量热量,对此本实施例在所述壳体3上固定设置有分水器10,分水器10外接冷却水,冷却水可由专用冷水机提供,壳体3内部设有多根水冷管19,多根所述水冷管19绕激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17周围布置,且多根所述水冷管19的两端分别与分水器10的集水口和回水口连接,在该高功率激光清洗头工作的同时,外部冷却水由分水器10的集水口进入分水器10后分开几路水分别流入多根水冷管19中,而水冷管19布置在激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17周围,水冷管19中的冷却水与激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17产生的热量以冷却换热的方式对其进行散热,水冷管19中交换回的热水回流至分水器10中并通过分水器10的回水口流出,由此保证了该激光清洗头在高功率工作条件下长期工作的稳定性。
优化的,所述壳体3内部设置有用于间隔固定激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17的框架6,所述水冷管19固定安装在所述框架6上,通过框架6对多根水冷管19进行限位固定,有效保证了水冷管19内冷却水与壳体3内主要部件之间的稳定换热。
进一步的,由于激光器光纤可以长达50米,考虑到对于没有专用冷水机或冷水机扬程无法与激光器光纤长度匹配情况下的可操作性,本实施例的高功率激光清洗头还包括设置在所述壳体3外部的水冷组件,所述水冷组件的出水口与所述分水器10的集水口连接,所述水冷组件的进水口与所述分水器10的回水口连接。具体的,如图2所示,所述水冷组件包括依次通过水管连接的进水口22、热交换器21、水箱26、水泵25、流量监控器24和出水口23,所述热交换器21上设有若干个风扇29,所述水箱26上设置有注水口28和过滤器27;将冷却水从注水口28处灌入水箱26,优化的,通过过滤器27对注入的冷却水进行过滤,避免杂质进入循环水;而在对高功率激光清洗头内部的主要部件进行水冷散热时,通过水泵25作用将水箱26中冷却水从出水口23扬到分水器10中,其输送至分水器10中的冷却水的流量通过流量监控器24控制,分水器10将冷却水分成几路水分别供给激光光纤接头8、准直镜7、镜腔5和场镜17以冷却散热,交换回的热水通过分水器10的回水口流回至水冷组件,经进水口22流入热交换器21中,通过风扇29将交换回的热水冷却,冷却后的水重新流入水箱26中循环利用,节约资源,激光清洗头的电源输出口亦可以为水冷组件供电,同时水冷组件结构简单,方便移动携带。
进一步的,为了便于对激光束扫描位置的控制,如图1所示,所述壳体3上设有控制面板12,所述控制面板12上设有用于调节所述振镜出光角度的调节按钮,通过调节按钮调整振镜的倾斜角度,从而控制经振镜反射后激光束的出光角度,进而可改变激光束扫描位置,扩大激光束的扫描范围;而对于离激光器较远距离的清洗工件的除污,还可在所述控制面板12上设置控制激光功率大小的操作按钮,将控制面板12与激光器电连接,通过控制面板12上的操作按钮调节激光功率,实现对激光器的激光功率等工艺参数调节的远程控制,无需在激光器跟前操作,提高了工作效率。
优化的,如图1所示,所述镜腔5上设有向镜腔5内通入压缩空气的通气塞20,所述通气塞20上设有一进一出两个单向阀,在工作时通过通气塞20从外部通入压缩空气,用来给振镜散热和保持镜腔5内的正压力,避免激光清洗头的壳体3内部由于水冷出现冷凝水,而影响激光束的传输。而考虑到外部环境中没有压缩空气的情况下,可在所述镜腔5上设置用于干燥镜腔5内部的干燥塞,干燥塞与通气塞20造型相同,可进行替换,所述干燥塞内装有可循环使用的干燥剂,通过干燥剂对镜腔5内的冷凝水进行吸收干燥,保证激光束在传输中的精准性和稳定性,从而实现对清洗工件的精确扫描除污。
而为了避免激光清洗头在工作时将清洗工件上污物除掉所产生的烟尘污染场镜17,所述壳体3上设有正压气接口11,所述正压气接口11在所述壳体3内部通过导气管路连通至所述场镜17处,正压气接口11外接空压机等辅助设备,通过正压气接口11从外部向场镜17安装处给予压缩空气,用以保持场镜17表面的清洁。而考虑到外部环境中没有压缩空气的情况下,可在所述壳体3上设置向壳体3内部场镜17处吹风的正压风扇16,所述正压风扇16的进气端设有空气过滤器,避免杂质被吸入。
另外,为了操作的方便,所述壳体3侧壁外部可拆卸连接有辅助提手1、控制手柄13和辅助手柄14,使得该激光清洗头既能手持操作,也能装载在机器上,由机器带动激光清洗头进行移动,操作方式灵活多变;而且通过将控制手柄13和辅助手柄14设计成可拆卸连接,还可实现根据工件作业的需要,选择将控制手柄13和辅助手柄14安装在激光清洗头的壳体3上的不同位置,从而实现竖向扫描和横向扫描两种方式的快速转换,如将控制手柄13和辅助手柄14安装在如图1所示的壳体3的下部,在操作时的激光出光扫描方向为横向扫描,而若将控制手柄13和辅助手柄14换到壳体3侧面进行安装,则操作时的出光扫描方向可从横向变为竖向,这种设计脱离了传统激光清洗头要么只能横扫要么只能竖扫的单一清洗方式;而本实施例中的可拆卸连接方式可采用设有燕尾槽和若干卡口的装夹导轨2对辅助提手1、控制手柄13和辅助手柄14进行卡接,通过装夹导轨2可实现对该激光清洗头的机夹和手持两种方式的快速切换。进一步的,所述壳体3上靠近场镜17的一端可拆卸连接有辅助吸尘器18,通过辅助吸尘器18对激光扫描清洗的污物进行收集,避免污染外部环境。而为了方便操作人员在黑暗环境下操作使用本实施例激光清洗头,还可在激光清洗头的壳体3侧壁上设置辅助照明灯15。
综上所述,本发明提供的这种高功率激光清洗头结构简单,可采用大功率激光对工件进行激光清洗,效率高,清洗加工范围大,同时通过水冷换热方式对激光清洗头内部主要部件进行散热处理,有效解决了高功率长期工作所产生热量影响激光清洁工件效果的问题。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功率激光清洗头,包括清洗头的壳体,其特征在于:所述壳体内部依次连接有激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜,所述激光光纤接头外接激光器,所述镜腔上设置有反射镜和振镜,所述壳体上固定设置有分水器,壳体内部设有多根水冷管,多根所述水冷管绕激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜周围布置,且多根所述水冷管的两端分别与分水器的集水口和回水口连接。
2.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述壳体内部设置有用于间隔固定激光光纤接头、准直镜、镜腔和场镜的框架,所述水冷管固定安装在所述框架上。
3.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:还包括设置在所述壳体外部的水冷组件,所述水冷组件的出水口与所述分水器的集水口连接,所述水冷组件的进水口与所述分水器的回水口连接。
4.如权利要求3所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述水冷组件包括依次通过水管连接的进水口、热交换器、水箱、水泵、流量监控器和出水口,所述热交换器上设有若干个风扇,所述水箱上设置有注水口和过滤器。
5.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述壳体上设有控制面板,所述控制面板上设有用于调节所述振镜出光角度的调节按钮,以及控制激光功率大小的操作按钮。
6.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述镜腔上设有向镜腔内通入压缩空气的通气塞,所述通气塞上设有一进一出两个单向阀。
7.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述镜腔上设有用于干燥镜腔内部的干燥塞,所述干燥塞内装有干燥剂。
8.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述壳体上设有正压气接口,所述正压气接口在所述壳体内部通过导气管路连通至所述场镜处。
9.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述壳体上设有向壳体内部场镜处吹风的正压风扇,所述正压风扇的进气端设有空气过滤器。
10.如权利要求1所述的高功率激光清洗头,其特征在于:所述壳体侧壁外部可拆卸连接有辅助提手、控制手柄、辅助手柄和辅助照明灯;所述壳体上靠近场镜的一端可拆卸连接有辅助吸尘器。
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