本發(fā)明屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光掃描式輸電線異物遠程清除裝置及其應用方法。

背景技術(shù)：

輸電線路分布點多面廣、地形復雜、環(huán)境惡劣，在運行維護過程中經(jīng)常發(fā)生風箏、廣告布、塑料布等異物纏繞，會引發(fā)短路、停電等事故，同時垂落的異物和燒斷損毀的導線還有可能造成人畜傷亡。傳統(tǒng)的清除架空路線異物的方法主要基于絕緣桿、異物清除桿、登高車、斗臂車、吊籃等工具，普遍具有耗時長、作業(yè)難度大、風險高、需停電作業(yè)等缺點。

激光清除異物是一種新型方法，利用紅外激光，通過精確控制高能激光束遠程輻照異物的重力支撐部位、纏繞導線部位或黏附部位，使異物被輻照部位吸收激光導致局部溫度急劇升高后熔化或氣化，從而掉落，實現(xiàn)地對空帶電快速清除架空輸電線路上的異物，具有快速、安全、便捷等優(yōu)點，尤其在交通不便、高桿塔、遠距離等情況下具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

目前，激光遠程清除裝置清除輸電線上異物都是高角度、遠距離工作，激光器置于發(fā)射筒中，跟隨發(fā)射筒整體調(diào)節(jié)角度，當多點、長時間清除輸電線異物時，激光器會被多次搬運與搖擺，影響激光器工作穩(wěn)定性。瞄準裝置安裝于發(fā)射筒上方，高角度工作時會隨著發(fā)射筒上仰，操作人員需俯身瞄準目標，操作不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種激光掃描式輸電線異物遠程清除裝置及其應用方法，其采用了兩個分別沿互相垂直的兩個軸線旋轉(zhuǎn)的掃描鏡，實現(xiàn)2π立體角范圍的激光掃描，無需對裝置進行過多的調(diào)整就可實現(xiàn)了對于任意方位的輸電線上異物的清除。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種激光掃描式輸電線異物遠程清除裝置，包括控制系統(tǒng)以及發(fā)射裝置；

所述發(fā)射裝置包括第一掃描鏡、第二掃描鏡、激光器以及成像鏡頭、第一轉(zhuǎn)臺以及第二轉(zhuǎn)臺；其中，第一掃描鏡安裝在第一轉(zhuǎn)臺上；第二掃描鏡以及成像鏡頭安裝在第二轉(zhuǎn)臺上；

激光器的出射激光束依次經(jīng)過第一掃描鏡和第二掃描鏡反射至待清除異物上，成像鏡頭始終正對待清除異物并對其成像；

第一掃描鏡繞x軸方向旋轉(zhuǎn)，第二掃描鏡繞y軸方向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)2π立體角范圍的激光掃描；所述x軸方向為激光器初始發(fā)出的激光束方向；所述y軸方向為激光束經(jīng)第一掃描鏡反射后進入第二反射鏡的方向；

所述第一掃描鏡反射激光的鏡面中心區(qū)域鍍覆有可見光的透射膜，四周區(qū)域鍍紅外的反射膜，另一鏡面鍍覆可見光的透射膜；

第二掃描鏡反射激光的鏡面鍍覆有實現(xiàn)紅外光高反和可見光半透半反的膜層，另一鏡面鍍覆可見光的透射膜；

控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)激光器的輸出功率和工作模式、用于成像鏡頭對異物成像以及用于控制第一掃描鏡和第二掃描鏡進行角度調(diào)整，使激光指向待清除異物。

上述發(fā)射裝置還包括安裝在第一轉(zhuǎn)臺上的指引測距裝置；

指引測距裝置包括可見光指示器、探測器以及分束鏡；可見光指示器出射的可見光經(jīng)分束鏡反射、第一掃描鏡透射、最后由第二掃描鏡反射使可見光指向異物所在方向，并且反射的光束經(jīng)原路返回至探測器用于對待清除異物進行測距。

上述發(fā)射裝置還包括變倍擴束裝置；所述變倍擴束裝置位于激光器和第一掃描鏡之間用于增大或縮小激光束的尺寸。

上述控制系統(tǒng)包括成像顯示控制單元、掃描鏡控制單元、激光器控制單元以及指引測距控制單元；

成像顯示控制單元與成像鏡頭連接用于控制成像鏡頭獲取待清除異物的圖像；

掃描鏡控制單元分別與第一轉(zhuǎn)臺和第二轉(zhuǎn)臺連接用于控制第一掃描鏡和第二掃描鏡進行角度調(diào)整；

激光器控制單元與激光器連接用于調(diào)節(jié)激光器的輸出功率和工作模式；

指引測距控制單元分別與可見光指示器以及探測器連接用于控制可見光指示器出射可見光以及探測器測量待清除異物的距離。

上述激光器為co2激光器，其發(fā)出的激光束的工作波長為10.6μm。

上述變倍擴束裝置為無焦變倍擴束鏡，所述無焦變倍擴束鏡由3組透鏡組成，并且采用“正—負—正”的結(jié)構(gòu)形式。

基于上述的激光掃描式輸電線異物遠程清除裝置，現(xiàn)對其應用方法進行描述，具體包括以下步驟：

1)打開控制系統(tǒng)，發(fā)射裝置進行初始化，完成準備工作；

2)待清除異物的指引測距；

指引測距控制單元打開可見光指示器，指示可見光經(jīng)分束鏡反射、第一掃描鏡透射，最后由第二掃描鏡反射出光，在此期間通過掃描鏡控制單元控制第一掃描鏡和第二掃描鏡旋轉(zhuǎn)，使可見光指向異物所在方向，成像鏡頭對第二掃描鏡掃射區(qū)域成像，在成像顯示控制單元上尋找到待清除異物；

同時，可見光從待清除異物反射的光束經(jīng)原路返回至探測器，實現(xiàn)了待清除異物距離測量；

3)異物清除；

根據(jù)異物的距離與材質(zhì)選擇合適的紅外激光功率與擴束比，激光器控制單元打開激光器，激光束由變倍擴束裝置擴束，第一掃描鏡和第二掃描鏡反射，并且要保證與步驟2)中的指示可見光同軸，激光發(fā)射到遠程的異物上，對異物進行灼燒，同時成像顯示控制單元實時監(jiān)測異物的灼燒情況；

若觀察到激光束不能灼燒異物，則由激光器控制單元增大激光器功率或由變倍擴束裝置縮小光束尺寸，以增大激光能量密度，直到異物被灼燒；

若觀察到激光束的灼燒面積相對于異物過小，可通過掃描鏡控制系統(tǒng)對第一掃描鏡或第二掃描鏡進行旋轉(zhuǎn)，使激光束在異物上進行移動，直到異物被灼燒掉落。

若在裝置的工作范圍內(nèi)還有其他異物，先停止激光器出光，通過掃描鏡控制單元對第一掃描鏡與第二掃描鏡進行旋轉(zhuǎn)，重新瞄準新的異物，開啟激光器即可進行清除工作，實現(xiàn)了大范圍、多點的異物清除；

4)清除完畢，關(guān)閉發(fā)射裝置及控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用一組掃描鏡掃描的方式，實現(xiàn)2π立體角范圍的激光掃描，對于任意方位的輸電線異物，無需調(diào)整整個裝置的俯仰，只要將裝置平放在地面或者車上使用就可以實現(xiàn)大范圍、多點、遠距離、可視化的輸電線異物清除，便于攜帶和運輸。

2、本發(fā)明采用了指引測距裝置實現(xiàn)了對被清除異物的精準定位，進一步的提升了裝置工作的可靠性。

3、本發(fā)明采用了變倍擴束裝置，可以根據(jù)就被清除異物的實際情況，增大或縮小光束的尺寸，使其激光束能量密度產(chǎn)生變化，更高效地完成對異物的灼燒。

4、本發(fā)明中激光器的工作效率不會受工作環(huán)境(例如震動等)方面的影響，確保了裝置的工作效率與穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一種基本結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明第二種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本發(fā)明第三種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的示意圖。

附圖標記如下：

100-發(fā)射裝置、200-控制系統(tǒng)、1-第一掃描鏡、2-第二掃描鏡、3-激光器、4-成像鏡頭、5-第一轉(zhuǎn)臺、6-第二轉(zhuǎn)臺、7-待清除異物、8-可見光指示器、9-探測器、10-分束鏡、11-變倍擴束裝置、12-成像顯示控制單元、13-掃描鏡控制單元、14-激光器控制單元、15-指引測距控制單元。

具體實施方式

下面結(jié)合三種實施方式對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行詳細說明：

第一種實施例：

該實施例是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，參見圖1所示，該裝置包括：控制系統(tǒng)200以及發(fā)射裝置100；

其中：所述發(fā)射裝置100包括第一掃描鏡1、第二掃描鏡2、激光器3以及成像鏡頭4、第一轉(zhuǎn)臺5以及第二轉(zhuǎn)臺6；其中，第一掃描鏡1安裝在第一轉(zhuǎn)臺5上；第二掃描鏡2以及成像鏡頭4安裝在第二轉(zhuǎn)臺6上；

激光器3的出射激光束依次經(jīng)過第一掃描鏡1和第二掃描鏡2反射至待清除異物7上，成像鏡頭4始終正對待清除異物7并對其成像；

第一掃描鏡1繞x軸方向旋轉(zhuǎn)，第二掃描鏡2繞y軸方向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)2π立體角范圍的激光掃描；所述x軸方向為激光器初始發(fā)出的激光束方向；所述y軸方向為激光束經(jīng)第一掃描鏡反射后進入第二反射鏡的方向；

第一掃描鏡1反射激光的鏡面中心區(qū)域鍍覆有可見光的透射膜，四周區(qū)域鍍紅外的反射膜，另一鏡面鍍覆可見光的透射膜；

第二掃描鏡2反射激光的鏡面鍍覆有實現(xiàn)紅外光高反和可見光半透半反的膜層，另一鏡面鍍覆可見光的透射膜；

控制系統(tǒng)200用于調(diào)節(jié)激光器3的輸出功率和工作模式、用于成像鏡頭4對異物成像以及用于控制第一掃描鏡1和第二掃描鏡2進行角度調(diào)整，使激光束到達待清除異物7處，對異物進行灼燒清除。

第二種實施例：

為了使該裝置對目標異物的精準定位，該實施例在第一種實施例的基礎(chǔ)上做出了改進，參見圖2，該裝置除第一種實施例中描述的結(jié)構(gòu)外，還增加了安裝在第一轉(zhuǎn)臺5上的指引測距裝置，該裝置包括可見光指示器8、探測器9以及分束鏡10；可見光指示器8出射的可見光經(jīng)分束鏡10反射、第一掃描鏡1透射、最后由第二掃描鏡反射2使可見光指向待清除異物7所在方向，并且反射的光束經(jīng)原路返回至探測器9用于對待清除異物7進行測距。

第三種實施例：

為了使本發(fā)明裝置的工作效率更高，該實施例在第二種實施例的基礎(chǔ)上又做出了改進，參見圖3，該裝置除第二種實施例中描述的結(jié)構(gòu)外，還在激光器3和第一掃描鏡1之間設(shè)置了用于增大或縮小光束的尺寸的變倍擴束裝置11；

變倍擴束裝置的具體結(jié)構(gòu)是：變倍擴束裝置為無焦變倍擴束鏡，由3組透鏡組成，采用“正—負—正”的結(jié)構(gòu)形式；考慮到裝調(diào)與調(diào)整簡單可靠,采用把第2組透鏡作為固定組,其他2組分別作為移動組與補償組的組合移動方式來實現(xiàn)無焦連續(xù)變倍功能。

需要補充說明的第一點是：上述的co2激光器主要發(fā)射的激光為紅外波段激光，其工作波長為10.6μm，這個波長的激光能有效作用于輸電線上的非金屬物體，而不損傷輸電線。

三種實施例中的控制系統(tǒng)200包括成像顯示控制單元12、掃描鏡控制單元13、激光器控制單元14以及指引測距控制單元15；

成像顯示控制單元12與成像鏡頭4連接用于控制成像鏡頭獲取待清除異物7的圖像；

掃描鏡控制單元13分別與第一轉(zhuǎn)臺5和第二轉(zhuǎn)臺6連接用于控制第一掃描鏡1和第二掃描鏡2進行角度調(diào)整，使激光指向待清除異物7；

激光器控制單元14與激光器3連接用于調(diào)節(jié)激光器3的輸出功率和工作模式；

其中，指引測距控制單元15只在第二種實施例和第三種實施例中才出現(xiàn)，指引測距控制單元15分別與可見光指示器8以及探測器9連接，用于控制可見光指示器8出射可見光以及探測器9測量待清除異物7的距離。

由于第三種實施例為本發(fā)明的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對第三種實施例的應用方法進行描述：

1)前期準備；

當需要清除輸電線上異物時，將發(fā)射裝置與控制系統(tǒng)放置在距離輸電線較近的平地上或車上，進行線纜連接，打開控制系統(tǒng)模塊，發(fā)射裝置進行初始化，完成準備工作。

2)指引測距；

打開可見光指示器，指示可見光先后經(jīng)分束鏡反射、第一掃描鏡透射，最后由第二掃描鏡反射出光。通過掃描鏡控制單元控制兩個掃描鏡旋轉(zhuǎn)，使可見光指向異物所在方向，成像鏡頭對第二掃描鏡掃射區(qū)域成像，在成像顯示控制單元上尋找異物目標。當顯示器上觀測到指示可見光對準異物，表明發(fā)射裝置已瞄準異物。

指示可見光對準異物后，同時，可見光從待清除異物反射的光束經(jīng)原路返回至探測器，實現(xiàn)了待清除異物距離測量。

3)異物清除；

根據(jù)異物的距離與材質(zhì)選擇合適的紅外激光功率與擴束比，打開激光器，紅外激光束由變倍擴束裝置擴束，第一掃描鏡和第二掃描鏡反射，并且要保證與步驟2)中的指示可見光同軸，激光發(fā)射到遠程的異物上，對異物進行灼燒，同時成像顯示控制單元實時監(jiān)測異物的灼燒情況；

若紅外激光束不能灼燒異物，則由激光器控制系統(tǒng)增大激光器功率或由變倍擴束裝置縮小光束尺寸，以增大激光能量密度，直到異物被灼燒。若紅外激光束的灼燒面積相對于異物過小，可通過掃描鏡控制系統(tǒng)對第一掃描鏡或第二掃描鏡進行旋轉(zhuǎn)，使紅外激光束在異物上進行移動，直到異物被灼燒掉落。

若在裝置的工作范圍內(nèi)還有其他異物，無需關(guān)閉與搬運裝置，只需先停止激光器出光，通過掃描鏡控制系統(tǒng)對第一掃描鏡與第二掃描鏡進行旋轉(zhuǎn)，重新瞄準新的異物，開啟激光器即可進行清除工作，實現(xiàn)了大范圍、多點的異物清除。

完成異物清除后，首先停止激光器出光，然后依次關(guān)閉發(fā)射裝置內(nèi)部部件及其控制系統(tǒng)與電源。