CN112916514B - 一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法 - Google Patents

一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用液芯光纤的激光除垢装置，支撑机构(1)、光纤管收缩机构(2)、液芯填充机构(3)、转向机构(4)、对焦清洗机构(5)，其特征在于：所述支撑机构(1)包括轨道支架(1.2)，所述光纤管收缩机构的卷轴(2.2)一端与液压马达(2.1)相连，另一端与卷筒(2.3)连接；所述的液芯填充机构(3)包括液芯输送系统(3.1)，液体通过液体贯穿件(3.2)、输入管道(3.3)进入柔性光纤管(4.1)内的液囊中；所述的转向机构(4)为柔性光纤管(4.1)；所述的对焦清洗机构(5)包括激光发生器(5.1)，激光发生器(5.1)激光经柔性光纤管(4.1)后，能够到达预定的除垢位置。本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，柔性光纤管不使用时可以通过液压马达带动卷筒卷起来，因此，占用体积小，方便进入现场工作，故障率低、可靠高。

Description

一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法
技术领域
本发明涉及激光清洗领域，特别是涉及一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法。
背景技术
激光清洗相对于与其他的清洗方式有着洁净度高、精准可控、无污染、只需供电、且操作简单等优点。用一般的光纤在传导能量的过程中会不可避免的损失部分能量，同时液芯光纤的内部为可以自由流动的液体，外层是柔性塑料软管，当液芯光纤被弯曲时，其外层软管发生弯曲，内部液体产生流动，使液芯光纤有良好的可挠性。传统的光纤束内部为硬质的玻璃或石英材料制成的光纤单丝，当光纤束弯曲的比较厉害或是频繁弯曲的情况下，这些光纤丝很可能会被折断，会产生坏点、暗斑，导致光传输效率下降，甚至整根光纤束的损坏。
而现有技术中，目前存在以下问题：高辐射空间清洗作业时要求封闭作业，因此激光清洗装置必须整体进入现场，同时清洗现场的空间有限，现有激光清洗装置整体非常大，一方面无法直接进入现场施工，即使进入现场施工空间有限也不方便开展工作。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法。本发明实现了装置体积小，清洗效果好且可靠性高。
本发明的技术方案是提供一种采用液芯光纤的激光除垢装置，支撑机构、光纤管收缩机构、液芯填充机构、转向机构、对焦清洗机构，其特征在于：
所述支撑机构包括轨道支架，液压马达安装在轨道支架上，同时液压马达能够在轨道支架上移动；
所述光纤管收缩机构包括液压马达、卷轴、卷筒；
卷轴一端与液压马达相连，另一端与卷筒连接；
所述的液芯填充机构包括液芯输送系统、液体贯穿件、输入管道；液芯输送系统位于密闭空间的外侧，与液体贯穿件相接，嵌入在密闭空间的墙体并与液体输送系统相连，液体通过液体贯穿件、输入管道进入柔性光纤管内的液囊中；
所述的转向机构为柔性光纤管；光纤管的中的每个液路都有与之对应的一个液压泵相通，液路与液囊相连接，液囊布置在光纤外壁上；光纤管周围的环形复合支撑板起到支撑保持形状的作用；
所述的对焦清洗机构包括激光发生器，激光发生器激光经柔性光纤管后，能够到达预定的除垢位置。
进一步地，保护罩是套在整个激光除垢装置上，激光除垢装置工作时，通过密封空间内的机械手将保护套取下，激光除垢装置不工作时，机械手再将保护罩是套在整个激光除垢装置上，起到保护作用。
进一步地，轨道支架终点在柔性光纤管充满液体时长度的中间处，轨道支架终点也是液压马达能够移动的最远位置处，卷筒与柔性光纤管粘接。
进一步地，密封圈采用环柱状的橡胶圈，用于墙体处密封，保证空间的密闭性。
进一步地，液压泵控制是否泵液压于液囊中，从而使得对应的液囊是膨胀还是收缩，多个液压泵协同工作，可使得光纤管的某侧液囊处于干瘪状态，而对立一侧液囊充满液体，从而实现向某一侧转向。
进一步地，对焦清洗机构包括激光贯穿件、光纤管、扩束镜、场镜；
激光发生器置于密闭容器的外边，与墙体上的激光贯穿件相接，光纤管一端接在激光发生器，光纤管的另一端接了扩束镜、振镜、场镜，激光经过扩束镜、振镜、场镜后，照射在清洁部位，完成清洁过程。
本发明还提供了一种采用液芯光纤的激光除垢方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、清洗机构展开调试，摘取装置上的保护套，通过液压驱动液压马达使得收卷的光纤管展开。
步骤2、清洗机构液体的填充；启动液体输送系统，将液体送入光纤管的液囊；
步骤3、清洗机构的角度调节；根据光纤管位置的需要，不同位置的液囊泵送不同量的液体，从而使得光纤能够到达预定的除垢位置；
步骤4、开始清洗；开启激光发生器，激光穿过激光贯穿件，在充满液芯的柔性光纤管内传播，并在预定的除垢位置完成除垢；
步骤5、清洗机构收合，通过液体输送系统收回所有的液体，此时光纤管会瘪下去，位于光纤管中间处的卷筒，通过液压马达的驱动回收起来。
进一步地，步骤1中，操作人员位于观察窗前，通过操作密闭空间中的机械手，摘取装置上的保护套，启动液体传输系统中的液压泵，通过液压驱动液压马达，液压马达旋转，带动卷轴卷筒旋转运动，使得收卷的光纤管展开。
进一步地，步骤2中，启动液体输送系统，其中有液压泵驱动液体进入柔性光纤管内，从而形成液芯光纤，另外还有若干液压泵驱动通过位于光纤管内壁和光纤管外壁之间的液路，然后使液体进入液囊，每个液囊都连着一条液路，每条液路都连着对应的液压泵，同时液囊环绕这分布在光纤管的外壁，通过控制系统控制每个液压泵泵入液囊的液体量。
进一步地，在步骤4中，当激光传至扩束镜处，经过扩束镜放大激光光束，激光继续经振镜、场镜传输，并在清洗部位聚焦，执行清洗任务，直到清洗完毕。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，内部不包含电子元器件，适应于高辐射的做工环境。
2、本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，柔性光纤管不使用时可以通过液压马达带动卷筒卷起来，因此，占用体积小，方便进入现场工作，故障率低、可靠高。
3、本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，采用液芯光纤，相比一般的光纤传播，有着优良的传输性能、机械性能和高可靠性。同时液芯光纤可加工成大芯径并且不存在端面填充率，受光面2.10％，因此，耦合效率高于一般光纤传光。
4、本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，柔性光纤管外壁上有多个液囊，因此转向灵活，自由度高，通过控制系统可以转向任一个角落。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
图1是本发明的机构布置示意图；
图2是本发明的机构布置示意图；
图3是本发明光纤管的截面剖视图；
图4是本发明光纤管两端的局部图；
图5是本发明光纤管与卷筒的位置图；
图6是发明的支撑机构图；
图7是光纤管收缩机构图；
图8是液芯填充机构图；
图9转向机构图；
图10对焦清洗机构图。
其中：1-支撑机构：1.1-密封圈；1.2-轨道支架；1.3-保护罩；2-光纤管收缩机构：2.1-液压马达；2.2-卷轴；2.3-卷筒；3-液芯填充机构：3.1-液体输送系统；3.2-液体贯穿件；3.3-输入管道；4-转向机构：3.1-液体输送系统；4.1-柔性光纤管；4.1.1-光纤内壁；4.1.2-液路；4.1.3-光纤外壁；4.1.4-液囊；4.1.5-复合支撑板；4.2-观察窗；5-对焦清洗机构：4.1-柔性光纤管；5.1-激光发生器；5.2-激光贯穿件；5.3-扩束镜；5.4-振镜；5.5-场镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的描述。应当理解，本实施例仅用来说明本发明，但不用来限制本发明范围。
如图1所示，该实施例提供了一种采用液芯光纤的激光除垢装置，该装置包括：支撑机构1、光纤管收缩机构2、液芯填充机构3、转向机构4、对焦清洗机构5。
参照图6，所述支撑机构1包括轨道支架1.2，轨道支架1.2一端固定于墙体，轨道支架1.2另一端悬空，液压马达2.1安装在轨道支架1.2上，同时液压马达2.1可在轨道支架1.2上移动；
保护罩1.3是套在整个激光除垢装置上，激光除垢装置工作时，通过密封空间内的机械手将保护套取下，激光除垢装置不工作时，机械手再将保护罩1.3是套在整个激光除垢装置上，起到保护作用；
参照图5和图7，所述光纤管收缩机构2包括液压马达2.1、卷轴2.2、卷筒2.3；
液压马达2.1由轨道支架1.2支撑，起到输出动力的作用，卷轴2.2一端与液压马达2.1相连，另一端与卷筒2.3连接，卷筒2.3的长度高于未注入液芯时扁平的柔性光纤管4.1的宽度；
轨道支架1.2终点在柔性光纤管4.1充满液体时长度的中间处，轨道支架1.2终点也是液压马达2.1能够移动的最远位置处，卷筒2.3与柔性光纤管4.1粘接；
参照图3、图4，图8，所述的液芯填充机构3包括液芯输送系统3.1、液体贯穿件3.2、输入管道3.3；
液芯输送系统位于密闭空间的外侧，与液体贯穿件3.2相接，液体贯穿件3.2为一个圆柱形孔件，嵌入在墙体并与液体输送系统3.1相连，液体可通过液体贯穿件3.2、输入管道3.3进入柔性光纤管4.1内，并输入到光纤管内壁4.1.1与外壁4.1.3之间的液囊4.1.4中；液体输送系统3.1中含有若干个液压泵，密封圈1.1采用环柱状的橡胶圈，用于墙体处密封，保证空间的密闭性；
参照图9，所述的转向机构4为柔性光纤管4.1；
光纤管4.1的中的每个液路4.1.2都有与之对应的一个液压泵相通，液路4.1.2与液囊4.1.4相连接，液囊4.1.4布置在光纤外壁4.1.3上；光纤管周围的环形复合支撑板4.1.5起到支撑、保持形状的作用。
进一步液压泵控制是否泵液压于液囊4.1.4中，从而使得对应的液囊4.1.4是膨胀还是收缩，多个液压泵协同工作，可使得光纤管4.1的某侧液囊4.1.4处于干瘪状态，而对立一侧液囊4.1.4充满液体，从而实现向某一侧转向；
参照图10，所述的对焦清洗机构5包括激光发生器5.1、激光贯穿件5.2、光纤管4.1、扩束镜5.3,振镜5.4、场镜5.5；
激光发生器5.1置于密闭容器的外边，与墙体上的激光贯穿件5.2相接，光纤管4.1一端接在激光发生器5.1，光纤管4.1的另一端接了扩束镜5.3、振镜5.4、场镜5.5，激光经过扩束镜5.3、振镜5.4、场镜5.5后，照射在清洁部位，完成清洁过程。
该实施例还提供了一种采用液芯光纤的激光除垢方法，包括以下步骤：
步骤1、清洗机构展开调试，摘取装置上的保护套1.3，通过液压驱动液压马达2.1使得收卷的光纤管4.1展开。
如图1、图2，操作人员位于观察窗4.2前，通过操作密闭空间中的机械手，摘取装置上的保护套1.3，启动液体传输系统3.1中的液压泵，通过液压驱动液压马达2.1，液压马达2.1旋转，带动卷轴2.2卷筒2.3旋转运动，使得收卷的光纤管4.1展开。
步骤2、清洗机构液体的填充；启动液体输送系统3.1，将液体送入光纤管的液囊4.1.4；
启动液体输送系统3.1，不同的液压泵驱使液体有两个流向，其中有液压泵驱动液体进入柔性光纤管4.1内，从而形成液芯光纤，另外还有若干液压泵驱动通过位于光纤管内壁4.1.1和光纤管外壁4.1.3之间的液路4.1.2，然后使液体进入液囊4.1.4，每个液囊4.1.4都连着一条液路4.1.2，每条液路4.1.2都连着对应的液压泵，同时液囊4.1.4环绕这分布在光纤管的外壁4.1.3，通过控制系统控制每个液压泵泵入液囊4.1.4的液体的多少。
步骤3、清洗机构的角度调节；根据光纤管位置的需要，不同位置的液囊4.1.4泵送不同量的液体，从而使得光纤能够到达预定的除垢位置。
液体输送系统3.1中的液压泵将液体经过输入管道3.3、液路4.1.2进入对应的液囊4.1.4，若每个液囊4.1.4都泵满液体，则柔性光纤管4.1会笔直的指向前方。光纤管周围的环形复合支撑板4.1.5起到支撑、保持形状的作用。进一步，此时，操作者透过观察窗4.2若想清洗左侧地方，在操作台给操作系统一个指令，操作系统控制着液压泵，左侧相应的液囊4.1.4会将液体按液路倒回至液体输送系统3.1，这时，左侧的液囊4.1.4不如右侧的液囊4.1.4饱满，柔性光纤管4.1会转向左侧，同时，倒回的液体越多，想左倾斜的角度越大，偏向其他方向及幅度亦如此。
步骤4、开始清洗；开启激光发生器5.1，激光穿过激光贯穿件5.2，在充满液芯的柔性光纤管4.1内传播，并在预定的除垢位置完成除垢。
当激光传至扩束镜5.3处，经过扩束镜5.3放大激光光束，提高聚焦效果，是激光能量分散均匀。激光继续经振镜5.4、场镜5.5传输，并在清洗部位聚焦，执行清洗任务，直到清洗完毕。
步骤5、清洗机构收合，通过液体输送系统3.1收回所有的液体，此时光纤管4.1会瘪下去，位于光纤管4.1中间处的卷筒2.3，通过液压马达2.1的驱动回收起来。
因柔性光纤管4.1左端是固定在墙体上的，所以液压马达2.1在回收的过程中会沿着轨道支架1.2滑动，直到收起。这是操作者透过观察窗4.2控制机械手将保护罩1.3装回去，保护激光清洗装置。
以上对本发明所提供的一种抗辐射柔性激光清洗装置进行了详细的介绍，但应理解的是，这些描述仅仅用具体的个例对原理以及实施方式进行阐述，并非用来限制本发明专利的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明专利保护范围和精神下针对发明专利所做的各种变性，改革及等效方案。

Claims (10)

1.一种采用液芯光纤的激光除垢装置，支撑机构(1)、光纤管收缩机构(2)、液芯填充机构(3)、转向机构(4)、对焦清洗机构(5)，其特征在于：
所述支撑机构(1)包括轨道支架(1.2)，液压马达(2.1)安装在轨道支架(1.2)上，同时液压马达(2.1)能够在轨道支架(1.2)上移动；
所述光纤管收缩机构(2)包括液压马达(2.1)、卷轴(2.2)、卷筒(2.3)；卷轴(2.2)一端与液压马达(2.1)相连，另一端与卷筒(2.3)连接；
所述的液芯填充机构(3)包括液体输送系统(3.1)、液体贯穿件(3.2)、输入管道(3.3)；液体输送系统位于密闭空间的外侧，与液体贯穿件(3.2)相接，嵌入在密闭空间的墙体并与液体输送系统(3.1)相连，液体通过液体贯穿件(3.2)、输入管道(3.3)进入柔性光纤管(4.1)内的液囊中；
所述的转向机构(4)为柔性光纤管(4.1)；柔性光纤管(4.1)中的每个液路(4.1.2)都有与之对应的一个液压泵相通，液路(4.1.2)与液囊(4.1.4)相连接，液囊(4.1.4)布置在光纤外壁(4.1.3)上；光纤管周围的环形复合支撑板(4.1.5)起到支撑保持形状的作用；
所述的对焦清洗机构(5)包括激光发生器(5.1)，激光发生器(5.1)激光经柔性光纤管(4.1)后，能够到达预定的除垢位置。
2.根据权利要求1所述的采用液芯光纤的激光除垢装置，其特征在于：
保护罩(1.3)是套在整个激光除垢装置上，激光除垢装置工作时，通过密封空间内的机械手将保护套取下，激光除垢装置不工作时，机械手再将保护罩(1.3)是套在整个激光除垢装置上，起到保护作用。
3.根据权利要求1所述的采用液芯光纤的激光除垢装置，其特征在于：
轨道支架(1.2)终点在柔性光纤管(4.1)充满液体时长度的中间处，轨道支架(1.2)终点也是液压马达(2.1)能够移动的最远位置处，卷筒(2.3)与柔性光纤管(4.1)粘接。
4.根据权利要求1所述的采用液芯光纤的激光除垢装置，其特征在于：
密封圈(1.1)采用环柱状的橡胶圈，用于墙体处密封，保证空间的密闭性。
5.根据权利要求1所述的采用液芯光纤的激光除垢装置，其特征在于：
液压泵控制是否泵液压于液囊(4.1.4)中，从而使得对应的液囊(4.1.4)是膨胀还是收缩，多个液压泵协同工作，可使得光纤管(4.1)的某侧液囊(4.1.4)处于干瘪状态，而对立一侧液囊(4.1.4)充满液体，从而实现向某一侧转向。
6.根据权利要求1所述的采用液芯光纤的激光除垢装置，其特征在于：
对焦清洗机构(5)包括激光贯穿件(5.2)、柔性光纤管(4.1)、扩束镜(5.3),振镜(5.4)、场镜(5.5)；
激光发生器(5.1)置于密闭容器的外边，与墙体上的激光贯穿件(5.2)相接，柔性光纤管(4.1)一端接在激光发生器(5.1)，柔性光纤管(4.1)的另一端接了扩束镜(5.3)、振镜(5.4)、场镜(5.5)，激光经过扩束镜(5.3)、振镜(5.4)、场镜(5.5)后，照射在清洁部位，完成清洁过程。
7.一种采用液芯光纤的激光除垢方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、清洗机构展开调试，摘取装置上的保护罩(1.3)，通过液压驱动液压马达(2.1)使得收卷的柔性光纤管(4.1)展开；
步骤2、清洗机构液体的填充；启动液体输送系统(3.1)，将液体送入光纤管的液囊(4.1.4)；
步骤3、清洗机构的角度调节；根据光纤管位置的需要，不同位置的液囊(4.1.4)泵送不同量的液体，从而使得光纤能够到达预定的除垢位置；
步骤4、开始清洗；开启激光发生器(5.1)，激光穿过激光贯穿件(5.2)，在充满液芯的柔性光纤管(4.1)内传播，并在预定的除垢位置完成除垢；
步骤5、清洗机构收合，通过液体输送系统(3.1)收回所有的液体，此时柔性光纤管(4.1)会瘪下去，位于柔性光纤管(4.1)中间处的卷筒(2.3)，通过液压马达(2.1)的驱动回收起来。
8.根据权利要求7所述的采用液芯光纤的激光除垢方法，其特征在于：步骤1中，操作人员位于观察窗(4.2)前，通过操作密闭空间中的机械手，摘取装置上的保护套(1.3)，启动液体传输系统(3.1) 中的液压泵，通过液压驱动液压马达(2.1)，液压马达(2.1)旋转，带动卷轴(2.2)卷筒(2.3)旋转运动，使得收卷的光纤管(4.1)展开。
9.根据权利要求7所述的采用液芯光纤的激光除垢方法，其特征在于：
步骤2中，启动液体输送系统(3.1)，其中有液压泵驱动液体进入柔性光纤管(4.1)内，从而形成液芯光纤，另外还有若干液压泵驱动通过位于光纤内壁(4.1.1)和光纤外壁(4.1.3)之间的液路(4.1.2)，然后使液体进入液囊(4.1.4)，每个液囊(4.1.4)都连着一条液路(4.1.2)，每条液路(4.1.2)都连着对应的液压泵，同时液囊(4.1.4)环绕这分布在光纤外壁(4.1.3)，通过控制系统控制每个液压泵泵入液囊(4.1.4)的液体量。
10.根据权利要求7所述的采用液芯光纤的激光除垢方法，其特征在于：步骤4中，当激光传至扩束镜(5.3)处，经过扩束镜(5.3)放大激光光束，激光继续经振镜(5.4)、场镜(5.5)传输，并在清洗部位聚焦，执行清洗任务，直到清洗完毕。
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