(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210873227.1 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 核工业理化工程研究院 地址 300180 天津市河东区津塘路168号 (72)发明人 丁涛　 (74)专利代理 机构 天津市宗欣专利商标代理有 限公司 1210 3 专利代理师 赵岷 (51)Int.Cl. B08B 7/00(2006.01) B08B 9/087(2006.01) B08B 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种光束 可转向的激光清洗头、 工件内壁清 洗装置及其清洗方法 (57)摘要 本发明属于激光微加工技术领域， 具体涉及 一种光束可转向的激光清洗头、 工件内壁清洗装 置及其清洗方法， 光束可转向的激光清洗头包 括： 光纤、 激光清洗头以及光束转向机构； 其中： 脉冲激光由光纤传导至激光清洗头内经激光清 洗头内部的聚焦机构整形， 最终经由聚焦光束出 射， 所述光束转向机构位于激光清洗头内， 用于 控制所述聚焦光束以激光清洗头内的旋转中心 为轴做旋转运动， 以改变聚焦光束的出射方向。 本发明中的光束可转向的激光清洗头通过内部 结构的整体旋转实现激光出射方向的改变， 实现 激光清洗头光纤位置不变时， 即可向垂直方向清 洗又可向平行方向清洗， 使激光清洗头能够适应 不同的应用场景。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 115090619 A 2022.09.23 CN 115090619 A 1.一种光束可转向的激光清洗 头， 其特征在于： 包括： 光纤(1)、 激光清洗 头以及光束转向机构； 其中： 脉冲激光由光纤(1)传导至激光清洗头内经激光清洗头内部的聚焦机构整形， 最 终经由聚焦光束(4)出射， 所述光束转向机构位于激光清洗头内， 用于控制所述聚焦光束 (4)以其旋转中心为轴做旋转 运动， 以改变聚焦光束(4)的出射方向。 2.根据权利要求1所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述激光清洗头 包括： 固定壳体(3)， 其 为一侧开放的中空柱形壳体结构； 活动壳体(6)， 其转动装配在所述固定壳体(3)的开放端并与所述固定壳体(3)构成一 个完整的激光清洗 头外壳； 准直镜外壳(2)， 其固定装配在所述固定壳体(3)的侧壁上并与所述固定壳体(3)的内 部连通， 所述准直镜外壳(2)内设有准直镜组件(7)， 所述准直镜组件(7)位于光纤(1)出口 方向的光轴上； 连接外部激光器的所述光纤(1)中的激光通过准直镜组件(7)， 再通过固定壳体(3)和 活动壳体(6)内部的聚焦机构整形， 最终经由聚焦光束(4)出射。 3.根据权利要求2所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述聚焦机构包 括： 反射镜组件， 其数量至少为两个， 其装配在固定壳体(3)、 和/或活动壳体(6)上； 振镜组件， 其包括振镜镜片(10)和振镜电机(17)， 所述振镜镜片(10)装配在振镜电机 (17)上并跟随活动壳体(6)做旋转 运动； 聚焦镜(8)， 其装配在活动壳体(6)上跟随活动壳体(6)做旋转 运动； 准直光束(11)由所述准直镜组件(7)出射， 依次通过各个反射镜组件反射， 到达振镜镜 片(10)后入射到聚焦镜(8)上， 所述聚焦镜(8)将 激光聚焦得到聚焦光束(4)， 最 终形成焦点 的扫描轨 迹(5)。 4.根据权利要求3所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述反射镜组件 包括： 第一反射镜组件(16)， 其装配在固定壳体(3)； 第二反射镜组件(12)， 其装配在活动壳体(6)上跟随活动壳体(6)做旋转 运动； 准直光束(11)由所述准直镜组件(7)出射， 依次通过第一反射镜组件(16)、 第二反射镜 组件(12)反射， 到达振镜镜片(10)后入射到 聚焦镜(8)上， 所述聚焦镜(8)将激光聚焦得到 聚焦光束(4)， 最终形成焦点的扫描轨 迹(5)。 5.根据权利要求4所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述的准直光束 (11)呈柱状， 所述的准直镜组件(7)的出光轴与所述的第一折射镜呈45 °夹角， 所述从动齿 轮中空结构 的中心轴线对准第一反射镜组件(16)， 并与准直镜组件(7)的出光轴呈90 °夹 角。 6.根据权利要求5所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述第 二反射镜 组件(12)对准所述 从动齿轮中空结构的中心轴线， 并与中心轴线 呈45°夹角， 所述第二反射 镜组件(12)的入射光和反射光呈90 °夹角， 所述振镜组件的振镜镜片(10)中心对准所述第 二反射镜组件(12)， 所述聚焦镜(8)对准所述振镜组件的振镜 镜片(10)中心。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115090619 A 27.根据权利要求3所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述固定壳体 (3)上还固定装配有固定盖板(13)， 所述固定盖板(13)面向活动壳体(6)的一侧还安装至少 两个用于限位的限位传感器。 8.根据权利要求7所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述光束转向机 构包括： 从动齿轮(9)， 其中心孔朝一侧延伸形成有中空结构， 所述从动齿轮(9)通过轴承(18) 装配在固定盖板(13)上， 所述中空结构作为活动壳体(6)的旋转中心使 得活动壳体(6)跟随 从动齿轮(9)做旋转 运动； 驱动组件， 其包括驱动电机(17)和安装其轴上的驱动齿轮(19)， 所述驱动电机(17)固 定装配在固定壳体(3)内部， 所述驱动齿轮(19)和从动齿轮(9)相互啮合。 9.根据权利要求8所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述的活动壳体 (6)通过夹紧结构夹紧连接振镜电机(17)凸出固定壳体(3)的部分， 所述振镜电机(17)与固 定壳体(3)和固定 盖板(13)间留有缝隙， 所述的振镜 镜片(10)安装在振镜电机(17)上。 10.根据权利要求9所述的一种光束可转向的激光清洗头， 其特征在于： 所述的固定盖 板上开设有用于避空振镜电机(17)和振镜镜片(10)的半环状长孔， 使得所述振镜组件转动 时固定盖板不会对其发生干涉。 11.一种搭载有如权利要求3 ‑10任一项所述的光束可转向的激光清洗头的工件内壁清 洗装置， 其特征在于： 包括连接在所述的光纤入口的激光清洗机、 与所述激光清洗头内部驱 动电机电信号连接的控制组件以及用于 夹持激光清洗 头的机械臂组件。 12.根据权利要求1 1所述的工件内壁清洗装置， 其特 征在于： 所述机 械臂组件 包括： 加长杆(22 )， 其末端安装有光纤和电缆护铠(24)， 所述加长杆(22 )通过加长杆夹块 (23)夹持安装在机 械臂(25)上； 机械臂结构， 其包括机械臂支撑梁(27)和机械臂底座， 所述机械臂支撑梁(27)通过机 械臂支撑柱( 28)支撑， 所述机械臂支撑梁( 27)用于吊装机械臂( 25)， 所述机械臂支撑梁 (27)上还安装有绕线拖链盘(26)； 夹紧结构， 其包括相对设置的双层夹紧爪(32)和单层夹紧爪(33)， 通过所述双层夹紧 爪(32)和单层夹紧爪(3 3)夹紧使得待清洗 工件中心对准机 械臂底座的中心。 13.根据权利要求12所述的工件内壁清洗装置， 其特征在于： 所述工件为待清洗瓶体 (21)。 14.一种应用如权利要求13所述工件内壁清洗装置的工件内壁清洗方法， 其特征在于： 包括以下步骤： S101： 清洗瓶体侧壁时， 机 械臂(25)夹持激光清洗 头进入瓶体； S102： 激光清洗头内部的驱动电机(20)带动驱动齿轮(19)转动， 从动齿轮(9)随之转 动， 进而带动活动壳体(6)及其他可转动部件转动， 改变聚焦光束(4)的出射方向， 达到与瓶 体侧壁的顶面、 斜 面或底面垂直的角度； S103： 外部的激光清洗 机发出激光并由光纤(1)传导； S104： 激光束从光纤出口出射， 通过准 直镜组件(7)准 直得到准 直光束； S105： 准直光束经由第一折射镜组件(16)反射， 穿过从动齿轮(9)中空结构， 再由第二 折射镜组件(12)反射， 到 达振镜组件的振镜 镜片(10)；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115090619 A 3