CN110813932A - 一种在线激光除锈清洗装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在线激光除锈清洗装置及系统，其包括：盘架，盘架内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔；多个激光器，围绕钢管呈环形间隔排列，各激光器相对于钢管倾斜设置，各激光器能转动地与盘架连接，并能绕着与盘架的连接处摆动，各激光器的另一端分别连接一拉杆，拉杆相对于钢管倾斜设置，拉杆的一端与激光器能相对转动地连接，拉杆的另一端能沿盘架的径向移动地设于盘架的另一侧，通过沿盘架的径向移动拉杆的另一端使拉杆推拉激光器摆动，激光器通过摆动调节激光束的工作距离。本发明能实现对不同外径的钢管的激光除锈清洗，无需人工手持激光器，降低工人的劳动强度，除锈质量稳定性好，无需人工调校，提高生产效率，降低经济成本。

Description

一种在线激光除锈清洗装置及系统

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，尤其是一种在线激光除锈清洗装置及系统。

背景技术

随着科技的发展，人们越来越关注生活质量，环境保护意识也越来越强。传统的清洗方式，如机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法，已经不能满足人们的需求，人们开始追求既不危害健康，又不污染环境的新清洁方法，于是，激光清洗机应运而生。

所谓激光清洗技术是指利用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除清洁对象表面的附着物或涂层，从而达到洁净的工艺过程。激光清洗是一种新型高效的环保清洗技术，是基于激光与物质相互作用效应的一项新技术。与传统的机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法(湿清洗工艺)不同，它不需要任何破坏臭氧层的CFC类有机溶剂，无污染，无噪声，对人体和环境无害，是一种“绿色”清洗技术，在众多领域中逐步取代传统清洗工艺。

激光除锈的原理，简单来说，就是利用Nd:YAG固体激光器产生的专门用于清洗的波长1064nm的激光，所产生的高频率震动(每秒钟可达到1000次的震动)，把锈层震碎；利用激光所产生的瞬间高温使锈层剥离基材表面，从而达到除锈的目的。激光清洗不会损伤基材表面，甚至也不会改变基材的物理特征，做到真正的不伤基材。激光除锈用的都是有一定峰值功率和单脉冲能量的激光，激光与工作表面接触时可以想象为用小的能量球依次去打，锈会吸收能量，由于作用时间短，表面的锈吸收能量瞬间汽化，又不能向下导热，就会造成表面锈迹瞬间消失而不损坏工件的效果，把激光用镜子变成线激光，处理速度比较快。

目前常采用的是手持式激光清洗系统，即手持激光枪，可广泛应用于非标不规则的除漆除锈去污去氧化皮等。激光扫描头的运动轨迹是由人手控制，其优点是操作灵活方便，可移动式作业。其缺点是精确度较差，一致性较差，劳动强度大，很难批量化作业，除锈质量稳定性难以保证。

目前也有半自动化或全自动化激光清洗系统，激光扫描头的运动轨迹是由机械手/机床控制，前者利用类似于加工中心平台，将扫描头安装在被伺服马达驱动的主轴上，实现半自动的清洗，保持清洗距离；后者将光扫描头安装在运动机械装置上(如机器人、机械手等)，由机械装置自动完成预设的运动轨迹。半自动化或全自动化激光清洗系统的优点是精度高，可大批量作业，对操作人员的技术要求和劳动强度不高。但由于被清洗的工件不动，需要半自动化或全自动化激光清洗系统运动，但半自动化或全自动化激光清洗系统很难完成不规则轨迹的运动，机器人实现起来也得经过较长时间的调校，对于钢管等长材类的工件除锈并不经济，运行重复精度也不好保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线激光除锈清洗装置及系统，以解决现有手持式激光清洗系统存在的劳动强度大、除锈质量稳定性难以保证的问题，以及现有半自动化或全自动化激光清洗系统存在的需要经过较长时间的调校、经济成本高的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种在线激光除锈清洗装置，用于对钢管除锈，其包括：盘架，所述盘架内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔；多个激光器，安装在所述盘架的一侧，多个所述激光器围绕所述钢管呈环形间隔排列，各所述激光器相对于所述钢管倾斜设置，各所述激光器能转动地与所述盘架连接，并能绕着其与所述盘架的连接处摆动，各所述激光器的一端为朝向所述钢管的激光发射端，所述激光发射端能向所述钢管的外壁上发射用于除锈的激光束，各所述激光器的另一端分别连接一拉杆，所述拉杆相对于所述钢管倾斜设置，所述拉杆的一端与所述激光器能相对转动地连接，所述拉杆的另一端能沿所述盘架的径向移动地设于所述盘架的另一侧，通过沿所述盘架的径向移动所述拉杆的另一端使所述拉杆推拉所述激光器摆动，所述激光器通过摆动调节所述激光束的工作距离。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述盘架的另一侧设有环形的安装槽，所述在线激光除锈清洗装置还包括：同步棘盘，能转动地安装在所述安装槽内，所述同步棘盘包括环形的盘体和设于所述盘体的外周壁上的多个滑杆，多个所述滑杆沿所述盘体的圆周方向间隔排列，所述滑杆的一端为与所述盘体固定连接的固定端，所述滑杆的另一端为翘起端，每个所述滑杆沿所述盘体的周向延伸，且每个所述滑杆由所述固定端至所述翘起端朝远离所述盘体中心的方向倾斜，各所述滑杆分别能滑动地穿过各所述拉杆，通过驱动所述同步棘盘旋转使所述拉杆沿所述滑杆滑动并沿所述盘体的径向移动，所述拉杆通过沿所述盘体的径向移动推拉所述激光器摆动。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述同步棘盘与所述安装槽间隙配合，所述在线激光除锈清洗装置还包括环形的扣盖，所述扣盖盖在所述安装槽的槽口处，并与所述盘体固定连接，所述同步棘盘与所述扣盖之间具有间隙。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述激光器的数量与所述滑杆的数量相等，多个所述激光器围绕所述钢管等间隔排列，多个所述滑杆沿所述盘体的圆周方向等间隔排列。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述滑杆的形状为弧形。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述滑杆与所述拉杆之间通过一滑铰件连接，所述滑铰件能转动地嵌设在所述拉杆的内部，所述滑杆穿过所述滑铰件，并能相对于所述滑铰件滑动。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述滑铰件为球体或套筒。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述穿孔、所述同步棘盘和所述钢管同轴设置。

本发明还提供一种在线激光除锈清洗系统，其包括供钢管依次穿过的多个上述的在线激光除锈清洗装置，多个所述在线激光除锈清洗装置并排间隔设置，多个所述在线激光除锈清洗装置的激光器在所述钢管的圆周方向上错位布置。

如上所述的在线激光除锈清洗系统，其中，所述在线激光除锈清洗系统还包括分布在多个所述在线激光除锈清洗装置两侧的多个辊子，所述钢管放置在所述辊子上，通过转动所述辊子驱动所述钢管移动。

本发明的在线激光除锈清洗装置及系统的特点和优点是：

1、本发明在钢管的周围设有多个呈环形间隔排列的激光器，通过激光束对移动的钢管进行除锈，通过设置拉杆来推动激光器摆动，不仅能调节激光器与钢管之间的间距，以允许不同外径的钢管穿过多个激光器内侧的空间，还能调节激光器与钢管之间的夹角，实现对激光束工作距离的调节，从而实现对不同外径钢管的有效除锈清洗；本发明与现有手持式激光清洗系统相比，除锈清洗装置固定不动，钢管移动，因此无需人工手持激光器，降低工人的劳动强度，除锈质量稳定性好，与现有半自动化或全自动化激光清洗系统相比，能自动调节以适应不同外径的钢管，无需人工调校，提高生产效率，降低经济成本；

2、本发明通过设置同步棘盘，不仅能驱动拉杆的另一端沿盘架的径向方向移动，还能对拉杆和激光器起到支撑作用，将摆动到位的激光器稳定在工作位置上。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明一实施例的在线激光除锈清洗装置处于工作状态的主视图；

图2是三个激光器连接的拉杆与同步棘盘配合的示意图；

图3是四个激光器连接的拉杆与同步棘盘配合的示意图；

图4是五个激光器连接的拉杆与同步棘盘配合的示意图；

图5是六个激光器连接的拉杆与同步棘盘配合的示意图；

图6是钢管放置在辊子上的侧视图。

主要元件标号说明：

1、盘架；

11、穿孔；12、安装槽；13、第一嵌槽；14、第二嵌槽；

2、激光器；21、激光束；

3、拉杆；4、第一转轴；5、第二转轴；

6、同步棘盘；61、盘体；62、滑杆；621、固定端；622、翘起端；

7、滑铰件；8、扣盖；9、辊子；100、钢管。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“中心”、“顺时针”和“逆时针”、“前”和“后”、“左”和“右”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图5所示，本发明提供一种在线激光除锈清洗装置，该清洗装置能对移动穿过它的钢管100除锈，该清洗装置包括盘架1和多个激光器2，例如激光器2为激光枪，盘架1内沿轴向设有供移动的钢管100穿过的穿孔11，图1中的箭头指钢管100的移动方向，当然钢管100还可以朝反方向移动，该穿孔11并不限于圆形孔，还可以是方形孔、梯形孔、台阶孔或其它形状，只要能供钢管100穿行即可；

多个激光器2安装在盘架1的一侧，在图1的实施例中多个激光器2安装在支架的左侧，钢管100在前行过程中依次穿过穿孔11和多个激光器2内侧的空间，多个激光器2围绕钢管100呈环形间隔排列，各激光器2相对于钢管100倾斜设置，各激光器2与钢管100之间具有间距，各激光器2能转动地与盘架1连接，并能绕着其与盘架1的连接处摆动，各激光器2的一端为朝向钢管100的激光发射端，激光发射端能向钢管100的外壁上发射用于除锈的激光束21，较佳地，多个激光器2发射的激光束21在钢管100的外壁上围成包围钢管100的环形的激光带，在钢管100前行过程中，环形的激光带扫掠清洗钢管100的表面，实现对整个钢管100外壁的清洗；

各激光器2的另一端分别连接一拉杆3，拉杆3相对于钢管100倾斜设置，拉杆3的一端与激光器2能相对转动地连接，拉杆3的另一端能沿盘架1的径向移动地设于盘架1的另一侧，通过沿盘架1的径向移动拉杆3的另一端使拉杆3推拉激光器2，使激光器2绕着其与盘架1的连接处摆动，激光器2通过摆动调节激光束21的工作距离L，也就是当沿盘架1的径向方向移动拉杆3的另一端时，拉杆3自身沿盘架1的径向移动，同时拉杆3自身绕着其与激光器2的连接处转动，激光器2在拉杆3的带动下绕着激光器2与盘架1的连接处转动(摆动)，因此激光器2与钢管100之间的夹角θ发生变化，激光束21的工作距离L也发生变化。

本发明在钢管100的周围设有多个呈环形间隔排列的激光器2，通过激光束21对移动的钢管100进行除锈，通过设置拉杆3来推动激光器2摆动，不仅能调节激光器2与钢管100之间的间距，以允许不同外径的钢管100穿过多个激光器2内侧的空间，还能调节激光器2与钢管100之间的夹角θ，实现对激光束21的工作距离L的调节，从而实现对不同外径钢管100的有效除锈清洗。

本发明与现有手持式激光清洗系统相比，除锈清洗装置固定不动，钢管移动，因此无需人工手持激光器，降低工人的劳动强度，除锈质量稳定性好，本发明与现有半自动化或全自动化激光清洗系统相比，能自动调节以适应不同外径的钢管，无需人工调校，提高生产效率，降低经济成本。

其中，对于激光器的具体设置数量，可根据钢管外径灵活选择，由于每个激光器的清洗幅面固定，为满足不同直径大小、不同周长的钢管清洗，通常采用多个激光器均布，根据激光器均布的数量，当采用激光枪时，本发明的除锈清洗装置可分为三枪均布激光除锈清洗装置(如图2所示)、四枪均布激光除锈清洗装置(如图3所示)、五枪均布激光除锈清洗装置(如图4所示)、六枪均布激光除锈清洗装置(如图5所示)、甚至更多激光枪均布的除锈清洗装置。

如图1、图2所示，在一个实施例中，激光器2与盘架1铰接，激光器2与拉杆3铰接，具体是，各激光器2分别通过一第一转轴4与盘架1能转动地连接，各激光器2分别通过一第二转轴5与拉杆3能转动地连接，第一转轴4和第二转轴5相互平行，并垂直于钢管100的轴向方向。

如图1、图2所示，在一个实施例中，盘架1的另一侧设有环形的安装槽12，在线激光除锈清洗装置还包括用于连接拉杆3另一端的同步棘盘6，同步棘盘6能转动地安装在安装槽12内，同步棘盘6包括环形的盘体61和多个设于盘体61外周壁上的呈棘状的滑杆62，多个滑杆62沿盘体61的圆周方向间隔排列，滑杆62的一端为与盘体61固定连接的固定端621，滑杆62的另一端为翘起端622(或称为自由端)，每个滑杆62沿盘体61的周向延伸，且每个滑杆62由固定端621至翘起端622朝远离盘体61中心的方向倾斜，例如滑杆62的形状为弧形，各滑杆62分别能滑动地穿过各拉杆3，通过驱动同步棘盘6旋转使拉杆3沿滑杆62滑动并沿盘体61的径向移动，拉杆3通过沿盘体61的径向方向移动推拉激光器2，使激光器2相对于盘架1摆动。

在图2中，当同步棘盘6沿顺时针方向旋转时，滑杆62也会沿顺时针方向移动，相当于拉杆3的另一端沿着滑杆62朝其固定端621滑动，也就是拉杆3的另一端在滑杆62的内拉下沿同步棘盘6的径向方向(或者说盘架1的径向方向)向内移动，拉杆3进而拉动激光器2转动，使激光器2沿顺时针方向摆动，激光器2与钢管100之间的夹角θ变小；当同步棘盘6沿逆时针方向旋转时，滑杆62也会沿逆时针方向移动，相当于拉杆3的另一端沿着滑杆62朝其翘起端622滑动，也就是拉杆3的另一端在滑杆62的外推下沿同步棘盘6的径向方向(或者说盘架1的径向方向)向外移动，拉杆3进而拉动激光器2转动，使激光器2沿逆时针方向摆动，激光器2与钢管100之间的夹角θ变大。

本实施例通过设置同步棘盘6，不仅能驱动拉杆3的另一端沿盘架1的径向方向移动，还能对拉杆3和激光器2起到支撑作用，将摆动到位的激光器2稳定在工作位置上。

进一步，穿孔11内穿设有一支撑筒(图未示出)，支撑筒与盘体61固定连接，移动的钢管100穿过支撑筒，同步棘盘6的盘体61能旋转地套在支撑筒外，通过设置支撑筒能对同步棘盘6起到支撑作用，并使同步棘盘6与盘体61保持同心。

进一步，在线激光除锈清洗装置还包括用于驱动同步棘盘6转动的驱动装置。

更进一步，驱动装置为涡轮蜗杆机构，将同步棘盘6与涡轮蜗杆机构的涡轮连接，将电机作为涡轮蜗杆机构的动力源。但本发明并不限于此，还可以采用其它驱动装置来驱动同步棘盘6转动，比如采用端面齿轮(比如内六角端面齿轮)驱动，具体是，在同步棘盘6的盘体61的背向激光器2的端面(图1中的右端面)上设置端面齿，端面齿的各个齿沿同步棘盘6的径向方向延伸，将端面齿轮与盘体61端面上的端面齿配合，当转动端面齿轮时，同步棘盘6也会随之转动。

如图1所示，进一步，穿孔11、同步棘盘6和钢管100同轴设置，当盘体61为圆盘时，可将穿孔11和盘体61同轴设置。

在一个具体实施例中，同步棘盘6与安装槽12间隙配合，在线激光除锈清洗装置还包括环形的扣盖8，扣盖8盖在安装槽12的槽口处，并与盘体61固定连接，以防止同步棘盘6从安装槽12内掉出，同步棘盘6与扣盖8之间具有间隙，以使同步棘盘6能在安装槽12内转动。

如图1所示，进一步，盘架1上还设有供多个激光器2分别嵌入的多个第一嵌槽13、以及供多个拉杆3分别嵌入的多个第二嵌槽14，第一嵌槽13和第二嵌槽14均为通槽，第一嵌槽13相对于钢管100倾斜设置，激光器2穿过第一嵌槽13，第一嵌槽13的宽度略大于激光器2的宽度，第一嵌槽13能限制激光器2沿盘架1的切向方向偏摆，第二嵌槽14相对于钢管100倾斜设置，拉杆3穿过第二嵌槽14，第二嵌槽14的宽度略大于拉杆3的宽度，第二嵌槽14能限制拉杆3沿盘架1的切向方向偏摆，第二嵌槽14与安装槽12连通，以便于拉杆3与同步棘盘6连接。

如图1、图2所示，在一个实施例中，激光器2的数量与滑杆62的数量相等，多个激光器2围绕钢管100等间隔排列，多个滑杆62沿盘体61的圆周方向等间隔排列。

如图1、图2所示，在一个实施例中，滑杆62与拉杆3之间通过一滑铰件7连接，滑铰件7能转动地嵌设在拉杆3的内部，滑杆62穿过滑铰件7，并能相对于滑铰件7滑动。当同步棘盘6转动时，滑杆62和滑铰件7相对滑动，且滑铰件7相对于拉杆3转动。

进一步，滑铰件7为球体或套筒，例如套筒为铜套。

采用本发明的在线激光除锈清洗装置对钢管除锈时，激光器不移动，钢管移动，利用激光的表面除污能力，使多个激光器可以在不同方位清洗钢管表面，相对于化学清洗，其不需任何化学药剂和清洗液，相对于机械清洗，其无研磨、无应力、无耗材，对基体损伤极小，适用范围广，是一种高效、绿色、先进的钢管除锈清洗设备。

另外，本发明的除锈清洗装置不仅可以对钢管除锈，还可用来除漆、除油污、除泥污、清除涂层(金属表面几乎所有种类的杂质，包括氧化物、油脂、油渍，氯化物和许多其他有机和无机残留物)，清洁度高(能清除纳米级以下污染微粒)。

如图1所示，本发明还提供一种在线激光除锈清洗系统，其包括供钢管100依次穿过的多个上述的在线激光除锈清洗装置，多个在线激光除锈清洗装置并排间隔设置，多个在线激光除锈清洗装置的激光器2在钢管100的圆周方向上错位布置。

当一个清洗装置的激光器2发射的激光束21无法完全覆盖钢管100的外周壁时，通过设置多个清洗装置，并将多个清洗装置的激光器2设置为在钢管100的圆周方向上错位布置，能实现多个清洗装置的激光器2发射的激光束21完全覆盖钢管100的外周壁，提高除锈清洗效果。

如图1、图6所示，在一个实施例中，在线激光除锈清洗系统还包括分布在多个在线激光除锈清洗装置两侧的用于运送钢管100的多个辊子9，钢管100放置在辊子9上，通过转动辊子9驱动钢管100移动。辊子9的转动可以通过现有的驱动装置实现，比如采用电机和减速机连接的驱动装置驱动辊子9转动。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种在线激光除锈清洗装置，用于对钢管除锈，其特征在于，所述在线激光除锈清洗装置包括：

盘架，所述盘架内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔；

多个激光器，安装在所述盘架的一侧，多个所述激光器围绕所述钢管呈环形间隔排列，各所述激光器相对于所述钢管倾斜设置，各所述激光器能转动地与所述盘架连接，并能绕着其与所述盘架的连接处摆动，各所述激光器的一端为朝向所述钢管的激光发射端，所述激光发射端能向所述钢管的外壁上发射用于除锈的激光束，各所述激光器的另一端分别连接一拉杆，所述拉杆相对于所述钢管倾斜设置，所述拉杆的一端与所述激光器能相对转动地连接，所述拉杆的另一端能沿所述盘架的径向移动地设于所述盘架的另一侧，通过沿所述盘架的径向移动所述拉杆的另一端使所述拉杆推拉所述激光器摆动，所述激光器通过摆动调节所述激光束的工作距离。

2.如权利要求1所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述盘架的另一侧设有环形的安装槽，所述在线激光除锈清洗装置还包括：

同步棘盘，能转动地安装在所述安装槽内，所述同步棘盘包括环形的盘体和设于所述盘体的外周壁上的多个滑杆，多个所述滑杆沿所述盘体的圆周方向间隔排列，所述滑杆的一端为与所述盘体固定连接的固定端，所述滑杆的另一端为翘起端，每个所述滑杆沿所述盘体的周向延伸，且每个所述滑杆由所述固定端至所述翘起端朝远离所述盘体中心的方向倾斜，各所述滑杆分别能滑动地穿过各所述拉杆，通过驱动所述同步棘盘旋转使所述拉杆沿所述滑杆滑动并沿所述盘体的径向移动，所述拉杆通过沿所述盘体的径向移动推拉所述激光器摆动。

3.如权利要求2所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述同步棘盘与所述安装槽间隙配合，所述在线激光除锈清洗装置还包括环形的扣盖，所述扣盖盖在所述安装槽的槽口处，并与所述盘体固定连接，所述同步棘盘与所述扣盖之间具有间隙。

4.如权利要求2所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述激光器的数量与所述滑杆的数量相等，多个所述激光器围绕所述钢管等间隔排列，多个所述滑杆沿所述盘体的圆周方向等间隔排列。

5.如权利要求2所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述滑杆的形状为弧形。

6.如权利要求2所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述滑杆与所述拉杆之间通过一滑铰件连接，所述滑铰件能转动地嵌设在所述拉杆的内部，所述滑杆穿过所述滑铰件，并能相对于所述滑铰件滑动。

7.如权利要求6所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述滑铰件为球体或套筒。

8.如权利要求2所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述穿孔、所述同步棘盘和所述钢管同轴设置。

9.一种在线激光除锈清洗系统，其特征在于，所述在线激光除锈清洗系统包括供钢管依次穿过的多个权利要求1至8任一项所述的在线激光除锈清洗装置，多个所述在线激光除锈清洗装置并排间隔设置，多个所述在线激光除锈清洗装置的激光器在所述钢管的圆周方向上错位布置。

10.如权利要求9所述的在线激光除锈清洗系统，其特征在于，所述在线激光除锈清洗系统还包括分布在多个所述在线激光除锈清洗装置两侧的多个辊子，所述钢管放置在所述辊子上，通过转动所述辊子驱动所述钢管移动。

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