高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，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及与平移导轨平行的用于安装轧辊工件的轧辊转轴和顶尖；所述工作平台上装有多棱镜扫描机构和集成聚焦机构；其特征在于：所述集成聚焦机构由呈斜线形排布的第一、第二两个集成聚焦头构成，每个集成聚焦头内均设有Ｎ个紧密排列的聚焦透镜，两个集成聚焦头可对应输出２×Ｎ个聚焦光点，在轧辊工件表面同时形成２×Ｎ条螺旋扫描线点阵毛化坑分布，其中Ｎ≥２。本实用新型专利技术将原先多个分离的聚焦头简化为两个独立的集成聚焦头，且每个集成聚焦头均可对应输出Ｎ≥２个聚焦光点，确保加工效率的同时，达到了简化装置的目的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于辊类表面激光毛化处理领域，特别涉及一种高功率激光辊类表面 双头集成聚焦毛化加工装置。
技术介绍
毛化钢板具有优良的冲压性能和表面涂镀性能，是汽车、家电、电子和轻工业生产 中广泛应用的重要原材料，毛化钢板生产的关键技术是轧辊表面毛化，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。目前激光轧辊毛化技术主要分为两大类一类是采用气体CO2激光器的CO2激光毛 化，另一类是采用固体Nd: YAG激光器的YAG激光毛化。目前，已经研制成功且用于生产的CO2激光毛化装置的基本原理是C02激光器发 射出的高能连续激光束经光调制转盘(斩光盘)变换成脉冲激光束；利用聚焦透镜将变换 后的脉冲激光束聚焦于被加工的轧辊表面进行毛化；加工过程中，轧辊旋转的同时，激光 头与光学发射调制系统沿轧辊长度方向移动，在轧辊表面加工出螺旋形规则分布的微小毛 化坑。例如华中科技大学激光院研制的大型CO2激光轧辊毛化加工成套系统。但由于该 系统采用了光调制转盘技术，只有很少一部分激光输出能量能够得到有效地利用，因而其 能量利用效率不高；且机械结构复杂、设备体积庞大、相对造价较高。上述CO2激光毛化设 备由于能量利用率比较低，因此其加工效率与电火花毛化设备相比有一定差距。近年来， 基于斩光盘光束调制原理的此类激光毛化技术，其主要发展集中体现在通过设计不同结 构形式的光调制转盘(斩光盘)，以提高激光能量利用率。例如中国专利“一种用于激光 调制的转盘”(专利号ZL94218749.0)与中国专利“分光式激光毛化调制装置”(专利号 ZL200710041118. 9)。YAG激光毛化装置的基本原理是采用声光调Q的Nd: YAG激光器作为脉冲激光发 生源，由激光器发射出的脉冲激光束经光路系统聚焦后，直接作用于被加工的轧辊表面进 行毛化；通过控制调Q频率与轧辊的转速，实现所要求的表面粗糙度和毛化坑分布。例如 中国科学院力学研究所在九十年代研究开发的“用于辊类表面毛化的具有可控分布毛化点 的激光加工装置”(专利号ZL00264774. 5)，就是采用声光调Q的Nd: YAG激光器作为加工光 源的。其缺点是由于所使用的声光调Q脉冲Nd: YAG激光器的平均功率较低，毛化效果有 限，生产效率低，难以满足大型钢厂的生产需要。为了克服上述激光毛化技术的不足，本技术专利申请人专利技术了一种高功率激 光辊类表面多头毛化加工方法及装置，其方法的基本特征是利用高功率连续激光器输出 连续激光束；通过多棱镜分光机构对该连续激光束进行调制，使其分成K(>2)路脉冲激光 束；利用K个独立的聚焦头分别对K路脉冲激光束进行聚焦后输出，对辊类表面同时进行多 头(K个聚焦头)毛化加工，在辊类表面形成K条螺旋扫描线点阵毛化坑分布。基于此方法 的高功率激光辊类表面多头毛化加工装置可以同时实现多头毛化加工，加工效率高；激光能量利用效率高，且对激光功率没有限制；但该装置若要进一步提高加工效率，则必须进一 步增加聚焦头的数量，这会使装置整机结构变得复杂。上述专利技术已于2006年申报国家专利技术专利(申请号200610018261. 1)与技术 专利(申请号200620095100.8)。目前，专利技术专利“高功率激光辊类表面多头毛化加工方 法及其装置”已获授权(专利号ZL200610018261. 1)，且技术专利“高功率激光辊类表 面多头毛化加工装置”已获授权(专利号ZL200620095100. 8)
技术实现思路
本技术目的是提供一种高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置， 该装置在上述已授权专利“高功率激光辊类表面多头毛化加工方法及其装置”(专利号 ZL200610018261. 1)的基础上，拟采用集成聚焦头技术，将多个分离的聚焦头简化为两个独 立的集成聚焦头，每个集成聚焦头均可对应输出N > 2个聚焦光点，以便达到简化整机结构 与提高加工效率的目的。本技术的技术方案是一种高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装 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及 与平移导轨平行的用于安装轧辊工件的轧辊转轴和顶尖；所述工作平台上装有多棱镜扫描 机构和集成聚焦机构；其特征在于所述集成聚焦机构由呈斜线形排布的第一、第二两个 集成聚焦头构成，每个集成聚焦头内均设有N个紧密排列的聚焦透镜，两个集成聚焦头可 对应输出2XN个聚焦光点，在轧辊工件表面同时形成2XN条螺旋扫描线点阵毛化坑分布， 其中N彡2。本技术中，同现有技术一样，所述激光器为高功率连续激光器，例如高功率连 续CO2激光器或者高功率连续Nd:YAG激光器；而所述多棱镜扫描机构由第一聚焦镜、第二 聚焦镜、全反射镜组、多棱镜以及带动多棱镜旋转的高速电机组成；所述全反射镜组由与水 平线成45°角布置且互相平行的上、下两个反射镜构成，其中上反射镜的镜面与第二聚焦 镜相对，而下反射镜的镜面则与第二集成聚焦头相对。上述高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，所述多棱镜扫描机构中的 第一聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。上述高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，所述多棱镜扫描机构中的 第二聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。上述高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，所述多棱镜的面数M > 5， 且其每个工作表面均为全反射面。上述高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，所述两个集成聚焦头呈斜 线形排列，且所述两个集成聚焦头之间的横向距离为NX ΔΧ，ΔΧ = 50 500μπι，纵向距 离为ΔΥ。本技术的工作原理如下所述激光器发出的连续激光束进入多棱镜扫描机 构，通过第一聚焦镜聚焦于旋转的多棱镜的某个工作面上，形成扇形的扫描光束，该发散的 反射扫描光束经第二聚焦镜变换后，形成具有一定扫描宽度的平行扫描光束；所述平行扫 描光束先扫过第一集成聚焦头，并经第一聚焦头内设的N ^ 2个紧密排列的聚焦透镜聚焦 后对应输出N ^ 2个聚焦光点；随后所述平行扫描光束再经全反射镜组的两次90°导向后，扫过第二集成聚焦头，并由第二集成聚焦头内设的N > 2个紧密排列的聚焦透镜聚焦 后对应输出N ^ 2个聚焦光点；从而总共形成2XN个聚焦光点，在轧辊工件表面同时形成 2XN条螺旋扫描线点阵毛化坑分布同现有技术一样，本技术工作时，待加工的轧辊工件由数控机床上的轧辊转 轴和顶尖装夹，并由轧辊转轴带动旋转，其转速由数控机床控制。数控机床上的工作平台可 作三维运动，其平移速度由数控机床控制。同样地，驱动多棱镜旋转的高速电机，其转速也 由数控机床控制。所述数控机床采用现有的设备，例如XL9数控机床。本技术在具体工作时，所述两个集成聚焦头的光轴均与轧辊工件表面垂直， 且所述两个集成聚焦头对应输出的2 XN个聚焦光点在轧辊工件表面形成的2 XN条螺旋扫 描线点阵毛化坑分布，扫描线点阵的纵向点间距b = 50 500 μ m，横向点间距ΔΧ = 50 500 μ m，扫描线螺距P = 2XNX ΔΧ。本技术的优点是本技术与已授权的专利技术专利(专利号ZL200610018261. 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率激光辊类表面双头集成聚焦毛化加工装置，包括激光器（１）和数控机床（３），所述数控机床（３）的床身上装有通过平移导轨（３０３）驱动的工作平台（１２）及与平移导轨（３０３）平行的用于安装轧辊工件（１３）的轧辊转轴（３０１）和顶尖（３０２）；所述工作平台（１２）上装有多棱镜扫描机构（４）和集成聚焦机构；其特征在于：所述集成聚焦机构由呈斜线形排布的第一、第二两个集成聚焦头（６０１、６０２）构成，每个集成聚焦头内均设有Ｎ个紧密排列的聚焦透镜，两个集成聚焦头可对应输出２×Ｎ个聚焦光点，在轧辊工件（１３）表面同时形成２×Ｎ条螺旋扫描线点阵毛化坑分布，其中Ｎ≥２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，孙长东，王焄，罗曦，
申请(专利权)人：苏州市博海激光科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]