多束光合成聚焦控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种多束光合成聚焦控制系统及控制方法，该系统包括工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和双路电隔离接口卡；至少一激光器控制装置，包括至少两激光驱动器；激光驱动器输入端均连接可控分布接口卡，输出端均连接激光器；至少一偏转总成控制装置，包括至少一偏转驱动器，偏转驱动器的输入端均连接双路电隔离接口卡，输出端均连接偏转电机。本发明专利技术的技术方案能提高激光毛化的加工速度，同时实现高能量密度的毛化加工和微坑组内的无规则分布。

【技术实现步骤摘要】
多束光合成聚焦控制系统及控制方法
本专利技术涉及离散激光加工控制技术，尤其是一种多束光合成聚焦控制系统及控制方法，适用于冷轧辊激光毛化等领域。
技术介绍
冷轧薄钢板具有厚度与板形精度高、表面质量好、力学性能好、厚度更薄等优点，应用非常广。冷轧板按粗糙度分为光面板和毛化板。毛化板采用毛化轧辊平整，表面形貌由毛化轧辊表面复制而来，粗糙度一般较大。相对光面板，毛化板因具有更好的延伸率和涂镀层结合力，在汽车、高铁、航空航天、家用电器以及食品包装等行业有广泛用途，是一种不可缺少的重要原料。轧辊毛化技术就是对磨光轧辊进行毛化，使其表面具有特殊形貌的技术。目前在工业上得到规模化推广应用的轧辊毛化技术是喷丸毛化、电火花毛化和激光毛化，其中比较先进的是电火花毛化和激光毛化。电火花毛化通过将轧辊和电极浸没在绝缘工作液中或在两电极的间隙喷绝缘工作液，两电极间的间隙足够小，电极上施加一定幅值和频率的脉冲电压，产生火花放电，在轧辊表面上产生一系列微熔微坑。激光毛化按使用的激光器种类分为CO2激光毛化和YAG激光毛化。CO2激光毛化通过连续CO2激光器发出的连续激光，经斩波器变成频率一定的脉冲激光，通过沿轧辊轴向匀速移动聚焦镜将脉冲激光聚焦到匀速旋转的轧辊表面，使轧辊表面熔化、气化，产生大量的熔池，从而在整个辊面形成一定形貌的大量有凸台的硬化微坑。YAG激光毛化通过连续泵浦YAG激光器经Q开关特殊调制输出高能量密度、高重复频率的YAG脉冲激光，通过沿轧辊轴向匀速移动聚焦镜将脉冲激光聚焦到匀速旋转的轧辊表面，使轧辊表面熔化、气化，产生大量的熔池；一定成分、一定压力的辅助气体沿一定角度侧吹熔池，使熔池凸台明显；轧辊自身热传导作用使熔池因熔融物迅速冷却而表面硬化；从而在整个辊面形成一定形貌的大量有凸台的硬化微坑。YAG激光毛化技术是中国科学院力学研究所在九十年代研究开发的，如专利技术专利“高重频调制多脉冲YAG激光刻花系统及加工方法”(ZL92113223.9)。为了增加微坑分布的各向均匀度，调节冷轧板的各向延伸率，中科院力学所开发了YAG激光毛化的二维可控分布技术，如专利技术专利“具有可控分布毛化点的辊类表面毛化激光加工系统”(ZL00128273.5)。工程中有相当多的毛化板要求微坑无规则分布。为了改善激光毛化板的外观质量，中科院力学所在二维可控分布技术的基础上开发可控无规则分布技术，如专利技术专利“圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”(ZL200510117158.8)；又如专利技术专利“无规则偏转毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”(ZL200510116750.6)。激光毛化在微坑的均匀性和再现性、运行条件、环境污染、运行成本等方面都比电火花毛化更优越。然而，在加工速度方面电火花毛化比激光毛化更有优势。同样的轧辊，激光毛化需一个小时，电火花毛化可能只需20分钟。对于激光毛化，毛化轧辊的微坑密度越高，毛化频率不变的情况下加工速度越慢。现在高档汽车板、家电板的微坑密度越来越高，迫切希望提高激光毛化的加工速度。电火花毛化加工速度比较快的原因是多电极同时放电。同样，多微坑并行加工是提高激光毛化加工速度的必然选择。一般的激光毛化，采用单台激光器、单个聚焦镜的方案。采用多台激光器、多个聚焦镜的方案显然能提高毛化速度。该方案的最大缺点是多台激光器产生的微坑相对位置不好控制，极易产生致命的干涉条纹。其另一缺点是光路结构较庞大，能同时用的激光器的数量会受限。也可将单台激光器的单束光分成多束光，分别聚焦输出。此时分束后单束光的能量会受限，其产生的微坑的位置有相关性，也易出条纹。采用单台激光器、分束后单个聚焦镜聚焦的方案也能提高毛化速度，因同时产生的多个微坑间距很近，相当于一组微坑，不易出条纹。该方案的最大缺点是单坑的能量受限，只适合提高低粗糙度毛化的速度。其另一缺点是微坑组内的坑间距相对固定，不能实现无规则分布，影响了毛化辊形貌的整体提高。采用多台激光器、合束后单个聚焦镜聚焦的方案，克服了单坑的能量不足的问题，应是比较理想的方案。专用于CTP(computertoplate)的半导体激光模块，如Intense的CTP激光阵列成像模块系列，结合了精密的光学器件和简便快捷的电子器件接口，其拥有64个高可靠性的激光发射器阵列，每个通道内部提供了200mW的高可靠性的单模激光输出。该器件的最大缺点单束光能量太低，无法毛化。其另一缺点是各束光相对位置固定，无法实现微坑的无规则分布。
技术实现思路
本专利技术提供一种多束光合成聚焦控制系统及控制方法，用于克服现有技术中的缺陷，实现对多束光合成聚焦装置的控制，从而提高激光毛化的加工速度，同时实现高能量密度的毛化加工和微坑的无规则分布。本专利技术提供的多束光合成聚焦控制系统，包括：工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和电隔离接口卡；至少一激光器控制装置，包括至少两激光驱动器；所述激光驱动器的输入端均连接所述可控分布接口卡，每个所述激光驱动器的输出端均连接激光器；所述激光驱动器根据所述工控机的激光指令控制与其连接的所述激光器的工作状态和工作参数；每个激光驱动器接收所述激光指令控制激光器发射光束，发射光束经多束光合成聚集装置中的反射镜改变方向后通过同一聚焦透镜会聚，能在位于其焦平面上的辊面上形成微坑组；激光指令用于控制每个发射光束的能量、发射时间和发射频率，在辊面上同时或分时产生微坑组；至少一偏转总成控制装置，包括至少一偏转驱动器，所述偏转驱动器的输入端均连接所述电隔离接口卡，所述偏转驱动器的输出端均连接一安装有用于改变上述激光器发出的光束方向的反射镜的偏转电机；所述偏转驱动器用于根据所述工控机的偏转指令控制与其连接的偏转电机的转动角度，进而控制所述反射镜的角度；偏转驱动器接收偏转指令控制偏转电机的转动角度，进而控制安装在偏转电机上的反射镜的角度，改变各束光的相对位置，最终达到控制光斑间距的目的，使得微坑组内的坑间距实时可控。本专利技术还提供一种多束光合成聚焦控制方法，包括以下步骤：步骤1，工控机接收激光指令和偏转指令；通过可控分布接口卡将所述激光指令分成至少两路分别发送给所述激光驱动器；通过电隔离接口卡将所述偏转指令分成至少一路分别发送给所述电机驱动器；步骤2，所述激光驱动器器接收一路激光指令并将其转换为驱动指令后控制激光器的工作状态和参数；所述偏转驱动器接收一路偏转指令，并根据该偏转指令控制与所述偏转驱动器连接的所述偏转电机的转动角度，进而控制安装在所述偏转电机上的反射镜的角度。本专利技术提供的多束光合成聚焦控制系统及控制方法，每个激光驱动器接收激光指令控制激光器发射光束，发射光束经多束光合成聚集装置中的反射镜改变方向后通过同一聚焦透镜会聚，能在位于其焦平面上的辊面上形成微坑组；激光指令用于控制每个发射光束的能量、发射时间和发射频率等，在辊面上同时或分时产生微坑组，增大了单位时间内的毛化区域，从而提高了激光毛化的加工速度；多束激光经单聚焦透镜输出，毛化辊面不易产生干涉条纹；偏转驱动器接收偏转指令控制偏转电机的转动角度，进而控制安装在偏转电机上的反射镜的角度，改变各束光的相对位置，最终达到控制光斑间距的目的，使得微坑组内的坑间距实时可控，便于规则和无规则分布参数的设定，整体改善了毛化辊的形貌；微坑组内微坑重合，用多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多束光合成聚焦控制系统，其特征在于，包括：工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和双路电隔离接口卡；至少一激光器控制装置，包括至少两激光驱动器；所述激光驱动器的输入端均连接所述可控分布接口卡，每个所述激光驱动器的输出端均连接激光器；所述激光驱动器根据所述工控机的激光指令控制与连接的所述激光器的工作状态和工作参数；至少一偏转总成控制装置，包括至少一偏转驱动器，所述偏转驱动器的输入端均连接所述双路电隔离接口卡，所述偏转驱动器的输出端均连接一安装有用于改变上述激光器发出的光束方向的反射镜的偏转电机；所述偏转驱动器用于根据所述工控机的偏转指令控制与其连接的偏转电机的转动角度，进而控制所述反射镜的角度。

【技术特征摘要】
1.一种多束光合成聚焦控制系统，其特征在于，包括：工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和双路电隔离接口卡；至少一激光器控制装置，包括至少两激光驱动器；所述激光驱动器的输入端均连接所述可控分布接口卡，每个所述激光驱动器的输出端均连接激光器；所述激光驱动器根据所述工控机的激光指令控制与之连接的所述激光器的工作状态和工作参数；每个激光驱动器接收所述激光指令控制激光器发射光束，发射光束经多束光合成聚集装置中的反射镜改变方向后通过同一聚焦透镜会聚，能在位于其焦平面上的辊面上形成微坑组；激光指令用于控制每个发射光束的能量、发射时间和发射频率，在辊面上同时或分时产生微坑组；至少一偏转总成控制装置，包括至少一偏转驱动器，所述偏转驱动器的输入端均连接所述双路电隔离接口卡，所述偏转驱动器的输出端均连接一安装有用于改变上述激光器发出的光束方向的反射镜的偏转电机；所述偏转驱动器用于根据所述工控机的偏转指令控制与其连接的偏转电机的转动角度，进而控制所述反射镜的角度；偏转驱动器接收偏转指令控制偏转电机的转动角度，进而控制安装在偏转电机上的反射镜的角度，改变各束光的相对位置，最终达到控制光斑间距的目的，使得微坑组内的坑间距实时可控。2.根据权利要求1所述的多束光合成聚焦控制系统，其特征在于，所述反射镜偏转电机的转动角度在0～15度之间。3.根据权利要求2所述的多束光合成聚焦控制系统，其特征在于，所述激光指令为脉冲信号，所述激光器控制装置包括至少两激光驱动器，所述激光驱动器包括功放电路和控制电路。4.根据权利要求1-3任一所述的多束光合成聚焦控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红才，王小环，杨明江，李正阳，覃志康，绍鑫，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11