专利名称：一种多功能打点激光毛化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工领域，主要用于提高轧辊毛化的质量。
背景技术：
在冶金行业，轧辊广泛用于压延加工。在板材的冷轧中，最后一道工序往往是精度 和光洁度最高的，此时轧辊的精度和光洁度最高，要求轧辊经过磨削加工。人们后来发现， 仅仅使用磨削加工的轧辊轧制的钢材或其它金属板材很光亮，但对表面还要经过镀锌或其 它表面处理加工的产品来说特别光亮的板材并不是最好的。例如，对油漆喷涂或冲压来说 特别光滑的表面是不利的。因此，人们就提出并采用了轧辊表面毛化(在轧辊的部分表面 上产生一些小坑和凸起并不改变轧辊的整体表面，其中小坑和凸起是共生的，即有小坑就 有凸起)的技术，这样就提高了金属板材的性能(例如着漆性能和冲压性能等等)。轧辊毛 化有多种技术，其中包括喷砂毛化、电火花毛化和激光毛化等等。喷砂毛化和电火花毛化所 形成的毛化点都是非规则的，但是毛化点的深度比较小，毛化点的孔型(指小坑和凸起的 总体形状)质量较差；现在采用的激光毛化技术所产生的激光毛化点的孔型质量比较好但 是毛化点是非常规则的，而有些毛化要求非规则的，因此激光毛化最终的应用效果也受到 了局限。所以目前的局面是多种毛化技术并存，各有优缺点。现在所使用的激光毛化技术 中，一般采用了连续激光(主要是连续二氧化碳激光)加斩光盘或者多棱镜的技术获得间 断的激光毛化点的效果。即采用连续激光光源，让激光长时间输出连续的功率相对稳定的 激光，然后在光路上采用斩光盘或者多棱镜，斩光盘或者多棱镜以一定的速度旋转，这样获 得的激光就是很规则的间断激光，通过聚焦以后作用到旋转的轧辊上，就在轧辊上形成了 非常规则的毛化点，比如在一定的范围内毛化点的距离基本相同和孔型基本一致。实际上， 激光毛化的孔型质量好、成套设备投入费用少、运行和维护成本低而具有明显的优势，但毛 化点非常规则的问题使激光毛化的受到极大的限制，用连续激光进行毛化的另一个缺点是 把连续激光变成间断激光必然浪费一定的激光能量、毛化效率受到制约。
实用新型内容针对原有激光毛化的缺点，本实用新型的目的是提供一种多功能打点激光毛化设 备，使这种激光毛化设备既具有孔型质量好、成套设备投入费用少、运行和维护成本低、毛 化效率高的优势，又能实现非规则打点和规则打点的功能。这样的设备显然包括了全部毛 化设备的优点而克服了原来设备的缺点。有利于激光毛化设备的发展和应用。为了实现上述目的，本实用新型采取的主要措施是采用脉冲激光器作为激光毛 化设备的光源，该脉冲激光器是二氧化碳激光器、或者固体激光器、或者光纤激光器、或者 半导体激光器，其频率在20Hz-100kHz之间可调；通过一个特殊设计的脉冲频率控制器，用 其电路构造的控制功能控制激光器的工作频率，使激光工作频率可以是恒定的、也可以是 随机变化的，这样产生的激光脉冲既可以工作在有序状态也可以工作在无序状态。将这样 的脉冲激光聚焦后作用于勻速旋转的轧辊表面，就会在轧辊表面产生毛化作用。如果脉冲是有序的，则毛化点就是规则的，如果脉冲是无序的，则毛化点就是非规则的。另外，在聚焦 点旁边用一个稳定气流吹气或旋转气流吹气，则孔型也可以是规则的或是不规则的。将脉 冲的有序状态和无序状态与稳定气流和旋转气流通过不同组合可以得到打点规则和孔型 也规则、打点规则和孔型非规则、打点非规则和孔型规则、打点非规则和孔型非规则等四种 结果。可见，这是一个至少实现四种功能打点的激光毛化设备。因为脉冲激光毛化不需要 斩光盘或多棱镜，全部激光能量用于毛化，所以效率是最高的。原有的喷砂毛化和电火花毛化只能实现打点非规则和孔型非规则一种功能而且 孔型质量都不如激光毛化的质量，原有的激光毛化虽然孔型质量好但只能实现规则打点和 规则孔型一种功能。本实用新型显然克服了上述全部设备的缺点而集中了它们的全部优 点。还有成本低、效率高的优点。此外，本实用新型还有激光毛化的占空比可以连续调节的优点，这意味着激光毛 化的孔型大小等是可以控制的，这对于控制毛化质量是重要的。所谓占空比是指在一个周 期内，输出激光的时间占整体周期的份额。例如在使用斩光盘的情况下，如果斩光盘挡光 的时间和出光的时间各占一半，则占空比为50%，因为在一个周期内输出到轧辊的激光的 时间为50%。很显然，对于同一个斩光盘，占空比是固定不变的；同一个多棱镜的占空比也 是固定不变的。
本实用新型的激光毛化设备按照图1中所示意的方式组成，其主要部分为脉冲 激光器(1)，该激光器是二氧化碳激光器、或者固体激光器、或者光纤激光器、或者半导体激 光器，其频率在20Hz-100kHz之间可调；脉冲控制器(2)，用于控制激光器的脉冲工作频率， 该脉冲控制器可以控制激光器产生稳定频率的有序脉冲或者随机频率的无序脉冲；光学聚 焦头(3)，用于将激光束聚焦到轧辊表面；吹气头(4)，它可以在恒定方向吹气或旋转吹气； 轧辊(5)，是被毛化的对象；数控工作机床(6)，该机床能使轧辊按照所需要的速度旋转并 驱动光学聚焦头按照所需要的速度沿着与轧辊轴平行的方向移动，实际上该机床与普通的 数控轧辊车床所不同的是车刀架上移动的是光学聚焦头而不是车刀；水冷机组(7)，用于 冷却激光器、聚焦头、机床等需要水冷的部件；总控制柜(8)，用于指挥控制整个激光毛化 设备按照操作人员设定的程序自动运行。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例子如下一个功率为4kW的射频激励板条二氧化碳气体激光器，它能工作在输出脉冲激光 的状态，其频率在20Hz-100kHz之间可调。通过脉冲控制器将其输出频率控制在FX5kHz， 这里F是0. 3-1之间的任意随机数，由脉冲控制器中的CPU产生。一个焦距为150mm的光 学聚焦头将激光束聚焦到需要毛化的轧辊表面。这个聚焦头与旋转吹气头相连接。数控工 作机床将轧辊旋转，转速恒定在每分钟50转。光学聚焦头和吹气头在工作机床上沿轴线运 动。当光学头沿着轧辊需要毛化的起点运动到需要毛化的终点后，一个轧辊的毛化就结束 了。下一个轧辊的毛化过程基本重复上述过程，可能不同的是频率、光学头的运动速度和轧 辊旋转速度等技术参数，这将由操作人员通过总控制柜设定的程序完成并指挥毛化设备自
4动运行。
权利要求一种多功能打点激光毛化设备，其主要组成部分为脉冲激光器(1)；脉冲控制器(2)；光学聚焦头(3)；吹气头(4)；轧辊(5)；数控工作机床(6)；水冷机组(7)；总控制柜(8)；其特征在于毛化设备所使用的激光器是脉冲激光器，即激光器能够工作在输出脉冲激光的状态。
2.按照权利要求1所述的一种多功能打点激光毛化设备，其特征在于脉冲激光器是 二氧化碳激光器、或者固体激光器、或者光纤激光器、或者半导体激光器。
3.按照权利要求1所述的一种多功能打点激光毛化设备，其特征在于脉冲控制器的 电路构造功能是控制激光器的脉冲工作频率，使激光器产生稳定频率的有序脉冲或者随机 频率的无序脉冲。
专利摘要一种多功能打点激光毛化设备，本实用新型属于激光加工领域，目的是提供一种激光毛化设备，使这种激光毛化设备既具有孔型质量好、费用少、成本低、毛化效率高的优势，又能实现非规则打点和规则打点的功能，它主要包括脉冲激光器、脉冲控制器、光学聚焦头、吹气头、轧辊及数控工作机床、水冷机组和总控制柜组成，通过对脉冲状态和气流状态等实现不同组合可以得到打点规则和孔型也规则、打点规则和孔型非规则、打点非规则和孔型规则、打点非规则和孔型非规则等四种激光毛化结果，本实用新型优越性通过实验证明多种功能的激光毛化所得到的效果包括了全部毛化设备的优点而克服了原来设备的缺点，有利于激光毛化设备的应用。
文档编号B23K26/00GK201596847SQ200920228428
公开日2010年10月6日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者陈清明 申请人:武汉大族金石凯激光系统有限公司