輥類表面激光毛化加工裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種輥類表面激光毛化加工裝置，解決了現有輥類表面激光毛化加工時毛化坑在軋輥表面沿一條等螺距的螺旋掃描線分布導致在冷軋鋼板的長度方向容易形成拉傷的問題。技術方案包括連續激光器，所述連續激光器至輥類表面的激光傳輸光路上依次布置有導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、擴束鏡、分光鏡組以及輸出聚焦鏡，所述多棱鏡由電機驅動，所述分光鏡組由N個反射鏡組成，N≥2。本實用新型專利技術結構簡單、操作簡便、可在軋輥表面形成多條非螺旋掃描線點陣交錯排布的可設定毛化坑分布，避免由此帶來的冷軋鋼板拉傷問題，提高了冷軋鋼板的質量。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種輥類表面激光毛化處理裝置，具體的是說一種輥類表面激光毛化加工裝置。
技術介紹
具有特殊表面形貌的毛化冷軋薄鋼板在制造業中，特別是在汽車與家電產業中有著廣泛的應用。毛化冷軋薄鋼板是由表面經毛化處理后的軋輥軋制而成的，因此毛化軋輥的表面形貌特征對冷軋薄鋼板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。為了確保冷軋鋼板具有優良的板型、深沖性、延伸率和涂鍍性能，在冷軋薄鋼板生產工藝中，要求對冷軋工作輥的表面進行毛化處理，以軋制出滿足用戶特殊工藝要求的毛化冷軋鋼板。激光軋輥毛化技術是現在使用的幾種毛化技術(包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化)中實用而又先進的一種毛化技術目前，激光毛化軋輥技術主要分為兩大類一類是采用固體Nd:YAG激光器的YAG激光毛化，另一類則是采用氣體CO2激光器的CO2激光毛化。其共同特點是采用聲光調Q的Nd = YAG激光器或經特殊調制的CO2激光器作為脈沖激光加工源，由光源輸出的脈沖激光經激光加工頭聚焦后，作用于以一定轉速旋轉的軋棍表面；加工過程中，激光加工頭的橫向移動配合軋輥的旋轉運動，從而在軋輥表面形成等螺距的螺旋掃描線點陣毛化坑分布。例如中國專利“用于軋輥表面毛化的激光加工設備”(專利號ZL94220848. X)與中國專利“分光式激光毛化調制裝置”(專利號ZL200710041118. 9)。上述激光軋輥毛化工藝的基本特征是(如附圖說明圖1所示)毛化坑在軋輥表面沿一條等螺距的螺旋掃描線分布。由于螺旋掃描線的螺距(一般為O. Γ0. 4mm)相對于軋輥直徑來說非常小，可以認為螺旋掃描線每一圈上的毛化坑分布在沿軋輥圓周方向的一條直線上；因此整個軋輥面上的毛化坑分布在沿軋輥圓周方向的多條等間距(即螺距)的平行直線上。但一般情況下，各圈之間的毛化坑的相對位置分布是不固定的；因而在軋輥長度方向上，毛化坑呈非直線形分布，如圖1所示，基本上可以認為是無規律的。上述毛化坑分布形式存在兩個明顯的缺點1.雖然軋輥表面的激光毛化坑很淺，但對于大面積的毛化冷軋鋼板，還是可以明顯地感覺到冷軋鋼板在沿長度方向上(沿軋輥圓周方向軋制)存在均勻分布的直線，而在冷軋鋼板的橫向方向則沒有明顯的直線分布。2.在冷軋鋼板的長度方向容易形成拉傷，形成沿冷軋鋼板長度方向上很細的直線劃痕。仔細觀察這些劃痕，發現絕大部分劃痕出現在對應軋輥表面兩圈毛化坑之間的一條直線形空白區域內。分析這些直線劃痕形成的原因，是因為在兩圈毛化坑之間的直線形空白區域內，軋輥是平滑的，軋輥與鋼板之間緊密接觸；如果在鋼板軋制過程中形成鐵屑，則這個鐵屑不能夠被軋輥表面的毛化坑吸收，始終存在于鋼板與軋輥之間，連續劃出可見的直線痕跡。
技術實現思路
本技術的目的是為了解決上述技術問，提供一種結構簡單、操作簡便、可使聚焦光點沿轉動軋輥長度方向上可設定分布進行毛化加工的輥類表面激光毛化加工裝置。技術方案包括毛化機床和激光器系統，所述激光器至棍類表面的激光傳輸光路上依次布置有導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、擴束鏡、分光鏡組以及輸出聚焦鏡，所述多棱鏡由電機驅動，所述分光鏡組由N個反射鏡組成，N >2，所述多棱鏡至少存在兩個工作面的法線方向與多棱鏡旋轉軸間的夾角不一致。所述分光鏡組中任意兩個反射鏡之間的夾角呈90-180度夾角。所述多棱鏡的工作面M彡10。所述前端聚焦鏡為反射式聚焦鏡或透射式聚焦鏡。所述擴束鏡為反射式聚焦鏡或透射式聚焦鏡。所述輸出聚焦鏡為反射式聚焦鏡或透射式聚焦鏡。本技術可與裝有軋輥工件的毛化機床配套安裝，待加工的軋輥工件裝夾在毛化機床上，并由毛化機床控制 作旋轉運動。毛化機床上的拖板上可作二維運動，其移動速度由毛化機床控制。多棱鏡旋轉由高速電機帶動作高速旋轉，其轉速可控。所述毛化機床既可以是數控車床，也可以是普通車床。本技術的工作原理如下當連續激光器輸出的連續激光束聚焦于一高速旋轉的多棱鏡某個工作面上時，激光束經多棱鏡掃描，再經擴束鏡，并由N (N > 2)個反射鏡組成的分光鏡組進行分光，從而形成N路脈沖激光，N路脈沖激光同時經輸出聚焦鏡聚焦于軋輥表面，同時對軋輥表面進行毛化加工。所述多棱鏡工作面的法線與旋轉軸之間的角度不完全一致，因此上述N路脈沖激光束經輸出聚焦鏡聚焦后在軋輥表面的光點在軋輥長度方向擺動掃描，從而在軋輥表面形成N條擺動式螺旋掃描線點陣交錯排布的可設定毛化坑分布。本技術的聚焦光點的可設定分布實現原理如下假定多棱鏡工作面法線間夾角在多棱鏡旋轉軸方向的角度分量為α，擴束鏡焦距為F，多棱鏡工作面處光束反射離焦量(多棱鏡工作面上光束反射的位置與擴束鏡焦點之間的距離)為ΛΧ，輸出聚焦鏡的焦距為f。故在多棱鏡高速掃描時，光束經過上述兩個有夾角的多棱鏡工作面反射后，在輸出聚焦鏡的焦平面上的聚焦光點存在一定間距Ad = tan(^^)xf。在激光毛化加工過程中，根據 F激光毛化加工工藝的需求，則可以設定加工多棱鏡工作面之間的夾角大小及變化情況，同時通過控制離焦量Λ X、F及f等光學參數對毛化點分布進行設定，從而控制聚焦光點的擺動幅度和分布周期，進而對毛化點陣分布形式進行控制。舉例例如a =5mrad, Δ x=10mm, F=300mm, f=100mm,則 Ad=O. 0167mm。本技術的優點是1.本技術裝置由于采用特殊設計的多棱鏡及分光鏡組，實現了兩個或兩個以上聚焦光點可設定分布毛化加工，從而在軋輥表面形成兩條或兩條以上非螺旋掃描線點陣交錯排布的可設定毛化坑分布，使得軋輥表面圓周上相鄰兩排毛化坑之間不再有平滑的直線。故采用本技術裝置生產出來的軋輥在軋制鋼板的時候，能夠確保軋制過程中可能形成的鐵屑顆粒被軋輥圓周方向上交錯排列的毛化坑所吸收，而避免在鋼板的長度方向上造成劃痕，從而大大提高了鋼板軋制質量。2.采用連續連續激光器作為加工光源，激光功率能夠充分利用，由于技術上沒有對激光功率的限制，同時由于目前連續激光器已經能夠獲得非常高的功率輸出，這樣加工速度也沒有限制，可以獲得非常高的加工速度。3.采用分光鏡組對掃描的脈沖激光進行分光，不但可以提高激光功率的利用率，也可以提高激光輸出的脈沖頻率，從而提高激光毛化加工的速度，該分光鏡組結構簡單、體積小、成本低，使用壽命長，生產維護容易。4.兩路或兩路以上的脈沖激光同時經過一個輸出聚焦鏡聚焦于軋輥表面，既可以提高激光毛化加工效率，也可以確保多個聚焦光點不受激光鏡片熱效應的影響，從而提高了激光毛化加工工藝的穩定性?？傊?，本技術所述輥類表面激光毛化加工裝置激光能量利用率高、整體結構簡單、使用壽命長，并且工作穩定，加工效率高、產品質量好。以下結合附圖及實施例對本技術作進一步描述圖1為常規激光毛化工藝在軋輥上形成的毛化坑分布示意圖；圖2為本技術安裝示意圖；圖3為實施例1的結構原理圖；圖4為圖3中多棱鏡實現多聚焦光可設定分布的具體加工外型圖(所述多棱鏡的工作面的法線方向與多棱鏡轉軸間的夾角不一致);`圖5為圖3中所述多棱鏡實現多聚焦光可設定分布的原理圖(其中虛線bl、b2、b3分別表示多棱鏡的不同角度的工作面);圖6為采用本技術對輥類表面進行激光毛化加工后在軋輥表面形成的無規律毛化坑分布示意圖；圖7為實施例2的結構原理圖；圖8為實施例3的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輥類表面激光毛化加工裝置，包括毛化機床和激光器系統，其特征在于，所述激光器至輥類表面的激光傳輸光路上依次布置有導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、擴束鏡、分光鏡組以及輸出聚焦鏡，所述多棱鏡由電機驅動，所述分光鏡組由N個反射鏡組成，N≥2，所述多棱鏡至少存在兩個工作面的法線方向與多棱鏡旋轉軸間的夾角不一致。

【技術特征摘要】
1.一種輥類表面激光毛化加工裝置，包括毛化機床和激光器系統，其特征在于，所述激光器至棍類表面的激光傳輸光路上依次布置有導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、擴束鏡、分光鏡組以及輸出聚焦鏡，所述多棱鏡由電機驅動，所述分光鏡組由N個反射鏡組成，N ≥2,所述多棱鏡至少存在兩個工作面的法線方向與多棱鏡旋轉軸間的夾角不一致。2.如權利要求1所述的輥類表面激光毛化加工裝置，其特征在于，所述分光鏡組中任意兩個反射鏡之間的夾角呈90-180度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳培鋒，梁喬春，王焄，
申請(專利權)人：武漢市凱瑞迪激光技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：