[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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匀度，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：ZL00128273.5，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匀的微坑分布，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；(2)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)。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供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，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。

本发明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。