[发明专利]一种多轴激光远程除冰系统和方法

说明书

本发明公开一种多轴激光远程除冰系统和方法，属于激光除冰领域。包括：控制器、激光器、C轴关节、A轴关节、振镜扫描头、空间传输光路装置，控制器与激光器、C轴关节、A轴关节及振镜扫描头连接，激光器射出的激光束通过空间传输光路装置传输到振镜扫描头，经振镜扫描偏转后作用于覆冰区域，A轴关节安装在C轴关节上，振镜扫描头安装在A轴关节上，其中，C轴关节用于绕Z轴方向旋转，A轴关节用于绕X轴方向旋转。本发明将多轴旋转机构与振镜扫描头结合，通过旋转轴C轴和A轴的运动调整振镜扫描头的空间方位，实现对除冰加工方位和加工范围的灵活调整。采用光学监控装置形成加工路径，通过红外监控装置监控加工区域温度，保障除冰过程安全。

技术领域

本发明属于激光除冰领域，更具体地，涉及一种多轴激光远程除冰系统和方法。

背景技术

极端寒冷天气下覆冰雪对人类影响巨大。输电线覆冰过重会引起线路折断、铁塔倾倒等冰雪灾害，将导致电网破坏、电力中断等经济损失。飞机在飞行中遇冻雨结冰则将造成机翼气动外形发生变化，严重影响飞机的动稳定性，严重危害飞行安全。而桥梁拉索结冰在国内外均有发生，当冬季平均气温在0℃附近，温度和雨水均符合特殊气象条件时会在拉索表面形成冰凌，遇到天晴气温上升冰凌熔化脱落，将严重影响通行车辆行人安全。因此，研制针对户外大型目标除冰应用的防除冰技术，具有重要的应用价值。

激光除冰技术是一种新颖的外热源热力除冰方法，其原理是把激光照射到冰块上，冰吸收激光辐射的能量转变为水，从而达到去除覆冰的目的。它具有非接触式传能、可灵活移动等优点，能在远距离快速除去目标物体表面所附着的冰雪等覆盖物。

专利CN208051147U公开了一种高空远程激光除冰机，在电动云台的顶部安装有发射筒，发射筒中依次安装有同轴的CO2激光器、光束准直器、可见光指示单元、聚焦镜，发射筒的顶端安装有电子望远镜和定向发声器，调节电动云台使可见光指示单元发出的指示激光照射在需要破除的冰块上，使CO2激光器发射出的激光束照射在需要破除的冰块上将冰块融化，从而将激光照射融化破碎和超声波震动破碎相结合，以提高除冰效果。这种方式实现了激光与超声波相结合的远程除冰操作，但是通过电动云台在一定的转角范围内来回偏转实现激光束在冰上的目标线段长度内做线性切割，激光不能快速扫描移动，因此在对桥梁、电线等大型目标除冰时加工效率和灵活性上存在局限。

发明专利申请CN2018106245814公开了一种基于视觉的激光除冰装置除冰方法，通过视觉传感器模块采集图像信息进行目标识别跟踪，在此基础上，通过用户端控制转台进行方位和俯仰转动，进而带动激光部件和视觉传感器模块转动。系统具有一定的智能控制能力，但由于转台承重较大，运动速度较慢，控制灵活性和除冰效率上存在局限性。其采用光纤传输，只适用于特定波长，且旋转时会缠绕光纤。

专利CN101562320B公开了一种用于输变电设备激光除冰的方法及系统，通过将固体激光器红外激光部分转换为可见激光以便瞄准观察，红外激光经过准直镜、两个扫描振镜及聚焦镜，聚焦照射到输变电设备覆冰区域实现振镜扫描除冰，通过跟踪瞄准装置对可见激光照射位置进行观察。这项专利采用了振镜扫描，提高了扫描效率，但是振镜扫描角度范围通常较小，在对大尺寸目标进行激光除冰时，系统的大范围方位调整不方便，而且加工过程缺少自动监控装置，加工效率和安全性存在不足。

综上所述，目前激光除冰的研究尚处于试验探索阶段，公开的激光除冰系统方案普遍存在工作效率和安全性不高的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术远程激光除冰系统存在工作效率和安全性不高的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种多轴激光远程除冰系统，该系统包括：控制器、激光器、C轴关节、A轴关节、振镜扫描头、空间传输光路装置，其中，