激光清洗装置及方法与流程

本发明涉及激光清洗技术，尤其涉及一种激光清洗装置及方法。

背景技术：

激光清洗是一种新兴的表面处理技术，其利用高能量激光束照射待清洗工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发、气化或剥离，高速有效地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达到清洁工件表面的目的。激光清洗具有清洗效果好、控制精度高、应用范围广、运行成本低等优点，因而得到越来越广泛的关注。

现有的激光清洗装置被应用于管道内壁清洗时，存在以下缺陷：一方面，由于激光清洗加工头上集成有激光源输入端、光束传输系统、振镜扫描系统、冷却系统以及控制系统等，因此往往具有较大体积，不易实现在管道内的自由运动以及激光束聚焦位置的调整，进而较难进行管道内壁的清洗；另一方面，由于管道内部属于半封闭空间，激光清洗产生的粉尘、颗粒不易排出，直接影响光束传输，污染光学元件，造成清洗装置损坏、清洗效果不佳。

技术实现要素：

本发明提供一种激光清洗装置及方法，以实现简化管道内壁清洗，以及提高管道内壁清洗效果的目的。

第一方面，本发明提供了一种激光清洗装置，包括激光源、气体喷嘴、气体输送模块、反射镜、电机、电动滑台和烟雾吸收器；

所述激光源用于朝向待清洗管道的内腔发射激光束；所述反射镜用于将所述激光束反射至所述待清洗管道的待清洗内壁层；所述气体输送模块连通所述气体喷嘴，用于将压缩气体经所述气体喷嘴传输至所述待清洗管道的内腔；

所述激光源、所述气体喷嘴和所述电机同轴线设置，且所述同轴线与所述待清洗管道的轴线重合；所述反射镜固定设置于所述电机上，且与所述待清洗管道轴线呈预设角度设置；所述电机固定设置于所述电动滑台上，且以第一预设速度绕所述待清洗管道轴线旋转，用以当所述激光束反射至所述待清洗内壁层时，形成环绕管道内壁的光斑；所述电动滑台以第二预设速度沿所述待清洗管道轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以使激光清洗轨迹的搭接量大于零；

所述气体喷嘴贴合所述激光源的外壁，且与所述激光源同步移动，用以确保所述激光束始终反射至所述待清洗内壁层上；所述烟雾吸收器与所述气体喷嘴对应设置，用于吸收所述压缩气体。

进一步地，所述激光清洗装置还包括夹持工具，用于固定所述待清洗管道。

进一步地，所述电动滑台的移动方向与所述压缩气体的喷射方向相反。

进一步地，所述激光束为脉冲式激光束或连续式激光束；所述激光束经准直聚焦且焦距可调。

进一步地，所述压缩气体为压缩空气或压缩惰性气体。

进一步地，所述预设角度为10°～80°。

第二方面，本发明还提供了一种激光清洗方法，包括：

开启伸入待清洗管道内腔的激光源，调整所述激光源与反射镜的相对位置，以使所述激光源发射出的激光束反射至所述待清洗管道的待清洗内壁层上；

启动气体传输模块，以使压缩气体经气体喷嘴被传输至所述待清洗管道的内腔，同时启动烟雾吸收器，以吸收所述待清洗管道内腔中的压缩气体；

启动电机后，所述反射镜以第一预设速度绕所述待清洗管道轴线旋转，以形成环绕管道内壁的光斑；

启动电动滑台，所述电动滑台以第二预设速度沿所述待清洗管道轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以使激光清洗轨迹的搭接量大于零，同时，所述激光源同步移动，以确保所述激光束始终反射至所述待清洗内壁层上；

清洗完毕后，依次关闭所述激光源、电机、电动滑台、气体输送模块、以及烟雾吸收器。

进一步地，在所述开启激光源之前，还包括：

利用夹持工具固定所述待清洗管道。

进一步地，所述电动滑台的移动方向与所述压缩气体的喷射方向相反。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明通过减少伸入待清洗管道内腔的功能部件，使激光束能够在待清洗管道内腔自由传输与精准反射。

(2)、本发明利用待清洗管道的半封闭结构，借助烟雾吸收器，能高效吸收清洗过程中产生的粉尘和颗粒。

(3)、本发明解决了现有激光清洗装置对管道内壁，尤其是小孔径管道内壁进行清洗时存在操作困难且清洗效果不佳的问题。

(4)、本发明实现了简化管道内壁清洗，以及提高管道内壁清洗效果的目的。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种激光清洗装置的结构图；

图2是利用本发明实施例一提供的激光清洗装置进行管道内壁清洗的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种激光清洗装置的结构图，本实施例可适用于需要对管道内壁进行激光清洗的情况。参考图1，本实施例提供的激光清洗装置包括：激光源1、气体喷嘴8、气体输送模块2、反射镜9、电机10、电动滑台6和烟雾吸收器11；

所述激光源1用于朝向待清洗管道3的内腔发射激光束7；所述反射镜9用于将所述激光束7反射至所述待清洗管道3的待清洗内壁层4；所述气体输送模块2连通所述气体喷嘴8，用于将压缩气体经所述气体喷嘴8传输至所述待清洗管道3的内腔；

所述激光源1、所述气体喷嘴8和所述电机10同轴线设置，且所述同轴线与所述待清洗管道3的轴线重合；所述反射镜9固定设置于所述电机10上，且与所述待清洗管道3轴线呈预设角度设置；所述电机10固定设置于所述电动滑台6上，且以第一预设速度绕所述待清洗管道3轴线旋转，用以当所述激光束7反射至所述待清洗内壁层4时，形成环绕管道内壁的光斑；所述电动滑台6以第二预设速度沿所述待清洗管道3轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以使激光清洗轨迹的搭接量大于零，实现所述待清洗内壁层4的均匀完全清洗；

所述气体喷嘴8贴合所述激光源1的外壁，且与所述激光源1同步移动，用以确保所述激光束7始终反射至所述待清洗内壁层4上；所述烟雾吸收器11与所述气体喷嘴8对应设置，用于吸收所述压缩气体。

可选的，所述激光清洗装置还包括夹持工具5，用于固定所述待清洗管道3。设置所述夹持工具5固定所述待清洗管道3的好处在于，使所述待清洗管道3相对位置不变，从而极大地提高管道内壁的清洗效率和精度。

可选的，所述电动滑台6的移动方向与所述压缩气体的喷射方向相反。这样设置的好处在于，可使得管道内壁清洗过程中产生粉尘和颗粒能够及时并充分地被所述烟雾吸收器11吸收，从而极大地提升清洗效率及效果。当然，所述电动滑台6的移动方向还可以与所述压缩气体的喷射方向相同。或者，可以根据实际工艺要求对所述电动滑台6沿管道轴线的移动方向进行设定。

可选的，所述激光束为脉冲式激光束或连续式激光束；所述激光束经准直聚焦且焦距可调。所述激光束经准直聚焦且焦距可调的好处在于，可使所述激光束7能量最大化且经反射后精确聚焦于所述待清洗内壁层4上，从而提高管道内壁的清洗效果。由于在实际应用中，脉冲式激光束和连续式激光束各具优势，因而，可以根据实际的具体工艺要求，适应性选择使用脉冲式激光束，还是连续式激光束。

可选的，所述压缩气体为压缩空气或压缩惰性气体。所述压缩气体选择为压缩空气或压缩惰性气体的好处在于，可以有效地将管道内壁清洗过程中产生粉尘和颗粒吹向所述烟雾吸收器11，同时还可以极大地节约清洗成本。

可选地，所述预设角度为10°～80°，优选45°。将所述反射镜9与所述待清洗管道3轴线呈45°角设置的好处在于，可使得反射于所述待清洗内壁层4上的所述激光束7能量最大，从而极大地提高管道内壁清洗效率，以及极大地提升清洗效果。

本实施例一提供的激光清洗装置的工作原理如下：

首先，将激光源1伸入待清洗管道3中。开启激光源1，调整激光源1与反射镜9的相对位置，以使得激光源1发射出的激光束7反射至待清洗管道3的待清洗内壁层4上。本实施例中，反射镜9与待清洗管道3轴线可呈45°角设置。本实施例中，选择利用夹持工具5将待清洗管道3固定设置。

然后，启动气体传输模块2，以使压缩气体经气体喷嘴8被传输至待清洗管道3的内腔，同时启动烟雾吸收器11，以吸收待清洗管道3内腔中的压缩气体。

再然后，启动电机10，使反射镜9以第一预设速度绕待清洗管道3轴线旋转，以形成环绕待清洗管道3内壁的光斑；启动电动滑台6，使电动滑台6以第二预设速度沿待清洗管道3轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以使激光清洗轨迹的搭接量大于零，以实现待清洗内壁层4能够被均匀且完全地清洗，同时，所述激光源1同步移动，以确保激光束7始终反射至待清洗内壁层4上。本实施例中，电动滑台6沿管道轴线的移动方向与压缩气体的喷射方向相反设置。

最后，当待清洗管道3的待清洗内壁层4被均匀完全地清洗后，依次关闭激光源1、电机10、电动滑台6、气体输送模块2、以及烟雾吸收器11。

图2是利用本发明实施例一提供的激光清洗装置进行管道内壁清洗的方法流程图。参考图2，该方法具体包括如下：

s201、开启伸入待清洗管道内腔的激光源，调整所述激光源与反射镜的相对位置，以使所述激光源发射出的激光束反射至所述待清洗管道的待清洗内壁层上；

s202、启动气体传输模块，以使压缩气体经气体喷嘴被传输至所述待清洗管道的内腔，同时启动烟雾吸收器，以吸收所述待清洗管道内腔中的压缩气体；

s203、启动电机后，所述反射镜以第一预设速度绕所述待清洗管道轴线旋转，以形成环绕管道内壁的光斑；

s204、启动电动滑台，所述电动滑台以第二预设速度沿所述待清洗管道轴线移动，且所述第二预设速度与所述第一预设速度匹配设置，用以使激光清洗轨迹的搭接量大于零，同时，所述激光源同步移动，以确保所述激光束始终反射至所述待清洗内壁层上；

s205、清洗完毕后，依次关闭所述激光源、电机、电动滑台、气体输送模块、以及烟雾吸收器。

可选的，在所述开启激光源之前，还包括：

利用夹持工具固定所述待清洗管道。

可选的，所述电动滑台的移动方向与所述压缩气体的喷射方向相反。

例如，采用本实施例一提供的激光清洗装置及方法可以实现直径为60mm的管道内壁毛刺去除。具体参数为，采用nd：yag全固态脉冲激光器，波长1064nm，输出功率50w，重频20khz，脉宽120ns；压缩气体使用压缩空气的气流量为12l/min；电机转速为720r/min；电动滑台移动速率为10mm/s。

又例如，采用本实施例一提供的激光清洗装置及方法可以实现直径为150mm的管道内壁氧化皮去除。具体参数为，采用光纤脉冲激光器，波长1030nm，输出功率300w，重频30khz，脉宽100ns；压缩气体使用高纯氮气，气流量为15l/min；电机转速为300r/min；电动滑台移动速率为10mm/s。

本发明实施例通过减少伸入待清洗管道内腔的功能部件，使激光束能够在待清洗管道内腔自由传输与精准反射；同时利用待清洗管道的半封闭结构，借助烟雾吸收器，高效吸收清洗过程中产生的粉尘和颗粒，解决了现有激光清洗装置对管道内壁，尤其是小孔径管道内壁进行清洗时存在操作困难且清洗效果不佳的问题，实现了简化管道内壁清洗，以及提高管道内壁清洗效果的目的。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。