CN211930098U - 一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，包括激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统、控制器、测距模块、供电单元，所述激光器为光纤连续激光器，发射激光为高斯光束。利用本发明的装置使用本发明的特殊巧妙的清除方法，实现了远距离清除缠绕在输电线路上的透明塑料异物；具体根据透明塑料异物的距离调整聚焦系统，通过(操作手柄)手动控制精密云台，使激光聚焦在透明塑料异物与输电导线的接触点上，并横向切割，由点变成线，沿接触线切割，利用输电导线表面吸收激光能量后温度升高使与之接触的透明塑料异物达到熔点和燃点，从而清除掉透明塑料，且不会对铝导线产生损害。

Description

一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，涉及一种激光清除输电线路缠绕异物的设备，尤其涉及一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置。

背景技术

随着激光技术的发展进步，出现了使用激光来清除输电线路上缠绕透明塑料异物的激光除异物装置。尤其用于钢芯铝绞线输电线路上，钢芯铝绞线是由铝线和钢线绞合而成的，适用于架空输电线路用，它内部是钢“芯”，外部是用铝线通过绞合方式缠绕在钢芯周围；钢芯主要起增加强度的作用，铝绞线主要起传送电能的作用，透明塑料异物缠绕在铝绞线表面，需要清除。激光清除透明塑料时，由于透明塑料对激光的透光率高，吸光率低，吸收的激光能量少，导致激光清除输电线路上的透明塑料异物的问题难以解决。

专利201821975673.9《一种输电线路异物激光清除仪》主要对激光除异物设备的瞄准器、激光发射器、和箱体进行了描述，设备结构较为简单，但仍然是以激光能量来熔化透明塑料异物，难以清除干净；专利 201821332682.6《输电线路异物激光清除设备》在前述专利的基础上通过使用测距仪测量电网异物距离，减小了设备通过瞄准镜瞄准异物的距离误差，只是提高了瞄准精度；专利201910417632.0《一种电网激光异物清除装置》则是前述两个专利的基础上增加了GPS定位、图像监测、安全管控等功能。但这些专利均是希望通过提高技术指标瞄准精度来提高清除输电线路异物的能力，却没有从原理方式方法上思考如何清除对激光吸收率极低的透明塑料，由于吸收的激光能量少因而很难熔化清除，因此必需提出一种新的操作方式方法以及配套的装置从根源上解决这一问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺点，提供一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，以一种特殊的操作清除方式，远距离清除缠绕在输电线路上的透明塑料异物。

本发明的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，包括激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统、控制器、测距模块和供电单元，

所述激光器发出激光用于沿透明塑料异物和输电导线的接触线作为切割线，清除透明塑料异物；

所述精密云台用于固定装载CCD变焦瞄准、远程变焦聚焦系统，便于瞄准透明塑料异物，精密云台为可拆卸式三脚架及球星云台；

所述精密云台控制系统用于控制精密云台的转向，与精密云台可拆卸式固定连接；

所述CCD变焦瞄准系统包括瞄准器为CCD相机和显示屏，用于瞄准异物，采集的图像在显示屏上进行显示；

所述远程变焦聚焦系统用于激光焦距的自动调节，使光斑最小，能量最大；

所述控制器控制激光器的出光以及显示激光器状态和激光功率的设置，并在屏幕上显示；

所述测距模块单独使用，与远程变焦聚焦系统通讯连接，用于测量整机设备到异物之间的距离后反馈到远程变焦聚焦系统；

所述供电单元用于给激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统和控制器供电；

所述激光器、精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统均与控制器电连接，所述激光器发射的激光经光纤传导到出光头，激光器通过出光头与CCD变焦瞄准系统光路连接，激光会通过变焦瞄准系统；所述激光器通过出光头与远程变焦聚焦系统光路连接，激光会通过远程变焦聚焦系统，所述精密云台控制系统与控制器电连接和通讯连接；

激光器发射出激光，激光通过CCD变焦瞄准系统锁定透明塑料异物，远程变焦聚焦系统根据透明塑料异物距离自动变焦调整光斑大小；精密云台支撑CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统，通过控制器控制精密云台的转动方向，实现对透明塑料异物的动态切割。

透明塑料异物缠绕在输电线路上，需要切割一条线才能将透明塑料清除下来，转动云台，激光辐射在透明塑料上由一个点变成一条线，使异物清除，转动云台即实现对异物的动态切割。

具体地，所述激光器为光纤连续激光器，发射0-300W波长为1070nm的连续激光，发射激光为高斯光束。

优选地，所述控制器还包括指纹识别、灯光指示和蜂鸣警示安全管理模块，用于指纹识别、灯光指示和蜂鸣警示。

优选地，所述远程变焦聚焦系统通过测距模块，采集目标距离信息，手动调节聚焦系统的焦距，使激光聚焦到异物的光斑达到最小，功率密度达到最大。

优选地，所述测距模块为激光测距模块，不集成于设备中，手持测量，并将测量结果反馈到远程变焦聚焦系统。

进一步地，所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置还包括平板电脑，所述电脑里面集成了用户的操作界面，可以直接在电脑上设置激光出光命令，以及功率大小、出光时间等参数。

优选地，所述光纤连续激光器，内附可见的红色指示光。

清除透明塑料异物的激光本身为不可见光，为了更好地观察光路，在激光器内部原有光路上附上肉眼可见的红色指示光。

一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置清除输电线路透明塑料异物的方法，包括如下步骤：

S1.安装架设好本发明的装置，供电单元供电；

S2.控制器控制激光器开关打开，发射0-300W波长为1070nm的连续激光，初步对准需要清除的输电线路透明塑料异物；

S3.用测距模块测量透明塑料异物目标的距离信息，并将测量结果反馈到远程变焦聚焦系统；

所述测量结果反馈方式有两种，第一种是手动反馈，根据不同的距离，调节变焦聚焦系统；另一种是不需要测距模块，可直接通讯反馈到变焦聚焦系统；

S4.根据不同的距离选择不同的激光功率，手动调节聚焦系统的焦距，使激光聚焦到透明塑料异物的光斑达到最小，功率密度达到最大；

根据不同的距离选择不同的激光功率的原则是：距离远的时候，激光聚焦光斑会变大，能量会分散，清除异物的能力会下降，因此此时需要提高激光功率才能清除异物，所以说距离远，提高激光功率；距离近，可减小激光功率。

S5.用CCD变焦瞄准系统对透明塑料异物进行瞄准，精密云台用于将激光调整到透明塑料异物和输电导线相交的输电导线处，进行精准切割。

进一步地，所述步骤S3中用测距模块手持测量透明塑料异物目标的距离信息，并将测量结果手动反馈到远程变焦聚焦系统。

进一步地，所述步骤S5中精密云台将激光调整到透明塑料异物和输电导线的接触线作为激光清除透明塑料的切割线。

本发明的激光清除输电线路透明塑料异物的装置及清除输电线路透明塑料异物的方法有如下优点：

激光清除透明塑料时，由于透明塑料对激光的透光率高，吸光率低，吸收的激光能量少，通常激光难以清除输电线路上的透明塑料异物，利用本发明的装置使用本发明的特殊巧妙的清除方法，实现了远距离清除缠绕在输电线路上的透明塑料异物；

具体根据透明塑料异物的距离调整聚焦系统，通过(操作手柄)手动控制精密云台，使激光聚焦在透明塑料异物与输电导线的接触点上，并横向切割，由点变成线，沿接触线切割，利用输电导线表面吸收激光能量后温度升高使与之接触的透明塑料异物达到熔点和燃点，从而清除掉透明塑料，且不会对铝导线产生损害。

附图说明

图1为本发明装置结构模块示意图；

图2为本发明装置结构示意图；

图3为本发明装置的激光清除透明塑料异物切割线示意图，图中箭头所指虚线A即为接触线；

图4为悬挂式透明塑料异物清除靶；

图5为扫描结束瞬间。

其中，1-激光器、精密云台控制系统、控制器及供电单元，2-电连接、通讯连接的电缆以及连接激光器的出光头的光纤，3-CCD变焦瞄准、远程变焦聚焦系统，4-精密云台。

A-为虚线是透明塑料异物缠绕在输电导线上的接触线,B-为虚线是靠近虚线A的非接触线。

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实施例，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他实施例，多属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，包括激光发射系统、激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统、控制器、测距模块、供电单元，

所述激光器发出激光用于沿透明塑料异物和输电导线的接触线作为切割线，清除透明塑料异物；发射0W-300W波长为1070nm的连续激光，内附可见的红色指示光；

所述精密云台用于固定装载CCD变焦瞄准、远程变焦聚焦系统，便于瞄准透明塑料异物，精密云台为可拆卸式三脚架及球星云台；还负责将激光调整到异物表面，进行精准切割；

所述精密云台控制系统用于控制精密云台的转向，与精密云台可拆卸式固定连接；

所述CCD变焦瞄准系统包括瞄准器为CCD相机和显示屏，用于瞄准异物，采集的图像在显示屏上进行显示；包括望远式瞄准镜，具有放大作用以看清远处的目标，其光学结构为开普勒式望远系统加上转像系统；

所述远程变焦聚焦系统用于激光焦距的自动调节，使光斑最小，能量最大；是系统的核心单元，它通过激光测距模块，采集目标距离信息，来手动调节聚焦系统的焦距；

所述控制器控制激光器的出光以及显示激光器状态和激光功率的设置，并在屏幕上显示；

所述测距模块单独使用，与远程变焦聚焦系统通讯连接，用于测量整机设备到异物之间的距离后反馈到远程变焦聚焦系统；

所述供电单元用于给激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统、控制器供电；

所述激光器、精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统均与控制器电连接，所述激光器发射的激光经光纤传导到出光头，激光器通过出光头与CCD变焦瞄准系统光路连接，激光会通过变焦瞄准系统；所述激光器通过出光头与远程变焦聚焦系统光路连接，激光会通过远程变焦聚焦系统，所述精密云台控制系统与控制器电连接和通讯连接；

激光器发射出激光，激光通过CCD变焦瞄准系统锁定透明塑料异物，远程变焦聚焦系统根据透明塑料异物距离自动变焦调整光斑大小，本实施例中远程变焦聚焦系统的工作波长为1070nm和激光器的波长相匹配，光斑大小和聚焦距离相匹配；精密云台支撑CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统，通过控制器控制精密云台的转动方向，实现对透明塑料异物的动态切割，光斑沿切割方向移动即对透明塑料异物进行了动态切割。

透明塑料异物缠绕在输电线路上，需要切割一条线才能将透明塑料清除下来，转动云台，激光辐射在透明塑料上由一个点变成一条线，使异物清除，转动云台即实现对异物的运动切割。

具体地，所述激光器为光纤连续激光器，发射0-300W波长为1070nm的连续激光，发射激光为高斯光束。

工作原理如下：激光发射系统控制光纤连续激光器发射出功率为300W 的激光，激光通过瞄准系统锁定透明塑料异物，可变焦聚焦系统根据异物距离自动变焦调整光斑大小。高精度云台支撑瞄准系统和变焦聚焦系统，通过控制器控制云台的转动方向，实现对透明塑料异物的运动切割，高能激光束辐射在透明塑料异物表面，使异物表面达到熔点或者燃点而被清除。

实施例2：

与实施例1相比不同之处在于：所述控制器还包括指纹识别、灯光指示、蜂鸣警示安全管理模块，用于指纹识别、灯光指示、蜂鸣警示。

所述远程变焦聚焦系统通过测距模块，采集目标距离信息，手动调节聚焦系统的焦距，使激光聚焦到异物的光斑达到最小，功率密度达到最大。

所述测距模块为激光测距模块，不集成于设备中，手持测量，并将测量结果反馈到远程变焦聚焦系统。

所述光纤连续激光器，内附可见的红色指示光。

清除透明塑料异物的激光本身为不可见光，为了更好地观察光路，在激光器内部原有光路上附上肉眼可见的红色指示光。

所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置还包括平板电脑，所述电脑里面集成了用户的操作界面，可以直接在电脑上设置激光出光命令，以及功率大小、出光时间等参数。

其余内容与实施例1相同。

工作原理如下：如图3所示为本发明装置的激光清除透明塑料异物切割线示意图，透明塑料异物缠绕在输电导线上，虚线A为透明塑料异物缠绕在输电导线上的接触线，虚线B为靠近虚线A的非接触线。在实际清除过程中，针对透明塑料异物，如果激光以虚线B作为切割线来扫描清除透明塑料，由于塑料自身对激光的高透光性，会发现透明塑料很难被激光清除。本发明提出的方式为：操作本发明的装置时，将透明塑料异物和输电导线的接触线A 作为激光清除透明塑料的切割线，利用输电导线接受激光能量后温度上升，该温度辅助激光将透明塑料异物熔化，从而达到清除透明塑料的目的。

实施例3：

使用实施例1或实施例2的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置清除输电线路透明塑料异物的方法，包括如下步骤：

S1.安装架设好本发明的装置，供电单元供电；

S2.控制器控制激光器开关打开，发射0-300W波长为1070nm的连续激光，初步对准需要清除的输电线路透明塑料异物；

S3.用测距模块测量透明塑料异物目标的距离信息，并将测量结果反馈到远程变焦聚焦系统；

本实施例用测距模块手持测量透明塑料异物目标的距离信息，并将测量结果手动反馈到远程变焦聚焦系统。

另一个实施例中是不需要测距模块，可直接通讯反馈到变焦聚焦系统；

S4.根据不同的距离选择不同的激光功率，手动调节聚焦系统的焦距，使激光聚焦到透明塑料异物的光斑达到最小，功率密度达到最大；

根据不同的距离选择不同的激光功率的原则是：距离远的时候，激光聚焦光斑会变大，能量会分散，清除异物的能力会下降，因此此时需要提高激光功率才能清除异物，所以说距离远，提高激光功率；距离近，可减小激光功率。

S5.用CCD变焦瞄准系统对透明塑料异物进行瞄准，精密云台用于将激光调整到透明塑料异物和输电导线相交的输电导线上，进行精准切割；

本实施例精密云台将激光调整到透明塑料异物和输电导线的接触线即图3中的虚线A作为激光清除透明塑料的切割线。

为了进一步直观证明本发明提出的激光清除输电线路透明塑料异物的装置及方法的实际效果，特设计了验证实验，采用悬挂式透明塑料异物清除靶的实验方案进行模拟验证。图4为悬挂式透明塑料异物清除靶，金属板为铝板，铝板材料与输电线路导线相同，在铝板材料上悬挂透明塑料异物，具有可代替性。

将激光清除输电线路透明塑料异物的装置与厚度为4丝的低压PE塑料 (聚乙烯塑料)即透明塑料异物的距离保持在5m，当采用图4中悬挂式透明塑料异物清除靶时，选用100W激光，光斑半径为5mm，分别以3cm/s、2cm/s、 1cm/s的速度扫描低压PE塑料，激光束直接与PE塑料下段接触，不接触铝板材料与塑料的交界处，图像可以看出，效果并不明显。说明激光直接辐射透明塑料异物本身并不能很好的清除异物。

而当使用100W激光器3cm/s的速度辐射透明塑料异物与铝板材料的交界处时，激光辐射透明塑料异物与铝板材料接触点的瞬间就产生肉眼可见火光，在激光扫描的过程中，PE塑料沿着和铝板材料的接触方向熔化，并产生燃烧现象，直到激光将PE塑料沿着铝板材料切下，扫描结束瞬间如图5所示。观察切割完成后铝板材料上残留PE塑料的形貌，发现铝板材料边缘的PE材料被完全熔化。

此实验直观地给出了本发明的方法清除输电线路透明塑料异物的意想不到的显著效果。正是输电线路导线材料(铝板材料)边缘受到激光辐射产生了温升，使和输电线路导线材料边缘接触到的PE材料除了受到激光辐射外，还受到输电线路导线材料温升的直接作用，由于PE塑料的熔点很低(最低100℃左右)，因此和输电线路导线材料的接触位置极易熔化。

Claims (7)

1.一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于包括激光发射系统、激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统、控制器、测距模块和供电单元，

所述激光发射系统控制激光器发出激光用于沿透明塑料异物和输电导线的接触线作为切割线，清除透明塑料异物；

所述精密云台用于固定装载CCD变焦瞄准、远程变焦聚焦系统，便于瞄准透明塑料异物，精密云台为可拆卸式三脚架及球星云台；

所述精密云台控制系统用于控制精密云台的转向，与精密云台可拆卸式固定连接；

所述CCD变焦瞄准系统包括瞄准器为CCD相机和显示屏，用于瞄准异物，采集的图像在显示屏上进行显示；

所述远程变焦聚焦系统用于激光焦距的自动调节，使光斑最小，能量最大；

所述控制器控制激光器的出光以及显示激光器状态和激光功率的设置，并在屏幕上显示；

所述测距模块单独使用，与远程变焦聚焦系统通讯连接，用于测量整机设备到异物之间的距离后反馈到远程变焦聚焦系统；

所述供电单元用于给激光发射系统、激光器、精密云台及精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统、远程变焦聚焦系统和控制器供电；

所述激光器、精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统均与控制器电连接，所述激光器、精密云台控制系统、CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统均与控制器电连接，所述激光器发射的激光经光纤传导到出光头，激光器通过出光头与CCD变焦瞄准系统光路连接，激光会通过变焦瞄准系统；所述激光器通过出光头与远程变焦聚焦系统光路连接，激光会通过远程变焦聚焦系统，所述精密云台控制系统与控制器电连接和通讯连接；

激光器发射出激光，激光通过CCD变焦瞄准系统锁定透明塑料异物，远程变焦聚焦系统根据透明塑料异物距离自动变焦调整光斑大小；精密云台支撑CCD变焦瞄准系统和远程变焦聚焦系统，通过控制器控制精密云台的转动方向，实现对透明塑料异物的动态切割。

2.根据权利要求1所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，所述激光器为光纤连续激光器，发射0-300W波长为1070nm的连续激光，发射激光为高斯光束。

3.根据权利要求1所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，所述控制器还包括指纹识别、灯光指示和蜂鸣警示安全管理模块，用于指纹识别、灯光指示和蜂鸣警示。

4.根据权利要求1所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，所述远程变焦聚焦系统通过测距模块，采集目标距离信息，手动调节聚焦系统的焦距，使激光聚焦到异物的光斑达到最小，功率密度达到最大。

5.根据权利要求4所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，所述测距模块为激光测距模块，不集成于设备中，手持测量，并将测量结果反馈到远程变焦聚焦系统。

6.根据权利要求1所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，还包括平板电脑，所述电脑里面集成了用户的操作界面，在电脑上设置激光出光命令，以及功率大小和出光时间参数。

7.根据权利要求2所述的一种激光清除输电线路透明塑料异物的装置，其特征在于，所述光纤连续激光器，内附可见的红色指示光。

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