KR102458861B1 - Underwater laser cleaning apparatus - Google Patents

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신재성
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    • B08B15/02—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area using chambers or hoods covering the area

Abstract

본 발명의 한 실시예는 수중에서 클리닝 대상체의 표면에 레이저 빔을 조사하여 레이저 클리닝 작업이 가능한 수중 레이저 클리닝장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치는 내부 관로를 형성하며, 집속된 레이저 빔을 수중의 클리닝 대상체에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부, 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되는 광 케이블 하우징, 몸체부의 타측에 연결되어 집속된 레이저 빔을 클리닝 대상체에 조사하는 조사부, 그리고 조사부의 일측에 구비되어 조사부와 클리닝 대상체의 사이에서 형성되는 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에서 조사부와 클리닝 대상체 사이의 레이저 빔 통로를 형성하는 공동 형성부를 포함한다.One embodiment of the present invention is to provide an underwater laser cleaning apparatus capable of performing a laser cleaning operation by irradiating a laser beam on a surface of an object to be cleaned in water. The underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention forms an inner pipe, and includes a body including a focusing portion for irradiating a focused laser beam to an underwater cleaning object, and an optical cable connected to one side of the body is provided inside an optical cable housing which becomes a housing, an irradiation unit connected to the other side of the body and irradiating a focused laser beam to the object to be cleaned, and a cavity forming gas provided at one side of the irradiation unit and injected into the irradiation path of the laser beam formed between the irradiation unit and the object to be cleaned and a cavity forming part for guiding the flow of the laser beam to form a laser beam path between the irradiation part and the object to be cleaned in water.

Description

수중 레이저 클리닝장치{UNDERWATER LASER CLEANING APPARATUS}Underwater laser cleaning device {UNDERWATER LASER CLEANING APPARATUS}

본 발명은 수중 레이저 클리닝장치에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater laser cleaning device.

기존의 레이저 클리닝 장치는 일반적으로 고출력 펄스 레이저 빔을 집속하여 재료의 표면 물질을 플라즈마 형태로 변화한 뒤 흡입, 제거하는 레이저 어블레이션(laser ablation) 방식을 통해 표면 클리닝을 수행한다. 최근에는 고품질의 연속 발진 레이저 빔을 GW/cm2 나 서브 GW/cm2의 출력밀도로 집속하여 순간적으로 표면을 승화시킨 뒤 제거하는 표면 클리닝 방식도 제안되었다. 이 방식들을 사용하면 금속체 표면의 녹이나 페인트를 고속 클리닝이 가능하며, 금속체 이외의 여러 가지 재질을 대상체 표면의 오염 제거에도 활용할 수 있다.Conventional laser cleaning apparatuses generally perform surface cleaning through a laser ablation method in which a high-power pulsed laser beam is focused, a surface material of a material is changed into a plasma form, and then sucked and removed. Recently, a surface cleaning method has been proposed in which a high-quality continuous oscillation laser beam is focused at a power density of GW/cm 2 or sub-GW/cm 2 to instantly sublimate the surface and then remove it. By using these methods, high-speed cleaning of rust or paint on the surface of a metal body is possible, and various materials other than the metal body can be used to remove contamination from the surface of an object.

이러한 방식들은 모두 공기 중에서만 작업이 가능하다. 때에 따라서는 해양 구조물, 바다 위 선박 같은 것에 대한 표면 클리닝이 필요한 경우도 있는데 이러할 때는 수중에서의 작업이 필요한 경우가 있다. 또한 원자력 시설 제염에도 작업자의 피폭을 방지하기 위해 수중 작업이 필요한 경우가 있다. 따라서 수중에서 표면을 클리닝할 수 있는 기술이 요구된다.All of these methods work only in air. In some cases, it is necessary to clean the surface of offshore structures and ships on the sea. In addition, decontamination of nuclear facilities sometimes requires underwater work to prevent exposure of workers. Therefore, a technology capable of cleaning the surface in water is required.

관련 선행문헌으로 일본등록특허 4,398,774는 "관형 부재의 클리닝 방법 및 클리닝 장치"을 개시한다.As a related prior art, Japanese Patent No. 4,398,774 discloses "a method for cleaning a tubular member and a cleaning apparatus".

일본등록특허 4,398,774Japanese Patent 4,398,774

본 발명의 한 실시예는 수중에서 클리닝 대상체의 표면에 레이저 빔을 조사하여 레이저 클리닝 작업이 가능한 수중 레이저 클리닝장치를 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide an underwater laser cleaning apparatus capable of performing a laser cleaning operation by irradiating a laser beam on a surface of an object to be cleaned in water.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, the embodiment according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.

본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치는 내부 관로를 형성하며, 집속된 레이저 빔을 수중의 클리닝 대상체에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부, 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되는 광 케이블 하우징, 몸체부의 타측에 연결되어 집속된 레이저 빔을 클리닝 대상체에 조사하는 조사부, 그리고 조사부의 일측에 구비되어 조사부와 클리닝 대상체의 사이에서 형성되는 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에서 조사부와 클리닝 대상체 사이의 레이저 빔 통로를 형성하는 공동 형성부를 포함한다.The underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention forms an inner pipe, and includes a body including a focusing portion for irradiating a focused laser beam to an underwater cleaning object, and an optical cable connected to one side of the body is provided inside an optical cable housing which becomes a housing, an irradiation unit connected to the other side of the body and irradiating a focused laser beam to the object to be cleaned, and a cavity forming gas provided at one side of the irradiation unit and injected into the irradiation path of the laser beam formed between the irradiation unit and the object to be cleaned and a cavity forming part for guiding the flow of the laser beam to form a laser beam path between the irradiation part and the object to be cleaned in water.

본 발명의 한 실시예는 수중에서 레이저 클리닝 작업이 가능하며, 해양 구조물 클리닝과 수면 아래의 선박 표면 클리닝 작업 및 원자력 시설 제염 수중 작업을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention is capable of laser cleaning work underwater, and has the effect of easily implementing offshore structure cleaning, surface cleaning of ships below the water surface, and underwater decontamination of nuclear facilities.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치를 이용하여 수중에 위치된 클리닝 대상체의 표면을 레이저 클리닝하는 상태를 도시한 도면이다.1 is a view showing an underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of laser cleaning the surface of a cleaning object located in water using an underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known known technology, a detailed description thereof will be omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

이하에서는 도면들을 참조하여 수중 레이저 클리닝장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an underwater laser cleaning apparatus will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치를 이용하여 수중에 위치된 클리닝 대상체의 표면을 레이저 클리닝하는 상태를 도시한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치는 몸체부(100), 광 케이블 하우징(110), 조사부(120), 그리고 공동 형성부를 포함하며, 수중에서 클리닝 대상체(200)의 표면에 레이저 빔을 조사하여 레이저 클리닝 작업을 용이하게 구현할 수 있다.1 is a view showing an underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a state of laser cleaning the surface of the cleaning object located in the water using the underwater laser cleaning apparatus according to the embodiment of the present invention is a diagram showing 1 and 2, the underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a body portion 100, an optical cable housing 110, an irradiation unit 120, and a cavity forming unit, and the object to be cleaned in water By irradiating a laser beam on the surface of the 200, it is possible to easily implement a laser cleaning operation.

몸체부(100)는 내부에 중공형의 관로를 형성하며, 집속된 레이저 빔을 수중의 클리닝 대상체(200)에 조사하는 집속부를 포함한다. 몸체부(100)는 광 케이블 하우징(110)과 조사부(120)를 연결하는 기능을 한다. 몸체부(100)는 분리 결합 구조로 형성될 수 있으며, 각각의 연결부는 수중 작업이 가능하도록 수밀구조로 결합될 수 있다. 몸체부(100)와 광 케이블 하우징(110), 그리고 조사부(120)가 연결되는 형태는 굴절된 형상을 가질 수 있다. 필요에 따라 몸체부(100)와 광 케이블 하우징(110), 그리고 조사부(120)가 연결되는 형태는 직선형으로 형성될 수도 있다. 조사부(120)는 몸체부(100)의 타측에 연결되어 집속된 레이저 빔을 클리닝 대상체(200)에 조사하는 기능을 한다. 조사부(120)는 몸체부(100)와 일체로 형성될 수 있다. The body part 100 forms a hollow pipe therein, and includes a focusing part for irradiating a focused laser beam to the cleaning object 200 in the water. The body part 100 functions to connect the optical cable housing 110 and the irradiation part 120 . The body part 100 may be formed in a separate coupling structure, and each connection part may be coupled in a watertight structure to enable underwater work. A shape in which the body part 100, the optical cable housing 110, and the irradiation part 120 are connected may have a refracted shape. If necessary, the shape in which the body part 100, the optical cable housing 110, and the irradiation part 120 are connected may be formed in a straight line. The irradiator 120 is connected to the other side of the body 100 and functions to irradiate a focused laser beam to the cleaning object 200 . The irradiation part 120 may be formed integrally with the body part 100 .

집속부는 제1 집속부(8), 스캔부, 그리고 제2 집속부(11)를 포함할 수 있다. 제1 집속부(8)는 광 케이블(1)에서 방출되어 퍼지는 레이저 빔을 평행빔으로 시준하는 기능을 한다. 제1 집속부(8)는 홀더부(7)를 통해 지지될 수 있다. 제1 집속부(8)는 콜리메이션 렌즈를 포함할 수 있다. 콜리메이션 렌즈는 단일 렌즈 혹은 다중 렌즈로 활용될 수 있다. 콜리메이션 렌즈의 경우 구면 혹은 비구면 렌즈를 포함할 수 있으며, 레이저 빔 파장에 반사 방지(anti-reflection) 코팅이 되어 있을 수 있다. 또한 콜리메이션 렌즈는 고출력 레이저 빔의 흡수가 거의 없는 재질이어야 효율이 높다. 예를 들어 콜리메이션 렌즈는 1μm 파장의 레이저를 활용할 경우에는 용융 실리카(fused silica) 재질 또는 이와 유사한 재질로 형성할 수 있다. 스캔부는 제1 집속부(8)를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 미리 설정된 방향으로 전달하는 기능을 한다. 스캔부는 서로 간격을 두고 배치되는 Y축 스캔 갈바노 미러(9)와 X축 스캔 갈바노 미러(10)를 포함하여 2차원적으로 스캔할 수 있다. 제1 집속부(8)로 집속된 레이저 빔은 갈바노 미러 스캔과 제2 집속부(11)를 통해 2차원적으로 클리닝 대상체(200)의 표면을 클리닝할 수 있다. 스캔속도는 수~수십 m/s 정도가 될 수 있다. 스캔부의 Y축 스캔 갈바노 미러(9)와 X축 스캔 갈바노 미러(10)의 배치 구조를 통해 레이저 빔의 스캔 영역을 2차원 영역에서 보다 자유롭게 형성할 수 있다. 2차원 갈바노 스캔 구조는 필요에 의해 단일 축 스캔 갈바노 미러를 활용하여 1차원 갈바노 스캐너로 활용될 수도 있다. 제2 집속부(11)는 스캔부에 스캔된 레이저 빔을 클리닝 대상체(200) 표면에 집속할 수 있다. 제2 집속부(11)는 에프 세타(F-theta) 렌즈를 포함할 수 있다. 한편, 제2 집속부(11)와 공동 형성부 사이에서 조사부(120)에 구비되어 외부의 물(20)과 분진의 내부 유입을 방지하는 보호 윈도우(12)를 더 포함할 수 있다. 보호 윈도우(12)를 구비함으로써 수중 레이저 클리닝 장치 내의 광학소자 내로 물(20)과 분진의 유입을 방지할 수 있다.The focusing unit may include a first focusing unit 8 , a scanning unit, and a second focusing unit 11 . The first focusing part 8 functions to collimate the laser beam emitted and spread from the optical cable 1 as a parallel beam. The first focusing portion 8 may be supported through the holder portion 7 . The first focusing part 8 may include a collimation lens. A collimation lens can be used as a single lens or multiple lenses. The collimation lens may include a spherical or aspherical lens, and may have an anti-reflection coating applied to the laser beam wavelength. In addition, the collimation lens should be made of a material that hardly absorbs a high-power laser beam to have high efficiency. For example, the collimation lens may be formed of a fused silica material or a material similar thereto when a 1 μm wavelength laser is used. The scan unit functions to transmit the laser beam collimated as a parallel beam through the first focusing unit 8 and transmitted in a preset direction. The scan unit may include a Y-axis scan galvanometer mirror 9 and an X-axis scan galvanometer mirror 10 that are spaced apart from each other to perform a two-dimensional scan. The laser beam focused on the first focusing part 8 may two-dimensionally clean the surface of the cleaning object 200 through the galvanometer mirror scan and the second focusing part 11 . The scan speed may be several to several tens of m/s. Through the arrangement structure of the Y-axis scan galvanometer mirror 9 and the X-axis scan galvanometer mirror 10 of the scan unit, the scan area of the laser beam can be formed more freely in the two-dimensional area. The two-dimensional galvano scan structure may be utilized as a one-dimensional galvano scanner by utilizing a single-axis scan galvanometer mirror if necessary. The second focusing part 11 may focus the laser beam scanned by the scanning part on the surface of the object 200 to be cleaned. The second focusing part 11 may include an F-theta lens. Meanwhile, a protection window 12 provided in the irradiation unit 120 between the second focusing unit 11 and the cavity forming unit may further include a protection window 12 to prevent the inflow of external water 20 and dust into the interior. By providing the protection window 12, it is possible to prevent the inflow of water 20 and dust into the optical element in the underwater laser cleaning apparatus.

광 케이블 하우징(110)은 몸체부(100)의 일측에 연결되어 광 케이블(1)이 내측에 구비될 수 있다. 여기서, 광 케이블(1)은 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. 따라서, 별도의 한정된 설명이 없는 경우 광 케이블(1)은 광섬유 케이블로 표현될 수 있다. 광 케이블 하우징(110)은 광 케이블(1)이 유입되는 부분(2)에 수밀구조로 실링처리될 수 있다. 그리고 광 케이블 하우징(110)은 커버와 원통형의 본체를 포함할 수 있다. 커버에 광 케이블(1)이 삽입되는 구멍이 구비되며, 구멍에 실링부가 결합될 수 있다. 여기서, 실링부는 오링(O-ring)을 포함할 수 있다. 실링부는 몸체부(100), 광 케이블 하우징(110), 조사부(120)의 해당 연결부위에 구비되어 외부의 물(20)이 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 커버와 본체의 연결부(3)도 수밀구조로 실링처리될 수 있다. 한편, 광 케이블 하우징(110)의 내부에서 집속부의 초입부분에 구비되어 광 케이블(1)을 홀딩(holding)하는 광 케이블 홀더(6)를 포함할 수 있다. 광 케이블 홀더(6)에 고정된 광 케이블(1)을 통해 안정된 레이저 빔의 조사가 구현될 수 있다.The optical cable housing 110 is connected to one side of the body portion 100 so that the optical cable 1 may be provided inside. Here, the optical cable 1 may include an optical fiber cable. Accordingly, unless otherwise limited, the optical cable 1 may be expressed as an optical fiber cable. The optical cable housing 110 may be sealed in a watertight structure in the portion 2 into which the optical cable 1 is introduced. And the optical cable housing 110 may include a cover and a cylindrical body. A hole into which the optical cable 1 is inserted is provided in the cover, and a sealing part may be coupled to the hole. Here, the sealing part may include an O-ring. The sealing part may be provided at the corresponding connection parts of the body part 100 , the optical cable housing 110 , and the irradiation part 120 to prevent the external water 20 from flowing into the inside. For example, the connection part 3 of the cover and the body may also be sealed in a watertight structure. On the other hand, it may include an optical cable holder 6 which is provided at the entrance of the focusing part inside the optical cable housing 110 to hold the optical cable 1 . A stable laser beam irradiation can be implemented through the optical cable 1 fixed to the optical cable holder 6 .

광 케이블 하우징(110)에 구비되며, 냉각수 주입부(4)로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 광 케이블(1)을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다. 광 케이블 하우징(110)의 외부에서 일측에는 냉각수 주입부(4)가 구비되고, 타측에는 냉각수 배출부(5)가 구비될 수 있다. 냉각수 주입부(4)에는 냉각수 주입호스가 연결되고, 냉각수 배출부(5)에는 냉각수 배출호스가 연결될 수 있다. 레이저는 광 케이블(1)을 통해 집속부와 조사부(120)를 거쳐 클리닝 대상체(200)로 전송된다. 이때 광 케이블(1) 자체를 냉각하기 위해 냉각수 주입부(4)를 통해 냉각수가 주입되고, 광 케이블(1)을 냉각시킨 냉각수는 냉각수 배출부(5)를 통해 배출된다. 수중 작업을 위해 냉각수 주입호스와 냉각수 배출호스 그리고 광 케이블 하우징(110)의 결합부위가 실링될 수 있다.It is provided in the optical cable housing 110 and may further include a cooling unit for cooling the optical cable 1 by guiding the flow of the cooling water supplied to the cooling water injection unit 4 . A cooling water injection unit 4 may be provided on one side of the optical cable housing 110 , and a cooling water discharge unit 5 may be provided on the other side thereof. A cooling water injection hose may be connected to the cooling water injection unit 4 , and a cooling water discharge hose may be connected to the cooling water discharge unit 5 . The laser is transmitted to the cleaning object 200 through the focusing unit and the irradiating unit 120 through the optical cable 1 . At this time, cooling water is injected through the cooling water injection unit 4 to cool the optical cable 1 itself, and the cooling water that has cooled the optical cable 1 is discharged through the cooling water discharge unit 5 . The coupling portion of the cooling water injection hose, the cooling water discharge hose, and the optical cable housing 110 may be sealed for underwater work.

공동 형성부는 조사부(120)의 일측에 구비되어 조사부(120)와 클리닝 대상체(200)의 사이에서 형성되는 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에서 조사부(120)와 클리닝 대상체(200) 사이의 레이저 빔 통로를 공동(local-dry-zone)으로 형성할 수 있다.The cavity forming unit is provided on one side of the irradiation unit 120 to guide the flow of the cavity forming gas injected into the irradiation path of the laser beam formed between the irradiation unit 120 and the object to be cleaned 200. A laser beam path between the objects to be cleaned 200 may be formed as a local-dry-zone.

공동 형성부는 보디부(130), 그리고 공동 형성 가스 주입부(13, 14)를 포함할 수 있다. 보디부(130)는 조사부(120)에 일측이 연결되며, 타측이 넓게 확대되는 방향으로 경사지게 개구되어 클리닝 대상체(200)의 표면에 위치되며, 레이저 빔의 조사경로와 레이저 빔 주변으로 형성되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내할 수 있다. 보디부(130)는 경사진 원통형 구조로 형성될 수 있다. 공동 형성 가스 주입부(13, 14)는 보디부(130)의 측면에 구비되어 외부로부터 보디부(130)의 내부로 공동 형성 가스의 공급을 안내하는 기능을 한다. 공동 형성 가스 주입부(13, 14)는 복수로 구비될 수 있으며, 각각 공동 형성 가스가 주입되는 공급호스가 연결될 수 있다. 공동 형성 가스는 수중 클리닝 과정시 외부에 저장된 가스 저장부로부터 공급호스를 통해 공동 형성 가스 주입부(13, 14)로 계속 공급될 수 있다. 보디부(130)의 내측으로 공급된 공동 형성 가스는 보디부(130) 내측에서 공동 형성 가스의 흐름을 형성하며, 조사부(120)로부터 조사되는 레이저 빔을 안내할 수 있다. The cavity forming unit may include a body unit 130 and cavity forming gas injection units 13 and 14 . One side of the body unit 130 is connected to the irradiation unit 120 , and the other side is opened obliquely in a wide enlarged direction and is located on the surface of the cleaning object 200 , and a cavity formed around the irradiation path of the laser beam and the laser beam. A flow of forming gas may be directed. The body part 130 may be formed in an inclined cylindrical structure. The cavity forming gas injection units 13 and 14 are provided on the side surface of the body unit 130 to guide the supply of the cavity forming gas from the outside to the inside of the body unit 130 . A plurality of cavity forming gas injection units 13 and 14 may be provided, and a supply hose into which the cavity forming gas is injected may be connected to each other. The cavity forming gas may be continuously supplied to the cavity forming gas injection units 13 and 14 through a supply hose from an externally stored gas storage unit during the underwater cleaning process. The cavity forming gas supplied to the inside of the body unit 130 forms a flow of the cavity forming gas inside the body unit 130 , and may guide the laser beam irradiated from the irradiation unit 120 .

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수중 레이저 클리닝장치를 이용하여 수중에 위치된 클리닝 대상체(200)의 표면을 레이저 클리닝하는 과정을 설명한다.A process of laser cleaning the surface of the cleaning object 200 located in the water using the underwater laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

먼저, 수중에 위치된 클리닝 대상체(200)의 표면에 레이저 빔을 집광하여 클리닝 대상체(200)의 표면에 집광된 영역으로부터 이물질을 제거하는 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 방식을 이용할 경우 레이저는 수 나노초~수십 나노초를 가진 펄스형 레이저로 펄스 당 수십~수백 mJ를 가질 수 있다. 승화 제거 방식을 이용할 경우 레이저는 연속 발진 레이저일 수 있으며, 출력은 수백 W~수 kW 수준이 될 수 있음을 가정한다. 그리고 광 케이블(1)이 유입되는 부분에서 레이저 빔이 조사되는 부분을 포함하는 수중 레이저 클리닝 장치의 연결부분은 수중 클리닝 작업시 방수를 위해 모두 오링(O-ring)으로 실링된 상태를 가정한다.First, when using a laser ablation method in which a laser beam is focused on the surface of the cleaning object 200 located in water to remove foreign substances from the focused area on the surface of the cleaning object 200 , the laser emits several nanoseconds. It is a pulsed laser with ~ tens of nanoseconds and can have tens to hundreds of mJ per pulse. If the sublimation removal method is used, it is assumed that the laser may be a continuous oscillation laser and the output may be in the range of several hundred W to several kW. And, it is assumed that the connection part of the underwater laser cleaning device including the part where the laser beam is irradiated from the part where the optical cable 1 is introduced is sealed with an O-ring for waterproofing during the underwater cleaning operation.

레이저 빔은 광 케이블(1)에서 방출 후 일정 각도로 퍼질 수 있다. 이러한 레이저 빔은 제1 집속부(8)를 통해 평행빔으로 시준될 수 있다. 제1 집속부(8)를 통해 시준된 레이저 빔은 스캔부의 Y축 스캔 갈바노 미러(9)와 X축 스캔 갈바노 미러(10)를 거쳐 2차원적으로 스캔될 수 있다. 스캔된 레이저 빔은 제2 집속부(11)를 통해 집속될 수 있다. 즉, 스캔된 레이저 빔은 에프 세타(F-theta) 렌즈를 활용하여 최종적으로 클리닝 대상체(200)의 표면에 집속될 수 있다. 조사부(120)를 통해 클리닝 대상체(200)로 전달되는 레이저 빔을 이용하여 수중 클리닝 작업을 하기 위해서는 레이저 빔의 조사경로에 대해 공동이 형성되어야 한다. 이를 위해 조사부(120)의 일측에 결합되어 공동 형성 슈라우드 기능을 하는 보디부(130)의 개구된 부분을 클리닝 대상체(200)의 표면에 위치시키고 보디부(130) 내부에 공동 형성 가스를 공급하여 클리닝 대상체(200)와 공동 형성부 사이에 공동을 형성할 수 있다. 공동 형성부를 통해 조사부(120)와 클리닝 대상체(200)의 사이에서 형성되는 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 형성함으로써 수중에서도 레이저 클리닝 작업을 용이하게 구현할 수 있다.The laser beam may be spread at a certain angle after being emitted from the optical cable 1 . This laser beam may be collimated as a parallel beam through the first focusing portion 8 . The laser beam collimated through the first focusing unit 8 may be two-dimensionally scanned through the Y-axis scan galvanometer mirror 9 and the X-axis scan galvanometer mirror 10 of the scan unit. The scanned laser beam may be focused through the second focusing unit 11 . That is, the scanned laser beam may be finally focused on the surface of the cleaning object 200 by using an F-theta lens. In order to perform an underwater cleaning operation using the laser beam transmitted to the cleaning object 200 through the irradiation unit 120 , a cavity must be formed in the irradiation path of the laser beam. To this end, the open portion of the body unit 130 coupled to one side of the irradiation unit 120 to function as a cavity forming shroud is placed on the surface of the object to be cleaned 200 , and a cavity forming gas is supplied inside the body unit 130 . A cavity may be formed between the object to be cleaned 200 and the cavity forming part. By forming the flow of the cavity forming gas injected into the irradiation path of the laser beam formed between the irradiation unit 120 and the object to be cleaned 200 through the cavity forming unit, the laser cleaning operation can be easily implemented even in water.

한편, 클리닝 대상체(200)의 표면 클리닝시 발생한 분진은 별도의 흡입부에 의해 처리할 수 있다. 수중에서 발생한 분진은 공동 형성 가스에 의해 보디부(130)의 외부로 방출되어 물(20) 속에 섞이고 향후에 오염된 물을 순환 필터로 여과하여 정화시킬 수 있다.Meanwhile, dust generated during surface cleaning of the object to be cleaned 200 may be treated by a separate suction unit. The dust generated in the water is discharged to the outside of the body unit 130 by the cavity-forming gas, is mixed in the water 20, and can be purified by filtering the contaminated water with a circulation filter in the future.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

1 ; 광 케이블 4 ; 냉각수 주입부
5 ; 냉각수 배출부 6 ; 광 케이블 홀더
7 ; 홀더부 8 ; 제1 집속부
9 ; Y축 스캔 갈바노 미러 10 ; X축 스캔 갈바노 미러
11 ; 제2 집속부 12 ; 보호 윈도우
13, 14 ; 공동 형성 가스 주입부 100 ; 몸체부
110 ; 광 케이블 하우징 120 ; 조사부
130 ; 보디부 200 ; 클리닝 대상체One ; optical cable 4 ; coolant inlet
5 ; cooling water outlet 6 ; optical cable holder
7 ; holder part 8 ; first focusing unit
9 ; Y-axis scan galvanometer mirror 10 ; X-axis scan galvanometer mirror
11 ; second focusing part 12 ; protection window
13, 14; cavity forming gas injection unit 100 ; body part
110 ; optical cable housing 120 ; investigation department
130 ; body part 200; cleaning object

Claims (10)

내부 관로를 형성하며, 집속된 레이저 빔을 2차원 영역으로 수중의　클리닝 대상체에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부,
상기 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되는 광 케이블 하우징,
상기 몸체부의 타측에 연결되어 집속된 레이저 빔을 상기 클리닝 대상체에 조사하는 조사부, 그리고
상기 조사부의 일측에 일측이 연결되고, 타측이 넓게 확대되는 방향으로 경사지게 개구되어 상기 클리닝 대상체의 표면에 위치되어 공동 형성 슈라우드 기능을 하도록 구비되며, 상기 조사부와 상기 클리닝 대상체의 사이에서 형성되는 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에서 상기 조사부와 상기 클리닝 대상체 사이의 레이저 빔 통로를 공동으로 형성하는 공동 형성부
를 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.A body portion that forms an internal conduit and includes a focusing portion for irradiating a focused laser beam to a cleaning object in water in a two-dimensional area;
An optical cable housing connected to one side of the body and having an optical cable inside;
an irradiator connected to the other side of the body and irradiating a focused laser beam to the object to be cleaned; and
One side is connected to one side of the irradiation unit, the other side is opened obliquely in a wide enlarged direction and is positioned on the surface of the cleaning object to function as a cavity forming shroud, and a laser beam formed between the irradiation unit and the cleaning object A cavity forming unit for guiding the flow of the cavity forming gas injected into the irradiation path of the cavity forming a laser beam path between the irradiation unit and the cleaning object in water
Underwater laser cleaning device comprising a. 제1항에서,
상기 공동 형성부는
상기 조사부에 일측이 연결되며, 타측이 넓게 확대되는 방향으로 경사지게 개구되어 상기 클리닝 대상체의 표면에 위치되며, 상기 레이저 빔의 조사경로와 상기 레이저 빔 주변으로 형성되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하는 보디부, 그리고
상기 보디부에 구비되어 외부로부터 상기 보디부의 내부로 공동 형성 가스의 공급을 안내하는 공동 형성 가스 주입부
를 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 1,
The cavity forming part
One side is connected to the irradiation part, the other side is opened obliquely in a wide enlarged direction and is located on the surface of the cleaning object, and a body for guiding the flow of the cavity forming gas formed around the laser beam and the irradiation path of the laser beam wealth, and
A cavity forming gas injection unit provided in the body unit to guide the supply of the cavity forming gas from the outside to the inside of the body unit
Underwater laser cleaning device comprising a. 제1항에서,
상기 집속부는
상기 광 케이블에서 방출되어 퍼지는 레이저 빔을 평행빔으로 시준하는 제1 집속부,
상기 제1 집속부를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 미리 설정된 방향으로 전달하는 스캔부, 그리고
상기 스캔부에 스캔된 레이저 빔을 상기 클리닝 대상체 표면에 집속하는 제2 집속부
를 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 1,
the focusing unit
a first focusing unit for collimating the laser beam emitted and spreading from the optical cable as a parallel beam;
A scanning unit that transmits the laser beam collimated as a parallel beam through the first focusing unit in a preset direction, and
a second focusing part focusing the laser beam scanned by the scanning part on the surface of the cleaning object
Underwater laser cleaning device comprising a. 제3항에서,
상기 제1 집속부는 콜리메이션 렌즈를 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 3,
The first focusing unit underwater laser cleaning device including a collimation lens. 제3항에서,
상기 스캔부는
서로 간격을 두고 배치되는 Y축 스캔 갈바노 미러와 X축 스캔 갈바노 미러를 포함하여 2차원적으로 스캔하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 3,
the scan unit
An underwater laser cleaning device that scans two-dimensionally, including a Y-axis scan galvanometer mirror and an X-axis scan galvanometer mirror that are spaced apart from each other. 제3항에서,
상기 제2 집속부는 에프 세타(F-theta) 렌즈를 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 3,
The second focusing unit F-theta (F-theta) underwater laser cleaning device comprising a lens. 제3항에서,
상기 제2 집속부와 상기 공동 형성부 사이에서 상기 조사부에 구비되어 외부의 물과 분진의 내부 유입을 방지하는 보호 윈도우를 더 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 3,
The underwater laser cleaning apparatus further comprising a protective window provided in the irradiation part between the second focusing part and the cavity forming part to prevent the inflow of external water and dust into the interior. 제1항에서,
상기 광 케이블 하우징에 구비되며, 냉각수 주입부로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 상기 광 케이블을 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 1,
The underwater laser cleaning apparatus further comprising a cooling unit provided in the optical cable housing and cooling the optical cable by guiding the flow of cooling water supplied to the cooling water injection unit. 제1항에서,
상기 몸체부, 상기 광 케이블 하우징, 상기 조사부의 해당 연결부위에 구비되어 외부의 물이 내부로 유입되는 것을 방지하는 실링부를 더 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 1,
The underwater laser cleaning apparatus further comprising a sealing part provided in the body part, the optical cable housing, and the corresponding connection part of the irradiation part to prevent external water from flowing into the inside. 제9항에서,
상기 실링부는 오링(O-ring)을 포함하는 수중 레이저 클리닝장치.In claim 9,
The underwater laser cleaning device including the sealing portion O-ring (O-ring).
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