辊类表面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辊类表面激光毛化加工装置，解决了现有辊类表面激光毛化加工时毛化坑在轧辊表面沿一条等螺距的螺旋扫描线分布导致在冷轧钢板的长度方向容易形成拉伤的问题。技术方案包括连续激光器，所述连续激光器至辊类表面的激光传输光路上依次布置有导光机构、前端聚焦镜、多棱镜、扩束镜、分光镜组以及输出聚焦镜，所述多棱镜由电机驱动，所述分光镜组由N个反射镜组成，N≥2。本实用新型专利技术结构简单、操作简便、可在轧辊表面形成多条非螺旋扫描线点阵交错排布的可设定毛化坑分布，避免由此带来的冷轧钢板拉伤问题，提高了冷轧钢板的质量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种辊类表面激光毛化处理装置，具体的是说一种辊类表面激光毛化加工装置。
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棍表面；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(如附图说明图1所示)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O. Γ0. 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)存在均匀分布的直线，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。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决上述技术问，提供一种结构简单、操作简便、可使聚焦光点沿转动轧辊长度方向上可设定分布进行毛化加工的辊类表面激光毛化加工装置。技术方案包括毛化机床和激光器系统，所述激光器至棍类表面的激光传输光路上依次布置有导光机构、前端聚焦镜、多棱镜、扩束镜、分光镜组以及输出聚焦镜，所述多棱镜由电机驱动，所述分光镜组由N个反射镜组成，N >2，所述多棱镜至少存在两个工作面的法线方向与多棱镜旋转轴间的夹角不一致。所述分光镜组中任意两个反射镜之间的夹角呈90-180度夹角。所述多棱镜的工作面M彡10。所述前端聚焦镜为反射式聚焦镜或透射式聚焦镜。所述扩束镜为反射式聚焦镜或透射式聚焦镜。所述输出聚焦镜为反射式聚焦镜或透射式聚焦镜。本技术可与装有轧辊工件的毛化机床配套安装，待加工的轧辊工件装夹在毛化机床上，并由毛化机床控制 作旋转运动。毛化机床上的拖板上可作二维运动，其移动速度由毛化机床控制。多棱镜旋转由高速电机带动作高速旋转，其转速可控。所述毛化机床既可以是数控车床，也可以是普通车床。本技术的工作原理如下当连续激光器输出的连续激光束聚焦于一高速旋转的多棱镜某个工作面上时，激光束经多棱镜扫描，再经扩束镜，并由N (N > 2)个反射镜组成的分光镜组进行分光，从而形成N路脉冲激光，N路脉冲激光同时经输出聚焦镜聚焦于轧辊表面，同时对轧辊表面进行毛化加工。所述多棱镜工作面的法线与旋转轴之间的角度不完全一致，因此上述N路脉冲激光束经输出聚焦镜聚焦后在轧辊表面的光点在轧辊长度方向摆动扫描，从而在轧辊表面形成N条摆动式螺旋扫描线点阵交错排布的可设定毛化坑分布。本技术的聚焦光点的可设定分布实现原理如下假定多棱镜工作面法线间夹角在多棱镜旋转轴方向的角度分量为α，扩束镜焦距为F，多棱镜工作面处光束反射离焦量(多棱镜工作面上光束反射的位置与扩束镜焦点之间的距离)为ΛΧ，输出聚焦镜的焦距为f。故在多棱镜高速扫描时，光束经过上述两个有夹角的多棱镜工作面反射后，在输出聚焦镜的焦平面上的聚焦光点存在一定间距Ad = tan(^^)xf。在激光毛化加工过程中，根据 F激光毛化加工工艺的需求，则可以设定加工多棱镜工作面之间的夹角大小及变化情况，同时通过控制离焦量Λ X、F及f等光学参数对毛化点分布进行设定，从而控制聚焦光点的摆动幅度和分布周期，进而对毛化点阵分布形式进行控制。举例例如a =5mrad, Δ x=10mm, F=300mm, f=100mm,则 Ad=O. 0167mm。本技术的优点是1.本技术装置由于采用特殊设计的多棱镜及分光镜组，实现了两个或两个以上聚焦光点可设定分布毛化加工，从而在轧辊表面形成两条或两条以上非螺旋扫描线点阵交错排布的可设定毛化坑分布，使得轧辊表面圆周上相邻两排毛化坑之间不再有平滑的直线。故采用本技术装置生产出来的轧辊在轧制钢板的时候，能够确保轧制过程中可能形成的铁屑颗粒被轧辊圆周方向上交错排列的毛化坑所吸收，而避免在钢板的长度方向上造成划痕，从而大大提高了钢板轧制质量。2.采用连续连续激光器作为加工光源，激光功率能够充分利用，由于技术上没有对激光功率的限制，同时由于目前连续激光器已经能够获得非常高的功率输出，这样加工速度也没有限制，可以获得非常高的加工速度。3.采用分光镜组对扫描的脉冲激光进行分光，不但可以提高激光功率的利用率，也可以提高激光输出的脉冲频率，从而提高激光毛化加工的速度，该分光镜组结构简单、体积小、成本低，使用寿命长，生产维护容易。4.两路或两路以上的脉冲激光同时经过一个输出聚焦镜聚焦于轧辊表面，既可以提高激光毛化加工效率，也可以确保多个聚焦光点不受激光镜片热效应的影响，从而提高了激光毛化加工工艺的稳定性。总之，本技术所述辊类表面激光毛化加工装置激光能量利用率高、整体结构简单、使用寿命长，并且工作稳定，加工效率高、产品质量好。以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述图1为常规激光毛化工艺在轧辊上形成的毛化坑分布示意图；图2为本技术安装示意图；图3为实施例1的结构原理图；图4为图3中多棱镜实现多聚焦光可设定分布的具体加工外型图(所述多棱镜的工作面的法线方向与多棱镜转轴间的夹角不一致);`图5为图3中所述多棱镜实现多聚焦光可设定分布的原理图(其中虚线bl、b2、b3分别表示多棱镜的不同角度的工作面);图6为采用本技术对辊类表面进行激光毛化加工后在轧辊表面形成的无规律毛化坑分布示意图；图7为实施例2的结构原理图；图8为实施例3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辊类表面激光毛化加工装置，包括毛化机床和激光器系统，其特征在于，所述激光器至辊类表面的激光传输光路上依次布置有导光机构、前端聚焦镜、多棱镜、扩束镜、分光镜组以及输出聚焦镜，所述多棱镜由电机驱动，所述分光镜组由N个反射镜组成，N≥2，所述多棱镜至少存在两个工作面的法线方向与多棱镜旋转轴间的夹角不一致。

【技术特征摘要】
1.一种辊类表面激光毛化加工装置，包括毛化机床和激光器系统，其特征在于，所述激光器至棍类表面的激光传输光路上依次布置有导光机构、前端聚焦镜、多棱镜、扩束镜、分光镜组以及输出聚焦镜，所述多棱镜由电机驱动，所述分光镜组由N个反射镜组成，N ≥2,所述多棱镜至少存在两个工作面的法线方向与多棱镜旋转轴间的夹角不一致。2.如权利要求1所述的辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于，所述分光镜组中任意两个反射镜之间的夹角呈90-180度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，梁乔春，王焄，
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：