[实用新型]用于轧辊表面毛化的激光加工设备

说明书

本实用新型属于激光加工设备，特别是用于轧辊表面毛化的激光加工设备。

近年来，很多产品尤其是汽车对钢板特别是冷轧钢板的使用性能提出越来越高的要求，因为这直接关系到产品自身的质量价值及其吸引力。这种对钢板性能的要求主要表现在钢板的冲压性能与涂漆性能上，良好冲压性能的钢板其板面应具有一定的不平整粗糙度，即所谓的毛面钢板。这种毛面钢板是通过对轧辊毛化后由轧辊平整生产出来的，其表面凹凸不平的存在可以有效地改善板材的延展性与储油性，提高冲压加工中的润滑效果，避免冲压时钢板和模具的粘连打滑以及擦伤等问题。另一方面，涂漆的好坏表现在喷涂后的光亮度与影像清晰度的好坏，合称为成像明晰度。为使涂漆表面获得令人满意的成像明晰度，涂漆层应具有足够的厚度，如果金属薄板过于光滑，则金属薄板表面上油漆的附着力就比较低，从而限制了能形成稳定油漆涂层的厚度。由此可以看出，最好使金属薄板表面具有适当的粗糙度。

为了解决上述问题，在八十年代初期，国外某些发达国家开始采用激光束对工作轧辊表面进行毛化处理的研究，到八十年代末期正式在生产上使用激光毛化技术并生产出激光毛化钢板。简称激光板。所谓激光毛化就是利用经过调制和聚焦的高频率高能量密度脉冲激光照射轧辊表面，使照射部分在瞬间熔化，汽化以形成由许许多多微坑组成的特定的凹凸图案，由于每一凹坑互不连通，存油性好，因此润滑良好，冲压成型性优良。

目前激光毛化种类分为采用气体CO₂激光器的CO₂激光毛化与采用调Q开关的固体Nd：YAG激光器的YAG激光毛化。CO₂激光毛化的基本加工方式是用光调制盘把激光器射出的红外激光束变换成脉冲射束，通过透镜聚焦后照射在旋转的轧辊表面，机械支承装置使轧辊的旋转与激光和光学发射机构的平移同时进行，从而在辊面上按任意间距形成螺旋形规则分布的微小弧坑。这种方法的特点在于可通过控制激光的输出功率和光调制盘的转数来单独设定PPI值。但加工设备体积庞大，造价高。

YAG激光毛化一般讲是采用声光调Q的Nd：YAG激光器作为脉冲激光射束发生源。由于声光调Q器件的开关频率可高达50KHz，因此YAG脉冲激光的频率可做到5万次通过对YAG脉冲输出功率，调Q开关的频率以及轧辊的转速控制，可以实现所设计的Ra值与PPI值。这种方法除具有高频率的特点外，还具有脉冲周期短、激光峰值功率高，以及设备体积小、造价低、可用光纤与普通光学玻璃传输，聚焦及成像等优点，但存在着脉冲能量较小及由于脉冲周期短，峰值功率高而产生的材料熔化不充分的问题。

本实用新型的目的旨在提供一种能完全适用于冷轧薄钢板工业生产应用的新型YAG激光毛化轧辊设备。克服现有技术设备的缺点。

为实现上述目的，本实用新型的结构组成包括激光发生器，激光束光学处理与聚焦装置，显微成像与对焦装置，机床的机械传动与轧辊支承装置，机床的机械运动一轧辊转动装置，光路密封机构，机床的动作测控装置及辅助气喷射装置。以下结合附图，对各部分的组成及相互关系进行详细的描述。

图1是本实用新型总体结构示意图。

图2是本实用新型总体中的光学系统原理示意图。

图3是本实用新型总体中关于轧辊转速测量传感装置原理示意图。

机床的总体结构如图1所示，机床床头与机床床尾是由床身导轨连成一体，激光器安装固定在机床床尾的上部，机床移动架与导轨滑配由光杠带动左右移动，激光器射出的光束通过光学装置和激光头折射到轧辊表面，喷气嘴对准聚焦点吹气，CCD显示器安装在床头的内侧面，测控装置安装在床尾中，机床变速驱动机构与传感测速装置安装在床头中，激光器与床头之间连有一激光防护罩。其中（1－11）为激光发生与光学处理装置。它由一台调Q YAG激光器及光学扩束器组成，调Q YAG激光器应具有高频率高输出功率的特点，一个较佳的实施例是采用声光调Q开关的Nd：YAG激光器，其频率可达到50KHz，调Q激光输出功率达到100瓦，图1中的（1－4）为激光光学头。其作用在于对激光束进行聚焦和将焦点位置的工件表面形貌放大成像于CCD的接收元上，并通过CCD显示器（1－2）显示出来。整个装置均密封于机床的移动架（1－4）内，其光学上的一个较佳的实施例由图2所示。