CN110116115A - 激光清洗装置、清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光清洗装置、清洗方法，激光清洗装置包括：激光装置和运载装置，激光装置搭载于运载装置上，移动进行清洗作业。通过设置运载装置，方便激光清洗装置整体移动，便于户外工作。将激光清洗装置与装载系统结合，可用于野外作业。自带升降系统可对高空物体进行清洗。人工和自动化工作均可满足。

Description

激光清洗装置、清洗方法

技术领域

本发明涉及一种激光清洗装置、清洗方法，属于激光清洗领域。

背景技术

激光清洗是通过激光束照射材料表面，从而去除材料表面各种类型的污染物而不损伤母材的清洁手段。激光清洗具有绿色、非接触式、自动化、高效、低维护成本等优点，可完全避免现有清洗方式对母材的损伤。激光清洗已经广泛应用于模具清洗、飞机旧漆去除、建筑外墙清洗、焊接面预处理等工业生产中，应用前景广阔。

然而，现有激光清洗存在以下不足：1)现有的激光清洗过程中，过多地依赖稳定电源，电源的波动会对激光的质量产生影响；2)激光清洗用于高空设备或墙体的清理时，存在较大的清洁难度且清洁危险性高；3)长时间将激光聚焦于材料一处进行清洗时，由于激光焦点处能量太高会损伤母材。

CN201510498171.6中公开了一种基于机器人控制的激光清洗系统及其清洗方法，该基于机器人控制的激光清洗系统，使由激光器出射的激光经光束整形系统调整形成线光束在待清洗工件上进行扫描，并能进行多角度无死角扫描。但该装置，无法较快速的移动至待清理区域进行作业，无法满足车载激光清洗的户外工作要求。同时由于目前的激光清洗装置多停留在科研院所和厂房内，因此对于一些户外的、无稳定电源场所，激光清洗技术地应用受到很大限制。同时，一些高空、危险性高的表面除污处理作业目前仍主要由人工完成，效率低、成本高，而普通的表面处理方式既不能达到较好的清理效果，也增加了产品的维护成本。

进行高空激光清洗作业时，激光对待清洁区域进行聚焦的距离测试准确性较差，常会导致激光发射头与待清洁区域相撞导致损坏的问题出现。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种激光清洗装置，该装置能便于操作人员在室外进行激光清洗，尤其适用于高空作业时，操作人员无法观察激光清洗装置与待清洁区的距离的情况。

包括：激光装置和运载装置，激光装置搭载于运载装置上，移动进行清洗作业。

进一步地，运载装置包括机械臂；激光装置设置于机械臂的操作端上。

进一步地，运载装置包括升降装置，升降装置的一端与机械臂相连接；升降装置包括主轴、升降构件和平台，主轴的顶面上设置平台；机械臂设置于平台上，升降构件伸缩地连接于主轴上。

进一步地，机械臂包括第一转轴、第二转轴、第一转动臂、第二转动臂、第二旋转关节和旋转臂，第一转动臂的第一端通过第一转轴与升降装置转动连接；第一转动臂的第二端与第二转动臂的第一端通过第二转轴转动连接；第二转动臂的第二端通过第二旋转关节与旋转臂相对旋转地连接。

进一步地，激光装置包括场镜、激光器和扫描振动镜部，激光器与扫描振动镜部光路连接；扫描振动镜部的外端面上设有场镜。

进一步地，激光装置还包括光纤和镜片模块，激光器与镜片模块通过光纤相连接，镜片模块与扫描振动镜部光路连接。

进一步地，运载装置还包括搭载车，激光装置通过机械臂可操作地搭载于搭载车上；搭载车包括车头、车身和承重支架；车身的一端与车头相连接；承重支架成对地设置于车身相对的两侧，承重支架的一端固定连接于车身上，另一端固定连接地面。

进一步地，运载装置还包括升降装置，升降装置的一端与机械臂相连接，升降装置的另一端与搭载车相连接。

进一步地，激光清洗装置还包括电源系统，电源系统设置于搭载车上，并与激光装置供电连接。

根据本发明的又一个方面，提供了清洗方法，包括以下步骤：

步骤S1：将携带激光装置的运载装置移动至待清洁区，并测量移动载具上的激光装置与待清洁区的距离；

步骤S2：根据距离控制激光装置移动和/或进行清洗。

本发明能产生的有益效果包括：

1)本发明所提供的激光清洗装置，通过自带电源系统，可在无电源的情况下对中高层的设备、建筑物进行快速高效地激光清洗，无需稳定电源可为其他模块独立供电。

2)本发明所提供的激光清洗装置，通过设置运载装置，方便激光清洗装置整体移动，便于户外工作。将激光清洗装置与装载系统结合，可用于野外作业。自带升降系统可对高空物体进行清洗。人工和自动化工作均可满足。

3)本发明所提供的激光清洗装置，通过设置升降平台，无须工作人员到高空操作，安全性好。

4)本发明所提供的激光清洗装置，通过设置测距反馈模块和操控模块，可有效控制激光装置与待清洗区的距离，有效保护高空环境下使用激光装置的安全性。

5)本发明所提供的清洗方法，通过在清洗前进行测距，避免清洗过程中激光清洗装置的头部受损。

附图说明

图1为本发明提供的激光清洗装置主视示意图；

图2为本发明提供的激光清洗装置实施例1主视示意图；

图3为本发明提供的机械臂主视示意图；

图4为本发明优选实施例1中激光清洗装置使用状态示意图；

图5为本发明优选实施例2中激光清洗装置使用状态示意图；

图6为本发明提供的清洗方法流程框图。

部件和附图标记列表：

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本文中的上、下、前、后等方位参见图2中所示坐标所指示方向。

参见图1，本发明提供的激光清洗装置，包括激光装置300和运载装置，激光装置300搭载于运载装置上，移动进行清洗作业。

显然的，该激光装置能发射用于清洁作用的激光。运载装置包括升降装置、搭载车等可使激光装置移动作业的装置。升降装置可以为套缸式、剪叉式，曲臂式均可。搭载车可以为卡车或者工程车等。运载装置还可以包括各类手持作业方式，例如可以通过人、机械臂或机器人完成。激光装置的电源可以为发电机、蓄电池等外接电源。

优选的，运载装置包括机械臂；激光装置300设置于机械臂400的操作端上。

参见图2，优选的，激光清洗装置还包括机械臂400、测距反馈模块340和操控模块500，激光装置300设置于机械臂400的操作端上；测距反馈模块340设置于激光装置300上，并与操控模块500控制连接；操控模块500与激光装置300控制连接；测距反馈模块340用于测量激光装置300与待清洁区的距离，并反馈至操控模块500；操控模块500用于控制激光装置300移动和/或进行清洗。

通过设置测距反馈模块340能有效避免激光装置300在室外各种情况下使用时受到损伤。操控模块500可以有预设程序进行操控。还能适于处理玻璃等易碎物质的表面。

优选的，运载装置包括：搭载车100、机械臂400、测距反馈模块和操控模块500，激光装置300通过机械臂400可操作地搭载于搭载车100上，测距反馈模块设置于激光装置300上，并与操控模块500控制连接；操控模块500与激光装置300控制连接；测距反馈模块用于测量激光装置300与待清洁区的距离，并反馈至操控模块500；操控模块500用于控制激光装置300移动和清洗。通过设置测距反馈模块和操控模块500，既可以实时观察激光装置300与待清洁区域的距离，放置事故的发生，延长激光清洁模块的使用寿命。同时也减少人工的投入，避免人工在实际操作过程中受伤的情况发生。

优选的，还包括升降装置200，升降装置200可以为各类现有的能将搭载于其上的激光装置300纵向升高高度的升降装置200，例如剪叉式升降平台220、云梯车、曲臂式高空作业车或多桅式升降机中任一。参见图1，优选的，升降装置200包括升降构件210和设置于升降构件210顶面上的平台220。升降构件210伸缩连接于主轴上，主轴的另一端通过基座与车身的搭载区120相连接。基座的侧壁上连接承重支架130。升降构件210为可延主轴的轴向伸缩的构件。在一实施例中，升降装置200包括液压套缸、电机、升降平台220和承重支架130，可以将机械臂400抬升至工作所需高度即可。

参见图2，优选的，搭载车100包括车头110、车身和承重支架130。车头110内设置驾驶室。车身的一端与车头110相连接。车身底面上设置轮子。搭载车100根据需要携带激光清洗装置随意移动。能在室内外快速移动，提高清洁效率。车身较大的平面上设置搭载区120。用于搭载激光装置300。在升降装置200升到较高处后，为了提高车身的稳定性，车身两相对侧成对设置承重支架130，承重支架130的一端固定连接于升降装置200另一端固定连接地面。更优选的，承重支架130为两对分别成对设置于靠近车头110的车身两侧和远离车头110的车身两侧。搭载车100可以设计为专用的工程车辆，也可以由皮卡车改进而来，为升降装置200提供平台220。当然只要能放置激光装置300的移动载具均可，例如小轿车，以其顶部作为搭载区120。

通过设置升降装置200，本发明提供的激光清洗装置尤其适于处理大桥、路灯、船舶、飞机和建筑物等体积巨大物体的表面。

参见图3，机械臂400为现有的可自动化进行伸缩旋转的各类机械臂400均可。并不限于机械臂400结构，还可以为具有机械臂400结构的机器人。或参见图5，运载装置包括升降装置200和机器人480，机器人480设置于升降装置200的平台220中。由机器人480手持激光装置300进行清洗作业。机器人480的清洗工作由操控模块500进行控制。

优选的，机械臂400包括底座410、第一旋转关节421、第二旋转关节422、第三旋转关节423、第一转轴431、第二转轴432、第一转动臂441、第二转动臂442和旋转臂443。底座410与平台220相连接。底座410与第一转动臂441的第一端通过设置在底座410上的第一旋转关节421相连接。从而使得第一转动轴可以绕底座410的纵轴转动。第一旋转关节421的底面固定连接于底座410上。第一转动臂441的第一端内插设第一转轴431。第一旋转关节421的顶面上设置转动孔板，第一转轴431同时插入转动孔板内。从而使第一旋转关节421与第一转动臂441通过第一转轴431相连接。第一转动臂441还能在垂直底座410纵轴的平面内进行转动。第一转动臂441的第二端通过第二转轴432与第二转动臂442的第一端相连接。从而使得第二转动臂442能相对第一转动臂441旋转。第二转动臂442的第二端上通过第二旋转关节422与旋转臂443的第一端相连接。旋转臂443能绕其主轴转动。旋转臂443的第二端上设置第三旋转关节423，并通过第三旋转关节423与扫描振动镜部相连接。机械臂400可以选用高自由度的型号。显然的第一旋转关节421也可以不设置，而通过第一转轴431与升降装置200直接相连接。显然的，机械臂400也可以仅通过将扫描振动镜部330设置于其一端进行旋转，并通过第三旋转关节423连接扫描振动镜部330和机械臂400，使其能进行旋转清洗。

参见图2，激光装置300包括激光器310和扫描振动镜部。激光器310用于产生清洗用激光。激光器310与扫描振动镜部光路连接，测距反馈模块设置于扫描振动镜部的侧壁上，并向外延伸设置。扫描振动镜部的外端面上还设有用于聚焦激光的场镜。

测距反馈模块包括视觉反馈模块和激光测距模块。用于探测待清洁区域与扫描振动镜部的距离。并反馈至操控模块500，以便操作人员能及时观察扫描振动镜部的运动，防止扫描振动镜部在使用中受损。

激光测距模块用于测量工件表面与扫描振镜部330之间的距离并反馈给操控模块500。视觉反馈模块用于实时监测机械臂400带动扫描振镜系统在高空的作业情况并反馈显示在操控模块500上。扫描振镜部330内部设有振镜片，振镜片高速沿其轴转动，从而能按操控模块500输入的指令改变激光束路径，激光束经由设置于扫描振镜部330外端面上的场镜聚焦至待清洁区域进行清洁。

优选的，还包括激光光路320，从激光器310出射的激光通过激光光路320后进入扫描振动镜部。更优选的，激光光路320包括光纤321和镜片模块322，光纤321的一端连接激光器310，另一端与集成的镜片模块322相连接，激光经过镜片模块322改变传输方向后，进入扫描振动镜部。设置激光光路320后，激光器310可方便的放置于任何位置。优选的，参见图2，激光器310放置于平台220上，通过光纤321与设置于旋转臂443一端的扫描振动镜部外壁上的镜片模块322相连接。镜片模块322与扫描振动镜部相连接。从而将激光传输进入扫描振动镜部中。在一实施例中，激光光路320包括光纤321、激光准直机构和光学镜片，用于传导激光束到扫描振镜部330中。镜片模块322包括激光准直机构和光学镜片。

优选的，镜片模块322和测距反馈模块设置于增大的扫描振镜部330壳体内。以提高装置的集成度。

参见图1，还包括电源系统230，电源系统230用于对激光装置300进行供电。例如可以为发电机、蓄电池、车载电池等常用电源系统230。电源系统230设置于搭载区120上。电源系统230包括发电机和电缆，运转时为整个装置供电。

参见图1，操控模块500设置于搭载区120上，并分别与机械臂400和激光装置300控制连接。操控模块500可以用于操作员在地面对高空的激光装置300进行控制，控制其进行清洗作业。操控模块500包括监视器、显示器、计算机和信号传输线，操作人员通过该模块进行作业。

优选的，操控模块500的可视区域设置显示屏510，以方便操作人员进行操作。

参见图4，本发明提供的激光清洗装置使用实施例1，用于清洗待清洗物10为广告牌。使用时，由搭载车100行驶至广告牌下方，停稳后升出承重支架130后，升降装置200升高至操作区域后停稳。开启电源系统230对激光装置300供电。之后操作人员通过操控模块500控制机械臂400进行清洗作业。

参见图5，本发明提供的激光清洗装置使用实施例2，用于清洗待清洗物10为高架桥。与实施例1的区别在于，操控模块500控制机器人480对高架桥的表面进行激光清洗。

参见图6，根据本发明的又一个方面，提供了基于移动载具的激光清洗方法，包括以下步骤：

步骤S1：将携带激光装置的移动载具移动至待清洁区，并测量移动载具上的激光装置与待清洁区的距离；

步骤S2：根据距离控制激光装置移动和/或进行清洗。

操作可以有操作人员进行控制，也可以由现有程序进行处理。此处的移动载具是指具有乘载能力的装置，例如皮卡车、小轿车或货车等均可。

该方法还可以根据增设的搭载车和升降装置进行调整。

具体包括以下步骤：

步骤S10将搭载车行驶至清洗对象一旁合适位置，开启发电机；由操作人员驾驶搭载车携带激光装置驶入待清洗区，等待清洗。开启发电机等电力系统对整个激光清洗装置进行持续平稳的供电。

步骤S11启动升降装置，抬升平台至可操作的高度；升降装置由发电机供电，驱动平台上下移动。将激光装置的激光出射口抬升至预定高度。以尽可能的靠近待清洗区域，便于后续操作。

步骤S12调整机械臂移动轨迹并由测距反馈模块调整激光束焦点与待清洁表面的距离；操作人员根据测距反馈模块获取的实时画面通过操控模块控制机械臂的转动。

步骤S20通过操控模块设置清洗程序；操作人员在地面通过操控模块上的显示屏预设清洗程序。

步骤S21激光装置开始工作，激光通过光路系统导入扫描振镜部，后开始清洗作业；激光装置根据预设的程序开始清洗工作。

步骤S22机械臂按设定程序进行加工作业，直到表面清洗完成。

按此方法进行清洗，能提高清洗效率，减少人工的投入，扩宽清洗装置的适用范围。

以上，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种激光清洗装置，其特征在于，包括激光装置和运载装置，所述激光装置搭载于所述运载装置上，移动进行清洗作业。

2.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，所述运载装置包括机械臂；

所述激光装置设置于所述机械臂的操作端上。

3.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，所述运载装置包括升降装置，所述升降装置的一端与所述机械臂相连接；

所述升降装置包括主轴、升降构件和平台，所述主轴的顶面上设置所述平台；所述机械臂设置于所述平台上，所述升降构件伸缩地连接于所述主轴上。

4.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，所述机械臂包括第一转轴、第二转轴、第一转动臂、第二转动臂、第二旋转关节和旋转臂，

所述第一转动臂的第一端通过所述第一转轴与所述升降装置转动连接；

所述第一转动臂的第二端与所述第二转动臂的第一端通过所述第二转轴转动连接；

所述第二转动臂的第二端通过所述第二旋转关节与所述旋转臂相对旋转地连接。

5.根据权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，所述激光装置包括场镜、激光器和扫描振动镜部，所述激光器与所述扫描振动镜部光路连接；所述扫描振动镜部的外端面上设有场镜。

6.根据权利要求5所述的激光清洗装置，其特征在于，所述激光装置还包括光纤和镜片模块，所述激光器与所述镜片模块通过所述光纤相连接，所述镜片模块与所述扫描振动镜部光路连接。

7.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，所述运载装置还包括搭载车，所述激光装置通过所述机械臂可操作地搭载于所述搭载车上；

所述搭载车包括车头、车身和承重支架；

所述车身的一端与所述车头相连接；

所述承重支架成对地设置于所述车身相对的两侧，所述承重支架的一端固定连接于所述车身上，另一端固定连接地面。

8.根据权利要求7所述的激光清洗装置，其特征在于，所述运载装置还包括升降装置，所述升降装置的一端与所述机械臂相连接，所述升降装置的另一端与所述搭载车相连接。

9.根据权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗装置还包括电源系统，所述电源系统设置于所述搭载车上，并与所述激光装置供电连接。

10.一种激光清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将携带激光装置的运载装置移动至待清洁区，并测量所述移动载具上的所述激光装置与待清洁区的距离；

步骤S2：根据所述距离控制所述激光装置移动和/或进行清洗。