用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法以及包括清洁设备的系统技术方案

一种用于将激光焦点控制在流体束(2)内部的清洁设备和方法。清洁设备(1)包括流体组件(9)，流体组件(9)被布置为产生流体束(2)。流体组件(9)包括外壳(10)，外壳(10)具有流体入口端口(11)、出口孔(12)以及流体入口端口(11)与出口孔(12)之间的流体流动路径(13)。外壳(10)包括激光输入端口(24)。清洁设备(1)进一步包括光学组件(20)，光学组件(20)包括：激光束光学装置(23)，被配置为引导第一激光束(5)通过激光输入端口(24)并且进一步通过出口孔(12)，以及将第一激光束(5)聚焦在流体束(2)内部；以及感测装置(26)，被配置为发射通过出口孔(12)的感测信号(28)以接收反射信号(29)，以及基于反射信号(29)来确定流体束(2)的长度数据。光学组件(20)进一步被布置为基于所确定的长度数据来调节激光束光学装置(23)，以便控制第一激光束(5)的焦点。

Cleaning equipment and methods for controlling laser focus within a fluid beam and systems including cleaning equipment

A cleaning device and method for controlling laser focus inside a fluid beam (2). The cleaning device (1) includes a fluid assembly (9), which is arranged to generate a fluid beam (2). The fluid assembly (9) includes a housing (10), which has a fluid inlet port (11), an outlet hole (12) and a fluid flow path (13) between the fluid inlet port (11) and the outlet hole (12). The housing (10) includes a laser input port (24). The cleaning device (1) further comprises an optical component (20), which comprises a laser beam optical device (23), configured to guide the first laser beam (5) through the laser input port (24) and further through the outlet hole (12), and to focus the first laser beam (5) inside the fluid beam (2); and a sensing device (26), which is configured to transmit a sensing signal (28) through the outlet hole (12) for connection. Receive the reflected signal (29) and determine the length data of the fluid beam (2) based on the reflected signal (29). The optical component (20) is further arranged to adjust the laser beam optical device (23) based on the determined length data in order to control the focus of the first laser beam (5).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法以及包括清洁设备的系统
本公开涉及用于清洁的技术，并且在某种程度上涉及用于清洁工业机器人的技术。具体地，本公开涉及一种用于将激光焦点控制在流体束内部的清洁设备和方法，以及一种用于清洁包括至少一个这种清洁设备的工业机器人的系统。
技术介绍
用于处理开放食品(即鱼、肉、家禽和乳制品)的设备经历严格的卫生要求，并且必须每天使用高压热水和化学试剂冲洗。目前，清洁通常由配备有高压喷枪的清洁团队手动执行，该清洁团队在夜间工作以确保设备针对早班被及时清洁。这种冲洗的有效性很大程度上取决于清洁工人的技能，并且不遵循正确的进程可能会对食品设施产生严重影响。在可能的情况下，采用就地清洁(clean-in-place，CIP)清洁系统来自动冲洗。这种系统可包括固定或移动的高压喷嘴，该高压喷嘴安装在设备内和设备周围的关键点处。虽然CIP对于清洁设备的机器的内表面而言是有效的，但是通常仍在外表面上使用手动喷涂。高压喷涂对于去除大的污垢颗粒是有效的，但是通常不能去除较细的颗粒，该较细的颗粒通过机械擦洗被更有效地去除。因此，单独的高压喷涂不能保证去除、特别是从喷涂难以进入的孔隙和裂缝中去除包括细菌的表面残留物。另一问题是湿度的生成，这可能加速贯穿设备的设施的腐蚀。还已知使用超声清洁，超声清洁提供优异的残留物和细菌去除，而不产生飞溅。然而，用于处理表面的现有解决方案具有有限的操作范围，从而使得它们用于任意3D表面的自动清洁是不切实际的。通常，对于食品处理设备存在由于现有冲洗方法而导致的清洁的可变性，但是由于现有冲洗方法在食品处理中的使用增加，可能会加剧机器人的劣化。从US3503804A中已知，为了清洁目的，在水流中传输激光。激光具有固定的焦点，并且集中的能量使水局部沸腾，从而形成在表面上塌陷以提供清洁效果的蒸汽泡，如通常的超声清洁那样。此外，从EP2470310B1中已知具有被实施为便携式手持清洁设备的超声清洁器，该超声清洁器在水流中产生空化(cavitation)清洁动作，从而允许表面在不浸入罐中的情况下被超声清洁。
技术实现思路
然而，上述现有技术中的技术不适用于自动使用。该技术也不适用于不规则表面。本公开的目的是减轻现有技术的至少一些缺点。本专利技术的另一目的是提供一种被布置为清洁三维(3D)表面以使得较细的颗粒被去除的装置。本公开的另一目的是提供一种被布置为清洁3D表面以使得以自动方式去除较细的颗粒的装置。另一目的是提供适用于清洁机器人的这种装置。通过根据独立权利要求的方法和装置以及通过根据从属权利要求的实施例，至少部分地实现了这些目的和其它目的。根据第一方面，本公开涉及一种清洁设备，该清洁设备包括被布置为产生流体束的流体组件。流体组件包括外壳，该外壳具有流体入口端口、出口孔以及在流体入口端口与出口孔之间的流体流动路径。外壳还包括激光输入端口。清洁设备进一步包括光学组件，该光学组件包括激光束光学装置，该激光束光学装置被配置为：引导第一激光束通过激光输入端口并且进一步通过出口孔，以及将第一激光束聚焦在流体束内部。清洁设备还包括感测装置，该感测装置被配置为：发射通过激光输入端口并且进一步通过出口孔的感测信号，以及接收感测信号的由流体束反射的反射信号。清洁设备进一步被配置为基于反射信号来确定流体束的长度数据，其中光学组件被布置为基于所确定的长度数据来调节激光束光学装置，以便控制第一激光束的焦点。通过清洁设备，可以实现通过聚焦激光所产生的超声清洁动作，以在目标表面附近或目标表面上的流体束(例如，层流水)内部产生空化。由于能量聚焦在应用点，因此与高压喷涂一样，清洁效果不随着距离而减小。当焦点被自动调节时，清洁设备适用于自动清洁，例如。就地清洁(CIP)系统。清洁设备能够在几米的距离内自动清洁三维(3D)表面，并且比高压喷涂更有效地去除细菌和细小残留物，同时避免过度湿度生成。也不需要高压或高温流体。本专利技术暗示了若干商业利益。例如，可以通过利用清洁设备替换设备的手动清洁来节省成本。通过更有效地去除细菌和残留物来改善卫生。此外，由于在使用清洁设备时不需要高压或高温流体，因此可以节省成本。而且，清洁设备在冲洗期间产生的湿度比高压喷涂低，并且因此减少了小污垢颗粒的分布。根据一些实施例，感测信号是第二激光束，然后感测装置包括被配置为产生第二激光束并检测反射信号的飞行时间感测光学装置。根据一些实施例，第一激光束和第二激光束具有不同的颜色，并且激光束光学装置包括被布置为反射第一激光束并传输第二激光束的双色镜。根据一些实施例，激光束光学装置包括：扩展元件，被布置为使第一激光束扩展；轴向可移动聚焦元件，被布置为使第一激光束聚焦；以及致动器，被布置为基于控制信号来调节聚焦元件的轴向移动。根据一些实施例，光学组件包括：清洁设备控制单元，被配置为接收长度数据，以及基于所接收的长度数据产生控制信号并将该控制信号发送到激光束光学装置，由此激光束光学装置被配置为基于控制信号来调节第一激光束的焦点。根据一些实施例，光学组件包括容纳激光束光学装置的壳体。根据一些实施例，壳体被布置有与激光输入端口和出口孔同轴布置的激光出口端口。根据一些实施例，出口孔的流动面积小于外壳内流体流动路径的面积，并且其中流体组件包括多个平行的子流动路径，该多个平行的子流动路径被布置为与出口孔平行并且在外壳内，以便在外壳中产生层流。根据一些实施例，出口孔具有抵靠外壳内部的锋利边缘。根据一些实施例，外壳包括管，该管用于引导外壳内部的第一激光束、感测信号和反射信号。根据一些实施例，第一激光束和感测信号被配置为同步脉冲，使得在第一激光束被关闭时感测信号可以被发射并且反射信号可以被接收。根据一些实施例，清洁设备包括具有清洁设备控制单元的控制装置，该清洁设备控制单元用于控制流体组件的运动和/或流体束的流动速度，以便将流体束对准目标。根据一些实施例，控制装置被布置为根据计算机实施规则来控制流体组件和光学组件的移动。根据第二方面，本公开涉及一种用于清洁工业机器人的系统。系统包括；至少一个清洁设备；以及机器人控制器，被配置为控制工业机器人的运动；以及清洁设备控制单元，被配置为以彼此同步的方式控制清洁设备的运动。根据第三方面，本公开涉及一种用于将激光焦点控制在流体束内部的方法。方法包括在流体束内部生成具有束路径的第一激光束，并且在流体束内部发射具有信号路径的感测信号。方法进一步包括检测感测信号的由流体束反射的反射信号，并且基于所检测的反射信号来确定流体束的长度。方法进一步包括基于所确定的流体束的长度来控制第一激光束的焦点。根据一些实施例，方法包括将流体束对准目标。附图说明图1示出了根据一些实施例的布置有用于清洁的系统的机器人化切肉单元的示例。图2更详细地示出了机器人化切肉单元的一部分。图3示出了根据一个实施例的机器人的控制器和清洁控制单元。图4示出了根据一些实施例的由清洁设备产生的流体束中的激光空化的原理。图5示出了根据一些实施例的具有控制装置的图4中的清洁设备。图6示出了根据一些实施例的图4和图5中的清洁设备。图7示出了图6中的清洁设备的竖直横截面。图8示出了根据一些实施例的光学组件。图9示出了图8中的光学组件的竖直横截面。图10示出了根据一些实施例的通过光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁设备(1)，包括被布置为产生流体束(2)的流体组件(9)，所述流体组件(9)包括外壳(10)，所述外壳(10)具有流体入口端口(11)、出口孔(12)、所述流体入口端口(11)与所述出口孔(12)之间的流体流动路径(13)、以及激光输入端口(24)，其特征在于，所述清洁设备(1)包括光学组件(20)，所述光学组件包括：‑激光束光学装置(23)，被配置为引导第一激光束(5)通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)，并且将所述第一激光束(5)聚焦在所述流体束(2)内部；‑感测装置(26)，被配置为发射通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)的感测信号(28)，以接收所述感测信号(28)的由所述流体束(2)反射的反射信号(29)，并且被配置为基于所述反射信号(29)来确定所述流体束(2)的长度数据，其中所述光学组件(20)被布置为基于所确定的所述长度数据来调节所述激光束光学装置(23)，以便控制所述第一激光束(5)的焦点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种清洁设备(1)，包括被布置为产生流体束(2)的流体组件(9)，所述流体组件(9)包括外壳(10)，所述外壳(10)具有流体入口端口(11)、出口孔(12)、所述流体入口端口(11)与所述出口孔(12)之间的流体流动路径(13)、以及激光输入端口(24)，其特征在于，所述清洁设备(1)包括光学组件(20)，所述光学组件包括：-激光束光学装置(23)，被配置为引导第一激光束(5)通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)，并且将所述第一激光束(5)聚焦在所述流体束(2)内部；-感测装置(26)，被配置为发射通过所述激光输入端口(24)、并进一步通过所述出口孔(12)的感测信号(28)，以接收所述感测信号(28)的由所述流体束(2)反射的反射信号(29)，并且被配置为基于所述反射信号(29)来确定所述流体束(2)的长度数据，其中所述光学组件(20)被布置为基于所确定的所述长度数据来调节所述激光束光学装置(23)，以便控制所述第一激光束(5)的焦点。2.根据权利要求1所述的清洁设备(1)，其中所述感测信号(28)是第二激光束，并且其中所述感测装置(26)包括飞行时间感测光学装置，所述飞行时间感测光学装置被配置为生成所述第二激光束、并且检测所述反射信号(29)。3.根据权利要求2所述的清洁设备(1)，其中所述第一激光束(5)和所述第二激光束具有不同的颜色，并且其中所述激光束光学装置(23)包括分色镜(30)，所述分色镜(30)被布置为反射所述第一激光束、并且透射所述第二激光束。4.根据前述权利要求中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述激光束光学装置(23)包括：扩展元件(32)，被布置为使所述第一激光束(5)扩展；轴向可移动聚焦元件(33)，被布置为使所述第一激光束(5)聚焦；以及致动器(34)，被布置为基于控制信号来调节聚焦元件(33)的轴向移动。5.根据前述权利要求中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述光学组件(20)包括：清洁设备控制单元(55)，被配置为接收所述长度数据，以及基于所接收的所述长度数据来生成控制信号、并且将所述控制信号发送到所述激光束光学装置(23)，由此所述激光束光学装置(23)被配置为基于所述控制信号来调节所述第一激光束(5)的所述焦点。6.根据前述权利要求中任一项所述的清洁设备(1)，其中所述光学组件(20)包括容纳所述激光束光学装置(23)的壳体(22)。7.根据权利要求6所述的清洁设备(1)，其中所述壳体(22)被布置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·希尔克特，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH