CN202877732U - 辊类表面激光毛化加工对焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种辊类表面激光毛化加工对焦装置，解决了现有辊类表面激光毛化加工中自动对焦操作复杂、可靠性差，手动对焦不精确，重复性差，粗糙度不可控的问题。技术方案包括毛化机床以及安装在毛化机床拖板上的激光毛化头，所述激光毛化头上设有位移传感器，所述位移传感器的输出端与控制系统的输入端或/和提示器件或/和拖板的运动驱动器连接，所述控制系统的输出端与提示器件或/和拖板的运动驱动装置连接。本实用新型控制简便、操作简单、可靠性高。

Description

辊类表面激光毛化加工对焦装置

技术领域

本实用新型涉及一种辊类表面激光毛化加工装置，具体的是说一种用于辊类表面激光毛化加工中的对焦装置，属于激光特种加工应用领域。

背景技术

目前激光毛化设备的基本结构是：轧辊装夹在毛化机床上，由主轴电机驱动旋转，激光毛化头安装在毛化机床的拖板上，拖板可以带动激光毛化头实现二维平移。

脉冲激光器（或连续激光器经过外光路调制）产生的脉冲激光经激光毛化头对光束进行调节后最后经聚焦镜聚焦后输出，射到旋转的轧辊表面，轧辊的转速、脉冲激光束的输出功率和输出脉冲频率，以及载有激光毛化头的工作平台的拖板沿轧辊轴向的平移距离及速度均由毛化机床的控制系统控制或由操作人员手动控制。在轧辊旋转和激光毛化头沿轧辊轴向平移配合下，激光脉冲以螺旋线形式在整个轧辊表面加工出密集的毛化点。

在实际生产过程中，毛化的轧辊经过一定时间的轧制钢板生产后，表面会出现各种缺陷，此时轧辊必须经过毛化后继续使用。毛化加工前，轧辊必须先经过磨床磨制后再按照要求进行毛化。由于每次磨制加工后轧辊的直径都会减小，因此每次毛化加工时，轧辊的直径都不同，为了保证加工的稳定性，每一次毛化轧辊时，毛化头必须保持与轧辊的距离恒定，这样才能保证聚焦点的恒定。因此每一次毛化加工时，装载有激光毛化头的拖板必须根据轧辊直径移动，保证每次加工时激光毛化头与轧辊距离恒定。传统激光毛化设备中，激光毛化的对焦方式有两种方式：自动对焦和手动对焦。在自动对焦中，每次对焦需先测量轧辊直径并输入毛化机床的控制系统，然后机床的控制系统根据输入的轧辊直径数据，经过计算后输出控制信号给拖板的运动驱动装置，控制拖板带动激光毛化头移动到距离轧辊表面合适的位置，保持距离轧辊面恒定的位置，完成加工。上述自动对焦方法每次都需要测量轧辊直径，存在操作复杂，可靠性差的问题。在手动对焦中，每次对焦需手动控制拖板移动，然后观察毛化产生的火花大小，火花最大时认为对焦完成。上述手动对焦方法，每次都需要操作人员反复移动拖板寻找火花最大的位置，操作复杂，所需时间长；而且对焦精度低，每次对焦后加工出的轧辊粗糙度及形貌不一致，不适用于标准化生产。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种控制简便、操作简单、可靠性高的激光毛化加工对焦装置。

技术方案包括毛化机床以及安装在毛化机床拖板上的激光毛化头，所述激光毛化头上设有位移传感器，所述位移传感器的输出端与控制系统的输入端和/或提示器件和/或拖板的运动驱动器连接，所述控制系统的输出端与提示器件和/或拖板的运动驱动装置连接。

所述位移传感器为光电位移传感器或电容位移传感器或电感式接近开关或电容式接近开关或磁性开关。

所述提示器件为指示灯或蜂鸣器或喇叭。

所述控制系统可以为毛化机床的控制系统，也可为单独设置的控制系统，这里并不特别限定。现有毛化机床上的拖板通常包括用于放置激光毛化头的拖板头、装有拖板头的移动机构、可带动移动机构移动的动力源（如电机）以及运动驱动器。

本实用新型在激光毛化设备中增设位移传感器，位移传感器的作用是测试位移传感器与轧辊表面的距离或位移传感器与轧辊表面的距离为一特定值时输出信号跳变。

激光毛加工的对焦过程在使用位移传感器的情况下，可以实现自动或手动对焦。

在激光毛化加工的自动对焦时，位移传感器可以使用光电位移传感器或电容位移传感器，其作用是测试位移传感器与轧辊表面的距离时，通过将位移传感器连接到控制系统，将距离信号传给控制系统进行信号转换，并计算得到激光毛化头至轧辊表面的垂直距离，将该垂直距离与设定的焦距进行比较、判断，并输出相应的控制信号给机床拖板的运动驱动器，控制拖板移动，以保证激光精确对焦。

另一方案中，在激光毛化加工的自动对焦时，位移传感器可以使用电感式接近开关或电容式接近开关或磁性开关，其作用是位移传感器与轧辊表面的距离为一特定值时输出信号跳变。在自动对焦之前，要先调节位移传感器在激光毛化头上的位置，使得当位移传感器与轧辊的间距为位移传感器输出信号发生变化的距离时，激光也刚好完成对焦。在自动对焦中，位移传感器接入控制系统，控制系统通过拖板的运动驱动器控制拖板移动，同时检测位移传感器输入控制系统的信号，当检测到输入信号发生跳变时，对焦完成。

在激光毛化加工的手动对焦时，位移传感器可以使用电感式接近开关或电容式接近开关或磁性开关，其作用是测试位移传感器与轧辊表面的距离时，位移传感器连接到控制系统输入端，控制系统输出端连接到提示器件或/和拖板的运动驱动器。控制系统可以对位移传感器输入的距离信号进行处理，当距离达到某一设定值时，控制系统输出信号跳变给提示器件或运动驱动器。对焦时，可手动直接控制拖板的移动机构移动，或经控制运动驱器上的手动开关控制拖板移动，当提示器件提示信号跳变或拖板的运动驱动器被控制系统输出的控制信号关停时，对焦完成。

在激光毛化加工的手动对焦时的另一方案中，位移传感器可以使用电感式接近开关或电容式接近开关或磁性开关，其作用是位移传感器与轧辊表面的距离为一特定值时输出信号跳变时，位移传感器连接到提示器件或/和拖板的运动驱动器。手动控制拖板移动，当提示器件提示信号跳变或拖板的运动驱动器被关停时，对焦完成。在这种情况下要求拖板的运动驱动器在检测到信号跳变时自动关停。

本实用新型省去了激光毛化自动加工中测量轧辊直径及输入的复杂操作过程；解决了激光毛化手动加工中对焦不准，粗糙度不可控的问题；操作简便、可靠性高、省时省力、成本低。

附图说明

图1为激光毛化头在数控机床上的安装示意图。

图2为图1中激光毛化头的结构示意图（未安装位移位移传感器状态）。

图3为图1中拖板的布置示意图。

图4为本实用新型实施例1工作原理图。

图5为本实用新型实施例2工作原理图。

图6为本实用新型实施例3工作原理图。

图7为本实用新型实施例4工作原理图。

图8为本实用新型实施例5的工作原理图。

其中，1－激光毛化头、101－聚焦镜、102－位移传感器、2－轧辊、3－拖板、301－运动驱动器、4－毛化机床、5－数控系统、6-提示器件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：

实施例1：

参照图1－图4，毛化机床4上装有轧辊2，拖板3包括运动驱动器301，拖板3安装在毛化机床4上，所述托板3上设有激光毛化头1，激光毛化头1上设有位移传感器102，位移位移传感器102的输出端可与毛化机床4的控制系统5（也可不并入数控机床的控制系统，而使用单独的控制系统）的输入端连接，控制系统5的输出端与拖板3的运动驱动器301连接。

由于激光毛化头1不管采用何种结构形式，最后激光束一定会通过激光毛化头1前端的聚焦镜101输出，聚焦在轧辊2表面，由于聚焦镜101一般焦距不长，因此焦深一般也不大，这样聚焦镜101距离轧辊2的表面的距离必须精确控制，以保证激光的焦点恒定。

本实施例的一个方案中，当位移传感器102是测试位移传感器102与轧辊2表面的距离的光电位移传感器时。位移传感器102将距离信号传给控制系统5，经过处理得到位移传感器102与轧辊2之间的距离S1。位移传感器102与聚焦镜101的距离S2可以测出。这样就可以得到聚焦镜101与轧辊的距离S。如果S大于聚焦镜101的焦距，控制系统5通过拖板的运动驱动器301控制拖板3向靠近轧辊2的方向移动；反之，控制系统5通过拖板的运动驱动器301控制拖板3向远离轧辊2的方向移动，直至S等于聚焦镜101的焦距。至此对焦完成，其它为激光毛化的其他流程，与本申请无关，不再赘述。改换轧辊，重复以上过程。

另一方案中：当位移传感器102是位移传感器102与轧辊2表面的距离为一特定值时输出信号跳变的电容式接近开关时，其工作原理如下：当位移传感器102与轧辊2之间的距离S1小于L时，位移传感器102输出+24V直流信号给控制系统5；当位移传感器102与轧辊2之间的距离S1大于L时，位移传感器102输出0V直流信号给控制系统5；调节位移传感器102在激光毛化头1上的位置，使得位移传感器102与聚焦镜101之间的距离S2+L等于聚焦镜101的焦距。在使用中，控制系统5如果检测到位移传感器102的输入信号为+24V直流信号，则控制拖板的运动驱动器301带动拖板3上激光毛化头1向接近轧辊2的方向移动，直至检测到位移传感器102输入的信号变为0V直流信号，控制拖板3停止运动。此时位移传感器102与轧辊2之间的距离S1=L。聚焦镜101到轧辊2的距离S=S1+S2=S2+L=聚焦镜101的焦距，即对焦完成。

实施例2：

参照图5，位移传感器102（如电感式接近开关）的输出端直接与拖板3的运动驱动器301连接。其余同实施例1。当位移传感器102与轧辊2表面的距离S1小于L时，输出的0V直流信号（经或不经信息转换）给运动驱动器301；反之，当位移传感器102与轧辊2表面的距离S1大于L时，输出的+24V直流信号（经或不经信息转换）给运动驱动器301。在对焦之前预先调整位移传感器102在激光毛化头1上的位置，使得位移传感器102与聚焦镜101之间的距离S2+L等于聚焦镜101的焦距。对焦时，先让聚焦镜101与轧辊2的距离大于焦距，运动驱动器301如果检测到位移传感器102的输入信号为+24V直流信号，则带动拖板3使其上激光毛化头1向接近轧辊2的方向移动，直至检测到位移传感器102输入的信号变为0V直流信号，控制拖板3停止运动，此时，位移传感器102与轧辊2之间的距离S1=L。聚焦镜101到轧辊2的距离S=S1+S2= S2+L=聚焦镜101的焦距，即对焦完成。

实施例3

参照图6，位移传感器102（如磁性开关）经控制系统5连接到提示器件6。位移传感器102的输出信号经过控制系统5处理，能够在位移传感器102与轧辊2的距离为一特定值时，输出跳变的信号，而且输出信号能够驱动提示器件6发出提示信号。在对焦前，预先调整位移传感器102在激光毛化头1上的位置，使得位移传感器102与聚焦镜101之间的距离S2+L等于聚焦镜101的焦距。对焦时，先让聚焦镜101与轧辊2的距离大于焦距，然后手动控制拖板3使激光毛化头1向轧辊2移动，直至提示器件6给出提示信号。此时，位移传感器102与轧辊2之间的距离S1=L，聚焦镜101到轧辊2的距离S=S1+S2=S2+L=聚焦镜101的焦距，即对焦完成。

实施例4

参照图7，本实施例中，位移传感器102（如电感式接近开关）输出端连接提示器件6。当位移传感器102与轧辊2表面的距离S1小于L时，输出的0V直流信号（经或不经信息转换）给提示器件6；反之，当位移传感器102与轧辊2表面的距离S1大于L时，反之，当位移传感器102与轧辊2表面的距离大于L时，输出的+24V直流信号（经或不经信息转换）提示器件6。具体对焦操作同实施例3。

实施例5

参照图8，本实施例中，位移传感器102（如磁性开关）连接控制系统5输入端，控制系统5的输出端与提示器件6及运动驱动器301连接。位移传感器102的输出信号经过控制系统5处理，能够在位移传感器102与轧辊2的距离为一特定值L时，输出跳变的信号，而且输出信号能够驱动提示器件6发出提示信号的同时还给运动驱动器301发出关停的控制信号。对焦前，预先调整位移传感器102在激光毛化头1上的位置，使得位移传感器102与聚焦镜101之间的距离S2+L等于聚焦镜101的焦距。对焦时，先让聚焦镜101与轧辊2的距离大于焦距，然后手动控制运动驱动器301上自带的手动控制开关使拖板3上激光毛化头1向轧辊2移动，直至提示器件6给出提示信号，且同时控制系统5还发出关停运动驱动器301的关停信号给运动驱动器301，手动控制开关无法再控制运动驱动器301移动。此时，位移传感器102与轧辊2之间的距离S1=L，聚焦镜101到轧辊2的距离S=S1+S2= S2+L=聚焦镜101的焦距，即对焦完成。

Claims (3)

1.一种辊类表面激光毛化加工对焦装置，包括毛化机床以及安装在毛化机床拖板上的激光毛化头，其特征在于，所述激光毛化头上设有位移传感器，所述位移传感器的输出端与控制系统的输入端和/或提示器件、和/或拖板的运动驱动器连接，所述控制系统的输出端与提示器件或/和拖板的运动驱动装置连接。

2.如权利要求1所述的辊类表面激光毛化加工对焦装置，其特征在于，所述位移传感器为光电位移传感器或电容位移传感器或电感式接近开关或电容式接近开关或磁性开关。

3.如权利要求1所述的辊类表面激光毛化加工对焦装置，其特征在于，所述提示器件为指示灯或蜂鸣器或喇叭。

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