RU2702884C1 - Device for laser cleaning of ship hull - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to ship hull laser cleaning device. Device comprises a container with a hole for laser radiation output and a laser. Container is sealed with focusing and scanning system, outlet of which is made as slit-like confuser. Container is installed on remote unmanned underwater vehicle. Focusing and scanning system is interconnected by means of optical fiber with a laser installed onboard the ship. Cavity of the confuser is communicated via a flexible hose with a compressed air source mounted onboard the ship. Scanning system is configured to generate laser radiation along the length of the slit-like confuser.

EFFECT: providing the possibility of operation under water with simplification of the device positioning above the cleaned surface.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии лазерной обработки материалов и может быть использовано в различных технологических процессах, а именно нагрев, очистка, резка, создание аморфных слоев.The invention relates to the technology of laser processing of materials and can be used in various technological processes, namely heating, cleaning, cutting, the creation of amorphous layers.

Известно устройство электрогидродинамической очистки подводной поверхности судов, относящееся к области защиты корпусов судов, а также гидротехнических сооружений от биологического обрастания, содержащее две гидравлически сообщающиеся трубы малого и большого диаметра с поршнями, внешний конец трубы меньшего диаметра снабжен днищем, выполненным в форме полусферы, в фокусе которой установлены разрядные электроды, а с внешней стороны трубы большего диаметра установлено щелевидное сопло (см. патент RU № 2438916, МПК В63В59/08, В63С11/52, 2012 г.).A device is known for electrohydrodynamic cleaning of the underwater surface of ships, related to the protection of ship hulls, as well as hydraulic structures from biological fouling, containing two hydraulically connected pipes of small and large diameter with pistons, the outer end of the pipe of smaller diameter is provided with a bottom made in the form of a hemisphere, in focus which is equipped with discharge electrodes, and a slit-like nozzle is installed on the outside of the pipe of larger diameter (see patent RU No. 2438916, IPC B63B59 / 08, B63C11 / 52, 2012).

Недостатком этого устройства является сложность его позиционирования относительно очищаемой поверхности, поскольку очистка идет жидкостью – продуктом электрогидравлического эффекта, что в водной среде приводит к проявлениям реактивного эффекта.The disadvantage of this device is the difficulty of its positioning relative to the surface being cleaned, since the cleaning is carried out by a liquid - a product of the electro-hydraulic effect, which in an aqueous medium leads to manifestations of a reactive effect.

В качестве ближайшего аналога принято устройство для лазерной очистки, содержащее корпус с размещенным внутри лазером и отверстием-соплом для вывода лазерного излучения, являющийся наиболее близким к заявляемому изобретению и принятый за прототип (https://www.laser-bulat.ru/products/lasersystems/htf-clean/, [электронный ресурс] дата обращения 15.10.2018). Устройство представляет собой моноблок, содержащий в себе лазерный источник и все органы управления. Лазерное излучение проходит через объектив и падает на обрабатываемую поверхность.As the closest analogue, a laser cleaning device is adopted, comprising a housing with a laser located inside and a hole-nozzle for outputting laser radiation, which is the closest to the claimed invention and adopted as a prototype (https://www.laser-bulat.ru/products/ lasersystems / htf-clean /, [electronic resource] appeal date 10/15/2018). The device is a monoblock containing a laser source and all controls. Laser radiation passes through the lens and falls on the surface to be treated.

Недостатком этого технического решения является невозможность работы под водой.The disadvantage of this technical solution is the inability to work under water.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности очистки корпусов судов под водой.The main task, to the solution of which the claimed invention is directed, is to provide the possibility of cleaning ship hulls under water.

Технический результат заявляемого устройства заключается в обеспечении возможности его работы под водой, при упрощении его позиционирования над очищаемой поверхностью.The technical result of the claimed device is to enable it to work under water, while simplifying its positioning on the surface being cleaned.

Поставленная задача решается тем, что устройство для лазерной очистки корпуса судна, содержащее контейнер с отверстием для вывода лазерного излучения и лазер, отличается тем, что контейнер выполнен герметичным, снабжен фокусирующей и сканирующей системой, выходное отверстие которой, выполнено как щелевидный конфузор, причем контейнер установлен на телеуправляем необитаемом подводном аппарате, его фокусирующая и сканирующая система посредством оптоволокна сообщена с лазером, установленным на борту судна, причем полость конфузора, сообщена посредством гибкого шланга с источником сжатого воздуха, установленного на борту судна, кроме того, сканирующая система выполнена, с возможностью формирования лазерного излучения по длине щелевидного конфузора.The problem is solved in that the device for laser cleaning of the hull, containing a container with a hole for outputting laser radiation and a laser, is characterized in that the container is sealed, equipped with a focusing and scanning system, the outlet of which is designed as a slit-like confuser, the container being installed on a telecontrol uninhabited underwater vehicle, its focusing and scanning system is connected via a fiber optic to a laser mounted on board the vessel, and the cavity of the confuser, co It is flashed by means of a flexible hose with a source of compressed air mounted on board the vessel, in addition, the scanning system is made with the possibility of forming laser radiation along the length of the slit-like confuser.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного технического решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the claimed technical solution with the essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивает возможность работы под водой, при упрощении его позиционирования над очищаемой поверхностью, причем отличительные признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение нижеследующего комплекса функциональных задач.Moreover, the set of features of the characterizing part of the claims provides the opportunity to work under water, while simplifying its positioning on the surface being cleaned, and the distinguishing features of the characterizing part of the claims provide a solution to the following set of functional tasks.

Признаки, указывающие, что «контейнер выполнен герметичным, снабжен фокусирующей и сканирующей системой» исключают заполнение корпуса водой и прямое взаимодействие с ней лазерного излучения.Signs indicating that "the container is sealed, equipped with a focusing and scanning system" exclude filling the casing with water and direct interaction of laser radiation with it.

Признаки, указывающие, что сканирующая система «выходное отверстие которой выполнено как щелевидный конфузор» обеспечивают уменьшение поперечного сечения выходного отверстия, что упрощает организацию газовой «оболочки» в его полости, при условии подачи в него газа от источника газа.Signs indicating that the scanning system “the outlet of which is designed as a slit-like confuser” provides a reduction in the cross section of the outlet, which simplifies the organization of the gas “shell” in its cavity, provided that gas is supplied from the gas source.

Признаки, указывающие, что «контейнер установлен на телеуправляем необитаемом подводном аппарате» обеспечивают возможность работы устройства лазерной очистки под водой дистанционно.Signs indicating that "the container is mounted on a telecontrol uninhabited underwater vehicle" provides the ability to operate the laser cleaning device under water remotely.

Признаки, указывающие, что «фокусирующая и сканирующая система посредством оптоволокна сообщена с лазером, установленным на борту судна» обеспечивают возможность изолирования лазерного излучения от воздействия воды.Signs indicating that the “focusing and scanning system is connected via a fiber with a laser mounted on board the vessel” provide the possibility of isolating the laser radiation from exposure to water.

Признаки, указывающие, что «полость конфузора, сообщена посредством гибкого шланга с источником сжатого воздуха, установленного на борту судна» обеспечивают в конфузоре давление несколько большее давления воды на глубине, что предотвращает попадание жидкости внутрь конфузора при работе под водой.Signs indicating that "the cavity of the confuser, communicated through a flexible hose with a source of compressed air mounted on board the vessel" provide in the confuser the pressure is slightly higher than the pressure of water at a depth that prevents liquid from entering the confuser when working under water.

Признаки, указывающие, что «сканирующая система выполнена, с возможностью формирования лазерного излучения по длине щелевидного конфузора» позволяют повысить производительности устройства за счет придания щелевидности пятну лазерного излучения.Signs indicating that "the scanning system is configured to generate laser radiation along the length of the slit-like confuser" can improve the performance of the device by imparting slit-like laser spot.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство для лазерной очистки.The essence of the claimed invention is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a device for laser cleaning.

На чертежах показаны лазер 1, оптоволокно 2, герметичный контейнер 3, фокусирующая система 4, сканирующая система 5, защитное стекло 6, щелевидный кожух 7, плоская щель 8, сфокусированное лазерное излучение 9, газовая оболочка 10, обрабатываемая поверхность 11, персональный компьютер 12, кабель управления контроллером 13, контроллер 14, кабель управления системой сканирования лазерного луча 15, источник сжатого воздуха (пневматическая магистраль судна) 16, гибкий шланг 17, телеуправляемый необитаемый подводный аппарат 18.The drawings show a laser 1, an optical fiber 2, a sealed container 3, a focusing system 4, a scanning system 5, a protective glass 6, a slit-like casing 7, a flat slit 8, focused laser radiation 9, a gas shell 10, a machined surface 11, a personal computer 12, control cable for controller 13, controller 14, control cable for laser beam scanning system 15, compressed air source (ship's pneumatic line) 16, flexible hose 17, remote-controlled unmanned underwater vehicle 18.

Устройство состоит из надводной и подводной частей.The device consists of surface and underwater parts.

Надводная часть устройства состоит из корпуса, выполненного герметичным и служащего для размещения лазера 1, работающего в импульсном режиме, кабельных вводов (на чертежах не показаны) для питания лазера электроэнергией и оптоволокна 2 длиной от 10 до 100 метров, для управления режимом сканирования лазерного луча, по кабелю управления 13 подключен контроллер 14 с персональным компьютером 12.The above-water part of the device consists of a sealed enclosure that serves to accommodate the laser 1 operating in a pulsed mode, cable entries (not shown in the drawings) for powering the laser with electric power and optical fiber 2 with a length of 10 to 100 meters, to control the scanning mode of the laser beam, the control cable 13 is connected to the controller 14 with a personal computer 12.

Подводная часть устройства состоит из телеуправляемого необитаемого подводного аппарата 18 с установленным герметичным контейнером 3 внутри которого находится фокусирующая система 4 и сканирующая система (сканатор) 5 с защитным стеклом 6 прозрачным для лазерного излучения, и щелевидным кожухом 7 с плоской щелью 8, через которую выводится сфокусированное лазерное излучение 9 на обрабатываемую поверхность 11. Причем к щелевидному кожуху 7 подключен источник сжатого воздуха 16 (пневматическая магистраль судна) с помощью гибкого шланга 17.The underwater part of the device consists of a telecontrolled uninhabited underwater vehicle 18 with an airtight container 3 installed inside which there is a focusing system 4 and a scanning system (scanner) 5 with a protective glass 6 transparent for laser radiation, and a slit-like casing 7 with a flat slit 8 through which the focused laser radiation 9 on the work surface 11. Moreover, to the slit-like casing 7 is connected a source of compressed air 16 (pneumatic line of the vessel) using a flexible hose 17.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Предварительно осуществляют подготовку устройства лазерной очистки к работе. Для этого на палубе судна устанавливают лазер 1, контроллер 14 и персональный компьютер 12. Лазер 1 соединяют с фокусирующей системой 4 с помощью оптоволокна 2. Контроллер 14 подключают к сканирующей системе 5 и к персональному компьютеру 12 с помощью кабелей управления 13 и 15 соответственно. Щелевидный кожух 7 подключают к источнику сжатого воздуха 16 с помощью гибкого шланга 17. Герметичный контейнер 3 с элементами «устройства» размещают на телеуправляемом необитаемом подводном аппарате 18 и погружают под воду, предварительно создав давление сжатого воздуха в щелевидном кожухе 7 от 6 до 16 бар. Включают питание лазера 1 и персонального компьютера 12. Программно устанавливают заданный режим сканирования лазерного луча и частоту импульсов лазерного излучения.Pre-carry out the preparation of the laser cleaning device to work. To do this, a laser 1, a controller 14 and a personal computer 12 are installed on the deck of the vessel. The laser 1 is connected to the focusing system 4 using optical fiber 2. The controller 14 is connected to the scanning system 5 and to the personal computer 12 using control cables 13 and 15, respectively. The slit-like casing 7 is connected to the source of compressed air 16 using a flexible hose 17. The hermetic container 3 with the elements of the “device” is placed on the remote-controlled uninhabited underwater vehicle 18 and immersed under water, having previously created the pressure of compressed air in the slit-like casing 7 from 6 to 16 bar. Turn on the power of the laser 1 and the personal computer 12. Programmatically set the specified scanning mode of the laser beam and the frequency of the pulses of the laser radiation.

Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат 18 с герметичным контейнером 3 ориентируют (позиционируют) в воде таким образом, чтобы плоская щель 8 находилась над обрабатываемой поверхностью 11 на расстоянии от 2 до 10 мм. Включают импульсное лазерное излучение на лазере 1 и перемещают телеуправляемый необитаемый подводный аппарат 18 в заданном направлении над обрабатываемой поверхностью 11. Сфокусированный сканирующий в плоской щели 8 лазерный луч 9, находясь в области воздушного (газового) пузыря 10, попадает на обрабатываемую поверхность 11 и в режиме абляции удаляет биообрастатели.Telecontrolled uninhabited underwater vehicle 18 with a sealed container 3 is oriented (positioned) in water so that the flat slot 8 is located above the treated surface 11 at a distance of 2 to 10 mm. Turn on the pulsed laser radiation on the laser 1 and move the remote-controlled unmanned underwater vehicle 18 in a predetermined direction above the surface 11. The focused laser beam 9 scanned in a flat slit 8, being in the region of the air (gas) bubble 10, enters the surface to be treated 11 and ablation removes biofouling.

Claims (1)

Устройство для лазерной очистки корпуса судна, состоящее из надводной и телеуправляемой подводной частей, при этом надводная часть содержит лазер и источник сжатого воздуха, устанавливаемые на борту судна, а телеуправляемая подводная часть содержит фокусирующую и сканирующую системы, сообщенные с лазером посредством оптоволокна, и герметичный контейнер с щелевидным кожухом, в котором выполнена плоская щель для вывода лазерного излучения, при этом фокусирующая и сканирующая системы установлены в упомянутом контейнере, а полость плоской щели сообщена посредством гибкого шланга с источником сжатого воздуха, причем сканирующая система выполнена с возможностью формирования лазерного излучения по длине плоской щели.A device for laser cleaning of the ship’s hull, consisting of surface and remote controlled underwater parts, while the surface mounted part contains a laser and a compressed air source mounted on board the vessel, and the remote controlled underwater part contains focusing and scanning systems communicated with the laser via optical fiber and a sealed container with a slit-like casing in which a flat slit is made for outputting laser radiation, while the focusing and scanning systems are installed in the said container, and the cavity is flat th slot communicates via a flexible hose to a compressed air source, wherein the scanning system is adapted to generate laser radiation over the length of a narrow gap.

Images