[實用新型]高功率調Q脈沖激光毛化加工裝置

無效

• 申請號: 201020232141.3
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN201881218U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 陳培鋒;孫長東;王勛;談賢杰;梁喬春
• 申請（專利權）人: 蘇州市博海激光科技有限公司
• 主分類號: B24B5/37
• 分類號: B24B5/37
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本實用新型屬于輥類表面激光毛化處理領域，特別是涉及一種高功率調Q脈沖激光毛化加工裝置。

背景技術

毛化鋼板具有優良的沖壓性能和表面涂鍍性能，是汽車、家電、電子和輕工業生產中廣泛應用的重要原材料，毛化鋼板生產的關鍵技術是軋輥表面毛化，激光軋輥毛化技術是現在使用的幾種毛化技術(包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化)中實用而又先進的一種毛化技術。

目前激光軋輥毛化技術主要分為兩大類：一類是采用CO₂氣體激光器的CO₂激光毛化，另一類是采用Nd:YAG固體激光器的YAG激光毛化。

目前，已經研制成功且用于生產的CO₂激光毛化裝置的基本原理是：CO₂激光器發射出的高能連續激光束經光調制轉盤(斬光盤)變換成脈沖激光束；利用聚焦透鏡將變換后的脈沖激光束聚焦于被加工的軋輥表面進行毛化；加工過程中，軋輥旋轉的同時，激光頭與光學發射調制系統沿軋輥長度方向移動，在軋輥表面加工出螺旋形規則分布的微小毛化坑。例如：華中科技大學激光院研制的大型CO₂激光軋輥毛化加工成套系統。但由于該系統采用了光調制轉盤技術，只有很少一部分激光輸出能量能夠得到有效地利用，因而其能量利用效率不高；且機械結構復雜、設備體積龐大、相對造價較高。上述CO₂激光毛化設備由于能量利用率比較低，因此其加工效率與電火花毛化設備相比有一定差距。近年來，基于斬光盤光束調制原理的此類激光毛化技術，其主要發展集中體現在：通過設計不同結構形式的光調制轉盤(斬光盤)，以提高激光能量利用率。例如：中國專利“一種用于激光調制的轉盤”(專利號ZL94218749.0)與中國專利“分光式激光毛化調制裝置”(專利號ZL200710041118.9)。

為了克服上述激光毛化技術的不足，本實用新型專利發明人發明了一種高功率激光輥類表面多頭毛化加工方法及裝置，其方法的基本特征是：利用高功率連續激光器輸出連續激光束；通過導光機構對該連續激光束進行調制，使其分成K(≥2)路脈沖激光束；利用K個獨立的聚焦頭分別對K路脈沖激光束進行聚焦后輸出，對輥類表面同時進行多頭(K個聚焦頭)毛化加工，在輥類表面形成K條螺旋掃描線點陣毛化坑分布。基于此方法的高功率激光輥類表面多頭毛化加工裝置可以同時實現多頭毛化加工，加工效率高；激光能量利用效率高，且對激光功率沒有限制；但該裝置若要進一步提高加工效率，則必須進一步增加聚焦頭的數量，這會使裝置整機結構變得復雜。

上述發明已于2006年申報國家發明專利(申請號：200610018261.1)與實用新型專利(申請號：200620095100.8)。目前，發明專利“高功率激光輥類表面多頭毛化加工方法及其裝置”已獲授權(專利號：ZL200610018261.1)，且實用新型專利“高功率激光輥類表面多頭毛化加工裝置”已獲授權(專利號：ZL200620095100.8)。

除了CO2激光毛化外，YAG固體激光毛化是另一種可能的激光毛化裝置。YAG激光毛化裝置的基本原理是：采用聲光調Q的Nd:YAG激光器作為脈沖激光發生源，由激光器發射出的脈沖激光束經光路系統聚焦后，直接作用于被加工的軋輥表面進行毛化；通過控制調Q頻率與軋輥的轉速，實現所要求的表面粗糙度和毛化坑分布。例如：中國科學院力學研究所在九十年代研究開發的“用于輥類表面毛化的具有可控分布毛化點的激光加工裝置”(專利號ZL00264774.5)，就是采用聲光調Q的Nd:YAG激光器作為加工光源的。該激光毛化裝置的優點是：激光器直接輸出脈沖激光，不需要外光路調制，激光能量利用率高；激光波長短(1.06μm)，軋輥表面激光吸收率高，同樣帶來高的激光能量利用率。但其缺點是：所使用的聲光調Q器件雖然具有較高的脈沖頻率，但其衍射效率是有限的；因此，當激光增益很高時，聲光調Q器件無法提供足夠高的損耗使激光器的振蕩有效關斷。綜上所述，聲光調Q脈沖Nd:YAG激光器的單脈沖能量低，平均功率也低，從而導致毛化粗糙度有限，生產效率低，特別是在較高粗糙度要求下生產效率更低，難以滿足大型軋鋼廠的生產需要。

發明內容

本實用新型目的是：針對現有毛化加工裝置毛化粗糙度有限，生產效率低的缺點而提供一種高功率調Q脈沖激光毛化加工裝置，該裝置采用重復頻率高、峰值功率高、單脈沖能量高的脈沖調Q激光器，從而可產生更深的毛化點和表面粗糙度，獲得更高的毛化加工效率。