直线轨迹型同步异向双楔形棱镜式激光清洗头及清洗方法与流程

本发明属于激光清洗技术领域，具体涉及一种直线轨迹型同步异向双楔形棱镜式激光清洗头及清洗方法。

背景技术：

激光清洗是一种高效、绿色的清洗技术，相对于化学清洗及机械清洗有一定优势，其具有不需要任何化学试剂、无研磨、无应力、无耗材、对基材损伤小、清洁度高等优点。激光利用光纤传输引导，可清洗不易达到的部位，适用范围广泛，例如除锈、除漆、除泥污、晶片表面处理等。该技术已逐步应用于各领域。随着市场不断发展及应用的广泛性，越来越多的企业、工厂开始采用这种激光清洗技术来代替传统的清洗技术。

激光清洗一般采用脉冲激光器产生脉冲激光，再由光纤传导至激光清洗执行装置，一般称为激光清洗头或者称为激光扫描枪，目前一般的激光清洗头采用准直镜、振镜和聚焦镜组成的系统，激光由光纤出射至准直镜，准直后的光束照射到振镜镜片上，通过镜片的往复振动使激光束摆动，再通过平面场镜汇聚成清洗线，将清洗工件放置清洗线上，移动扫过清洗表面即可完成清洗。准直后光束直径越大，聚焦后的清洗线越细，峰值的能量越高，清洗效果也越好。

上述现有技术存在以下缺点；

1、由于振镜镜片摆动至折返点时需要电机输出较大的能量，而光束直径越大需要的振镜镜片越大，也就意味着更大的电机才能驱动，因此造成激光清洗头尺寸和重量较大，增加了操作者或机械夹持设备的负担，影响清洗操作最小空间和最小直径管路的适用范围。

2、振镜系统还存在抗干扰能力差、产生振动和发热等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同步异向双楔形棱镜式激光清洗头，采用两片圆楔形棱镜定速旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了驱动电机的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种直线轨迹型同步异向双楔形棱镜式激光清洗头，包括与光纤固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和双楔形棱镜部件，以及与所述的壳体固定连接的一个驱动电机，所述的双楔形棱镜部件包括受所述的驱动电机驱动同步异向旋转的两个同光轴设置的楔形棱镜，所述的光纤的出光点与所述的楔形棱镜同轴。

在上述技术方案中，所述的光束整形部件包括聚焦镜，所述的聚焦镜固定设置在所述的双楔形棱镜部件与光纤的出光点间并同轴。

在上述技术方案中，所述的光束整形部件包括准直镜和平面场镜，所述的双楔形棱镜部件位于准直镜和平面场镜之间并同轴。

在上述技术方案中，所述的双楔形棱镜部件包括对应与楔形棱镜固定连接且分别通过轴承与所述的壳体连接的轮环，两个分别对应设置在两个轮环的相邻侧的伞状齿，匹配地与两个伞状齿同时啮合的换向伞齿，其中一个所述的齿环或换向伞齿与驱动电机传动连接。

在上述技术方案中，所述的轮环上设置有从动齿环，所述的驱动电机的输出轴对应设置有与所述的从动齿环对应的主动齿轮。

在上述技术方案中，所述的驱动电机为防辐射电机，轴承(53)、轮环(54)和主动轮(56)表面镀有二硫化钼作为润滑剂。

在上述技术方案中，所述的轮环内形成有台肩，所述的楔形棱镜通过压环匹配地嵌装在所述的轮环内。

在上述技术方案中，还包括与所述的轮环固定连接的以将楔形棱镜定位的楔形垫环和压环。

在上述技术方案中，所述的两片圆楔形棱镜的较厚一端的初始位置相同。

在上述技术方案中，壳体包括相固定连接的镜身壳体和驱动壳体，所述的驱动壳体包括驱动腔和驱动盖，所述的驱动腔和驱动盖分别包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在驱动壳体外部并与所述的主动轮传动连接。

所述的直线轨迹型同步异向双楔形棱镜式激光清洗头的使用方法，包括以下步骤：

1)激光束由外部的激光发生器发出，经光纤传导；

2)激光束从光纤出口出射，经聚焦镜汇聚；

3)激光束依次通过两个圆楔形棱镜，光束向棱镜较厚的边缘偏折；

4)驱动组件转动两个圆楔形棱镜同步反向转动，激光束偏折方向随之改变；

5)激光束汇聚于聚焦点，聚焦点随激光束偏折方向移动，轨迹形成直线式清扫轨迹线。

本发明的优点和有益效果为：

本发明采用两片圆楔形棱镜同速反向旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了驱动电机的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。由于采用了定速旋转的方案，相对于往复运动的振镜系统，降低了电机驱动控制的难度，减少了驱动产生的发热，提高清洗头系统的稳定性和抗干扰能力。此外，本发明通过不同的楔形棱镜组合和转动方案，提供了独特的清洗扫描路径，能够满足一些特殊扫描应用需求，如管壁清洗、法兰焊口清洗等，可以作为现有技术有效的补充方案。

附图说明

图1是双楔形棱镜反向同步旋转原理图。

图2是单电机驱动的双楔形棱镜剖视图。

图3是驱动组件爆炸效果图。

图4所示为另一实施方式原理图。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的一种直线轨迹型同步异向双楔形棱镜式激光清洗头，包括与光纤固定连接的壳体，设置在所述的壳体内的光束整形部件和包括两个楔形棱镜4的双楔形棱镜部件，以及与所述的壳体固定连接的驱动电机501，所述的双楔形棱镜部件包括受所述的驱动组件驱动同步异向旋转的两个同光轴设置的楔形棱镜4，其优选为圆楔形棱镜，所述的光纤的出光点与所述的圆楔形棱镜同轴。其中，所述的两片圆楔形棱镜的较厚一端的初始位置相同。所述的驱动电机可以是一个，通过齿轮等实现同步反向驱动，也可以是直接采用两个驱动电机分别驱动。

其中，根据需要调整楔形棱镜的相对位置、旋转速度主截面面积以及楔形顶角等参数，使光束形成不同的折射角度，最终直接形成直线型轨迹线，实现直线式路径的激光清洗，可用于流水线上或者手持大平面清洗。

本发明采用两片圆楔形棱镜同速反向旋转，使光束发生偏折和位移，保持系统运转的能量相对较小，减小了驱动电机的尺寸，进而能够适应更大直径的光束，其入射光与出射光同轴的结构，减小了整套系统的空间尺寸。由于采用了定速旋转的方案，相对于往复运动的振镜系统，降低了电机驱动控制的难度，减少了驱动产生的发热，提高清洗头系统的稳定性和抗干扰能力。此外，本发明通过不同的楔形棱镜组合和转动方案，提供了独特的清洗扫描路径，能够满足一些特殊扫描应用需求，如管壁清洗、法兰焊口清洗等，可以作为现有技术有效的补充方案。

优选地，壳体包括相固定连接的镜身壳体8和驱动壳体502，所述的驱动壳体包括驱动腔和驱动盖。通过两个不同的空腔布局，保证动力得以传送的同时，减少互相干扰，其中，镜身壳体用以将激光引入，所述的驱动壳体用以实现最终的直线轨迹输出，两个沿光轴同轴设置，提及可视内部光路进行布局，尽量减少整体体积。而且，为减少对内部的辐射，还可采用防辐射材料、防辐射层或防辐射涂层等。

实施例二

作为其中一个实施方案，所述的光束整形部件包括聚焦镜31，所述的聚焦镜固定设置在所述的双楔形棱镜部件与光纤的出光点间并同轴。具体地，所述的光纤1安装在镜身8末端，聚焦镜31安装在镜身壳体8内，光纤1发出的光束2通过聚焦镜31汇聚至聚焦点6，光束2在经过两片圆楔形棱镜4时发生偏折，由于驱动组件5驱动圆楔形棱镜4旋转，光束的偏折方向随之发生改变，最终聚焦点6移动的轨迹形成直线型的轨迹线7，轨迹线7既是清扫系统的清扫轨迹线。

实施例三

作为一个具体实施方式，所述的光束整形部件包括同光轴设置的准直镜32和平面场镜33，所述的双楔形棱镜部件位于准直镜和平面场镜之间并同轴。具体地，保证清洗光束汇聚面为平面，光束整形组件3采用准直镜32配合平面场镜33的配合，光纤1发出的光束2通过准直镜32，准直后的光束2经过两片圆楔形棱镜4时发生偏折，偏折的光束2再经过平面场镜33汇聚至聚焦点6并最终构成直线轨迹7。

实施例四

所述的楔形棱镜部件包括对应与所述的楔形棱镜固定连接且分别通过轴承与所述的壳体连接的轮环，两个分别对应设置在两个轮环的相邻侧的伞状齿，匹配地与两个伞状齿同时啮合的换向伞齿，其中一个所述的轮环或换向伞齿与驱动电机传动连接。当轮环与驱动电机传动时，则所述的轮环上设置有从动齿环，所述的驱动电机的输出轴对应设置有与所述的从动齿环对应的主动齿轮。壳体包括相固定连接的镜身壳体和驱动壳体，所述的驱动壳体包括驱动腔和驱动盖，所述的驱动腔502和驱动盖515分别包括用以定位所述的轴承的镜腔，以及用于定位主动轮的传动腔，所述的驱动电机设置在驱动壳体外部并与所述的主动轮传动连接。

具体地，如图所示，所述的正转的圆楔形棱镜4安装在驱动组件5的轮环504中，通过楔形垫环507和压环508压紧。轮环安装在轴承503内部，轴承503安装在驱动腔502上，轮环504的从动齿环与主动轮505啮合，主动轮505与驱动电机501连接，驱动电机501安装在驱动腔502上。轮环504上还设置有正转伞齿506，另一轮环514上设置有反转伞齿513，正转伞齿506与换向伞齿509啮合，换向伞齿509的另一端与反转伞齿513啮合，换向伞齿509由伞齿轴511支撑，伞齿轴511通过两个伞齿轴承510安装在伞齿座512上，伞齿座512固定在驱动腔502上。反转伞齿513安装在轮环514上，带动轮环514相对于轮环504反向旋转，由于正转伞齿506与反转伞齿513的齿数相同，因此正转伞齿506与反转伞齿513的转速相同，反转的圆楔形棱镜4安装在轮环514内部，由楔形垫环507和压环508压紧，轮环514安装在另一个轴承503内部，最终安装在驱动盖板59上，驱动盖板59与驱动腔502螺钉连接。

其中，所述的驱动电机为防辐射电机，所述的轴承503为防辐射轴承、轮环54和主动轮56表面镀有二硫化钼作为润滑剂，采用内部没有电子元器件的防辐射电机，传动组件和轴承均采用了二硫化钼镀层最为润滑方式，有效消除了辐射对普通润滑剂的影响。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。