一种小直径管路内壁激光清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，具体涉及一种小直径管路内壁激光清洗装置及方法。

背景技术

近年来发展的激光清洗技术是利用高能激光束照射工件表面(瞬间峰值最大功率可达兆瓦级)，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净的工艺过程。

小直径管路结构件常见于是航空、航天发动机结构中供油、供气系统以及各类套筒，其主要特点是管路系统形状复杂且其直径较小，一般小于200mm。由于管路直径尺寸的限制，常规的激光清洗设备只能对管路外壁进行清洗，难以深入管路内部对管路内壁进行清洗。常规的激光清洗设备激光头尺寸一般在200mm以上，对于小于200mm的管路激光头无法进入内部进行清洗。近期新研发的小尺寸旋转式清洗头，可伸入管路内部进行内壁的激光清洗，但由于是手持方式，难以精确控制激光清洗焦点位置，行进速度也难以保证稳定性，造成内壁清洗质量不均匀，清洗效果较差。

因此，发明人提供了一种小直径管路内壁激光清洗装置及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种小直径管路内壁激光清洗装置及方法，解决了激光清洗小直径管路过程中的行进速度稳定性差、清洗效果差的技术问题。

(2)技术方案

本发明的第一方面提供了一种小直径管路内壁激光清洗装置，包括小直径旋转清洗头、可伸缩多爪卡盘、除尘装置、连接装置及密封膜；其中，

所述小直径旋转清洗头沿其轴向设置所述可伸缩多爪卡盘，所述可伸缩多爪卡盘用于在移动过程中与小直径管路内壁接触，所述小直径旋转清洗头、所述除尘装置分别连接于所述连接装置的两端，所述连接装置与所述小直径旋转清洗头固定连接，所述连接装置与所述除尘装置转动连接且沿轴向同步移动，所述密封膜密封设置于所述小直径管路内壁的两端。

进一步地，所述小直径旋转清洗头包括主体、光纤、调焦旋钮及旋转清洗反射系统；其中，

所述光纤穿设于所述主体，所述调焦旋钮设于所述主体且用于调节所述光纤输出的激光束的聚焦距离，所述旋转清洗反射系统设于所述主体的一端且用于使所述光纤输出的激光束作高速旋转。

进一步地，所述小直径旋转清洗头沿其轴向依次间隔设置多个所述可伸缩多爪卡盘。

进一步地，所述可伸缩多爪卡盘包括滚轮、连接杆、液压支撑杆及卡盘基座；其中，

多个所述连接杆沿所述卡盘基座的周向分布，所述液压支撑杆的一端转动连接于所述卡盘基座，所述液压支撑杆的另一端转动连接于所述连接杆，所述滚轮设于所述连接杆远离所述所述卡盘基座的一端且用于与所述小直径管路内壁接触，所述卡盘基座与所述小直径旋转清洗头连接。

进一步地，所述连接杆包括相互转动连接的第一杆和第二杆，所述第一杆转动连接于所述卡盘基座，所述第二杆远离所述第一杆的端部安装所述滚轮。

进一步地，所述除尘装置为吸尘器。

进一步地，所述连接装置为旋转轴承，所述除尘装置的一端与所述旋转轴承转动连接，所述小直径旋转清洗头的一端与所述旋转轴承固定连接。

进一步地，所述密封膜的材质为透明塑料薄膜。

本发明的第二方面提供了一种小直径管路内壁激光清洗方法，包括以下步骤：

S1、将可伸缩多爪卡盘安装于小直径旋转清洗头的中间部位；

S2、将组合好的激光清洗装置放置于小直径管路内壁；

S3、在所述小直径旋转清洗头的前端安装连接装置；

S4、将除尘装置与所述连接装置转动连接；

S5、调节所述可伸缩多爪卡盘，使其与所述小直径管路内壁接触；

S6、设置激光清洗参数；

S7、采用密封膜将所述小直径管路的前、后两端密封；

S8、开启除尘装置；

S9、在可伸缩多爪卡盘导引下，所述小直径旋转清洗头沿小直径管路的长度方向往复运动多次，激光清洗所述小直径管路内壁。

进一步地，所述设置激光清洗参数，具体为：

设置激光聚焦焦点位于小直径管路内壁±5mm范围内，激光功率为10W～500W，清洗头旋转速度为10～200转/min，激光重复频率为25～50kHz，激光脉冲宽度为130ns。

(3)有益效果

综上，本发明通过可伸缩多爪卡盘可与小直径旋转清洗头配合安装，安装简单，便于实施。可伸缩多爪卡盘可根据管路直径尺寸进行伸缩，可用于不同直径的管路系统内壁清洗，适用性极强对于固定旋转清洗头，导引激光清洗路径起到极大作用；随动的除尘装置可实现内部粉尘的及时清理，防止粉尘遮蔽激光，清洗效果提高80％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是小直径管路内壁的激光清洗原理图；

图2是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的主视图；

图3是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的左视图；

图4是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的小直径旋转清洗头的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的可伸缩多抓卡盘的主视图；

图6是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的可伸缩多抓卡盘的左视图；

图7是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗方法的流程示意图。

图中：

1-小直径管路内壁；2-小直径旋转清洗头；201-主体；202-光纤；203-调焦旋钮；204-旋转清洗反射系统；3-可伸缩多爪卡盘；301-滚轮；302-连接杆；303-液压支撑杆；304-卡盘基座；4-除尘装置；5-旋转轴承连接装置；6-密封膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图2是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗装置的结构示意图，如图2-3所示，该装置可以包括小直径旋转清洗头2、可伸缩多爪卡盘3、除尘装置4、连接装置5及密封膜6；其中，

小直径旋转清洗头2沿其轴向设置可伸缩多爪卡盘3，可伸缩多爪卡盘3用于在移动过程中与小直径管路内壁1接触，小直径旋转清洗头2、除尘装置4分别连接于连接装置5的两端，连接装置5与小直径旋转清洗头2固定连接，连接装置5与除尘装置4转动连接且沿轴向同步移动，密封膜6密封设置于小直径管路内壁1的两端。

在上述实施方式中，通过可伸缩多爪卡盘3可与小直径旋转清洗头2配合安装，安装简单，便于实施。可伸缩多爪卡盘3可根据管路直径尺寸进行伸缩，可用于不同直径的管路系统内壁清洗，适用性极强对于固定旋转清洗头，导引激光清洗路径起到极大作用；随动的除尘装置4可实现内部粉尘的及时清理，防止粉尘遮蔽激光，清洗效果提高80％以上。

管路内壁激光清洗系统原理图如图1所示，其原理是将入射激光束通过调焦镜片在旋转反射镜上进行反射，反射激光入射到待清洗管路的内壁，此时激光束在旋转反射镜的工作下高速旋转，激光束在管路内壁环向进行清洗作业，将整个清洗头沿管路长度方向往复运动，则可清洗整个管路内壁。

需要清洗的小直径管路内壁工件，一般为不锈钢或钛合金材料，壁厚0.5mm～3mm。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，小直径旋转清洗头2包括主体201、光纤202、调焦旋钮203及旋转清洗反射系统204；其中，

光纤202穿设于主体201，调焦旋钮203设于主体201且用于调节光纤202输出的激光束的聚焦距离，旋转清洗反射系统203设于主体201的一端且用于使光纤202输出的激光束作高速旋转。

具体地，小直径旋转清洗头2可作旋转扫描，其中调焦旋钮203用来调节激光束聚焦距离，调节范围在50～200mm，旋转清洗反射系统204可以使得激光束作高速旋转，旋转速度10～200转/min。

500W级小直径旋转清洗头，其中旋转清洗头可作360°旋转扫描，聚焦距离调节范围在40～200mm，功率10W～500W可调，旋转速度10～200转/min，激光重复频率25～50kHz，激光脉冲宽度130ns，其工作方式采用圆周扫描方式，水冷方式进行冷却。

作为一种可选的实施方式，小直径旋转清洗头2沿其轴向依次间隔设置多个可伸缩多爪卡盘3。其中，对于可伸缩多爪卡盘3的具体数量不做限定，当然，设置的越多，小直径旋转清洗头2与小直径管路内壁1的接触面积越大，其在小直径管路内壁1的轴向移动能够更加稳定。

作为一种可选的实施方式，如图5-6所示，可伸缩多爪卡盘3包括滚轮301、连接杆302、液压支撑杆303及卡盘基座304；其中，

多个连接杆302沿卡盘基座304的周向分布，液压支撑杆303的一端转动连接于卡盘基座304，液压支撑杆303的另一端转动连接于连接杆302，滚轮301设于连接杆302远离卡盘基座304的一端且用于与小直径管路内壁1接触，卡盘基座304与小直径旋转清洗头2连接。

具体地，可伸缩多爪卡盘3整体由黄铜62材料制造，其与小直径旋转清洗头2连接并配合使用，其主要作用是，激光扫描时沿管路长度方向行进，可保证小直径旋转清洗头2处于管路中心位置从而使得激光扫描焦点位于管路内壁处，最终确保清洗效果。可伸缩多爪卡盘3使用时前后设置两个，两个间距约20～200mm，主要作用是保持小直径旋转清洗头2往复运动时的前后稳定性。

连接杆302与液压支撑杆303共同作用下，可以使得可伸缩多爪卡盘3可以根据管路直径自由伸缩，确保滚轮301与小直径管路内壁1接触。

作为一种可选的实施方式，连接杆302包括相互转动连接的第一杆和第二杆，第一杆转动连接于卡盘基座304，第二杆远离第一杆的端部安装滚轮301。

具体地，对于连接杆302具体的杆数量不做限定，一般设置两个即可满足径向扩张/收缩的要求。

作为一种可选的实施方式，除尘装置4为吸尘器。其中，除尘装置4为工业级吸尘器，功率5000W。

作为一种可选的实施方式，连接装置5为旋转轴承，除尘装置4的一端与旋转轴承转动连接，小直径旋转清洗头2的一端与旋转轴承固定连接。

具体地，连接装置5的主要作用是连接小直径旋转清洗头2与除尘装置4，使得除尘装置4可随着小直径旋转清洗头2同步往复运动，同时可以保持除尘装置4为静态，不随小直径旋转清洗头2做高速圆周运动。

作为一种可选的实施方式，密封膜6的材质为透明塑料薄膜。其中，其主要作用是起封闭管路前、后两端，防止清洗过程中粉尘外溢，便于对于清洗粉尘的收集。

图7是本发明实施例提供的一种小直径管路内壁激光清洗方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1、将可伸缩多爪卡盘安装于小直径旋转清洗头的中间部位；

S2、将组合好的激光清洗装置放置于小直径管路内壁；

S3、在小直径旋转清洗头的前端安装连接装置；

S4、将除尘装置与连接装置转动连接；

S5、调节可伸缩多爪卡盘，使其与小直径管路内壁接触；

S6、设置激光清洗参数；

S7、采用密封膜将小直径管路的前、后两端密封；

S8、开启除尘装置；

S9、在可伸缩多爪卡盘导引下，小直径旋转清洗头沿小直径管路的长度方向往复运动多次，激光清洗小直径管路内壁。

作为一种可选的实施方式，设置激光清洗参数，具体为：

设置激光聚焦焦点位于小直径管路内壁±5mm范围内，激光功率为10W～500W，清洗头旋转速度为10～200转/min，激光重复频率为25～50kHz，激光脉冲宽度为130ns。

采用黄铜62材料制造可伸缩多爪卡盘一个，采用500W级小直径旋转激光清洗设备1台。

实施例1

待清洗工件为直径为120mm、长度300mm、厚度1.5mm的TC4钛合金管路一个。

S1、将可伸缩多爪卡盘3安装在小直径旋转清洗头2中间部位，前、后各安装一个，前后两个相距约50mm；

S2、将组合好的激光清洗装置(可伸缩多爪卡盘3和小直径旋转清洗头2)安装与管路内部；

S3、在清洗头2前端安装连接装置5；

S4、将除尘装置4与连接装置5；

S5、调节前后两个可伸缩多爪卡盘3的连接杆302与液压支撑杆303，使得滚轮301与管路内壁接触；

S6、设置清洗参数(焦距、功率、旋转速度、激光频率)，使得激光聚焦焦点位于管路内壁±5mm范围内，设置清洗参数激光功率300W可调，清洗头旋转速度60转/min，激光重复频率45kHz，激光脉冲宽度130ns；

S7、采用密封膜6将管路前、后两端密封；

S8、开启除尘装置4；

S9、在可伸缩多爪卡盘3导引下，激光清洗头2沿管路1长度方向前后往复运动三次，往复运动速度0.6m/min，激光清洗管路内壁；

S10、作业完毕，拆除管路内部清洗装置，检查管路内壁清洗状态。

完成清洗后解剖管路，查看管路内壁激光清洗状态，发现管路内壁清洗干净，内壁呈金属光泽。

实施例2

待清洗工件为直径为200mm、长度200mm、厚度2mm的TC2钛合金管路一个。

S1、将多爪卡盘3安装在小直径旋转清洗头2中间部位，前、后各安装一个，前后两个相距约30mm；

S2、将组合好的激光清洗装置(可伸缩多爪卡盘3和小直径旋转清洗头2)安装与管路内部；

S3、在清洗头2前端安装连接装置5；

S4、将除尘装置4与连接装置5；

S5、调节前后两个可伸缩多爪卡盘3的连接杆302与液压支撑杆303，使得滚轮301与管路内壁接触；

S6、设置清洗参数(焦距、功率、旋转速度、激光频率)，使得激光聚焦焦点位于管路内壁±5mm范围内，设置清洗参数激光功率500W可调，清洗头旋转速度30转/min，激光重复频率30kHz，激光脉冲宽度130ns；

S7、采用密封膜6将管路前、后两端密封；

S8、开启除尘装置4；

S9、在可伸缩多爪卡盘3导引下，激光清洗头2沿管路1长度方向前后往复运动三次，往复运动速度0.8m/min，激光清洗管路内壁；

S10、作业完毕，拆除管路内部清洗装置，检查管路内壁清洗状态。

完成清洗后解剖管路，查看管路内壁激光清洗状态，发现管路内壁清洗干净，内壁呈金属光泽。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。