CN110756988A - 一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置 - Google Patents

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李春旺
张炜
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Abstract

一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，包括管道爬行机器人、头部光纤连接组件、电动变焦组件和可沿管道圆周方向360度旋转的旋转清洗头组件，管道爬行机器人的一端与头部光纤连接组件的激光输出端连接，另一端与电动变焦组件的激光输入端连接，头部光纤连接组件的激光输入端用于与产生激光的激光器连接，并将接入的激光通过其激光输出端出射出去，电动变焦组件的激光输出端与旋转清洗头组件的激光输入端连接，管道爬行机器人内具有供激光光束通过的第一激光传输通道，头部光纤连接组件出射的激光光束经管道爬行机器人内的第一激光传输通道输出到电动变焦组件，经电动变焦组件变焦后输出给旋转清洗头组件，并经旋转清洗头组件输出到管道内壁。

Description

一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置
技术领域
本发明涉及管道激光清洗领域，具体涉及一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置。
背景技术
管道在现代工业应用及日常生活中占据着重要地位，管道被广泛应用于石油运输、天然气运输、农业灌溉等方面，管道在日常使用过程中，长时间暴露在空气中会发生锈蚀、附着油污，管道的大面积清洗对于其二次利用显得尤为重要。此时传统的清洗方法已不能满足现代的环保要求。传统清洗工业有各种各样的清洗方式，多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天，工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。而激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。
由于在激光清洗的过程中，同一管道内壁直径在不同位置大小不一，经由激光器发射出来的激光经过聚焦之后需要保证焦点随时定位在管道内壁表面上，针对相关技术中的问题，除手动操作外，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，解决了在管道内壁激光清洗过程中激光焦点不能自动定位在管道内壁表面，不能实现最佳效果的管道内壁清洗，降低了管道的激光清洗质量及效率的问题，本发明的技术方案如下：
一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，包括用于带动所述装置移动的管道爬行机器人、用于接入激光的头部光纤连接组件、用于对激光光束进行变焦的电动变焦组件和可沿管道圆周方向360度旋转的旋转清洗头组件，所述管道爬行机器人的一端与头部光纤连接组件的激光输出端连接，另一端与电动变焦组件的激光输入端连接，所述头部光纤连接组件的激光输入端用于与产生激光的激光器连接，并将接入的激光通过其激光输出端出射出去，所述电动变焦组件的激光输出端与所述旋转清洗头组件的激光输入端连接，所述管道爬行机器人内具有供激光光束通过的第一激光传输通道，所述头部光纤连接组件出射的激光光束经管道爬行机器人内的第一激光传输通道输出到电动变焦组件，经电动变焦组件变焦后输出给旋转清洗头组件，并经旋转清洗头组件输出到管道内壁。
进一步地，所述头部光纤连接组件包括准直光隔离器、光纤锁紧块和光纤接头座，所述光纤接头座具有供激光光束通过的第二激光传输通道，所述准直光隔离器的激光输入端用于与激光器连接，激光输出端通过光纤锁紧块与光纤接头座的激光输入端连接，所述光纤接头座的激光输出端与管道爬行机器人连接，激光器发出的激光光束依次通过准直光隔离器和光纤接头座的第二激光传输通道后输出到管道爬行机器人的第一激光传输通道内。
进一步地，所述光纤接头座的激光输出端与管道爬行机器人连接处设置有第一0型密封圈。
进一步地，所述管道爬行机器人的第一激光传输通道的激光输入端具有第一内螺纹，激光输出端具有第二内螺纹，所述头部光纤连接组件的激光输出端具有与所述第一内螺纹匹配的第一外螺纹，所述电动变焦组件的激光输入端具有第二外螺纹，所述头部光纤连接组件与管道爬行机器人通过相互匹配的第一内螺纹和第一外螺纹螺纹连接，所述电动变焦组件与管道爬行机器人通过相互匹配的第二内螺纹和第二外螺纹螺纹连接。
进一步地，所述电动变焦组件包括电动变焦聚焦镜固定座、电动变焦聚焦镜固定环、电动变焦聚焦镜、第一锁紧螺栓和第二锁紧螺栓，电动变焦聚焦镜固定座具有供激光光束通过的第三激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定环具有供激光光束通过的第四激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定座的激光输入端与管道爬行机器人连接，所述电动变焦聚焦镜固定环的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定座的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定环的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜的激光输出端与旋转清洗头组件连接，入射的激光光束依次通过电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道和电动变焦聚焦镜固定环的第四激光传输通道输出到电动变焦聚焦镜，经电动变焦聚焦镜变焦后输出到旋转清洗头组件。
进一步地，所述电动变焦组件还包括第一锁紧螺栓和第二锁紧螺栓，所述电动变焦聚焦镜固定座的激光输入端通过第一锁紧螺栓与管道爬行机器人连接，所述电动变焦聚焦镜固定环的激光输入端通过第二锁紧螺栓与电动变焦聚焦镜固定座的激光输出端连接。
进一步地，所述电动变焦组件还包括用于向电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道中输入保护气体的气管接头，所述气管接头一端连通到电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道中，另一端用于与外部保护气体产生装置连通。
进一步地，所述电动变焦组件还包括密封钣金和密封锁紧块，所述密封钣金和密封锁紧块安装于电动变焦聚焦镜固定座上。
进一步地，所述旋转清洗头组件包括步进电机固定座、步进电机和用于将入射的激光光束的方向改变90度后输出的激光反射装置，所述步进电机的输出轴与激光反射装置连接，用以带动激光反射装置旋转，所述步进电机通过步进电机固定座连接与所述电动变焦组件连接，所述步进电机固定座具有供激光光束通过的第五激光传输通道，所述步进电机均具有供激光光束通过的第六激光传输通道，入射的激光光束依次通过所述步进电机固定座的第五激光传输通道和步进电机的第六激光传输通道后进入激光反射装置，并经激光反射装置反射后输出到管道内壁。
进一步地，所述激光反射装置包括反射镜和用于固定反射镜的反射镜安装座，所述反射镜安装于所述反射镜安装座上，且所述反射镜镜面与入射激光光束成45度角，所述步进电机的输出轴与激光反射装置的反射镜安装座连接，用以带动反射镜安装座旋转。
进一步地，所述装置还包括中转连接块、连接板、旋转头锁紧块、反射镜防尘盖、第二0型密封圈，所述步进电机固定座通过所述的连接板与所述的中转连接块连接，并通过所述中转连接块与所述电动变焦组件连接，所述步进电机的输出轴通过旋转头锁紧块与反射镜安装座连接，所述反射镜通过所述的反射镜防尘盖及所述第二0型密封圈固定在所述的反射镜安装座上。
进一步地，所述装置还包括保护镜、保护镜压紧块、清洗头保护盖和气管单向阀，所述的保护镜通过所述的保护镜压紧块固定在反射镜安装座上，所述的气管单向阀固定在反射镜安装座上，所述清洗头保护盖与所述反射镜安装座连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明，激光光束从头部光纤连接组件的准直光隔离器中出射，经过电动变焦组件变焦之后，再经过旋转清洗头组件输出到管道内壁，旋转清洗头组件的步进电机通过旋转带动旋转清洗头组件的头部反射镜安装座做圆周360度旋转，配合管道爬行机器人前进后退，使激光射出的路线为螺旋式，即可达到管道激光清洗的效果，同时，对于同一管道不同位置处内壁直径不同的情况，通过电动变焦聚焦镜改变聚焦镜形状(曲率)，从而改变其焦距可使其可适应不同管道直径的激光清洗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可自动调焦管道内壁激光清洗装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的头部光纤连接组件的爆炸图；
图3是本发明实施例提供的电动变焦组件的爆炸图；
图4是本发明实施例提供的旋转清洗头组件的爆炸图；
附图标记说明：100-头部光纤连接组件；200-管道爬行机器人；300-电动变焦组件；400-旋转清洗头组件；101-准直光隔离器；102-光纤锁紧块；103-光纤接头座；104-第一0型密封圈；301-电动变焦聚焦镜固定座；302-电动变焦聚焦镜固定环；303-电动变焦聚焦镜；306-气管接头；307-第一锁紧螺栓；308-第二锁紧螺栓；401-中转连接块；402-连接板；403-电机钣金盖；404-步进电机；405-步进电机固定座；406-旋转头锁紧块；407-反射镜安装座；408-清洗头保护盖；409-反射镜防尘盖；410-第二0型密封圈；411-反射镜；412-保护镜；413-保护镜压紧块；414-气管单向阀。
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，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。
如图1所示，作为本发明的第一实施例，提供一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，包括用于带动所述装置移动的管道爬行机器人200、用于接入激光的头部光纤连接组件100、用于对激光光束进行变焦的电动变焦组件300和可沿管道圆周方向360度旋转的旋转清洗头组件400，所述管道爬行机器人200的一端与头部光纤连接组件100的激光输出端连接，另一端与电动变焦组件300的激光输入端连接，所述头部光纤连接组件100的激光输入端用于与产生激光的激光器连接，并将接入的激光通过其激光输出端出射出去，所述电动变焦组件300的激光输出端与所述旋转清洗头组件400的激光输入端连接，所述管道爬行机器人200内具有供激光光束通过的第一激光传输通道，所述头部光纤连接组件100出射的激光光束经管道爬行机器人200内的第一激光传输通道输出到电动变焦组件300，经电动变焦组件300变焦后输出给旋转清洗头组件400，并经旋转清洗头组件400输出到管道内壁。
本发明，通过管道爬行机器人200带动可自动调焦管道内壁激光清洗装置前进后退，通过旋转清洗头组件400做圆周度旋转，使激光射出的路线为螺旋式，同时，对于同一管道不同位置处内壁直径不同的情况，通过电动变焦聚焦镜303改变聚焦镜形状(曲率)，从而改变其焦距可使其可适应不同管道直径的激光清洗。
如图2所示，作为本发明的第二实施例，优选地，所述头部光纤连接组件100包括准直光隔离器101、光纤锁紧块102和光纤接头座103，所述光纤接头座103具有中空结构，作为供激光光束通过的第二激光传输通道，所述准直光隔离器101的激光输入端用于与激光器连接，激光输出端通过光纤锁紧块102与光纤接头座103的激光输入端连接，所述光纤接头座103的激光输出端与管道爬行机器人200连接，所述光纤接头座103的第二激光传输通道正对所述管道爬行机器人200内的第一激光传输通道，激光器发出的激光光束依次通过准直光隔离器101和光纤接头座103的第二激光传输通道后输出到管道爬行机器人200内的第一激光传输通道。
其中，所述光纤接头座103的激光输出端与管道爬行机器人200连接处设置有第一0型密封圈104，用于避免灰尘进入激光传输通道。
其中，所述管道爬行机器人200的第一激光传输通道的激光输入端具有第一内螺纹，激光输出端具有第二内螺纹，所述头部光纤连接组件100的激光输出端具有与所述第一内螺纹匹配的第一外螺纹，所述电动变焦组件300的激光输入端具有第二外螺纹，所述头部光纤连接组件100与管道爬行机器人200通过相互匹配的第一内螺纹和第一外螺纹螺纹连接，所述电动变焦组件300与管道爬行机器人200通过相互匹配的第二内螺纹和第二外螺纹螺纹连接。
如图3所示，作为本发明的第三实施例，优选地，所述电动变焦组件300包括电动变焦聚焦镜固定座301、电动变焦聚焦镜固定环302、电动变焦聚焦镜303、第一锁紧螺栓307和第二锁紧螺栓308，电动变焦聚焦镜固定座301和电动变焦聚焦镜固定环302均具有中空结构，所述电动变焦聚焦镜固定座301的中空结构作为供激光光束通过的第三激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定环302的中空结构作为供激光光束通过的第四激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定座301的激光输入端与管道爬行机器人200连接，所述电动变焦聚焦镜固定环302的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定座301的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜303的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定环302的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜303的激光输出端与旋转清洗头组件400连接，入射的激光光束依次通过电动变焦聚焦镜固定座301的第三激光传输通道和电动变焦聚焦镜固定环302的第四激光传输通道输出到电动变焦聚焦镜303，经电动变焦聚焦镜303变焦后输出到旋转清洗头组件400。
聚焦镜的原理是基于光反馈通过电流改变聚焦镜形状(曲率)，从而改变其焦距，而这一过程能在数微秒内完成，其独特的机理可以使系统省去一系列复杂的机械结构，变得更加迅捷和紧凑。无论是机械或电动，其优越性相对于传统镜头都有极大优势。
优选地，所述电动变焦组件300还包括第一锁紧螺栓307和第二锁紧螺栓308，所述电动变焦聚焦镜固定座301的激光输入端通过第一锁紧螺栓307与管道爬行机器人200连接，所述电动变焦聚焦镜固定环302的激光输入端通过第二锁紧螺栓308与电动变焦聚焦镜固定座301的激光输出端连接。
优选地，所述电动变焦组件300还包括用于向电动变焦聚焦镜固定座301的第三激光传输通道中输入保护气体的气管接头306，所述气管接头306一端连通到电动变焦聚焦镜固定座301的第三激光传输通道中，另一端用于与外部保护气体产生装置连通，用于向激光通道注入保护气，使得所述第三激光传输通道内产生正压，防止清洗的污染物污染密封腔内部环境。
优选地，所述电动变焦组件300还包括密封钣金和密封锁紧块，所述密封钣金和密封锁紧块安装于电动变焦聚焦镜固定座301上，用于保证第三激光传输通道内不被污染。
如图4所示，作为本发明的第四实施例，优选地，所述旋转清洗头组件400包括步进电机固定座405、步进电机404和用于将入射的激光光束的方向改变90度后输出的激光反射装置，所述步进电机404外套有电机钣金盖403，所述步进电机404的输出轴与激光反射装置连接，用以带动激光反射装置旋转，所述步进电机404通过步进电机固定座405连接与所述电动变焦组件300连接，所述步进电机固定座405和步进电机404均具有中空结构，所述步进电机固定座405的中空结构作为供激光光束通过的第五激光传输通道，所述步进电机404的中空结构作为供激光光束通过的第六激光传输通道，入射的激光光束依次通过所述步进电机固定座405的第五激光传输通道和步进电机404的第六激光传输通道后进入激光反射装置，并经激光反射装置反射后输出到管道内壁。
优选地，所述激光反射装置包括反射镜411和用于固定反射镜411的反射镜安装座407，所述反射镜411安装于所述反射镜安装座407上，且所述反射镜411镜面与入射激光光束成45度角，所述步进电机404的输出轴与激光反射装置的反射镜安装座407连接，用以带动反射镜安装座407旋转。
其中，所述反射镜安装座407具有成90度折角的第七激光传输通道，所述反射镜411安装于所述90度折角处
优选地，所述装置还包括中转连接块401、连接板402、旋转头锁紧块406、反射镜防尘盖409、第二0型密封圈410，所述步进电机固定座405通过所述的连接板402与所述的中转连接块401连接，并通过所述中转连接块401与所述电动变焦组件300连接，所述步进电机404的输出轴通过旋转头锁紧块406与反射镜安装座407连接，所述反射镜411通过所述的反射镜防尘盖409及所述第二0型密封圈410固定在所述的反射镜安装座407上
优选地，所述装置还包括保护镜412、保护镜压紧块413、清洗头保护盖408和气管单向阀414，所述的保护镜412通过所述的保护镜压紧块413固定在反射镜安装座407的第七激光传输通道的激光输出端，用于保护第七激光传输通道不被外界污染，所述的气管单向阀414固定在反射镜安装座407上，防止激光清洗过程中，清洗的飞溅物导致内部环境污染，所述清洗头保护盖408与所述反射镜安装座407连接。
本发明的具体工作原理如下：
将可自动调焦管道内壁激光清洗装置放入待清洗的金属管道内部，开启激光器，激光光束从准直光隔离器101中出射，经过电动变焦组件300变焦之后，再经过反射镜411反射到管道内壁上，步进电机404通过旋转带动头部反射镜安装座407做圆周度旋转，配合管道爬行机器人200前进后退，使激光射出的路线为螺旋式，即可达到管道激光清洗的效果。对于同一管道不同位置处内壁直径不同的情况，通过电动变焦聚焦镜303改变聚焦镜形状(曲率)，从而改变其焦距可使其可适应不同管道直径的激光清洗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，包括用于带动所述装置移动的管道爬行机器人、用于接入激光的头部光纤连接组件、用于对激光光束进行变焦的电动变焦组件和可沿管道圆周方向360度旋转的旋转清洗头组件，所述管道爬行机器人的一端与头部光纤连接组件的激光输出端连接，另一端与电动变焦组件的激光输入端连接，所述头部光纤连接组件的激光输入端用于与产生激光的激光器连接，并将接入的激光通过其激光输出端出射出去，所述电动变焦组件的激光输出端与所述旋转清洗头组件的激光输入端连接，所述管道爬行机器人内具有供激光光束通过的第一激光传输通道，所述头部光纤连接组件出射的激光光束经管道爬行机器人内的第一激光传输通道输出到电动变焦组件，经电动变焦组件变焦后输出给旋转清洗头组件，并经旋转清洗头组件输出到管道内壁。
2.根据权利要求1所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述头部光纤连接组件包括准直光隔离器、光纤锁紧块和光纤接头座，所述光纤接头座具有供激光光束通过的第二激光传输通道，所述准直光隔离器的激光输入端用于与激光器连接，激光输出端通过光纤锁紧块与光纤接头座的激光输入端连接，所述光纤接头座的激光输出端与管道爬行机器人连接，激光器发出的激光光束依次通过准直光隔离器和光纤接头座的第二激光传输通道后输出到管道爬行机器人的第一激光传输通道内。
3.根据权利要求2所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述光纤接头座的激光输出端与管道爬行机器人连接处设置有第一0型密封圈。
4.根据权利要求1所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述管道爬行机器人的第一激光传输通道的激光输入端具有第一内螺纹，激光输出端具有第二内螺纹，所述头部光纤连接组件的激光输出端具有与所述第一内螺纹匹配的第一外螺纹，所述电动变焦组件的激光输入端具有第二外螺纹，所述头部光纤连接组件与管道爬行机器人通过相互匹配的第一内螺纹和第一外螺纹螺纹连接，所述电动变焦组件与管道爬行机器人通过相互匹配的第二内螺纹和第二外螺纹螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述电动变焦组件包括电动变焦聚焦镜固定座、电动变焦聚焦镜固定环、电动变焦聚焦镜、第一锁紧螺栓和第二锁紧螺栓，电动变焦聚焦镜固定座具有供激光光束通过的第三激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定环具有供激光光束通过的第四激光传输通道，所述电动变焦聚焦镜固定座的激光输入端与管道爬行机器人连接，所述电动变焦聚焦镜固定环的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定座的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜的激光输入端与电动变焦聚焦镜固定环的激光输出端连接，所述电动变焦聚焦镜的激光输出端与旋转清洗头组件连接，入射的激光光束依次通过电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道和电动变焦聚焦镜固定环的第四激光传输通道输出到电动变焦聚焦镜，经电动变焦聚焦镜变焦后输出到旋转清洗头组件。
6.根据权利要求5所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述电动变焦组件还包括第一锁紧螺栓和第二锁紧螺栓，所述电动变焦聚焦镜固定座的激光输入端通过第一锁紧螺栓与管道爬行机器人连接，所述电动变焦聚焦镜固定环的激光输入端通过第二锁紧螺栓与电动变焦聚焦镜固定座的激光输出端连接。
7.根据权利要求5所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述电动变焦组件还包括用于向电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道中输入保护气体的气管接头，所述气管接头一端连通到电动变焦聚焦镜固定座的第三激光传输通道中，另一端用于与外部保护气体产生装置连通。
8.根据权利要求5所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述电动变焦组件还包括密封钣金和密封锁紧块，所述密封钣金和密封锁紧块安装于电动变焦聚焦镜固定座上。
9.根据权利要求1所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述旋转清洗头组件包括步进电机固定座、步进电机和用于将入射的激光光束的方向改变90度后输出的激光反射装置，所述步进电机的输出轴与激光反射装置连接，用以带动激光反射装置旋转，所述步进电机通过步进电机固定座连接与所述电动变焦组件连接，所述步进电机固定座具有供激光光束通过的第五激光传输通道，所述步进电机均具有供激光光束通过的第六激光传输通道，入射的激光光束依次通过所述步进电机固定座的第五激光传输通道和步进电机的第六激光传输通道后进入激光反射装置，并经激光反射装置反射后输出到管道内壁。
10.根据权利要求9所述的可自动调焦的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，所述激光反射装置包括反射镜和用于固定反射镜的反射镜安装座，所述反射镜安装于所述反射镜安装座上，且所述反射镜镜面与入射激光光束成45度角，所述步进电机的输出轴与激光反射装置的反射镜安装座连接，用以带动反射镜安装座旋转。
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