CN109365413A - 基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头及使用方法，所述的激光清洗头包括与光纤固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和至少受驱动绕光轴旋转的一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，所述的光纤的出光点、光束整形部件及圆楔形棱镜同光轴设置。本发明的楔形棱镜旋转扫描的激光清洗头，减小系统尺寸，适应更大直径的光束，提高稳定性和抗干扰能力，降低驱动控制难度，同时本发明提供了独特的的清洗扫描路径，满足特殊扫描路径应用需求等方面，具有一定的实际意义。

Description

基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头及使用方法

技术领域

本发明属于激光清洗技术领域，具体涉及一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头。

背景技术

激光清洗是一种高效、绿色的清洗技术，相对于化学清洗及机械清洗有一定优势，其具有不需要任何化学试剂、无研磨、无应力、无耗材、对基材损伤小、清洁度高等优点。激光利用光纤传输引导，可清洗不易达到的部位，适用范围广泛，例如除锈、除漆、除泥污、晶片表面处理等。该技术已逐步应用于各领域。随着市场不断发展及应用的广泛性，越来越多的企业、工厂开始采用这种激光清洗技术来代替传统的清洗技术。

激光清洗一般采用脉冲激光器产生脉冲激光，再由光纤传导至激光清洗执行装置，一般称为激光清洗头或者称为激光扫描枪，目前一般的激光清洗头采用准直镜、振镜和聚焦镜组成的系统，激光由光纤出射至准直镜，准直后的光束照射到振镜镜片上，通过镜片的往复振动使激光束摆动，再通过平面场镜汇聚成清洗线，将清洗工件放置清洗线上，移动扫过清洗表面即可完成清洗。准直后光束直径越大，聚焦后的清洗线越细，峰值的能量越高，清洗效果也越好。

上述现有技术存在以下缺点；

1、由于振镜镜片摆动至折返点时需要电机输出较大的能量，而光束直径越大需要的振镜镜片越大，也就意味着更大的电机才能驱动，因此造成激光清洗头尺寸和重量较大，增加了操作者或机械夹持设备的负担，影响清洗操作最小空间和最小直径管路的适用范围。

2、振镜系统还存在抗干扰能力差、产生振动和发热等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，采用两片圆楔形棱镜定速旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了驱动电机的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，包括与光纤固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和至少受驱动绕光轴旋转的一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，所述的光纤的出光点、光束整形部件及圆楔形棱镜同光轴设置。

在上述技术方案中，所述的光束整形部件包括聚焦镜，所述的聚焦镜固定设置在所述的圆楔形棱镜与光纤的出光点间并同轴。

在上述技术方案中，所述的光束整形部件包括准直镜和平面场镜，所述的圆楔形棱镜位于准直镜和平面场镜之间并同轴。

在上述技术方案中，还包括对应与所述的圆楔形棱镜固定连接且外部通过轴承与所述的壳体连接的轮环，所述的驱动组件包括驱动电机，以及与所述的轮环齿轮传动或皮带传动的主动轮。

在上述技术方案中，所述的驱动电机为防辐射电机，所述的轴承及传动机构的表面镀有二硫化钼。

在上述技术方案中，所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过压环匹配地嵌装在所述的轮环内。

在上述技术方案中，所述的圆楔形棱镜为一个、两个或两个以上。

在上述技术方案中，所述的圆楔形棱镜为两个或两个以上分别由对应的驱动组件单独驱动。

在上述技术方案中，所述的壳体包括尾部与所述的光纤固定连接且其内固定有聚焦镜或准直镜的尾壳，以及与所述的圆楔形棱镜一一对应的并依次与所述的尾壳固定连接的镜壳，所述的镜壳包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在镜壳外部并与所述的主动轮传动连接。

在上述技术方案中，包括多个与所述的圆楔形棱镜一一对应的镜壳，所述的镜壳前后设置并使得圆楔形棱镜同光轴，所述的传动腔交错设置以布局所述的驱动电机。

一种所述的基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头的使用方法，包括以下步骤，

1)激光束从光纤出口出射，经聚焦镜汇聚；

2)激光束通过圆楔形棱镜，激光束汇聚于聚焦点，光束向棱镜较厚的边缘偏折；

3)驱动组件转动圆楔形棱镜，激光束偏折方向随之改变，聚焦点随激光束偏折方向移动，轨迹形成清扫轨迹线；

其中，当采用一片圆楔形棱镜旋转时，清扫轨迹线为固定直径的圆环，改变驱动组件转速则改变清扫扫描速度；

当采用两片圆楔形棱镜同向旋转时，清扫轨迹线为直径可变的圆环，驱动组件同速旋转，改变两片棱镜较厚边缘的初始位置则改变清扫轨迹线圆环直径；驱动组件不同速旋转，清扫轨迹线圆环发生收缩扩张的变化；

当采用两片圆楔形棱镜反向旋转时，驱动组件同速旋转且两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，清扫轨迹线为直线；

当驱动组件不同速或两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，或采用多片圆楔形棱镜时，清扫轨迹线为“8”字型或其他预设复杂形状。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的楔形棱镜旋转扫描的激光清洗头，减小系统尺寸，适应更大直径的光束，提高稳定性和抗干扰能力，降低驱动控制难度，同时本发明提供了独特的的清洗扫描路径，满足特殊扫描路径应用需求等方面，具有一定的实际意义，可以作为现有技术有效的补充方案。

本发明尤其是采用不带芯片的防辐射电机，改进润滑方式以适应辐射环境的应用需要。

附图说明

图1是本发明聚焦镜方案中具有两个楔形棱镜的结构示意图。

图2所示为图1所示的局部剖面结构示意图。

图3所示图1所示的另一状态的局部剖面结构示意图

图4所示为聚焦镜方案中具有单个楔形棱镜的激光清洗头的结构爆炸示意图。

图5所示为图4所示的激光清洗头的局部剖面结构示意图。

图6所示为本发明准直镜和平面场镜方案中具有一个楔形棱镜的激光清洗头的结构示意图。

图7所示为本发明管道内壁激光清洗装置的准直镜和平面场镜方案中具有两个楔形棱镜的激光清洗头的结构示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，包括与连接外部激光器的光纤1固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和至少受驱动绕光轴旋转的一个圆楔形棱镜4，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，所述的光纤的出光点、光束整形部件及圆楔形棱镜同光轴设置且对应间隔设置在预定长度内。

其中，所述的圆楔形棱镜为一个、两个或两个以上，所述的圆楔形棱镜分别由对应的驱动组件5单独驱动。

本发明通过与现有技术完全不同的无振镜方案，采用一片或多片圆楔形棱镜定速旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了整体结构的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。与此同时，由于采用了定速旋转的方案，相对于往复运动的振镜系统，减少了驱动产生的发热，提高清洗头系统的稳定性和抗干扰能力，降低了电机驱动控制的难度，而且明通过不同的楔形棱镜组合和转动方案，提供了独特的清洗扫描路径。

实施例二

具体地，所述的光束聚焦部件包括聚焦镜31，所述的聚焦镜固定设置在所述的楔形棱镜部件与光纤的出光点间并同轴。即，所述的光纤1安装在壳体8末端，聚焦镜31安装在壳体8内，光纤1发出的光束2通过聚焦镜31汇聚至聚焦点6，光束2在经过一片或多片圆楔形棱镜4时发生偏折，由于驱动组件5驱动圆楔形棱镜4旋转，光束的偏折方向随之发生改变，最终聚焦点6移动的轨迹形成轨迹线7，轨迹线7既是清扫系统的清扫轨迹线。

所述的光束整形组件还可采用准直镜31与平面场镜32组合的形式，所述的一片或多片圆楔形棱镜位于准直镜31与平面场镜32之间，激光光束由光纤射出后先经过准直镜，再经过楔形棱镜，最后经过平面场镜，同样能实现所述的清扫轨迹线。

所述的壳体包括尾部与所述的光纤固定连接且其内固定有聚焦镜或准直镜的尾壳8，以及与所述的圆楔形棱镜一一对应的并依次与所述的尾壳固定连接的镜壳52，所述的镜壳由后壳和前盖59扣合固定而成以构成相对密封的空间，保护内部的传动机构，所述的镜壳包括用以定位所述的轴承53的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在镜壳外部并与所述的主动轮传动连接。

对应地，还包括内对应与所述的楔形棱镜固定连接且外部通过轴承与所述的壳体连接的轮环56，所述的驱动组件包括驱动电机，以及与所述的轮环啮合传动或皮带传动的主动轮，所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过压环58匹配地嵌装在所述的轮环内。同时，在轮环内还设置有楔形垫环57，楔形垫环没有螺纹，其与楔形棱镜相对设置以把楔形棱镜的斜面垫成平面，这样压环具有螺纹结构在轮环内壁上旋转可以旋转将楔形棱镜压实定位。

其中，包括至少两个所述的镜壳，所述的镜壳前后设置并使得圆楔形棱镜同光轴，所述的传动腔交错设置以布局所述的驱动电机51。

实施例三

在辐射环境下，伽马射线严重影响电子元气件的使用寿命，因此带有反馈电路和元件的振镜电机不适合在辐射环境下使用。本发明中所述的驱动电机为单向旋转无芯片的普通电机，可采用防辐射电机，所述的轴承及传动机构的表面镀有二硫化钼。即，轴承53、从动轮54和主动轮56表面镀有二硫化钼作为润滑剂。金属、镜片都能够耐受较大量的辐射，而振镜电机的反馈电路和元件、普通润滑剂、电机漆包线受辐射却会失效，本发明的最大优点是结构降低了电机的要求，由振镜电机降为普通电机，防辐射电机则是在普通电机的基础上采用了防辐射的漆包线和润滑，有效控制了制造成本和使用成本。

本发明根据圆楔形棱镜的旋转方案，设置一个内部没有电子元器件的防辐射电机或多个防辐射电机单独驱动，一个防辐射电机驱动一片或多片圆楔形棱镜，而且本发明的传动组件和轴承均采用了二硫化钼镀层为润滑方式，有效消除了辐射对激光清洗头的影响。

实施例四

一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)激光束从光纤出口出射，经聚焦镜汇聚；

2)激光束通过圆楔形棱镜，激光束汇聚于聚焦点，同时光束向棱镜较厚的边缘偏折；

3)驱动组件转动圆楔形棱镜，激光束偏折方向随之改变，聚焦点随激光束偏折方向移动，轨迹形成清扫轨迹线；

其中，当采用一片圆楔形棱镜旋转时，清扫轨迹线为固定直径的圆环，改变驱动组件转速则改变清扫扫描速度；适合表面质量要求较低的粗清洗，也适合固定管径的管内壁清洗；

当采用两片圆楔形棱镜同向旋转时，清扫轨迹线为直径可变的圆环，驱动组件同速旋转，改变两片棱镜较厚边缘的初始位置则改变清扫轨迹线圆环直径；驱动组件不同速旋转，清扫轨迹线圆环发生收缩扩张的变化；即，当本发明采用两片圆楔形棱镜(4)同向旋转时，轨迹线(7)为直径随初始位置改变可变的圆环，适合不同管径的管内壁清洗。当驱动两片圆楔形棱镜(4)旋转的驱动组件(5)转速不同时，轨迹线(7)呈现一个圆环由中心点向四周扩散或收缩的形式，适合法兰焊口清洗等特殊需求。

当采用两片圆楔形棱镜反向旋转时，驱动组件同速旋转且两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，清扫轨迹线为直线，可用于平面等规则形状的激光清洗；

当驱动组件不同速或两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，或采用多片圆楔形棱镜时，清扫轨迹线为“8”字型或其他预设复杂形状，如矩形、梭形等形状，适合其他特殊清洗需求。适合其他复杂形状的清洗需求

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：包括与光纤固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和至少受驱动绕光轴旋转的一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，所述的光纤的出光点、光束整形部件及圆楔形棱镜同光轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的光束整形部件包括聚焦镜，所述的聚焦镜固定设置在所述的圆楔形棱镜与光纤的出光点间并同轴。

3.根据权利要求1所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的光束整形部件包括准直镜和平面场镜，所述的圆楔形棱镜位于准直镜和平面场镜之间并同轴。

4.根据权利要求1所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：还包括对应与所述的圆楔形棱镜固定连接且外部通过轴承与所述的壳体连接的轮环，所述的驱动组件包括驱动电机，以及与所述的轮环齿轮传动或皮带传动的主动轮。

5.根据权利要求4所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的驱动电机为防辐射电机，所述的轴承及传动机构的表面镀有二硫化钼。

6.根据权利要求4所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过压环匹配地嵌装在所述的轮环内。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的圆楔形棱镜为一个、两个或两个以上。

8.根据权利要求1所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的圆楔形棱镜为两个或两个以上分别由对应的驱动组件单独驱动。

9.根据权利要求4所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：所述的壳体包括尾部与所述的光纤固定连接且其内固定有聚焦镜或准直镜的尾壳，以及与所述的圆楔形棱镜一一对应的并依次与所述的尾壳固定连接的镜壳，所述的镜壳包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在镜壳外部并与所述的主动轮传动连接。

10.根据权利要求8所述的一种基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头，其特征在于：包括多个与所述的圆楔形棱镜一一对应的镜壳，所述的镜壳前后设置并使得圆楔形棱镜同光轴，所述的传动腔交错设置以布局所述的驱动电机。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的基于圆楔形棱镜旋转的激光清洗头的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)激光束从光纤出口出射，经聚焦镜汇聚；

2)激光束通过圆楔形棱镜，激光束汇聚于聚焦点，光束向棱镜较厚的边缘偏折；

3)驱动组件转动圆楔形棱镜，激光束偏折方向随之改变，聚焦点随激光束偏折方向移动，轨迹形成清扫轨迹线；

其中，当采用一片圆楔形棱镜旋转时，清扫轨迹线为固定直径的圆环，改变驱动组件转速则改变清扫扫描速度；

当采用两片圆楔形棱镜同向旋转时，清扫轨迹线为直径可变的圆环，驱动组件同速旋转，改变两片棱镜较厚边缘的初始位置则改变清扫轨迹线圆环直径；驱动组件不同速旋转，清扫轨迹线圆环发生收缩扩张的变化；

当采用两片圆楔形棱镜反向旋转时，驱动组件同速旋转且两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，清扫轨迹线为直线；

当驱动组件不同速或两片棱镜较厚边缘的初始位置一致，或采用多片圆楔形棱镜时，清扫轨迹线为“8”字型或其他预设复杂形状。