一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，包括激光器、爬行装置和控制系统，所述爬行装置包括前壳体、后壳体和激光清洗头，所述前壳体具有驱动电机、前驱动轮和激光接入端口，所述后壳体具有清洗电机和后从动轮，清洗电机与激光清洗头相连接，所述前壳体与后壳体之间通过弹簧套筒形成柔性连接，弹簧套筒内还设置有传能光纤，所述激光器发射的激光光束经激光接入端口传输至传能光纤，再经过传能光纤传输至激光清洗头，从而对管道内壁进行清洗，所述控制系统分别与所述的激光器、驱动电机和清洗电机相连接。该激光清洗系统将前壳体和后壳体采用柔性的弹簧套筒形成柔性连接，能够自适应弯曲的管道，以提升弯曲管道的清洗质量效率。

A Flexible Laser Cleaning System for Bending Pipeline

The invention discloses a flexible laser cleaning system suitable for bending pipes, including a laser, a crawling device and a control system. The crawling device includes a front case, a rear case and a laser cleaning head. The front case has a driving motor, a front drive wheel and a laser access port. The rear case has a cleaning motor and a rear driven wheel, and the cleaning motor is connected with the laser cleaning head. A flexible connection is formed between the front case and the rear case through a spring sleeve, and an energy transfer fiber is arranged in the spring sleeve. The laser beam emitted by the laser is transmitted to the energy transfer fiber through the laser access port, and then transmitted to the laser cleaning head through the energy transfer fiber, thereby cleaning the inner wall of the pipeline. The control system is respectively described with the laser, the driving motor and the laser. Cleaning motors are connected. The laser cleaning system connects the front and rear shells with flexible spring sleeves to form flexible connections, which can self-adaptively bend pipelines, so as to improve the cleaning quality and efficiency of bending pipelines.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统
本专利技术涉及弯曲管道内壁污染物的清洗系统，具体是指一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统。
技术介绍
在日常的生活和工业领域中，金属管道长期暴露在空气中会与雨水等产生化学反应从而形成锈蚀，尤其弯曲的管道在石油运输、西气东输等管道的弯角处被大量适用，弯曲的管道被广泛应用于石油运输、天然气运输、农业灌溉等方面，为了延长管道的使用寿命我们经常施以油漆保护，管道在日常使用中也会附着油污，管道的弯曲部分也很容易堆积运输残留物，因此弯曲管道的大面积清洗对于管道的二次利用显得尤为重要，管道在日常的生活以及现代工业应用中占有重要地位。传统的清洗技术大多使用机械清洗、化学清洗、超声波清洗等方法。传统的清洗技术不仅会产生极大的噪声以及使用化学方法清洗会使得残留废液无法处理的问题，对周围环境产生极大污染，而且传统的清洗技术效率非常的低，需要耗费巨大人力财力。甚至具有损伤高精度要求的航空元件，在诸多的因素之下，传统的清洗方法不能满足清洁环保又保持高精度的要求，它的使用就受到了极大限制。因此，传统的清洗方法已经不能满足现代的环保要求。随着激光技术的极大进步，环保节能的激光清洗技术应运而生，这种种限制对于激光清洗技术既是挑战又是机遇，激光清洗技术是近10年来飞速发展的新型清洗技术,它以自身的许多优点在许多领域中逐步取代传统清洗工艺,展示了广阔的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，该激光清洗系统将前壳体和后壳体采用柔性的弹簧套筒形成柔性连接，能够自适应弯曲的管道，以提升弯曲管道的激光清洗质量及清洗效率。本专利技术的上述目的通过如下技术方案来实现：一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，包括激光器、爬行装置和控制系统，激光器在使用时设置在管道的外部，所述爬行装置包括前壳体、后壳体和激光清洗头，所述前壳体具有驱动电机、前驱动轮和激光接入端口，所述驱动电机内置在前壳体内，与前驱动轮相连接，驱动前驱动轮转动，所述后壳体具有清洗电机和后从动轮，清洗电机内置在后壳体内，后从动轮安装在后壳体上，清洗电机与激光清洗头相连接，能够带动激光清洗头转动，其特征在于：所述前壳体与后壳体之间通过弹簧套筒形成柔性连接，使得所述爬行装置能够适用于弯曲管道，弹簧套筒内还设置有传能光纤，所述激光器发射的激光光束经激光接入端口传输至传能光纤，再经过传能光纤传输至激光清洗头，从而对管道内壁进行清洗，所述控制系统分别与所述的激光器、驱动电机和清洗电机相连接，用于控制激光器的开启以及激光光束的发射强度、控制驱动电机驱动前驱动轮的行走速度、以及控制清洗电机带动激光清洗头的转动角度。本专利技术的激光清洗系统中，前壳体和后壳体通过柔性的伸缩弹簧连接在一起，形成柔性的爬行装置，以提升前后壳体运动协调性。同时通过控制系统控制激光器、驱动电机和清洗电机，使得爬行装置可以在管道内部沿着管道的轴向方向运动的同时完成大幅度的内壁污染物清洗，以及及时调整激光光束的输出参数和实现控制激光器开关状态。爬行装置的前壳体和后壳体之间安装着传能光纤，传能光纤设置在伸缩弹簧内部，与伸缩弹簧构成激光能量传输的中间模块，由前壳体的激光接入端口接收的激光经过传能光纤的传输将激光光束传输至激光请洗头，以完成激光光束的聚焦及管道内部的无死角清洗。本专利技术中，所述激光器为光纤激光器、脉冲激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器中的任一种。本专利技术中，所述光纤激光器输出的激光波长为1064nm。本专利技术中，所述驱动电机通过前齿轮箱和蜗轮蜗杆机构与所述前驱动轮相连接，所述前齿轮箱安装在所述前壳体内，所述驱动电机的输出端与所述前齿轮箱相连接，所述前齿轮箱的输出端与蜗杆相连接，蜗杆与蜗轮相啮合，所述前驱动轮具有前轮弹簧连接杆，前轮弹簧连接杆使得前驱动轮能够自适应管道内径，所述前轮弹簧连接杆与所述蜗轮相连接，在蜗轮驱动下带动所述前驱动轮转动。本专利技术中，所述弹簧套筒的前后端分别挂接在所述前壳体与后壳体上。本专利技术中，所述清洗电机通过后齿轮箱和传动连接杆与所述激光清洗头相连接，所述后齿轮箱安装在所述后壳体内，所述清洗电机的输出端与所述后齿轮箱相连接，所述后齿轮箱的输出端与传动连接杆相连接，传动连接杆与所述激光清洗头相连接。本专利技术中，所述后从动轮具有后轮弹簧连接杆，后轮弹簧连接杆安装在后壳体上，后轮弹簧连接杆使得后从动轮能够自适应管道内径。本专利技术中，所述管道为金属管道。本专利技术中，所述激光清洗头内安装有分光棱镜、反射镜和聚焦透镜，所述分光棱镜、反射镜和聚焦透镜按照激光光束经分光、反射、聚焦的传输路径来设置，来自于传能光纤的激光光束经分光棱镜分光、反射镜反射和聚焦透镜后将激光光束聚焦在待清洗的管道内部，实现管道内壁的激光清洗。本专利技术中，所述的反射镜和聚焦透镜均为两面，两面聚焦透镜分别置于激光清洗头的两个侧面，形成双光束激光清洗系统，能够同时完成大角度的清洗。本专利技术中，所述爬行装置还可以外置气管，可以导入气体将清洗的管道内壁污染物吹出管道，以防止清洗过程中的污染物污染光学镜片。本专利技术的激光清洗系统采用伸缩弹簧和钩接的设计提升了爬行机器的可弯曲性，同时可以完成大角度的清洗工作，大幅提高激光清洗机器在弯曲管道内壁的激光清洗效率。使用时激光器和外部传能光纤均设置在金属管道的外部，控制系统开启激光器时，激光光束由激光器发出，外部传能光纤将激光能量传输至爬行机器的前壳体，再经过前壳体端的传能光纤传输至激光清洗头的聚焦透镜，实现激光光束的聚焦，对管道内壁的污染物进行激光清洗。本专利技术的激光清洗系统针对弯曲管道内壁进行激光清洗，利用激光和材料的相互作用，能适应狭小的工作环境，代替人工完成人工无法完成的作业，机器结合激光技术作为具有非接触式、绿色环保、清洗效果佳、应用范围广等多种突出优势的新型清洗技术，在工业、航空以及文物保护等诸多领域展现出广阔的前景。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术柔性激光清洗系统的整体结构示意图；图2是本专利技术柔性激光清洗系统的内部结构示意图；图3是本专利技术柔性激光清洗系统的结构框图。附图标记说明：1、前壳体，11、驱动电机，12、蜗杆，13、蜗轮，14、前轮弹簧连接杆，15、前驱动轮，2、弹簧套筒，3、后壳体，31、清洗电机，32、后轮弹簧连接杆，33、后从动轮，34、传动连接杆，4、激光清洗头，41、分光棱镜，42、反射镜，43、聚焦透镜，5、控制系统，6、激光器，7、传能光纤。具体实施方式如图1至图3所示的一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，管道为金属管道，该激光清洗系统包括激光器6、爬行装置和控制系统5，激光器6在使用时设置在管道的外部，激光器6为光纤激光器，输出的激光波长为1064nm，激光器6也可以采用光纤激光器、脉冲激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器中的任一种。爬行装置包括前壳体1、后壳体3和激光清洗头4，前壳体1具有驱动电机11、前驱动轮15和激光接入端口，驱动电机11内置在前壳体1内，与前驱动轮15相连接，驱动前驱动轮15转动，后壳体3具有清洗电机31和后从动轮33，清洗电机31内置在后壳体3内，后从动轮33安装在后壳体3上，清洗电机31与激光清洗头4相连接，能够带动激光清洗头4转动。爬行装置还可以外置气管，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，包括激光器(6)、爬行装置和控制系统(5)，激光器(6)在使用时设置在管道的外部，所述爬行装置包括前壳体(1)、后壳体(3)和激光清洗头(4)，所述前壳体(1)具有驱动电机(11)、前驱动轮(15)和激光接入端口，所述驱动电机(11)内置在前壳体(1)内，与前驱动轮(15)相连接，驱动前驱动轮(15)转动，所述后壳体(3)具有清洗电机(31)和后从动轮(33)，清洗电机(31)内置在后壳体(3)内，后从动轮(33)安装在后壳体(3)上，清洗电机(31)与激光清洗头(4)相连接，能够带动激光清洗头(4)转动，其特征在于：所述前壳体(1)与后壳体(3)之间通过弹簧套筒(2)形成柔性连接，使得所述爬行装置能够适用于弯曲管道，弹簧套筒(2)内还设置有传能光纤(7)，所述激光器(6)发射的激光光束经激光接入端口传输至传能光纤(7)，再经过传能光纤(7)传输至激光清洗头(4)，从而对管道内壁进行清洗，所述控制系统(5)分别与所述的激光器(6)、驱动电机(11)和清洗电机(31)相连接，用于控制激光器(6)的开启以及激光光束的发射强度、控制驱动电机(11)驱动前驱动轮(15)的行走速度、以及控制清洗电机(31)带动激光清洗头(4)的转动角度。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，包括激光器(6)、爬行装置和控制系统(5)，激光器(6)在使用时设置在管道的外部，所述爬行装置包括前壳体(1)、后壳体(3)和激光清洗头(4)，所述前壳体(1)具有驱动电机(11)、前驱动轮(15)和激光接入端口，所述驱动电机(11)内置在前壳体(1)内，与前驱动轮(15)相连接，驱动前驱动轮(15)转动，所述后壳体(3)具有清洗电机(31)和后从动轮(33)，清洗电机(31)内置在后壳体(3)内，后从动轮(33)安装在后壳体(3)上，清洗电机(31)与激光清洗头(4)相连接，能够带动激光清洗头(4)转动，其特征在于：所述前壳体(1)与后壳体(3)之间通过弹簧套筒(2)形成柔性连接，使得所述爬行装置能够适用于弯曲管道，弹簧套筒(2)内还设置有传能光纤(7)，所述激光器(6)发射的激光光束经激光接入端口传输至传能光纤(7)，再经过传能光纤(7)传输至激光清洗头(4)，从而对管道内壁进行清洗，所述控制系统(5)分别与所述的激光器(6)、驱动电机(11)和清洗电机(31)相连接，用于控制激光器(6)的开启以及激光光束的发射强度、控制驱动电机(11)驱动前驱动轮(15)的行走速度、以及控制清洗电机(31)带动激光清洗头(4)的转动角度。2.根据权利要求1所述的适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，其特征在于：所述激光器(6)为光纤激光器、脉冲激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器中的任一种。3.根据权利要求2所述的适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，其特征在于：所述光纤激光器输出的激光波长为1064nm。4.根据权利要求1所述的适用于弯曲管道的柔性激光清洗系统，其特征在于：所述驱动电机(11)通过前齿轮箱和蜗轮蜗杆机构与所述前驱动轮(15)相连接，所述前齿轮箱安装在所述前壳体(1)内，所述驱动电机(11)的输出端与所述前齿轮箱相连接，所述前齿轮箱的输出端与蜗杆(12)相连接，蜗杆(12)与蜗轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长水，刘明，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44