[發(fā)明專利]一種提高圓周無規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610095086.X
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105562933B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅才;王小環(huán);楊明江;占劍;覃志康
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/0622
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冷軋輥激光毛化和離散激光加工的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種提高圓周無規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，以及控制方法。

背景技術(shù)

冷軋薄鋼板具有厚度與板形精度高、表面質(zhì)量好、力學(xué)性能好、厚度更薄等優(yōu)點，應(yīng)用非常廣。毛化板采用毛化軋輥平整，表面形貌由毛化軋輥表面復(fù)制而來。毛化板因具有更好的延伸率和涂鍍層結(jié)合力，在汽車、高鐵、航空航天、家用電器以及食品包裝等行業(yè)有廣泛用途。

軋輥毛化技術(shù)就是對磨光軋輥進行毛化，使其表面具有特殊形貌的技術(shù)。目前在工業(yè)上得到規(guī)模化推廣應(yīng)用的軋輥毛化技術(shù)是噴丸毛化、電火花毛化和激光毛化，其中比較先進的是電火花毛化和激光毛化。

激光毛化按使用的激光器種類分為CO₂激光毛化和YAG激光毛化。YAG激光毛化通過連續(xù)泵浦YAG激光器經(jīng)Q開關(guān)特殊調(diào)制輸出高能量密度、高重復(fù)頻率的YAG脈沖激光，通過沿軋輥軸向勻速移動聚焦鏡將脈沖激光聚焦到勻速旋轉(zhuǎn)的軋輥表面，使軋輥表面熔化、氣化，產(chǎn)生大量的熔池；一定成分、一定壓力的輔助氣體沿一定角度側(cè)吹熔池，使熔池凸臺明顯；軋輥自身熱傳導(dǎo)作用使熔池因熔融物迅速冷卻而表面硬化；從而在整個輥面形成一定形貌的大量有凸臺的硬化微坑。

YAG激光毛化技術(shù)是中國科學(xué)院力學(xué)研究所在九十年代研究開發(fā)的，如發(fā)明專利“高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花系統(tǒng)及加工方法”(ZL 92113223.9)。為了增加微坑分布的各向均勻度，調(diào)節(jié)冷軋板的各向延伸率，中科院力學(xué)所開發(fā)了YAG激光毛化的二維可控分布技術(shù)，如發(fā)明專利“具有可控分布毛化點的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)”(ZL 00128273.5)。為了改善激光毛化板的外觀質(zhì)量，中科院力學(xué)所在二維可控分布技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)可控?zé)o規(guī)則分布技術(shù)，如發(fā)明專利“圓周無規(guī)則毛化點的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法”(ZL 200510117158.8)。

優(yōu)質(zhì)的激光毛化板除了要求微坑無規(guī)則分布外，還要求微坑均勻一致。發(fā)明專利“圓周無規(guī)則毛化點的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法”(ZL 200510117158.8)通過激光輸出信號在規(guī)定的時間范圍內(nèi)產(chǎn)生隨機的延時，使毛化微坑在輥類工件表面的圓周方向形成無規(guī)則分布。其原理決定了激光輸出信號的頻率會在一定范圍內(nèi)變化。

現(xiàn)有的YAG激光毛化技術(shù)，為了提高加工速度，激光輸出信號的頻率都比較高，一般大于10kHz，脈沖激光的激勵時間達不到飽和時間。脈沖激光的能量取決于激勵時間，即脈沖間隔的時間。脈沖激光釋放的時間是固定的，故激光輸出信號頻率的變化將導(dǎo)致脈沖激光能量的不均勻和波形的不一致，從而導(dǎo)致微坑的不一致，影響了激光毛化板的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高圓周無規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，其脈沖激光的激勵時間是相等的，釋放時間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無規(guī)則毛化微坑的均勻性，因此能夠提高激光毛化板的質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種提高圓周無規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，其包括工控機、可控分布接口卡、AT總線、雙路隔離D/A卡、增量編碼器、變頻器、主軸電機、縱向及橫向伺服驅(qū)動器、縱向及橫向伺服電機、激光電源、激光器、聲光電源、聲光開關(guān)、偽隨機延時裝置、脈沖寬度設(shè)定裝置、485總線；

工控機，通過AT總線分別連接可控分布接口卡和雙路隔離D/A卡；

可控分布接口卡對反映輥周向位置的增量編碼器的信號進行分頻處理后輸出多路信號：其中一路信號為可控分布信號，經(jīng)偽隨機延時裝置輸出偽隨機延時信號，經(jīng)脈沖寬度設(shè)定裝置輸出脈寬預(yù)先設(shè)定的信號來控制聲光電源輸出對應(yīng)的射頻信號，再經(jīng)激光器內(nèi)的聲光開關(guān)產(chǎn)生脈沖激光；其中兩路信號為脈沖信號，分別經(jīng)縱向及橫向伺服驅(qū)動器控制縱向和橫向的伺服電機運動；其它多路信號為開關(guān)信號，通過變頻器、縱向及橫向伺服驅(qū)動器、激光電源控制主軸電機、縱向及橫向伺服電機的啟停和激光器的開關(guān)；

雙路隔離D/A卡輸出兩路模擬量，分別控制主軸電機的轉(zhuǎn)速和激光器的功率；

工控機通過485總線設(shè)定偽隨機延時裝置和脈沖寬度設(shè)定裝置的工作參數(shù)。

本發(fā)明在偽隨機延時裝置之后，連接脈沖寬度設(shè)定裝置，其輸出信號的脈寬可設(shè)定；并且聲光電源工作在外控方式，射頻輸出時間受脈沖寬度設(shè)定裝置輸出信號的脈寬控制；因此脈沖激光的激勵時間是相等的，釋放時間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無規(guī)則毛化微坑的均勻性，從而能夠提高激光毛化板的質(zhì)量。