[发明专利]一种用于多尺寸内径管道内壁清洗的装置

说明书

本发明提供了一种用于多尺寸内径管道内壁清洗的装置，包括运动控制单元和激光传输扫描单元；所述运动控制单元包括可移动主机平台、垂直固定支杆、水平支杆、第一伺服电机和第一滚珠丝杆；所述激光传输扫描单元包括光纤激光器、传输光纤、激光头、支架、凹透镜、凸透镜、第二伺服电机、第二滚珠丝杆、丝杠滑块、镜架、反射镜、反射镜架、扫描振镜、锥反镜、石英罩、支板和可调节旋钮。本发明采用新颖的基于前聚焦振镜系统的管道内表面激光清洗新技术，结合锥反镜将激光焦平面转换成为沿管道内侧的环形面，巧妙地将三维曲面加工分解成二维扫描，将整个加工过程进行简化，解决了传统激光清洗技术难以应用于管道内表面清洗的瓶颈难题。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及用于管道内壁涂层、污垢、氧化层和其他有害物质去除的一种用于多尺寸内径管道内壁清洗的装置。

背景技术

管道内表面清洗技术广泛应用于当今生活或工业生产设备维护等领域。例如城市供水、供暖设备管道内表面的清洗，还有现代工业输油管道、化工反应管道的清洗，甚至炮管内膛粘结残留物的清洗、核反应循环管道的放射物清洗等等。激光技术由于其清洗质量高、无耗材、效率高且不产生污染废水等优点，已逐步取代干冰喷射清洗、气体爆破清洗、高压水射流清洗、化学酸洗等传统的管道内壁的清洗技术。

激光清洗工程应用案例的共同特征是都是被清洗对象具有易于施展激光填充扫描的开放表面，而对于管道内表面来说，受限于其管径尺寸以及非开放式回转内壁外形，一般的激光清洗加工头由于复杂的光束扫描运动机构尺寸较大而难以伸入到管道内部。已有的管道内壁激光清洗技术，一般采用自由曲面投影式激光拼接加工方案或者是管道旋转配合振镜扫描的加工方案，前者方案需要采集管道内壁的点云数据，大面积的管道内壁还需要采取拼接清洗加工，比较耗费时间而且对拼接精度要求较高，增大了加工成本；而后者方案而言，完全依赖于伺服电机驱动管道旋转来实现管内壁清洗，由于受到管道旋转速度的限制，该方案加工效率较低，达不到高效清洗内壁的目的。而且有些管道不便于拆卸，方案受到一定的应用对象限制。

发明内容

本发明针对已有激光清洗技术的不足，提供了一种用于多尺寸内径管道内壁清洗的装置；其采用新颖的基于前聚焦振镜系统的管道内表面激光清洗新技术，结合锥反镜将激光焦平面转换成为沿管道内侧的环形面，巧妙地将三维曲面加工分解成二维扫描，解决了如何对复杂曲面进行分解加工的难题，通过外部平台驱动激光扫描头纵向运动，可实现沿管道纵深处的逐层环形扫描，该技术完全摒弃了传统三维加工的思路，将整个加工过程进行简化，整个加工过程中无须加工头或管道自旋，解决了传统激光清洗技术难以应用于管道内表面清洗的瓶颈难题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于多尺寸内径管道内壁清洗的装置，包括运动控制单元和激光传输扫描单元；

所述运动控制单元包括可移动主机平台、垂直固定支杆、水平支杆、第一伺服电机和第一滚珠丝杆；

所述垂直固定支杆固定在可移动主机平台上，水平支杆位于管道的中轴线处，第一伺服电机固定在水平支杆上，并通过联轴器与第一滚珠丝杆的一端连接，第一滚珠丝杆通过丝杠滑块与垂直固定支杆连接，通过第一伺服电机驱动第一滚珠丝杆能够使水平支杆水平运动；

所述激光传输扫描单元包括光纤激光器、传输光纤、激光头、支架、凹透镜、凸透镜、第二伺服电机、第二滚珠丝杆、丝杠滑块、镜架、反射镜、反射镜支架、扫描振镜、锥反镜、石英罩、支板和可调节旋钮；

所述光纤激光器安装固定在可移动主机平台上，通过传输光纤将激光束导入激光头，传输光纤固定在水平支杆上，激光头通过支架固定在水平支杆上，激光束经激光头出射后通过凹透镜扩束后再经过凸透镜进行聚焦；凹透镜通过丝杠滑块安装在第二滚珠丝杆上，凸透镜通过镜架固定在水平支杆上，通过固定在水平支杆上的第二伺服电机驱动第二滚珠丝杆转动可控制凹透镜和凸透镜之间的距离，从而控制激光束经过凸透镜后的聚焦角度，以便控制激光束最终的光斑尺寸和聚焦位置；