水下自動清潔保護罩的製作方法
2023-05-07 06:21:31
專利名稱：水下自動清潔保護罩的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種水下清洗裝置。
背景技術：
近年來，隨著視覺傳感器技術的迅猛發展，各種攝像頭已經廣泛應用於社會生活的方方面面，例如交通系統、博物館、金融系統以及商業領域等等。同樣，水下工作的機器人的視覺系統應用也逐漸增多，由於海水中存在很多的微生物及水草、汙物等，尤其是水中的生物如藤壺、石灰蟲、苔蘚蟲和藻類等他們涉及到附著和繁殖過程，隨其積累，會產生嚴重的影響。這些都嚴重幹擾了視覺傳感器的正常工作，因此，能夠自動實時清潔海水下的攝像頭就成了亟待解決的一個問題。目前清潔水下相機鏡頭還沒有具體的常用的方法，當鏡頭汙染時需要拿出水面來手動清洗，這種方法不能滿足鏡頭實時工作的需要，而且費時費力，不適應於當今時代的發展，很顯然不能用於水下鏡頭的清洗中。另一有種普遍方法是在攝像頭外加一透明玻璃罩， 將汙物、水草等隔絕在外。但罩體依然會遭受汙染，影響攝像效果，仍需要人工清潔，這就需要有一種方便快捷的方式來自動完成對透明的保護鏡頭的膜片即防護罩進行清洗。綜上所述，傳統的清洗方法和攝像機防護罩有以下缺點I、防護罩防護性不徹底，在惡劣環境下，罩體本身仍然會遭受汙染，影響視覺效
果O2、自行維護性差，不能自動實時清洗，需要人工進行清潔。且用傳統方法清潔費事費力，影響工作效率。
發明內容
本發明的目的在於提供適用於海水下移動載體上的視覺傳感器，節省人力物力， 同時達到自動實時清潔的要求的水下自動清潔保護罩。本發明的目的是這樣實現的本發明水下自動清潔保護罩，其特徵是包括防水殼體、保護罩透明片、超聲波發生器、換能器，保護罩透明片、超聲波發生器、換能器均安裝在防水殼體裡，換能器固定在保護罩透明片上並連接超聲波發生器。本發明還可以包括I、還包括安裝在防水殼體裡的高壓海水泵和噴頭，噴頭通過高壓膠管連接高壓海水泵，噴頭面向保護罩透明片放置。2、所述的換能器和噴頭均有4個。3、還包括安裝在防水殼體裡的雷射器和雷射頭，雷射頭連接雷射器，雷射頭面向保護罩透明片放置。4、所述的換能器和雷射頭均有4個。本發明的優勢在於本發明將雷射清洗、水射流技術與超聲波技術結合起來，具有清洗效果好，清洗速度快，不傷害鏡頭，節約環保的特點。並在超聲振動下，可保持實時清潔，滿足移動載體的工作需要。
圖I為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的噴頭與換能器的分布圖；圖3為超聲波換能器結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述實施方式I :結合圖I 3，本發明水下自動清潔保護罩主要由兩部分構成水射流清洗部分和超聲波清洗部分。水射流清洗是根據不同的清洗對象和要求，採用適合的射流形式和執行機構，利用射流很高的衝擊動能，連續不斷地作用，對被清洗基體進行打擊、衝蝕、剝離，以達到清除基體汙物的目的。水射流可除去用化學方法不能或難以清洗的特殊垢層，主要用於水垢、鏽層、塵垢、油垢、顏料、塑料、微生物汙泥等的清除。由於所使用的介質為不添加任何化學物質的常溫水，可以充分利用水下充足的水資源，其效果較之傳統的人工清洗、機械清洗、化學清洗方法具有效率高、綜合費用低、節能、無汙染、不腐蝕損傷基體、易於實現機械化自動化等諸多優點，可清洗形狀和結構複雜的零部件，能在複雜環境、惡劣有害的場合進行作業。因此，世界各國在清洗作業中都傾向於採用水射流清洗技術，水射流清洗現已佔清洗份額的80%左右。超聲波清洗屬物理清洗，由於超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，在傳播過程中，介質的壓力作交替變化。在負壓區域，液體中產生撕裂的力，並形成真空的氣泡。當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，在正壓區域氣泡由於受到壓力擠破滅、閉合。 此時，液體間相互碰撞產生強大的衝擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達幾千個大氣壓,這就是所謂的超聲空化效應。超聲波清洗，就是利用超聲「空化」 效應而產生的幾千個大氣壓的衝擊波乾淨徹底的清洗掉物件表面的汙物，從而達到清洗的目的。本水下自動清潔保護罩的水射流部分是由電機提供能量，由一體化高壓海水泵3 調節水的壓力，進而通過4等四條高壓膠管將水傳到5、7等四個噴頭，通過水的壓力對視覺傳感器的保護罩透明片I進行外表面清洗。超聲波清洗部分是由電源提供電流，然後通過超聲波發生器8裡的高頻振蕩器產生超聲頻電流，傳給四個換能器2、9等。當超聲頻電流通過換能器線圈時產生電磁場，在電磁場的作用下，由於鎳有磁致伸縮效應，使換能器鎳環的直徑大小周期性的變化，於是換能器鎳環將發生振動，其振動頻率約為20K (超過聲頻範圍)。當換能器產生超聲波振動時，超聲波振動就傳到換能器所在的水中。從理論上分析， 爆裂的空化泡會產生超過10，OOOpsi的壓力和20，000° F(ll, 000°C )的高溫，並在其爆裂的瞬間衝擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內有幾百萬的空化泡同時爆裂，累計起來的效果將是非常強烈的，產生的強大的衝擊力將工件表面的汙物剝落，這就是所有超聲清洗的特點。通過超聲波的作用可以將水射流沒有清除的汙物除去， 達到更好的清洗效果。水射流部分和超聲波清洗部分共同密封在防水殼體6中，組成了該水下自動清潔保護罩。噴頭與換能器的分布如圖2所示，5、7、10、12為四個噴頭的分布，由一體化高壓海水泵3提供一定壓力的海水；2、9、11、13為四個換能器的分布，通過超聲波發生器8提供超聲頻電流，它們固定在視覺傳感器的鏡頭I上。換能器結構如圖3所示，由上段發射塊14、壓電陶瓷15和下端尾塊16疊加組成， 壓電陶瓷夾在發射塊和尾塊之間。當在壓電陶瓷兩極之間施加電壓時，陶瓷的幾何尺寸會發生改變。換能器是超聲波清洗部分的主要組成。水射流和超聲波兩者互為補充，相互協作，達到自動實時清洗除汙的目的。該裝置完全自動，進行實時清潔，清潔效果好，充分利用水下的水資源，無任何汙染。實施方式2 在實施方式I的基礎上，用雷射器和雷射頭替換高壓海水泵和噴頭。本水下自動清潔罩主要由兩部分構成雷射清洗部分和超聲波清洗部分。雷射具有強度高、聚焦性強、能量密度大、方向性好的特點，將雷射光束集中到一個很小的區域中， 雷射輻照待清洗物體表面至少可以產生三個方面的作用(I)雷射脈衝的振動，即利用較高頻率的脈衝雷射衝擊被清洗物的表面，光束轉變為聲波並從下層硬表面返回，與入射波發生幹涉，從而產生共振使汙垢層或凝結物振動碎裂；(2)分子的光分解或相變，即在瞬間使汙垢分子或使人為塗上的輔助液膜汽化、分解、蒸發或爆沸，使表面汙垢鬆散並隨此作用脫離基底表面；(3)熱膨脹效應，即利用基底與表面汙染物對某一波長雷射能量吸收係數的差別，使基底物質與表面汙物吸收能量而熱膨脹，克服基底對汙染物的吸附力而脫落。這三種作用即為雷射清洗技術的基礎。雷射清洗可以有效的清除汙物，並且不會損傷器物的表面，克服了高壓水射流清洗的不足。超聲波清洗屬物理清洗，由於超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，在傳播過程中，介質的壓力作交替變化。在負壓區域，液體中產生撕裂的力，並形成真空的氣泡。當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，在正壓區域氣泡由於受到壓力擠破滅、閉合。此時，液體間相互碰撞產生強大的衝擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達幾千個大氣壓，這就是所謂的空化效應。超聲波清洗，就是利用超聲「空化」效應而產生的幾千個大氣壓的衝擊波乾淨徹底的清洗掉物件表面的汙垢，從而達到清洗目的。本水下自動清潔罩的雷射清洗部分是由雷射器提供能量產生雷射束，經過光束傳輸系統將雷射束的空間形狀變得均勻，然後通過四個雷射頭以適當的尺寸聚焦於預期的位置，並對待清潔表面進行掃描。其中雷射器是最重要的組成部分，是雷射加工的能量來源。
權利要求
1.水下自動清潔保護罩，其特徵是包括防水殼體、保護罩透明片、超聲波發生器、換能器，保護罩透明片、超聲波發生器、換能器均安裝在防水殼體裡，換能器固定在保護罩透明片上並連接超聲波發生器。
2.根據權利要求I所述的水下自動清潔保護罩，其特徵是還包括安裝在防水殼體裡的高壓海水泵和噴頭，噴頭通過高壓膠管連接高壓海水泵，噴頭面向保護罩透明片放置。
3.根據權利要求2所述的水下自動清潔保護罩，其特徵是所述的換能器和噴頭均有4個。
4.根據權利要求I所述的水下自動清潔保護罩，其特徵是還包括安裝在防水殼體裡的雷射器和雷射頭，雷射頭連接雷射器，雷射頭面向保護罩透明片放置。
5.根據權利要求4所述的水下自動清潔保護罩，其特徵是所述的換能器和雷射頭均有4個。
全文摘要
本發明的目的在於提供水下自動清潔保護罩，包括防水殼體、保護罩透明片、超聲波發生器、換能器，保護罩透明片、超聲波發生器、換能器均安裝在防水殼體裡，換能器固定在保護罩透明片上並連接超聲波發生器。本發明將雷射清洗、水射流技術與超聲波技術結合起來，具有清洗效果好，清洗速度快，不傷害鏡頭，節約環保的特點。並在超聲振動下，可保持實時清潔，滿足移動載體的工作需要。
文檔編號B08B7/04GK102580952SQ20121005526
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者劉星, 劉朝傑, 孫霖, 徐賀, 沈義平, 薛開, 郭保騰 申請人:哈爾濱工程大學