激光清洗装置的制作方法

1.本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光清洗装置。


背景技术：

2.管道件寿命期内维修保养过程中需要及时清洗，管道件在加工过程中大多逐段焊接，但是在维修保养过程中无法拆卸，只能从两端开口处伸入装置进行清洗。
3.传统的手工清洗无法适应小开口孔径的工件，根本无法伸入孔径中。
4.而较为普遍的吹砂法是将沙粒以压缩空气为动力，将沙粒以高速喷射到工件内表面，从而清除管道内壁的杂质，但吹砂头必须伸入工件端部开口中，受限于吹砂头尺寸，因此孔径开口太小尺寸的工件无法采用吹砂法清洗，此外吹砂法由于吹砂时砂粒入射工件的速度、角度都存在一定随机性，因此存在清洗质量不均匀，损伤工件，且吹砂之后残砂清理不彻底易残留，严重影响工件后续的正常服役使用，因此对于精密结构件，也不宜采用这种机械接触式清洗方式。
5.目前市面上有多种内壁激光清洗装置，但都是运动机构与激光输出头并排布置并深入工件内部，仅适用于较大口径的内壁清洗，尚未见到能清洗开口孔径的内壁激光清洗装置；同时内壁激光清洗过程中，会产生大量粉尘，此时如何保证光学镜片的洁净度也未见诸体现。


技术实现要素：

6.基于此，有必要提供一种激光清洗装置，通过使反射镜单独伸入工件内部使激光束扫描工件内壁，从而能够适用小开口孔径工件的内壁清洗工作。
7.一种激光清洗装置，包括：激光传输扫描机构，所述激光传输扫描机构包括激光发生器、光束整形组件和光束反射组件，所述激光发生器、所述光束整形组件和所述光束反射组件依次连接，所述光束反射组件远离所述光束整形组件的一端用于伸入工件使激光束扫描工件内壁；轴向运动机构，所述轴向运动机构分别与所述激光发生器和所述光束反射组件连接，所述轴向运动机构用于带动激光传输扫描机构相对工件运动；工件回转机构，所述工件回转机构与所述光束反射组件相对设置，所述回转机构用于带动工件转动。
8.本技术公开了一种激光清洗装置，通过将光束反射组件单独置入工件内部，将激光传输到工件内壁上，可适应小内径尺寸开口工件的内壁清洗，并通过轴向运动机构和回转机构的配合，实现工件内壁整体清洗工作；一方面通过轴向运动机构带动激光传输扫描机构相对工件运动，激光束将沿工件长度方向移动，另一方面通过工件回转机构抓取工件固定工件位置，并带动工件绕光束反射组件回转，使得激光束可沿工件圆周方向移动，由此确保激光束扫描轨迹覆盖工件整个内壁。
9.在其中一个实施例中，还包括焦距调节机构，所述焦距调节机构设置在所述轴向运动机构上，所述激光发生器通过所述焦距调节机构与所述轴向运动机构连接，所述焦距调节机构能够带动所述激光发生器和所述光束整形组件相对所述光束反射组件运动，所述
激光发生器和所述光束整形组件相对所述光束反射组件至少具有第一位置和第二位置。通过焦距调节机构的设置，使得焦距调节机构能够带动激光发生器和光束整形组件相对光束反射组件运动，从而控制光束整形组件与光束反射组件之间的距离，可满足多内径尺寸工件内壁的清洗需要。当激光发生器和光束整形组件位于第一位置时，光束整形组件与光束反射组件之间距离较近，对应工件的内径较大，当激光发生器和光束整形组件位于第二位置时，光束整形组件与光束反射组件之间距离较远，对应工件的内径较小，针对不同大小的内径，对激光发生器和光束整形组件之间的距离灵活调节，确保光束整形组件后到工件内壁的光程一致，即可实现聚焦位置的实时控制和激光聚焦光斑尺寸一致，保证均匀的清洗质量。
10.在其中一个实施例中，所述焦距调节机构包括第一调节滑座和限位连接件，所述限位连接件一端与所述光束反射组件连接，所述限位连接件另一端与所述轴向运动机构连接，所述第一调节滑座与所述激光发生器连接，所述第一调节滑座活动设置在所述轴向运动机构，所述第一调节滑座可相对所述轴向运动机构运动。通过第一调节滑座的设置，激光发生器与第一调节滑座连接，使得第一调节滑座可带动激光发生器等组件相对轴向运动机构移动，但同时由于限位连接件的设置，使得轴向运动机构对光束反射组件产生相对阻力令光束反射组件脱离与光束整形组件的连接，从而使光束整形组件与光束反射组件之间的距离可调。
11.在其中一个实施例中，所述轴向运动机构包括第二调节滑座和导轨座，所述第二调节滑座分别与所述限位连接件和所述第一调节滑座连接，所述第二调节滑座活动设置在所述导轨座上，所述第二调节滑座可相对所述导轨座运动。通过第二调节滑座的设置，第二调节滑座分别与限位连接件和第一调节滑座连接，使得第二调节滑座可带动激光传输扫描机构相对导轨座滑动，从而在工件回转机构的运作配合下，工件每个区域的激光能量都相同，保证了清洗质量的均匀一致。
12.在其中一个实施例中，所述光束整形组件包括准直镜和聚焦镜，所述准直镜的焦点与所述激光发生器的输出端重合，所述聚焦镜与所述准直镜相对设置，所述聚焦镜设置在所述准直镜远离所述激光发生器的一侧，所述聚焦镜的焦距与工件尺寸匹配。为适用小内径尺寸工件的内壁清洗，在准直镜和聚焦镜的设置配合下，形成精简紧凑的光路结构，可伸入开口仅10mm的回转件内进行清洗；通过设置准直镜，使激光发生器的发散角与准直镜相互匹配，激光参数、准直径参数实现良好匹配，确保激光能从光束反射组件的内部光路结构传输而不干涉；此外，聚焦镜的焦距与工件尺寸匹配，聚焦镜的焦距需大于等于工件长度与工件最大内壁半径之和，确保激光聚焦光斑点能扫描工件内壁，且激光能量最强，保证清洗效率。
13.在其中一个实施例中，所述激光发生器、所述光束整形组件和所述光束反射组件的中轴线重叠。
14.在其中一个实施例中，所述光束整形组件还包括安装座，所述聚焦镜通过所述安装座与所述准直镜连接。通过安装座的设置，采用螺纹连接等方式可使聚焦镜牢固地与准直镜连接，可避免焦距调节时聚焦镜被意外扯落脱离准直镜组件。
15.在其中一个实施例中，所述光束反射组件包括反射镜、支撑杆和基座，所述基座长度方向设有通孔，所述基座一端插设有支撑杆，所述基座的另一端插设有光束整形组件，所
述支撑杆为中空，所述支撑杆用于使所述激光束穿过，所述反射镜位于所述支撑杆的出光端，所述反射镜所在的平面与所述支撑杆的延伸方向相交。反射镜通过支撑杆的设置伸入工件内部对内壁进行清洗，反射镜的体积远小于常规清洗头，因此可适用于小内径尺寸工件的内壁清洗，通过设置基座连接支撑杆和光束整形组件，光束整形组件后的光束将沿中空支撑杆内部行进，可保证激光扫描焦点位始终落于工件内壁处。
16.在其中一个实施例中，所述支撑杆、所述基座和所述光束整形组件的中轴线重叠。
17.在其中一个实施例中，还包括烟尘净化机构，所述基座靠近光束整形组件的侧壁开设有进气口，所述烟尘净化机构设有烟尘净化器和抽尘管，所述抽尘管一端与所述烟尘净化器连接，所述抽尘管的另一端用于伸入工件内部抽吸烟尘。激光扫描清洗将产生烟尘，通过在基座入光端设置进气口吹入洁净的压缩空气，在反射镜附近形成正压气流保护；出光端处伸入抽尘管，即时吸收激光清洗过程产生的烟尘，可防止粉尘遮蔽激光；由于采用激光非接触式加工，加工过程烟尘被即时吸除，清洗后无残留，可保证工件的洁净度，不会对后续使用产生影响。
18.在其中一个实施例中，所述烟尘净化组件还包括密封圈，所述密封圈套设在所述光束整形组件上，所述密封圈位于所述基座和所述光束整形组件之间。通过密封圈的设置，使得基座和光束整形组件之间的空隙得以密封，可避免基座内注入压缩空气从空隙泄漏，一方面能提高集尘效率，另一方面可避免压缩空间对光束整形组件产生影响。
19.在其中一个实施例中，所述工件回转机构包括卡盘和中控旋转平台，所述卡盘设置在所述中控旋转平台上，卡盘与所述光束反射组件相对设置，所述卡盘用于夹紧工件，所述卡盘可绕中轴线转动。通过设置中控旋转平台和卡盘，卡盘通过卡爪抵接工件外壁，进而固定工件，使得卡盘在中控旋转平台的控制下带动工件的高速回转，在激光传输扫描机构轴向运动的配合下，可使得工件每个区域的激光能量都完全相同，保证了清洗质量的均匀一致。
20.在其中一个实施例中，所述回转机构还包括回转支撑托架或回转吊挂托架，所述回转支撑托架或所述回转吊挂托架用于承托工件远离所述卡盘的一端。
21.在其中一个实施例中，还包括控制机构，所述控制机构分别与激光传输扫描机构、轴向运动机构、工件回转机构和焦距调节机构电连接。通过控制机构的设置，控制机构用于设定激光传输扫描机构、轴向运动机构、工件回转机构和焦距调节机构的工作参数，实现清洗过程的自动化控制。
附图说明
22.图1为一实施方式的激光清洗装置的立体图；
23.图2为一实施方式的激光清洗装置的第一爆炸图；
24.图3为一实施方式的激光清洗装置的第二爆炸图；
25.图4为一实施方式的激光清洗装置的剖面图(光束整形组件位于第一位置)；
26.图5为图4的a区域的局部放大图(光束整形组件位于第一位置)；
27.图6为一实施方式的激光清洗装置的剖面图(光束整形组件位于第二位置)；
28.图7为图6的b区域的局部放大图(光束整形组件位于第二位置)；
29.图8为一实施方式的激光清洗装置的剖面图(激光传输扫描机构位于远离工件的
位置)。
30.其中，附图标记与部件名称之间的对应关系为：
31.1激光传输扫描机构，11激光发生器，12光束整形组件，121准直镜，122聚焦镜，123聚焦镜安装座，13光束反射组件，131反射镜，132支撑杆，133基座；
32.2轴向运动机构，21第二调节滑座，22导轨座；
33.3工件回转机构，31卡盘，32中控旋转平台；
34.4焦距调节机构，41第一调节滑座，42限位连接件。
具体实施方式
35.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
37.下面参照附图描述本发明一些实施例所述激光清洗装置。
38.如图1至图3所示，本实施例公开了一种激光清洗装置，包括：激光传输扫描机构1，激光传输扫描机构1包括激光发生器11、光束整形组件12和光束反射组件13，激光发生器11、光束整形组件12和光束反射组件13依次连接，光束反射组件12远离光束整形组件12的一端用于伸入工件使激光束扫描工件内壁；轴向运动机构2，轴向运动机构2分别与激光发生器11和光束反射组件12连接，轴向运动机构2用于带动激光传输扫描机构1相对工件运动；工件回转机构3，工件回转机构3与光束反射组件13相对设置，回转机构用于带动工件转动。
39.本技术公开的激光清洗装置，通过将光束反射组件13单独置入工件内部，将激光传输到工件内壁上，可适应小内径尺寸开口工件的内壁清洗，并通过轴向运动机构2和回转机构3的配合，实现工件内壁整体清洗工作；一方面通过轴向运动机构2带动激光传输扫描机构1相对工件运动，激光束将沿工件长度方向移动，另一方面通过工件回转机构3抓取工件固定工件位置，并带动工件绕光束反射组件13回转，使得激光束可沿工件圆周方向移动，由此确保激光束扫描轨迹覆盖工件整个内壁。
40.如图4至图7所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：还包括焦距调节机构4，焦距调节机构4设置在轴向运动机构2上，激光发生器11通过焦距调节机构4与轴向运动机构2连接，焦距调节机构4能够带动激光发生器11和光束整形组件12相对光束反射组件13运动，激光发生器11和光束整形组件12相对光束反射组件13至少具有第一位置和第二位置。通过焦距调节机构4的设置，使得焦距调节机构4能够带动激光发生器11和光束整形组件12相对光束反射组件13运动，从而控制光束整形组件12与光束反射组件13之间的距离，可满足多内径尺寸工件内壁的清洗需要。当激光发生器11和光束整形组件12位于第一位置时，光束整形组件12与光束反射组件13之间距离较近，对应工件的内径较大，当激光发生器11和光束整形组件12位于第二位置时，光束整形组件12与光束反射组件13之间距离较远，对应工件的内径较小，针对不同大小的内径，对激光发生器11和光束整形组件12之间
的距离灵活调节，确保光束整形组件12后到工件内壁的光程一致，即可实现聚焦位置的实时控制和激光聚焦光斑尺寸一致，保证均匀的清洗质量。
41.如图2和图3所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：焦距调节机构4包括第一调节滑座41和限位连接件42，限位连接件42一端与光束反射组件12连接，限位连接件42另一端与轴向运动机构2连接，第一调节滑座41与激光发生器11连接，第一调节滑座41活动设置在轴向运动机构2，第一调节滑座41可相对轴向运动机构2运动。通过第一调节滑座41的设置，激光发生器11与第一调节滑座41连接，使得第一调节滑座41可带动激光发生器11等组件相对轴向运动机构2移动，但同时由于限位连接件42的设置，使得轴向运动机构2对光束反射组件13产生相对阻力令光束反射组件13脱离与光束整形组件12的连接，从而使光束整形组件12与光束反射组件13之间的距离可调。
42.如图2和图8所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：轴向运动机构2包括第二调节滑座21和导轨座22，第二调节滑座21分别与限位连接件42和第一调节滑座41连接，第二调节滑座21活动设置在导轨座22上，第二调节滑座21可相对导轨座22运动。通过第二调节滑座21的设置，第二调节滑座21分别与限位连接件42和第一调节滑座41连接，使得第二调节滑座21可带动激光传输扫描机构1相对导轨座22滑动，从而在工件回转机构3的运作配合下，工件每个区域的激光能量都相同，保证了清洗质量的均匀一致。
43.如图3所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：光束整形组件12包括准直镜121和聚焦镜122，准直镜121的焦点与激光发生器11的输出端重合，聚焦镜122与准直镜121相对设置，聚焦镜122设置在准直镜121远离激光发生器11的一侧，聚焦镜122的焦距与工件尺寸匹配。为适用小内径尺寸工件的内壁清洗，在准直镜121和聚焦镜122的设置配合下，形成精简紧凑的光路结构，可伸入开口仅10mm的回转件内进行清洗；通过设置准直镜121，使激光发生器11的发散角与准直镜121相互匹配，激光参数、准直径参数实现良好匹配，确保激光能从光束反射组件13的内部光路结构传输而不干涉；此外，聚焦镜122的焦距与工件尺寸匹配，聚焦镜122的焦距需大于等于工件长度与工件最大内壁半径之和，确保激光聚焦光斑点能扫描工件内壁，且激光能量最强，保证清洗效率。
44.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：激光发生器11、光束整形组件12和光束反射组件13的中轴线重叠。
45.如图3所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：光束整形组件12还包括安装座123，聚焦镜122通过安装座123与准直镜121连接。通过安装座123的设置，采用螺纹连接等方式可使聚焦镜122牢固地与准直镜121连接，可避免焦距调节时聚焦镜122被意外扯落脱离准直镜121组件。
46.如图3所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：光束反射组件13包括反射镜131、支撑杆132和基座133，基座133长度方向设有通孔，基座133一端插设有支撑杆132，基座133的另一端插设有光束整形组件12，支撑杆132为中空，支撑杆132用于使激光束穿过，反射镜131位于支撑杆132的出光端，反射镜131所在的平面与支撑杆132的延伸方向相交。反射镜131通过支撑杆132的设置伸入工件内部对内壁进行清洗，反射镜131的体积远小于常规清洗头，因此可适用于小内径尺寸工件的内壁清洗，通过设置基座133连接支撑杆132和光束整形组件12，光束整形组件12后的光束将沿中空支撑杆132内部行进，可保证激光扫描焦点位始终落于工件内壁处。
47.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：支撑杆132、基座133和光束整形组件12的中轴线重叠。
48.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：还包括烟尘净化机构，基座133靠近光束整形组件12的侧壁开设有进气口，烟尘净化机构设有烟尘净化器和抽尘管，抽尘管一端与烟尘净化器连接，抽尘管的另一端用于伸入工件内部抽吸烟尘。激光扫描清洗将产生烟尘，通过在基座133入光端设置进气口吹入洁净的压缩空气，在反射镜131附近形成正压气流保护；出光端处伸入抽尘管，即时吸收激光清洗过程产生的烟尘，可防止粉尘遮蔽激光；由于采用激光非接触式加工，加工过程烟尘被即时吸除，清洗后无残留，可保证工件的洁净度，不会对后续使用产生影响。
49.如图3所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：烟尘净化组件还包括密封圈，密封圈套设在光束整形组件12上，密封圈位于基座133和光束整形组件12之间。通过密封圈的设置，使得基座133和光束整形组件12之间的空隙得以密封，可避免基座133内注入压缩空气从空隙泄漏，一方面能提高集尘效率，另一方面可避免压缩空间对光束整形组件12产生影响。
50.如图1和图2所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：工件回转机构3包括卡盘31和中控旋转平台32，卡盘31设置在中控旋转平台32上，卡盘31与光束反射组件13相对设置，卡盘31用于夹紧工件，卡盘31可绕中轴线转动。通过设置中控旋转平台32和卡盘31，卡盘31通过卡爪抵接工件外壁，进而固定工件，使得卡盘31在中控旋转平台32的控制下带动工件的高速回转，在激光传输扫描机构1轴向运动的配合下，可使得工件每个区域的激光能量都完全相同，保证了清洗质量的均匀一致。
51.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：回转机构还包括回转支撑托架或回转吊挂托架，回转支撑托架或回转吊挂托架用于承托工件远离卡盘31的一端。
52.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：还包括控制机构，控制机构分别与激光传输扫描机构1、轴向运动机构2、工件回转机构3和焦距调节机构4电连接。通过控制机构的设置，控制机构用于设定激光传输扫描机构1、轴向运动机构2、工件回转机构3和焦距调节机构4的工作参数，实现清洗过程的自动化控制。
53.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。