高功率调Ｑ脉冲激光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调Ｑ脉冲激光毛化加工装置，包括脉冲调Ｑ激光器和数控机床，数控机床的床身上装有通过平移导轨驱动的工作平台及用于安装轧辊工件且与平移导轨平行的轧辊转轴和顶尖；工作平台上装有导光机构和激光毛化聚焦头；其特征在于：所述脉冲调Ｑ激光器包括由输出透反镜和全反镜构成的谐振腔及置于所述谐振腔内的连续泵浦单元、Ｎｄ：ＹＡＧ激励介质和由高速电机带动旋转的机械调制盘，所述机械调制盘由遮光材料制成并且其上设有至少一个供激光光轴穿过的通光部位。本装置采用重复频率高、峰值功率高、单脉冲能量高的脉冲激光器，故可产生更深的毛化点和表面粗糙度，获得更高的毛化加工效率。（*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，特别是涉及一种高功率调Q脉冲激 光毛化加工装置。
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CO2气体激光器的CO2激光毛 化，另一类是采用Nd: YAG固体激光器的YAG激光毛化。目前，已经研制成功且用于生产的(X)2激光毛化装置的基本原理是0)2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(X)2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)。为了克服上述激光毛化技术的不足，本技术专利专利技术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；通过导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20061001拟61. 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ZL20061001^61. 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)。除了 C02激光毛化外，YAG固体激光毛化是另一种可能的激光毛化装置。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。该激光 毛化装置的优点是激光器直接输出脉冲激光，不需要外光路调制，激光能量利用率高；激 光波长短(1. 06 μ m)，轧辊表面激光吸收率高，同样带来高的激光能量利用率。但其缺点是 所使用的声光调Q器件虽然具有较高的脉冲频率，但其衍射效率是有限的；因此，当激光增 益很高时，声光调Q器件无法提供足够高的损耗使激光器的振荡有效关断。综上所述，声光 调Q脉冲Nd: YAG激光器的单脉冲能量低，平均功率也低，从而导致毛化粗糙度有限，生产效 率低，特别是在较高粗糙度要求下生产效率更低，难以满足大型轧钢厂的生产需要。
技术实现思路
本技术目的是针对现有毛化加工装置毛化粗糙度有限，生产效率低的缺点 而提供一种高功率调Q脉冲激光毛化加工装置，该装置采用重复频率高、峰值功率高、单脉 冲能量高的脉冲调Q激光器，从而可产生更深的毛化点和表面粗糙度，获得更高的毛化加 工效率。本技术的技术方案是一种高功率调Q脉冲激光毛化加工装置，包括脉冲调Q 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用于安装 轧辊工件且与平移导轨平行的轧辊转轴和顶尖；所述工作平台上装有导光机构和激光毛化 聚焦头；其特征在于所述脉冲调Q激光器包括由输出透反镜和全反镜构成的谐振腔及置 于所述谐振腔内的连续泵浦单元、Nd:YAG激励介质和由高速电机带动旋转的机械调制盘， 所述机械调制盘由遮光材料制成并且其上设有至少一个供激光光轴穿过的通光部位。本技术中所述的脉冲调Q激光器是本技术的设计核心，其利用机械调制 盘实现调Q，相比现有的声光脉冲调Q激光器，平均功率及单脉冲能量更高。对于该脉冲调 Q激光器，本技术还有如下附加技术特征所述机械调制盘上的通光部位具体可以是开设于机械调制盘外缘上的通光切口。 当通光切口的数量较多时，机械调制盘的外缘则呈锯齿状。或者，所述通光部位也可以是通光孔。或者，所述机械调制盘上的通光部位大于一个时，也可以部分为通光孔，而余下的 则是开设于机械调制盘外缘上的通光切口。本技术中所述脉冲调Q激光器主要采用一个高速旋转的机械调制盘以实现 激光器的调Q，其主要的工作原理如下机械调制盘旋转的过程中，其上的非通光部位旋转 到激光光轴上时，相当于在激光光轴上插入一个不通光的物体，从而导致激光器无法振荡； 如果此时通过连续泵浦单元提供能量，那么将在Nd: YAG激励介质中逐渐积累能量；随着机 械调制盘的旋转，当通光部位旋转到激光光轴上时，相当于将激光光轴上插入的不通光物 体快速移出，激光器在Nd:YAG激励介质中所存储能量对应的增益作用下快速形成振荡，并 实现高峰值功率短脉冲输出。在机械调制盘旋转的过程中，非通光部位与通光部位交替遮 挡和通过激光光轴，因此激光器被周期性的关断和开启；如果此时通过连续泵浦单元提供连续的激光能量，那么激光器将输出高重复频率、高能量的激光脉冲。并且当所述机械调制盘上的通光部位大于一个时，这些通光部位可呈圆周等间距 分布于机械调制盘上，此时当机械调制盘的转速恒定时，相邻激光脉冲的时间间隔是完全 一致的，激光器输出脉冲的重复频率是恒定的。当然所述通光部位大于一个时，也可呈圆周 非等间距分布于机械调制盘上，此时即使机械调制盘的转速恒定，那么激光器输出的相邻 脉冲的脉冲间隔也是不一致的，重复频率不是恒定的。为了提高激光器从关断过渡到开启的速度，一般要求谐振腔存在一个光斑非常小 的位置，并将机械调制盘放置于该位置。这样当机械调制盘的通光孔或者通光切口的边缘 扫过这个光斑时，激光器从关断到开启的过渡时间就会非常短。为了使谐振腔中某一位置 产生直径很小的光斑，本技术可采取以下两种方案1)在所述谐振腔内增设一对透射式聚焦镜，该对透射式聚焦镜于激光光轴上相对 布本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高功率调Ｑ脉冲激光毛化加工装置，包括脉冲调Ｑ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）及用于安装轧辊工件（１３）且与平移导轨（３０３）平行的轧辊转轴（３０１）和顶尖（３０２）；所述工作平台上装有导光机构（４）和激光毛化聚焦头（６）；其特征在于：所述脉冲调Ｑ激光器（１）包括由输出透反镜（１０２）和全反镜（１０３）构成的谐振腔及置于所述谐振腔内的连续泵浦单元（１０１）、Ｎｄ：ＹＡＧ激励介质和由高速电机（１０６）带动旋转的机械调制盘（１０５），所述机械调制盘（１０５）由遮光材料制成并且其上设有至少一个供激光光轴穿过的通光部位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，孙长东，王勋，谈贤杰，梁乔春，
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]