CN110369402B - 一种多轴激光远程除冰系统和方法 - Google Patents
一种多轴激光远程除冰系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110369402B CN110369402B CN201910591477.4A CN201910591477A CN110369402B CN 110369402 B CN110369402 B CN 110369402B CN 201910591477 A CN201910591477 A CN 201910591477A CN 110369402 B CN110369402 B CN 110369402B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- galvanometer
- axis joint
- axis
- scanning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
- B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
- B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
Abstract
本发明公开一种多轴激光远程除冰系统和方法，属于激光除冰领域。包括：控制器、激光器、C轴关节、A轴关节、振镜扫描头、空间传输光路装置，控制器与激光器、C轴关节、A轴关节及振镜扫描头连接，激光器射出的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头，经振镜扫描偏转后作用于覆冰区域，A轴关节安装在C轴关节上，振镜扫描头安装在A轴关节上，其中，C轴关节用于绕Z轴方向旋转，A轴关节用于绕X轴方向旋转。本发明将多轴旋转机构与振镜扫描头结合，通过旋转轴C轴和A轴的运动调整振镜扫描头的空间方位，实现对除冰加工方位和加工范围的灵活调整。采用光学监控装置形成加工路径，通过红外监控装置监控加工区域温度，保障除冰过程安全。
Description
技术领域
本发明属于激光除冰领域，更具体地，涉及一种多轴激光远程除冰系统和方法。
背景技术
极端寒冷天气下覆冰雪对人类影响巨大。输电线覆冰过重会引起线路折断、铁塔倾倒等冰雪灾害，将导致电网破坏、电力中断等经济损失。飞机在飞行中遇冻雨结冰则将造成机翼气动外形发生变化，严重影响飞机的动稳定性，严重危害飞行安全。而桥梁拉索结冰在国内外均有发生，当冬季平均气温在0℃附近，温度和雨水均符合特殊气象条件时会在拉索表面形成冰凌，遇到天晴气温上升冰凌熔化脱落，将严重影响通行车辆行人安全。因此，研制针对户外大型目标除冰应用的防除冰技术，具有重要的应用价值。
激光除冰技术是一种新颖的外热源热力除冰方法，其原理是把激光照射到冰块上，冰吸收激光辐射的能量转变为水，从而达到去除覆冰的目的。它具有非接触式传能、可灵活移动等优点，能在远距离快速除去目标物体表面所附着的冰雪等覆盖物。
专利CN208051147U公开了一种高空远程激光除冰机，在电动云台的顶部安装有发射筒，发射筒中依次安装有同轴的CO2激光器、光束准直器、可见光指示单元、聚焦镜，发射筒的顶端安装有电子望远镜和定向发声器，调节电动云台使可见光指示单元发出的指示激光照射在需要破除的冰块上，使CO2激光器发射出的激光束照射在需要破除的冰块上将冰块融化，从而将激光照射融化破碎和超声波震动破碎相结合，以提高除冰效果。这种方式实现了激光与超声波相结合的远程除冰操作，但是通过电动云台在一定的转角范围内来回偏转实现激光束在冰上的目标线段长度内做线性切割，激光不能快速扫描移动，因此在对桥梁、电线等大型目标除冰时加工效率和灵活性上存在局限。
发明专利申请CN2018106245814公开了一种基于视觉的激光除冰装置除冰方法，通过视觉传感器模块采集图像信息进行目标识别跟踪，在此基础上，通过用户端控制转台进行方位和俯仰转动，进而带动激光部件和视觉传感器模块转动。系统具有一定的智能控制能力，但由于转台承重较大，运动速度较慢，控制灵活性和除冰效率上存在局限性。其采用光纤传输，只适用于特定波长，且旋转时会缠绕光纤。
专利CN101562320B公开了一种用于输变电设备激光除冰的方法及系统，通过将固体激光器红外激光部分转换为可见激光以便瞄准观察，红外激光经过准直镜、两个扫描振镜及聚焦镜，聚焦照射到输变电设备覆冰区域实现振镜扫描除冰，通过跟踪瞄准装置对可见激光照射位置进行观察。这项专利采用了振镜扫描，提高了扫描效率，但是振镜扫描角度范围通常较小，在对大尺寸目标进行激光除冰时，系统的大范围方位调整不方便，而且加工过程缺少自动监控装置，加工效率和安全性存在不足。
综上所述，目前激光除冰的研究尚处于试验探索阶段，公开的激光除冰系统方案普遍存在工作效率和安全性不高的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术远程激光除冰系统存在工作效率和安全性不高的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种多轴激光远程除冰系统，该系统包括：控制器、激光器、C轴关节、A轴关节、振镜扫描头、空间传输光路装置，其中，
控制器与激光器、C轴关节、A轴关节及振镜扫描头连接，激光器射出的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头，经振镜扫描偏转后作用于覆冰区域，A轴关节安装在C轴关节上，振镜扫描头安装在A轴关节上，其中，C轴关节用于绕Z轴方向旋转，A轴关节用于绕X轴方向旋转。
具体地，控制器用于控制激光器的激光功率和开断、控制C轴关节和A轴关节的旋转、控制振镜扫描头的扫描。
具体地，通过C轴关节的旋转调节A轴关节以及振镜扫描头的左右摆角，通过A轴关节的运动调节振镜扫描头的俯仰角度。
优选地，空间传输光路装置包括：扩束器和第一反射镜、第二反射镜，其中，扩束器用于压缩发散角，第一反射镜和第二反射镜用于空间反射。
优选地，该系统还包括光学监控器，其用于观测指示用激光移动，并将监控信息反馈给控制器。
优选地，该系统还包括红外监控器，其用于监控激光扫描区域的温度，并将监控信息反馈给控制器。
第二方面，本发明实施例提供了一种基第一方面所述的多轴激光远程除冰系统的除冰方法，该方法包括以下步骤：
S1.控制C轴关节和A轴关节的运动，调节振镜扫描头加工区域的空间方位；
S2.控制振镜扫描，对振镜扫描范围内的目标进行高速除冰加工；
S3.待振镜扫描范围内的目标覆冰清除完毕后，再控制C轴、A轴运动，将振镜加工方向对准下一加工方位，继续下一区域的加工，直到所有目标区域覆冰清除完毕。
优选地，该方法还包括：振镜扫描加工前，通过光学监控器和指示用激光，产生激光扫描加工路径，振镜扫描加工时，控制振镜扫描头按照所述激光扫描加工路径进行重复扫描。
优选地，该方法还包括：振镜扫描加工过程中，通过红外监控器对加工目标区域进行温度自动监控，当目标区域温度高于设定值时，进行提示并进行加工区域调整。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面所述的多轴激光远程除冰方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明将多轴旋转机构与振镜扫描头相结合，通过旋转轴C轴和A轴的运动调整振镜扫描头的摆动和俯仰角度，从而实现对振镜扫描头除冰加工方位和加工范围的灵活调整。
2.本发明采用光学监控装置和激光指示光形成加工路径，通过标记目标覆冰区域边界关键点，计算关键点边界所包含区域的填充路径作为激光扫描加工路，从而提供了大面积区域智能除冰的解决方案，适用性更强。
3.本发明通过红外监控装置对加工区域进行温度监控，当目标区域温度高于设定值时，进行加工区域调整，以避免加工过程中目标基材受到激光烧伤，从而保障了除冰过程安全。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种多轴激光远程除冰系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种多轴激光远程除冰系统，该系统包括：控制器1、激光器2、C轴关节3、A轴关节4、振镜扫描头5、空间传输光路装置，其中，
控制器1与激光器2、C轴关节3、A轴关节4及振镜扫描头5连接，激光器2射出的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头5，经振镜扫描偏转后作用于覆冰区域，A轴关节4安装在C轴关节3上，振镜扫描头5安装在A轴关节4上，其中，C轴关节用于绕Z轴方向旋转，A轴关节用于绕X轴方向旋转。
控制器1通过信号线与激光器2、C轴关节3、A轴关节4、振镜扫描头5连接，用于控制激光器2的激光功率和开断，控制C轴关节3和A轴关节4的旋转，例如，旋转角度和速度，以及控制振镜扫描头5的扫描，例如，扫描速度和角度。
激光器2用于输出高功率激光，以进行除冰。激光器2出射的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头5。本发明对激光器的种类、波长没有要求。
空间传输光路装置包括：扩束器8和第一反射镜9、第二反射镜10。其中，扩束器8用于压缩发散角，第一反射镜9、第二反射镜10用于空间反射。
通过C轴关节3的旋转调节A轴关节4以及振镜扫描头5的左右摆角，通过A轴关节4的运动可以调节振镜扫描头5的俯仰角度。
优选地，该系统还包括光学监控器6，其用于观测指示用激光移动，并将监控信息反馈输入到控制器1。指示用激光可由激光器2产生，即激光器2还用于输出可见光波段的低功率同轴指示用激光，以进行瞄准定位用。也可由其他器件产生，直接位于扩束器8与第一反射镜9之间。
优选地，该系统还包括红外监控器7，其用于监控激光扫描区域11的温度，并将监控信息反馈输入到控制器1。
光学监控装置6和红外监控装置7安装位置可以变动，例如，安装在振镜扫描头5的上方。
本发明提供的一种多轴激光远程除冰方法，尤其是针对桥梁、输电线缆、铁塔等户外大型目标除冰应用，该方法包括以下步骤：
S1.控制C轴关节和A轴关节的运动，调节振镜扫描头加工区域的空间方位；
S2.控制振镜扫描，对振镜扫描范围内的目标进行高速除冰加工；
S3.待振镜扫描范围内的目标覆冰清除完毕后，再由控制器控制C轴、A轴运动，将振镜加工方向对准下一加工方位，继续下一区域的加工，直到所有目标区域覆冰清除完毕。
定位瞄准
控制器1控制C轴关节3水平旋转，控制A轴关节4俯仰旋转，同时控制激光器输出指示用激光，控制振镜扫描，通过光学监控器6观测指示用激光扫描移动范围，使振镜扫描头5的加工范围覆盖待加工目标区域。
优选地，该方法还包括：振镜扫描加工前，通过光学监控器和指示用激光，产生激光扫描加工路径，振镜扫描加工时，控制振镜扫描头按照所述激光扫描加工路径进行重复扫描。
通过控制器控制激光器输出指示用激光，再控制振镜扫描移动激光点位置，通过光学监控器6观察，将指示激光点移动到需要去除的目标覆冰区域边界上，控制器中软件记录下振镜扫描位置坐标。重复进行此操作，直到把目标覆冰区域边界上的关键点都记录下来。然后通过计算机图形学算法计算关键点边界所包含区域的填充路径，作为激光扫描加工路。
优选地，该方法还包括：振镜扫描加工过程中，通过红外监控器对加工目标区域进行温度自动监控，当目标区域温度高于设定值时，将进行提示并进行加工区域调整。
除冰过程中通过红外监控器7采集加工区域的温度，如果温度高于正常的设定值，则将该温度高的区域从加工范围内剔除，继续扫描加工温度低的覆冰区域，直到待加工目标区域覆冰被完全清除。本实施例中，设定值为30℃。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种多轴激光远程除冰系统，其特征在于，该系统包括：
控制器(1)、激光器(2)、C轴关节(3)、A轴关节(4)、振镜扫描头(5)、空间传输光路装置和光学监控器(6)；其中：
所述控制器(1)与所述的激光器(2)、C轴关节(3)、A轴关节(4)及振镜扫描头(5)连接；所述控制器(1)用于控制激光器(2)的激光功率和开断、控制C轴关节(3)和A轴关节(4)的旋转和控制振镜扫描头(5)的扫描；所述控制器(1)控制激光器(2)输出指示用激光；
所述A轴关节(4)安装在C轴关节(3)上，振镜扫描头(5)安装在A轴关节(4)上，其中所述C轴关节用于绕Z轴方向旋转，A轴关节用于绕X轴方向旋转；
通过C轴关节(3)的旋转调节A轴关节(4)以及振镜扫描头(5)的左右摆角，通过A轴关节(4)的运动调节振镜扫描头(5)的俯仰角度；
通过控制C轴关节(3)和A轴关节(4)的运动，调节所述振镜扫描头(5)加工区域的空间方位；
所述空间传输光路装置包括：扩束器(8)和第一反射镜(9)、第二反射镜(10)，所述扩束器(8)用于压缩发散角，第一反射镜(9)和第二反射镜(10)用于空间反射；
所述光学监控器(6)，其用于观测指示用激光移动，并将监控信息反馈给控制器(1)；
所述激光器(2)射出的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头(5)，经振镜扫描偏转后作用于覆冰区域；
在振镜扫描加工前，通过所述光学监控器(6)和所述指示用激光，产生激光扫描加工路径，振镜扫描头(5)扫描加工时，控制振镜扫描头(5)按照所述激光扫描加工路径进行重复扫描；
其中所述激光扫描加工路径具体通过如下方式产生：通过控制器(1)控制激光器(2)输出所述指示用激光，再控制振镜扫描头(5)扫描移动激光点位置，通过光学监控器(6)观察，将指示激光点移动到需要去除的目标覆冰区域边界上，控制器(1)中软件记录下振镜扫描位置坐标，重复进行此操作，直到把目标覆冰区域边界上的关键点都记录下来，然后通过计算机图形学算法计算关键点边界所包含区域的填充路径，作为激光扫描加工路径；
通过控制振镜扫描，对振镜扫描范围内的目标进行高速除冰加工，待振镜扫描范围内的目标覆冰清除完毕后，再控制所述C轴关节、A轴关节运动，将振镜加工方向对准下一加工方位，继续下一区域的加工，直到所有目标区域覆冰清除完毕。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括红外监控器(7)，其用于监控激光扫描区域(11)的温度，并将监控信息反馈给控制器(1)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，振镜扫描加工过程中，通过所述红外监控器(7)对加工目标区域进行温度自动监控，当所述目标区域温度高于设定值时，进行提示并进行加工区域调整。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910591477.4A CN110369402B (zh) | 2019-07-02 | 2019-07-02 | 一种多轴激光远程除冰系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910591477.4A CN110369402B (zh) | 2019-07-02 | 2019-07-02 | 一种多轴激光远程除冰系统和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110369402A CN110369402A (zh) | 2019-10-25 |
| CN110369402B true CN110369402B (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=68251663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910591477.4A Active CN110369402B (zh) | 2019-07-02 | 2019-07-02 | 一种多轴激光远程除冰系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110369402B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111397444A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-10 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种激光定向能集群发射系统及方法 |
| CN112547698A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-26 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | 一种镜片在线激光清洗装置和方法 |
| CN114228924B (zh) * | 2021-12-09 | 2023-05-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于激光扫描布点辅助振动载荷的破冰系统及方法 |
| CN115041470A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-13 | 成都迈锐捷激光技术有限公司 | 一种用于变电站的远程激光清洗除锈设备 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4900891A (en) * | 1988-06-20 | 1990-02-13 | Roger Vega | Laser ice removal system |
| JPH02142314A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Toshiba Corp | 送配電線除雪装置 |
| CA2222881A1 (en) * | 1998-02-10 | 1999-08-10 | Pin Long | Methods for removing ice by using laser beam radiation |
| CN101085492A (zh) * | 2006-06-07 | 2007-12-12 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种激光光路传输结构 |
| CN201130270Y (zh) * | 2007-07-30 | 2008-10-08 | 东莞市创普光电技术有限公司 | 可180°任意旋转的激光扫描头 |
| CN101562320B (zh) * | 2009-05-08 | 2011-02-09 | 国网电力科学研究院 | 一种用于输变电设备激光除冰的方法及系统 |
| CN101562321B (zh) * | 2009-05-08 | 2011-02-09 | 华中科技大学 | 一种野外悬空线路的脉冲激光除冰方法 |
| KR101779352B1 (ko) * | 2009-09-18 | 2017-09-18 | 프레스코 테크놀로지 인크. | 협대역 방빙 및 얼음 제거 시스템 및 방법 |
| CN205852056U (zh) * | 2015-12-10 | 2017-01-04 | 彭翔 | 五轴联动超快激光加工系统 |
| US10461512B2 (en) * | 2017-05-11 | 2019-10-29 | General Cable Technologies Corporation | Systems and methods for aerial treatment of overhead cabling |
| CN107322158A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-07 | 温州大学 | 导光臂 |
| CN108180120A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-19 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置 |
| CN208051147U (zh) * | 2018-03-31 | 2018-11-06 | 南通斯派特激光科技有限公司 | 一种高空远程激光除冰机 |
| CN208046102U (zh) * | 2018-04-19 | 2018-11-02 | 国家电网公司 | 激光除冰系统 |
| CN108808549A (zh) * | 2018-06-16 | 2018-11-13 | 南京理工大学 | 基于激光除冰系统的除冰方法 |
| CN108856172A (zh) * | 2018-06-16 | 2018-11-23 | 南京理工大学 | 基于视觉的激光除冰装置 |
| CN108599078A (zh) * | 2018-06-16 | 2018-09-28 | 南京理工大学 | 一种基于路径规划的激光除冰方法 |
| CN108919289B (zh) * | 2018-07-12 | 2020-08-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 无人机激光中继重定向能量传输装置 |
| CN109038372B (zh) * | 2018-10-24 | 2024-03-08 | 山东惠工电气股份有限公司 | 激光远场聚焦异物清除装置 |
| CN109903342B (zh) * | 2019-02-25 | 2021-07-13 | 西安交通大学 | 一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法 |
| CN109888710B (zh) * | 2019-03-19 | 2021-05-07 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种电力设备用除冰方法及系统 |
-
2019
- 2019-07-02 CN CN201910591477.4A patent/CN110369402B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110369402A (zh) | 2019-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110369402B (zh) | 一种多轴激光远程除冰系统和方法 | |
| CN104064989B (zh) | 一种输电线路上异物的激光远程清除装置及方法 | |
| CN101562320B (zh) | 一种用于输变电设备激光除冰的方法及系统 | |
| CN110603379B (zh) | 用于风力设备检查工具的检查工具控制装置 | |
| CN201345523Y (zh) | 一种用于输电线路的非接触式激光除冰装置 | |
| US6206325B1 (en) | Onboard aircraft de-icing using lasers | |
| JP5959651B2 (ja) | 空中から放物面反射器をモニタリングするための装置を位置決めするための方法およびシステム | |
| US5823474A (en) | Aircraft ice detection and de-icing using lasers | |
| CN107552949A (zh) | 一种用于远距离激光清障系统的瞄准装置及使用方法 | |
| CN108180120A (zh) | 一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置 | |
| CN203951094U (zh) | 一种输电线路上异物的激光远程清除装置 | |
| CN108856172A (zh) | 基于视觉的激光除冰装置 | |
| CN103364791A (zh) | 一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置 | |
| CN115059590A (zh) | 一种用于风力发电机组叶片的激光融冰系统 | |
| CN108512180A (zh) | 基于多传感器的激光除冰装置 | |
| CN108666929A (zh) | 基于激光除冰系统的自动除冰方法 | |
| CN108847611A (zh) | 反射型激光清除异物装置除异物方法 | |
| CN216351226U (zh) | 一种远程激光除冰装置 | |
| CN212371432U (zh) | 一种双旋转管激光远程除冰装置 | |
| JP2022108420A (ja) | 風力発電設備の点検方法 | |
| CN203350448U (zh) | 一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置 | |
| CN216381731U (zh) | 一种结合光纤传输的无人机激光除冰系统 | |
| CN108879551A (zh) | 基于视觉的激光除冰装置自动除冰方法 | |
| CN108512125A (zh) | 基于多传感器的全天时激光自动除冰方法 | |
| CN108847646A (zh) | 基于多传感器的全天时激光除冰方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |