CN109048067A - 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置 - Google Patents

基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109048067A
CN109048067A CN201811008809.3A CN201811008809A CN109048067A CN 109048067 A CN109048067 A CN 109048067A CN 201811008809 A CN201811008809 A CN 201811008809A CN 109048067 A CN109048067 A CN 109048067A
Authority
CN
China
Prior art keywords
galvanometer
eyeglass
galvanometers
laser beam
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811008809.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王之桐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alkene new material (Beijing) Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Institute of Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Mechanics of CAS filed Critical Institute of Mechanics of CAS
Priority to CN201811008809.3A priority Critical patent/CN109048067A/zh
Publication of CN109048067A publication Critical patent/CN109048067A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Abstract

本发明公开了基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置，先将振镜组件放置在聚焦透镜和轧辊之间，振镜的镜片为透射式光楔，激光束经聚焦透镜汇聚至振镜组件的镜片后作用在轧辊表面；激光束沿轧辊的轴向移动，振镜组件的电机在控制电路的作用下驱动振镜组件的镜片随机偏转，使得激光束的光轴随机偏转，在旋转的轧辊表面形成位置无序分布的毛化坑；激光束汇聚后透射镜片，减小了镜片的几何尺寸，提高了大角度偏转时振镜的工作频率高；振镜电机的轴线垂直于激光束并与垂直方向成一定角度，能够同时实现激光束在轧辊切向和轴向的两维偏转；提高了轧辊表面毛化坑位置的无序程度，两只振镜的组合能够补偿透射式光楔的像差，提高聚焦质量。

Description

基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置
技术领域
本发明涉及轧辊表面毛化技术领域，具体为基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置。
背景技术
目前，轧辊表面毛化技术已经在冷轧板带生产中得到广泛应用。与喷丸毛化技术和电火花毛化技术相对比，激光毛化技术具有过钢量大、污染小、板带深冲性能好等优点，市场前景广阔。但是喷丸毛化和电火花毛化的面状加工特点决定了轧辊表面的毛化坑是无序分布，生产出的板带表面具有各向同性，亚光效果好。而激光毛化是点状加工，在轧辊表面产生高硬度的毛化坑的同时，也造成了毛化坑的规则分布，生产出的板带具有各向异性，反光效果差，深冲性能也具有一定的方向性。因此，需要对激光毛化技术进行改进，人为干预毛化坑的分布，以产生无序毛化坑分布，进一步提升激光毛化板带的性能，满足工业生产需要。
在公开的文献中，激光毛化无序分布技术大致包括以下两种:
1、通过电路信号控制激光脉冲获得无序分布。电路信号控制激光脉冲实现无序分布在应用中受到激光器响应的限制，例如，当激光器件的响应低于电路信号的变换速度时，此技术无法应用。
2、通过机械方式获得无序分布。机械振镜或类似装置实现毛化坑的无序分布具有更大的适应性。
现有的文献中，机械振镜或类似装置多数采用反射式，反射镜的体积和重量制约了激光束的偏转频率。使用透射式镜片的机械振镜获得无序分布也有报道。
例如，中国专利：基于透射式振镜的轧辊表面激光无序毛化加工方法及装置，申请号：201610155553.8。该专利使用了透射式光楔作为机械振镜的镜片，振镜镜片放置在入射激光与聚焦透镜之间，利用光楔的随机摆动实现偏转激光轴线，再通过聚焦透镜汇聚到轧辊表面，实现轧辊表面毛化坑位置的无序偏移。
但是该专利的振镜镜片尺寸必须大于激光光斑直径，大角度偏转时振镜的工作频率受到影响；同时轧辊表面毛化坑的偏移距离与聚焦透镜相关，机械结构较长，有必要加以改进。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置，能够提高了轧辊表面毛化坑位置的无序程度，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法，包括如下步骤：
步骤100、将振镜组件放置在聚焦透镜和轧辊之间，激光束经聚焦透镜汇聚至振镜组件的镜片后作用在轧辊表面；
步骤200，所述激光束沿所述轧辊的轴向移动，所述振镜组件的电机在控制电路的作用下驱动所述振镜组件的镜片随机偏转，使得激光束的光轴随机偏转，在旋转的所述轧辊表面形成位置无序分布的毛化坑。
优选地，所述振镜组件为单只振镜或两只振镜组合在一起；
当振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只振镜的电机的轴线成180度，两个所述振镜的镜片基准平面相互平行，斜面相对。
优选地，所述振镜组件的镜片为透射式光楔。
优选地，所述控制电路输出随机变幅和随机变斜率的三角波来驱动所述振镜组件的电机；
当所述振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只所述振镜的电机的控制电路输出的信号相位差为180度，一只振镜工作时另一只保持不动。
优选地，所述电机的轴线垂直于激光束并与垂直方向呈30度至45度的夹角。
另外本发明还设计了基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化装置，包括：
机械安装座，用于安装振镜及聚焦透镜；
振镜组件，包括电机和镜片，所述电机在控制电路的作用下驱动所述镜片随机偏转；
聚焦透镜，将入射的激光束透射所述镜片后汇聚到轧辊表面。
优选地，所述控制电路输出随机变幅和随机变斜率的三角波驱动所述电机；
当所述振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只所述振镜的电机的控制电路输出的信号相位差为180度，一只振镜工作时另一只保持不动。
优选地，所述电机的轴线与所述轧辊的径向呈30度至45度的夹角。
优选地，所述振镜组件为单只振镜或两只振镜组合在一起；
当振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只振镜的电机的轴线成180度，两个所述振镜的镜片基准平面相互平行，斜面相对。
优选地，所述镜片为透射式光楔，所述聚焦透镜的焦距范围为150mm至300mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明振镜的镜片放置在聚焦透镜和轧辊之间，激光束汇聚后入射镜片，减小了镜片的几何尺寸，提高了大角度偏转时振镜的工作频率高；
振镜电机的轴线垂直于激光束并与垂直方向呈30度至45度的夹角，能够同时实现激光束在轧辊切向和轴向的两维偏转；
以上特点提高了轧辊表面毛化坑位置的无序程度。
两只振镜的镜片组合能够补偿透射式光楔的像差，提高聚焦质量，同时，轧辊表面毛化坑位置的偏移与聚焦透镜焦距无关，机械结构紧凑。
附图说明
图1为本发明单振镜结构示意图；
图2为本发明振镜组结构示意图；
图3为本发明单振镜的轴线与垂直方向成一定角度的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1，本实施例提供了基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化装置及方法，其包括用于安装振镜组件5及聚焦透镜2的机械安装座，振镜组件5为一个独立的振镜3，振镜3包括电机和镜片，电机在控制电路的作用下驱动所述镜片随机偏转；聚焦透镜2将入射的激光束1透射镜片后汇聚到轧辊4表面，其中输入激光束1的光纤激光器的输出端也安装在机械安装座上，将机械安装座在机床的托板上，轧辊4支撑在机床上并通过机床沿自身轴线旋转，机床的机架沿轧辊4的轴线移动；振镜3放置在聚焦透镜2和轧辊4之间的激光束1中，振镜3的镜片为透射式光楔。
控制电路输出控制信号驱动光楔发生随机偏转，光楔的夹角为α，光楔的偏转角为β，光楔基准面与轧辊表面的距离为d。
激光束1经过聚焦透镜2汇聚后入射光楔，聚焦透镜2的焦距范围为150mm至300mm，光楔的基准面垂直激光束1，光楔出射的激光束1的光轴偏转角度等于光楔的夹角α。
当光楔偏转角度为β时，出射的激光束1的偏转角度增加了β。
如图3所示，振镜3的电机轴线与轧辊4的径向(也就是图3中竖直方向)成夹角γ，当γ为零时轧辊表面毛化坑的偏移距离Δ＝d×β。Δ与聚焦透镜2焦距无关，便于参数设定。
在本发明中，γ在30°-45°之间，因此毛化坑将在轧辊4轴向Da和切向Dt两个方向偏移，轧辊4轴向Da的偏移距离Δa＝Δ×cosγ＝d×β×cosγ，轧辊4切向Dt的偏移距离Δt＝Δ×sinγ＝d×β×sinγ。
以下给出具体的实例进行说明：
如图1所示，光纤激光器输出的光纤激光的光斑尺寸为直径10mm的圆，光纤激光经过聚焦透镜2汇聚后入射光楔，聚焦透镜2的焦距为300mm。
镜片的最厚处为3mm，平面尺寸为12×12mm，光楔的夹角α＝10°。使用随机变幅和随机变斜率三角波作为振镜3及其光楔的驱动波形，驱动波形频率为1000Hz，光楔的最大偏转角度β＝0.1°。
光楔基准面与轧辊4表面的距离d＝100mm，振镜组件3的轴线垂直于激光束1并与垂直方向的夹角γ为45°，则毛化坑位置在轧辊切向和轴向的最大偏移量均为Δ＝d×β×π/180×cos45°≈°.123mm。
当光楔的偏转角度在0°-0.1°之间变化时，轧辊表面毛化坑的偏移距离在0-0.123mm之间变化，实现了毛化坑位置的无序分布。
实施例2：
如图2所示，在实施例1的基础上，振镜组件5由两个振镜3组合而成，也放置在聚焦透镜2和轧辊4之间。
两个振镜3的轴线夹角为180°，光楔的基准面平行，斜面相对；两只所述振镜的电机的控制电路输出的信号相位差为180度，一只振镜工作时另一只保持不动。
振镜组件5对轧辊4表面毛化坑位置的偏移过程与实施方式一中实施例1类似。通过使用两只振镜3构成振镜组件5，能够补偿透射式光楔的像差，提高聚焦质量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、将振镜组件放置在聚焦透镜和轧辊之间，激光束经聚焦透镜汇聚至振镜组件的镜片后作用在轧辊表面；
步骤200，所述激光束沿所述轧辊的轴向移动，所述振镜组件的电机在控制电路的作用下驱动所述振镜组件的镜片随机偏转，使得激光束的光轴随机偏转，在旋转的所述轧辊表面形成位置无序分布的毛化坑。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述振镜组件为单只振镜或两只振镜组合在一起；
当振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只振镜的电机的轴线成180度，两个所述振镜的镜片基准平面相互平行，斜面相对。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述振镜组件的镜片为透射式光楔。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制电路输出随机变幅和随机变斜率的三角波来驱动所述振镜组件的电机；
当所述振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只所述振镜的电机的控制电路输出的信号相位差为180度，一只振镜工作时另一只保持不动。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述电机的轴线垂直于激光束并与垂直方向呈30度至45度的夹角。
6.基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化装置，其特征在于，包括：
机械安装座，用于安装振镜及聚焦透镜；
振镜组件，包括电机和镜片，所述电机在控制电路的作用下驱动所述镜片随机偏转；
聚焦透镜，将入射的激光束透射所述镜片后汇聚到轧辊表面。
7.根据权利要求6所述的加工装置，其特征在于，所述控制电路输出随机变幅和随机变斜率的三角波驱动所述电机；
当所述振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只所述振镜的电机的控制电路输出的信号相位差为180度，一只振镜工作时另一只保持不动。
8.根据权利要求6所述的加工装置，其特征在于，所述电机的轴线垂直于激光束并与垂直方向呈30度至45度的夹角。
9.根据权利要求6所述的加工装置，其特征在于，所述振镜组件为单只振镜或两只振镜组合在一起；
当振镜组件为两只振镜组合在一起时，两只振镜的电机的轴线成180度，两个所述振镜的镜片基准平面相互平行，斜面相对。
10.根据权利要求6所述的加工装置，其特征在于，所述镜片为透射式光楔，所述聚焦透镜的焦距范围为150mm至300mm。
CN201811008809.3A 2018-08-31 2018-08-31 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置 Pending CN109048067A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008809.3A CN109048067A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008809.3A CN109048067A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109048067A true CN109048067A (zh) 2018-12-21

Family

ID=64758031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811008809.3A Pending CN109048067A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109048067A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101642849A (zh) * 2009-08-04 2010-02-10 苏州市博海激光科技有限公司 轧辊表面激光毛化处理方法
CN103056519A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 一种锥度可控的激光微孔加工光束扫描装置及其控制方法
CN105033470A (zh) * 2015-05-08 2015-11-11 深圳英诺激光科技有限公司 一种锥度可控的高质量钻孔加工设备及方法
JP2016049565A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 大野工業株式会社 対向する金属面同士の接合方法
CN105728946A (zh) * 2016-03-17 2016-07-06 中国科学院力学研究所 基于透射式振镜的轧辊表面激光无序毛化加工方法及加工装置
CN206241474U (zh) * 2016-11-28 2017-06-13 深圳中科光子科技有限公司 一种激光加工装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101642849A (zh) * 2009-08-04 2010-02-10 苏州市博海激光科技有限公司 轧辊表面激光毛化处理方法
CN103056519A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 一种锥度可控的激光微孔加工光束扫描装置及其控制方法
JP2016049565A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 大野工業株式会社 対向する金属面同士の接合方法
CN105033470A (zh) * 2015-05-08 2015-11-11 深圳英诺激光科技有限公司 一种锥度可控的高质量钻孔加工设备及方法
CN105728946A (zh) * 2016-03-17 2016-07-06 中国科学院力学研究所 基于透射式振镜的轧辊表面激光无序毛化加工方法及加工装置
CN206241474U (zh) * 2016-11-28 2017-06-13 深圳中科光子科技有限公司 一种激光加工装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105728946B (zh) 基于透射式振镜的轧辊表面激光无序毛化加工方法及加工装置
CN103056519B (zh) 一种锥度可控的激光微孔加工光束扫描装置及其控制方法
CN106392310B (zh) 用于旋切打孔的光学装置
CN111408856B (zh) 一种飞秒等离子体光栅制造微流控芯片方法及其装置
CN208224631U (zh) 一种产生低散斑环形光束的光学系统
JP2010528483A (ja) 太陽光発電パネルのためのテクスチャ付き基板を得る方法
CN103203541A (zh) 一种激光加工装置
WO2020244200A1 (zh) 光束扫描系统及激光加工设备
CN103203552A (zh) 一种大幅面微孔高速钻孔系统
CN103111755A (zh) 一种双焦点激光加工系统
CN116372360B (zh) 一种微孔旋切扫描加工光学系统
CN112008239A (zh) 一种螺旋扫描激光加工装置及加工方法
CN106656015A (zh) 双面光伏发电装置
CN109048067A (zh) 基于透射式振镜的轧辊表面光纤激光无序毛化方法及装置
CN210548826U (zh) 激光微孔加工的光束扫描系统
CN105904087A (zh) 一种反射式高功率双金属振镜扫描系统
WO2022041035A1 (zh) 一种轧辊表面激光无序均匀毛化加工方法
CN112404705A (zh) 一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用
CN107363395A (zh) 一种基于楔形镜扫描光内同轴送丝激光加工光学系统
CN207326178U (zh) 一种基于楔形镜扫描光内同轴送丝激光加工光学系统
CN112975171B (zh) 一种超快激光微孔旋切加工装置
CN206305608U (zh) 一种激光功率和光路的调节装置
CN108561844B (zh) 一种太阳能会聚导光系统
CN106735886A (zh) 一种基于单振镜与自适应镜3d扫描光学系统
CN201529851U (zh) 激光加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211215

Address after: 102400 2F, building 12, yard 18, Yanxin South Road, Yanshan District, Beijing

Applicant after: Alkene new material (Beijing) Technology Co.,Ltd.

Address before: 100190, No. 15 West Fourth Ring Road, Beijing, Haidian District

Applicant before: INSTITUTE OF MECHANICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181221