专利名称：聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于辊类表面激光毛化处理领域，特别涉及一种聚焦光点摆动式辊类 表面激光毛化加工装置。
背景技术：
具有特殊表面形貌的毛化冷轧薄钢板在制造业中，特别是在汽车与家电产业中有 着广泛的应用。毛化冷轧薄钢板是由表面经毛化处理后的轧辊轧制而成的，因此毛化轧辊 的表面形貌特征对冷轧薄钢板的深冲、涂装等工艺性能影响极大。为了确保冷轧钢板具有优良的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，在冷轧薄钢板生 产工艺中，要求对冷轧工作辊的表面进行毛化处理，以轧制出满足用户特殊工艺要求的毛 化冷轧钢板。激光轧辊毛化技术是现在使用的几种毛化技术(包括喷丸毛化、电火花毛化以及 电子束毛化)中实用而又先进的一种毛化技术。激光毛化技术是将聚焦后的高能量、高重复频率的脉冲激光束照射到轧辊表面， 利用激光束的高亮度在轧辊表面形成非常高的能量密度，对激光聚焦处的轧辊表面实施加 热、熔化并部分汽化，以致在轧辊表面形成微小毛化坑。其基本原理是对经过特殊调制的 高能量密度(IO4 106W/cm2)、高重复频率(IO3 IO4次/秒)的脉冲激光束进行聚焦，并 使其作用于作旋转运动的轧辊表面形成微小熔池；同时吹以一定方向、压力和流量的辅助 气体，对熔池熔融金属进行挤压造型；短激光脉冲作用后，微坑熔池金属在轧辊自身热传导 作用下迅速冷却，形成微坑和坑边环形凸台结构的相变硬化点。与此同时，聚焦脉冲激光束 沿轧辊长度方向移动，以完成对整根轧辊表面的毛化加工。目前，激光毛化轧辊技术主要分为两大类一类是采用固体Nd:YAG激光器的YAG 激光毛化，另一类则是采用气体CO2激光器的CO2激光毛化。其共同特点是采用声光调Q 的Nd: YAG激光器或经特殊调制的CO2激光器作为脉冲激光加工源，由光源输出的脉冲激光 经激光加工头聚焦后，作用于以一定转速旋转的轧辊表面；加工过程中，激光加工头的横向 移动配合轧辊的旋转运动，从而在轧辊表面形成等螺距的螺旋扫描线点阵毛化坑分布。例 如中国专利“用于轧辊表面毛化的激光加工设备”(专利号ZL94220848. X)与中国专利 “分光式激光毛化调制装置”(专利号ZL200710041118. 9)。上述激光轧辊毛化工艺的基本特征是毛化坑在轧辊表面沿一条等螺距的螺旋扫 描线分布。由于螺旋扫描线的螺距(一般为0. 1 0. 4mm)相对于轧辊直径来说非常小，可 以认为螺旋扫描线每一圈上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的一条直线上；因此整个轧 辊面上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的多条等间距(即螺距)的平行直线上。但一般情 况下，各圈之间的毛化坑的相对位置分布是不固定的；因而在轧辊长度方向上，毛化坑呈非 直线形分布，如
图1所示，基本上可以认为是无规律的。上述毛化坑分布形式存在两个明显的缺点1.虽然轧辊表面的激光毛化坑很浅，但对于大面积的毛化冷轧钢板，还是可以明显地感觉到冷轧钢板在沿长度方向上(沿轧辊圆周方向轧制)存在均勻分布的直线，而在 冷轧钢板的横向方向则没有明显的直线分布。2.在冷轧钢板的长度方向容易形成拉伤，形成沿冷轧钢板长度方向上很细的直线 划痕。仔细观察这些划痕，发现绝大部分划痕出现在对应轧辊表面两圈毛化坑之间的一条 直线形空白区域内。分析这些直线划痕形成的原因，是因为在两圈毛化坑之间的直线形空 白区域内，轧辊是平滑的，轧辊与钢板之间紧密接触；如果在钢板轧制过程中形成铁屑，则 这个铁屑不能够被轧辊表面的毛化坑吸收，始终存在于钢板与轧辊之间，连续划出可见的 直线痕迹。分析上述现象的成因后，我们发现如果轧辊表面的毛化坑不是沿轧辊圆周方向 的直线形分布，则上述现象就可以避免。
发明内容本实用新型目的是为解决现有技术存在的问题而提供一种聚焦光点摆动式辊类 表面激光毛化加工装置，该装置可以实现聚焦光点沿转动轧辊长度方向上的快速摆动式毛 化加工，在轧辊表面形成沿其圆周方向的非直线形毛化坑分布，以此来确保由该装置处理 出来的轧辊在轧制钢板时，不会在钢板的长度方向上形成划痕，从而提高钢板的轧制质量。本实用新型的技术方案如下一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置， 包括激光器和数控机床，所述数控机床的床身上装有通过平移导轨驱动的工作平台和用于 安装轧辊的轧辊转轴和顶尖，所述工作平台上装有多棱镜分光机构和集成聚焦机构；其中 激光器为高功率连续激光器，所述多棱镜分光机构由第一聚焦镜、多棱镜、驱动多棱镜旋转 的高速电机和K个分光头组成，所述集成聚焦机构是一种由K个具有多点聚焦功能的集成 聚焦头组成的集成聚焦头阵列；各集成聚焦头的输入端与前述K个分光头的输出端一一对 应，并可对应输出N个聚焦光点，KXN > 2，而K > 1 ；所述多棱镜的转轴与镜轴不重合。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述多棱镜的面数M > 5。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述第一聚焦镜为透射式聚 焦镜或者反射式聚焦镜。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述每个集成聚焦头内均设 有第二聚焦镜和与第二聚焦镜相对布置的N个紧密排列的聚焦透镜。或者，所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜和与第二聚焦镜相对布置的多焦 点聚焦镜，该多焦点聚焦镜具有N个焦点。或者，所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜、位于第二聚焦镜出射光路上的N 个紧密排列且相互之间成一定角度布置的反射镜及位于所述N个反射镜的反射光路上的
第三聚焦镜。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述第二聚焦镜为透射式聚 焦镜或者反射式聚焦镜。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置中，所述K个集成聚焦头呈斜线 或其它形式的排列，且所述相邻两个集成聚焦头之间的横向距离为NX ΔΧ，ΔΧ = 50 500 μ m，纵向距离为Δ Y。上述聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置在具体工作时，同常规技术一样，待加工的轧辊工件由数控机床上的轧辊转轴和顶尖装夹，并由轧辊转轴带动旋转，其转 速由数控机床控制。数控机床上的工作平台可作三维运动，其平移速度由数控机床控制。同 样地，驱动多棱镜旋转的高速电机，其转速也由数控机床控制。所述数控机床采用现有的设 备，例如XL9型数控车床。本实用新型的工作原理如下高功率连续激光器输出的连续激光束聚焦于一高速 旋转的且转轴与镜轴不重合的多棱镜的某个工作面上，分光形成传输方向沿垂直于所述多 棱镜的旋转方向快速摆动的K路脉冲激光束，再分别经由K个集成聚焦头对所述K路脉冲 激光束进行聚焦后形成KXN个沿转动的轧辊长度方向快速摆动的聚焦光点，对轧辊表面 同时进行毛化加工，在轧辊表面形成KXN条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑 分布，其中K ^ 1，而N为单个集成聚焦头对应输出的聚焦光点数，KXN > 2。采用本实用新型对轧辊表面进行毛化加工的具体步骤如下1)由数控机床上的轧辊转轴和顶尖装夹轧辊；2)启动数控机床，使轧辊按设定的转速旋转；3)使高功率连续激光器输出的连续激光束进入安装在数控机床工作平台上的多 棱镜分光机构内，并经第一聚焦镜聚焦于高速旋转且转轴与镜轴不重合的多棱镜的某个工 作面上；4)多棱镜的该工作面在高速旋转过程中将连续激光束依次扫过K个分光头， K ^ 1 ；每个分光头在激光扫过时接受一部分激光，当激光束依次扫过所有分光头时相当于 给所有的分光头分配一个激光脉冲；多棱镜重复扫描时便将连续激光束分成K路脉冲激光 输出，并且由于所述多棱镜的转轴与镜轴不重合，所述每路脉冲激光同时沿垂直于多棱镜 的旋转方向快速摆动；5)上述从多棱镜分光机构内输出的K路脉冲激光束分别经K个集成聚焦头聚焦后 形成K X N个密集排布且沿转动的轧辊长度方向快速摆动的聚焦光点，N为单个集成聚焦头 对应输出的聚焦光点数，KXN > 2 ；6)在数控机床对轧辊转速、多棱镜转速、工作平台平移速度的集中控制下，所述 沿轧辊长度方向快速摆动的KXN个聚焦光点对轧辊同时进行毛化加工，在轧辊表面形成 KXN条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布。本实用新型的优点是1.本实用新型装置由于采用特殊设计的多棱镜，实现了多聚焦光点摆动式毛化加 工，在轧辊表面形成多条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布，使得轧辊表面 圆周上相邻两排毛化坑之间不再有平滑的直线。故采用本实用新型装置生产出来的轧辊在 轧制钢板的时候，能够确保轧制过程中可能形成的铁屑颗粒被轧辊圆周方向上交错排列的 毛化坑所吸收，而避免在钢板的长度方向上造成划痕，从而大大提高了钢板轧制质量。2.同时本实用新型提供的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置还具有如 下优点(1)采用连续高功率激光器作为加工光源，激光功率能够充分利用。由于激光加 工集成聚焦头是多个，所以可以同时实现多头毛化加工；并且技术上没有对激光功率的限 制，同时由于目前连续激光器已经能够获得非常高的功率输出，这样加工速度也没有限制， 可以获得非常高的加工速度。[0034](2)采用集成聚焦头技术，将连续高功率激光束分成密集排布的多路聚焦脉冲激 光束输出，不需要采用光调制转盘或进行声光调Q以获得脉冲激光输出，因此激光能量利 用率高。并且结构简单、体积小、成本低，使用寿命长，生产维护容易。(3)由于采用连续高功率激光器(例如高功率连续CO2激光器或YAG激光器)作 为加工光源，激光功率能够充分利用，且技术成熟，工作中无需特殊维护，保证设备长期可 靠运行。(4)多棱镜扫描机构中可进一步采用抛物面反射式聚焦镜进行聚焦，散热快，热变 形小，聚焦光斑无像差、球差，工作稳定。(5)由于数控机床采用的是三轴联动的数控系统与激光输出功率和脉冲频率的计 算机控制相结合，所以能够在线调节，实现毛化辊面粗糙度和毛化坑分布密度可变，并可实 现辊面毛化坑的多种分布，产品质量好。总之，本实用新型所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置激光能量利 用率高、整体结构简单、使用寿命长，并且工作稳定，加工效率高、产品质量好。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1为常规激光毛化工艺在轧辊上形成的毛化坑分布示意图(毛化坑沿轧辊圆周 方向是直线形分布，但在轧辊长度方向上是非直线形分布)；图2为本实用新型一种具体实施例的外部结构示意图；图3为图2实施例中多棱镜分光机构的结构示意图；图4为图3中多棱镜实现多聚焦光点摆动的原理图(所述多棱镜的转轴与镜轴不 重合)；图5为图4中所述多棱镜的A-A向视图；图6为图2实施例中集成聚焦头阵列的结构示意图；图7为图2实施例中单个集成聚焦头的实现原理图；图8为本实用新型装置第二种具体实施例的单个集成聚焦头的实现原理图；图9为本实用新型装置第三种具体实施例的单个集成聚焦头的实现原理图；
图10为本实用新型装置第四种具体实施例的单个集成聚焦头的实现原理图；
图11为本实用新型提供的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置在轧辊表 面形成的无规律毛化坑分布。
具体实施方式
实施例1 如图2所示为本实用新型聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置的 一种具体实施方式
，它包括激光器1和数控机床3，所述数控机床3采用常规的XL9型数控机 床，其床身上装有通过平移导轨303驱动的工作平台12和用于安装轧辊13的轧辊转轴301 和顶尖302，并且所述轧辊转轴301和顶尖302与平移导轨303平行。所述工作平台12上装 有多棱镜扫描机构4和集成聚焦机构，所述集成聚焦机构由K = 4个集成聚焦头(分别是第 一集成聚焦头601、第二集成聚焦头602、第三集成聚焦头603和第四集成聚焦头604)组成； 而所述激光器1采用高功率连续CO2激光器，其输出功率从500 6000瓦连续可调，激光输出波长为10. 6 μ m(当然也可以根据实际需要选择其它种类的激光器，例如NchYAG激光器)。如图3所示，本实施例中所述多棱镜扫描机构4由第一反射式聚焦镜403、多棱镜 402、驱动多棱镜402旋转的高速电机409和四个分光头405、406、407、408共同组成。多棱 镜一侧与高速电机409相连，在高速电机409带动下高速旋转，其转速由数控机床3控制， 高速电机409的转速为η = 0. 3 5万转/分。结合图4、图5所示，本实施例中所述多棱 镜402面数M = 8，每个工作面均为全反射面，且转轴b与镜轴a不重合。所述四个分光头 405、406、407、408紧密排列，对应多棱镜402 —个工作面的反射区域呈扇形分布。结合图6所示，本实施例中所述集成聚焦机构中的四个集成聚焦头601、602、603、 604斜线形排布组成阵列，各集成聚焦头的输入端与前述四个分光头405、406、407、408的 输出端一一对应。所述每个集成聚焦头的内部结构均相同，以第一集成聚焦头601为例，结 合图7所示，可知其内部设置有第二透射式聚焦镜7、位于第二透射式聚焦镜7出射光路上 的N = 3个紧密排列且相互之间成一定角度布置的反射镜801、802、803及位于所述3个反 射镜的反射光路上的第三透射式聚焦镜10。再结合图6所示，集成聚焦机构中相邻两个集 成聚焦头间的横向间距为NX ΔΧ，N= 3，而纵向间距为ΔΥ;其中ΔΧ = 50 500μπι。结合图2、图3、图4、图5、图6、图7和
图11所示，对采用上述实施例装置对轧辊进 行毛化加工的方法及原理进行说明，所述方法具体分成下述几个步骤1)由数控机床3上的轧辊转轴301和顶尖302装夹轧辊13，具体如图2所示。2)启动数控机床3，使轧辊13按设定的转速旋转。同常规技术一样，所述轧辊13 由轧辊转轴301带动旋转，转速由数控机床3控制；而所述工作平台12可作三维运动，其运 动也由数控机床3控制，多棱镜扫描机构4和集成聚焦机构随工作平台12 —起移动，且四 个集成聚焦头601、602、603、604的光轴均与轧辊13的表面垂直。3)使高功率连续激光器1输出的连续激光束2进入多棱镜分光机构4内，并经第 一反射式聚焦镜403聚焦于高速旋转且转轴b与镜轴a不重合的多棱镜402的某个工作面 上，具体如图3所示。4)多棱镜402的该工作面在高速旋转过程中将连续激光束形成具有一定角度θ 的扇形反射扫描光束，并依次扫过4个分光头405、406、407、408，每个分光头在激光扫过时 接受一部分激光，当激光束依次扫过所有分光头时相当于给所有的分光头分配一个激光脉 冲。多棱镜402重复扫描时便将连续激光束分成4路脉冲激光输出，具体如图4所示。并 且由于所述多棱镜402的转轴b与镜轴a不重合，故当多棱镜402高速旋转时，所述每路脉 冲激光同时沿垂直于多棱镜402的旋转方向快速摆动，具体如图5所示。5)结合图6、图7 (图7中省略连接在多棱镜402 —侧的高速电机409及四个分光 头404、405、407、408)所示，上述从多棱镜分光机构内输出的4路脉冲激光束分别经4个集 成聚焦头601、602、603、604进行聚焦，以第一集成聚焦头601为例，并结合图7所示对所述 聚焦过程进行说明如下进入第一集成聚焦头601内的激光脉冲首先经第二透射式聚焦镜 7变换后，形成具有一定扫描宽度AL的平行扫描光束(所述第二透射式聚焦镜7到多棱镜 402工作面上的聚焦点0的距离L = f，f为所述第二透射式聚焦镜7的焦距)，所述平行扫 描光束依次扫过第一集成聚焦头601内紧密排列且互成一定角度的N = 3个反射镜801、 802、803，使得平行光束被重新导向分成3束相互成一定角度的脉冲激光束，这些脉冲激光 束进而经第三透射式聚焦镜10聚焦后形成N = 3个密集排布的脉冲式聚焦光点输出。K =4个集成聚焦头则一共输出KXN = 12个沿转动的轧辊13长度方向快速摆动的聚焦光点。6)在数控机床3对轧辊13转速、多棱镜402转速、工作平台12平移速度的集中 控制下，所述沿轧辊13长度方向快速摆动的KXN = 12个聚焦光点对轧辊13同时进行毛 化加工，在轧辊13表面形成KXN = 12条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分 布，具体如
图11所示。由于轧辊13表面圆周上相邻两排毛化坑之间不再有平滑的直线，故 采用上述装置及方法生产出来的轧辊在轧制钢板的时候，能够确保轧制过程中可能形成的 铁屑颗粒被轧辊圆周方向上交错排列的毛化坑所吸收，而避免在钢板的长度方向上造成划 痕，从而大大提高了钢板轧制质量。实施例2 如图2所示，本实施例提供的这种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化 加工装置，其外部结构同实施例1，而区别在于它将实施例1的多棱镜扫描机构4中的第一 反射式聚焦镜403替换成了第一透射式聚焦镜404，并且同时对四个集成聚焦头601、602、 603、604的内部结构均进行了重新设计。具体以第一集成聚焦头601为例，本实施例在其内 部设置了第二透射式聚焦镜7和与第二透射式聚焦镜7相对布置的N = 3个紧密排列的聚 焦镜901、902、903，如图8所示(图8中省略连接在多棱镜402 —侧的高速电机409及四个 分光头405、406、407、408)。本实施例的工作原理结合图8所示说明如下激光器1输出的 连续激光束2进入多棱镜扫描机构4，通过第一透射式聚焦镜404聚焦于高速旋转的多棱 镜402的某个工作面上形成具有一定角度θ的扇形反射扫描光束，并依次扫过四个分光头 (图中省略)，从而输出4路脉冲激光，并且同样由于所述多棱镜402的转轴b与镜轴a不 重合，所述每路脉冲激光会沿垂直于多棱镜402的旋转方向快速摆动。从多棱镜分光机构 4内输出的4路脉冲激光束分别经4个集成聚焦头601、602、603、604进行聚焦。本实施例 中同样以第一集成聚焦头601为例说明聚焦过程如下进入第一集成聚焦头601内的激光 脉冲经第二透射式聚焦镜7变换后，形成具有一定扫描宽度AL的平行扫描光束(所述第 二透射式聚焦镜7到多棱镜402工作面上的聚焦点0的距离L = f，f为所述第二透射式聚 焦镜7的焦距)，所述平行扫描光束依次扫过第一集成聚焦头601内紧密排列的N = 3个聚 焦镜901、902、903，并经它们聚焦后形成N = 3个密集排布的脉冲式聚焦光点输出。同实施 例1 一样，K = 4个集成聚焦头则一共输出KXN = 12个沿转动的轧辊13长度方向快速摆 动的聚焦光点。最终在数控机床3对轧辊13转速、多棱镜402转速、工作平台12平移速度 的集中控制下，所述沿轧辊13长度方向快速摆动的KXN = 12个聚焦光点对轧辊13同时 进行毛化加工，在轧辊13表面形成KXN = 12条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化 坑分布，具体如
图11所示。实施例3 如图2所示，本实施例提供的这种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化 加工装置，其外部结构同实施例1，而区别在于它将实施例1的多棱镜扫描机构4中的第一 反射式聚焦镜403替换成了第一透射式聚焦镜404，并且同时对四个集成聚焦头601、602、 603,604的内部结构均进行了重新设计。具体以第一集成聚焦头601为例，本实施例在其 内部设置了第二抛物面反射式聚焦镜5和与第二抛物面反射式聚焦镜5相对布置的N = 3 个紧密排列的聚焦镜901、902、903，如图9所示(图9中省略连接在多棱镜402—侧的高速 电机406及四个分光头405、406、407、408)。本实施例的工作原理结合图9所示说明如下 激光器1输出的连续激光束2进入多棱镜扫描机构4，通过第一透射式聚焦镜404聚焦于 高速旋转的多棱镜402的某个工作面上形成具有一定角度θ的扇形反射扫描光束，并依次扫过四个分光头(图中省略)，从而输出4路脉冲激光，并且同样由于所述多棱镜402的转 轴b与镜轴a不重合，所述每路脉冲激光会沿垂直于多棱镜402的旋转方向快速摆动。从 多棱镜分光机构4内输出的4路脉冲激光束分别经4个集成聚焦头601、602、603、604进行 聚焦。本实施例中同样以第一集成聚焦头601为例说明聚焦过程如下进入第一集成聚焦 头601内的激光脉冲经第二抛物面反射式聚焦镜5变换后，形成具有一定扫描宽度AL的 平行扫描光束(所述第二抛物面反射式聚焦镜5的焦点与多棱镜402工作面上的聚焦点0 重合，f为所述第二抛物面反射式聚焦镜5的焦距)，所述平行扫描光束依次扫过第一集成 聚焦头601内紧密排列的N = 3个聚焦镜901、902、903，并经它们聚焦后形成N = 3个密 集排布的脉冲式聚焦光点输出。同实施例1 一样，K = 4个集成聚焦头则一共输出KXN = 12个沿转动的轧辊13长度方向快速摆动的聚焦光点。最终在数控机床3对轧辊13转速、 多棱镜402转速、工作平台12平移速度的集中控制下，所述沿轧辊13长度方向快速摆动的 KXN= 12个聚焦光点对轧辊13同时进行毛化加工，在轧辊13表面形成KXN= 12条非螺 旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布，具体如
图11所示。实施例4 如图2所示，本实施例提供的这种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化 加工装置，其外部结构同实施例1，而区别在于它将实施例1的多棱镜扫描机构4中的第一 反射式聚焦镜403替换成了第一透射式聚焦镜404，并且同时对四个集成聚焦头601、602、 603、604的内部结构均进行了重新设计。具体以第一集成聚焦头601为例，本实施例在其内 部设置了第二抛物面反射式聚焦镜5和与第二抛物面反射式聚焦镜5相对布置的多焦点聚 焦镜14，所述多焦点聚焦镜14具有N = 2个焦点，如
图10所示(
图10中省略连接在多棱 镜402 —侧的高速电机409及四个分光头405、406、407、408)。本实施例的工作原理结合
图10所示说明如下激光器1输出的连续激光束2进入多棱镜扫描机构4，通过第一透射 式聚焦镜404聚焦于高速旋转的多棱镜402的某个工作面上形成具有一定角度θ的扇形 反射扫描光束，并依次扫过四个分光头(图中省略)，从而输出4路脉冲激光，并且同样由 于所述多棱镜402的转轴b与镜轴a不重合，所述每路脉冲激光会沿垂直于多棱镜402的 旋转方向快速摆动。从多棱镜分光机构4内输出的4路脉冲激光束分别经4个集成聚焦头 601、602、603、604进行聚焦。本实施例中同样以第一集成聚焦头601为例说明聚焦过程如 下进入第一集成聚焦头601内的激光脉冲经第二抛物面反射式聚焦镜5变换后，形成具有 一定扫描宽度AL的平行扫描光束(所述第二抛物面反射式聚焦镜5的焦点与多棱镜402 工作面上的聚焦点0重合，f为所述第二抛物面反射式聚焦镜5的焦距)，所述平行扫描光 束经多焦点聚焦镜14聚焦后形成N = 2个密集排布的脉冲式聚焦光点输出。同实施例1 有所区别的是本实施例中的K = 4个集成聚焦头一共输出KXN = S个沿转动的轧辊13长 度方向快速摆动的聚焦光点。最终在数控机床3对轧辊13转速、多棱镜402转速、工作平 台12平移速度的集中控制下，所述沿轧辊13长度方向快速摆动的KXN = S个聚焦光点对 轧辊13同时进行毛化加工，在轧辊13表面形成KXN = 8条非螺旋扫描线点阵交错排布的 无规律毛化坑分布，具体可参见
图11所示。当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范 围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实 用新型的保护范围之内。
权利要求一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，包括激光器(1)和数控机床(3)，所述数控机床(3)的床身上装有通过平移导轨(303)驱动的工作平台(12)和用于安装轧辊(13)的轧辊转轴(301)和顶尖(302)，所述工作平台(12)上装有多棱镜分光机构(4)和集成聚焦机构；其中激光器(1)为高功率连续激光器，所述多棱镜分光机构(4)由第一聚焦镜、多棱镜(402)、驱动多棱镜(402)旋转的高速电机(409)和K个分光头组成，所述集成聚焦机构是一种由K个具有集成聚焦功能的集成聚焦头组成的集成聚焦头阵列；各集成聚焦头的输入端与前述K个分光头的输出端一一对应，并可对应输出N个聚焦光点，K×N≥2，而K≥1；其特征在于所述多棱镜(402)的转轴(b)与镜轴(a)不重合。
2.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述多棱镜(402)的面数M≥5。
3.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述第一聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。
4.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜和与第二聚焦镜相对布置的N个紧密排列的聚焦 透镜。
5.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜和与第二聚焦镜相对布置的多焦点聚焦镜，该多焦 点聚焦镜具有N个焦点。
6.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜、位于第二聚焦镜出射光路上的N个紧密排列且相 互之间成一定角度布置的反射镜及位于所述N个反射镜的反射光路上的第三聚焦镜。
7.根据权利要求4或5或6所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特 征在于所述第二聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。
8.根据权利要求1所述的聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，其特征在于所 述K个集成聚焦头呈斜线或其它形式的排列，且所述相邻两个集成聚焦头之间的横向距离 % NX AX, AX = 50 500iim，纵向距离为 AY。
专利摘要本实用新型公开了一种聚焦光点摆动式辊类表面激光毛化加工装置，包括激光器和数控机床，所述数控机床的床身上装有通过平移导轨驱动的工作平台和用于安装轧辊的轧辊转轴和顶尖，所述工作平台上装有多棱镜分光机构和集成聚焦机构；多棱镜分光机构由第一聚焦镜、多棱镜、驱动多棱镜旋转的高速电机和K个分光头组成，其中多棱镜的转轴与镜轴不重合；集成聚焦机构为集成聚焦头阵列，共可输出K×N个聚焦光点，K×N≥2，K≥1。由于采用特殊设计的多棱镜，本装置实现了多聚焦光点摆动式毛化加工，在轧辊表面形成多条非螺旋扫描线点阵交错排布的无规律毛化坑分布。由本装置处理的轧辊在轧制钢板时，避免了在钢板的长度方向上形成划痕，提高了钢板的轧制质量。
文档编号G02B26/12GK201625836SQ201020151439
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者孙长东, 王焄, 罗曦, 陈培锋 申请人:苏州市博海激光科技有限公司