专利名称：激光双线毛化机装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光双线毛化机装置，适用于金属表面的毛化处理，属于激光加 工技术领域。
背景技术：
激光毛化技术是采用高能量、高重复频率的脉冲激光束在聚焦后照射到轧辊表面 实施预热和强化，在聚焦后的聚焦点入射到轧辊表面形成微小熔池，同时由侧吹装置对微 小熔池施于设定压力和流量的辅助气体，使熔池中的熔融物按指定要求尽量堆积到融池边 缘形成圆弧形凸台(峰值数)。激光毛化的特点是激光毛化钢板表面的小凹坑不连通，有 利于在后期冲压成型时储油和捕捉金属碎屑，储油性好，防止冲压划伤，保证了钢板的深冲 性，并使冲压零件表面光整，同时减少冲压用油。辊面的激光毛化形貌均勻、可控，平滑面占 整个毛化面的60%，使轧制出的钢板的板面平坦度高，提高了带钢表面的光洁度和涂漆后 的鲜映度，对轧辊毛化的同时还具有对其表面进行强化的作用，可提高轧辊使用寿命，减少 换辊量和轧辊消耗，提高轧机生产效率。目前国内外采用的都是单束激光毛化机，利用单束激光进行单方向性的螺旋毛 化，其缺点是毛化效率低，毛化所需的时间太长。在激光器双束激光同时进行加工方面，目 前国内外尚无相关报道，国内还没有自行制造的“双束激光双毛化机”，国际上也无此产品。
发明内容
本发明为了解决上述毛化技术的效率问题，采用了双束激光毛化技术，有效地缩 短了毛化时间。双束激光毛化技术采用双束激光，实现双线同时加工，使生产率提高100 %， 节约能源40%。本发明激光双线毛化机主要包括机床、激光器、轧辊。其中机床主要有底座、三爪 卡盘、顶针等构成；激光器主要包括激光工作物质晶体、激光泵浦源、声光Q开关、全反射 镜、平面输出镜、直角棱镜、直角棱镜电机，以及与激光器相配套的激光电源、声光Q开关驱 动器、水冷机、计算机控制系统。其中所述的激光器，主要包括激光工作物质晶体、激光泵浦 源、声光Q开关、反射镜、平面输出镜、直角棱镜、直角棱镜电机，将上述的光学元器件按一 定的光路顺序摆放，形成Z型谐振腔。本发明的技术方案是在激光器内，将各个光学元件按照一定的光路顺序摆放，形 成ζ型谐振腔，利用Z型谐振腔的Nd:YAG激光器经直角棱镜发射间距可调的双束激光，经 声光Q开关调制发射出波长1064nm的激光光束，该双束激光输出到全反射镜，经过输出镜 入射到聚焦镜，并聚焦到被加工的轧辊表面，对轧辊表面实现激光双线毛化加工。上述的两束激光其间距可以调节，调节过程是通过控制与直角棱镜相连的电机来 实现直角棱镜位置的移动来实现，直角棱镜电机的转动由计算机程序自动控制，可以实现 其微调。另外，在Nd: YAG晶体棒外层、两个声光Q开关旁均需设置水冷环形通道。激光谐振腔的两端为优化的凹形全反射镜，其曲率半径为2m，目的是形成稳定的激光谐振腔。整个 光学元件布置在抗热变形的硬铝合金轨道上，按一定的光路顺序摆放，形成Z型谐振腔，减 小了谐振腔的长度，再将所有器件置于机箱中，即构成了大功率激光发生装置，其声光Q开 关重复频率为0. 2 50KHZ可调。整个激光装置具有效率高、光束质量好、体积小、寿命长 及运转成本低等特点。
图1为激光双线毛化机的结构示意图；图2为激光双线毛化机中的激光器的内部结构示意图。其中，1为机床、2为三爪卡盘、3为轧辊、4为顶针、5为激光器、6为平面全反镜、7 为声光Q开关1、8为凹面输出镜、9为平面全反镜、10为直角棱镜，11为聚焦透镜、12为直 角棱镜电机、13为平面全反镜、14为平面全反镜、15为平面输出镜、16为声光Q开关11、17 为Nd:YAG激光晶体、18为泵浦源、19为凹面全反射镜，另外还配置有计算机控制装置20、 21、激光电源22、声光Q开关电源23、24、及水冷恒温器25，以上即组成激光双线毛化机的全 套机组。
具体实施例方式如图1所示，激光双线毛化机主要由1为机床、2为三爪卡盘、3为轧辊、4为顶针、 5为激光器组成。轧辊3放置在三爪卡盘2与顶针4之间，在数控机床1的作用下作一定速 度的旋转，激光器5的聚焦头对准轧辊3的表面进行毛化处理。如图2所示，激光器5内由激光电源22带动泵浦源18去泵浦Nd YAG激光晶体17， Nd: YAG激光晶体17辐射1064nm光子，一端由平面全反镜6反射到声光Q开关I 7，再入射 到到凹面镜输出镜8，形成一束激光，且同时有90%的光反射回来，再经声光Q开关I 7、平 面全反镜6穿过Nd: YAG激光晶体17 ；Nd:YAG激光晶体17辐射1064nm光子由另一端的声 光Q开关II 16、平面输出镜15，同样有90%的光被平面输出镜15反射回来，反射的光入射 到凹面反射镜19，经过凹面反射镜19的作用，光束再次输出至平面输出镜15并输出，形成 另一束激光。为充分利用输出的激光束，在光透过平面输出镜15时，在光路前放置一全反 平面镜14，其结果将一部分激光输出，另一部分光透射过平面输出镜15返回至腔内，这样 由光学元件8、7、6、17、18、16、15、19构成了整个Z型谐振腔，且光能量得到充分地利用。经过输出镜8、15，从Z型激光谐振腔中输出两束1064nm的激光束，分别由平面反 射镜9与13反射到直角棱镜10上，经过直角棱镜10的光方向转换，两束激光平行输出到 聚焦镜11上，双束激光聚焦到被加工轧辊上，随着轧辊的转动，实现了双束激光双线毛化 加工。此外，用于激光双线毛化加工的双束激光其光束间距可以改变。在直角棱镜的旁边 安装一电机12，由计算机20、21对电机12的控制实现直角棱镜10的水平方向的移动，则输 出的激光束之间的间距也实现了改变，实现了激光束间距随时调节的激光双线毛化技术。通过本发明的激光双线毛化机，可以将毛化效率提高一倍，增加了工作效率。
权利要求
一种激光双线毛化机装置，包括机床、激光器、轧辊，以及与激光器相配套的激光电源、声光Q开关驱动器、水冷机、计算机控制系统，其中所述的激光器，主要包括激光工作物质、激光泵浦源、声光Q开关、反射镜、输出镜、直角棱镜、直角棱镜电机，将上述的光学元器件按一定的光路顺序摆放，形成Z型谐振腔，有效减小了谐振腔的长度。
2.根据权利要求1所述的激光双线毛化机装置，其特征在于由Z型激光谐振腔出射 两束平行激光，并经过直角反射棱镜反射到聚焦透镜上，然后对轧辊实现双线毛化加工。
3.根据权利要求2所述，由该激光双线毛化机装置出射的两束激光，其光束间距可以 调节，即通过控制与直角棱镜相连的电机来实现直角棱镜位置的移动来实现。
全文摘要
本发明设计一种激光双线毛化机装置，属于金属表面加工技术领域。它利用Z型谐振腔的Nd:YAG激光器经直角棱镜发射双束激光，经声光Q开关调制发射波长1064nm的双束激光，两束激光经反射镜反射到聚焦镜，然后对轧辊实现双线毛化加工。另外其两激光束之间的间距可以调节，即通过控制与直角棱镜相连的电机来实现直角棱镜位置的移动来实现。
文档编号C21D1/09GK101824513SQ20091000815
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者姚建铨, 朱超男, 王涛, 金仲伟, 马贵兰 申请人:无锡浩波光电子有限公司