CN105880839A - 一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤激光毛化技术领域，并公开了一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其通过一套随机算法在随机数发生器内获得随机频率和随机占空比，随机数发生器发出随机频率和随机占空比信号控制光纤激光器产生激光，激光在冷轧辊上烧出一个随机位置和随机大小的毛化点，然后重复这个过程，直到完成整个毛化过程。本发明能产生的频率及占空比随机的信号，能够控制光纤激光器输出激光脉冲的频率和单脉冲能量，使得光纤激光器输出的激光的频率和单脉冲能量在一个范围内随机变化，而且本发明能够产生高频信号，所以加工速度快，能够满足毛化机床对加工速度的要求，还能够生成大小随机，分布随机，随机重叠的二维无序毛化花纹。

Description

一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法

技术领域

本发明属于光纤激光毛化技术领域，更具体地，涉及一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法。

背景技术

在生产冷轧金属毛化板材的时候，需要对冷轧辊进行毛化，这样轧制的板材表面成亚光的毛化面，形貌美观。使用激光束对轧辊进行毛化，由于产生了合金反应，能够提高毛化效果的耐久性，提高使用寿命，并且加工成本低，维护成本低，而且工作环境污染小，是一种清洁的技术，所以激光毛化技术是毛化技术的发展方向。

目前激光毛化技术的最大问题是由于毛化点是通过激光烧蚀轧辊形成的，而这个过程是通过轧辊周期性匀速旋转，激光按照一定频率产生来进行的，所以毛化点的分布是由几个周期性作用综合产生的，这样毛化点的分布一定是成一个周期性分布并且点的大小相同，所以必然是一个各向异性的分布，而不是能形成各个方向都是亚光面的毛化板所需要的各向同性的随机毛化点分布，所以导致最后轧制出来的毛化板效果不理想,如图二所示。

目前有一种用于轧辊激光毛化机床聚焦镜主动无序装置及方法，其通过机械装置实现的随机扰动装置(申请号200910265427.3)，通过给激光头加上一个周期性扰动装置来实现毛化点分布成周期性分布，然而这个方法实际并没有解决问题，它实际上只是在原来的基础上再加上了一个周期性过程作用，实质只是把周期性变得更大了一些，产生的毛化点按照一个更大的周期成规律分布，并且毛化点的大小仍然是固定的，所以通过这个方法轧制的毛化板仍然不能满足质量要求。

还有一种用于辊类表面毛化的激光加工设备(申请号200520130542.7)，其通过改变激光脉冲输出频率来实现随机毛化的方法，它的核心方案是通过单板机来随机修改每个脉冲之间的延时，虽然这个方案是能够实现真正无规律毛化点分布，但是仍然存在两大问题，一是此方案的输出脉冲频率低，不能够满足要求，二是毛化点的大小仍然是相同的，所以只能产生一种不理想的一维随机变化，不能产生需要的二维随机变化。

目前的所有的无序激光毛化方法一般都只是适用于二氧化碳激光器、YAG激光器，这两种激光器光斑半径大，能量转换效率低，使用不便。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，它能够克服现有技术的不足和空白，控制光钎激光器产生随机频率和随机能量的激光脉冲，使得毛化轧辊表面产生无序毛化花纹，轧制的毛化板能够满足各向同性亚光的要求。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在伪随机数发生器内设置计时器seed＝1、随机数范围wide和最大随机周期N；

2)产生伪随机数，具体包括以下子步骤：

2.1)伪随机数发生器通过下列的线性同余方法获得中间变量x和中间变量y：

$\left\{\begin{array}{c}x=123456789+seed\\ y=362436000+seed\end{array}\right.$

2.2)伪随机数发生器再通过下列的按位异或和移位轮转方法获得中间变量y的新值：

$\left\{\begin{array}{c}y^=(y<<13)\\ y^=(y>>17)\\ y^=(y<<5)\end{array}\right.$

2.3)伪随机数发生器通过下列的带忆乘法获得x的新值：

x＝69069×x+12345

2.4)伪随机数发生器通过取余运算获得随机数data：

data＝(x+y)％wide

2.5)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机频率F：F＝data；

2.6)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机占空比D：

D＝data/wide

3)伪随机数发生器发出频率为F且占空比为D的信号控制光纤激光器产生激光作用在冷轧辊上，在轧辊上获得一个毛化点；

4)在伪随机数发生器内设置seed＝seed+1；

5)判断seed＞N是否成立，若否，则进入步骤6)，若是，则设置seed＝1后再进入步骤6)；

6)判断轧辊毛化加工是否完成，若否，则返回步骤2)，若是，则进入步骤7)；

7)结束轧辊毛化加工。

优选地，N＝2³²。

优选地，wide＝50kHz。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明能产生的频率及占空比随机，能够控制光纤激光器输出激光脉冲的频率和单脉冲能量，使得光纤激光器输出的激光的频率和单脉冲能量在一个范围内随机变化。

2)本发明能够产生高频信号，所以加工速度快，能够满足毛化机床对加工速度的要求。

3)本发明能够生成大小随机，分布随机，随机重叠的二维无序毛化花纹，轧制形成的毛化板表面各向同性，能达到所需的质量要求。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本方法产生的毛化效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1、图2，一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在伪随机数发生器内设置计时器seed＝1、随机数范围wide和最大随机周期N；

2)产生伪随机数，具体包括以下子步骤：

2.1)伪随机数发生器通过下列的线性同余方法获得中间变量x和中间变量y：

$\left\{\begin{array}{c}x=123456789+seed\\ y=362436000+seed\end{array}\right.$

2.2)伪随机数发生器再通过下列的按位异或和移位轮转方法获得中间变量y的新值：

$\left\{\begin{array}{c}y^=(y<<13)\\ y^=(y>>17)\\ y^=(y<<5)\end{array}\right.$

2.3)伪随机数发生器通过下列的带忆乘法获得x的新值：

x＝69069×x+12345

2.4)伪随机数发生器通过取余运算获得随机数data：

data＝(x+y)％wide

2.5)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机频率F，其中F＝data；

2.6)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机占空比D：

D＝data/wide

3)伪随机数发生器发出频率为F且占空比为D的信号控制光纤激光器产生激光作用在冷轧辊上，在轧辊上获得一个毛化点；

4)在伪随机数发生器内设置seed＝seed+1；

5)判断seed＞N是否成立，若否，则进入步骤6)，若是，则设置seed＝1后再进入步骤6)；

6)判断轧辊毛化加工是否完成，若否，则返回步骤2)，若是，则进入步骤7)；

7)结束轧辊毛化加工。

进一步，N＝2³²，wide＝50kHz。这样可以获得高频率及比较高的能量。

本方法是通过随机数发生器使用的一种随机数算法得到一个随机数，然后通过此随机数得到当前的随机频率和随机脉冲占空比，然后按照此频率和占空比产生PWM信号，通过此PWM信号处理控制光钎激光器按照此频率和占空比发出激光，激光在冷轧辊上随机烧出一个毛化点，然后重复这个过程，直到完成整个毛化过程。而频率影响冷轧辊上毛化点的位置，进而会影响冷轧辊上毛化点的疏密程度，而占空比与激光能量有关，会影响冷轧辊上毛化点的深浅。由于每次产生的频率和占空比是随机的，因此可以做到在冷轧辊上毛化点的位置随机产生和深浅量随机，从而使得轧制形成的毛化板表面各向同性，能达到所需的质量要求

而且，本方法采用了比较高效的随机数算法，能够在1微秒内产生所需的伪随机数，并且可以保证随机周期至少在一天以上，可以远远满足需要。

进一步的所述的得到随机脉冲占空比的方式，可以是通过使用硬件产生的真随机数，可以是通过一个缓存的长周期或无周期的序列，也可以是通过其它的随机数算法。

进一步，随机数发生器可以是通过一个dsp，fpga，pc机，mcu，或其它嵌入式系统来产生这个随机频率和占空比的PWM信号。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在伪随机数发生器内设置计时器seed＝1、随机数范围wide和最大随机周期N；

2)本步骤包括以下子步骤：

2.1)伪随机数发生器通过下列的线性同余方法获得中间变量x和中间变量y：

$\left\{\begin{array}{c}x=123456789+seed\\ y=362436000+seed\end{array}\right.$

2.2)伪随机数发生器再通过下列的按位异或和移位轮转方法获得中间变量y的新值：

$\left\{\begin{array}{c}y^=(y<<13)\\ y^=(y>>17)\\ y^=(y<<5)\end{array}\right.$

2.3)伪随机数发生器通过下列的带忆乘法获得x的新值：

x＝69069×x+12345

2.4)伪随机数发生器通过取余运算获得随机数data：

data＝(x+y)％wide

2.5)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机频率F：F＝data；

2.6)通过步骤2.4)获得的伪随机数data，获得随机占空比D：

D＝data/wide

3)伪随机数发生器发出频率为F且占空比为D的信号控制光纤激光器产生激光作用在冷轧辊上，在轧辊上获得一个毛化点；

4)在伪随机数发生器内设置seed＝seed+1；

5)判断seed＞N是否成立，若否，则进入步骤6)，若是，则设置seed＝1后再进入步骤6)；

6)判断轧辊毛化加工是否完成，若否，则返回步骤2)，若是，则进入步骤7)；

7)结束轧辊毛化加工。

2.根据权利要求1所述的一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其特征在于，N＝2³²。

3.根据权利要求1所述的一种轧辊毛化用光纤激光器的激光频率能量随机控制方法，其特征在于，wide＝50kHz。