專(zhuān)利名稱(chēng)：高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于輥類(lèi)表面激光毛化處理領(lǐng)域，特別涉及一種高功率激光輥類(lèi)表面 雙頭集成聚焦毛化加工裝置。
背景技術(shù)：
毛化鋼板具有優(yōu)良的沖壓性能和表面涂鍍性能，是汽車(chē)、家電、電子和輕工業(yè)生產(chǎn) 中廣泛應(yīng)用的重要原材料，毛化鋼板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是軋輥表面毛化，激光軋輥毛化技術(shù) 是現(xiàn)在使用的幾種毛化技術(shù)(包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化)中實(shí)用而又先 進(jìn)的一種毛化技術(shù)。目前激光軋輥毛化技術(shù)主要分為兩大類(lèi)一類(lèi)是采用氣體CO2激光器的CO2激光毛 化，另一類(lèi)是采用固體Nd: YAG激光器的YAG激光毛化。目前，已經(jīng)研制成功且用于生產(chǎn)的CO2激光毛化裝置的基本原理是C02激光器發(fā) 射出的高能連續(xù)激光束經(jīng)光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(pán)(斬光盤(pán))變換成脈沖激光束；利用聚焦透鏡將變換 后的脈沖激光束聚焦于被加工的軋輥表面進(jìn)行毛化；加工過(guò)程中，軋輥旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，激光 頭與光學(xué)發(fā)射調(diào)制系統(tǒng)沿軋輥長(zhǎng)度方向移動(dòng)，在軋輥表面加工出螺旋形規(guī)則分布的微小毛 化坑。例如華中科技大學(xué)激光院研制的大型CO2激光軋輥毛化加工成套系統(tǒng)。但由于該 系統(tǒng)采用了光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(pán)技術(shù)，只有很少一部分激光輸出能量能夠得到有效地利用，因而其 能量利用效率不高；且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備體積龐大、相對(duì)造價(jià)較高。上述CO2激光毛化設(shè) 備由于能量利用率比較低，因此其加工效率與電火花毛化設(shè)備相比有一定差距。近年來(lái)， 基于斬光盤(pán)光束調(diào)制原理的此類(lèi)激光毛化技術(shù)，其主要發(fā)展集中體現(xiàn)在通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié) 構(gòu)形式的光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(pán)(斬光盤(pán))，以提高激光能量利用率。例如中國(guó)專(zhuān)利“一種用于激光 調(diào)制的轉(zhuǎn)盤(pán)”(專(zhuān)利號(hào)ZL94218749.0)與中國(guó)專(zhuān)利“分光式激光毛化調(diào)制裝置”(專(zhuān)利號(hào) ZL200710041118. 9)。YAG激光毛化裝置的基本原理是采用聲光調(diào)Q的Nd: YAG激光器作為脈沖激光發(fā) 生源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光束經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦后，直接作用于被加工的軋輥表面進(jìn) 行毛化；通過(guò)控制調(diào)Q頻率與軋輥的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)所要求的表面粗糙度和毛化坑分布。例如 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所在九十年代研究開(kāi)發(fā)的“用于輥類(lèi)表面毛化的具有可控分布毛化點(diǎn) 的激光加工裝置”(專(zhuān)利號(hào)ZL00264774. 5)，就是采用聲光調(diào)Q的Nd: YAG激光器作為加工光 源的。其缺點(diǎn)是由于所使用的聲光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器的平均功率較低，毛化效果有 限，生產(chǎn)效率低，難以滿(mǎn)足大型鋼廠(chǎng)的生產(chǎn)需要。為了克服上述激光毛化技術(shù)的不足，本實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)人發(fā)明了一種高功率激 光輥類(lèi)表面多頭毛化加工方法及裝置，其方法的基本特征是利用高功率連續(xù)激光器輸出 連續(xù)激光束；通過(guò)多棱鏡分光機(jī)構(gòu)對(duì)該連續(xù)激光束進(jìn)行調(diào)制，使其分成K(>2)路脈沖激光 束；利用K個(gè)獨(dú)立的聚焦頭分別對(duì)K路脈沖激光束進(jìn)行聚焦后輸出，對(duì)輥類(lèi)表面同時(shí)進(jìn)行多 頭(K個(gè)聚焦頭)毛化加工，在輥類(lèi)表面形成K條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布?；诖朔椒?的高功率激光輥類(lèi)表面多頭毛化加工裝置可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多頭毛化加工，加工效率高；激光能量利用效率高，且對(duì)激光功率沒(méi)有限制；但該裝置若要進(jìn)一步提高加工效率，則必須進(jìn)一 步增加聚焦頭的數(shù)量，這會(huì)使裝置整機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。上述發(fā)明已于2006年申報(bào)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00610018261. 1)與實(shí)用新型 專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00620095100.8)。目前，發(fā)明專(zhuān)利“高功率激光輥類(lèi)表面多頭毛化加工方 法及其裝置”已獲授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)ZL200610018261. 1)，且實(shí)用新型專(zhuān)利“高功率激光輥類(lèi)表 面多頭毛化加工裝置”已獲授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)ZL200620095100. 8)
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置， 該裝置在上述已授權(quán)專(zhuān)利“高功率激光輥類(lèi)表面多頭毛化加工方法及其裝置”(專(zhuān)利號(hào) ZL200610018261. 1)的基礎(chǔ)上，擬采用集成聚焦頭技術(shù)，將多個(gè)分離的聚焦頭簡(jiǎn)化為兩個(gè)獨(dú) 立的集成聚焦頭，每個(gè)集成聚焦頭均可對(duì)應(yīng)輸出N > 2個(gè)聚焦光點(diǎn)，以便達(dá)到簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu) 與提高加工效率的目的。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝 置，包括激光器和數(shù)控機(jī)床，所述數(shù)控機(jī)床的床身上裝有通過(guò)平移導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)的工作平臺(tái)及 與平移導(dǎo)軌平行的用于安裝軋輥工件的軋輥轉(zhuǎn)軸和頂尖；所述工作平臺(tái)上裝有多棱鏡掃描 機(jī)構(gòu)和集成聚焦機(jī)構(gòu)；其特征在于所述集成聚焦機(jī)構(gòu)由呈斜線(xiàn)形排布的第一、第二兩個(gè) 集成聚焦頭構(gòu)成，每個(gè)集成聚焦頭內(nèi)均設(shè)有N個(gè)緊密排列的聚焦透鏡，兩個(gè)集成聚焦頭可 對(duì)應(yīng)輸出2XN個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件表面同時(shí)形成2XN條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布， 其中N彡2。本實(shí)用新型中，同現(xiàn)有技術(shù)一樣，所述激光器為高功率連續(xù)激光器，例如高功率連 續(xù)CO2激光器或者高功率連續(xù)Nd:YAG激光器；而所述多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)由第一聚焦鏡、第二 聚焦鏡、全反射鏡組、多棱鏡以及帶動(dòng)多棱鏡旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)組成；所述全反射鏡組由與水 平線(xiàn)成45°角布置且互相平行的上、下兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，其中上反射鏡的鏡面與第二聚焦 鏡相對(duì)，而下反射鏡的鏡面則與第二集成聚焦頭相對(duì)。上述高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，所述多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)中的 第一聚焦鏡為透射式聚焦鏡或者反射式聚焦鏡。上述高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，所述多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)中的 第二聚焦鏡為透射式聚焦鏡或者反射式聚焦鏡。上述高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，所述多棱鏡的面數(shù)M > 5， 且其每個(gè)工作表面均為全反射面。上述高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，所述兩個(gè)集成聚焦頭呈斜 線(xiàn)形排列，且所述兩個(gè)集成聚焦頭之間的橫向距離為NX ΔΧ，ΔΧ = 50 500μπι，縱向距 離為ΔΥ。本實(shí)用新型的工作原理如下所述激光器發(fā)出的連續(xù)激光束進(jìn)入多棱鏡掃描機(jī) 構(gòu)，通過(guò)第一聚焦鏡聚焦于旋轉(zhuǎn)的多棱鏡的某個(gè)工作面上，形成扇形的掃描光束，該發(fā)散的 反射掃描光束經(jīng)第二聚焦鏡變換后，形成具有一定掃描寬度的平行掃描光束；所述平行掃 描光束先掃過(guò)第一集成聚焦頭，并經(jīng)第一聚焦頭內(nèi)設(shè)的N ^ 2個(gè)緊密排列的聚焦透鏡聚焦 后對(duì)應(yīng)輸出N ^ 2個(gè)聚焦光點(diǎn)；隨后所述平行掃描光束再經(jīng)全反射鏡組的兩次90°導(dǎo)向后，掃過(guò)第二集成聚焦頭，并由第二集成聚焦頭內(nèi)設(shè)的N > 2個(gè)緊密排列的聚焦透鏡聚焦 后對(duì)應(yīng)輸出N ^ 2個(gè)聚焦光點(diǎn)；從而總共形成2XN個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件表面同時(shí)形成 2XN條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布同現(xiàn)有技術(shù)一樣，本實(shí)用新型工作時(shí)，待加工的軋輥工件由數(shù)控機(jī)床上的軋輥轉(zhuǎn) 軸和頂尖裝夾，并由軋輥轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速由數(shù)控機(jī)床控制。數(shù)控機(jī)床上的工作平臺(tái)可 作三維運(yùn)動(dòng)，其平移速度由數(shù)控機(jī)床控制。同樣地，驅(qū)動(dòng)多棱鏡旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)，其轉(zhuǎn)速也 由數(shù)控機(jī)床控制。所述數(shù)控機(jī)床采用現(xiàn)有的設(shè)備，例如XL9數(shù)控機(jī)床。本實(shí)用新型在具體工作時(shí)，所述兩個(gè)集成聚焦頭的光軸均與軋輥工件表面垂直， 且所述兩個(gè)集成聚焦頭對(duì)應(yīng)輸出的2 XN個(gè)聚焦光點(diǎn)在軋輥工件表面形成的2 XN條螺旋掃 描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布，掃描線(xiàn)點(diǎn)陣的縱向點(diǎn)間距b = 50 500 μ m，橫向點(diǎn)間距ΔΧ = 50 500 μ m，掃描線(xiàn)螺距P = 2XNX ΔΧ。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型與已授權(quán)的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)ZL200610018261. 1)相比較，主要區(qū)別 如下已授權(quán)的專(zhuān)利采用K( > 2)個(gè)獨(dú)立的聚焦頭，每個(gè)聚焦頭對(duì)應(yīng)一路脈沖激光輸出，因 而在軋輥表面形成K個(gè)聚焦光點(diǎn)，對(duì)其同時(shí)進(jìn)行毛化加工；而本實(shí)用新型采用集成聚焦頭 技術(shù)，利用兩個(gè)獨(dú)立的集成聚焦頭便能夠?qū)?yīng)輸出2XN(N ^ 2)路脈沖激光對(duì)軋輥工件進(jìn) 行毛化加工，故在提高了加工效率的同時(shí)，也使得裝置整體的結(jié)構(gòu)得到大大簡(jiǎn)化。具體優(yōu)點(diǎn) 如下1.利用兩個(gè)集成聚焦頭輸出多個(gè)聚焦光點(diǎn)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多聚焦光點(diǎn)毛化加工， 并且在技術(shù)上對(duì)激光功率沒(méi)有限制，同時(shí)由于目前連續(xù)激光器已經(jīng)能夠獲得非常高的功率 輸出，這樣加工速度也沒(méi)有限制，可以獲得非常高的加工速度。2.采用集成聚焦頭技術(shù)，將連續(xù)高功率激光束分成密集排布的多路聚焦脈沖激光 束輸出，不需要采用光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(pán)或進(jìn)行聲光調(diào)Q以獲得脈沖激光輸出，因此激光能量利用 率高。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)維護(hù)容易。3.由于采用連續(xù)高功率激光器(例如高功率連續(xù)CO2激光器或YAG激光器)作為 加工光源，激光功率能夠充分利用，且技術(shù)成熟，工作中無(wú)需特殊維護(hù)，保證設(shè)備長(zhǎng)期可靠 運(yùn)行。4.多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)中可進(jìn)一步采用拋物面反射式聚焦鏡進(jìn)行聚焦，散熱快，熱變 形小，聚焦光斑無(wú)像差、球差，工作穩(wěn)定。5.由于數(shù)控機(jī)床采用的是三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)與激光輸出功率和脈沖頻率的計(jì) 算機(jī)控制相結(jié)合，所以能夠在線(xiàn)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)毛化輥面粗糙度和毛化坑分布密度可變，并可實(shí) 現(xiàn)輥面毛化坑的多種分布，產(chǎn)品質(zhì)量好。總之，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定，并且加工效率高、產(chǎn)品質(zhì)量 好。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述


圖1為本實(shí)用新型整體外部通用結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種具體實(shí)施例的多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)原理圖；[0029]圖3為圖2實(shí)施例中多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)與單個(gè)集成聚焦頭的實(shí)現(xiàn)原理圖；圖4為圖2實(shí)施例中兩個(gè)集成聚焦頭的位置關(guān)系示意圖；圖5為第二具體實(shí)施例中多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)與單個(gè)集成聚焦頭的實(shí)現(xiàn)原理圖；圖6為第三具體實(shí)施例中多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)與單個(gè)集成聚焦頭的實(shí)現(xiàn)原理圖；圖7為本實(shí)用新型在軋輥工件表面產(chǎn)生的毛化坑分布示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 首先如
圖1所示，本實(shí)施例提供的這種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚 焦毛化加工裝置，包括激光器1和數(shù)控機(jī)床3，所述數(shù)控機(jī)床3采用常規(guī)的XL9型數(shù)控機(jī)床， 其床身上裝有通過(guò)平移導(dǎo)軌303驅(qū)動(dòng)的工作平臺(tái)12及與平移導(dǎo)軌303平行的用于安裝軋 輥工件13的軋輥轉(zhuǎn)軸301和頂尖302 ；所述工作平臺(tái)12上裝有多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)4和集成 聚焦機(jī)構(gòu)，所述集成聚焦機(jī)構(gòu)由呈斜線(xiàn)形排布的第一、第二兩個(gè)集成聚焦頭601、602構(gòu)成； 而所述激光器1采用高功率連續(xù)CO2激光器，其輸出功率從500 6000瓦連續(xù)可調(diào)，激光 輸出波長(zhǎng)為10.6μπι(當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇其它種類(lèi)的激光器，例如Nd:YAG激光 器)O如圖2所示，本實(shí)施例中所述多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)4由第一反射式聚焦鏡403、第二透 射式聚焦鏡7、全反射鏡組、多棱鏡401以及帶動(dòng)多棱鏡401旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)406共同組成。 本實(shí)施例中多棱鏡401面數(shù)M = 7，每個(gè)工作面均為全反射面。多棱鏡一側(cè)與高速電機(jī)406 相連，在高速電機(jī)406帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速由數(shù)控機(jī)床3控制。高速電機(jī)406的轉(zhuǎn)速為 n = 0. 3 5萬(wàn)轉(zhuǎn)/分。所述第二透射式聚焦鏡7到多棱鏡401工作面上聚焦點(diǎn)0的距離 L = f，f為所述第二透射式聚焦鏡7的焦距。所述全反射鏡組由與水平線(xiàn)成45°角布置且 互相平行的上、下兩個(gè)反射鏡404、405構(gòu)成，其中上反射鏡404的鏡面與第二透射式聚焦鏡 7相對(duì)，而下反射鏡405的鏡面則與第二集成聚焦頭602相對(duì)。本實(shí)用新型的核心技術(shù)在于 對(duì)兩個(gè)集成聚焦頭的設(shè)計(jì)，以第一集成聚焦頭601為例，結(jié)合圖3所示，可知其內(nèi)部設(shè)置有 緊密排列的N = 3個(gè)聚焦透鏡901、902、903，所述第二集成聚焦頭602內(nèi)部結(jié)構(gòu)與第一集成 聚焦頭601相同，故不再詳述。結(jié)合
圖1、圖2、圖3、圖4和圖7所示，對(duì)本實(shí)施例的工作原理進(jìn)行說(shuō)明待加工的軋輥工件13由數(shù)控機(jī)床3的軋輥轉(zhuǎn)軸301和頂尖302裝夾，并由軋輥轉(zhuǎn) 軸301帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。所述工作平臺(tái)12可作三維運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床3控制。多棱鏡掃描 機(jī)構(gòu)4和第一、第二集成聚焦頭601、602隨工作平臺(tái)12 —起移動(dòng)，且兩個(gè)集成聚焦頭601、 602的光軸均與軋輥工件13的表面垂直。所述激光器1輸出的連續(xù)激光束2進(jìn)入多棱鏡掃 描機(jī)構(gòu)4，通過(guò)第一反射式聚焦鏡403聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡401的某個(gè)工作面上，形成 具有一定角度θ的扇形反射掃描光束；該發(fā)散的反射掃描光束經(jīng)第二透射式聚焦鏡7變換 后，形成具有一定掃描寬度AL的平行掃描光束(所述第二透射式聚焦鏡7到多棱鏡401 工作面上的聚焦點(diǎn)0的距離L = f，f為所述第二透射式聚焦鏡7的焦距)；該平行掃描光 束首先依次掃過(guò)第一集成聚焦頭601內(nèi)緊密排列的N = 3個(gè)聚焦透鏡901、902、903，并經(jīng)這 3個(gè)聚焦透鏡901、902、903聚焦后輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；隨后所述平行掃描光束再經(jīng)全 反射鏡組中的上、下兩個(gè)反射鏡404、405的兩次90°導(dǎo)向后，依次掃過(guò)第二集成聚焦頭602 內(nèi)設(shè)的3個(gè)聚焦透鏡，同樣對(duì)應(yīng)輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；在數(shù)控機(jī)床3對(duì)軋輥工件13轉(zhuǎn)速、多棱鏡401轉(zhuǎn)速、工作平臺(tái)12平移速度的集中控制下，所述總共2XN = 6個(gè)聚焦光點(diǎn)對(duì)軋 輥工件13同時(shí)進(jìn)行毛化加工，使軋輥工件13表面形成2XN = 6條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑 分布，具體結(jié)合圖7所示，該掃描線(xiàn)點(diǎn)陣的縱向點(diǎn)間距根據(jù)軋輥工件13表面粗糙度要求可 設(shè)為b = 50 500 μ m，橫向點(diǎn)間距Δ X根據(jù)軋輥工件13表面粗糙度要求也可設(shè)為50 500μπι，掃描線(xiàn)螺距 P = 2ΧΝΧ ΔΧ, N = 3實(shí)施例2 如
圖1所示，本實(shí)施例提供的這種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛 化加工裝置，其外部結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，而區(qū)別在于它將實(shí)施例1的多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)4中的第 一反射式聚焦鏡403替換成了第一透射式聚焦鏡402，如圖5所示(圖5中省略連接在多棱 鏡401 —側(cè)的高速電機(jī)406及全反射鏡組)。故在本實(shí)施例具體工作時(shí)，激光器1輸出的連 續(xù)激光束2進(jìn)入多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)4，通過(guò)第一透射式聚焦鏡402聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡 401的某個(gè)工作面上，形成具有一定角度0的扇形反射掃描光束；該發(fā)散的反射掃描光束經(jīng) 第二透射式聚焦鏡7變換后，形成具有一定掃描寬度AL的平行掃描光束(所述第二透射 式聚焦鏡7到多棱鏡401工作面上的聚焦點(diǎn)0的距離L = f，f為所述第二透射式聚焦鏡7 的焦距)。同實(shí)施例1 一樣，所述平行掃描光束先掃過(guò)第一集成聚焦頭601，并經(jīng)第一集成 聚焦頭601聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；隨后所述平行掃描光束再經(jīng)全反射鏡組的 兩次90°導(dǎo)向，并由第二集成聚焦頭602聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；總共對(duì)應(yīng)輸 出2XN = 6個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件13表面同時(shí)形成2XN = 6條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑 分布，如圖7所示。本實(shí)施例其余均同實(shí)施例1。實(shí)施例3 如
圖1所示，本實(shí)施例提供的這種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛 化加工裝置，其外部結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，而區(qū)別在于它將實(shí)施例1的多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)4中的第 一反射式聚焦鏡403替換成了第一透射式聚焦鏡402，再將第二透射式聚焦鏡7替換為第二 拋物面反射式聚焦鏡5，如圖6所示(圖6中依舊省略連接在多棱鏡401 —側(cè)的高速電機(jī) 406和全反射鏡組)。故在本實(shí)施例具體工作時(shí)，激光器1輸出的連續(xù)激光束2進(jìn)入多棱鏡 掃描機(jī)構(gòu)4，通過(guò)第一透射式聚焦鏡402反射聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡401的某個(gè)工作面上 形成具有一定角度θ的扇形反射掃描光束；該發(fā)散的反射掃描光束經(jīng)第二拋物面反射式 聚焦鏡5變換后，形成具有一定掃描寬度AL的平行掃描光束(所述第二拋物面反射式聚 焦鏡5的焦點(diǎn)與多棱鏡401工作面上的聚焦點(diǎn)0重合，f為所述第二拋物面反射式聚焦鏡5 的焦距)。同實(shí)施例1 一樣，所述平行掃描光束先掃過(guò)第一集成聚焦頭601，并經(jīng)由第一集 成聚焦頭601聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；所述平行掃描光束再經(jīng)全反射鏡組的兩 次90°導(dǎo)向，并由第二集成聚焦頭602聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N = 3個(gè)聚焦光點(diǎn)；總共對(duì)應(yīng)輸出 2XN = 6個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件13表面同時(shí)形成2XN = 6條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分 布，如圖7所示。本實(shí)施例其余均同實(shí)施例1。上述三個(gè)實(shí)施例均利用兩個(gè)集成聚焦頭601、602來(lái)實(shí)現(xiàn)多聚焦光點(diǎn)輸出，加工 速度等同于已授權(quán)專(zhuān)利“高功率激光輥類(lèi)表面多頭毛化加工方法及其裝置”(專(zhuān)利號(hào) ZL200610018261. 1)中六頭的加工速度，但裝置結(jié)構(gòu)卻得到了大大簡(jiǎn)化。當(dāng)然上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng) 技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，包括激光器(1)和數(shù)控機(jī)床(3)，所述數(shù)控機(jī)床(3)的床身上裝有通過(guò)平移導(dǎo)軌(303)驅(qū)動(dòng)的工作平臺(tái)(12)及與平移導(dǎo)軌(303)平行的用于安裝軋輥工件(13)的軋輥轉(zhuǎn)軸(301)和頂尖(302)；所述工作平臺(tái)(12)上裝有多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)(4)和集成聚焦機(jī)構(gòu)；其特征在于所述集成聚焦機(jī)構(gòu)由呈斜線(xiàn)形排布的第一、第二兩個(gè)集成聚焦頭(601、602)構(gòu)成，每個(gè)集成聚焦頭內(nèi)均設(shè)有N個(gè)緊密排列的聚焦透鏡，兩個(gè)集成聚焦頭可對(duì)應(yīng)輸出2×N個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件(13)表面同時(shí)形成2×N條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布，其中N≥2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述激光器(1)為高功率連續(xù)激光器，而所述多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)(4)由第一聚焦鏡、第二 聚焦鏡、全反射鏡組、多棱鏡(401)以及帶動(dòng)多棱鏡(401)旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)(406)組成；所 述全反射鏡組由與水平線(xiàn)成45°角布置且互相平行的上、下兩個(gè)反射鏡(404、405)構(gòu)成， 其中上反射鏡(404)的鏡面與第二聚焦鏡相對(duì)，而下反射鏡(405)的鏡面則與第二集成聚 焦頭(602)相對(duì)；所述激光器(1)發(fā)出的連續(xù)激光束進(jìn)入多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)(4)，通過(guò)第一聚 焦鏡聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡(401)的某個(gè)工作面上，形成扇形的掃描光束，該發(fā)散的反 射掃描光束經(jīng)第二聚焦鏡變換后，形成具有一定掃描寬度的平行掃描光束；所述平行掃描 光束先掃過(guò)第一集成聚焦頭(601)，并經(jīng)第一集成聚焦頭(601)內(nèi)設(shè)的N ^ 2個(gè)緊密排列 的聚焦透鏡聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N ^ 2個(gè)聚焦光點(diǎn)；所述平行掃描光束再經(jīng)全反射鏡組(404、 405)的兩次90°導(dǎo)向后，掃過(guò)第二集成聚焦頭(602)，并由第二集成聚焦頭(602)內(nèi)設(shè)的 N ^ 2個(gè)緊密排列的聚焦透鏡聚焦后對(duì)應(yīng)輸出N ^ 2個(gè)聚焦光點(diǎn)；從而總共形成2XN個(gè)聚 焦光點(diǎn)ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述第一聚焦鏡為透射式聚焦鏡或者反射式聚焦鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述第二聚焦鏡為透射式聚焦鏡或者反射式聚焦鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述多棱鏡(401)的面數(shù)M >5，且其每個(gè)工作表面均為全反射面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述兩個(gè)集成聚焦頭之間的橫向距離為NX ΔX，ΔΧ = 50 500 μ m，縱向距離為Δ Y。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，其特征在 于所述螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布的縱向點(diǎn)間距b = 50 500μπι，橫向點(diǎn)間距ΔΧ = 50 500 μ m，掃描線(xiàn)螺距P = 2XNX ΔΧ。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高功率激光輥類(lèi)表面雙頭集成聚焦毛化加工裝置，包括激光器和數(shù)控機(jī)床，所述數(shù)控機(jī)床的床身上裝有通過(guò)平移導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)的工作平臺(tái)及與平移導(dǎo)軌平行的用于安裝軋輥工件的軋輥轉(zhuǎn)軸和頂尖；所述工作平臺(tái)上裝有多棱鏡掃描機(jī)構(gòu)和集成聚焦機(jī)構(gòu)；其特征在于所述集成聚焦機(jī)構(gòu)由呈斜線(xiàn)形排布的第一、第二兩個(gè)集成聚焦頭構(gòu)成，每個(gè)集成聚焦頭內(nèi)均設(shè)有N個(gè)緊密排列的聚焦透鏡，兩個(gè)集成聚焦頭可對(duì)應(yīng)輸出2×N個(gè)聚焦光點(diǎn)，在軋輥工件表面同時(shí)形成2×N條螺旋掃描線(xiàn)點(diǎn)陣毛化坑分布，其中N≥2。本實(shí)用新型將原先多個(gè)分離的聚焦頭簡(jiǎn)化為兩個(gè)獨(dú)立的集成聚焦頭，且每個(gè)集成聚焦頭均可對(duì)應(yīng)輸出N≥2個(gè)聚焦光點(diǎn)，確保加工效率的同時(shí)，達(dá)到了簡(jiǎn)化裝置的目的。
文檔編號(hào)B23K26/06GK201755721SQ201020185508
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者孫長(zhǎng)東, 王焄, 羅曦, 陳培鋒 申請(qǐng)人:蘇州市博海激光科技有限公司