[發(fā)明專(zhuān)利]光纖激光毛化系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110202006.3
• 申請(qǐng)日: 2011-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102380706A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司;新冶高科技集團(tuán)有限公司;宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/00;B23K26/08
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 郭鴻禧;張軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光毛化系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種光纖激光毛化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光毛化技術(shù)是一項(xiàng)集激光技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械、材料科學(xué)于一體的高新技術(shù)。激光毛化是世界上新近發(fā)展起來(lái)的冷軋鋼輥毛化新技術(shù)。激光毛化軋輥具有比噴丸毛化螺絲更長(zhǎng)的使用壽命，在軋板過(guò)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(chǎng)的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1984年，比利時(shí)冶金研究中心發(fā)明了冷軋輥激光毛化技術(shù)。他們使用CO₂激光器對(duì)軋輥進(jìn)行毛化處理，并做了一些相關(guān)的應(yīng)用研究。激光毛化技術(shù)的發(fā)明引起了相關(guān)企業(yè)及科研人員的極大關(guān)注。之后日本、法國(guó)、德國(guó)開(kāi)始引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)用于鋼鐵工業(yè)。1990年，日本、韓國(guó)的一些研究者開(kāi)始探索使用Nd:YAG激光器進(jìn)行軋輥毛化。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的一些研究單位及企業(yè)也開(kāi)始了激光毛化技術(shù)的研究。1990年，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所與北京吉普汽車(chē)有限公司、首都鋼鐵總公司鋼研所、中國(guó)大恒公司合作開(kāi)展了YAG激光毛化冷軋輥技術(shù)的攻關(guān)研究，并于1992年研制成功我國(guó)第一臺(tái)可用于帶鋼規(guī)模化生產(chǎn)的YAG激光毛化冷軋輥設(shè)備。1995年，華中理工大學(xué)與武漢鋼鐵(集團(tuán))公司、武漢重型機(jī)床廠(chǎng)合作研制成功CO₂激光毛化設(shè)備。另外，清華大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位也進(jìn)行了一些這方面的研究工作。

現(xiàn)有成熟的激光毛化技術(shù)主要有二類(lèi)：一類(lèi)是采用CO₂激光器的毛化裝置；另一類(lèi)是采用YAG激光器的毛化設(shè)備。

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的YAG激光毛化設(shè)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(diǎn)：泵浦光的轉(zhuǎn)換效率低、晶體熱效應(yīng)嚴(yán)重、閃光燈需經(jīng)常更換、體積龐大。激光毛化設(shè)備穩(wěn)定性差，不能適應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)的要求。

CO₂激光毛化設(shè)備體積龐大，自動(dòng)定位系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格也十分昂貴；軋輥?zhàn)髌揭七\(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅會(huì)大幅度增加機(jī)床的長(zhǎng)度、重量，而且軋輥及其支撐件在重載、低速下，運(yùn)行極易出現(xiàn)“爬行”，從而影響毛化質(zhì)量；CO₂激光毛化設(shè)備氣體消耗量很大，極易出現(xiàn)因氣壓不足迫使毛化中斷，造成廢品率升高；激光毛化設(shè)備的斬光盤(pán)需經(jīng)常更換；CO₂激光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)(為10.6μm)，金屬材料對(duì)這種波長(zhǎng)的激光的吸收率較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的激光毛化技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種光纖激光毛化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)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(guò)分光閘耦合到輸出光纖，輸出光纖與機(jī)器人相連，從而將激光輸出到設(shè)置在機(jī)器人中的射出頭；機(jī)器人，其上設(shè)置有射出頭和側(cè)吹系統(tǒng)，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(cè)吹系統(tǒng)設(shè)置在射出頭的一側(cè)；冷卻系統(tǒng)，用于對(duì)光纖激光器進(jìn)行冷卻；控制系統(tǒng)，用于控制所述機(jī)器人和光纖激光器；機(jī)床，機(jī)床上設(shè)置有待加工的工件。

其中，所述射出頭輸出的激光在焦點(diǎn)處的光斑直徑大約為0.1mm。

其中，光纖激光器輸出的是經(jīng)過(guò)調(diào)制的脈沖激光束。

其中，在控制系統(tǒng)中設(shè)置有PLC控制器。

其中，采用PLC控制器對(duì)連續(xù)光纖激光器或脈沖光纖激光器的輸出進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制所得到的激光脈沖的重復(fù)頻率和/或波形。

其中，機(jī)器人能夠控制射出頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者左右擺動(dòng)。

其中，所述光纖激光毛化系統(tǒng)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(lái)實(shí)現(xiàn)毛化點(diǎn)的無(wú)序分布，A、使用隨機(jī)激光脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)毛化點(diǎn)距的無(wú)序分布；B、使射出頭繞自身的中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使毛化凸臺(tái)在毛化坑邊緣隨機(jī)分布；C、以沿設(shè)定方向的直線(xiàn)為中心線(xiàn)，使射出頭繞該中心線(xiàn)做左右偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

其中，所述光纖激光器為多模光纖激光器。

其中，所述機(jī)床的精度要求為普通車(chē)床級(jí)別。

其中，所述側(cè)吹系統(tǒng)能夠進(jìn)行三維調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)吹針頭到激光工作光斑的角度調(diào)節(jié)和距離調(diào)節(jié)。

其中，機(jī)床所驅(qū)動(dòng)的工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與機(jī)器人的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)復(fù)合，使得激光在工件上的運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋運(yùn)動(dòng)軌跡，從而形成覆蓋工件表面的包絡(luò)線(xiàn)。

其中，射出頭中設(shè)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(zhǎng)范圍為910nm-2100nm，所述光纖激光器的輸出功率范圍為100W-2000W。