固体激光毛化加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种新型固体激光毛化加工装置，解决了现有固体激光器单脉冲能量较低，平均功率也低，从而导致毛化粗糙度有限，生产效率低，在轧辊表面形成的凹坑结构浅的问题。所述固体激光毛化加工装置包括激光系统和毛化机床，所述激光系统包括上述固体激光器组及其外光路系统。所述外光路系统为依次设置的扩束准直系统、导光机构、以及激光毛化聚焦头；所述固体激光器包括全反镜、输出镜及位于二者构成的谐振腔内的连续泵浦单元，所述连续泵浦单元与输出镜之间还设有电机驱动的机械调制盘，所述机械调制盘上开有至少一个通光孔。本实用新型专利技术具有不仅可产生更深的毛化点和表面粗糙度，而且可以获得更高的毛化频率和毛化加工效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光加工装置，具体的是说一种固体激光毛化加工装置。
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气体激光器的气体激光毛化，例如CO2激光毛化，另一类是采用固体激光器的固体激光毛化，例如YAG激光毛化。固体激光器主要包括YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、LiSAF激光器等。与国内外电火花和气体激光毛化技术相比，固体激光毛化技术具有毛化点分布二维可控、装备集成度高、稳定性好等优点，装备性价比高，特别适合中小钢厂普遍适用，其中，应用比较广泛的是YAG激光轧辊毛化技术。YAG激光器主要有Nd = YAG激光器、Yb:YAG激光器、Er:YAG激光器、Tm:YAG激光器等几种，传统固体激光毛化装置的基本原理是采用声光调Q的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。传统固体激光毛化 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。声光调Q器件的上述限制使得，声光调Q脉冲固体激光器的单脉冲能量较低，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。传统固体激光毛化的另一个缺点是声光调Q脉冲脉宽很窄(一般标准声光调Q脉冲宽度为100-300ns)，峰值功率很高(兆瓦量级)，因此激光脉冲经过聚焦后达到很高的峰值功率密度(107W/cm2以上)，轧辊表面在这样高的功率密度照射下直接被汽化。由于脉冲宽度很窄，因此激光脉冲照射的结果是形成很浅的凹坑，实践证明这样的凹坑结构并不适合于冷轧时的粗糙度转移。理想的轧辊毛化脉冲宽度应该在几十微秒量级，脉冲的峰值功率在千瓦量级。这样的脉冲聚焦后照射轧辊表面时，轧辊表面被熔化，熔化的表面金属通过侧吹气体被吹出毛化坑，结果形成一个凹坑的同时形成一个凸台。该凸台的硬度很高，特别适合在冷轧钢板表面形成凹坑，这样的凹坑对于润滑油的储藏非常有利。而以目前的固体激光毛化装置而言，无法加工出上述要求的毛化效果。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决上述问题，提供一种结构简单、可靠性高，可实现两个或两个以上脉冲串固体激光器并联的固体激光毛化加工装置，所述激光毛化加工装置不仅可以产生更深的毛化点和表面粗糙度，而且获得更高的毛化频率和毛化加工效率。所述激光系统包括固体激光器组及对应的外光路系统，所述外光路系统为依次设置的扩束准直系统、导光机构、以及激光毛化聚焦头，所述固体激光器组由K个固体激光器组成，KS 2 ;激光毛化聚焦头至少有一个。所述固体激光器包括全反镜、输出镜及位于二者构成的谐振腔内的连续泵浦单元，其特征在于，所述连续泵浦单元与输出镜之间还设有电机驱动的机械调制盘，所述机械调制盘上开有至少一个通光孔。所述固体激光器为YAG固体激光器或其他固体激光器。所述固体激光器组中的任何两个固体激光器，既可采用同一个机械调制盘进行调制，也可分别采用两个独立机械调制盘进行调制。所述激光系统全部安装在毛化机床的拖板上，或部分安装在毛化机床的拖板上。所述通光孔为带有锥度的切口或者是其它几何形状的通孔。本技术中固体激光器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，那么将在连续泵浦单元的固体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，激光器在固体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。本技术中固体激光器的Q调制方法特别适合于激光毛化。一方面这种方法可以关断任意高功率的激光振荡，因此可以适合高平均功率激光脉冲；另一方面通过控制激光开启的速度，从而获得脉冲串组激光输出，形成适合于激光毛化的理想激光脉冲，典型的脉冲串组激光的脉宽为几十微秒量级，峰值功率为千瓦量级。本技术中，当所述机械调制盘上的通光孔大于一个时，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。当所述通光孔大于一个时，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，激光器输出的相邻脉冲的脉冲间隔也是不一致的，即激光输出脉冲的重复频率不是恒定的。本技术提供的固体激光毛化加工装置在具体毛化加工时，同现有技术一样，待加工的轧辊由毛化机床上的轧辊转轴和顶尖装夹，并由轧辊转轴带动旋转，其转速由毛化机床控制。毛化机床上的拖板可作二维平移运动，其移动速度由毛化机床控制。固体激光器组中K (K > 2)个固体激光器输出的K路脉冲激光束经过准直扩束系统、导光机构，同时经激光毛化聚焦头后分别聚焦于轧辊表面，并对轧辊表面实施毛化加工，从而在轧辊表面加工出K条螺旋线分布的毛化点阵。在毛化机床对轧辊转速、每个固体激光器的Q调制频率及拖板移动速度的集中控制下，所述每个固体激光器对应的聚焦光点在轧辊表面加工形成螺旋扫描线点阵毛化坑分布，同时可以通过精心设计各光学元件以及对每个固体激光器输出功率、Q调制频率进行控制，从而在轧辊表面加工出毛化坑深度及毛化点阵形状可控的毛化点阵分布。本技术的优点是1.本技术固体激光毛化加工装置可以采用两个或两个以上固体激光器并联工作，每个固体激光器的激光输出功率、Q调制频率及脉冲串组形式均由可毛化机床控制。而且，两个或两个以上固体激光器同时工作时，不但可以根据实际需要控制每个固体激光器的输出功率，而且可以控制它们的Q调制频率及脉冲串组形式输出。同时，可以通过精心设计外光路系统而使聚焦光点在轧辊表面加工出所需要的毛化点阵分布。两个或两个以上固体激光器以相同的激光输出并联工作时，可成倍提高工作效率。2.本技术固体激光器的关断由于是通过机械调制盘的非通光部位实现的，当激光被关断时实际上就等同于在激光器中直接插入了一个机械开关，因此对应的关断能力几乎是无限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体激光毛化加工装置，包括激光系统和毛化机床，其特征在于，所述激光系统包括固体激光器组及对应的外光路系统，所述固体激光器组由K个固体激光器组成，Ｋ≥2，所述外光路系统为依次设置的扩束准直系统、导光机构、以及激光毛化聚焦头。

【技术特征摘要】
1.一种固体激光毛化加工装置，包括激光系统和毛化机床，其特征在于，所述激光系统包括固体激光器组及对应的外光路系统，所述固体激光器组由K个固体激光器组成，K >2，所述外光路系统为依次设置的扩束准直系统、导光机构、以及激光毛化聚焦头。2.如权利要求1所述的固体激光毛化加工装置，其特征在于，所述固体激光器包括全反镜、输出镜及位于二者构成的谐振腔内的连续泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，王辉，梁乔春，
申请(专利权)人：武汉市凯瑞迪激光技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：