CN214641032U - 一种辊类零件激光毛化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种辊类零件激光毛化装置，包括工作平台、设置在工作平台一侧的机床、设置在机床另一侧的固定板、以及设置在机床上的激光器，所述机床上设有轧辊转轴，所述固定板上设有顶尖，轧辊转轴与顶尖之间放置有待加工的辊类零件，所述机床与固定板之间设有平移导轨，所述平移导轨上设有激光毛化头。本实用新型提供的辊类零件激光毛化装置，采用连续高功率激光器作为加工光源，加工头的数量为多个，实现多头加工，激光功率得到充分利用，具有很快的加工速度。采用多棱镜和分光机构进行分光，将连续高功率的激光束分为多路脉冲激光输出，激光能量利用效率高，成本低，使用寿命长。

Description

一种辊类零件激光毛化装置

技术领域

本实用新型涉及机床加工领域，尤其是涉及一种辊类零件激光毛化装置。

背景技术

具有特殊表面形貌的毛化冷轧薄钢板在制造业中有着广泛的应用，特别是在汽车和家电产业中。毛化冷轧薄钢板是由表面经毛化处理的轧辊轧制而成的，经过毛化的轧辊轧制出的钢板，深冲性能和表面涂装性能大大提高。激光毛化技术作为近二十多年兴起的毛化技术，和传统喷丸毛化和电火花毛化技术相比，激光毛化技术可以获得最好的毛化效果且能提高轧辊寿命。但目前最主要的两种激光毛化技术:YAG固体激光毛化和CO2气体激光毛化，均存在着加工效率偏低的问题，限制了激光毛化技术在主流冶金行业的应用。

针对加工效率偏低的问题，现在的一些研究人员提出了各种解决方法来提高工作效率。日本的新日铁公司也曾尝试采用多套激光器同时对轧辊表面进行毛化。但由于不同激光器输出光束质量和偏振态的差异,造成了不同位置加工效果不一，影响表面粗糙度的均匀一致性和宏观外观效果，同时多台激光器的投入也大大提高了设备成本和维护成本。也有一些采用多头的激光毛化装置。例如公开号为CN2882895、名称为高功率激光器辊类表面多头毛化加工装置的专利。主要原理是旋转的多棱镜进行反射，使得激光在一定的范围里面扫描，通过在这个扫描范围里面放置多个聚焦镜，对激光进行聚焦然后实现多头毛化。然而在这个过程里面，由于聚焦镜不能够紧密排列和聚焦镜需要固定的原因，总会有激光照射到聚焦镜外面，造成了能量利用率比较低，而且，由于扫描范围与多棱镜的面所对应的角度有关，角度越大，扫描范围越大，放置的聚焦镜数量越多，加工效率越高。但是角度越大，多棱镜的棱的数量会降低，多棱镜旋转一周，扫描次数降低，就会造成效率降低，因此加工效率不能得到很大的提高。而且在加工过程中，一个聚焦镜形成一个聚焦点，想要形成更多的聚焦点，需要增加更多的聚焦镜，增加了系统的复杂性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种辊类零件激光毛化装置，以解决现有技术中激光毛化技术加工效率偏低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种辊类零件激光毛化装置，包括工作平台、设置在工作平台一侧的机床、设置在机床另一侧的固定板、以及设置在机床上的激光器，所述机床上设有轧辊转轴，所述固定板上设有顶尖，轧辊转轴与顶尖之间放置有待加工的辊类零件，所述机床与固定板之间设有平移导轨，所述平移导轨上设有激光毛化头。

进一步的，所述激光毛化头包括多棱镜结构、设置在多棱镜结构右侧的前分光镜、对称设置在前分光镜两侧的两个后分光镜、以及设置在多棱镜结构和前分光镜之间的准直镜，所述前分光镜的右侧还对称设有两个聚焦头。

进一步的，所述前分光镜包括对称设置的两个反射镜，该前分光镜将准直镜准直的光均匀的分成两份，分光后的光分别通过对称设置在前分光镜两侧的后分光镜。

进一步的，所述多棱镜机构包括多棱镜和驱动多棱镜旋转的电机，当多棱镜顺时针旋转时，反射光在准直镜处由上到下依次扫描，准直镜将由多棱镜反射过来的光准直。

进一步的，所述后分光镜包括两个相同的反射镜，通过调整两个反射镜的夹角，使激光通过后分光镜后形成不平行存在一定角度的两束激光，实现再次分光，再次分光后的光束通过聚焦镜形成两个聚焦点。

进一步的，所述后分光镜的反射镜放置在角度位移器上，通过调整反射镜的倾斜角度，实现不同聚焦点阵列的输出。

进一步的，当反射镜的角度为0时，聚焦点呈现一条线排列。

进一步的，所述聚焦头包括聚焦镜和设置在聚焦镜前方的楔形棱镜，平行光通过楔形棱镜后再通过聚焦镜形成两个聚焦点，实现再次分光。

进一步的，所述的两个聚焦头相对轧辊轴线对称设置。

进一步的，所述激光器包括CO₂激光器、YAG激光器或光纤激光器。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型提供一种辊类零件激光毛化装置，采用连续高功率激光器作为加工光源，加工头数量为多个，实现多头加工，激光功率得到充分利用，具有很快的加工速度。

2、采用多棱镜和分光机构进行分光，将连续高功率的激光束分为多路脉冲激光输出，激光能量利用效率高，成本低，使用寿命长。

3、采用连续的高功率激光器(CO₂激光器，YAG激光器，光纤激光器)。技术成熟。

4、双光头聚焦，两光头相对轧辊轴线对称放置，同步调整焦距，可以使得每个聚焦头输出的光的性能几乎相同，加工效果一致。

5、每个聚焦头里输出光束的数量多于1个，聚焦形成的聚焦点数量多于1个，与现有技术的一个聚焦头聚焦1个光束相比，提高了聚焦头利用率，降低了聚焦头的个数，降低了成本，简化了结构。

6、同一个聚焦头中的聚焦点之间的横向间距的精密调整方式。通过控制分光机构中的后端反射镜之间的夹角或者在聚焦头中添加特定角度的楔形透镜，精密控制聚焦点的横向间距，提高加工效率。

7、两个聚焦头的聚焦点之间横向间距的精密调整。调整两个聚焦头之间的聚焦点距离，实现不同加工精度的要求，可以扩大设备的应用场景。

8、多棱镜转速与轧辊转速之间的控制匹配。多棱镜的转速越快，轧辊转速越快，加工速度就越快，加工效率得到很大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的激光毛化机床结构示意图；

图2为激光毛化头结构示意图；

图3为前分光镜示意图；

图4为后分光镜调节示意图之一；

图5为后分光镜调节示意图之二；

图6为带有楔形透镜的聚焦头示意图；

图7为不带有楔形透镜的聚焦头示意图；

附图标记说明：1-激光器，2-机床，201-轧辊转轴，202-顶尖，203-平移导轨，3-待加工的辊类零件，4-工作平台，5-激光毛化头，501-多棱镜结构，502-准直镜，503-前分光镜，5031-反射镜，504-后分光镜，5041-反射镜，5042-角度位移器，505-聚焦头，5061-楔形棱镜，5062-聚焦镜。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实用新型是一种辊类零件激光毛化装置，其结构如图1所示，设有激光器1，机床2，该机床的机身上装有激光器1，轧辊转轴201，顶尖202，平移导轨203，辊类零件3固定在转轴和顶尖之间并且与平移导轨平行，平移导轨上装有工作台4，工作台可以沿着平移导轨滑动，激光毛化头5装在工作平台4上。其中激光器1为高功率激光器，包括但不仅限于CO₂激光器，YAG激光器，光纤激光器。激光毛化头5如图2所示，多棱镜机构501，包括多棱镜和带动多棱镜旋转的高速电机，在多棱镜顺时针旋转时，反射光在准直镜502由上到下依次扫描，准直镜502将由多棱镜反射过来的光准直，尺寸大小需要确保在多棱镜旋转的过程中，扫描形成的反射光均通过准直镜502，前分光镜503由两个反射镜5031组成如图3，两个反射镜5031之间的夹角成β角度，它的作用是将由准直镜502准直的光均匀的分成两份，实现第一次分光。分光之后的光分别依次通过后分光镜504和聚焦头505，每个后分光镜504分别由两个相同的反射镜5041组成，如图5所示，两个反射镜5041之间成一定的角度θ，这个角度可以控制改变，从而确保激光通过后分光镜504后，形成不平行存在一定角度的两束激光，实现第二次分光，通过分光的激光光束，在通过聚焦镜5062之后，形成两个聚焦点，聚焦点的距离为fθ，f为聚焦镜的焦距。同时如图4，后分光镜504的反射镜5041也放置在角度位移器5042上，可以通过调整反射镜5041的倾斜角度，实现不同聚焦点阵列的输出，在反射镜5041倾斜角度为0时，聚焦点呈现一条线排列，在反射镜5041倾斜角度不为0时，聚焦点呈现锯齿状态排列如图2。如图6所示，在聚焦镜5062前装楔形棱镜5061，一束平行光，通过楔形棱镜5061后，再通过聚焦镜5062，可以形成两个聚焦点，实现了再次分光，可以预见的是由于通过后分光镜504形成了不平行的两束光，通过带有楔形棱镜5061的聚焦头505以后，会形成4个聚焦点。在楔形棱镜5061的棱与激光扫描的方向平行的时候，会形成并排的4个点，呈2*2分布，在楔形棱镜5061的棱与激光扫描方向垂直的时候，会形成线状的4个点，呈1*4分布，在楔形棱镜5061的棱与激光扫描方向不垂直也不平行的时候，会形成锯齿状分布。

在对辊类零件加工的过程中，两个聚焦头505相对轧辊轴线对称放置，可以同步调整焦距，实现相同的加工效果。并且可以通过调整后分光镜504两个反射镜5041的角度，楔形棱镜5061的角度，实现一个聚焦头505，多个聚焦点，不同整列的输出。并且同一个聚焦头505的聚焦点的距离可以通过控制后分光镜5004的角度和楔形棱镜5061的角度实现精密控制。

待加工的辊类零件由数控机床2上的转轴201和顶尖202装夹，辊类零件由转轴201旋转带动转动，数控机床2上的工作平台可以做三维运动，其运动由数控机床2控制。转轴201的转速控制需要与多棱镜转速匹配，达到最优的加工效果即可。

如图2所示，示例中使用了两个聚焦头505，可以通过改变后分光镜504两个之间的距离和聚焦头505之间的距离，实现两个聚焦头505聚焦点之间的间距的调整。

优选的，所述激光器1包括但不仅仅限于CO₂激光器，YAG激光器，光纤激光器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种辊类零件激光毛化装置，其特征在于：包括工作平台、设置在工作平台一侧的机床、设置在机床另一侧的固定板、以及设置在机床上的激光器，所述机床上设有轧辊转轴，所述固定板上设有顶尖，轧辊转轴与顶尖之间放置有待加工的辊类零件，所述机床与固定板之间设有平移导轨，所述平移导轨上设有激光毛化头。

2.根据权利要求1所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述激光毛化头包括多棱镜结构、设置在多棱镜结构右侧的前分光镜、对称设置在前分光镜两侧的两个后分光镜、以及设置在多棱镜结构和前分光镜之间的准直镜，所述前分光镜的右侧还对称设有两个聚焦头。

3.根据权利要求2所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述前分光镜包括对称设置的两个反射镜，该前分光镜将准直镜准直的光均匀的分成两份，分光后的光分别通过对称设置在前分光镜两侧的后分光镜。

4.根据权利要求2所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述多棱镜机构包括多棱镜和驱动多棱镜旋转的电机，当多棱镜顺时针旋转时，反射光在准直镜处由上到下依次扫描，准直镜将由多棱镜反射过来的光准直。

5.根据权利要求2所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述后分光镜包括两个相同的反射镜，通过调整两个反射镜的夹角，使激光通过后分光镜后形成不平行存在一定角度的两束激光，实现再次分光，再次分光后的光束通过聚焦镜形成两个聚焦点。

6.根据权利要求5所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述后分光镜的反射镜放置在角度位移器上，通过调整反射镜的倾斜角度，实现不同聚焦点阵列的输出。

7.根据权利要求6所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：当反射镜的角度为0时，聚焦点呈现一条线排列。

8.根据权利要求2所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述聚焦头包括聚焦镜和设置在聚焦镜前方的楔形棱镜，平行光通过楔形棱镜后再通过聚焦镜形成两个聚焦点，实现再次分光。

9.根据权利要求2所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述的两个聚焦头相对轧辊轴线对称设置。

10.根据权利要求1所述的辊类零件激光毛化装置，其特征在于：所述激光器包括CO₂激光器、YAG激光器或光纤激光器。

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