[实用新型]多头激光毛化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多头激光毛化装置。

背景技术

具有特殊表面形貌的冷轧薄钢板在制造业中有着广泛的应用，特别是在汽车和家电产业中。为了改善冷轧薄钢板的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，在冷轧薄板生产工艺中，要求对冷轧工作辊的辊面进行毛化处理，然后轧制出满足用户特殊工艺要求的冷轧毛化钢板。传统的毛化处理方法主要是喷丸毛化和电火化毛化两类，但随着技术的进步及对毛化质量要求的提升，激光毛化将逐步取代它们成为实用而又先进的一种毛化技术。

激光毛化主要采用高能量脉冲激光束聚焦照射于轧辊表面，利用激光束的高亮度在轧辊表面获得非常高的能量密度，使激光聚焦处的轧辊表面加热、熔化并部分汽化，形成毛化点。目前较为成熟的激光毛化技术主要分两类：一类是采用气体CO₂激光器的CO₂激光毛化，另一类是采用固体Nd:YAG激光器的YAG激光毛化。

现有已经研制成功并用于生产的CO₂激光毛化装置的基本组成为CO₂激光器和数控机床。数控机床的结构形式与普通车床或磨床相似，其床身前后设有床头箱和尾座，CO₂激光器安装在床头箱上，床头箱上同时设有用于支撑并驱动轧辊旋转的轧辊转轴；所述尾座上则设有用于顶紧轧辊的顶尖。床身上设置有同轧辊转轴平行的平移导轨，平移导轨上设有毛化平台(代替车床的车刀架)，其上安装由斩光盘和聚焦透镜组成的聚焦机构，该机构将CO₂激光器射出的高能激光束通过斩光盘变换成脉冲激光束，通过聚焦透镜聚焦后使焦点垂直照射在被加工的轧辊表面，且加工过程中轧辊旋转，同时毛化平台和聚焦机构平移，在轧辊表面加工出螺旋形成规则分布的微小毛化坑。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。但该系统由于采用斩光盘技术，只能利用很少一部分输出激光能量，能量利用效率不高。并且由于聚焦机构中聚焦激光束的聚焦头仅为一个，在实际的生产过程中加工效率极低，特别是在高峰值数(Pc值)要求下的加工效率无法满足生产要求，深入的研究表明高Pc值低粗糙度恰恰是高质量冷轧薄板的发展方向。

现有的YAG激光毛化装置的基本组成结构形式与CO₂激光毛化装置相同，所不同的是其采用声光调Q的Nd:YAG激光器作为脉冲激光发生源，脉冲激光束经光路系统聚焦后作用于轧辊表面，通过控制Q频率和轧辊转速，实现所要求的表面粗糙度和毛化坑分布。但存在的缺点是：由于YAG激光泵浦灯使用寿命有限，需要定期进行泵浦灯的更换等维护工作，影响生产效率；另外，该装置所使用激光的平均功率较低，毛化效果有限，生产效率很低，难以满足大型钢厂的生产需要。尽管目前一类YAG激光毛化装置设计有两台激光器通过光路转换实现生产中激光器的轮换使用，以解决持续生产的问题，但这种设计增加了机械系统、冷却系统和光路系统的复杂程度，提高了生产成本，相反却降低了装置工作的可靠性和耐久性。并且YAG激光毛化装置与CO₂激光毛化装置存在同样的缺点，即由于聚焦机构中聚焦激光束的聚焦头仅为一个，在实际的生产过程中加工效率极低，特别是在高峰值数(Pc值)要求下的加工效率无法满足生产要求，深入的研究表明高Pc值低粗糙度恰恰是高质量冷轧薄板的发展方向。

发明内容

本实用新型目的是：为克服背景技术中提及的现有激光毛化装置的不足，而提供一种加工效率高、对激光功率没有限制并能充分利用激光能量的多头激光毛化装置。

本实用新型的技术方案是：一种多头激光毛化装置，包括激光器和数控机床，数控机床的床身上装有通过平移导轨驱动的毛化平台，毛化平台上装有聚焦机构；所述毛化平台上还装有位于激光器和聚焦机构之间的多棱镜分光机构，该多棱镜分光机构由全反射镜、多棱镜、驱动多棱镜旋转的高速电机和K个分光头组成，而所述聚焦机构是由K个聚焦头组成的聚焦头阵列，每个聚焦头输入端分别与一个分光头输出端相对，K≥2。

本实用新型在上述主要技术方案的基础上还有如下附加技术特征：

所述聚焦头阵列中两两之间的横向距离为ΔX，纵向距离为ΔY；所述横向距离ΔX即为毛化点之间的点间距，而纵向距离ΔY最小以能放置两个聚焦头为准。

所述数控机床的床身上相对设有床头箱和尾座，所述床头箱上装有用于支撑并驱动轧辊工件旋转的轧辊转轴，尾座上装有用于顶紧轧辊工件的顶尖；所述平移导轨同所述轧辊转轴平行，而所述激光器置于床头箱上。

所述聚焦头的发射光轴与轧辊工件的表面垂直。