[实用新型]固体激光毛化加工装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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(1.06μm)，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。

发明内容

本实用新型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，Ｋ≥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。