[发明专利]一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢方法

权利要求书

1.一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢系统，其特征在于，包括：机电组件，用于冷却管定位、冷却管内步进平台推进控制、冷却管内环形硬垢聚焦；固定光学组件，用于发射高能激光脉冲、成像监控及过程控制与分析；随动光学组件，用于分光及提供成像照明。

2.根据权利要求1所述的一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢系统，其特征在于，所述机电组件包含底座、电机控制器、滑轨、滑动平台、随动臂、锥体反射器、步进平台、聚焦镜、从动齿轮、从动臂、压块、滚轮、主动齿轮、伺服步进电机、主动臂及随动臂；滑轨垂直安装在底座平面的一侧，滑动平台安装在滑轨上，可沿滑轨上下移动；随动臂安装在滑动平台的右侧，从动臂安装在滑动平台的左侧，主动臂垂直安装在滑动平台上，它们可随滑动平台沿滑轨上下滑动；主动齿轮安装在主动臂上，与控制伺服步进电机同轴联接，在控制伺服步进电机转动时，主动齿轮可同步转动；从动齿轮安装在从动臂上；主动臂和从动臂连接在滑动平台上，主动齿轮和从动齿轮的中心线在同一水平面上；电机控制器用于控制伺服步进电机转动，从而带动与之联动的主动齿轮转动；步进平台下部为齿条，齿条啮合在主动齿轮和从动齿轮，齿条可在主动齿轮旋转带动下沿水平方向作直线运动，从动齿轮在齿条带动下转动，起平稳步进平台运动的作用；压块下压步进平台上表面，防止步进平台发生倾斜，压块下部有滚轮，步进平台在受压情况下仍可自由沿直线运动；步进平台边缘是限位销，防止步进平台滑出；

所述锥体反射器与聚焦镜均固定安装在步进平台的上表面，锥体反射器的中心轴与聚焦镜的光轴重合，形成主光轴，主光轴与步进平台的上表面严格平行；锥体反射器的表面镀有高能脉冲激光器工作波长λ及可见谱段的高反膜，能对波长λ的光及对可见光进行全反射。

3.根据权利要求1所述的一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢系统，其特征在于，所述固定光学组件安装在底座上，包含高能脉冲激光器、激光扩束准直镜、成像透镜、面阵成像传感器、面阵驱动及图像输出电路、显示器及嵌入式控制分析系统；所述高能脉冲激光器与激光扩束准直镜装配时光轴重合，形成激光光轴；成像透镜的光轴为成像光轴，它与面阵成像传感器垂直；激光光轴与成像光轴平行，它们均垂直于底座；嵌入式控制分析系统用来给高能脉冲激光器、面阵驱动及图像输出电路、白光光源及电机控制器发送控制指令，并接收面阵驱动及图像输出电路输出的图像用于图像分析。

4.根据权利要求1所述的一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢系统，其特征在于，所述随动光学组件包含双色镜、半反半透镜、白光扩束准直镜及白光光源；所述随动光学组件通过随动臂连接滑动平台，当滑动平台在滑轨上滑动时，可带动随动光学组件一起滑动；所述半反半透镜及双色镜与底座成45度角装配，且使激光光轴与双色镜中心相交，成像光轴与半反半透镜中心相交；白光光源与白光扩束准直镜装配时光轴重合，此光轴为照明光轴，它与底座平行；所述半反半透镜镀有可见谱段半透半反膜，双色镜镀有高能脉冲激光器工作波长λ的高反膜及可见谱段的高透膜，能对波长λ的光进行全反及对可见光进行全透。

5.一种图像监控下的凝汽器激光环形除垢方法，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）冷却管定位

沿滑轨上下移动调整滑动平台至合适高度，再调节主动臂及从动臂，使步进平台的头部与待清洁冷却管的入口对齐，同时主光轴与冷却管的中心线重合；调节随动臂，使照明光轴与主光轴重合；

嵌入式控制分析系统发出指令，开启白光光源，其发出的可见光经过白光扩束准直镜形成平行光束，依次经过半反半透镜与双色镜，再经聚焦镜聚焦，锥体反射器改变光路后聚焦照亮至主光轴同心圆环区域；

嵌入式控制分析系统发出指令，开启面阵驱动及图像输出电路，面阵成像传感器开始工作，被照亮的主光轴同心圆环区域依次经锥体反射器、聚焦镜、双色镜，再经半反半透镜反射，通过成像透镜成像至面阵成像传感器上；面阵成像传感器输出的数字图像，一路被嵌入式控制分析系统接收，另一路同时输出在显示器上实时显示；

嵌入式控制分析系统发出指令给电机控制器，控制伺服步进电机转动，带动主动齿轮转动；步进平台在主动齿轮旋转带动下进行沿直线向冷却管内运动一固定步长d；

观察显示器的图像，此时步进平台已进入了冷却管内部，显示器开始呈现冷却管内壁环状区域硬垢的图像，同时嵌入式控制分析系统开始以每秒S次对该图像进行采样分析；

（2）图像监控除垢：

嵌入式控制分析系统启动高能脉冲激光器，高能脉冲激光器发出的工作波长为λ、重频为f的脉冲激光束经过激光扩束准直镜扩束准直后，依次经过双色镜反射、聚焦镜聚焦，锥体反射器改变光路后聚焦至冷却管内壁环状区域硬垢上，由于环状聚焦区域激光功率密度极大，产生瞬间高温，对硬垢产生瞬间气化剥离；同时嵌入式控制分析系统一直以每秒S次对该图像进行采样分析，对图像采取二维快速付里叶变换进行频域分析，并将该频域特性与预先存在系统中的冷却管清洁无垢内壁的标准图像频域数据比对，在不断激光剥离后，若图像的频域数据与标准图像频域数据分布接近时，嵌入式控制分析系统发出指令关闭高能脉冲激光器；

（3）自动步进：

嵌入式控制分析系统发出指令给电机控制器，控制伺服步进电机转动，带动主动齿轮转动；步进平台在主动齿轮旋转带动下进行沿直线向冷却管内运动一固定步长d；

（4）自动除垢：

不断重复步骤（2）和（3），直至整个冷却管内壁剩余硬垢除垢结束。