本发明专利技术公开了一种无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统及方法，包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置以及无规则图像开关装置。无规则图像开关装置使激光加工装置的激光输出信号按无规则图像输出，其方法在于按无规则黑白图像的1、0信息开关可控矩形分布辊类工件表面的激光输出信号。本发明专利技术具有以下优点：实现二维高重频无规则毛化微坑的辊类表面激光毛化；无规则毛化微坑的分布可通过图像文件模拟显示。它同时克服了圆周无规则毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统及方法只能实现圆周向一维高重频激光毛化的缺点和无规则偏转毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统及方法只能实现低重频激光毛化的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于辊类表面毛化的激光加工设备及加工方法，特别涉及一种具有能加工无规则毛化微坑的辊类表面毛化的激光加工设备及加工方法。
技术介绍
YAG激光毛化设备是中国科学院力学研究所在九十年代研究开发的冷轧辊激光加工设备，如中国专利号ZL 92113223. 9，名称“高重频调制多脉冲YAG激光刻花系统及加工方法”；中国专利号ZL 94220848. X，名称“用于轧辊表面毛化的激光加工设备”。图1 是该设备的总体结构示意图。该设备采用高重复频率的大功率激光脉冲作用于轧辊表面， 在辊面上产生无数一定形貌的强化微坑(毛化点)。该设备类似于普通车床。其工作过程是机床主轴电机驱动轧辊旋转，同时驱动移动架上的激光头平移，声光电源控制激光器发出固定频率的激光脉冲，从而在轧辊上打出一条等螺距的由毛化微坑构成的螺旋线。图4 是利用这一方法打的冷轧辊表面的毛化微坑形貌图(左右代表轴向，上下代表圆周向，下同)，称之为不可控分布毛化微坑形貌图，相应地称图1为不可控分布激光毛化设备总体结构示意图，其微坑呈一维可控的波浪形分布。为了增加微坑分布的各向均勻度，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。如中国专利号ZL00U8273. 5，名称“具有可控分布毛化点的辊类表面毛化激光加工系统”。图2是该设备的总体结构示意图。图5、图6是利用这一方法打的冷轧辊表面的毛化微坑形貌图，该设备通过在主轴同轴方向装一高精度高分辨率的增量编码器，并用一台工控机控制声光电源和移动架实现辊面毛化微坑的可控分布。二维可控分布技术虽然可实现比一维可控分布技术更为均勻的微坑分布，但是，其分布也更规则。以上两种毛化板的毛化微坑分布都有一定的规则，使毛化板各个方向的外观不一致，有方向性。由于微坑的规则分布，激光毛化板有以下缺点(1)激光毛化板容易出现条纹。规则的微坑分布导致各向微坑分布的视觉差异；( 激光毛化板容易出现光干涉条纹。 两个周期性的规则图样之间的光干涉容易产生“莫尔条纹”现象。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。如中国专利号ZL 200510117158. 8，名称“圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”。该激光加工系统包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置以及伪随机延时装置。其方法在于伪随机延时装置使每次向辊类工件表面发射的激光输出信号在规定的时间范围内产生随机的延时。图9是矩形无规则延时毛化微坑分布示意图，图10是菱形无规则延时毛化微坑分布示意图。其优点是响应速度快，毛化频率高(可达几万次)。其缺点是只能实现圆周向的一维无规则分布。又如中国专利号ZL 200510116750. 6，名称“无规则偏转毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”。该激光加工系统包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置以及伪随机偏转装置。其方法在于伪随机偏转装置使每次向辊类工件表面发射的激光输出信号在规定的空间范围内产生随机的偏转。图10是矩形无规则偏转毛化微坑分布示意图，图11是菱形无规则偏转毛化微坑分布示意图。其优点是可实现圆周向和轴向的二维无规则分布。其缺点响应速度慢，毛化频率低(最高几千次)。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种，它既克服了圆周无规则毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统及方法只能实现圆周向一维高重频激光毛化的缺点，又克服了无规则偏转毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统及方法只能实现低重频激光毛化的缺点，是一种更理想的具有能加工二维无规则毛化微坑的辊类表面毛化的激光加工设备及方法。本专利技术的无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统，它包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置，其特征在于还包括有控制所述激光加工装置激光输出信号的无规则图像开关装置；所述无规则图像开关装置接收无规则点状分布的图像文件并进行处理，换成相应的控制信号，再驱动所述激光加工装置对辊类工件表面进行加工，从而在辊类工件表面形成与无规则点状分布的图像相对应的二维无规则分布的毛化微坑。进一步地，所述无规则图像开关装置包括具有PC功能的单板机和图像开关接口， 所述图像开关接口进一步包括依次连接的输入接口、图像开关和输出接口 ；其中，所述单板机通过PC/104总线与所述图像开关相连接，所述单板机对输入的无规则点状分布的图像文件进行处理，有点的位置形成控制信号1，没有点的位置形成控制信号0，并将形成的控制信号传输给所述图像开关；所述输入接口用于输入信号的电平转换，根据1、0控制信号所述图像开关开启或是关闭，所述输出接口根据所述图像开关的状态驱动所述激光加工装置。进一步地，本专利技术的无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统还可以具有如下的特点所述的激光加工装置包括激光电源、激光器、工控机、可控分布接口卡、声光电源、声光盒，所述的无规则图像开关装置的输入信号接口与或控分布接口卡联接，无规则图像开关装置的输出信号接口与声光电源相连接的信号输入端联接，RS232C接口与工控机相接。所述的无规则图像开关装置的输出和输入信号均为脉冲信号，输出信号由输入信号的上升沿触发，经图像开关后输出。本专利技术的无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工方法，它是使辊类工件沿自身的轴线旋转，使激光束沿辊类工件的轴向勻速运动，通过无规则图像开关装置接收无规则点状分布的图像文件并进行处理，换成相应的控制信号，再驱动所述激光加工装置对辊类工件表面进行加工，从而在辊类工件表面形成与无规则点状分布的图像相对应的二维无规则分布的毛化微坑。本专利技术在现有辊类表面毛化激光加工设备——可控分布激光毛化设备中增加无规则图像开关装置，使毛化微坑呈二维无规则分布。本专利技术与现有技术设备和加工方法相比具有以下优点1、实现二维高重频无规则毛化维坑的辊类表面激光毛化；2、无规则毛化维坑的分布可通过图像文件模拟显示。附图说明图1是不可控分布YAG激光毛化设备总体结构示意图；图2是可控分布YAG激光毛化设备总体结构示意图；图3是本专利技术实施例所述的增量编码器与主轴联接示意图；图4不可控分布毛化微坑形貌图；图5是矩形分布毛化微坑形貌图；图6是菱形分布毛化微坑形貌图；图7是无规则图像开关装置结构示意图；图8是无规则图像开关装置程序流程图；图9是菱形分布无规则延时毛化微坑示意图；图10是菱形分布无规则偏转毛化微坑示意图；图11是本专利技术实施例所述的无规则图像毛化微坑示意图；图12是本专利技术实施例所述的无规则图像文件生成算法示意图；图13是本专利技术激光毛化设备控制系统方框图；图14是机床移动架上层光路示意图。图面标号说明1-待加工辊；2-光路防护罩；3-气路；4-激光器；5-机床床头； 6-监视器；7，20-机床导轨；8-机床移动架；9-激光头；10-光杠；11-机床床尾；12- 二维移动架；13-声光电源；14-顶尖座；15-纵向伺服电机；16-滚珠丝杠；17-激光电源；18-控制柜；19-工控机；21-增量编码器；22-弹性片联轴节；23-增量编码器安装套；24-机床主轴变速箱；25-机床主轴套；26-机床主轴；本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统，它包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置，其特征在于：还包括有控制所述激光加工装置激光输出信号的无规则图像开关装置；所述无规则图像开关装置接收无规则点状分布的图像文件并进行处理，换成相应的控制信号，再驱动所述激光加工装置对辊类工件表面进行加工，从而在辊类工件表面形成与无规则点状分布的图像相对应的二维无规则分布的毛化微坑。
【技术特征摘要】
1.一种无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统，它包括带动辊类工件旋转的机床设备、沿着辊类工件轴向移动的激光加工装置，其特征在于还包括有控制所述激光加工装置激光输出信号的无规则图像开关装置；所述无规则图像开关装置接收无规则点状分布的图像文件并进行处理，换成相应的控制信号，再驱动所述激光加工装置对辊类工件表面进行加工，从而在辊类工件表面形成与无规则点状分布的图像相对应的二维无规则分布的毛化微坑。2.如权利要求1所述的无规则图像毛化微坑的辊类表面毛化激光加工系统，其特征在于，所述无规则图像开关装置包括具有PC功能的单板机和图像开关接口，所述图像开关接口进一步包括依次连接的输入接口、图像开关和输出接口 ；其中，所述单板机通过PC/104总线与所述图像开关相连接，所述单板机对输入的无规则点状分布的图像文件进行处理，有点的位置形成控制信号1，没有点的位置形成控制信号0， 并将形成的控制信号传输给所述图像开关；所述输入接口用于输入信号的电平转换，根据 1、0控制信号所述图像开...
【专利技术属性】
技术研发人员：王红才，杨明江，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11
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