CN109803770B - 用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法以及包括清洁设备的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将激光焦点控制在流体束(2)内部的清洁设备和方法。清洁设备(1)包括流体组件(9)，流体组件(9)被布置为产生流体束(2)。流体组件(9)包括外壳(10)，外壳(10)具有流体入口端口(11)、出口孔(12)以及流体入口端口(11)与出口孔(12)之间的流体流动路径(13)。外壳(10)包括激光输入端口(24)。清洁设备(1)进一步包括光学组件(20)，光学组件(20)包括：激光束光学装置(23)，被配置为引导第一激光束(5)通过激光输入端口(24)并且进一步通过出口孔(12)，以及将第一激光束(5)聚焦在流体束(2)内部；以及感测装置(26)，被配置为发射通过出口孔(12)的感测信号(28)以接收反射信号(29)，以及基于反射信号(29)来确定流体束(2)的长度数据。光学组件(20)进一步被布置为基于所确定的长度数据来调节激光束光学装置(23)，以便控制第一激光束(5)的焦点。

Description

用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法以及包 括清洁设备的系统

技术领域

本公开涉及用于清洁的技术，并且在某种程度上涉及用于清洁工业机器人的技术。具体地，本公开涉及一种用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法，以及一种用于清洁包括至少一个这种清洁设备的工业机器人的系统。

背景技术

用于处理开放食品(即鱼、肉、家禽和乳制品)的设备经历严格的卫生要求，并且必须每天使用高压热水和化学试剂冲洗。目前，清洁通常由配备有高压喷枪的清洁团队手动执行，该清洁团队在夜间工作以确保设备针对早班被及时清洁。这种冲洗的有效性很大程度上取决于清洁工人的技能，并且不遵循正确的进程可能会对食品设施产生严重影响。在可能的情况下，采用就地清洁(clean-in-place，CIP)清洁系统来自动冲洗。这种系统可包括固定或移动的高压喷嘴，该高压喷嘴安装在设备内和设备周围的关键点处。虽然CIP对于清洁设备的机器的内表面而言是有效的，但是通常仍在外表面上使用手动喷涂。

高压喷涂对于去除大的污垢颗粒是有效的，但是通常不能去除较细的颗粒，该较细的颗粒通过机械擦洗被更有效地去除。因此，单独的高压喷涂不能保证去除、特别是从喷涂难以进入的孔隙和裂缝中去除包括细菌的表面残留物。另一问题是湿度的生成，这可能加速贯穿设备的设施的腐蚀。还已知使用超声清洁，超声清洁提供优异的残留物和细菌去除，而不产生飞溅。然而，用于处理表面的现有解决方案具有有限的操作范围，从而使得它们用于任意3D表面的自动清洁是不切实际的。

通常，对于食品处理设备存在由于现有冲洗方法而导致的清洁的可变性，但是由于现有冲洗方法在食品处理中的使用增加，可能会加剧机器人的劣化。

从US3503804A中已知，为了清洁目的，在水流中传输激光。激光具有固定的焦点，并且集中的能量使水局部沸腾，从而形成在表面上塌陷以提供清洁效果的蒸汽泡，如通常的超声清洁那样。

此外，从EP2470310B1中已知具有被实施为便携式手持清洁设备的超声清洁器，该超声清洁器在水流中产生空化(cavitation)清洁动作，从而允许表面在不浸入罐中的情况下被超声清洁。

发明内容

然而，上述现有技术中的技术不适用于自动使用。该技术也不适用于不规则表面。

本公开的目的是减轻现有技术的至少一些缺点。本发明的另一目的是提供一种被布置为清洁三维(3D)表面以使得较细的颗粒被去除的装置。本公开的另一目的是提供一种被布置为清洁3D表面以使得以自动方式去除较细的颗粒的装置。另一目的是提供适用于清洁机器人的这种装置。通过根据本公开的方法和装置，至少部分地实现了这些目的和其它目的。

根据第一方面，本公开涉及一种清洁设备，该清洁设备包括被布置为产生流体束的流体组件。流体组件包括外壳，该外壳具有流体入口端口、出口孔以及在流体入口端口与出口孔之间的流体流动路径。外壳还包括激光输入端口。清洁设备进一步包括光学组件，该光学组件包括激光束光学装置，该激光束光学装置被配置为：引导第一激光束通过激光输入端口并且进一步通过出口孔，以及将第一激光束聚焦在流体束内部。清洁设备还包括感测装置，该感测装置被配置为：发射通过激光输入端口并且进一步通过出口孔的感测信号，以及接收感测信号的由流体束反射的反射信号。清洁设备进一步被配置为基于反射信号来确定流体束的长度数据，其中光学组件被布置为基于所确定的长度数据来调节激光束光学装置，以便控制第一激光束的焦点。

通过清洁设备，可以实现通过聚焦激光所产生的超声清洁动作，以在目标表面附近或目标表面上的流体束(例如，层流水)内部产生空化。由于能量聚焦在应用点，因此与高压喷涂一样，清洁效果不随着距离而减小。当焦点被自动调节时，清洁设备适用于自动清洁，例如。就地清洁(CIP)系统。清洁设备能够在几米的距离内自动清洁三维(3D)表面，并且比高压喷涂更有效地去除细菌和细小残留物，同时避免过度湿度生成。也不需要高压或高温流体。

本发明暗示了若干商业利益。例如，可以通过利用清洁设备替换设备的手动清洁来节省成本。通过更有效地去除细菌和残留物来改善卫生。此外，由于在使用清洁设备时不需要高压或高温流体，因此可以节省成本。而且，清洁设备在冲洗期间产生的湿度比高压喷涂低，并且因此减少了小污垢颗粒的分布。

根据一些实施例，感测信号是第二激光束，然后感测装置包括被配置为产生第二激光束并检测反射信号的飞行时间感测光学装置。

根据一些实施例，第一激光束和第二激光束具有不同的颜色，并且激光束光学装置包括被布置为反射第一激光束并传输第二激光束的双色镜。

根据一些实施例，激光束光学装置包括：扩展元件，被布置为使第一激光束扩展；轴向可移动聚焦元件，被布置为使第一激光束聚焦；以及致动器，被布置为基于控制信号来调节聚焦元件的轴向移动。

根据一些实施例，光学组件包括：清洁设备控制单元，被配置为接收长度数据，以及基于所接收的长度数据产生控制信号并将该控制信号发送到激光束光学装置，由此激光束光学装置被配置为基于控制信号来调节第一激光束的焦点。

根据一些实施例，光学组件包括容纳激光束光学装置的壳体。

根据一些实施例，壳体被布置有与激光输入端口和出口孔同轴布置的激光出口端口。

根据一些实施例，出口孔的流动面积小于外壳内流体流动路径的面积，并且其中流体组件包括多个平行的子流动路径，该多个平行的子流动路径被布置为与出口孔平行并且在外壳内，以便在外壳中产生层流。

根据一些实施例，出口孔具有抵靠外壳内部的锋利边缘。

根据一些实施例，外壳包括管，该管用于引导外壳内部的第一激光束、感测信号和反射信号。

根据一些实施例，第一激光束和感测信号被配置为同步脉冲，使得在第一激光束被关闭时感测信号可以被发射并且反射信号可以被接收。

根据一些实施例，清洁设备包括具有清洁设备控制单元的控制装置，该清洁设备控制单元用于控制流体组件的运动和/或流体束的流动速度，以便将流体束对准目标。

根据一些实施例，控制装置被布置为根据计算机实施规则来控制流体组件和光学组件的移动。

根据第二方面，本公开涉及一种用于清洁工业机器人的系统。系统包括；至少一个清洁设备；以及机器人控制器，被配置为控制工业机器人的运动；以及清洁设备控制单元，被配置为以彼此同步的方式控制清洁设备的运动。

根据第三方面，本公开涉及一种用于将激光焦点控制在流体束内部的方法。方法包括在流体束内部生成具有束路径的第一激光束，并且在流体束内部发射具有信号路径的感测信号。方法进一步包括检测感测信号的由流体束反射的反射信号，并且基于所检测的反射信号来确定流体束的长度。方法进一步包括基于所确定的流体束的长度来控制第一激光束的焦点。

根据一些实施例，方法包括将流体束对准目标。

附图说明

图1示出了根据一些实施例的布置有用于清洁的系统的机器人化切肉单元的示例。

图2更详细地示出了机器人化切肉单元的一部分。

图3示出了根据一个实施例的机器人的控制器和清洁控制单元。

图4示出了根据一些实施例的由清洁设备产生的流体束中的激光空化的原理。

图5示出了根据一些实施例的具有控制装置的图4中的清洁设备。

图6示出了根据一些实施例的图4和图5中的清洁设备。

图7示出了图6中的清洁设备的竖直横截面。

图8示出了根据一些实施例的光学组件。

图9示出了图8中的光学组件的竖直横截面。

图10示出了根据一些实施例的通过光学组件的激光束路径。

图11示出了根据一些实施例的通过光学组件的感测信号路径。

图12示出了布置有清洁设备的移动平台的示例。

图13示出了根据一些实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将描述清洁设备用于将激光焦点控制在流体束5内部的清洁设备1和方法。通过将激光束5聚焦在目标表面附近的流体束2内部，在目标表面附近的流体束2中发生空化。下面将在用于清洁机器人3A、3B的系统4中例示该效果，但是应该理解的是，清洁设备1也可以用于其它清洁应用中。

在图1中，示出了机器人化(robotized)开放食物处理设施的示例。本文的设施包括系统4，系统4用于清洁在该设施中使用的具有机器人臂48A的第一机器人3A和具有机器人臂48B的第二机器人3B。第一机器人3A被布置为从输入缓冲器拾取大块肉并将肉放置在切片机的机器传送部上。在使用时，机器传送部在切片机的一端处将肉运送到切片机中。切片机将肉切片，并且肉片出现在切片机的另一端处。由第二机器人3B拾取肉片，该第二机器人3B将肉片装载到托盘中并将肉片放置在出口传送部上。第一机器人3A、第二机器人3B、切片机和传送部都是单元的一部分。单元被外壳50围起来，例如由透明塑料或玻璃制成，以便防止任何人太靠近单元。经由杆51从设施的线缆输送单元的电力。被包括在用于清洁的系统4中的清洁设备1被布置为从布置到外壳50的支撑结构52所悬挂。

第一机器人3A和第二机器人3B是工业机器人。工业机器人在这里被定义为可以被自动控制、可重新编程、可以用于多个任务并且具有三个或更多个轴线的机器人。在该示例中，第一机器人3A和第二机器人3B是串行六轴线机器人。第一机器人3A被布置为由第一机器人控制器49A控制，并且第二机器人3A被布置为由第二机器人控制器49B控制。每个机器人控制器49A、49B包括存储器54(图3)和处理器53(图3)。存储器52可以由一个或多个存储器单元组成。处理器53可以由一个或多个CPU(中央处理单元)组成。第一机器人3A和第二机器人3B各自具有密封构造，以提供可以被冲洗、同时保护机器人3A、3B的部件并且还保护环境免受来自机器人3A、3B的残留物(例如，润滑油)的影响的防水表面。机器人3A、3B的所有线缆被封闭在密封构造内部。密封构造通常由不锈钢制成。密封构造可以具有管状并且由多个互连的管制成。

在该示例中，用于清洁工业机器人3A、3B和单元中的其它设备8的系统4包括四个清洁设备1。每个清洁设备1被布置为产生流体束2，并将该流体束2投射到对象(即，机器人3A、3B或其它设备8)上以便清洁它们。清洁设备1例如从上文提到的电力线缆供电。

在图2中更详细地示出了图1中的清洁设备1中的一个清洁设备。图2中的清洁设备1和图1中的每个清洁设备1被布置有相应的清洁设备控制单元55。清洁设备控制单元55包括存储器56(图3)和处理器57(图3)。存储器56可以由一个或多个存储器单元组成。处理器57可以由一个或多个CPU(中央处理单元)组成。在一些实施例中，清洁设备控制单元55被配置为控制清洁设备1的运动，如下文将进一步说明的。在一些实施例中，以彼此同步的方式，工业机器人3A、3B的机器人控制器49A、49B被配置为控制工业机器人3A、3B的运动，并且清洁设备控制单元55被配置为控制相关联的清洁设备1的运动，以便清洁工业机器人3A、3B。然后机器人3A、3B可以被移动使得清洁设备1能够到达以其它方式难以到达的区域。如图3所示，机器人控制器49A、49B然后被布置为与清洁设备控制单元55通信。通信例如是有线的或无线的。

在图4中，示出了流体束2中的激光空化的原理。这里，图4中的清洁设备1产生集中的流体束2并且将流体束2对准对象6，在对象6处覆盖有污垢，如从图示的一部分的放大图中可以看到的。以一定压力将流体泵送到清洁设备1，以便产生流体束2。在一些实施例中，流体压力被变化以改变对准距离。激光中被聚焦在流体束2内部的集中能量(在该示例中的聚焦被描绘为流体束2内部的激光焦点区域58)导致水局部沸腾，形成在对象6的表面6A上塌陷的蒸气泡以给予清洁效果。激光束5因此在流体束2内部传播。通常重要的是正确地聚焦激光束5；如果激光焦点在对象6的表面6A的上游太远，则气泡在其可以对表面6A进行任何清洁之前塌陷；如果另一方面激光焦点太远，即超出表面6A，则不会形成气泡。激光焦点例如被聚焦在上游但靠近表面6A，或者被聚焦在表面6A处。由于能量被聚焦在应用点处，因此与高压喷涂一样，清洁效果不随距离减小。

清洁设备1在附图中略微朝上，以便产生流体束2的抛物线轨迹。以这种方式，流体束2的流体速度可以保持相当低，并且流体束2可以以集中的形式形成。而且，流体束2然后可以对准位于对象6后方的表面，并且因此到达用以清洁的更大区域。

在下文中，将参照图5至图11更详细地说明清洁设备1，特别是图5中的控制装置、布置为产生图6和图7中的流体束2的流体组件9、以及图8至图11中的光学组件20。

图5示出了根据一些实施例的包括控制装置7的清洁设备1。控制装置7包括被布置用于控制清洁设备1的运动的清洁设备控制单元55。因此，控制装置7被布置为控制流体组件9的运动，并且因此控制流体组件9的运动。控制装置7可以包括机动平移和/或倾斜平台，并且流体组件9然后被安装在该平台上。平台适用于计算机控制并且被布置为由清洁设备控制单元55控制。通过这种设置，可以通过改变平移和/或倾斜控制以及水流动速率来选择期望的清洁目标，以便改变流体束2的轨迹，从而改变来自流体组件9的输出或冲投。因此，清洁设备控制单元55可以被布置用于控制流体组件9的运动和/或流体束2的流动速度，以便将流体束2对准目标。然后，清洁设备控制单元55被布置为控制例如流体泵，以经由流体线路向清洁设备1的流体入口端口11(图6)供应期望的流体流动速率，或者被布置为控制流体限制装置，诸如连接到清洁设备1的流体入口端口11的流体线路的阀装置。期望的流体流动速率对应于流体束2中的期望的流动速度，以便将流体束2对准目标，例如，对象6的表面6A。在一些实施例中，控制装置7被布置为根据计算机实施规则来控制流体组件9和光学组件20的运动。计算机实施规则定义例如用于流体束2的目标路径。目标路径例如在待清洁区域上的蜿蜒路径之后。由于将根据流体束2的长度来调节激光束5的焦点，因此实现了对整个区域的连续清洁效果。

在图6中，示出了没有控制装置7并且处于直立位置的清洁设备1。流体组件9包括具有流体入口端口11和出口孔12的外壳10。清洁设备1还包括光学组件20(图7)，并且在该图示中，光学组件20的激光入口19可以在清洁设备1的下半部分看到。激光入口19包括光纤。

图7示出了清洁设备1的竖直横截面，特别是流体组件9和光学组件20的竖直横截面。流体组件9可以称为流动喷嘴。图7示出了流体组件9的内部的示例，流体组件9将在下文更详细地说明。流体组件的示例例如在US4795092中描述，其通过引用并入本文。流体组件9限定流体入口端口11与出口孔12之间的流体流动路径13。流体组件9被布置为产生流体束2，备选地被描述为流体的层流射流(laminar jet)。流体可以是水、或者水和洗涤剂的溶液。在一些实施例中，流体束2具有实心玻璃杆的外观而没有飞溅或湍流。流体束2用作光学光导，以将激光能量从光学组件20传输到目标表面6A。

在图7的示例中，出口孔12的流动面积小于外壳10内的流体流动路径13的面积。流体组件9的外壳10包括限定第一轴线40的管状部分59、底端60和相对的顶端61。入口端口11被布置在靠近底端60的管状部分59中，并且通向限定在外壳10内部的入口室14中。在一些实施例中，入口端口11被布置为与外壳10相切，以能够将流体切向地引入外壳10中以便产生平滑的旋转，该平滑的旋转基本上不在第一轴线40的方向上产生任何变化的流动分量。因此，入口室14被布置到外壳10的底端60。流体组件9进一步包括扩散器单元15，扩散器单元15被布置在外壳10内部的流体流动路径13中。在一些实施例中，扩散器单元15被设计为粗纤维海绵材料的圆柱体。扩散器单元15的目的是取出流体流的任何旋转分量，并且允许流体在没有任何湍流的情况下进入流体组件9的下一部分，这里是流动矫直器单元16。扩散器单元15可以通过扩散器单元15的顶部和底部处的网格板而在外壳10内部保持就位。流体组件9进一步包括在流体流动路径中布置在扩散器单元15上游的流动矫直器单元16。流动矫直器单元16包括多个平行的子流动路径16A，该多个平行的子流动路径16A被布置为与出口孔12平行并且在外壳10内，以便在外壳10中产生层流。

因此，子流动路径16A与第一轴线40平行布置。在一些实施例中，平行的子流动路径16A被设计为接合在一起的多个细管。细管然后与第一轴线40同轴。

内管18沿第一轴线40被布置在流动矫直器单元16中。内管18被布置用于引导外壳10内部的第一激光束5、感测信号28和反射信号29，如将在下文描述。流体组件9进一步布置有布置在流动矫直器单元16的下游的输出室17。输出室17布置在流动矫直器单元16与顶端61之间。在输出室17中，来自多个平行子流动路径16A的流动在通过出口孔12离开清洁设备1之前被重组。出口孔12被布置在外壳10的顶端61中。在一些实施例中，出口孔12具有抵靠外壳10内部的锋利边缘。锋利边缘在本文中定义为具有薄边缘或者能够精细地调节或切入被迫离开出口孔12的流体束2的精细点的边缘。锋利边缘使流体束2的外表面上的阻力最小化，从而确保通过流体束2的宽度的均匀速度分布，该均匀速度分布在流体通过空气时保持流体束2的流动在一起。可以通过将出口孔12设计成具有变化的直径来制造锋利边缘，其中面向清洁设备1的外部的直径大于面向清洁设备1的内部的直径。在一些实施例中，流体束2的直径在10-20mm之间，然而流体组件9可以可选地被设计为提供具有更小或更大直径的流体束2。外壳10进一步包括激光输入端口24。激光输入端口24在附图中的示例中被布置在外壳10的底端60中。

清洁设备1还包括光学组件20，光学组件20在图7中被布置到流体组件9的外壳10的外部，更准确地说，被布置到流体组件9的底端60的外部。光学组件20在图8和图9中单独示出，其中图9示出了图8的竖直横截面。光学组件20包括激光束光学装置23，激光束光学装置23被配置为引导第一激光束5通过激光输入端口24并进一步通过出口孔12，以及将第一激光束5聚焦在流体束2内部。因此，在第一激光束5通过出口孔12离开清洁设备1并且在流体束2中被进一步引导之前，第一激光束5以此顺序(经由管18)被引导通过入口室14、扩散器单元15、流动矫直器16和出口室17清洁设备。

第一激光束5例如经由光纤而从远离清洁设备1定位的工业激光器供应。在一些实施例中，使用100W-1kW功率范围内的单个激光器以经由光纤将能量传递到多个清洁设备1。可以通过将消费电子产品中使用的多种低成本、紧凑的激光二极管进行组合来产生这种功率。备选地，诸如激光二极管的激光源可以被布置为直接与清洁设备1连接，或者被包括在光学组件20中。

光学组件20进一步包括感测装置26，感测装置26被配置为发射通过激光输入端口24并进一步通过出口孔12的感测信号28。感测装置26被布置为接收(即，检测)感测信号28由流体束2反射的反射信号29，并基于反射信号29来确定流体束2的长度数据。光学组件20进一步被布置为基于所确定的长度数据来调节激光束光学装置23，以便控制第一激光束5的焦点。长度数据指示流体束2的总长度。在附图中所示的示例中，光学组件20包括壳体22。壳体22在壳体22的第一管状部分中容纳激光束光学装置23。根据一些实施例，壳体22还将感测装置26容纳在壳体22的第二管状部分中。在附图中的示例中，壳体22被布置有与激光输入端口24和出口孔12同轴布置的激光出口端口63。这里，第一管状元件布置有密封第一管状元件的端部分的第一盖37。第一盖37设置有激光纤维端口36，激光纤维端口36被布置为用于保持将第一激光束5引导到光学组件20中的激光纤维。第一管状部分具有通向壳体22的第二管状部分的相对的开口端。第二管状部分布置有密封第二管状部分的端部的第二盖38。第二盖38设置有激光出口端口63。激光出口端口63进一步由窗口35覆盖，使得没有流体可以从流体组件9引入光学组件20中。第二管状部分的相对端设置有密封该相对端的第三盖39。

激光束光学装置23限定第二轴线41。感测装置26进一步限定第三轴线42。这里，第三轴线42与第一轴线40对齐。这里，第一管状部分与第二轴线41同轴，并且第二管状部分与第三轴线42同轴。这里，第一轴线41垂直于第三轴线42布置。在一些实施例中，激光束光学装置23包括布置为使第一激光束5扩展的扩展元件32，例如，凹透镜。激光束光学装置23进一步包括轴向可移动的聚焦元件33，例如，被布置为聚焦第一激光束5的用于例如投影仪中的物镜或其它光学元件。激光束光学装置23进一步包括致动器34，例如音圈致动器，致动器34被布置为基于控制信号来调节聚焦元件33沿第一轴线41的轴向移动。激光束光学装置23可以进一步包括双色镜30，双色镜30被布置为在流体组件9的轴向方向上引导或反射第一激光束5，使得第一激光束5通过激光输入端口24进入流体组件9并且进一步使用双色镜30通过出口孔12离开。因为双色镜30对不同颜色的光具有不同的透射率和反射率特性，因此使用双色镜30。在示例中，双色镜30被布置为反射第一激光束5，例如大约90°，使得第一激光束5变得与第一轴线40和第三轴线42同轴。这里，双色镜30被布置在第二管状部分中。第一激光束5通过光学组件20的激光束路径如图10所示。第一激光束5经由激光器端口36被输入，并且经由扩展元件32和聚焦元件34被引导到双色镜30上，双色镜30反射第一激光束5通过激光出口端口63、激光输入端口24并进一步通过出口孔12。在一些实施例中，第一激光束5是脉冲的。

通过测量流体束2的长度，可以调节第一激光束5的焦点，使得可以在期望时实现流体束2中的空化。为此目的，清洁设备1设置有感测装置26。感测装置26包括：信号发生器43，被配置为生成感测信号28；以及信号检测器45，被布置为对感测信号28的反射信号29进行感测。在一些实施例中，感测信号28是第二激光束，并且感测装置26包括飞行时间(TOF)感测光学装置，飞行时间感测光学装置被配置为生成第二激光束并检测反射信号29。例如，信号发生器43包括二极管，例如蓝色二极管，诸如LED(发光二极管)或激光二极管。来自信号发生器43的出射光(即感测信号28)沿着流体束2的长度从各个点反射，直到其到达流体束2端部处的对象6的表面6A并且不再产生反射。从流体束2返回的反射光(即反射信号29)由信号检测器45检测，并且流体束2的长度基于感测信号28的发射与对应的反射信号29的检测之间的时间而被确定。感测信号28和反射信号29的信号路径在图11中示出。在备选的实施例中，感测信号28是超声信号，并且感测装置26被布置为发射和检测这种信号。

在一些实施例中，第一激光束5和第二激光束具有不同的颜色。如前所述，激光束光学装置23可以包括双色镜30。双色镜30被布置为反射第一激光束5并透射第二激光束。在图9的示例中，第二激光束是1-100mW范围内的低功率激光束，并且其已经由激光二极管直接产生。激光二极管以与第一激光束5不同的颜色照射，使得光能够通过双色镜30。然后来自信号发生器43的光由第一透镜44聚焦以创建感测信号28作为第二激光束。反射信号29由第二透镜62聚焦到信号检测器45上，例如，具有光敏元件的焦点平面阵列。根据行进的距离，入射的反射光将经历延迟。光敏元件将入射的反射光转换成电流，根据该电流可以确定延迟并因此确定流体束2的距离。感测装置26还包括在印刷电路板(PCB)中包括的驱动器46。驱动器46被布置为用于控制信号发生器43和信号检测器45，例如以使它们同步。

根据一些实施例，清洁设备控制单元55(图2)被配置为从感测装置26接收长度数据，并基于所接收的长度数据来生成控制信号。清洁设备控制单元55进一步被配置为将控制信号发送到激光束光学装置23，由此激光束光学装置23被配置为基于控制信号来调节第一激光束5的焦点。长度数据例如包括反射信号29的延迟的数据。根据长度数据，清洁设备控制单元55被配置为确定流体束2的长度。清洁设备控制单元55进一步被配置为例如基于所确定的流体束2的长度来确定轴向可移动的聚焦元件34的正确轴向位移，使得第一激光束5聚焦在预定位置，例如，在流体束2前方的一个小的距离处终止，并且因此比流体束2的总长度短一个小的距离。

根据一些实施例，第一激光束5和感测信号28被配置为同步脉冲，使得可以发射感测信号28并且可以接收并因此检测到反射信号29，同时第一激光束5被关闭。例如，清洁设备控制单元55可以被配置为控制这种同步。备选地，可以预先设定第一激光束5和感测信号28的脉冲以实现这种同步。

如前所述，流体组件9和光学组件20可以安装在适用于计算机控制的机动平移/倾斜平台上，如图5所示。在这种设置中，可以通过改变平移和倾斜控制以及流体速度来选择期望的清洁目标，以便改变流体束2的轨迹。抛物线轨迹将允许清洁被隐藏在将阻止视线方式(line-of-sight approach)的障碍物后方的对象6。在使用中，在一些实施例中，第一激光束5将以脉冲模式操作。当第一激光束5关闭时，感测信号28将接通以确定流体束2的长度并且进一步确定第一激光束5在流体束2中的焦距，使得清洁动作将响应流体束2的长度的变化而自动调节。

如前所述，用于清洁设备1的应用是清洁食品处理设施中的设备8、机器人3A、3B等。因此，本公开还涉及用于清洁工业机器人3A、3B的系统4。系统4包括至少一个清洁设备1。在一些实施例中，以彼此同步的方式，工业机器人3A、3B的机器人控制器49A、49B被配置为控制待清洁的工业机器人3A、3B的运动，并且清洁设备控制单元55被配置为控制清洁设备1的运动。因此，机器人3A、3B被布置为移动以使得清洁设备1可以到达机器人3A、3B的较大部分，和/或被布置为更高效地清洁机器人1。待清洁的表面可以例如通过在计算机软件中的工厂环境的3D模型上标记表面来识别。由此，将产生用于平移和倾斜马达的适当运动模式以及流体束冲投距离，以确保清洁所有表面。图1示出了这种安装可能的外观示例。这里，四个清洁设备1用于清洁机器人化食品加工单元中的大部分表面。当机器人3A、3B旋转成不同的姿势时，清洁设备1可以用于清洁机器人3A、3B自身。可能需要一些手动喷射以到达机器人3A、3B的静止基座。

在图12中，示出了移动平台64，移动平台64被布置为运送清洁设备1。移动平台64具有平台部分65，平台部分65被布置有推进装置66(这里为三个轮子)，使得移动平台64在地板的任意方向上可移动。备选地，推进装置66可以包括环形带。移动平台64进一步布置有推进部件和转向部件(未示出)。在平台部分65上布置有支架67。支架67具有L形形状，该L形形状具有布置到平台部分65的竖直臂和布置到竖直臂的水平臂。清洁设备1被布置为从水平臂被悬挂。支架67可以在一个或两个自由度上可移动，并且因此可以被布置为使竖直臂和/或水平臂例如以伸缩的方式移动。移动平台64包括平台控制单元68，平台控制单元68包括存储器69和处理器70。存储器69可以由一个或多个存储器单元组成。处理器69可以由一个或多个CPU组成。平台控制单元68被布置为控制推进装置66，以将移动平台64定位在单元的外壳50外部的图1的机器人3A、3B或设备8附近。支架67因此被布置为到达外壳50上方，使得清洁设备1可以将流体束2投射到目标，即机器人3A、3B或设备8。在一些实施例中，移动平台64被布置为由程序自动地控制，或者备选地由操作员例如通过远程控制装置(未示出)控制。在平台部分65上布置有流体供应71。流体供应6可以包括水泵，以用于使流体经由流体密封软管(未示出)通过清洁设备1。平台部分65还可以包括用于生成第一激光束5的激光发生器73。平台部分65还可以承载可运送的电源72，以便为推进装置66和清洁设备1供电。备选地，移动平台64可以经由线缆(未示出)而被供电。在一些实施例中，平台控制单元68被布置为根据程序来控制移动平台64，使得移动平台64在设施中被驱动以清洁多个机器人3A、3B和设备8。平台控制单元68然后可以被布置为与清洁设备控制单元55连通，并且当平台控制单元68被正确定位时与清洁设备控制单元55通信，从而可以启动清洁程序以便清洁例如机器人3A、3B或设备8。

本公开还涉及一种用于将激光焦点控制在流体束2内部的方法。现在将参照图13所示的流程图和其它附图的图示来说明该方法。首先，通过向清洁设备1供应流体流动来产生流体束2。在方法的步骤A1中，在流体束2内部生成具有光束路径的第一激光束5。第一激光束5从诸如远离清洁设备1的工业激光器供应或者从激光源供应，激光源被布置到清洁设备1、或者在光学组件20的壳体22内部、或者被布置到光学组件20的壳体22。方法进一步包括在步骤A2中在流体束2内部发射具有信号路径的感测信号28。如先前已经说明的，感测信号28从感测装置26发射或生成。方法进一步包括在步骤A3中检测感测信号28由流体束2反射的反射信号29，并且在步骤A4中基于所检测的反射信号29来确定流体束2的长度。如前面已经所述，反射信号29由感测装置26检测。例如通过清洁设备控制单元55来确定流体束2的长度。方法进一步包括在步骤A5中基于所确定的流体束2的长度来控制第一激光束5的焦点。例如借助于清洁设备控制单元55来控制焦点，该清洁设备控制单元55被布置为生成控制信号并将控制信号发送到激光束光学装置23。方法还可以包括将流体束2对准目标。这可以通过根据程序控制清洁设备1的移动、或者通过手动握持清洁设备1并手动地控制清洁设备1的移动来完成。然后第一激光束5的焦点将被自动地调节，使得在流体束2内部产生期望的空化。因此，该方法提供了一种成本有效的方法，以用于精确测量流体束5的长度并在运行中调节激光焦点，使得可以清洁任意3D表面。

本发明不限于上述优选实施例。可以使用各种替代、修改和等同方案。因此，上述实施例不应该视为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种清洁设备(1)，包括被布置为产生流体束(2)的流体组件(9)，所述流体组件(9)包括外壳(10)，所述外壳(10)具有流体入口端口(11)、出口孔(12)、所述流体入口端口(11)与所述出口孔(12)之间的流体流动路径(13)、以及激光输入端口(24)，其特征在于，所述清洁设备(1)包括光学组件(20)，所述光学组件包括：

-激光束光学装置(23)，被配置为引导第一激光束(5)通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)，并且将所述第一激光束(5)聚焦在所述流体束(2)内部；

-感测装置(26)，被配置为发射通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)的感测信号(28)，以接收所述感测信号(28)的由所述流体束(2)反射的反射信号(29)，并且被配置为基于所述反射信号(29)来确定所述流体束(2)的长度数据，其中所述光学组件(20)被布置为基于所确定的所述长度数据来调节所述激光束光学装置(23)，以便控制所述第一激光束(5)的焦点。

2.根据权利要求1所述的清洁设备(1)，其中所述感测信号(28)是第二激光束，并且其中所述感测装置(26)包括飞行时间感测光学装置，所述飞行时间感测光学装置被配置为生成所述第二激光束、并且检测所述反射信号(29)。

3.根据权利要求2所述的清洁设备(1)，其中所述第一激光束(5)和所述第二激光束具有不同的颜色，并且其中所述激光束光学装置(23)包括分色镜(30)，所述分色镜(30)被布置为反射所述第一激光束、并且透射所述第二激光束。

4.根据前述权利要求中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述激光束光学装置(23)包括：扩展元件(32)，被布置为使所述第一激光束(5)扩展；轴向可移动聚焦元件(33)，被布置为使所述第一激光束(5)聚焦；以及致动器(34)，被布置为基于控制信号来调节聚焦元件(33)的轴向移动。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述光学组件(20)包括：清洁设备控制单元(55)，被配置为接收所述长度数据，以及基于所接收的所述长度数据来生成控制信号、并且将所述控制信号发送到所述激光束光学装置(23)，由此所述激光束光学装置(23)被配置为基于所述控制信号来调节所述第一激光束(5)的所述焦点。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述光学组件(20)包括容纳所述激光束光学装置(23)的壳体(22)。

7.根据权利要求6所述的清洁设备(1)，其中所述壳体(22)被布置有激光出口端口(63)，所述激光出口端口(63)与所述激光输入端口(24)和所述出口孔(12)同轴布置。

8.根据权利要求1-3和7中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述出口孔(12)的流动面积小于所述流体流动路径(13)在所述外壳(10)内的面积，并且其中所述流体组件(9)包括多个平行的子流动路径(16A)，所述多个平行的子流动路径(16A)被布置为与所述出口孔(12)平行、并且在所述外壳(10)内，以便在所述外壳(10)中产生层流。

9.根据权利要求1-3和7中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述出口孔(12)具有抵靠所述外壳(10)内部的锋利边缘。

10.根据权利要求1-3和7中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述外壳(10)包括管(18)，所述管(18)用于引导所述外壳(10)内部的所述第一激光束(5)、所述感测信号(28)和所述反射信号(29)。

11.根据权利要求1-3和7中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述第一激光束(5)和所述感测信号(28)被配置为同步脉冲，使得在所述第一激光束(5)关闭时，所述感测信号(28)能够被发射，并且所述反射信号(29)能够被接收。

12.根据权利要求1-3和7中任一项所述的清洁设备(1)，包括控制装置(7)，所述控制装置(7)具有清洁设备控制单元(55)，所述清洁设备控制单元(55)用于控制所述流体组件(9)的运动和/或所述流体束(2)的流动速度，以便将所述流体束(2)对准目标。

13.根据权利要求12所述的清洁设备(1)，其中所述控制装置(7)被布置为根据计算机实施规则来控制所述流体组件(9)和所述光学组件(20)的移动。

14.一种用于清洁工业机器人(3A，3B)的系统(4)，所述系统(4)包括至少一个根据权利要求12或13所述的清洁设备(1)，其中以彼此同步的方式，机器人控制器(49A，49B)被配置为控制所述工业机器人(3A，3B)的运动，并且所述清洁设备控制单元(55)被配置为控制所述清洁设备(1)的运动。

15.一种用于将激光焦点控制在流体束(2)内部的方法，包括：

-在所述流体束(2)内部生成具有光束路径的第一激光束(5)；

-在所述流体束(2)内部发射具有信号路径的感测信号(28)；

-检测所述感测信号(28)的由所述流体束(2)反射的反射信号(29)；

-基于所检测的所述反射信号(29)来确定所述流体束(2)的长度，以及

-基于所确定的所述流体束(2)的所述长度来控制所述第一激光束(5)的焦点。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：将所述流体束(2)对准目标。

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