本发明专利技术公开了一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工方法，其特征是将高功率连续激光器输出的连续激光束聚焦于一高速旋转的且转轴与镜轴不重合的多棱镜的某个工作面上，经其扫描分光形成传输方向沿垂直于所述多棱镜的旋转方向快速摆动的Ｋ路脉冲激光束，再分别经由Ｋ个集成聚焦头对所述Ｋ路脉冲激光束进行聚焦后形成Ｋ×Ｎ个沿转动的轧辊长度方向快速摆动的聚焦光点，对轧辊表面同时进行毛化加工，在轧辊表面形成Ｋ×Ｎ条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布，其中Ｋ≥１，而Ｎ为单个集成聚焦头对应输出的聚焦光点数，Ｋ×Ｎ≥２。本方法处理的轧辊在轧制钢板时，避免了在钢板的长度方向上形成划痕，提高了钢板的轧制质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于辊类表面激光毛化处理领域，特别涉及一种聚焦光点摆动式辊类表面 激光毛化加工方法及装置。
技术介绍
具有特殊表面形貌的毛化冷轧薄钢板在制造业中，特别是在汽车与家电产业中有 着广泛的应用。毛化冷轧薄钢板是由表面经毛化处理后的轧辊轧制而成的，因此毛化轧辊 的表面形貌特征对冷轧薄钢板的深冲、涂装等工艺性能影响极大。为了确保冷轧钢板具有优良的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，在冷轧薄钢板生 产工艺中，要求对冷轧工作辊的表面进行毛化处理，以轧制出满足用户特殊工艺要求的毛 化冷轧钢板。激光轧辊毛化技术是现在使用的几种毛化技术(包括喷丸毛化、电火花毛化以及 电子束毛化)中实用而又先进的一种毛化技术。激光毛化技术是将聚焦后的高能量、高重复频率的脉冲激光束照射到轧辊表面， 利用激光束的高亮度在轧辊表面形成非常高的能量密度，对激光聚焦处的轧辊表面实施加 热、熔化并部分汽化，以致在轧辊表面形成微小毛化坑。其基本原理是对经过特殊调制的 高能量密度(IO4 106W/cm2)、高重复频率(IO3 IO4次/秒)的脉冲激光束进行聚焦，并 使其作用于作旋转运动的轧辊表面形成微小熔池；同时吹以一定方向、压力和流量的辅助 气体，对熔池熔融金属进行挤压造型；短激光脉冲作用后，微坑熔池金属在轧辊自身热传导 作用下迅速冷却，形成微坑和坑边环形凸台结构的相变硬化点。与此同时，聚焦脉冲激光束 沿轧辊长度方向移动，以完成对整根轧辊表面的毛化加工。目前，激光毛化轧辊技术主要分为两大类一类是采用固体Nd:YAG激光器的YAG 激光毛化，另一类则是采用气体CO2激光器的CO2激光毛化。其共同特点是采用声光调Q 的Nd: YAG激光器或经特殊调制的CO2激光器作为脉冲激光加工源，由光源输出的脉冲激光 经激光加工头聚焦后，作用于以一定转速旋转的轧辊表面；加工过程中，激光加工头的横向 移动配合轧辊的旋转运动，从而在轧辊表面形成等螺距的螺旋扫描线点阵毛化坑分布。例 如中国专利“用于轧辊表面毛化的激光加工设备”(专利号ZL94220848. X)与中国专利 “分光式激光毛化调制装置”(专利号ZL200710041118. 9)。上述激光轧辊毛化工艺的基本特征是毛化坑在轧辊表面沿一条等螺距的螺旋扫 描线分布。由于螺旋扫描线的螺距(一般为0. 1 0. 4mm)相对于轧辊直径来说非常小，可 以认为螺旋扫描线每一圈上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的一条直线上；因此整个轧 辊面上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的多条等间距(即螺距)的平行直线上。但一般情 况下，各圈之间的毛化坑的相对位置分布是不固定的；因而在轧辊长度方向上，毛化坑呈非 直线形分布，如图1所示，基本上可以认为是无规律的。上述毛化坑分布形式存在两个明显的缺点1.虽然轧辊表面的激光毛化坑很浅，但对于大面积的毛化冷轧钢板，还是可以明显地感觉到冷轧钢板在沿长度方向上(沿轧辊圆周方向轧制)存在均勻分布的直线，而在冷轧钢板的横向方向则没有明显的直线分布。2.在冷轧钢板的长度方向容易形成拉伤，形成沿冷轧钢板长度方向上很细的直线 划痕。仔细观察这些划痕，发现绝大部分划痕出现在对应轧辊表面两圈毛化坑之间的一条 直线形空白区域内。分析这些直线划痕形成的原因，是因为在两圈毛化坑之间的直线形空 白区域内，轧辊是平滑的，轧辊与钢板之间紧密接触；如果在钢板轧制过程中形成铁屑，则 这个铁屑不能够被轧辊表面的毛化坑吸收，始终存在于钢板与轧辊之间，连续划出可见的 直线痕迹。分析上述现象的成因后，我们发现如果轧辊表面的毛化坑不是沿轧辊圆周方向 的直线形分布，则上述现象就可以避免。
技术实现思路
本专利技术目的是为解决现有技术存在的问题而提供一种聚焦光点摆动式辊类表面 激光毛化加工方法，该方法可以实现聚焦光点沿转动轧辊长度方向上的快速摆动式毛化加 工，在轧辊表面形成沿其圆周方向的非直线形毛化坑分布，以此来确保由该方法处理出来 的轧辊在轧制钢板时，不会在钢板的长度方向上形成划痕，从而提高钢板的轧制质量。本专利技术的技术方案如下一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工方法，其特 征在于将高功率连续激光器输出的连续激光束聚焦于一高速旋转的且转轴与镜轴不重合 的多棱镜的某个工作面上，分光形成传输方向沿垂直于所述多棱镜的旋转方向快速摆动的 K路脉冲激光束，再分别经由K个集成聚焦头对所述K路脉冲激光束进行聚焦后形成KXN 个沿转动的轧辊长度方向快速摆动的聚焦光点，对轧辊表面同时进行毛化加工，在轧辊表 面形成KXN条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布，其中K >1，而N为单个集 成聚焦头对应输出的聚焦光点数，KXN ^ 2。本专利技术的上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工方法，进一步按照下述具体 步骤对轧辊表面实施毛化加工1)由数控机床上的轧辊转轴和顶尖装夹轧辊；2)启动数控机床，使轧辊按设定的转速旋转；3)使高功率连续激光器输出的连续激光束进入安装在数控机床工作平台上的多 棱镜分光机构内，并经第一聚焦镜聚焦于高速旋转且转轴与镜轴不重合的多棱镜的某个工 作面上；4)多棱镜的该工作面在高速旋转过程中将连续激光束依次扫过K个分光头， K ^ 1 ；每个分光头在激光扫过时接受一部分激光，当激光束依次扫过所有分光头时相当于 给所有的分光头分配一个激光脉冲；多棱镜重复扫描时便将连续激光束分成K路脉冲激光 输出，并且由于所述多棱镜的转轴与镜轴不重合，所述每路脉冲激光同时沿垂直于多棱镜 的旋转方向快速摆动；5)上述从多棱镜分光机构内输出的K路脉冲激光束分别经K个集成聚焦头聚焦后 形成K X N个密集排布且沿转动的轧辊长度方向快速摆动的聚焦光点，N为单个集成聚焦头 对应输出的聚焦光点数，KXN > 2 ；6)在数控机床对轧辊转速、多棱镜转速、工作平台平移速度的集中控制下，所述沿轧辊长度方向快速摆动的KXN个聚焦光点对轧辊同时进行毛化加工，在轧辊表面形成KXN条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布。本专利技术同时提供一种能够实现上述加工方法的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛 化加工装置，该装置能够在轧辊上形成多条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分 布，并且结构简单、激光能量利用率高。一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，包括激光器和数控机床，所述 数控机床的床身上装有通过平移导轨驱动的工作平台和用于安装轧辊的轧辊转轴和顶尖， 所述工作平台上装有多棱镜分光机构和集成聚焦机构；其中激光器为高功率连续激光 器，所述多棱镜分光机构由第一聚焦镜、多棱镜、驱动多棱镜旋转的高速电机和K个分光头 组成，所述集成聚焦机构是一种由K个具有多点聚焦功能的集成聚焦头组成的集成聚焦头 阵列；各集成聚焦头的输入端与前述K个分光头的输出端一一对应，并可对应输出N个聚焦 光点，KXN ^ 2 ；所述多棱镜的转轴与镜轴不重合。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述多棱镜的面数M > 5。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述第一聚焦镜为透射式聚 焦镜或者反射式聚焦镜。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述每个集成聚焦头内均设 有第二聚焦镜和与第二聚焦镜相对布置的N个紧密排列的聚焦透镜。或者，所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜和与第二聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工方法，其特征在于：将高功率连续激光器（１）输出的连续激光束（２）聚焦于一高速旋转的且转轴（ｂ）与镜轴（ａ）不重合的多棱镜（４０２）的某个工作面上，经多棱镜（４０２）扫描分光形成传输方向沿垂直于所述多棱镜（４０２）的旋转方向快速摆动的Ｋ路脉冲激光束，再分别经由Ｋ个集成聚焦头对所述Ｋ路脉冲激光束进行聚焦后形成Ｋ×Ｎ个沿转动的轧辊（１３）长度方向快速摆动的聚焦光点，对轧辊（１３）表面同时进行毛化加工，在轧辊（１３）表面形成Ｋ×Ｎ条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布，其中Ｋ≥１，而Ｎ为单个集成聚焦头对应输出的聚焦光点数，Ｋ×Ｎ≥２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，王焄，孙长东，罗曦，
申请(专利权)人：苏州市博海激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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