[發明專利]光纖激光毛化系統

有效

• 申請號: 201110202006.3
• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102380706A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 張巖;張瑞華;梁士臣;黃容生;裴向東;趙方;蘇德林;王瀟;梁浩;吳立章;苗明明
• 申請（專利權）人: 中國鋼研科技集團有限公司;新冶高科技集團有限公司;宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/08
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 郭鴻禧;張軍

技術領域

本發明涉及一種激光毛化系統，更具體地說，涉及一種光纖激光毛化系統。

背景技術

激光毛化技術是一項集激光技術、自動控制技術、精密機械、材料科學于一體的高新技術。激光毛化是世界上新近發展起來的冷軋鋼輥毛化新技術。激光毛化軋輥具有比噴丸毛化螺絲更長的使用壽命，在軋板過程中能提高軋制速度，減少板面擦傷，改善板型，在板卷退火中防止粘連，能顯著提高工廠的生產率和產品質量。

1984年，比利時冶金研究中心發明了冷軋輥激光毛化技術。他們使用CO₂激光器對軋輥進行毛化處理，并做了一些相關的應用研究。激光毛化技術的發明引起了相關企業及科研人員的極大關注。之后日本、法國、德國開始引進該項技術用于鋼鐵工業。1990年，日本、韓國的一些研究者開始探索使用Nd:YAG激光器進行軋輥毛化。與此同時，國內的一些研究單位及企業也開始了激光毛化技術的研究。1990年，中國科學院力學研究所與北京吉普汽車有限公司、首都鋼鐵總公司鋼研所、中國大恒公司合作開展了YAG激光毛化冷軋輥技術的攻關研究，并于1992年研制成功我國第一臺可用于帶鋼規模化生產的YAG激光毛化冷軋輥設備。1995年，華中理工大學與武漢鋼鐵(集團)公司、武漢重型機床廠合作研制成功CO₂激光毛化設備。另外，清華大學，哈爾濱工業大學等單位也進行了一些這方面的研究工作。

現有成熟的激光毛化技術主要有二類：一類是采用CO₂激光器的毛化裝置；另一類是采用YAG激光器的毛化設備。

目前國內開發的YAG激光毛化設備主要是采用閃光燈泵浦的Nd:YAG固體激光器。而燈泵固體激光器有一些不可避免的缺點：泵浦光的轉換效率低、晶體熱效應嚴重、閃光燈需經常更換、體積龐大。激光毛化設備穩定性差，不能適應規模化生產的要求。

CO₂激光毛化設備體積龐大，自動定位系統復雜，價格也十分昂貴；軋輥作平移運動時，不僅會大幅度增加機床的長度、重量，而且軋輥及其支撐件在重載、低速下，運行極易出現“爬行”，從而影響毛化質量；CO₂激光毛化設備氣體消耗量很大，極易出現因氣壓不足迫使毛化中斷，造成廢品率升高；激光毛化設備的斬光盤需經常更換；CO₂激光的波長較長(為10.6μm)，金屬材料對這種波長的激光的吸收率較低。

發明內容

為了克服現有的激光毛化技術的缺陷，本發明提供了一種光纖激光毛化系統，所述系統包括：光纖激光器，光纖激光器與輸出光纖直接耦合或者通過分光閘耦合到輸出光纖，輸出光纖與機器人相連，從而將激光輸出到設置在機器人中的射出頭；機器人，其上設置有射出頭和側吹系統，射出頭用于將所述光纖激光器輸出的激光投射到待加工的工件表面上，側吹系統設置在射出頭的一側；冷卻系統，用于對光纖激光器進行冷卻；控制系統，用于控制所述機器人和光纖激光器；機床，機床上設置有待加工的工件。

其中，所述射出頭輸出的激光在焦點處的光斑直徑大約為0.1mm。

其中，光纖激光器輸出的是經過調制的脈沖激光束。

其中，在控制系統中設置有PLC控制器。

其中，采用PLC控制器對連續光纖激光器或脈沖光纖激光器的輸出進行調制，調制所得到的激光脈沖的重復頻率和/或波形。

其中，機器人能夠控制射出頭進行旋轉運動或者左右擺動。

其中，所述光纖激光毛化系統利用下面的A、B、C三種方式之一或者A、B、C三種方式的任意組合來實現毛化點的無序分布，A、使用隨機激光脈沖來實現毛化點距的無序分布；B、使射出頭繞自身的中心軸做旋轉運動，使毛化凸臺在毛化坑邊緣隨機分布；C、以沿設定方向的直線為中心線，使射出頭繞該中心線做左右偏轉運動。

其中，所述光纖激光器為多模光纖激光器。

其中，所述機床的精度要求為普通車床級別。

其中，所述側吹系統能夠進行三維調節，從而實現側吹針頭到激光工作光斑的角度調節和距離調節。

其中，機床所驅動的工件的旋轉運動與機器人的直線運動復合，使得激光在工件上的運動軌跡為螺旋運動軌跡，從而形成覆蓋工件表面的包絡線。

其中，射出頭中設置有透鏡，用于將激光聚焦在待加工的工件表面上。

其中，所述光纖激光器的激光輸出波長范圍為910nm-2100nm，所述光纖激光器的輸出功率范圍為100W-2000W。