一种适用于水下环境的激光清洗设备的制作方法

本实用新型涉及激光清洗设备，尤其涉及一种适用于水下环境的激光清洗设备。

背景技术：

激光清洗技术(Laser Cleaning)是一种新型的清洗方式，与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有明显的优点。(1)激光清洗不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于存放，可回收，可以轻易解决化学清洗带来的环境污染问题；(2)激光器清洗相对于传统接触式的清洗方法，可以避免对清洗物体表面施加的机械作用，进而避免损伤物体的表面；(3)激光可以通过光纤传输，与机器手和机器人相配合，方便地实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到的部位，这在一些危险的场所使用可以确保人员的安全；(4)激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度；(5)激光清洗效率高，节省时间。

激光清洗可以用来清洗有机和无机污染物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。目前这些技术已比较成熟，并已有广泛应用在模具清洗、武器清洗、飞机除漆、楼房外壁清洗、电子工业清洗、精密机械工业清洗、反应堆管道清洗、文物清洗等方面。水中介质污染物表面的清洗也是一个重要的清洗应用场合，具有广阔的使用前景，具体如船舶水下部分清洗、水中文物清洗等。此外，水下环境相比空气环境更加复杂，对激光清洗设备提出更多苛刻的限制，如防水密封、照明导航、驱动控制、通讯等。但是，目前的激光清洗设备和方法主要面向空气中的污染物，然而对水下污染物的清洗适用性较为欠缺。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种适用于水下环境的激光清洗设备。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种适用于水下环境的激光清洗设备，包括内置在密封壳体1内部的电源模块6、水下载台系统及其控制系统4；电源模块6为水下载台系统及控制系统4提供直流电能；

该水下载台系统包括激光清洗系统、通讯模块7；

所述激光清洗系统包括：用于发生激光的光纤激光器2和与其通过能量光纤8连接的光学调整系统3以及清洗作业辅助系统；

所述清洗作业辅助系统包括清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11；

所述密封壳体1前端上侧外壁增设有一开口的防水帘箱13，在防水帘箱13的前缘安装有用于直接于待清洗物19表面形成密封接触的柔性密封圈12；

所述清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11安装在对应于防水帘箱13的密封壳体1内壁的前端透明壁面上。

在密封壳体1的尾部设置有推动密封壳体1移动的驱动模块5；

控制系统4控制水下载台系统，并由通讯模块7通过通信线缆21与地面清洗控制中心20之间的通讯。

所述光学调整系统3包括依次连接的扩束镜3-1、聚焦镜3-2、偏转镜3-3、保护镜3-4；所述保护镜3-4可位于密封壳体1前端的透明壁面上，并对应于防水帘箱13；

所述水下载台系统还包括一用于向防水帘箱13内鼓入气体的气泵18；该气泵18通过通气管15连通防水帘箱13；当防水帘箱13前缘的柔性密封圈12与待清洗物19表面接触后，在气泵18通入高压气体的连续注入作用下，防水帘箱13中的水介质通过柔性密封圈12与待清洗物19接触面之间的缝隙排出防水帘箱13之外。

所述密封壳体1前端下侧外壁具有一局部透明壳体；在局部透明壳体内侧安装有航行照明灯16和航行环境拍摄相机17。

密封壳体1外部为流线型结构，以减少其在水中运动阻力。

本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备的运行方法如下：

步骤一：确定目标：通过测距仪10和CCD摄像机11获取待清洗物19位置及形态照片信息，确定清洗目标；

步骤二：趋近目标：控制系统4控制开启航行照明灯16和航行环境拍摄相机17实时检测；开启驱动模块5，驱动密封壳体1避开水中障碍物，并进行待清洗物19目标识别定位，修订运动方向最终到达待清洗物19表面；

步骤三：移动对焦：开启清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11，测距仪10测量实际距离并向控制系统4反馈，以控制驱动模块5工作，使密封壳体1前方的柔性密封圈12贴紧待清洗物19的表面待清洗区域，使待清洗物19对应于聚焦面；

步骤四：执行清洗：开启气泵18，以排出防水帘箱13内的水介质；开启光学调整系统3，使光束14聚焦在待清洗物19表面，进而对其表面进行清洗作业；

步骤五：清洗过程检测：通过清洗照明灯9和CCD摄像机11进行清洗过程监测，清洗完一个区域后，驱动模块5移动密封壳体1至下一个区域继续清洗，直到结束；如遇到清洗故障，及时通知控制系统4停止清洗过程。同时负责向地面清洗控制中心20通讯实时反馈清洗过程。

步骤六：完成返回：清洗结束后，驱动模块5在控制系统4的控制下驱动密封壳体1返回水面。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备，包括了内置在密封壳体1内部的电源模块6、水下载台系统及其控制系统4；水下载台系统包括激光清洗系统以及清洗作业辅助系统；清洗作业辅助系统包括清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11；本实用新型在密封壳体1前端上侧外壁增设有一开口的防水帘箱13，在防水帘箱13的前缘安装有用于直接于待清洗物19表面形成密封接触的柔性密封圈12；当防水帘箱13前缘的柔性密封圈12与待清洗物19表面接触后，在气泵18通入高压气体的连续注入作用下，防水帘箱13中的水介质通过柔性密封圈12与待清洗物19接触面之间的缝隙排出防水帘箱13之外。

上述结构布局，保证了激光清洗设备可潜入水下作业应用，同时水下载台系统可以快速准确定位到待清洗位置，实现水下难清洗物体表面的激光无人清洗，提高了清洗效率，减轻了人类负担。

附图说明

图1为本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备结构示意图。

图2为本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备潜入水下作业时的示意图。

图3为图1中光学调整系统内部结构框图。

图4为本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备清洗作业流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-4所示。本实用新型公开了一种适用于水下环境的激光清洗设备，包括内置在密封壳体1内部的电源模块6、水下载台系统及其控制系统4；电源模块6为水下载台系统及控制系统4提供直流电能；

该水下载台系统包括激光清洗系统、通讯模块7；

所述激光清洗系统包括：用于发生激光的光纤激光器2和与其通过能量光纤8连接的光学调整系统3以及清洗作业辅助系统；

所述清洗作业辅助系统包括清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11；

所述密封壳体1前端上侧外壁增设有一开口的防水帘箱13，在防水帘箱13的前缘安装有用于直接于待清洗物19表面形成密封接触的柔性密封圈12；

所述清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11安装在对应于防水帘箱13的密封壳体1内壁的前端透明壁面上；其中，测距仪10可以检测密封壳体1前端至待清洗物19表面的距离，反馈纠正潜入水下的密封壳体1的位置，从而保证清洗焦平面的准确。CCD摄像机11可以拍摄清洗过程以及清洗后的效果，便于地面清洗控制中心20检测清洗状态。

在密封壳体1的尾部设置有推动密封壳体1移动的驱动模块5；驱动模块5为螺旋桨式水下推进器，其能够为搭载有水下载台系统的密封壳体1在水中自由潜行及运动所需的动力，实现水下载台系统的的上升、下潜、转向、前进、后退运动功能。

控制系统4控制水下载台系统，并由通讯模块7通过通信线缆21与地面清洗控制中心20之间的通讯。

所述光学调整系统3包括依次连接的扩束镜3-1、聚焦镜3-2、偏转镜3-3、保护镜3-4；所述保护镜3-4可位于密封壳体1前端的透明壁面上，并对应于防水帘箱13；

所述水下载台系统还包括一用于向防水帘箱13内鼓入气体的气泵18；该气泵18通过通气管15连通防水帘箱13；当防水帘箱13前缘的柔性密封圈12与待清洗物19表面接触后，在气泵18通入高压气体的连续注入作用下，防水帘箱13中的水介质通过柔性密封圈12与待清洗物19接触面之间的缝隙排出防水帘箱13之外，作用是排掉保护镜3-4与待清洗物19表面之间的水，形成一个气密的空间，减少光束14在水中损耗以及清洗时与水的反应。

所述密封壳体1前端下侧外壁具有一局部透明壳体；在局部透明壳体内侧安装有航行照明灯16和航行环境拍摄相机17，其是水下载台系统的重要组成部分，航行照明灯16作为航行环境拍摄相机17的光源，可以为水下载台系统照明周围的环境。航行环境拍摄相机17可以实时拍摄水中载台周围的环境照片，进而分析确定水下清洗设备在水下的位置并反馈给控制系统，进而控制驱动模块使得激光清洗设备避开障碍物，准确到达目标位置。

密封壳体1外部为流线型结构，以减少其在水中运动阻力。

通讯模块7可以实现与地面清洗控制中心20的通信交流，具体表现为可以接受运动指令以及激光清洗参数，同时实时上传反馈水下的设备运动及清洗情况。

电源模块6，能够存储电能，且能够输出多组电压(如24V/12V/5V)的直流电。其负责为水下载台系统、激光清洗系统以及控制系统4等提供电力供应。

光纤激光器2和光学调整系统3，可以以选定的清洗参数(包括激光功率，脉冲频率，清洗样式和清洗速度参数)，控制激光投射到待清洗物表面，进而检测完成激光过程。

光纤激光器2是脉冲光纤激光器，其平均输出功率可选择匹配为20W，100W，200W，500W等，其能够输出波长为1046nm的激光，具有较高的峰值功率。能够瞬间清洗掉待清洗物表面的污染物，又不至于伤害基材。

光学调整系统3其主要有扩束镜3-1、聚焦镜3-2、偏转镜3-3和保护镜3-4四部分组成；其作用为对光纤激光器2输出的激光进行一系列的调整，最终输出具有20-200μm左右的激光光斑进行清洗。其中，扩束镜3-1包含一组透镜，实现激光光束直径的扩大以及光束质量的改善，利于下一步的聚焦；聚焦镜3-2可以将扩束后的光束聚焦成在焦平面上保持一定直径大小的光斑；偏转镜3-3，可以控制激光束偏转，从而实现激光光斑在清洗物表面的移动。保护镜3-4，主要是防止水侵入光学调整系统，同时容许激光光束到达清洗物表面。

本实用新型适用于水下环境的激光清洗设备的运行方法如下：

步骤一：确定目标：通过测距仪10和CCD摄像机11获取待清洗物19位置及形态照片信息，确定清洗目标；

步骤二：趋近目标：控制系统4控制开启航行照明灯16和航行环境拍摄相机17实时检测；开启驱动模块5，驱动密封壳体1避开水中障碍物，并进行待清洗物19目标识别定位，修订运动方向最终到达待清洗物19表面；

步骤三：移动对焦：开启清洗照明灯9、测距仪10和CCD摄像机11，测距仪10测量实际距离并向控制系统4反馈，以控制驱动模块5工作，使密封壳体1前方的柔性密封圈12贴紧待清洗物19的表面待清洗区域，使待清洗物19对应于聚焦面；

步骤四：执行清洗：开启气泵18，以排出防水帘箱13内的水介质；开启光学调整系统3，使光束14聚焦在待清洗物19表面，进而对其表面进行清洗作业；

步骤五：清洗过程检测：通过清洗照明灯9和CCD摄像机11进行清洗过程监测，清洗完一个区域后，驱动模块5移动密封壳体1至下一个区域继续清洗，直到结束；如遇到清洗故障，及时通知控制系统4停止清洗过程。同时负责向地面清洗控制中心20通讯实时反馈清洗过程。

步骤六：完成返回：清洗结束后，驱动模块5在控制系统4的控制下驱动密封壳体1返回水面。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。