基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置及清洗方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置及清洗方法，所述的管道内壁激光清洗装置包括支撑管、管内爬行机构和激光清洗头，所述的激光清洗头包括与所述的支撑管固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束聚焦部件和受驱动绕光轴旋转的至少一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，光纤的出光点、光束聚焦部件及圆楔形棱镜同光轴设置。本发明专利技术通过与现有技术完全不同的居中定位式管内爬行机构和无振镜方案激光清洗头，居中定位式管内爬行机构的连杆座间均具有三至四组双连杆组合，形成滑块连杆机构，连杆的活动关节向外并安装有支撑轮，三至四组双连杆组合形成均布的支撑结构，连杆座间通过收紧弹簧相互靠拢，使支撑轮向外支撑可实现随直径变化的调整并实时居中。

Laser cleaning device and cleaning method for pipeline inner wall based on wedge prism scanning mechanism

The invention discloses a laser cleaning device and a cleaning method for the inner wall of a pipeline based on a wedge prism scanning mechanism. The laser cleaning device for the inner wall of a pipeline includes a support pipe, a crawling mechanism in the pipeline and a laser cleaning head. The laser cleaning head includes a shell fixedly connected with the support pipe, a beam focusing component arranged in the shell and a driven rotation around the optical axis. At least one circular wedge prism is rotated, and the driving assembly for driving the circular wedge prism, the light outlet of the optical fiber, the beam focusing component and the coaxial setting of the circular wedge prism are provided. By means of a laser cleaning head with a centrally positioned in-pipe crawling mechanism and a non-galvanometer scheme completely different from the existing technology, the connecting rod seat of the centrally positioned in-pipe crawling mechanism has three to four groups of double connecting rods, forming a slider connecting rod mechanism, the movable joint of the connecting rod is outward equipped with a supporting wheel, and the three to four groups of double connecting rods are combined to form a uniformly distributed supporting structure. By tightening the springs close to each other, the outer support of the supporting wheel can be adjusted with the change of diameter and be centered in real time.

【技术实现步骤摘要】
基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置及清洗方法
本专利技术属于激光清洗
，具体涉及一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置及清洗方法。
技术介绍
激光清洗是一种新兴的表面处理技术，其利用高能量激光束照射待清洗工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发、气化或剥离，高速有效地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达到清洁工件表面的目的。激光清洗具有清洗效果好、控制精度高、应用范围广、运行成本低等优点，因而得到越来越广泛的关注。现有的激光清洗装置被应用于管道内壁清洗时，存在以下缺陷：一方面，由于激光清洗加工头上集成有激光源输入端、光束传输系统、振镜扫描系统、冷却系统以及控制系统等，因此往往具有较大体积，不易实现在管道内的自由运动以及激光束聚焦位置的调整，进而较难进行管道内壁的清洗；另一方面，对于直径发生变化的管道进行清洗时尤其操作复杂，不能保证清洗效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，采用圆楔形棱镜旋转使光束发生偏折和位移形成圆环形清洗轨迹，并且利用管内爬行机构实现居中定位，整体结构简单，易于控制。本专利技术是通过以下技术方案实现的：包括支撑管、管内爬行机构和激光清洗头，所述的管内爬行机构包括与所述的支撑管固定连接的定连杆座，间隔且可前后移动地套设在所述的支撑管上的至少两个动连杆座，以及对应设置在定连杆座和动连杆座或两相邻动连杆座间的连杆支撑机构，所述的连杆支撑机构包括两端分别与定连杆座或动连杆座固定连接的拉簧，多个支撑轮，以及端部分别与所述的支撑轮对应铰接的多个连杆，所述的连杆的另一端对应地与所述的定连杆座或动连杆座铰接以将所述的支撑轮定位在所述的定连杆座和动连杆座之间或者两相邻的连杆座之间；所述的激光清洗头包括与所述的支撑管固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束聚焦部件和受驱动绕光轴旋转的至少一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，光纤的出光点、光束聚焦部件及圆楔形棱镜同光轴设置。所述的光束聚焦部件包括聚焦镜，所述的聚焦镜固定设置在所述的圆楔形棱镜与光纤的出光点间并同轴。3.根据权利要求1所述的基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的光束聚焦部件包括准直镜和平面场镜，所述的圆楔形棱镜位于准直镜和平面场镜之间并同轴。还包括对应与所述的圆楔形棱镜固定连接且外部通过轴承与所述的壳体连接的轮环，所述的驱动组件包括驱动电机，以及与所述的轮环齿轮传动或皮带传动的主动轮。所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过楔形垫环和压环匹配地固定在所述的轮环内。所述的圆楔形棱镜为两个，两个所述的圆楔形棱镜分别由对应的驱动组件单独驱动。所述的壳体包括尾部与所述的光纤固定连接且其内固定有聚焦镜或准直镜的尾壳，以及与所述的圆楔形棱镜一一对应的并依次与所述的尾壳固定连接的镜壳，所述的镜壳包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在镜壳外部并与所述的主动轮传动连接。包括至少两个所述的镜壳，所述的镜壳前后设置并使得圆楔形棱镜同光轴，所述的传动腔交错设置以布局所述的驱动电机。每组包括3-6个沿支撑管周向均布的支撑轮。在所述的定连杆座上还固定设置有行走电机，所述的行走电机与所述的支撑轮传动连接。其中至少一个所述的支撑轮为驱动轮，与所述的驱动轮对应的连杆为形成有U型架，所述的驱动轮与所述的行走电机皮带传动连接。包括两个相对设置的驱动轮。在上述技术方案中，包括多组所述的管内爬行机构，所述的动连杆座位于定连接杆座后部或者位于定连杆座两侧。在上述技术方案中，在定连杆座上还安装有至少一个连杆角度传感器，其电位器轴与一个连杆对应固定连接以实现转角测量。一种所述的基于楔形棱镜扫描机构的基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置的清洗方法，包括以下步骤，1)将基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置深入管道内部，管内爬行机构将激光清洗头居中定位并携带其前行；2)激光清洗头发出清扫轨迹线对管道内进行行进时清洗；其中，当采用一片圆楔形棱镜旋转时，清扫轨迹线为与管道直径对应的圆环，改变驱动组件转速则改变清扫扫描速度；当采用两片圆楔形棱镜同向旋转时，驱动组件同速旋转，改变两片棱镜较厚边缘的初始位置则改变清扫轨迹线圆环直径以适应管道直径变化；驱动组件不同速旋转，清扫轨迹线圆环发生收缩扩张的变化以对管道端部法兰进行清洗。在上述技术方案中，还包括根据连杆角度传感器的角度计算管道直径并调整两片圆楔形棱镜初始位置，实时调整清洗轨迹以适应管道直径的步骤。本专利技术的优点和有益效果为：本专利技术通过与现有技术完全不同的居中定位式管内爬行机构和无振镜方案激光清洗头，居中定位式管内爬行机构的连杆座间均具有三至四组双连杆组合，形成滑块连杆机构，连杆的活动关节向外并安装有支撑轮，三至四组双连杆组合形成均布的支撑结构，连杆座间通过收紧弹簧相互靠拢，使支撑轮向外支撑可实现随直径变化的调整并实时居中，激光清洗头采用一片或多片圆楔形棱镜定速旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了整体结构的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。与此同时，由于采用了定速旋转的方案，相对于往复运动的振镜系统，减少了驱动产生的发热，提高清洗头系统的稳定性和抗干扰能力，降低了电机驱动控制的难度，而且明通过不同的楔形棱镜组合和转动方案，提供了多种圆环形清洗扫描路径以满足不同管道的清洗要求。附图说明图1是本专利技术基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置的结构示意图，其为聚焦镜方案中且具有两个楔形棱镜。图2是图1所示的局部结构放大图；图3所示为图1中激光清洗头结构示意图；图4所示为图3所示的局部剖面结构示意图。图5所示为聚焦镜方案中具有单个楔形棱镜的激光清洗头的结构爆炸示意图。图6所示为图5所示的局部剖面结构示意图。图7所示为本专利技术基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置的准直镜和平面场镜方案中具有一个楔形棱镜的激光清洗头的结构示意图。图8所示为本专利技术基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置的结构示意图，其中激光清洗头为准直镜和平面场镜方案且具有两个楔形棱镜。图9所示为图8的局部剖面示意图。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一本专利技术的基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，包括由硬质材料制成的支撑管91、管内爬行机构和激光清洗头，所述的管内爬行机构包括与所述的支撑管前端固定连接的定连杆座98，两个可前后移动地套设在所述的支撑管上的动连杆座97、92，如通过直线轴承93设置在支撑管上，以及对应设置在定连杆座和动连杆座以及两相邻动连杆座间的连杆支撑机构，所述的连杆支撑机构包括两端分别与定连杆座或动连杆座固定连接的拉簧96，8个支撑轮95，以及端部分别与所述的支撑轮铰接的连杆94，所述的连杆的另一端对应地与所述的定连杆座或动连杆座铰接以将所述的支撑轮按分组定位在所述的定连杆座和动连杆座之间或者两相邻的连杆座之间并与管道内壁相滚动接触；即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，包括支撑管、管内爬行机构和激光清洗头，所述的管内爬行机构包括与所述的支撑管固定连接的定连杆座，间隔且可前后移动地套设在所述的支撑管上的至少两个动连杆座，以及对应设置在定连杆座和动连杆座或两相邻动连杆座间的连杆支撑机构，所述的连杆支撑机构包括两端分别与定连杆座或动连杆座固定连接的拉簧，多个支撑轮，以及端部分别与所述的支撑轮对应铰接的多个连杆，所述的连杆的另一端对应地与所述的定连杆座或动连杆座铰接以将所述的支撑轮定位在所述的定连杆座和动连杆座之间或者两相邻的连杆座之间；所述的激光清洗头包括与所述的支撑管固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束聚焦部件和受驱动绕光轴旋转的至少一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，光纤的出光点、光束聚焦部件及圆楔形棱镜同光轴设置。

【技术特征摘要】
1.一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于，包括支撑管、管内爬行机构和激光清洗头，所述的管内爬行机构包括与所述的支撑管固定连接的定连杆座，间隔且可前后移动地套设在所述的支撑管上的至少两个动连杆座，以及对应设置在定连杆座和动连杆座或两相邻动连杆座间的连杆支撑机构，所述的连杆支撑机构包括两端分别与定连杆座或动连杆座固定连接的拉簧，多个支撑轮，以及端部分别与所述的支撑轮对应铰接的多个连杆，所述的连杆的另一端对应地与所述的定连杆座或动连杆座铰接以将所述的支撑轮定位在所述的定连杆座和动连杆座之间或者两相邻的连杆座之间；所述的激光清洗头包括与所述的支撑管固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束聚焦部件和受驱动绕光轴旋转的至少一个圆楔形棱镜，以及驱动所述的圆楔形棱镜的驱动组件，光纤的出光点、光束聚焦部件及圆楔形棱镜同光轴设置。2.根据权利要求1所述的一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的光束聚焦部件包括聚焦镜，所述的聚焦镜固定设置在所述的圆楔形棱镜与光纤的出光点间并同轴。3.根据权利要求1所述的基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的光束聚焦部件包括准直镜和平面场镜，所述的圆楔形棱镜位于准直镜和平面场镜之间并同轴。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：还包括对应与所述的圆楔形棱镜固定连接且外部通过轴承与所述的壳体连接的轮环，所述的驱动组件包括驱动电机，以及与所述的轮环齿轮传动或皮带传动的主动轮。5.根据权利要求4所述的一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过楔形垫环和压环匹配地固定在所述的轮环内。6.根据权利要求1所述的一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的圆楔形棱镜为两个，两个所述的圆楔形棱镜分别由对应的驱动组件单独驱动。7.根据权利要求4所述的一种基于楔形棱镜扫描机构的管道内壁激光清洗装置，其特征在于：所述的壳体包括尾部与所述的光纤固定连接且其内固定有聚焦镜或准直镜的尾壳，以及与所述的圆楔形棱镜一一对应的并依次与所述的尾壳固定连接的镜壳，所述的镜壳包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在镜壳外部并与所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，王东，鲁继，胥和平，许丽萍，
申请(专利权)人：华核天津新技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12