一种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冷乳辊激光毛化和离散激光加工的技术领域，具体地涉及一种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统，以及控制方法。
【背景技术】
[0002]冷乳薄钢板具有厚度与板形精度高、表面质量好、力学性能好、厚度更薄等优点，应用非常广。毛化板采用毛化乳辊平整，表面形貌由毛化乳辊表面复制而来。毛化板因具有更好的延伸率和涂镀层结合力，在汽车、高铁、航空航天、家用电器以及食品包装等行业有广泛用途。
[0003]乳辊毛化技术就是对磨光乳辊进行毛化，使其表面具有特殊形貌的技术。目前在工业上得到规模化推广应用的乳辊毛化技术是喷丸毛化、电火花毛化和激光毛化，其中比较先进的是电火花毛化和激光毛化。
[0004]激光毛化按使用的激光器种类分为ω2激光毛化和YAG激光毛化。YAG激光毛化通过连续栗浦YAG激光器经Q开关特殊调制输出高能量密度、高重复频率的YAG脉冲激光，通过沿乳辊轴向匀速移动聚焦镜将脉冲激光聚焦到匀速旋转的乳辊表面，使乳辊表面熔化、气化，产生大量的恪池;一定成分、一定压力的辅助气体沿一定角度侧吹恪池，使恪池凸台明显；乳辊自身热传导作用使熔池因熔融物迅速冷却而表面硬化;从而在整个辊面形成一定形貌的大量有凸台的硬化微坑。
[0005]YAG激光毛化技术是中国科学院力学研究所在九十年代研究开发的，如发明专利“高重频调制多脉冲YAG激光刻花系统及加工方法”(ZL92113223.9)。为了增加微坑分布的各向均匀度，调节冷乳板的各向延伸率，中科院力学所开发了 YAG激光毛化的二维可控分布技术，如发明专利“具有可控分布毛化点的辊类表面毛化激光加工系统”(ZL 00128273.5)。为了改善激光毛化板的外观质量，中科院力学所在二维可控分布技术的基础上开发可控无规则分布技术，如发明专利“圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”(ZL200510117158.8)。
[0006]优质的激光毛化板除了要求微坑无规则分布外，还要求微坑均匀一致。发明专利“圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”(ZL 200510117158.8)通过激光输出信号在规定的时间范围内产生随机的延时，使毛化微坑在辊类工件表面的圆周方向形成无规则分布。其原理决定了激光输出信号的频率会在一定范围内变化。
[0007]现有的YAG激光毛化技术，为了提高加工速度，激光输出信号的频率都比较高，一般大于1kHz，脉冲激光的激励时间达不到饱和时间。脉冲激光的能量取决于激励时间，即脉冲间隔的时间。脉冲激光释放的时间是固定的，故激光输出信号频率的变化将导致脉冲激光能量的不均匀和波形的不一致，从而导致微坑的不一致，影响了激光毛化板的质量。
【发明内容】
[0008]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统，其脉冲激光的激励时间是相等的，释放时间是可变的，使其功率波形有效部分基本一致，从而提高了圆周无规则毛化微坑的均匀性，因此能够提高激光毛化板的质量。
[0009]本发明的技术解决方案是:这种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统，其包括工控机、可控分布接口卡、AT总线、双路隔离D/A卡、增量编码器、变频器、主轴电机、纵向及横向伺服驱动器、纵向及横向伺服电机、激光电源、激光器、声光电源、声光开关、伪随机延时装置、脉冲宽度设定装置、485总线；
[0010]工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和双路隔离D/A卡；
[0011]可控分布接口卡对反映辊周向位置的增量编码器的信号进行分频处理后输出多路信号:其中一路信号为可控分布信号，经伪随机延时装置输出伪随机延时信号，经脉冲宽度设定装置输出脉宽预先设定的信号来控制声光电源输出对应的射频信号，再经激光器内的声光开关产生脉冲激光;其中两路信号为脉冲信号，分别经伺服驱动器控制纵向和横向的伺服电机运动;其它多路信号为开关信号，通过变频器、伺服驱动器、激光电源控制主轴电机、纵向及横向伺服电机的启停和激光器的开关；
[0012 ]双路隔离D/A卡输出两路模拟量，分别控制主轴电机的转速和激光器的功率；
[0013]工控机通过485总线设定伪随机延时装置和脉冲宽度设定装置的工作参数。
[0014]本发明在伪随机延时装置之后，连接脉冲宽度设定装置，其输出信号的脉宽可设定;并且声光电源工作在外控方式，射频输出时间受脉冲宽度设定装置输出信号的脉宽控制；因此脉冲激光的激励时间是相等的，释放时间是可变的，使其功率波形有效部分基本一致，从而提高了圆周无规则毛化微坑的均匀性，从而能够提高激光毛化板的质量。
[0015]还提供了这种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统的控制方法，其包括以下步骤:
[0016](I)通过在伪随机延时装置之后连接脉冲宽度设定装置，使输出信号的脉宽可设定；
[0017](2)通过将声光电源设置在外控方式，使射频输出时间受脉冲宽度控制。
【附图说明】
[0018]图1为现有的圆周无规则毛化控制系统的结构框图；
[0019]图2为根据本发明的提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统的一个优选实施例的结构框图；
[0020]图3为现有的圆周无规则毛化控制系统的激光输出时序图；
[0021]图4为图2的提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统的激光输出时序图；
[0022]图5为根据本发明的一个优选实施例的脉冲宽度设定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]图2与图1相比，主要区别是增加了脉冲宽度设定装置，并使声光电源工作在外控方式，使射频输出时间恒定，即脉冲激光的激励时间恒定。
[0024]如图2所示，这种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统，其包括工控机、可控分布接口卡、AT总线、双路隔离D/A卡、增量编码器、变频器、主轴电机、纵向及横向伺服驱动器、纵向及横向伺服电机、激光电源、激光器、声光电源、声光开关、伪随机延时装置、脉冲宽度设定装置、485总线；
[0025]工控机，通过AT总线分别连接可控分布接口卡和双路隔离D/A卡；
[0026]可控分布接口卡对反映辊周向位置的增量编码器的信号进行分频处理后输出多路信号:其中一路信号为可控分布信号，经伪随机延时装置输出伪随机延时信号，经脉冲宽度设定装置输出脉宽预先设定的信号来控制声光电源输出对应的射频信号，再经激光器内的声光开关产生脉冲激光;其中两路信号为脉冲信号，分别经伺服驱动器控制纵向和横向的伺服电机运动;其它多路信号为开关信号，通过变频器、伺服驱动器、激光电源控制主轴电机、纵向及横向伺服电机的启停和激光器的开关；
[0027]双路隔离D/A卡输出两路模拟量，分别控制主轴电机的转速和激光器的功率；
[0028]工控机通过485总线设定伪随机延时装置和脉冲宽度设定装置的工作参数。
[0029]声光电源输出射频信号时，激光器谐振腔的损耗增大，Q值下降，使激光振荡不能形成，无激光输出；声光电源输出的射频信号消失时，激光器谐振腔损耗减小，Q值猛增，激光振荡迅速恢复，有高峰值功率激光输出。本发明在伪随机延时装置之后，连接脉冲宽度设定装置，其输出信号的脉宽可设定;并且声光电源工作在外控方式，射频输出时间受脉冲宽度设定装置输出信号的脉宽控制；因此脉冲激光的激励时间是相等的，释放时间是可变的，使其功率波形有效部分基本一致，从而提高了圆周无规则毛化微坑的均匀性，从而能够提高激光毛化板的质量。
[0030]另外，如图5所示，所述脉冲宽度设定装置包括输入接口、输出接口和