CN110813934A - 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：盘体，盘体内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔，盘体具有一安装端面；多个激光器，能沿盘体的径向移动地安装在安装端面上，多个激光器沿盘体的圆周方向间隔排列，各激光器的激光发射端朝向钢管，并能向钢管的外壁上发射用于除锈的激光束，激光器通过沿盘体的径向移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：盘体，所述盘体内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔，所述盘体具有一安装端面；多个激光器，能沿所述盘体的径向移动地安装在所述安装端面上，多个所述激光器沿所述盘体的圆周方向间隔排列，各所述激光器的激光发射端朝向所述钢管，并能向所述钢管的外壁上发射用于除锈的激光束，所述激光器通过沿所述盘体的径向移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，所述安装端面上设有环形的安装槽，所述在线激光除锈清洗装置还包括：调距盘，呈环形，能转动地设于所述安装槽内，所述调距盘的端面上设有沿所述调距盘的圆周方向呈螺旋状延伸的螺旋槽；端盖，呈环形，盖在所述安装槽的槽口处，并与所述盘体固定连接，所述端盖上设有多个沿所述端盖的圆周方向间隔排列的限位槽，所述限位槽沿所述端盖的轴向贯穿所述端盖，并与所述安装槽连通，所述限位槽沿所述端盖的径向由所述端盖的内环面贯穿至其外环面，多个所述激光器分别沿所述端盖的径向插设于多个所述限位槽内，各所述激光器的面向所述调距盘的侧面上设有多条与所述调距盘的螺旋槽啮合并能沿所述螺旋槽滑动的弧形齿，通过转动所述调距盘驱动所述激光器在所述限位槽内沿所述端盖的径向移动。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述盘体、所述调距盘和所述端盖同轴设置，多个所述限位槽沿所述端盖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，所述螺旋槽为等距螺旋槽。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述激光器上相邻两条弧形齿之间的间距，与所述等距螺旋槽的相邻两条螺旋槽之间的间距相等。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述在线激光除锈清洗装置还包括用于驱动所述调距盘转动的驱动装置。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述驱动装置为涡轮蜗杆机构。

如上所述的在线激光除锈清洗装置，其中，所述盘体的外侧壁上设有多个支脚，多个所述支脚分别对应多个所述激光器，每个支脚包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板连接形成L形结构，所述第一连接板与所述盘体的外侧壁连接，所述第二连接板面向对应的所述激光器；每个所述激光器与对应的所述第二连接板之间通过一顶丝连接，所述顶丝沿所述盘体的径向方向设置，所述顶丝的一端与所述激光器固定连接，所述顶丝的另一端与对应的所述第二连接板螺纹连接，通过旋转所述顶丝使所述激光器沿所述盘体的径向移动。

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、本发明通过在钢管的周围设置多个呈环形间隔排列的激光器，能通过激光束对移动的钢管进行除锈，通过将多个激光器设置为能沿盘体的径向移动，当对不同外径的钢管除锈时，沿盘体的径向方向移动激光器，即可调节多个激光器与钢管之间的间距，从而允许不同外径的钢管穿过；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、本发明将调距盘和激光器设置为通过螺旋槽配合，并采用限位槽限制激光器转动，从而将调距盘的回转运动转化为螺旋槽的直线运动，也就实现了沿盘体的径向方向移动激光器，结构简单，操作方便。

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是三个激光器与调距盘配合的示意图；

图3是四个激光器与调距盘配合的示意图；

图4是五个激光器与调距盘配合的示意图；

图5是六个激光器与调距盘配合的示意图；

图6是钢管放置在辊子上的侧视图。

主要元件标号说明：

1、盘体；11、穿孔；12、安装端面；13、安装槽；

2、激光器；21、弧形齿；22、激光束；

3、调距盘；31、螺旋槽；

4、端盖；41、限位槽；5、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”、“水平”和“竖直”、“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所示，本发明提供一种在线激光除锈清洗装置，用于对钢管100除锈，其包括盘体1和多个激光器2，例如盘体1呈圆盘状，盘体1内沿轴向设有供移动的钢管100穿过的穿孔11，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；

盘体1具有一安装端面12，多个激光器2能沿盘体1的径向移动地安装在该安装端面12上，多个激光器2沿盘体1的圆周方向间隔排列，各激光器2分别沿盘体1的径向方向设置，各激光器2与钢管100之间具有间距，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，各激光器2的激光发射端朝向钢管100，并能向钢管100的外壁上发射用于除锈的激光束22，激光器2通过沿盘体1的径向移动来调节激光束22的工作距离L(如图1所示)，较佳地，多个激光器2发射的激光束22在钢管100的外壁上围合形成包围(包络)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。例如激光器2为激光枪。

本发明通过在钢管100的周围设置多个呈环形间隔排列的激光器2，能通过激光束对移动的钢管100进行除锈，通过将多个激光器2设置为能沿盘体1的径向移动，当对不同外径的钢管100除锈时，沿盘体1的径向方向移动激光器2，不仅能调节多个激光器2与钢管100之间的间距，以允许不同外径的钢管100穿过多个激光器内侧的空间，还能调节激光器2发射的激光束22的工作距离L，实现对激光束22工作距的调节，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至图5所示，在第一个实施例中，安装端面12上设有环形的安装槽13，在线激光除锈清洗装置还包括环形的调距盘3和环形的端盖4(或称为盖板)，调距盘3能转动地设于安装槽13内，比如调距盘3与安装槽13间隙配合，调距盘3的端面上设有沿调距盘3的圆周方向呈螺旋状延伸的螺旋槽31；

端盖4盖在安装槽13的槽口处，并与盘体1固定连接，端盖4上设有多个沿端盖4的圆周方向间隔排列的限位槽41，限位槽41沿端盖4的轴向贯穿端盖4，并与安装槽13连通，限位槽41沿端盖4的径向由端盖4的内环面贯穿至其外环面，因此也可以说端盖4是由多块沿圆周方向间隔排列的扇形板组成的，多个激光器2分别沿端盖4的径向插设于多个限位槽41内，也就是在限位槽41的限位作用下，激光器2只能沿盘体1或端盖4的径向移动，而不能转动；

各激光器2的面向调距盘3的侧面上设有多条与调距盘3的螺旋槽31啮合并能沿螺旋槽31滑动的弧形齿21，多条弧形齿21沿盘体1的径向方向依次排列，该弧形齿21可以看作是在与调距盘3的螺旋槽31配合的另一螺旋槽31上沿径向方向截取的一部分，该弧形齿21与螺旋槽31的配合类似于螺纹配合，通过转动调距盘3驱动激光器2在限位槽41内沿端盖4的径向移动，具体是，当调距盘3旋转时，与调距盘3通过螺旋槽31配合的激光器2因受到限位槽41的限位而无法转动，因此只能在限位槽41内沿端盖4的径向方向移动，从而实现沿盘体1的径向方向移动激光器2。

本实施例将调距盘3和激光器2设置为通过螺旋槽31配合，并采用限位槽41限制激光器2转动，从而将调距盘3的回转运动转化为螺旋槽31的直线运动，结构简单，操作方便。

本实施例的在线激光除锈清洗装置，安装时，先将调距盘3装入安装槽13内，然后安装端盖4，之后再将激光器2安装在各限位槽41内。其中端盖4既作为激光器2的安装座，又对调距盘3起到限位作用，防止调距盘3从安装槽13内掉出。

如图1所示，进一步，盘体1、调距盘3和端盖4同轴设置，多个限位槽41沿端盖4的圆周方向等间隔排列，也就是多个激光器2沿端盖4的圆周方向等间隔排列。

进一步，螺旋槽31为等距螺旋槽。

更进一步，激光器2上相邻两条弧形齿之间的间距，与等距螺旋槽的相邻两条螺旋槽之间的间距相等，也就是该弧形齿21可以看作是在与调距盘3的等距螺旋槽配合的另一等距螺旋槽上沿径向方向截取的一部分。

进一步，在线激光除锈清洗装置还包括用于驱动调距盘3转动的驱动装置。

更进一步，驱动装置为涡轮蜗杆机构，将调距盘3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调距盘3转动，比如采用端面齿轮(比如内六角端面齿轮)驱动，具体是，在调距盘3的背向螺旋槽31的端面(图1中的右端面)上设置端面齿，端面齿的各个齿沿调距盘3的径向方向延伸，在盘体1的背向安装端面的另一端面上开口，开口与安装槽连通，将端面齿轮嵌入该开口内，并将端面齿轮与调距盘3端面上的端面齿配合，当转动端面齿轮时，调距盘3也会随之转动。

在第二个实施例中，盘体1的外侧壁上设有多个支脚，多个支脚分别对应多个激光器2，每个支脚包括第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板连接形成L形结构，第一连接板与盘体1的外侧壁连接，第二连接板面向对应的激光器2；

每个激光器2与对应的第二连接板之间通过一顶丝连接，顶丝沿盘体1的径向方向设置，顶丝的一端与激光器2固定连接，顶丝的另一端与对应的第二连接板螺纹连接，通过旋转顶丝使激光器2沿盘体1的径向移动，从而实现沿盘体1的径向方向移动激光器2。

本实施例中，多个激光器2也安装在盘体1的安装端面12上，或者说多个激光器2贴靠盘体1的安装端面12，以通过盘体1的安装端面12对激光器2起到水平方向的一定支撑作用，而顶丝则在竖直方向上对激光器2起到支撑作用。

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发射的激光束无法完全覆盖(包围或包络)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5，钢管100放置在辊子5上，通过转动辊子5驱动钢管100移动。辊子5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5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：

盘体，所述盘体内沿轴向设有供移动的钢管穿过的穿孔，所述盘体具有一安装端面；

多个激光器，能沿所述盘体的径向移动地安装在所述安装端面上，多个所述激光器沿所述盘体的圆周方向间隔排列，各所述激光器的激光发射端朝向所述钢管，并能向所述钢管的外壁上发射用于除锈的激光束，所述激光器通过沿所述盘体的径向移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，所述安装端面上设有环形的安装槽，所述在线激光除锈清洗装置还包括：

调距盘，呈环形，能转动地设于所述安装槽内，所述调距盘的端面上设有沿所述调距盘的圆周方向呈螺旋状延伸的螺旋槽；

端盖，呈环形，盖在所述安装槽的槽口处，并与所述盘体固定连接，所述端盖上设有多个沿所述端盖的圆周方向间隔排列的限位槽，所述限位槽沿所述端盖的轴向贯穿所述端盖，并与所述安装槽连通，所述限位槽沿所述端盖的径向由所述端盖的内环面贯穿至其外环面，多个所述激光器分别沿所述端盖的径向插设于多个所述限位槽内，各所述激光器的面向所述调距盘的侧面上设有多条与所述调距盘的螺旋槽啮合并能沿所述螺旋槽滑动的弧形齿，通过转动所述调距盘驱动所述激光器在所述限位槽内沿所述端盖的径向移动。

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，所述盘体、所述调距盘和所述端盖同轴设置，多个所述限位槽沿所述端盖的圆周方向等间隔排列。

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，所述螺旋槽为等距螺旋槽。

5.如权利要求4所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述激光器上相邻两条弧形齿之间的间距，与所述等距螺旋槽的相邻两条螺旋槽之间的间距相等。

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，所述在线激光除锈清洗装置还包括用于驱动所述调距盘转动的驱动装置。

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，所述驱动装置为涡轮蜗杆机构。

8.如权利要求1所述的在线激光除锈清洗装置，其特征在于，所述盘体的外侧壁上设有多个支脚，多个所述支脚分别对应多个所述激光器，每个支脚包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板连接形成L形结构，所述第一连接板与所述盘体的外侧壁连接，所述第二连接板面向对应的所述激光器；

每个所述激光器与对应的所述第二连接板之间通过一顶丝连接，所述顶丝沿所述盘体的径向方向设置，所述顶丝的一端与所述激光器固定连接，所述顶丝的另一端与对应的所述第二连接板螺纹连接，通过旋转所述顶丝使所述激光器沿所述盘体的径向移动。

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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