一种多功能激光清洗头

技术领域

本发明涉及管道设备维护保养领域，具体涉及一种多功能激光清洗头。

背景技术

市面上已有的激光清洗头分单振镜镜头、双振镜镜头，主要为单振镜和双振镜的区别：

单振镜激光清洗头使输入的点激光以线条模式输出，清洗过程中，需要操作者移动清洗头，清洗效率和清洗的精细度较低，清洗面往往呈现很多条纹(手动移动速度不均导致)；

双振镜激光清洗头使输入的点激光以面模式输出，清洗效率高，精细化程度高，这种二维镜头常用于激光打标，弊端是只能在较平整的平面上加工，无法在管道环形面中使用，因线束缠绕问题，无法实现360度旋转使用。

市面上也有三维振镜系统，即在二维振镜前端增加变焦振镜，使激光焦点可远近变化，常用于激光深雕设备中，但该种振镜体积庞大，无法进入小型管道内部施工。

市面上已有的管道内环形激光清洗头为点输出形式，搭载装有反射镜的高速中空无刷电机，以快速画圆的形式实现线清洗，该种清洗头只适用于圆管且圆管内部形状规则，且由于激光以画圆模式输出，导致清洗不均，效果不理想，也有在高速中空无刷电机上增加高频振镜，以实现激光以线条模式扫描清洗，但未解决振镜电机供电线缠绕问题，只能在一定旋转角度内使用，且无法达到精细化控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能激光清洗头，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多功能激光清洗头，包括：激光测距传感器、振镜、R轴旋转机构和主控板，主控板、激光测距传感器和振镜分别安装在R轴旋转机构上，主控板分别与激光测距传感器、振镜、R轴旋转机构电连接，激光测距传感器所输出的测距光束和振镜所输出的线激光束分别垂直于R轴旋转机构的旋转轴线。

本发明的有益效果是：

1)将激光测距传感器和振镜搭载在R轴旋转机构上，从而可以受控于R轴旋转机构进行360°旋转，以使激光测距传感器可以对管道同一截面实现360°测距，由主控板根据测距值和对应角度值构建管道当前截面轮廓数据，以高精度定位清洗位置的范围，再基于所定位的清洗位置，振镜受控于R轴旋转机构旋转至清洗位置，激光源所发射的点激光束射向振镜的镜片，振镜的镜片经过振镜电机的高频摆动将输入的点激光束以线激光束形式向清洗位置输出，实现激光线性清洗；

2)搭载在爬行机器人上后可在方形、长方形、圆形、异形管道内进行360°激光线性清洗；

3)搭载在爬行机器人上后可在方形、长方形、圆形、异形管道内进行360°指定区域定向清洗。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，激光测距传感器所输出的测距光束和振镜所输出的线激光束重合共线。

采用上述进一步的有益效果为：以保证清洗位置与测量位置重合，便于激光动态调焦焦点位置的匹配精度，使清洗的精度和效率达到最优。

进一步，R轴旋转机构包括：上罩盖、下罩盖、底盘、头部支轴、有线滑环、R轴电机、主动齿轮和环形齿轮，底盘布置在上罩盖和下罩盖之间；R轴电机处在上罩盖内，并与底盘相固定；R轴电机的主轴贯穿底盘，并与位于下罩盖内的主动齿轮相固定；头部支轴的一端经下罩盖的底部穿入下罩盖内，并与位于下罩盖内的环形齿轮固定；环形齿轮通过有线滑环与底盘相固定，主动齿轮与环形齿轮相啮合；主控板、激光测距传感器和振镜固定在上罩盖内，上罩盖侧面对应位置设置出光窗口；头部支轴轴向贯通设置激光通道，激光通道正对振镜的镜片；有线滑环的电路板经排线与主控板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：头部支轴固定不动，此时，环形齿轮也固定不动，启动R轴电机，R轴电机将驱使主动齿轮转动，而由于主动齿轮与环形齿轮相啮合，以及环形齿轮为固定不动，此时，主动齿轮将会绕环形齿轮进行啮合转动，因此，使得上罩盖、下罩盖、底盘、激光测距传感器、振镜、主控板跟随转动，从而完成激光测距传感器和振镜的角度调整，在底盘转动过程中有线滑环相对环形齿轮也跟随转动，为激光清洗头供电和传输信号，保证了360°无限旋转的同时无线束缠绕的问题。

进一步，R轴旋转机构还包括：光栅盘和光电开关，光电开关固定在下罩盖内，光栅盘同轴固定在环形齿轮的下端面上，光栅盘的边缘处在光电开关的光路中，光电开关与有线滑环的电路板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：光电开关随下罩盖绕光栅盘进行转动时，光电开关的光路经过光栅盘边缘上的通光孔时则导通，而在经过非通光孔区域时则阻断，通过交替的导通和阻断，可以获知光电开关绕光栅盘转动的角度，该角度即对应激光测距传感器、振镜的旋转角度。

进一步，还包括温度传感器，温度传感器设置在上罩盖内的振镜上，温度传感器与主控板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：温度传感器读取振镜的工作温度，并将工作温度值反馈给主控板，由主控板进行监控，防止振镜内部温度过高，导致设备故障。

进一步，还包括无线通讯模块，无线通讯模块设置在上罩盖内，无线通讯模块与主控板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：可以让主控板通过无线通讯的方式与外部的总控端进行信息交互，可以不用牵设通讯线缆，降低所搭载机器人的负荷。

进一步，上罩盖在出光窗口内设置镜片安装座；镜片安装座上分别对应设置激光窗口镜和测距窗口镜。

采用上述进一步的有益效果为：可将内部环境与清洗烟尘隔离。

进一步，镜片安装座与上罩盖以插拔的方式连接。

采用上述进一步的有益效果为：可以实现快速拆换。

进一步，还包括摄像头，摄像头固定在上罩盖的侧壁上，摄像头与主控板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：通过摄像头可实时监测管道内部状况。

进一步，还包括：风扇，风扇设置在上罩盖，风扇与主控板电连接。

采用上述进一步的有益效果为：风扇启动后可将激光清洗后的烟尘排出管道，将烟尘及时吹散，防止灰尘或飞溅物落在激光窗口镜、测距窗口镜上导致窗口镜炸裂，以及防止清洗烟尘遮挡光路，影响激光输出效率，风扇还能为头部整体有效降温。

进一步，风扇包括：无刷电机、叶片和防护罩，无刷电机固定在上罩盖顶部，叶片固定在无刷电机上，防护罩悬空的环绕叶片，防护罩与上罩盖顶部相固定。

附图说明

图1为本发明所述多功能激光清洗头的立体图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明所述多功能激光清洗头的部分结构图；

图4为图3的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光测距传感器，2、振镜，3、R轴旋转机构，301、上罩盖，302、下罩盖，303、底盘，304、头部支轴，305、有线滑环，306、R轴电机，307、主动齿轮，308、环形齿轮，309、轴承，310、光栅盘，311、光电开关，312、镜片安装座，313、激光窗口镜，314、测距窗口镜，315、气流导流槽，4、主控板，5、温度传感器，6、无线通讯模块，7、风扇，701、无刷电机，702、叶片，703、防护罩，8、摄像头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1、图2、图3、图4所示，一种多功能激光清洗头，包括：激光测距传感器1、振镜2、R轴旋转机构3和主控板4；

激光测距传感器1安装在R轴旋转机构3上，主控板4安装在R轴旋转机构3上，振镜2安装在R轴旋转机构3上；激光测距传感器1的信号输出与主控板4的信号输入电连接，振镜2的信号输入与主控板4的信号输出电连接，R轴旋转机构3与主控板4双向通讯；激光测距传感器1用于向管道输出测距光束，测距光束用于测距，并配合R轴旋转机构3的旋转角度，由主控板4根据测距值和角度值构建管道当前截面轮廓数据，振镜2用于向管道输出线激光束，线激光束用于对管道进行清洗，激光测距传感器1所输出的测距光束和振镜2所输出的线激光束分别垂直于R轴旋转机构3的旋转轴线，即使得多功能激光清洗头具备清洗、测距功能。

实施例2

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例为在实施例1的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

激光测距传感器1所输出的测距光束和振镜2所输出的线激光束重合共线，以保证清洗位置与测量位置重合，便于激光动态调焦焦点位置的匹配精度，使清洗的精度和效率达到最优，激光测距传感器1安装于振镜2的后侧，若为前侧，激光测距传感器1将会遮挡振镜2所输出的线激光束。

实施例3

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例为在实施例1或2的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

R轴旋转机构3包括：上罩盖301、下罩盖302、底盘303、头部支轴304、有线滑环305、R轴电机306、主动齿轮307和环形齿轮308；

底盘303布置在上罩盖301和下罩盖302之间；

R轴电机306处在上罩盖301内，并且R轴电机306与底盘303相固定；

R轴电机306的主轴贯穿底盘303，并且R轴电机306与位于下罩盖302内的相固定；

头部支轴304的一端经下罩盖302的底部穿入下罩盖302内，并且头部支轴304处在下罩盖302内的一端与位于下罩盖302内的环形齿轮308的旋转轴心固定，头部支轴304强度可支撑整个激光清洗头的重力；

此外，环形齿轮308通过有线滑环305与底盘303相固定，主动齿轮307与环形齿轮308相啮合；

主控板4、激光测距传感器1和振镜2固定在上罩盖301内，上罩盖301侧面对应位置设置出光窗口，激光测距传感器1所输出的测距光束和振镜2所输出的线激光束均可通过出光窗口射出；

头部支轴304轴向贯通设置激光通道，激光通道正对振镜2的镜片，外部所引入的点激光束可以通过激光通道射向振镜2的镜片，振镜2的镜片经过振镜电机的高频摆动将输入的点激光束以线激光束形式输出，实现激光的线性清洗；有线滑环305的电路板经排线与主控板4电连接，有线滑环305为激光清洗头供电和传输信号，有线滑环305在转动过程中持续通电保证了头部持续供电以及与总控端的信息交互。

工作流程如下：

头部支轴304固定不动，头部支轴304可以固定在爬行机器人上，此时，环形齿轮308也固定不动，启动R轴电机306，R轴电机306将驱使主动齿轮307转动，而由于主动齿轮307与环形齿轮308相啮合，以及环形齿轮308为固定不动，此时，主动齿轮307将会绕环形齿轮308进行啮合转动，因此，使得上罩盖301、下罩盖302、底盘303、激光测距传感器1、振镜2、主控板4跟随转动，从而完成激光测距传感器1和振镜2的角度调整，在底盘303转动过程中有线滑环305相对环形齿轮308也跟随转动，为激光清洗头供电和传输信号，保证了360度无限旋转的同时无线束缠绕的问题。

此外，在头部支轴304与下罩盖302之间设置轴承309，轴承309可以优选为薄型轴承，提升转动过程中的平稳性。

上罩盖301和下罩盖302外部均滚花加工，增加散热面积，罩盖紧密配合，防止灰尘进入内部，上罩盖301和下罩盖302所拼成的整体为圆柱形，直径85mm，长138mm，搭载在爬行机器人上以后可放入窄径管道或通道内部。

实施例4

如图2、图4所示，本实施例为在实施例3的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

R轴旋转机构3还包括：光栅盘310和光电开关311，光电开关311固定在下罩盖302内，光栅盘310同轴固定在环形齿轮308的下端面上，光栅盘310的边缘处在光电开关311的光路中，通常情况下，光栅盘310的边缘具有一圈通光孔，比如，具有360个通光孔，以满足360°转动需求，光电开关311随下罩盖302绕光栅盘310进行转动时，光电开关311的光路经过通光孔时则导通，而在经过非通光孔区域时则阻断，通过交替的导通和阻断，可以获知光电开关311绕光栅盘310转动的角度，该角度即对应激光测距传感器1、振镜2的旋转角度，光电开关311与R轴电机306形成旋转的闭环控制；光电开关311与有线滑环305的电路板电连接，头部支轴304与光栅盘310相固定。

实施例5

如图3所示，本实施例为在实施例3或4的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

多功能激光清洗头还包括温度传感器5，温度传感器5设置在上罩盖301内的振镜2上，温度传感器5与主控板4电连接，温度传感器5读取振镜2的工作温度，并将工作温度值反馈给主控板4，由主控板4进行监控，防止振镜2内部温度过高，导致设备故障，即使得多功能激光清洗头具备温度检测功能。

实施例6

如图4所示，本实施例为在实施例3或4或5的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

多功能激光清洗头还包括无线通讯模块6，无线通讯模块6设置在上罩盖301内，无线通讯模块6与主控板4电连接，可以让主控板4通过无线通讯的方式与外部的总控端进行信息交互，可以不用牵设通讯线缆，降低所搭载机器人的负荷，无线通讯模块6可以为wifi模块。

实施例7

如图1、图3所示，本实施例为在实施例3～6任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

上罩盖301在出光窗口内设置镜片安装座312；镜片安装座312上分别对应设置激光窗口镜313和测距窗口镜314，可将内部环境与清洗烟尘隔离，通常情况下，镜片安装座312与上罩盖301以插拔的方式连接，可以实现快速拆换。

此外，上罩盖301的侧壁及顶壁同时向内凹陷形成气流导流槽315，镜片安装座312处在气流导流槽315内，可以对气流进行导向，以使气流更好的吹向激光窗口镜313和测距窗口镜314。

实施例8

如图1、图3所示，本实施例为在实施例3～7任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

多功能激光清洗头还包括摄像头8，摄像头8固定在上罩盖301的侧壁上，摄像头8与主控板4电连接，摄像头8自带补光灯，通过摄像头8可实时监测管道内部状况，即使得多功能激光清洗头具备视频监控检测功能。

实施例9

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例为在实施例3～8任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

多功能激光清洗头还包括：风扇7，风扇7设置在上罩盖301，风扇7与主控板4电连接，风扇7启动后可将激光清洗后的烟尘排出管道，将烟尘及时吹散，防止灰尘或飞溅物落在激光窗口镜313、测距窗口镜314上导致窗口镜炸裂，以及防止清洗烟尘遮挡光路，影响激光输出效率，风扇7还能为头部整体有效降温。

更进一步的，风扇7包括：无刷电机701、叶片702和防护罩703，无刷电机701固定在上罩盖301顶部，叶片702固定在无刷电机701上，无刷电机701的高速旋转带动叶片702旋转，防护罩703悬空的环绕叶片702，防护罩703与上罩盖301顶部相固定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。