CN216095366U - 一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，采用三维调光关节箱，可以三维调整激光束位置，及时纠正激光束跑偏，利用多个三维调光关节组成蛇链式导光传输，实现复杂管道激光清洗，整机的稳定性与灵活性都很好，空间尺度很大。它以电缆作为柔性连接件将三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头、光纤激光头箱及计算机控制中心串联为整体，三维调光关节内设置X‑Y‑Z三轴振镜片与上下直角反射镜用以调节光路，一维直角调光关节内设置直角反射振镜用以变换光路，激光输出旋转头内部步进电机空心轴加长段末端设置旋转镜箱，各关节箱底板下方有四轴伸缩腿轮。激光发射头发射激光，通过各个关节调整，将激光束传递至旋转头，从而实现对管道壁的清洗。

Description

一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置

一、技术领域：

属于清洁工业技术领域，尤其涉及一种高效激光清洗管道内壁的装置。

二、背景技术：

激光清洗技术是利用高能的激光束照射工件外表面，使表面的锈斑和污物发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净的工艺过程。激光清洗技术具有绿色、清洗效果佳、使用范围广等优点，与传统的机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法不同，它不需要任何破坏臭氧层的有机溶剂，无污染、无噪声，对人体和环境无害，是一种绿色清洗技术，将来有望局部或完全代替传统清洗方法成为21世纪最具开展潜力的绿色清洗技术。

管道承担着运输气体、液体和废物的重任，在现代工业生产中有着不可或缺的地位，在使用过程中，管道内壁附着有锈斑、污物等物质，传统的管道内壁清洗方法仍然存在着许多问题。例如，一般的利用光纤传输能量的激光清洗装置，需要很长的光纤，现场施工难度大，而用普通反光镜导光传输的激光清洗装置，激光束极容易跑偏，不稳定，不易调整，不适合现场施工。

本发明涉及一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，采用三维激光束调节关节箱，可以三维调整激光束位置，及时纠正激光束跑偏，利用多个三维调光关节组成蛇链式导光传输，实现复杂管道的激光清洗，稳定性与灵活性都很好，空间尺度很大，克服了传统清洗方式的缺点。

三、发明内容：

本发明涉及一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，主要包括三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头、光纤激光头箱等。

一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，采用三维光束调节关节箱，可以三维调整激光束位置，及时纠正激光束跑偏，利用多个三维调光关节组成蛇链式导光传输，实现复杂管道激光清洗，整机的稳定性与灵活性都很好，空间尺度很大，它以电缆作为柔性连接件将三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头、光纤激光头箱及计算机控制中心串联为统一的整体。三维调光关节箱体两侧装有聚焦准直镜，内部设置X-Y-Z三轴振镜片与上下直角反射镜用以调节光路。一维直角调光关节箱体左侧与后侧分别设置聚焦准直镜及光点位置传感器，内部设置直角反射振镜用以变换光路。激光输出旋转头箱体左侧设置聚焦准直镜和光点位置传感器，内部步进电机空心轴加长段末端设置旋转镜箱。光纤激光头箱的光纤将激光信号传递至激光发射头，右侧设置聚焦准直镜。各关节箱底板下方均有四个四轴伸缩腿轮，工作中只需操作计算机输入指令信号，蛇链式管道激光清洗装置便会到达指定的工作位置，各关节会自动调节光路，使激光输出旋转头发射激光束对管道内壁进行清洗。

内容一、预置三维调光关节

设置三维调光关节箱体，它包括箱体本体、聚焦准直镜、X-Y-Z三轴的伺服电机及振镜片、上下直角反射镜，在箱体底板下方安装四个四轴伸缩腿轮，四轴伸缩腿轮由步进电机驱动，用来移动调光关节箱体。利用激光清洗管道内壁，通常用光纤光缆传输激光，传输距离有限，稍长一些光纤光缆，就不易拖带安装，而直接用激光束传输，容易偏离，不易稳定对中。三维调光关节通过X-Y-Z三轴振镜与上下直角反射镜调节输出激光束的三个自由度，解决激光束在管道内的长距离的可控传输，实现远距离管道的激光清洗。

内容二、预置一维直角调光关节

设置一维直角调光关节的箱体，它由箱体本体、箱体壁上的聚焦准直镜、光点位置传感器及箱体内部的伺服电机、直角反射振镜组成，在一维直角调光关节箱体底板下方设置四个四轴伸缩腿轮以适应复杂的管道内壁路面状况，四轴伸缩腿轮由步进电机驱动。当遇到两管道呈90度布局时，一维直角调光关节便可调节激光束的角度，使其顺利通过。

内容三、设置激光输出旋转头

设置激光输出旋转头箱体，它由箱体本体、箱体壁上的聚焦准直镜和光点位置传感器、箱体内部的空心轴步进电机及空心轴加长段末端的旋转镜箱组成，在箱体底板下方固连有四个四轴伸缩腿轮以适应复杂的管内路况，四轴伸缩腿轮由步进电机驱动。箱体内部的空心轴步进电机轴匀速旋转带动旋转镜箱，激光束由旋转镜箱调整光路并由旋转镜箱壁上的可变焦聚焦镜调整激光点位，使激光束射向清洗点，从而完成清洗工作。

内容四、设置光纤激光头箱

设置光纤激光头箱的箱体，它由箱体本体、箱体壁上的聚焦准直镜以及箱体内部的光纤激光输出头组成，在箱体底板下方固连有四个四轴伸缩腿轮以适应复杂的管内壁路面状况，四轴伸缩腿轮由步进电机驱动。当计算机控制中心发出指令时，光纤激光器通过光纤将信号传递至光纤激光输出头，激光输出头接受到信号后，便可发出激光束。

本发明的核心内容：

1.一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，它以电缆作为柔性连接件将三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头、光纤激光头箱和计算机控制中心串联为统一的整体，三维调光关节部分包括：箱体、聚焦准直镜、X-Y-Z三轴振镜片、振镜伺服电机、上下直角反射镜和四轴伸缩腿轮，其中：聚焦准直镜设置于箱体两侧，箱体内的振镜片与振镜伺服电机固定于固定杆上或箱体内壁上，上下直角反射镜由上下支撑杆支撑，四轴伸缩腿轮固连于箱体底板下方。一维直角调光关节包括：箱体、聚焦准直镜、光点位置传感器、直角反射振镜、伺服电机、四轴伸缩腿轮，其中：聚焦准直镜与光点位置传感器安装在箱体壁上，直角反射振镜安装在伺服电机的输出轴上，伺服电机由支撑杆支撑，四轴伸缩腿轮固连于箱体底板下方。激光输出旋转头包括：箱体、聚焦准直镜、光点位置传感器、空心轴步进电机、带座双列球轴承、直角反射镜、可变焦聚焦镜、旋转镜箱、四轴伸缩腿轮，其中：聚焦准直镜与光点位置传感器安装在箱体壁上，箱体另一侧以法兰固定双列球轴承，空心轴步进电机由箱体内部的支撑杆支撑，空心轴加长段穿过轴承内圈，其末端设置旋转镜箱，旋转镜箱的内部装有直角反射镜，其箱壁上设置有可变焦聚焦镜。

2.在工作过程中，计算机发出清洗的指令信号，三维光关节蛇链式管道激光清洗装置收到信号后通过信号电缆传递给各个关节的步进电机驱动四轴伸缩腿轮，清洗装置就会按照指令信号所指的路径行驶至管道的深处，当蛇链式管道激光清洗装置到达工作位置后，工作人员按下激光清洗启动按钮，光纤激光器接收到此信号后立即通过传输光纤与电缆将激光信号传输至光纤激光头箱，箱体内部的光纤激光输出头发射的激光通过箱体右侧的聚焦准直镜射向三维调光关节V箱体外壁上的聚焦准直镜，通过箱体内的X轴、Y轴、Z轴振镜片及上下直角反射镜的多次反射与调整，激光束由准直聚焦镜射出，激光束以相同的方式通过三维调光关节IV、III、II，在遇到管道呈90度布局时，清洗装置会串联有一维直角调光关节，由三维调光关节II射出的激光束通过聚焦准直镜射入一维直角调光关节的箱体，并在箱体壁上设置有聚焦准直镜和光点位置传感器，用以确保激光束垂直射入，激光束通过直角反射振镜的反射再由光点位置传感器和聚焦准直镜垂直射出，由一维调光关节射出的激光束再次经由三维调光关节I的调整，输出激光束通过聚焦准直镜并在光点位置传感器的调整下准确射入激光输出旋转头内，在空心轴步进电机的带动下，旋转镜箱匀速转动，激光束由旋转镜箱内的直角反射镜反射，通过可变焦聚焦镜射出清洗管道内壁的激光束。三维光关节蛇链式管道激光清洗装置可将各个关节打乱重组，用以适应各种复杂的管道布局。

四、附图说明：

附图为本专利的结构图：图1是本专利三维光关节蛇链式管道激光清洗装置整体结构图，图2是本专利三维调光关节结构图，图3是一维直角调光关节结构图，图4是激光输出旋转头结构图，图5是光纤激光头箱结构图，其中分别为：1.激光清洗点，2.激光输出旋转头，3. 三维调光关节I，4.一维直角调光关节，5.三维调光关节II，6.三维调光关节III，7.计算机控制中心，8.光纤激光器，9.传输光纤与电缆，10.三维调光关节IV，11.三维调光关节V， 12.光纤激光头箱，13.电缆，14.三维调光关节入射激光束，15.聚焦准直镜一，16.箱体一，17.X轴振镜片，18.X轴振镜伺服电机，19.X轴振镜伺服电机轴，20.Y轴振镜片，21.上固定杆，22.上直角反射镜，23.聚焦准直镜二，24.三维调光关节输出激光束，25.Y轴振镜伺服电机，26.下直角反射镜，27.下固定杆，28.Y轴振镜伺服电机支撑杆，29.箱底板一，30.三维调光关节的右后四轴伸缩腿轮，31.三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮，32.电动伸缩杆的伸出杆，33.连接法兰，34.脚轮拧动电机，35.脚轮轴支架，36.磁性脚轮，37.脚轮电机，38. 电动伸缩杆的筒体，39.固定支脚一，40.水平步进电机轴，41.水平步进电机，42.固定支脚二，43.垂直步进电机轴，44.垂直步进电机，45.三维调光关节的左前四轴伸缩腿轮，46.三维调光关节的左后四轴伸缩腿轮，47.Z轴振镜伺服电机支撑杆，48.Z轴振镜伺服电机，49.Z 轴振镜片，50.一维直角调光关节入射激光束，51.聚焦准直镜三，52.光点位置传感器一， 53.箱体二，54.光点位置传感器二，55.聚焦准直镜四，56.一维直角调光关节输出激光束， 57.直角反射振镜，58.直角反射振镜伺服电机，59.直角反射振镜伺服电机支撑杆，60.箱底板二，61.一维直角调光关节的四轴伸缩腿轮，62.激光输出旋转头入射激光束，63.聚焦准直镜五，64.光点位置传感器三，65.空心轴步进电机，66.步进电机空心轴，67.箱体三，68. 带座双列球轴承的法兰座，69.带座双列球轴承，70.步进电机空心轴的加长段，71.旋转镜箱， 72.可变焦聚焦镜，73.激光输出旋转头输出激光束，74.直角反射镜，75.空心轴步进电机支撑杆，76.箱底板三，77.激光输出旋转头的四轴伸缩腿轮，78.传输光纤，79.箱体四，80. 光纤激光输出头，81.聚焦准直镜六，82.光纤激光输出激光束。

五、具体实施方式：

一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，本发明的具体实施方式为：

设置三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头和光纤激光头箱四个主要部分组成整体结构。三维调光关节的箱体一16左右两侧分别设置有聚焦准直镜一15和聚焦准直镜二23，箱体一16内部X轴振镜片17与用螺钉固定在箱体内壁的X轴振镜伺服电机18的 X轴振镜伺服电机轴19粘接，Y轴振镜片20与Y轴振镜伺服电机25的电机轴粘接，Y轴振镜伺服电机25用螺钉固定在Y轴振镜伺服电机支撑杆28上，Z轴振镜片49与Z轴振镜伺服电机48的电机轴粘接，Z轴振镜伺服电机48固定在与箱底板一29焊接的Z轴振镜伺服电机支撑杆47上，在箱体一16内部另设置有上直角反射镜22、下直角反射镜26，二者分别与上固定杆21、下固定杆27粘接。在箱底板一29下方设置三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮 31、右后四轴伸缩腿轮30、左前四轴伸缩腿轮45、左后四轴伸缩腿轮46，它们具有相同的结构，以三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮31为例，垂直步进电机44以螺钉固定于箱底板一29下方，垂直步进电机44的电机轴通过固定支脚二42与水平步进电机41连接，水平步进电机41的水平步进电机轴40通过固定支脚一39与三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮31 的电动伸缩杆的筒体38固连，电动伸缩杆的伸出杆32通过连接法兰33与脚轮拧动电机34 连接，在脚轮拧动电机34的电机轴末端用脚轮轴支架35连接有磁性脚轮36，并为磁性脚轮 36装载了脚轮电机37。一维直角调光关节的箱体二53的左侧设置有聚焦准直镜三51和光点位置传感器一52，箱体二53内部的箱底板二60上焊接的直角反射振镜伺服电机支撑杆59 的末端安装有直角反射振镜伺服电机58，直角反射振镜伺服电机58的输出轴上粘接有直角反射振镜57，箱体二53后侧的箱体壁上设置了光点位置传感器二54及聚焦准直镜四55，箱底板二60下方设置四个一维直角调光关节的四轴伸缩腿轮61。激光输出旋转头的箱体三67 左侧设置有聚焦准直镜五63和光点位置传感器三64，焊接于箱体三67内部的空心轴步进电机支撑杆75的末端以螺钉固定有空心轴步进电机65，步进电机空心轴66穿过箱体三67右侧板上以带座双列球轴承的法兰座68固定的带座双列球轴承69的内圈，并且在步进电机空心轴的加长段70的末端安装旋转镜箱71，旋转镜箱71的内部装有直角反射镜74，旋转镜箱 71的箱壁上设置有可变焦聚焦镜72，在箱体三67的箱底板三76的下方设置有四个激光输出旋转头的四轴伸缩腿轮77。光纤激光头箱的箱体四79左侧具有传输光纤78，传输光纤78的末端连接光纤激光输出头80，光纤激光输出头80以螺钉固定在焊接于箱体四79内部的竖杆上，箱体四79的右侧设置有聚焦准直镜六81，箱体四79下方设置四个光纤激光头箱的四轴伸缩腿轮。

工作过程：在工作过程中，工作人员只需操作计算机控制中心7的计算机，通过输入相应的指令信号，三维光关节蛇链式管道激光清洗装置收到信号后通过信号电缆传递给各个关节的步进电机驱动四轴伸缩腿轮，清洗装置就会按照指令信号所指的路径行驶至管道的深处，当三维光关节蛇链式管道激光清洗装置到达工作位置后，工作人员按下激光清洗启动按钮，光纤激光器8接收到此信号后立即通过传输光纤与电缆9将发射激光的信号传输至光纤激光头箱12，箱体四79内部的光纤激光输出头80发射的激光束82通过箱体四79右侧的聚焦准直镜六81射向三维调光关节V11箱体一16外壁左侧的聚焦准直镜一15，通过箱体一16内的X轴振镜片17、Y轴振镜片20、Z轴振镜片49、上直角反射镜22与下直角反射镜26的多次反射与调整，三维调光关节输出激光束24由准直聚焦镜二23射出，激光束以相同的方式通过三维调光关节IV10、三维调光关节III6、三维调光关节II5，在遇到管道呈90度弯折处，三维光关节蛇链式管道激光清洗装置会串联有一维直角调光关节4，由三维光调光关节II5射出的激光束通过聚焦准直镜三51射入一维直角调光关节的箱体二53，并在箱体内壁设置由光点位置传感器一52，用以确保激光束垂直射入，激光束通过直角反射振镜57的反射再由光点位置传感器二54和聚焦准直镜四55垂直射出，由一维调光关节射出的激光束再次经由三维调光关节I3的调整，通过聚焦准直镜五63并在光点位置传感器三64的调整下准确射入激光输出旋转头2内，在空心轴步进电机65的带动下，旋转镜箱71匀速转动，激光束由旋转镜箱71内的直角反射镜74反射，通过可变焦聚焦镜72射出清洗管道内壁的激光输出旋转头输出激光束73。三维光关节蛇链式管道激光清洗装置可将各个关节打乱重组，用以适应各种复杂的管道布局。

Claims (1)

1.一种三维光关节蛇链式管道激光清洗装置，其特征为：以电缆作为各个关节的柔性连接件，将各个光关节与计算机控制中心串联为统一整体，以适应管道的复杂布局，设置三维调光关节、一维直角调光关节、激光输出旋转头和光纤激光头箱四个主要部分组成整体结构；三维调光关节的箱体一左右两侧分别设置有聚焦准直镜一和聚焦准直镜二，箱体一内部X轴振镜片与用螺钉固定在箱体内壁的X轴振镜伺服电机的X轴振镜伺服电机轴粘接，Y轴振镜片与Y轴振镜伺服电机的电机轴粘接，Y轴振镜伺服电机用螺钉固定在Y轴振镜伺服电机支撑杆上，Z轴振镜片与Z轴振镜伺服电机的电机轴粘接，Z轴振镜伺服电机固定在与箱底板一焊接的Z轴振镜伺服电机支撑杆上，在箱体一内部另设置有上直角反射镜、下直角反射镜，二者分别与上固定杆、下固定杆粘接；在箱底板一下方设置三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮、右后四轴伸缩腿轮、左前四轴伸缩腿轮、左后四轴伸缩腿轮，它们具有相同的结构，以三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮为例，垂直步进电机以螺钉固定于箱底板一下方，垂直步进电机的电机轴通过固定支脚二与水平步进电机连接，水平步进电机的水平步进电机轴通过固定支脚一与三维调光关节的右前四轴伸缩腿轮的电动伸缩杆的筒体固连，电动伸缩杆的伸出杆通过连接法兰与脚轮拧动电机连接，在脚轮拧动电机的电机轴末端用脚轮轴支架连接有磁性脚轮，并为磁性脚轮装载了脚轮电机；一维直角调光关节的箱体二的左侧设置有聚焦准直镜三和光点位置传感器一，箱体二内部的箱底板二上焊接的直角反射振镜伺服电机支撑杆的末端安装有直角反射振镜伺服电机，直角反射振镜伺服电机的输出轴上粘接有直角反射振镜，箱体二后侧的箱体壁上设置了光点位置传感器二及聚焦准直镜四，箱底板二下方设置四个一维直角调光关节的四轴伸缩腿轮；激光输出旋转头的箱体三左侧设置有聚焦准直镜五和光点位置传感器三，焊接于箱体三内部的空心轴步进电机支撑杆的末端以螺钉固定有空心轴步进电机，步进电机空心轴穿过箱体三右侧板上以带座双列球轴承的法兰座固定的带座双列球轴承的内圈，并且在步进电机空心轴的加长段的末端安装旋转镜箱，旋转镜箱的内部装有直角反射镜，旋转镜箱的箱壁上设置有可变焦聚焦镜，在箱体三的箱底板三的下方设置有四个激光输出旋转头的四轴伸缩腿轮；光纤激光头箱的箱体四左侧具有传输光纤，传输光纤的末端连接光纤激光输出头，光纤激光输出头以螺钉固定在焊接于箱体四内部的竖杆上，箱体四的右侧设置有聚焦准直镜六，箱体四下方设置四个光纤激光头箱的四轴伸缩腿轮。

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