CN109175707B - 激光无序毛化轧辊表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光无序毛化轧辊表面的方法，预先设定伪随机信号发生器的信号脉冲频率输出区段及信号脉冲的占空比输出区段，并采用混合同余法产生均匀分布的随机数，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机频率Fn和序列随机占空比Pn，利用伪随机信号发生器发出的PWM信号去调制激光器的脉冲频率和占空比，使得激光器的脉冲频率和占空比按照调制信号均匀随机的输出，实现轧辊表面无序毛化。本发明能将激光器输出脉冲频率和占空比调制在设定的频率区段和占空比区段内均匀随机输出，在轧辊表面可形成大小不同、形貌不同、疏密不同、重叠不同的点阵排列，从而形成无序的纹理结构，达到毛化表面各向同性，保证轧辊的毛化效果和效率。
Description
技术领域
本发明属于轧辊表面毛化加工技术领域，具体涉及一种激光无序毛化轧辊表面的方法。
背景技术
冷轧辊表面的激光毛化已由过去的激光有序毛化技术发展为激光无序毛化技术，而激光无序毛化技术的核心是如何调制激光器脉冲均匀随机输出。
在现有的激光毛化技术中，其中之一是CO2激光毛化技术，由于CO2激光器可调制的频率只有5KHz，所以使用CO2激光器毛化时是将连续光束通过机械斩光盘或多棱镜将其斩成脉冲光，其脉冲频率为36KHz，无法做到随机输出。其中之二是Q调YAG脉冲激光器毛化技术，其实际可调制的频率范围为5～20KHz，发明专利ZL200510117158.8“圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法”，它是控制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，发明专利ZL201610095086.X“一种提高圆周无规则毛化微坑均匀性的控制系统及方法”，它是控制脉冲激光的激励时间相等，释放时间可变，使其功率波形有效部分基本一致，一方面，尽管在圆周向形成无规则分布，但由于每个毛化点的大小一致，轧辊表面的无序效果不好，另一方面，由于可调制的频率范围为5～20KHz，故只适用于小辊径、低转速的轧辊加工，故效率不高。其中之三是光纤激光器毛化技术，其可调制的频率范围为1～50KHz，发明专利申请号为201610472175.1“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”，虽然此法达到了无序毛化的目的，但是，由于在1～50KHz的频率范围内，激光斑点的大小变化太大，有的甚至是长条形的点，无法做到轧制板面后板面横、纵两向粗糙度的RPc值(每厘米内峰的个数)趋近一致，达到板面两向同性；特别是在现实中需要毛化的冷轧辊的直径从Φ46mm到Φ660mm，此法难以满足工艺需求。
发明内容
本发明实施例涉及一种激光无序毛化轧辊表面的方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种激光无序毛化轧辊表面的方法，包括如下步骤：
S1，根据实际工况要求，设定伪随机信号发生器的信号脉冲频率输出区段及信号脉冲的占空比输出区段；
S2，通过所述伪随机信号发生器采用混合同余法产生均匀分布的随机数，产生随机数的公式为：
式中：
初值yn-1由伪随机信号发生器计时器给出；
a、b、M以及初值yn-1都为正整数；
xn为随机数，满足0≤xn≤1；
M为混合同余法产生序列的最大周期，其满足：b与M互素；对于M的任意素因子p，有a≡1(mod p)；若4是M的因子，则a≡1(mod 4)；
S3，在设定的所述信号脉冲频率输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机频率Fn；
S4，在设定的所述信号脉冲的占空比输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机占空比Pn；
S5，利用所述序列随机频率Fn和所述序列随机占空比Pn的PWM信号，调制激光器脉冲输出的激光脉冲序列频率和激光脉冲占空比；
S6，在激光加工头与轧辊相对运动过程中，激光器按调制后的参数输出脉冲激光，并作用于轧辊表面，实现轧辊表面无序毛化。
作为实施例之一，S1中，根据待加工轧辊的直径，设定所述信号脉冲频率输出区段。
作为实施例之一，S1中，根据所需激光斑点的形貌和大小，设定所述信号脉冲的占空比输出区段。
作为实施例之一，S1中，伪随机信号发生器的信号脉冲占空比可设定范围为1％～99％。
作为实施例之一，S6中，根据轧辊表面粗糙度要求设置激光功率。
作为实施例之一，所述激光器为光纤激光器，其可调制的频率为5～100KHz。
作为实施例之一，S6中，对于直径在Φ46mm～Φ200mm且总长小于1500mm的轧辊，配置高转速机床，所述高转速机床的主轴转速在50～2500转/min范围内；对于直径在Φ200mm～Φ660mm且总长小于5500mm的轧辊，配置低转速机床，所述低转速机床的主轴转速在5～250转/min范围内。
作为实施例之一，所述伪随机信号发生器包括单板计算机。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
本发明提供的激光无序毛化轧辊表面的方法，能将激光器输出脉冲频率和占空比调制在设定的频率区段和占空比区段内均匀随机输出，调制的激光作用在轧辊表面可形成大小不同、形貌不同、疏密不同、重叠不同的点阵排列，从而在轧辊表面形成无序的纹理结构，达到毛化表面各向同性，保证轧辊的毛化效果和效率，保证该轧辊轧制带钢后带钢板面横、纵两向粗糙度的RPc值趋近一致。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的激光无序毛化轧辊表面的方法的流程示意图；
图2为基于本发明实施例提供的通过激光无序毛化轧辊表面的方法获得的轧辊表面毛化效果图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明实施例提供一种激光无序毛化轧辊表面的方法，包括如下步骤：
S1，根据实际工况要求，设定伪随机信号发生器的信号脉冲频率输出区段及信号脉冲的占空比输出区段；
S2，通过所述伪随机信号发生器采用混合同余法产生均匀分布的随机数，产生随机数的公式为：
式中：
初值yn-1由伪随机信号发生器计时器给出；
a、b、M以及初值yn-1都为正整数；
xn为随机数，满足0≤xn≤1；
M为混合同余法产生序列的最大周期，其满足：b与M互素；对于M的任意素因子p，有a≡1(mod p)；若4是M的因子，则a≡1(mod 4)；
S3，在设定的所述信号脉冲频率输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机频率Fn；
S4，在设定的所述信号脉冲的占空比输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机占空比Pn；
S5，利用所述序列随机频率Fn和所述序列随机占空比Pn的PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)信号，调制激光器脉冲输出的激光脉冲序列频率和激光脉冲占空比；
S6，在激光加工头与轧辊相对运动过程中，激光器按调制后的参数输出脉冲激光，并作用于轧辊表面，实现轧辊表面无序毛化。
上述方法中，优选地，采用的激光器为光纤激光器，其可调制的频率为5～100KHz，毛化效率得以有效提高，可适应现有各种不同直径、不同转速的轧辊的毛化加工。
上述方法中，优选地，所采用的伪随机信号发生器优选为是通过单板计算机产生伪随机信号而构成。
进一步优选地，在S1中，所述的实际工况要求包括轧辊直径、轧辊转速、轧辊表面纹理要求/轧辊表面粗糙度要求等工艺参数。具体地，根据待加工轧辊的直径，设定所述信号脉冲频率输出区段；根据试验得到的数据，按纹理设计所需，确定激光斑点的形貌和大小，设定所述信号脉冲的占空比输出区段，伪随机信号发生器的信号脉冲占空比可设定范围为1％～99％，另外，在S6中，根据轧辊表面粗糙度要求设置激光功率。
本实施例提供的激光无序毛化轧辊表面的方法，能将激光器输出脉冲频率和占空比调制在设定的频率区段和占空比区段内均匀随机输出，调制的激光作用在轧辊表面可形成大小不同、形貌不同、疏密不同、重叠不同的点阵排列，从而在轧辊表面形成无序的纹理结构，达到毛化表面各向同性，保证轧辊的毛化效果和效率，保证该轧辊轧制带钢后带钢板面横、纵两向粗糙度的RPc值趋近一致。如图2，采用本实施例提供的激光无序毛化轧辊表面的方法，所获得的轧辊表面毛化效果较佳。
进一步优选地，基于上述激光无序毛化轧辊表面的方法调制的激光，结合不同承重、高低两种不同转速的机床，可以满足各类轧辊的毛化加工，适用性较广。具体地，S6中，对于直径在Φ46mm～Φ200mm且总长小于1500mm的轧辊，配置高转速机床，所述高转速机床的主轴转速在50～2500转/min范围内；对于直径在Φ200mm～Φ660mm且总长小于5500mm的轧辊，配置低转速机床，所述低转速机床的主轴转速在5～250转/min范围内。
以下例举一具体实施例对上述方法进一步说明：
以轧辊直径为Φ400mm、轧辊转速250rpm、轧辊表面粗糙度要求Ra2.80μm、RPc110/cm左右的轧辊毛化加工为例，根据轧辊表面需做到无序纹理结构要求，设定伪随机信号发生器的信号脉冲频率输出区段为50～90kHz，信号脉冲的占空比输出区段位20％～60％；
用伪随机信号发器，采用混合同余法产生均匀分布的随机数，其公式是：
式中：初值yn-1由伪随机信号发生器计时器给出；
a、b、M以及初值yn-1都为正整数；
xn为随机数，满足0≤xn≤1；
M为混合同余法产生序列的最大周期，其充分必要条件为：b与M互素；对于M的任意素因子p，有a≡1(mod p)；若4是M的因子，则a≡1(mod 4)；
在设定的信号脉冲频率输出区段50～90kHz，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机频率Fn；
在设定的信号脉冲占空比输出区段20％～60％，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机占空比Pn；
用伪随机信号发生器产生的序列脉冲频率Fn和序列随机占空比Pn的PWM信号，调制光纤激光器脉冲输出的序列频率和占空比，光纤激光器按此调制信号输出脉冲激光；
在激光加工头与轧辊作相对运动过程中，光纤激光器输出的随机脉冲激光作用在轧辊表面，形成大小不同、形貌不同、疏密不同、重叠不同的点阵排列，从而在轧辊表面形成无序的纹理结构，在不同激光功率作用下，轧辊表面可以获得不同的粗糙度。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，根据实际工况要求，设定伪随机信号发生器的信号脉冲频率输出区段及信号脉冲的占空比输出区段；其中，根据待加工轧辊的直径设定所述信号脉冲频率输出区段，根据所需激光斑点的形貌和大小设定所述信号脉冲的占空比输出区段；
S2，通过所述伪随机信号发生器采用混合同余法产生均匀分布的随机数，产生随机数的公式为：
式中：
初值yn-1由伪随机信号发生器计时器给出；
a、b、M以及初值yn-1都为正整数；
xn为随机数，满足0≤xn≤1；
M为混合同余法产生序列的最大周期，其满足：b与M互素；对于M的任意素因子p，有a≡1(modp)；若4是M的因子，则a≡1(mod4)；
S3，在设定的所述信号脉冲频率输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机频率Fn；
S4，在设定的所述信号脉冲的占空比输出区段，对产生的序列随机数进行变换，获得序列随机占空比Pn；
S5，利用所述序列随机频率Fn和所述序列随机占空比Pn的PWM信号，调制激光器脉冲输出的激光脉冲序列频率和激光脉冲占空比；
S6，在激光加工头与轧辊相对运动过程中，激光器按调制后的参数输出脉冲激光，并作用于轧辊表面，实现轧辊表面无序毛化。
2.如权利要求1所述的激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于：S1中，伪随机信号发生器的信号脉冲占空比可设定范围为1％～99％。
3.如权利要求1所述的激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于：S6中，根据轧辊表面粗糙度要求设置激光功率。
4.如权利要求1所述的激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于：所述激光器为光纤激光器，其可调制的频率为5～100KHz。
5.如权利要求1所述的激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于：S6中，对于直径在Φ46mm～Φ200mm且总长小于1500mm的轧辊，配置高转速机床，所述高转速机床的主轴转速在50～2500转/min范围内；对于直径在Φ200mm～Φ660mm且总长小于5500mm的轧辊，配置低转速机床，所述低转速机床的主轴转速在5～250转/min范围内。
6.如权利要求1所述的激光无序毛化轧辊表面的方法，其特征在于：所述伪随机信号发生器包括单板计算机。
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