CN111229737B - 一种手持式激光清洗动态补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式激光清洗动态补偿装置，包括激光发射器、准直镜、变焦镜组、振镜和场镜，激光由激光发射器输出依次经过准直镜、变焦镜组、振镜和场镜进行处理，场镜将激光光束会聚至待清洗工件；场镜外壳安装有距离传感器；变焦镜组包括相平行设置的变焦镜和固定镜，变焦镜与第一动力装置连接，变焦镜和第一动力装置组成距离补偿系统，由第一动力装置带动变焦镜沿激光光束的传播方向移动，改变变焦镜组的状态以改变激光光束在待清洗工件表面的聚焦位置；距离传感器与控制器连接，控制器与第一动力装置连接，控制器接收到来自距离传感器的距离信息，将其反馈至变焦镜组的第一动力装置上，对变焦镜加以控制，实现聚焦距离自动调节。

Description

一种手持式激光清洗动态补偿装置

技术领域

本公开属于手持式激光清洗技术领域，具体涉及一种手持式激光清洗动态补偿装置。

背景技术

激光清洗技术是近十年来飞速发展起来的新型清洗技术，它因为能适应各种表面污垢的清洗，对环境污染极小，对基体损伤小等优点在许多领域中正逐步取代传统表面处理清洗工艺。而手持式激光清洗设备由于其具有很高的灵活性，能很好地满足小范围、多品种、场地变化频繁的清洗工况要求，能够对已经安装好的零组件进行原位清洗等特点被广泛使用。

然而，使用手持式激光清洗设备在进行作业时，设备与待加工件之间的工作距离难以准确定位，工作过程中设备与工件距离不一致或扫描速度不均匀会导致工件表面出现明显的色差痕迹(俗称斑马纹)，其实质是表面粗糙度发生严重改变，表面质量严重下降，甚至可能会引起基体的损伤。

发明内容

本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种手持式激光清洗动态补偿装置；该动态补偿装置采用工作距离和振镜扫描补偿相结合的方式减少工作过程中设备与工件距离不一致或扫描速度不均匀会导致工件表面出现明显的色差痕迹以及反复清洗会导致的基体损伤现象。

本公开的发明目的是提出一种手持式激光清洗动态补偿装置，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

一种手持式激光清洗动态补偿装置，包括激光发射器、准直镜、变焦镜组、振镜和场镜，激光由激光发射器输出依次经过准直镜、变焦镜组、振镜和场镜进行处理，场镜将激光光束会聚至待清洗工件；

所述场镜外壳安装有距离传感器，用以检测场镜到待清洗工件的工作距离；

所述变焦镜组包括相平行设置的变焦镜和固定镜，变焦镜与第一动力装置连接，变焦镜和第一动力装置组成距离补偿系统，由第一动力装置带动变焦镜沿激光光束的传播方向移动，改变变焦镜组的状态以改变激光光束在待清洗工件表面的聚焦位置；

所述距离传感器与控制器连接，控制器与第一动力装置连接，控制器接收到来自距离传感器的距离信息，将其反馈至变焦镜组的第一动力装置上，对变焦镜加以控制，实现聚焦距离自动调节。

作为进一步的技术方案，所述振镜包括反射镜，反射镜与第二动力装置连接，反射镜和第二动力装置组成扫描速度补偿系统，由第二动力装置带动反射镜转动来改变反射镜的方向，实现激光按照以面或者线的方式照射到待清洗工件的表面。

作为进一步的技术方案，所述场镜外壳安装有位置传感器，用以检测场镜与待清洗工件的平行移动速度。

作为进一步的技术方案，所述位置传感器与控制器连接，控制器与第二动力装置连接，控制器接收到来自位置传感器的移动速度信息，将其反馈至第二动力装置上，对振镜的扫描速度加以控制，实现扫描速度自动调节的功能。

作为进一步的技术方案，所述第一动力装置、第二动力装置均为电机，附带有相应的机械结构，使变焦镜移动和反射镜偏转。

作为进一步的技术方案，所述变焦镜、固定镜均与准直镜平行设置。

作为进一步的技术方案，所述控制器还与显示器和报警器连接，当场镜与待清洗工件的距离超过距离补偿系统的极限补偿距离时，第一动力装置停止运动，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者。

作为进一步的技术方案，所述控制器还与显示器和报警器连接，当场镜与待清洗工件之间的水平移动速度超过扫描速度补偿系统的补偿极限时，第二动力装置停止运动，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者。

作为进一步的技术方案，所述场镜设置于振镜下方，将振镜反射的平行光束会聚到待清洗工件表面，对零件进行清洗。

作为进一步的技术方案，所述距离传感器为非接触式距离传感器，实现对场镜与待清洗工件表面间的距离监测。

作为进一步的技术方案，所述位置传感器为非接触式位置传感器，实现对场镜相对于待清洗工件表面的平行位置监测。

本公开的动态补偿装置的工作原理是：

手持式激光清洗会由于手持运动的不稳定，造成设备与待清洗工件的距离，设备水平运动速度的改变，造成清洗不均匀，容易色差痕迹。

本动态补偿装置安装有距离传感器，用以检测场镜到待清洗工件的工作距离；距离传感器与控制器连接，控制器与第一动力装置连接，控制器接收到来自距离传感器的距离信息，将其反馈至变焦镜组的第一动力装置上，对变焦镜加以控制，组成距离补偿系统，实现聚焦距离自动调节的功能。

本动态补偿装置安装有位置传感器，用以检测场镜与待清洗工件的平行移动速度，位置传感器与控制器连接，控制器与振镜的第二动力装置连接，控制器接收到来自位置传感器的移动速度信息，将其反馈至振镜的第二动力装置上，第二动力装置控制对振镜的反射镜扫描速度，组成扫描速度补偿系统，实现扫描速度自动调节的功能。

控制器还与显示器和报警器连接，当手持式激光清洗设备中的场镜与待清洗工件的距离超过距离补偿系统的补偿距离时，第一动力装置将停止补偿，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者手动调节；当手持式激光清洗设备中的场镜与待清洗工件的平行移动速度超过扫描速度补偿系统的补偿极限时，第二动力装置将停止补偿，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者手动调节。

本公开的有益效果为：

本公开的动态补偿装置，采用工作距离补偿光路设计和人机交互系统相结合的方式实时调整监控工作距离，减少工作过程中设备与工件距离不一致或扫描速度不均匀会导致工件表面出现明显的色差痕迹以及反复清洗会导致的基体损伤现象。

本公开的动态补偿装置，通过改变变焦镜组的焦距，完成场镜与待清洗工件的工作距离的补偿，调整振镜反射镜的扫描速度使光束均匀清洗工件表面，提高清洗质量和效率，解决手持定位不精确导致的色差缺陷问题；相对于调整场镜方案，本公开具有结构简单，抗干扰能力强，可以提高激光清洗效率和质量，能够适应航空航天零组件的清洗作业要求。

本公开的动态补偿装置，带有显示和提示装备，根据将距离和位置信息显示，辅助人工进行调整，实现人机交互，完成精密清洗操作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例中公开的动态补偿装置整体结构示意图；

图2为本公开实施例中公开的具有两个反射镜的振镜结构示意图；

图中，1、激光发射器；2、准直镜；3、变焦镜；4、固定镜；5、反射镜；6、场镜；7、距离传感器；8、控制器；9、待清洗工件；10、电机；11、位置传感器；12、电机；13、变焦镜组；14、振镜；15、电机一；16、反射镜一；17、电机二；18反射镜二。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术所介绍的，发明人发现，手持式激光清洗设备在进行作业时，由于工作过程中设备与工件距离不一致或扫描速度不均匀会导致工件表面出现明显的色差痕迹，其实质是表面粗糙度发生严重改变，表面质量严重下降，甚至可能会引起基体的损伤，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种手持式激光清洗动态补偿装置。

本申请提供了一种手持式激光清洗动态补偿装置，包括激光发射器、准直镜、变焦镜组、振镜和场镜，激光由激光发射器输出依次经过准直镜、变焦镜组、振镜和场镜进行处理，场镜将激光光束会聚至待清洗工件；

所述场镜外壳安装有距离传感器，用以检测场镜到待清洗工件的工作距离；

所述变焦镜组包括相平行设置的变焦镜和固定镜，变焦镜与第一动力装置连接，变焦镜和第一动力装置组成距离补偿系统，由第一动力装置带动变焦镜沿激光光束的传播方向移动，改变变焦镜组的状态以改变激光光束在待清洗工件表面的聚焦位置；

所述距离传感器与控制器连接，控制器与第一动力装置连接，控制器接收到来自距离传感器的距离信息，将其反馈至变焦镜组的第一动力装置上，对变焦镜加以控制，实现聚焦距离自动调节。

下面结合附图1对本实施例公开的补偿装置做进一步的说明；

参照附图1所示，手持式激光清洗动态补偿装置，包括激光发射器1，准直镜2，变焦镜组13，振镜15，场镜6，控制器8，距离传感器7和位置传感器11，激光发射器1输出的激光光束依次经过准直镜2、变焦镜组13、振镜14，由场镜6将激光光束会聚至待清洗工件9；

准直镜2将激光发射器1发出的激光光束转换为平行光束。

变焦镜组13由变焦镜3、固定镜4组成，变焦镜3、固定镜4与准直镜2平行放置，沿光束传输方向，固定镜4设置于变焦镜3前方；变焦镜3底部安装于电机12，电机12由控制器8控制，通过电机12(伺服电机和步进电机均可，对应发明内容中的第一动力装置)驱动使变焦镜3沿变焦镜光线传播方向移动(前后移动)，改变变焦镜组13的焦距，从而完成场镜6与待清洗工件9之间距离的补偿。

距离传感器7采用非接触式距离传感器，距离传感器7安装在场镜6外侧，用于检测场镜6到待清洗工件9表面的工作距离，将信号传至控制器8，控制器8控制电机12移动变焦镜3，调节变焦镜组13的焦距，实现对工作距离的实时补偿。

振镜14是激光加工清洗中的专用设备，其中有一片或者两片独立的反射镜5，反射镜5固定在独立的电机10(伺服电机和步进电机均可，对应发明内容中的第二动力装置)上，电机10由控制器8控制，本实施例是以具有一片反射镜5的振镜14沿人工手持推扫方向进行位置补偿为例；具有两个反射镜的振镜结构如图2所示，其设置电机一15、反射镜一16、电机二17、反射镜二18，两反射镜分别由两电机驱动转动。

位置传感器11采用非接触式位置传感器，位置传感器11安装在场镜6外侧，用以检测场镜6与待清洗工件9的平行移动速度，位置传感器11与控制器8连接，控制器2与电机10连接，控制器接收到来自位置传感器11的移动速度信息，将其反馈至电机10上，电机10改变反射镜5的扫描速度，实现扫描速度自动补偿调节的功能。

控制器8还与显示器和报警器连接，当手持式激光清洗设备中的场镜6与待清洗工件9的距离超过由变焦镜3和电机12组成的距离补偿系统的极限补偿距离时，电机12将停止补偿，并将信号传递给控制器8，通过显示器和报警器提醒操作者手动调节；当手持式激光清洗设备中的场镜6与待清洗工件9的平行移动速度超过由振镜14中电机10组成的扫描速度补偿系统的补偿极限时，电机10将停止补偿，并将信号传递给控制器8，通过显示器和报警器提醒操作者手动调节。

本公开的补偿装置，通过改变变焦镜组的焦距，完成场镜与待清洗工件的工作距离的补偿，调整振镜反射镜的扫描速度使光束均匀清洗工件表面，能够提高清洗质量和效率，可以解决手持式激光清洗过程中的色差痕迹缺陷问题，推动相关领域的技术进步。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，包括激光发射器、准直镜、变焦镜组、振镜和场镜，激光由激光发射器输出依次经过准直镜、变焦镜组、振镜和场镜进行处理，场镜将激光光束会聚至待清洗工件；

所述场镜外壳安装有距离传感器，用以检测场镜到待清洗工件的工作距离；

所述变焦镜组包括相平行设置的变焦镜和固定镜，变焦镜与第一动力装置连接，变焦镜和第一动力装置组成距离补偿系统，由第一动力装置带动变焦镜沿激光光束的传播方向移动，改变变焦镜组的状态以改变激光光束在待清洗工件表面的聚焦位置；

所述距离传感器与控制器连接，控制器与第一动力装置连接，控制器接收到来自距离传感器的距离信息，将其反馈至变焦镜组的第一动力装置上，对变焦镜加以控制，实现聚焦距离自动调节；

所述振镜包括反射镜，反射镜与第二动力装置连接；

所述场镜外壳安装有位置传感器，用以检测场镜与待清洗工件的平行移动速度；所述位置传感器与控制器连接，控制器与第二动力装置连接，控制器接收到来自位置传感器的移动速度信息，将其反馈至第二动力装置上，对振镜的扫描速度加以控制，实现扫描速度自动调节的功能；

所述场镜设置于振镜下方，将振镜反射的平行光束会聚到待清洗工件表面，对零件进行清洗。

2.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，反射镜和第二动力装置组成扫描速度补偿系统，由第二动力装置带动反射镜转动来改变反射镜的方向，实现激光按照以面或者线的方式照射到待清洗工件的表面。

3.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述控制器还与显示器和报警器连接，当场镜与待清洗工件之间的水平移动速度超过扫描速度补偿系统的补偿极限时，第二动力装置停止运动，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者。

4.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述控制器还与显示器和报警器连接，当场镜与待清洗工件的距离超过距离补偿系统的极限补偿距离时，第一动力装置停止运动，并将信号传递给控制器，通过显示器和报警器提醒操作者。

5.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述第一动力装置、第二动力装置均为电机，附带有相应的机械结构，能够使变焦镜移动和振镜的反射镜偏转。

6.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述变焦镜、固定镜均与准直镜平行设置。

7.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述距离传感器为非接触式距离传感器，实现对场镜与待清洗工件表面间的距离监测。

8.如权利要求1所述的手持式激光清洗动态补偿装置，其特征是，所述位置传感器为非接触式位置传感器，实现对场镜相对于待清洗工件表面的平行位置监测。

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