CO₂激光器带电导线绝缘外皮切削系统的制作方法

CO₂激光器带电导线绝缘外皮切削系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种CO2激光器带电导线绝缘外皮切削系统，包括CO2激光器、左光路系统、右光路系统、控制系统和悬挂机构，所述左光路系统和右光路系统通过悬挂机构对称悬挂于带电导线两侧，CO2激光器设置在下方；左光路系统由左路反射镜组和左路振镜盒组成；右光路系统由右路反射镜组和右路振镜盒组成；CO2激光器、左路振镜盒、右路振镜盒和反射镜移动装置分别连接控制系统。本实用新型利用CO2激光对橡胶和金属不同的物理烧灼特性，以及振镜盒对激光束的引导作用，双光路系统从两侧分别在带电导线绝缘外皮上切削“H”形切口，通过精准对接实现对绝缘外皮的完整切削；用1个CO2激光器实现双光路分时工作，并可实现全方位远程监控。
【专利说明】
C〇2激光器带电导线绝缘外皮切削系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及高压带电作业领域，尤其涉及一种⑶2激光器带电导线绝缘外皮切削系统。【背景技术】
[0002]电力供应是维持社会生产和居民生活的基本保障，是国民经济发展的重要支柱。 然而，随着国家经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电网系统逐渐庞大，电网扩建更为频繁，需要经常大量地进行检修维护、新设备安装、接电等施工。仅就10kv供电线路而言，因供电线路较长，供电用户增多，一但停电会造成不可估量的损失，特别是遇到高楼层密集的小区，停电信息经常传递不到位，造成人员被关在电梯里数小时，群众反映强烈，造成不良影响。随着工农业生产的发展，用户迫切的用电要求与停电检修之间形成了日益尖锐的矛盾。
[0003]在供电网中，最多的接引作业发生在10kV供电线路，常规接引作业必须将10kV供电线路停电进行接引或更換部件。如果能在10kV供电线路不停电情况下进行接引，即带电接引作业，就能解决上述矛盾。
[0004]国内10kV供电线路带电接引作业是高压带电常规作业，经历了绝缘手套、绝缘工具、绝缘斗臂车及机器人四个技术阶段，前3个阶段都属人工带电作业，操作人员处于高电压、强电场的威胁中，危险系数大，容易引发人身伤亡事故，而机器人带电接引作业因其操作引线切削绝缘皮工具时，无应力感受，经常出现机械刀具刻伤金属缆芯情况，无法普及使用。
[0005]还有一种绝缘穿刺接引线夹的技术形式，目前也是带电接引技术发展的一个方向，但其穿刺接触片受材质所限，在高电压等级带电接引作业中，面对高压电缆绝缘保护层的致密和厚度，穿刺接触片与电缆金属芯接触面积不易控制，极易出现因接触不良导致电流过载发热，甚至发生火灾事故。
【发明内容】

[0006]本实用新型提供了一种⑶2激光器带电导线绝缘外皮切削系统，利用⑶^敦光对橡胶和金属不同的物理烧灼特性，以及振镜盒对激光束的引导作用，实现对带电导线外层绝缘皮的精确切削；采用一个C02激光器实现双光路分时工作，简化了结构，降低了成本;整个作业过程可实现全方位远程监控。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现:
[0008]C〇2激光器带电导线绝缘外皮切削系统，包括C〇2激光器、左光路系统、右光路系统、 控制系统和悬挂机构，所述左光路系统和右光路系统设置于固定横梁上，通过悬挂机构对称悬挂于带电导线两侧，C02激光器设置在固定横梁的下方，其激光束发射口正对带电导线;左光路系统由左路反射镜组和左路振镜盒组成，用于将C02激光器发出的激光束引导到带电导线一侧;右光路系统由右路反射镜组和右路振镜盒组成，用于将C02激光器发出的激光束引导到带电导线另一侧;左路反射镜组的左路第一反射镜和右路反射镜组的右路第一反射镜沿激光器激光束射出方向一上一下设置，且设置在下方的左路/右路第一反射镜设有反射镜移动装置;c〇2激光器、左路振镜盒、右路振镜盒和反射镜移动装置分别连接控制系统。
[0009]所述反射镜移动装置由角度电机、齿轮、齿条、连杆和导轨组成，角度电机与齿轮同轴设置，齿轮与齿条啮合传动，齿条通过连杆连接左路/右路第一反射镜并可带动左路/ 右路第一反射镜沿导轨移动。
[0010]所述左路反射镜组由左路第一反射镜、左路第二反射镜和左路第三反射镜组成， 左路第一反射镜设置在激光束射出光路上，左上右下倾斜45°设置;左路第二反射镜沿水平方向与左路第一反射镜平行设置，左路第三反射镜沿竖直方向与左路第二反射镜垂直设置;其反射光路末端设左路振镜盒;所述右路反射镜组由右路第一反射镜、右路第二反射镜和右路第三反射镜组成，右路第一反射镜也设置在激光束射出光路上，左下右上倾斜45°设置;右路第二反射镜沿水平方向与右路第一反射镜平行设置，右路第三反射镜沿竖直方向与右路第二反射镜垂直设置;其反射光路末端设右路振镜盒;右路第一反射镜位于左路第一反射镜的下方，其上设有反射镜移动装置。
[0011]所述悬挂机构由分别设于固定横梁两侧的2个定位支撑板和对应设于定位支撑板上的2个绝缘挂钩组成，2个绝缘挂钩平行设置，绝缘挂钩与带电导线接触面为圆弧形，并与带电导线直径相适应。
[0012]所述左光路系统和右光路系统外部设有一体的绝缘密闭防护罩体，c〇2激光器外部也设有绝缘防护罩，c〇2激光器底部设激光器底座;激光器底座可通过定位销与电气控制箱上的销孔配合实现固定连接，电气控制箱与C02激光器之间的电路及气路连接均为软连接且留有冗余长度;电气控制箱底部设绝缘固定板。[0〇13]所述控制系统由控制器、图像采集处理卡、开关量驱动器、GPRS收发器、ZigBee收发器、USB存贮器、键盘、看门狗和IXD屏组成，图像采集处理卡通过RS-485接口与控制器连接，开关量驱动器、GPRS收发器、ZigBee收发器、USB存贮器、键盘、看门狗和LCD屏分别与控制器连接；控制器通过DC/DC电源转换模块连接锂电池；图像采集处理卡另外与摄像头连接，摄像头至少为1个，设置于悬挂机构和/或左、右光路系统的绝缘密闭防护罩体上。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0015]1)本实用新型采用C02激光器对带电导线进行绝缘外皮非接触性切削作业，可以实现对带电导线外层绝缘皮的精确切削，避免了常规机械钳具切削电缆外层绝缘皮时对金属缆芯的损伤，满足带电接引作业对安全性和工艺性的要求；
[0016]2)采用一个C02激光器，通过反射镜移动装置实现双光路分时工作，简化了结构， 降低了成本，减轻了设备重量；
[0017]3)双光路系统从两侧分别在带电导线绝缘外皮上切削出“H”形切口，通过精准对接实现对绝缘外皮的完整切削，切削后的绝缘外皮很容易取下；因此作业效率高，切皮质量好；
[0018]4)采用悬挂作业方式，通过振镜盒的X轴和Y轴振镜，使激光头在固定不动的情况下在带电电线绝缘外皮双面加工“H”形切口；
[0019]5)采用多工位摄像头实时采集视频，经图像处理后播放，为远距离监测、视觉定位和激光聚焦及供气状态监测提供依据；
[0020]6)采用近程(ZigBee)、远程(GPRS)无线系统，实现了与移动互联网传输，整个高压带电接引作业人员均可实现无线遥控操作；同时通过现场总线(Prof ibus-DP)有线联网;在互联网上建立确定的IP地址，通过物联网功能可实现远程全方位监控。【附图说明】
[0021]图1是c〇2激光器带电导线绝缘外皮切削系统安装在电气控制箱上的结构示意图。
[0022]图2是C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统的结构示意图。
[0023]图3是图2中的A-A剖视图一。(右光路系统工作状态)
[0024]图4是图2中的A-A剖视图二。(左光路系统工作状态)[〇〇25]图5是左光路系统工作原理图。[〇〇26]图6是右光路系统工作原理图。[〇〇27]图7是电气控制箱结构示意图。
[0028]图8是带电导线绝缘外皮“H”形切口示意图。[〇〇29]图9是带电导线绝缘外皮切削剥皮后的示意图。
[0030]图10是本实用新型所述控制系统结构示意图。[0031 ]图11是本实用新型所述控制系统工作流程图。
[0032] 图中:10.绝缘固定板20.电气控制箱21.电气控制箱外壳22.绝缘底板23.气源24.电气控制箱底板25.C02激光器电控器26.锂电池27.控制电缆28.天线29.电源电缆30.带电导线30-1.金属导线30-2.绝缘外皮30-3.左侧环形切口 30-4.连贯纵向切口 30-5.右侧环形切口 100.C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统101.定位销一 102.供电与控制电缆103.供气及冷却管路104.定位销二105.激光器底座106.C02激光器106-1.C02激光器谐振腔106-2.全反射镜106-3.窗口镜106-4.半反射镜106-5.射频电路板107.左光路系统107-1.左路第一反射镜107-2.左路第二反射镜107-3.左路第三反射镜107-4.左路振镜盒107-4-1.左路振镜盒Y轴振镜电机107-4-2.左路振镜盒Y 轴振镜107-4-3.左路振镜盒X轴振镜电机107-4-4.左路振镜盒X轴振镜108.右光路系统 108-1.右路第一反射镜108-2.右路第二反射镜108-3.右路第三反射镜108-4.右路振镜盒108-4-1.右路振镜盒Y轴振镜电机108-4-2.右路振镜盒Y轴振镜108-4-3.右路振镜盒 X轴振镜电机108-4-4.右路振镜盒X轴振镜109.定位支撑板一 110.绝缘挂钩一 111.绝缘挂钩二112.定位支撑板二113.固定横梁114-1.角度电机114-2.齿轮114-3.齿条 114-4.连杆114-5.导轨【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明:[〇〇34] 如图1-图6所示，C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，包括C02激光器106、左光路系统107、右光路系统108、控制系统和悬挂机构，所述左光路系统107和右光路系统108设置于固定横梁113上，通过悬挂机构对称悬挂于带电导线30两侧，C02激光器106设置在固定横梁113的下方，其激光束发射口正对带电导线30;左光路系统107由左路反射镜组和左路振镜盒107-4组成，用于将⑶2激光器106发出的激光束引导到带电导线30—侧;右光路系统108由右路反射镜组和右路振镜盒108-4组成，用于将⑶2激光器106发出的激光束引导到带电导线30另一侧;左路反射镜组的左路第一反射镜107-1和右路反射镜组的右路第一反射镜108-1沿激光器激光束射出方向一上一下设置，且设置在下方的左路/右路第一反射镜 107-7/108-1设有反射镜移动装置;C02激光器106、左路振镜盒107-4、右路振镜盒108-4和反射镜移动装置分别连接控制系统。
[0035]如图3和图4所示，所述反射镜移动装置由角度电机114-1、齿轮114-2、齿条114-3、 连杆114-4和导轨114-5组成，角度电机114-1与齿轮114-2同轴设置，齿轮14-2与齿条114-3 啮合传动，齿条114-3通过连杆114-4连接左路/右路第一反射镜107-1/108-1并可带动左路/右路第一反射镜107-1/108-1沿导轨114-5移动。
[0036]如图5和图6所示，所述左路反射镜组由左路第一反射镜107-1、左路第二反射镜 107-2和左路第三反射镜107-3组成，左路第一反射镜107-1设置在激光束射出光路上，左上右下倾斜45°设置;左路第二反射镜107-2沿水平方向与左路第一反射镜107-1平行设置，左路第三反射镜107-3沿竖直方向与左路第二反射镜107-2垂直设置;其反射光路末端设左路振镜盒107-4;所述右路反射镜组由右路第一反射镜108-1、右路第二反射镜108-2和右路第三反射镜108-3组成，右路第一反射镜108-1也设置在激光束射出光路上，左下右上倾斜45° 设置;右路第二反射镜108-2沿水平方向与右路第一反射镜108-1平行设置，右路第三反射镜108-3沿竖直方向与右路第二反射镜108-2垂直设置;其反射光路末端设右路振镜盒108-4;右路第一反射镜108-1位于左路第一反射镜107-1的下方，其上设有反射镜移动装置。
[0037]如图2-图4所示，所述悬挂机构由分别设于固定横梁113两侧的2个定位支撑板 109、112和对应设于定位支撑板上的2个绝缘挂钩110、111组成，2个绝缘挂钩110、111平行设置，绝缘挂钩11〇、111与带电导线30接触面为圆弧形，并与带电导线30直径相适应。
[0038]如图2及图7所示，所述左光路系统107和右光路系统108外部设有一体的绝缘密闭防护罩体，C02激光器106外部也设有绝缘防护罩，C02激光器106底部设激光器底座105;激光器底座105可通过定位销101、104与电气控制箱20上的销孔配合实现固定连接，电气控制箱 20与C02激光器106之间的电路及气路连接均为软连接且留有冗余长度；电气控制箱20底部设绝缘固定板10。[〇〇39]如图10所示，所述控制系统由控制器、图像采集处理卡、开关量驱动器、GPRS收发器、Zi gBee收发器、USB存贮器、键盘、看门狗和LCD屏组成，图像采集处理卡通过RS-485接口与控制器连接，开关量驱动器、GPRS收发器、Zi gBee收发器、USB存贮器、键盘、看门狗和LCD 屏分别与控制器连接;控制器通过DC/DC电源转换模块连接锂电池；图像采集处理卡另外与摄像头连接，摄像头至少为1个，设置于悬挂机构和/或左、右光路系统107、108的绝缘密闭防护罩体上。控制系统的工作流程图如图11所示。
[0040]采用本实用新型C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统的带电导线绝缘外皮切削方法如下:
[0041]1)将⑶2激光器带电导线绝缘外皮切削系统100连同底部电气控制箱20—起放置在绝缘斗臂车斗内，通过绝缘斗臂车将其举升到带电导线30切皮作业点处，将悬挂机构的2 个绝缘挂钩11〇、111分别挂接到作业带电导线30上;将C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统100与底部电气控制箱20脱开，绝缘斗臂车车斗下移，使C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统100悬挂在作业带电导线30上，悬挂好后作业带电导线30即处于⑶2激光器106激光束焦距范围内；
[0042]2)启动控制系统，C02激光器106产生激光束，右光路系统108先工作(如图3所示)； 激光束通过右路第一反射镜108-1、右路第二反射镜108-2和右路第三反射镜108-3的连续折射作用后，进入右路振镜盒108-4中；如图6所示，在右路振镜盒108-4中，激光束入射到X 轴振镜108-4-4和Y轴振镜108-4-2上，通过X轴振镜电机108-4-3和Y轴振镜电机108-4-1分别控制X轴振镜108-4-4和Y轴振镜108-4-2的反射角度，使激光聚焦点在作业带电导线30右半侧绝缘外皮30-2上切割出“H”型切口；(如图8所示)
[0043]3)作业带电导线右半侧绝缘外皮切割完成后，右光路系统108停止工作；启动反射镜移动装置，角度电机114-1带动齿轮114-2旋转一定角度，齿轮114-2与齿条114-3啮合传动并通过连杆114-4带动右路第一反射镜108-1移动，使左路第一反射镜107-1能够接收C02 激光器106产生的激光束(如图4所示)；激光束通过左路第一反射镜107-1、左路第二反射镜 107-2和左路第三反射镜107-3的连续折射作用后，进入左路振镜盒107-4中；如图5所示，在左路振镜盒107-4中，激光束入射到X轴振镜107-4-4和Y轴振镜107-4-2上，通过X轴振镜电机107-4-3和Y轴振镜电机107-4-1分别控制X轴振镜107-4-4和Y轴振镜107-4-2的反射角度，使激光聚焦点在作业带电导线30左半侧绝缘外皮30-2上切割出“H”型切口(如图8所示)；且左半侧绝缘外皮上的“H”型切口与右半侧绝缘外皮上的“H”型切口精密对接，最终在作业带电导线上形成位于两侧的2个环形切口 30-3、30-5及位于2个环形切口之间的2条连贯纵向切口 30-4;
[0044]4)作业带电导线绝缘外皮切削完成后，C02激光器106和左光路系统107停止工作， 反射镜移动装置带动右路第一反射镜108-1回位;绝缘斗臂车车斗举升将C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统100从作业带电导线30上取下，重新安装到底部电气控制箱20上；[〇〇45]5)最后，通过绝缘作业操作杆将切割后的绝缘外皮30-2从作业带电导线30上剥落即可进行高压带电接引后续作业。(如图7所示)
[0046]C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统100悬挂及切削带电导线绝缘外皮作业过程中，通过摄像头将采集到的图像传送到控制系统，并通过LCD屏播放，方便进行远距离监测、视觉定位和激光及供气状态实时监控。[〇〇47] 控制系统通过GPRS通信实现远程无线连接，通过ZigBee通信实现近程无线连接， 通过Prof ibus-DP现场总线实现有线连接;通过在互联网上建立确定的IP地址实现物联网功能，带电导线绝缘外皮切削以及整个高压带电接引作业可实现远程全方位监控操作。 [〇〇48]如图2及图7所示，电气控制箱20的外壳21置于绝缘固定板10上，内部设有气源23、 C02激光器电控器25和锂电池26,且气源23、C02激光器电控器25和锂电池26与电气控制箱外壳21之间设绝缘底板22;从气源23引出的供气及冷却管路103穿过激光器底座105与0)2激光器106相连;从C02激光器电控器25引出的控制电缆27和从锂电池26引出的电源电缆29分别穿过激光器底座105与⑶2激光器106的供电与控制电缆相连;C02激光器电控器25上设有天线28。[〇〇49] 如图3及图4所示，C02激光器106内设有⑶2激光器谐振腔106-1和射频电路板106-5，C02激光器谐振腔106-1的底部设全反射镜106-2，顶部设有半反射镜106-4，C02激光器106 的激光束射出口处设窗口镜106-3。
[0050]本实用新型中，可以通过键盘向控制系统中预置绝缘外皮切削程序，启动控制系统后自动进行左光路和右光路切削过程，控制系统中的看门狗可起到保证程序连续运行的作用。绝缘外皮切削完成后，通过绝缘作业操作杆(顶部可加设刮刀)可以轻松地将切口处的绝缘外皮剥除。绝缘外皮剥除后的带电导线如图7所示，距离L范围内即为绝缘外皮剥除后露出的金属导线30-1，其长度根据需要设定和控制。
[0051]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.C〇2激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，包括C〇2激光器、左光路系统、右 光路系统、控制系统和悬挂机构，所述左光路系统和右光路系统设置于固定横梁上，通过悬 挂机构对称悬挂于带电导线两侧，c〇2激光器设置在固定横梁的下方，其激光束发射口正对 带电导线;左光路系统由左路反射镜组和左路振镜盒组成，用于将c〇2激光器发出的激光束 引导到带电导线一侧;右光路系统由右路反射镜组和右路振镜盒组成，用于将c〇2激光器发 出的激光束引导到带电导线另一侧;左路反射镜组的左路第一反射镜和右路反射镜组的右 路第一反射镜沿激光器激光束射出方向一上一下设置，且设置在下方的左路/右路第一反 射镜设有反射镜移动装置;c〇2激光器、左路振镜盒、右路振镜盒和反射镜移动装置分别连 接控制系统。2.根据权利要求1所述的C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，所述反射 镜移动装置由角度电机、齿轮、齿条、连杆和导轨组成，角度电机与齿轮同轴设置，齿轮与齿 条啮合传动，齿条通过连杆连接左路/右路第一反射镜并可带动左路/右路第一反射镜沿导 轨移动。3.根据权利要求1所述的C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，所述左路 反射镜组由左路第一反射镜、左路第二反射镜和左路第三反射镜组成，左路第一反射镜设 置在激光束射出光路上，左上右下倾斜45°设置;左路第二反射镜沿水平方向与左路第一反 射镜平行设置，左路第三反射镜沿竖直方向与左路第二反射镜垂直设置;其反射光路末端 设左路振镜盒;所述右路反射镜组由右路第一反射镜、右路第二反射镜和右路第三反射镜 组成，右路第一反射镜也设置在激光束射出光路上，左下右上倾斜45°设置;右路第二反射 镜沿水平方向与右路第一反射镜平行设置，右路第三反射镜沿竖直方向与右路第二反射镜 垂直设置;其反射光路末端设右路振镜盒;右路第一反射镜位于左路第一反射镜的下方，其 上设有反射镜移动装置。4.根据权利要求1所述的C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，所述悬挂 机构由分别设于固定横梁两侧的2个定位支撑板和对应设于定位支撑板上的2个绝缘挂钩 组成，2个绝缘挂钩平行设置，绝缘挂钩与带电导线接触面为圆弧形，并与带电导线直径相 适应。5.根据权利要求1所述的C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，所述左 光路系统和右光路系统外部设有一体的绝缘密闭防护罩体，C02激光器外部也设有绝缘防 护罩，c〇2激光器底部设激光器底座;激光器底座可通过定位销与电气控制箱上的销孔配合 实现固定连接，电气控制箱与c〇2激光器之间的电路及气路连接均为软连接且留有冗余长 度;电气控制箱底部设绝缘固定板。6.根据权利要求1所述的C02激光器带电导线绝缘外皮切削系统，其特征在于，所述控制 系统由控制器、图像采集处理卡、开关量驱动器、GPRS收发器、ZigBee收发器、USB存贮器、键 盘、看门狗和LCD屏组成，图像采集处理卡通过RS-485接口与控制器连接，开关量驱动器、 GPRS收发器、ZigBee收发器、USB存贮器、键盘、看门狗和IXD屏分别与控制器连接;控制器通 过DC/DC电源转换模块连接锂电池；图像采集处理卡另外与摄像头连接，摄像头至少为1个， 设置于悬挂机构和/或左、右光路系统的绝缘密闭防护罩体上。
【文档编号】H02G1/12GK205622152SQ201620328571
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】黄耀阳, 周培忠, 王彦明, 高振江, 刘君, 梁凯, 韩春成, 王春岩, 李叶军, 苏松
【申请人】鞍山兰陵易电工程技术有限公司, 国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司, 国家电网公司